EP0253907B1 - Forming method for crank journals having cross holes - Google Patents

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EP0253907B1
EP0253907B1 EP86109930A EP86109930A EP0253907B1 EP 0253907 B1 EP0253907 B1 EP 0253907B1 EP 86109930 A EP86109930 A EP 86109930A EP 86109930 A EP86109930 A EP 86109930A EP 0253907 B1 EP0253907 B1 EP 0253907B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rolling
rolling force
bore
force
cross
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP86109930A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0253907A1 (en
Inventor
Garri Dr.-Ing. Bernstein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hegenscheidt MFD GmbH and Co KG
Original Assignee
Wilhelm Hegenscheidt GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=8195279&utm_source=***_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP0253907(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Wilhelm Hegenscheidt GmbH filed Critical Wilhelm Hegenscheidt GmbH
Priority to DE3689955T priority Critical patent/DE3689955D1/en
Priority to EP86109930A priority patent/EP0253907B1/en
Priority to JP61198273A priority patent/JPS6330137A/en
Priority to US07/049,659 priority patent/US4782680A/en
Publication of EP0253907A1 publication Critical patent/EP0253907A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0253907B1 publication Critical patent/EP0253907B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B39/00—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor
    • B24B39/04—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor designed for working external surfaces of revolution

Definitions

  • the invention relates to a method for rolling at least one pin having cross holes in the puncture method with at least one roller and at least one support roller, the diameter of a cross hole being smaller than the length of the pin and each roller under a specific rolling force generated and desired by a selected rolling force Rolling force acts on the pin surface during the rotation.
  • Pins with cross bores can be, for example, bearing pins of crankshafts.
  • devices and methods have already become known, for example with DE-PS 2146994.
  • closed, i.e. uninterrupted pin surfaces are concerned, these devices and the procedure carried out with such devices have proven their worth.
  • the tools belonging to such facilities usually work in the so-called. Puncture procedure. If cross-bores are rolled over with such devices and the associated tools, undesirable and generally impermissible shape deviations occur.
  • the object of the invention is therefore the basis is to propose a method of the type described at the outset with which it is possible to roll over transverse bores without inadmissible shape tolerances on the workpiece.
  • this object is achieved according to the invention in that the rolling force of a rolling roller rolling over the bore is reduced at least while a transverse bore is being rolled over, the rolling force which acts on the pin during the rolling over of a transverse bore at the latest in the region of a longitudinal surface line , which runs across the center of the hole, reached a minimum.
  • the rolling of such pins in the puncture process takes place with a positive fit, so that a certain force effect of the rolling rollers on the workpiece is actually achieved.
  • a rolling force control is carried out in accordance with the invention in such a way that a smaller rolling force is present in the region of the bore, that is to say when the respective rolling roller rolls over the bore region.
  • This is also harmless, since it is not primarily the rolling force that is important, but rather the specific rolling force.
  • the rolling roller enters the bore area, the area with which the rolling roller rests on the workpiece initially becomes smaller, as a result of which the surface pressure and thus the deformation of the workpiece become greater with a constant rolling force.
  • the endeavor must now be to limit the changes in the specific rolling force during the rolling over of the bore cross section in such a way that undesired shape deviations no longer occur.
  • DE-PS 3037688 has already made known a rolling machine for crankshaft journal, in which a rolling force control is carried out during the rotation of the respective crankshaft journal. With this rolling force control, however, the deflection of the crankshaft mirrors is influenced. Any reference to a connection between the rolling force control carried out according to this patent specification and the rolling over of cross bores on such bearing journals cannot be gathered from this document.
  • the rolling force is reduced only until the specific rolling force corresponds to the specific rolling force that is required to achieve the required surface roughness.
  • the minimum rolling force is applied in the entire bore area of the pin.
  • the necessary control of the rolling force can be simplified very much and a satisfactory result can nevertheless be achieved, in particular if small diameter cross holes are involved.
  • An inadmissible shape deviation can be avoided despite the simplification of cross-bores of sufficiently small diameter.
  • a simple experiment is sufficient to determine whether the diameter of a cross hole is small enough to carry out the simplified method. Such an attempt is also possible and reasonable since such workpieces to be rolled are mass-produced items.
  • the rolling force is reduced to such an extent that it generates the specific rolling force on the pin surface, at least in the area of the largest bore cross section, that of the specific rolling force which is responsible for the remaining area of the pin surface is applied corresponds.
  • the power control can be reduced to a simple power switch, which is particularly easy, for example, by means of hydraulics.
  • At least the beginning of the reduction in the rolling force lies within a circumferential length of 0 to 3 mm before the start of the bore.
  • the maximum rolling force is reached again at the latest 3 mm in the circumferential direction behind the bore. This also prevents undesirable irregularities in shape due to a too rapid increase in the rolling force. At the same time, it is ensured that when the rolling roller has left the area of influence of the transverse bore, the rolling force required for the remaining area is reached again with the specific rolling force assigned to this rolling force.
  • the rolling force is only changed in such a size and at such a speed that, on the one hand, the required shape tolerances in the area of the changing rolling force and, on the other hand, the required surface characteristic values are maintained.
  • the limits within which such changes can be made can be determined by simple experiments.
  • the required shape tolerances and surface characteristics are guidelines that must be observed. Since a rolling force change is required for the rolling over of cross bores and this rolling force change only with a finite speed can the assigned machine elements also be of such a capacity that the change in force and their size and speed can be carried out in such a way that the necessary shape tolerances and surface characteristics are achieved.
  • the pulsating rolling force is always not equal to zero, the pulsating rolling force is superimposed on a static basic rolling force with a pulsating rolling force of the specified frequency and amplitude, which causes a significant increase in the depth of consolidation and microhardness compared to a static deep rolling force of the maximum value of the amplitude.
  • the workpiece deformation, which is caused by the pulsating tool, is, insofar as it is caused by the pulsation, essentially in the elastic range. This does not result in measurable surface ripples. Rather, the surface qualities achievable with known smooth rolling processes can be achieved.
  • the minimum value of the pulsating rolling force corresponds to the value to achieve a desired smooth rolling result and the maximum value of the pulsating rolling force corresponds to the value to achieve a desired hardening depth and / or the value of the desired microhardness increase.
  • limit data are specified which enable a desired rolling result to be achieved.
  • the course of the rolling force F over the angle of rotation phi is plotted in a Cartesian coordinate system as functioncon F (phi).
  • a rotational angle range phi of 360 ° is plotted in FIGS. 1 a to d.
  • the force curve specified there therefore corresponds to the force curve over a workpiece revolution.
  • an area B is also marked, in which a transverse bore is to be located.
  • the rolling force F is essentially constant during a workpiece rotation of 360 °.
  • the rolling force F is reduced only in region B, which corresponds to the cross-sectional area of the transverse bore. The reduction is carried out according to a sine function down to a minimum value Fmin.
  • the minimum value is at least approximately in the area of the largest diameter of the bore. It can, for example, be dimensioned such that a specific rolling force is set to the side next to the bore, which corresponds to the specific rolling force that occurs on the journal outside the bore region B or deviates from it only to such an extent that no inadmissible shape deviations occur on the workpiece.
  • the reduction in strength According to a sine function, this ensures that, depending on the position of the roller over the bore cross-section, the specific rolling force in the instantly rolled area at the side next to the bore remains at least approximately constant over the entire bore area.
  • FIG. 1 a an approximation to the function of the force F (phi) according to FIG. 1 a may already be sufficient to achieve the desired purpose.
  • FIG. 1 b Such an approximation is shown in Figure 1 b.
  • the force curve of the force F (phi) in the area B of the bore is shown as a linear decrease down to a minimum value Fmin and a linear increase.
  • Fmin is in the area of the largest diameter of the cross hole.
  • Such a course of the force F over the angle of rotation phi may well be sufficient to achieve the desired smooth rolling result without producing inadmissible shape tolerances on the workpiece.
  • Figure 2 shows essentially a Cartesian coordinate system like Figures 1a-d. However, the area B of the transverse bore is shown enlarged in FIG. At the same time, a force F '(phi) is shown in Figure 2, which can be in its course as the force F (phi) according to Figures 1a-d.
  • the force curve according to FIG. 1 d is selected as an example in FIG. In area B and this area adjacent as inlet and outlet, the force F '(phi) is superimposed by a pulsating rolling force Fp of amplitude A. This amplitude can be 10-100% of the local minimum value F' (phi).
  • peak values F'p may well be higher than the maximum rolling force F '(phi) in the static range.
  • the method according to the invention can be carried out with the devices described in the prior art.
  • the control devices which control the force profile of the rolling force during one revolution of the workpiece are adjusted with regard to their impulses so that they carry out a force control according to the position of the transverse bore to the rolling rollers of the rolling tools. It is advantageous to ensure that the rolling process is not started in an angular position of the workpiece in which the rolling roller lies on the transverse bore. If this condition is avoided for the start of the rolling process, this improves the dimensional accuracy of the workpiece and simplifies the control for the rolling force.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Walzen von mindestens eine Querbohrung aufweisende Zapfen im Einstichverfahren mit mindestens einer Walzrolle und mindestens einer Stützrolle, wobei der Durchmesser einer Querbohrung kleiner ist als die Länge des Zapfens und wobei jede Walzrolle unter einer durch eine gewählte Walzkraft erzeugten und gewünschten spezifischen Walzkraft auf die Zapfenoberfläche während des Umlaufes einwirkt.The invention relates to a method for rolling at least one pin having cross holes in the puncture method with at least one roller and at least one support roller, the diameter of a cross hole being smaller than the length of the pin and each roller under a specific rolling force generated and desired by a selected rolling force Rolling force acts on the pin surface during the rotation.

Zapfen mit Querbohrungen können beispielsweise Lagerzapfen von Kurbelwellen sein. Um ganz allgemein solche Zapfen, insbesondere von Kurbelwellen, zu walzen, sind bereits Einrichtungen und Verfahren beispielsweise mit der DE-PS 2146994 bekannt geworden. Soweit es sich um geschlossene, also ununterbrochene Zapfenflächen handelt, haben sich diese Einrichtungen und die mit solchen Einrichtungen durchgeführte Verfahrensweise durchaus bewährt. Die zu solchen Einrichtungen gehörigen Werkzeuge arbeiten üblicherweise im sogen. Einstichverfahren. Werden mit solchen Einrichtungen und den dazu gehörigen Werkzeugen Querbohrungen überwalzt, so kommt es zu unerwünschten und in der Regel unzulässigen Formabweichungen.Pins with cross bores can be, for example, bearing pins of crankshafts. In order to roll such journals in general, in particular of crankshafts, devices and methods have already become known, for example with DE-PS 2146994. As far as closed, i.e. uninterrupted pin surfaces are concerned, these devices and the procedure carried out with such devices have proven their worth. The tools belonging to such facilities usually work in the so-called. Puncture procedure. If cross-bores are rolled over with such devices and the associated tools, undesirable and generally impermissible shape deviations occur.

Eine weitere Einrichtung dieser Art ist bekannt geworden durch die SO-PS 521122. Dort ist in Figur 2 bereits ein Lagerzapfen mit Querbohrung gezeigt, der von den Walzrollen 11 gewalzt wird, wobei die genannte Querbohrung von diesen Walzrollen 11 überrollt wird. Irgendwelche Maßnahmen zur Verhinderung der unerwünschten und unzulässigen Formabweichung im Bereich der Querbohrung, verursacht durch die Überwalzung, sind nicht zu erkennen.Another device of this type has become known from SO-PS 521122. There, a bearing journal with a transverse bore is already shown in FIG. 2, which is rolled by the roller rollers 11, the cross bore mentioned being overrun by these roller rollers 11. Any measures to prevent the undesirable and impermissible shape deviation in the area of the cross-bore, caused by the overrolling, cannot be seen.

Ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, mit welchem die Überwalzung von Querbohrungen möglich wird, ohne daß hierbei unzulässige Formtoleranzen am Werkstück auftreten.Starting from the described prior art, the object of the invention is therefore the basis is to propose a method of the type described at the outset with which it is possible to roll over transverse bores without inadmissible shape tolerances on the workpiece.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens während des Überwalzens einer Querbohrung die Walzkraft einer die Bohrung überwalzenden Walzrolle abgesenkt wird, wobei die Walzkraft, die während des Überwalzens einer Querbohrung auf den Zapfen einwirkt, spätestens im Bereich einer Oberflächenlängslinie, die quer durch die Mitte der Bohrung verläuft, ein Minimum erreicht. Das Walzen solcher Zapfen im Einstichverfahren erfolgt kraftschlüssig, damit eine bestimmte Krafteinwirkung der Walzrollen auf das Werkstück auch tatsächlich erreicht wird. Bei formschlüssiger Arbeitsweise bestünde das Risiko, daR auf Grund von Maß- und Formtoleranzen des Werkstückes die am Werkstück tatsächlich auftretende Walzkraft unzulässig klein oder groß würde. Bei kraftschlüssigem Walzen aber wird nach der Erfindung eine Walzkraftsteuerung vorgenommen derart, daß im Bereich der Bohrung, also dann, wenn die jeweilige Walzrolle den Bohrungsbereich überrollt, eine kleinere Walzkraft vorliegt. Dies ist auch unschädlich, da es nicht primär auf die Walzkraft sondern vielmehr auf die spezifische Walzkraft ankommt. Dadurch, daß die Walzrolle in den Bohrungsbereich eintritt, wird die Fläche, mit der die Walzrolle am Werkstück anliegt, zunächst kleiner, wodurch bei konstanter Walzkraft die Flächenpressung und damit die Verformung des Werkstückes größer wird. Es muß nun das Bestreben sein, die Veränderungen der spezifischen Walzkraft während der Überwalzung des Bohrungsquerschnittes so zu begrenzen, daß unerwünschte Formabweichungen nicht mehr auftreten. Da von den Werkstücken die notwendigen Walzparameter bekannt sind oder durch Versuche ermittelt werden können, ist es auch möglich eine Aussage über die notwendige Walzkraft im Bohrungsbereich zu machen oder ggfls. die richtige Walzkraft für den Bohrungsbereich durch Versuche zu ermitteln. Es muß also während einer Umdrehung des Werkstückes eine Walzkraftsteuerung derart erfolgen, daß im Bohrungsbereich die Walzkraft gegenüber der Walzkraft im anderen Bereich niedriger liegt. Sie soll dort ein Minimum erreichen. Hierdurch kann ein unzulässiger Anstieg der spezifischen Walzkraft am Werkstück im Bereich neben der Querbohrung verhindert werden.Based on the method described at the outset, this object is achieved according to the invention in that the rolling force of a rolling roller rolling over the bore is reduced at least while a transverse bore is being rolled over, the rolling force which acts on the pin during the rolling over of a transverse bore at the latest in the region of a longitudinal surface line , which runs across the center of the hole, reached a minimum. The rolling of such pins in the puncture process takes place with a positive fit, so that a certain force effect of the rolling rollers on the workpiece is actually achieved. In the case of a form-fitting method of working, there would be the risk that due to the dimensional and shape tolerances of the workpiece, the rolling force actually occurring on the workpiece would become impermissibly small or large. In the case of frictional rolling, however, a rolling force control is carried out in accordance with the invention in such a way that a smaller rolling force is present in the region of the bore, that is to say when the respective rolling roller rolls over the bore region. This is also harmless, since it is not primarily the rolling force that is important, but rather the specific rolling force. Because the rolling roller enters the bore area, the area with which the rolling roller rests on the workpiece initially becomes smaller, as a result of which the surface pressure and thus the deformation of the workpiece become greater with a constant rolling force. The endeavor must now be to limit the changes in the specific rolling force during the rolling over of the bore cross section in such a way that undesired shape deviations no longer occur. Since the necessary rolling parameters of the workpieces are known or can be determined by tests, it is also possible to make a statement about the necessary rolling force in the bore area or if necessary. to determine the correct rolling force for the bore area through tests. Rolling force control must therefore take place during one revolution of the workpiece in such a way that the rolling force in the bore area is lower than the rolling force in the other area. She is supposed to be there to reach a minimum. This can prevent an inadmissible increase in the specific rolling force on the workpiece in the area next to the transverse bore.

Zwar ist mit der DE-PS 3037688 bereits eine Walzmaschine für Kurbelwellenlagerzapfen bekannt geworden, bei der eine Walzkraftsteuerung während der Umdrehung des jeweiligen Kurbelwellenlagerzapfens vorgenommen wird. Mit dieser Walzkraftsteuerung wird jedoch die Abbiegung der Kurbelwellenspiegel beeinflußt. Irgendein Hinweis eines Zusammenhanges zwischen der nach dieser Patentschrift vorgenommenen Walzkraftsteuerung und der Überwalzung von Querbohrungen an solchen Lagerzapfen kann dieser Schrift nicht entnommen werden.DE-PS 3037688 has already made known a rolling machine for crankshaft journal, in which a rolling force control is carried out during the rotation of the respective crankshaft journal. With this rolling force control, however, the deflection of the crankshaft mirrors is influenced. Any reference to a connection between the rolling force control carried out according to this patent specification and the rolling over of cross bores on such bearing journals cannot be gathered from this document.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Absenkung der Walzkraft nur soweit erfolgt, bis die spezifische Walzkraft der spezifischen Walzkraft, die für das Erreichen der geforderten Oberflächenrauhigkeit erforderlich ist, entspricht. Hierdurch wird eine gute Anpassung an den übrigen zu walzenden Bereich erreicht und es ist daher auch -wenn überhaupt- eine nur geringe Formabweichung im Bereich der Querbohrung zu erwarten.According to one embodiment of the invention, it is provided that the rolling force is reduced only until the specific rolling force corresponds to the specific rolling force that is required to achieve the required surface roughness. As a result, a good adaptation to the remaining area to be rolled is achieved and therefore, if at all, only a slight shape deviation in the area of the transverse bore is to be expected.

Es ist weiterhin vorgesehen, daß die minimale Walzkraft im gesamten Bohrungsbereich des Zapfens angewendet wird. Hierdurch kann die notwendige Walzkraftsteuerung sehr vereinfacht werden und es kann dennoch insbesondere dann, wenn es sich um Querbohrungen kleinen Durchmessers handelt, ein befriedigendes Ergebnis erzielt werden. Eine unzulässige Formabweichung kann trotz der Vereinfachung bei Querbohrungen genügend kleinen Durchmessers vermieden werden. Um festzustellen, ob der Durchmesser einer Querbohrung genügend klein für die Durchführung des vereinfachten Verfahrens ist, genügt ein einfacher Versuch. Ein solcher Versuch ist auch möglich und zumutbar, da es sich bei solchen zu walzenden Werkstücken um Massenartikel handelt.It is further envisaged that the minimum rolling force is applied in the entire bore area of the pin. As a result, the necessary control of the rolling force can be simplified very much and a satisfactory result can nevertheless be achieved, in particular if small diameter cross holes are involved. An inadmissible shape deviation can be avoided despite the simplification of cross-bores of sufficiently small diameter. A simple experiment is sufficient to determine whether the diameter of a cross hole is small enough to carry out the simplified method. Such an attempt is also possible and reasonable since such workpieces to be rolled are mass-produced items.

Ausgestaltend ist nach der Erfindung vorgeschlagen, daß spätestens dann, wenn eine Walzrolle den Bereich einer Querbohrung erreicht, die Walzkraft soweit abgesenkt ist, daß sie mindestens im Bereich des größten Bohrungsquerschnittes die spezifische Walzkraft an der Zapfenoberfläche erzeugt, die der spezifischen Walzkraft, die für den übrigen Bereich der Zapfenoberfläche angewendet wird, entspricht. Auch hierdurch wird eine weitere Vereinfachung der Kraftsteuerung erreicht. Es kann die Kraftsteuerung auf eine einfache Kraftumschaltung reduziert werden, was beispielsweise über eine Hydraulik besonders einfach möglich ist.It is proposed according to the invention that at the latest when a roller reaches the area of a transverse bore, the rolling force is reduced to such an extent that it generates the specific rolling force on the pin surface, at least in the area of the largest bore cross section, that of the specific rolling force which is responsible for the remaining area of the pin surface is applied corresponds. This also further simplifies the force control. The power control can be reduced to a simple power switch, which is particularly easy, for example, by means of hydraulics.

Weiterhin ist nach der Erfindung vorgesehen, daß mindestens der Beginn der Walzkraftabsenkung innerhalb einer Umfangslänge von 0 bis 3 mm vor dem Bohrungsanfang liegt. Durch einen solchen Vorlauf kann erreicht werden, daß am gewünschten Ort eine gewünschte Absenkung tatsächlich erreicht ist. Weiterhin kann hierdurch eine unerwünschte Formabweichung infolge zu rascher Walzkraftabsenkung verhindert werden.It is further provided according to the invention that at least the beginning of the reduction in the rolling force lies within a circumferential length of 0 to 3 mm before the start of the bore. Such a lead can ensure that a desired lowering is actually achieved at the desired location. Furthermore, this can prevent an undesirable shape deviation due to the rapid reduction in the rolling force.

Es ist dann ergänzend noch vorgeschlagen, daß spätestens 3 mm in Umfangsrichtung hinter der Bohrung die maximale Walzkraft wieder erreicht ist. Auch hierdurch werden unerwünschte Formunregelmäßig keiten aufgrund eines zu schnellen Anstiegs der Walzkraft verhindert. Gleichzeitig ist sichergestellt, daß dann, wenn die Walzrolle den Einflußbereich der Querbohrung verlassen hat, wieder die für den übrigen Bereich notwendige Walzkraft mit der dieser Walzkraft zugeordneten spezifischen Walzkraft erreicht ist.It is then additionally proposed that the maximum rolling force is reached again at the latest 3 mm in the circumferential direction behind the bore. This also prevents undesirable irregularities in shape due to a too rapid increase in the rolling force. At the same time, it is ensured that when the rolling roller has left the area of influence of the transverse bore, the rolling force required for the remaining area is reached again with the specific rolling force assigned to this rolling force.

Weiterhin ist nach der Erfindung vorgesehen, daß eine Änderung der Walzkraft nur in solcher Größe und mit solcher Geschwindigkeit erfolgt, daß einerseits im Bereich der sich ändernden Walzkraft die geforderten Formtoleranzen und andererseits die geforderten Oberflächenkennwerte eingehalten werden. Die Grenzen in denen solche Änderungen vorgenommen werden können, können durch einfache Versuche ermittelt werden. Geforderte Formtoleranzen und Oberflächenkennwerte sind Vorgaben die einzuhalten sind. Da für die Überwalzung von Querbohrungen eine Walzkraftänderung erforderlich ist und diese Walzkraftänderung nur mit einer endlichen Geschwindigkeit erfolgen kann, müssen auch die zugeordneten Maschinenelemente von einer solchen Leistungsfähigkeit sein, daß die Kraftänderung ihrer Größe und ihrer Geschwindigkeit nach so vorgenommen werden kann, daß die notwendigen Formtoleranzen und Oberflächenkennwerte erreicht werden.Furthermore, it is provided according to the invention that the rolling force is only changed in such a size and at such a speed that, on the one hand, the required shape tolerances in the area of the changing rolling force and, on the other hand, the required surface characteristic values are maintained. The limits within which such changes can be made can be determined by simple experiments. The required shape tolerances and surface characteristics are guidelines that must be observed. Since a rolling force change is required for the rolling over of cross bores and this rolling force change only with a finite speed can the assigned machine elements also be of such a capacity that the change in force and their size and speed can be carried out in such a way that the necessary shape tolerances and surface characteristics are achieved.

Es ist weiterhin nach der Erfindung vorgeschlagen, daß sich zu jedem beliebigen Zeitpunkt des Walzvorganges höchstens eine Walzrolle im Bereich einer Querbohrung befindet. Hierdurch können unkontrollierte Reaktionen und Kraftabläufe vermieden werden.It is further proposed according to the invention that there is at most one roller in the region of a transverse bore at any time during the rolling process. In this way, uncontrolled reactions and force sequences can be avoided.

Auch ist nach der Erfindung noch vorgesehen, daß in Umfangsrichtung mindestens im gesamten Querbohrungsbereich des Zapfens mit einer pulsierenden Walzkraft ungleich Null gewalzt wird, während im übrigen Bereich mit einer nicht pulsierenden Walzkraft gewalzt wird, wobei die Walzkraft mit einer Frequenz von 30 - 300 Hz und einer Amplitude von 10 - 100% ihres örtlichen Minimalwertes pulsiert, wobei die Walzgeschwindigkeit so abgestimmt ist, daß die tiefsten Stellen der aus dem Maximalwert herrührenden Eindrücke der Walzrollen, soweit sie bei statischer Belastung entstehen würden, in einem Abstand aufeinander folgen, der nicht größer als die doppelte Eindruckbreite selbst ist. Da die pulsierende Walzkraft immer ungleich Null ist, liegt damit bei der pulsierenden Walzkraft eine Überlagerung einer statischen Grundwalzkraft mit einer pulsierenden Walzkraft der angegebenen Frequenz und Amplitude vor, die gegenüber einer statischen Festwalzkraft vom Maximalwert der Amplitude eine bedeutende Steigerung der Verfestigungstiefe und Mikrohärte bewirkt. Die Werkstückverformung, die von dem pulsierend belasteten Werkzeug hervorgerufen wird, liegt, soweit sie durch die Pulsierung verursacht wird, im wesentlichen im elastischen Bereich. Meßbare Oberflächenwelligkeiten entstehen hierdurch nicht. Es können vielmehr die mit bekannten Glattwalzverfahren erzielbaren Oberflächenqualitäten erreicht werden. Gleichzeitig gelingt es die statische Walzkraft bei einem mit dem übrigen Bereich des statisch gewalzten Zapfens vergleichbaren Ergebnis zurückzunehmen, so daß im Bereich der Querbohrung wieder unzulässige Formabweichungen vermieden werden können.It is also provided according to the invention that in the circumferential direction at least in the entire cross-bore area of the pin is rolled with a pulsating rolling force other than zero, while in the remaining area is rolled with a non-pulsating rolling force, the rolling force having a frequency of 30-300 Hz and an amplitude of 10 - 100% of their local minimum value pulsates, the rolling speed being adjusted so that the lowest points of the impressions of the rolling rolls resulting from the maximum value, as far as they would arise under static load, follow one another at a distance which is not greater than is double the impression width itself. Since the pulsating rolling force is always not equal to zero, the pulsating rolling force is superimposed on a static basic rolling force with a pulsating rolling force of the specified frequency and amplitude, which causes a significant increase in the depth of consolidation and microhardness compared to a static deep rolling force of the maximum value of the amplitude. The workpiece deformation, which is caused by the pulsating tool, is, insofar as it is caused by the pulsation, essentially in the elastic range. This does not result in measurable surface ripples. Rather, the surface qualities achievable with known smooth rolling processes can be achieved. At the same time, it is possible to reduce the static rolling force with a result comparable to the rest of the area of the statically rolled pin, so that inadmissible shape deviations can again be avoided in the area of the transverse bore.

Schließlich ist nach der Erfindung noch vorgeschlagen, daß der Minimalwert der pulsierenden Walzkraft dem Wert zur Erzielung eines gewünschten Glattwalzergebnisses entspricht und der Maximalwert der pulsierenden Walzkraft dem Wert zur Erzielung einer gewünschten Verfestigungstiefe und/oder dem Wert der gewünschten Mikrohärtesteigerung entspricht. Hierdurch sind Grenzdaten angegeben, die die Erreichung eines gewünschten Walzergebnisses ermöglichen.Finally, it is proposed according to the invention that the minimum value of the pulsating rolling force corresponds to the value to achieve a desired smooth rolling result and the maximum value of the pulsating rolling force corresponds to the value to achieve a desired hardening depth and / or the value of the desired microhardness increase. As a result, limit data are specified which enable a desired rolling result to be achieved.

Es ist zwar aus der DE-PS 2920889 ein Walzverfahren unter Anwendung einer in der beschriebenen Weise pulsierenden Walzkraft bekannt geworden. Es wird hierbei jedoch diese pulsierende Walzkraft während des gesamten Walzvorganges angewendet und es ist dieser Schrift kein Hinweis dahingehend zu entnehmen, daß es vorteilhaft sein könnte, im Bereich eines Umfanges eines zu walzenden Zapfens einen bestimmten Winkelbereich pulsierend und mindestens einen anderen Winkelbereich statisch zu walzen.From DE-PS 2920889 a rolling process using a pulsating rolling force as described has become known. However, this pulsating rolling force is applied during the entire rolling process and there is no indication in this document that it could be advantageous to roll a certain angular range in the area of a circumference of a pin to be rolled and to statically roll at least one other angular range.

In den beigefügten Zeichnungen ist in einem kartesischen Koordinatensystem der Verlauf der Walzkraft F über dem Drehwinkel phi als Funktikon F (phi) aufgetragen. In den Figuren 1 a bis d ist hierbei ein Drehwinkelbereich phi von 360° aufgetragen. Der dort angegebene Kraftverlauf entspricht also dem Kraftverlauf über eine Werkstückumdrehung. In den genannten Darstellungen ist gleichzeitig ein Bereich B gekennzeichnet, in dem sich eine Querbohrung befinden soll. Nach Figur 1 a ist während einer Werkstückumdrehung von 360° die Walzkraft F im wesentlichen konstant. Lediglich im Bereich B, der dem Querschnittsbereich der Querbohrung entspricht, erfolgt eine Absenkung der Walzkraft F. Die Absenkung erfolgt nach einer Sinusfunktion bis auf einen Minimalwert Fmin. Der Minimalwert liegt hierbei mindestens angenähert im Bereich des größten Durchmessers der Bohrung. Er kann z.B. so bemessen sein, daß sich seitlich neben der Bohrung eine spezifische Walzkraft einstellt, die der spezifischen Walzkraft entspricht, die am Zapfen außerhalb des Bohrungsbereiches B auftritt oder von dieser höchsten nur so weit abweicht, daß sich am Werkstück keine unzulässigen Formabweichungen einstellen. Die Reduzierung der Kraft nach einer Sinusfunktion sorgt dabei dafür, daß entsprechend der Lage der Walzrolle über dem Bohrungsquerschnitt die spezifische Walzkraft im augenblicklich gewalzten Bereich seitlich neben der Bohrung über den gesamten Bohrungsbereich wenigstens angenähert konstant bleibt.In the accompanying drawings, the course of the rolling force F over the angle of rotation phi is plotted in a Cartesian coordinate system as functicon F (phi). A rotational angle range phi of 360 ° is plotted in FIGS. 1 a to d. The force curve specified there therefore corresponds to the force curve over a workpiece revolution. In the representations mentioned, an area B is also marked, in which a transverse bore is to be located. According to FIG. 1 a, the rolling force F is essentially constant during a workpiece rotation of 360 °. The rolling force F is reduced only in region B, which corresponds to the cross-sectional area of the transverse bore. The reduction is carried out according to a sine function down to a minimum value Fmin. The minimum value is at least approximately in the area of the largest diameter of the bore. It can, for example, be dimensioned such that a specific rolling force is set to the side next to the bore, which corresponds to the specific rolling force that occurs on the journal outside the bore region B or deviates from it only to such an extent that no inadmissible shape deviations occur on the workpiece. The reduction in strength According to a sine function, this ensures that, depending on the position of the roller over the bore cross-section, the specific rolling force in the instantly rolled area at the side next to the bore remains at least approximately constant over the entire bore area.

Es kann aber auch eine Annäherung an die Funktion der Kraft F (phi) nach Figur 1 a bereits ausreichend sein, um den gewünschten Zweck zu erzielen. Eine solche Annäherung ist dargestellt in Figur 1 b. Dort ist der Kraftverlauf der Kraft F (phi) im Bereich B der Bohrung als lineare Abnahme bis auf einen Minimalwert Fmin und linearer Zunahme dargestellt. Fmin liegt hierbei im Bereich des größten Durchmessers der Querbohrung. Ein solcher Verlauf der Kraft F über den Drehwinkel phi kann durchaus ausreichend sein, daß gewünschte Glattwalzergebnis zu erzielen, ohne unzulässige Formtoleranzen am Werkstück zu erzeugen.However, an approximation to the function of the force F (phi) according to FIG. 1 a may already be sufficient to achieve the desired purpose. Such an approximation is shown in Figure 1 b. There, the force curve of the force F (phi) in the area B of the bore is shown as a linear decrease down to a minimum value Fmin and a linear increase. Fmin is in the area of the largest diameter of the cross hole. Such a course of the force F over the angle of rotation phi may well be sufficient to achieve the desired smooth rolling result without producing inadmissible shape tolerances on the workpiece.

Insbesondere bei Querbohrungen kleineren Durchmessers kann eine weitere Vereinfachung des Verlaufes der Kraft F (phi) zu befriedigenden Ergebnissen führen. Ein solcher Verlauf ist dargestellt in Figur 1 c. Dort wird mit Beginn der Bereichs B der Querbohrung die Kraft F stufenartig auf den Wert Fmin abgesenkt, der bis zum Ende des Bereiches B beibehalten wird und dort wieder stufenartig auf den ursprünglichen Wert angehoben wird.In the case of transverse bores of smaller diameter in particular, a further simplification of the course of the force F (phi) can lead to satisfactory results. Such a course is shown in Figure 1 c. There, at the beginning of area B of the transverse bore, the force F is gradually reduced to the value Fmin, which is maintained until the end of area B and is there again gradually increased to the original value.

Verschiedene äußere Randbedingungen, wie z.B. Duktilitätsgrad des zu walzenden Werkstoffes, Trägheitsgrad der Walzmaschine und der Walzmaschinensteuerung, können dazu führen, daß ein Kraftverlauf F (phi) nach Figur 1 c nicht zweckmäßig ist. Dieser Kraftverlauf kann dann vielmehr ersetzt werden durch einen Verlauf F (phi) nach Figur 1 d. Auch dort wird im Bereich B der Querbohrung die Kraft F auf den Betrag Fmin abgesenkt. Die Absenkung geschieht jedoch mit einem gewissen Vorlauf und kann hierbei auch langsamer erfolgen. Natürlich ist es auch möglich hierbei die Kraft Fmin bereits vor dem Bereich B zu erreichen. Nachdem der Bereich B mit der Kraft Fmin durchwalzt ist, kann diese Kraft mit einer gewünschten Anstiegsgeschwindigkeit wieder angehoben werden auf den ursprünglichen Betrag.Various external boundary conditions, such as the degree of ductility of the material to be rolled, the degree of inertia of the rolling machine and the control of the rolling machine, can result in a force curve F (phi) according to FIG. 1 c not being expedient. Rather, this force profile can then be replaced by a profile F (phi) according to FIG. 1 d. There, too, the force F is reduced to the amount Fmin in area B of the transverse bore. However, the lowering occurs with a certain advance and can also take place more slowly. Of course, it is also possible to reach the force Fmin before area B. After the area B has been rolled through with the force Fmin, this force can be raised again to the original amount at a desired rate of increase.

Figur 2 zeigt im wesentlichen ein kartesisches Koordinatenkreuz wie die Figuren 1a - d. Es ist Jedoch Bei Figur 2 der Bereich B der Querbohrung vergrößert dargestgellt. Gleichhzeitig ist bei Figur 2 eine Kraft F'(phi) dargestellt, die in ihrem Verlauf so sein kann, wie die Kraft F(phi) nach den Figuren 1a - d. In Figur 2 ist als Beispiel ausgewählt der Kraftverlauf nach Figur 1 d. Im Bereich B und diesem Bereich benachbart als Ein- und Auslauf, ist die Kraft F'(phi) überlagert von einer pulsierenden Walzkraft Fp von der Amplitude A. Diese Amplitude kann 10 - 100% des jeweils örtlichen Minimalwertes F'(phi) betragen. Hierbei können Spitzenwerte F'p durchaus höher liegen als die maximale Walzkraft F'(phi) im statischen Bereich. Unzulässige Formabweichungen können dennoch vermieden werden, weil die Werkstückverformung, die durch die Pulsation ausgelöst wird, im wesentlichen im elastischen Bereich erfolgt.
Da hinsichtlich eines Verfestigungsgrades die Wirkung der pulsierenden Kraft aber größer ist als die Wirkung einer statischen Walzkraft von der Größe des Maximalwertes der Amplitude, ist es durchaus möglich, im Bereich B mit dem Maximalwert der pulsierenden Walzkraft um einen Betrag C unterhalb der statischen Walzkraft zu bleiben.Figure 2 shows essentially a Cartesian coordinate system like Figures 1a-d. However, the area B of the transverse bore is shown enlarged in FIG. At the same time, a force F '(phi) is shown in Figure 2, which can be in its course as the force F (phi) according to Figures 1a-d. The force curve according to FIG. 1 d is selected as an example in FIG. In area B and this area adjacent as inlet and outlet, the force F '(phi) is superimposed by a pulsating rolling force Fp of amplitude A. This amplitude can be 10-100% of the local minimum value F' (phi). Here, peak values F'p may well be higher than the maximum rolling force F '(phi) in the static range. Inadmissible deviations in shape can nevertheless be avoided because the workpiece deformation, which is triggered by the pulsation, occurs essentially in the elastic range.
However, since the effect of the pulsating force is greater than the effect of a static rolling force of the size of the maximum value of the amplitude with regard to a degree of hardening, it is entirely possible to remain in the region B with the maximum value of the pulsating rolling force by an amount C below the static rolling force .

Das erfindungsgemäße Verfahren kann durchaus mit den zum Stand der Technik beschriebenen Einrichtungen durchgeführt werden. Hierzu ist erforderlich, daß die Steuereinrichtungen, die den Kraftverlauf der Walzkraft während einer Umdrehung des Werkstückes steuern, hinsichtlich ihrer Impulse so eingestellt werden, daß sie eine Kraftsteuerung entsprechend der Lage der Querbohrung zu den Walzrollen der Walzwerkzeuge durchführen. Vorteilhaft ist es darauf zu achten, daß der Walzvorgang nicht begonnen wird in einer Drehwinkellage des Werkstückes, in der die Walzrolle auf der Querbohrung liegt. Wird dieser Zustand für den Beginn des Walzprozesses vermieden, so verbessert dies die Formgenauigkeit des Werkstückes und vereinfacht die Steuerung für die Walzkraft.The method according to the invention can be carried out with the devices described in the prior art. For this purpose, it is necessary that the control devices which control the force profile of the rolling force during one revolution of the workpiece are adjusted with regard to their impulses so that they carry out a force control according to the position of the transverse bore to the rolling rollers of the rolling tools. It is advantageous to ensure that the rolling process is not started in an angular position of the workpiece in which the rolling roller lies on the transverse bore. If this condition is avoided for the start of the rolling process, this improves the dimensional accuracy of the workpiece and simplifies the control for the rolling force.

Es sollte weiterhin unbedingt darauf geachtet werden, daß immer nur eine einzige Walzrolle jeweils den Bereich einer Querbohrung überwalzt. Sind in einem Walzwerkzeug mehrere Walzrollen vorhanden, so hat demzufolge deren Winkelanordnung die Winkellage der Querbohrungen des zu walzenden Werkstückes zu berücksichtigen.
Weiterhin muß bei den Walzwerkzeugen darauf geachtet werden, daß das Durchmesserverhältnis von Walzrollen einerseits und am Werkstück anliegender Stützrollen andererseits, derart ist, daß eine plastische Umformung des Werkstückes ausschließlich von den Walzrollen, nicht aber von den am Werkstück anliegenden Stützrollen ausgeht.Care should also be taken to ensure that only a single roller rolls over the area of a transverse bore. If several rolling rolls are present in a rolling tool, their angular arrangement must accordingly take into account the angular position of the transverse bores of the workpiece to be rolled.
Furthermore, in the case of the rolling tools, care must be taken that the diameter ratio of the rolling rollers on the one hand and the support rollers resting on the workpiece on the other hand is such that a plastic deformation of the workpiece originates exclusively from the rolling rollers, but not from the support rollers resting on the workpiece.

Praktische Versuche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren haben gezeigt, daß es nunmehr insbesondere an Kurbelwellen gelingt, die mit Querbohrungen versehenen Lagerzapfen der Kurbelwelle mit befriedigendem Ergebnis glattzuwalzen, ohne gleichzeitig hierbei unzulässige Formabweichungen der Lagerzapfen im Bereich der Querbohrungen hinnehmen zu müssen.Practical tests with the method according to the invention have shown that it is now possible, in particular on crankshafts, to smooth-roll the crankshaft bearing journals with satisfactory results without simultaneously having to accept inadmissible shape deviations of the bearing journals in the region of the transverse bores.

Claims (9)

  1. Process for the rolling of pins having at least one cross-bore (B) by the rolling pass method using at least one smoothing roller and at least one support roller, wherein the diameter of a cross-bore (B) is less than the length of the pin, and wherein each smoothing roller acts on the pin surface during the rotation with a desired specific rolling force produced through a selected rolling force (F( )), characterised in that at least during the rolling over a cross-bore (B) the rolling force (F( )) of a smoothing roller rolling over the bore (B) is reduced, with the rolling force (F) which acts on the pin during the rolling over a cross-bore (B) reaching a minimum value (F min) at the latest in the region of a lengthwise surface line which extends transversely through the centre of the bore (B).
  2. Process according to claim 1, characterised in that the reduction of the rolling force (F) is only carried out until the specific rolling force corresponds to the specific rolling force which is necessary to achieve the required surface roughness.
  3. Process according to at least one of claims 1 and 2, characterised in that the minimum rolling force (F min) is applied over the whole cross-bore region of the pin.
  4. Process according to at least one of claims 1 to 3, characterised in that, at the latest when a smoothing roller reaches the region of a cross-bore (B), the rolling force (F) is reduced so much that, at least in the region of a lengthwise surface line which extends transversely through the centre of the bore (B), it produces the specific rolling force at the pin surface which corresponds to the specific rolling force which is utilised for the other regions of the pin surface.
  5. Process according to at least one of claims 1 to 4, characterised in that at least the beginning of the reduction in the rolling force occurs within a circumferential length of 0 to 3 mm in advance of the onset of the bore.
  6. Process according to at least one of claims 1 to 5, characterised in that the maximum rolling force is achieved again at the latest by 3 mm after the bore in a circumferential direction.
  7. Process according to at least one of claims 1 to 6, characterised in that a change in the rolling force is only effected with such a magnitude and with such speed that on the one hand the required shape tolerances are maintained in the region of the changing rolling force and on the other hand the required surface characteristics are maintained.
  8. Process according to at least one of claims 1 to 7, characterised in that at any point in time during the rolling process only one smoothing roller at the most is located in the region of a cross-bore (B).
  9. Process according to at least one of claims 1 to 8, characterised in that in the circumferential direction, at least in the whole region of the cross-bore (B) of the pin, rolling is effected with a pulsating rolling force which is not equal to zero, while in the remaining region rolling is effected with a non-pulsating rolling force (Fp), wherein the rolling force pulsates with a frequency of 30 to 300 Hz and an amplitude (A) of 10 to 100% of its local minimum value, wherein the rolling speed is so tuned that the lowest points of the impressions of the smoothing roller due to the maximum value, so far as they have arisen with static loading, follow one another at a spacing which is not greater than twice the width of the impression.
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