DE19724657C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines rotationssymmetrischen Körpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines ro­ tationssymmetrischen Körpers aus einem flächigen Werkstück, bei dem das Werkstück zwischen einem Drückfutter und einem Reitstock ei­ ner Drückwalzmaschine angeordnet wird und durch axiales Ver­ fahren von Drückfutter und Reitstock gegeneinander einge­ spannt wird, das Werkstück anschließend in Rotation versetzt wird und ein Umfangsbereich des Werkstücks mittels mindestens einer Drückrolle umgeformt wird.

Die Erfindung betrifft weiter eine Drückwalzmaschine mit ei­ ner rotierend antreibbaren Spindel, einem daran angebrachten Drückfutter und einem Reitstock, welcher dem Drückfutter ge­ genüberliegt und relativ zu diesem axial verfahrbar ist, um ein umzuformendes Werkstück zwischen Drückfutter und Reitstock zu spannen.

Aus der DE 42 18 092 C1 ist die Herstellung eines kreiszylin­ drischen Körpers durch Drückwalzen bekannt. Die Körper können durch eine radiale Verformung gestaucht werden und/oder auf einem Teil ihrer Länge außen- oder innenverzahnt sein. Da­ durch können sehr rationell Teile gefertigt werden, welche sonst nur spanend mit hohem Aufwand hergestellt werden kön­ nen. Vorteil der Herstellung durch Drückwalzen ist eine end­ konturennahe Fertigung bei gleichzeitig hoher Maßhaltigkeit und geringer Bautiefe der gefertigten Teile. Gleichzeitig wird eine Werkstoffverfestigung im oberflächennahen Bereich erzielt, die sich günstig auf Verschleißverhalten und Dauer­ festigkeit auswirkt.

Derartig gefertigte Teile weisen häufig ein Lochbild in ihrem Nabenbereich auf.

Das Fertigen des Lochbildes nach dem Drückwalzen bedarf einer erneuten Positionierung und Einspannung des Werkstücks, so daß dies insgesamt sehr zeitaufwendig ist. Es ist bekannt, beim Herstellen der Blechronde gleichzeitig die gewünschten Löcher im Nabenbereich auszustanzen. Derart gefertigte Löcher weisen jedoch keine ausreichende Maßgenauigkeit auf und be­ sitzen zudem scharfkantige Ränder, was ebenfalls einen Nach­ bearbeitungsschritt erforderlich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren und eine Drückwalzvorrichtung anzugeben, mit denen kom­ plexe Teile mit hoher Fertigungsgenauigkeit einfach gefertigt werden können.

Der erste Teil der Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorge­ sehen, daß vor dem Umformen des Umfangsbereichs mittels eines Schneidstempels und einer Schneidmatrize, welche einander ge­ genüberliegend an dem Drückfutter bzw. dem Reitstock angeord­ net sind, mindestens ein Loch in einen Mittenbereich des ein­ gespannten Werkstücks eingeschnitten wird und daß vor dem Schneiden beim Spannen des Werkstücks eine ringförmige Nut um das zu schneidende Loch eingeformt wird.

Mit diesem Verfahren kann der Umfangsbereich und der Nabenbe­ reich eines Werkstücks komplett auf einer Drückwalzmaschine gefertigt werden. Der Aufwand für zusätzliche Transport-, Po­ sitionierungs- und Einspannvorgänge an weiteren Maschinen kann dabei entfallen. Weiterhin können mit dem erfindungsge­ mäßen Verfahren in den Nabenbereich Aussparungen gefertigt werden, die eine hohe Maßgenauigkeit und insbesondere glatte, ein- und abrißfreie Schnittkanten aufweisen. Dies wird vor allem dadurch erreicht, daß vor dem Schnittvorgang in unmit­ telbarer Nähe um das zu schneidende Loch eine definierte Druckspannung im Werkstück erzeugt wird, durch welche dieses fixiert und ein Abfließen des Werkstoffs während des Schneid­ vorgangs weitgehend verhindert wird. Die Nut ist in unmittel­ barer Nähe um jedes Loch in einem Abstand von bis zu einigen Millimetern eingeformt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein zylindrisches Teil, welches beispielsweise ein Getriebeteil oder eine Bremsscheibe sein kann, aus einer Ronde, einem Guß- oder Tiefziehteil oder einem Vorzug mittels einer oder mehrerer Drückwalzen gefertigt werden. Bei dem umzuformenden Werkstoff kann es sich um Stahl, Leichtmetallegierungen oder um Metall­ matrixverbundwerkstoffe handeln.

Die Erfindung ist dahingehend weitergebildet, daß beim Schneiden das Drückfutter und der Reitstock mit einer defi­ nierten Druckkraft gegeneinander gedrückt werden. Hierdurch wird der durch das Einformen der ringförmigen Nut erzeugte Druckspannungsverlauf noch weiter im Hinblick auf ein abriß­ freies Schneiden verbessert. Die durch das Drückfutter und den Reitstock auf das Werkstück ausgeübte Druckkraft kann da­ bei deutlich höher sein als die bei üblichen Drückwalzmaschi­ nen eingesetzte Spannkraft, welche lediglich der kraftschlüs­ sigen Spannung des Werkstücks zwischen Drückfutter und Reitstock dient.

Um ein möglichst maßgenaues Ausschneiden des Lochbildes zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zum Schneiden des Lochs der Schneidstempel gegen die Schneidmatrize mit ei­ ner Schneidkraft verfahren wird, welche größer als die defi­ nierte Druckkraft zwischen dem Drückfutter und dem Reitstock ist.

Dabei ist bevorzugt, daß die definierte Druckkraft etwa 50% der Schneidkraft beträgt. Die entstehenden Druckspannungen begünstigen die beim Schneiden auftretenden Fließvorgänge in der Weise, daß ein Werkstoffabriß an den Schneidkanten weit­ gehend vermieden wird.

Eine weitere Verbesserung des Schneidergebnisses wird erfin­ dungsgemäß dadurch erreicht, daß aus einer Stempelausnehmung der Schneidmatrize ein Gegenhalter an das Werkstück im Be­ reich des zu schneidenden Loches gedrückt wird und daß der Gegenhalter am Werkstück anliegend gemeinsam mit dem Schneid­ stempel verfahren wird. Das Werkstück wird so in dem zu schneidenden Bereich zwischen dem Schneidstempel und dem Ge­ genhalter festgeklemmt, so daß während des Schneidvorganges die auftretenden Biegekräfte in einem hohen Maß reduziert werden.

Einem unerwünschten Werkstoffabriß beim Schneiden wird erfin­ dungsgemäß weiter dadurch vorgebeugt, daß zwischen einer Stempelausnehmung in der Schneidmatrize und dem darin einge­ fahrenen Schneidstempel ein Schneidspalt besteht, welcher auf etwa 0,05% einer zu schneidenden Wandstärke des Werkstücks eingestellt wird. Bei üblichen Blechdicken beträgt der Schneidspalt zwischen 0,02 mm und 0,04 mm.

Ein Vorteil der Erfindung liegt auch dar­ in, daß beim Schneiden eine Kaltumformoperation durchgeführt wird. So kann beim Feinschneiden beispielsweise ein Loch mit kegeliger Senkung, eine zylindrische Senkung, ein Loch mit beidseitiger Senkung, ein Loch mit Anrundung, eine Durchset­ zung, ein Schweißbuckel, ein Topfziehen, eine Anscherung, ein Durchzug, ein Schrägschnitt, eine Kröpfung, eine Biegung, ei­ ne Prägung, eine Fließprägung oder eine Fase an der Werk­ stückaußenkontur ausgeführt werden. Die Schneidmatritze und der oder die Stempel sind dabei entsprechend auszubilden.

Zur weiteren Verbesserung des Schneidergebnisses ist nach der Erfindung vorgesehen, daß beim Spannen eine ringförmige Kon­ tur in einen Bereich des Werkstücks eingeformt wird, welcher zum Bilden des Loches ausgeschnitten wird. Damit wird auch in dem auszuschneidenden Materialstück eine definierte Drucks­ pannung erzeugt, durch welche ein unerwünschter Materialfluß beim Schneiden zu den Schneidkanten reduziert wird.

Bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe durch eine Drück­ walzmaschine mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungs­ anspruchs 8 gelöst. Demnach ist vorgesehen, daß eine Schneid­ platte und gegenüberliegend eine Schneidmatrize vorgesehen sind, von denen eine an dem Drückfutter und eine an dem Reit­ stock angeordnet ist, und daß auf der Seite der Schneidplatte ein Schneidstempel vorgesehen ist, welcher relativ zur Schneidplatte axial verfahrbar ist. Diese Drückwalzmaschine eignet sich zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfah­ rens, so daß die voranstehend erläuterten Vorteile mit der erfindungsgemäßen Drückwalzmaschine erreicht werden können. Der Schneidstempel und die Schneidplatte können jeweils durch einen eigenen Linearantrieb verschiebbar sein.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drückwalzmaschine besteht darin, daß innerhalb einer Stem­ pelausnehmung in der Schneidmatrize ein Gegenhalter vorgese­ hen ist, welcher relativ zur Schneidmatrize axial verfahrbar ist. Mittels dieses Gegenhalters können Biegekräfte während des Schneidvorganges in einem hohen Maß reduziert werden.

Zur Reduzierung eines unerwünschten Werkstoffflusses beim Schneiden und zum Einbringen einer definierten Druckspannung in das Werkstück ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß an der Schneidplatte und/oder der Schneidmatrize ein ringförmi­ ger Absatz in einem Bereich um jedes zu schneidende Loch an­ geordnet ist. Der ringförmige Absatz ist insbesondere als ein Ringzacken ausgebildet, welcher im Querschnitt eine dreiecki­ ge Form aufweist. Bei einer Wanddicke von bis zu 4,5 mm des zu schneidenden Werkstoffs wird nur ein Ringzacken auf der Schneidplatte benötigt, d. h. auf der Seite an welcher der Schneidstempel angeordnet ist. Bei größeren Wanddicken ist es vorteilhaft, einen zweiten Zacken auch auf der gegenüberlie­ genden Seite der Schneideinrichtung, nämlich an der Schneid­ matrize, anzuordnen, so daß eine zweite gegenüberliegende Nut einformbar ist.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, welches schematisch in der Zeichnung dargestellt ist.

Die einzige Figur zeigt einen ausschnittsweisen Querschnitt durch ein Drückfutter und einen Reitstock einer erfindungsge­ mäßen Drückwalzmaschine.

An der Frontseite eines Drückfutters 10 ist eine Schneidplat­ te 11 angeordnet, welche eine Stempeldurchführung 16 auf­ weist. Ein Schneidstempel 12 ist in der Stempeldurchführung 16 mit einer Gleitpassung angeordnet, so daß die Stempel­ durchführung 16 den Schneidstempel 12 während des Schneidvor­ ganges führt.

Bei dieser Ausführungsform ist der Schneidstempel 12 zylin­ drisch mit einer Mittenbohrung 13 ausgebildet. Die Mittenboh­ rung 13 dient gleichzeitig als ein Durchlaß für einen bolzen­ förmigen Auswerfer 14, welcher zum Auswerfen des Schneidab­ falles axial verfahrbar ist.

Auf der dem Drückfutter 10 gegenüberliegenden Seite ist ein Reitstock 20 angeordnet, an dessen Frontseite eine Schneidma­ trize 21 angebracht ist. Koaxial zum Schneidstempel 12 ist in der Stempelmatrize 21 eine Stempelausnehmung 22 ausgebildet, in welche der Schneidstempel 12 einfahrbar ist. Der Schneid­ stempel 12 und die Stempelausnehmung 22 sind aufeinander ab­ gestimmt so ausgebildet, daß bei eingefahrenem Schneidstempel 12 ein ringförmiger Spalt S zur Wandung der Stempelausnehmung 22 verbleibt. Der Schneidspalt S beträgt üblicherweise 0,05% der Wanddicke eines zu schneidenden Werkstücks 5.

Das Werkstück 5 wird zwischen dem Drückfutter 10 und dem Reitstock 20 eingespannt, indem das Drückfutter 10 und der Reitstock 20 gegeneinander axial verfahren werden. Bei dem Spannen des Werkstücks 5 wird in der Nähe des zu schneidenden Loches um dieses eine ringförmige Nut 6 eingeformt. Hierfür ist an der Schneidplatte 11 ein ringförmiger Absatz 15 vorge­ sehen, welcher als Ringzacken ausgebildet ist. Das Spannen des Werkstücks 5 erfolgt mit einer relativ hohen Druckkraft, so daß nicht nur die ringförmige Nut 6 in das Werkstück ein­ geformt wird, sondern auch eine definierte Druckspannung im Werkstück 5 erzeugt wird. Diese Druckspannung verhindert weitgehend, daß Material aus den Außenbereichen des Werk­ stücks 5 beim Schneiden zu den Schneidkanten fließt.

Um weiter einen unerwünschten Werkstofffluß aus dem auszu­ schneidenden Bereich zu den Schneidkanten zu verhindern, wird beim Spannen des Werkstücks 5 in ein auszuschneidendes Mate­ rial 8 eine ringförmige Innenkontur 7 eingeformt. Hierfür ist der Schneidstempel 12 beim Spannen zur Schneidplatte 11 so angeordnet, daß in Richtung des Werkstücks 5 ein Vorsprung 17 entsteht. Entsprechend der Mittenbohrung 13 im Schneidstempel 12 ist auf der gegenüberliegenden Seite ein Innenformstempel 24 in der Stempelausnehmung 22 zusammen mit einem scheiben­ förmigen Gegenhalter 23 angeordnet. Beim Spannen des Werk­ stücks 5 formt der so angeordnete Schneidstempel 12 mit der Mittenbohrung 13 im Zusammenspiel mit dem Gegenhalter 23 und dem demgegenüber vorstehenden Innenformstempel 24 die ring­ förmige Kontur 7 ein.

Das Drückfutter 10 und der Reitstock 20 sowie der Schneid­ stempel 12 und der Gegenhalter 23 sind über eigene Antriebe mit einer gesteuerten Druckkraft gegeneinander bewegbar. Für den Auswerfer 14 und den Innenformstempel 24 sind ebenfalls separate Antriebsorgane vorgesehen.

Nach diesem Spannen und Vorformen des Werkstücks 5 erfolgt der eigentliche Schneidvorgang durch ein gleichzeitiges ge­ steuertes Verfahren des Schneidstempels 12 und des Gegenhal­ ters 23. Die Schneidbewegung wird dabei mit einer Schneid­ kraft S ausgeführt, welche circa das Doppelte der Druckkraft zwischen der Schneidplatte 11 und der Preßmatrize 21 zum Er­ zeugen der definierten Druckspannung beträgt. Auf diese Weise wird in das Werkstück 5 ein Loch eingeschnitten, dessen In­ nendurchmesser dem Außendurchmesser des Schneidstempels 12 entspricht. Mit Hilfe des Auswerfers 14 kann das ausgeschnit­ tene Material in einen Werkzeuginnenraum geworfen werden, wo­ bei die Auswurfskraft etwa 10 bis 15% der Schneidkraft be­ trägt. Unmittelbar danach wird in der gleichen Einspannung das Werkstück formschlüssig auf das rotierende Drückfutter an der Hauptspindel aufgewalzt, wobei auch eine Profilierung an der Innen- und/oder Außenseite eingebracht werden kann.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Werkstück in einer Einspannung gefertigt werden, bei dem eine Nacharbeitung kaum noch notwendig ist. Insbesondere können Teile gefertigt werden,

• - die durch Drückwalzen aus einem Halbzeug zur Endform umge­ formt werden,
• - wobei es zu einer Verfestigung oder Verdichtung des umzu­ formenden Materials kommt,
• - gegebenenfalls notwendige Bohrungen oder Aussparungen durch Feinschneiden erzeugt werden und
• - eine Profilierung auf der Innen- und/oder Außenseite des Teiles eingebracht wird.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen eines rotationssymmetrischen Körpers aus einem flächigen Werkstück (5), bei dem das Werkstück (5) zwischen einem Drückfutter (10) und einem Reitstock (20) einer Drückwalzmaschine angeordnet wird und durch axiales Verfahren von Drückfutter (10) und Reitstock (20) gegeneinander eingespannt wird, das Werk­ stück (5) anschließend in Rotation versetzt wird und ein Umfangsbereich des Werkstücks (5) mittels mindestens ei­ ner Drückrolle umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß vor dem Umformen des Umfangsbereichs mittels eines Schneidstempels (12) und einer Schneidmatrize (21), welche einander gegenüberliegend an dem Drückfutter (10) beziehungsweise dem Reitstock (20) angeordnet sind, mindestens ein Loch in einen Mittenbereich des eingespannten Werkstücks (5) eingeschnitten wird und
• 2. daß vor dem Schneiden beim Spannen des Werkstücks (5) eine ringförmige Nut (6) um das zu schneidende Loch eingeformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schneiden das Drückfutter (10) und der Reitstock (20) mit einer definierten Druckkraft gegen­ einander gedrückt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schneiden des Lochs der Schneidstempel (12) ge­ gen die Schneidmatrize (21) mit einer Schneidkraft (F) verfahren wird, welche größer als die definierte Druck­ kraft zwischen dem Drückfutter (10) und dem Reitstock (20) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Druckkraft etwa 50% der Schneidkraft (F) beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Stempelausnehmung (22) der Schneidmatrize (21) ein Gegenhalter (23) an das Werkstück (5) im Be­ reich des zu schneidenden Loches gedrückt wird und daß beim Schneiden der Gegenhalter (23) am Werkstück (5) anliegend gemeinsam mit dem Schneidstempel (12) verfah­ ren wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stempelausnehmung (22) in der Schneid­ matrize (21) und dem darin eingefahrenen Schneidstempel (12) ein Schneidspalt (S) besteht, welcher auf etwa 0,05% einer zu schneidenden Wandstärke des Werkstücks (5) eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Spannen eine ringförmige Innenkontur (7) in ei­ nen Bereich des Werkstücks (5) eingeformt wird, wobei der Bereich zum Bilden des Loches ausgeschnitten wird.

8. Drückwalzmaschine, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit

• 1. einer rotierend angetriebenen Spindel,
• 2. einem daran angebrachten Drückfutter (10) und
• 3. einem Reitstock (20), welcher dem Drückfutter (10) ge­ genüberliegt und relativ zu diesem axial verfahrbar ist, um ein umzuformendes Werkstück (5) zwischen dem Drückfutter (10) und dem Reitstock (20) zu spannen,

dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß eine Schneidplatte (11) und gegenüberliegend eine Schneidmatrize (21) vorgesehen sind, von denen eine an dem Drückfutter (10) und eine an dem Reitstock (20) angeordnet ist, und
• 2. daß auf der Seite der Schneidplatte (11) ein Schneid­ stempel (12) vorgesehen ist, welcher relativ zur Schneidplatte (11) axial verfahrbar ist.

9. Drückwalzmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer Stempelausnehmung (22) in der Schneidmatrize (21) ein Gegenhalter (23) vorgesehen ist, welcher relativ zur Schneidmatrize (21) axial verfahrbar ist.

10. Drückwalzmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schneidplatte (11) und/oder der Schneidmatri­ ze (21) ein ringförmiger Absatz (15) in einem Bereich um jedes zu schneidende Loch angeordnet ist.