EP0850114B1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von drückgewalzten rohren mit inneren wandverdickungen an den enden - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von drückgewalzten rohren mit inneren wandverdickungen an den enden Download PDF

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EP0850114B1
EP0850114B1 EP96931011A EP96931011A EP0850114B1 EP 0850114 B1 EP0850114 B1 EP 0850114B1 EP 96931011 A EP96931011 A EP 96931011A EP 96931011 A EP96931011 A EP 96931011A EP 0850114 B1 EP0850114 B1 EP 0850114B1
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press
pressure rollers
mandrel
press mandrel
tailstock
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Bernd Stein
Heinz Lehnert
Wilhelm Zimmermann
Heinz Steinhauer
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Dynamit Nobel GmbH Explosivstoff und Systemtechnik
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Dynamit Nobel AG
Dynamit Nobel GmbH Explosivstoff und Systemtechnik
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/15—Making tubes of special shape; Making tube fittings
    • B21C37/20—Making helical or similar guides in or on tubes without removing material, e.g. by drawing same over mandrels, by pushing same through dies ; Making tubes with angled walls, ribbed tubes and tubes with decorated walls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/14—Spinning
    • B21D22/16—Spinning over shaping mandrels or formers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H7/00—Making articles not provided for in the preceding groups, e.g. agricultural tools, dinner forks, knives, spoons
    • B21H7/18—Making articles not provided for in the preceding groups, e.g. agricultural tools, dinner forks, knives, spoons grooved pins; Rolling grooves, e.g. oil grooves, in articles
    • B21H7/187—Rolling helical or rectilinear grooves

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for producing pressure-rolled tubes according to the preamble of claim 1 or 2, (see e.g. FR-A-468 918).
  • DE-A-44 46 919 describes a method for Ironing presses of internally toothed parts are described, whereby on a Mandrel a workpiece is arranged, which by applying force from Spinning rollers is plastically deformed.
  • the synchronous pressing method is detailed and described the counter-rotation pressing method.
  • the pressure rolling technology allows the weight advantages to be exploited to the full due to the smallest wall thicknesses because of the highest solidifications that can be achieved used materials (steel, steel alloys, aluminum and Aluminum alloys, titanium and titanium alloys, copper and copper alloys, Stainless steels etc.) and the extreme uniformity of the manufactured parts.
  • the method allows, in particular, inside the Workpieces with excellent surfaces, i.e. the roughness is extreme low. These low surface roughness ensure special Protection against cracks caused by internal notches in e.g. Exceed overloads can.
  • the process also allows high repeatability. Scattering within the work pieces is minimal.
  • the invention has for its object a method according to the preamble of claim 1 and an associated device according to the preamble of claim 2 further develop with them Cost-effective and tolerance-accurate pressure-rolled pipes with inner Wall thickenings can be made at the ends.
  • the outer diameter of the first mandrel corresponds to that Desired inner diameter of the undickened middle area of the finished pipe and the outer diameter of the paragraph corresponds to that desired inside diameter of the wall thickening.
  • the mandrel and / or the shoulder is open provide a profile on the outside.
  • the profile can only be on be attached to certain sections and advantageously consists of Ribs and grooves. However, any other conceivable profile is possible.
  • the mandrel and / or the shoulder is at least partially a polygon in cross-section, e.g. a hexagon.
  • a mandrel is here of course the first or the second mandrel or both.
  • This method and this device are particularly suitable for the production of structural parts for bicycles / motorcycles.
  • Fig. 1 shows schematically the first operation on a pressure rolling machine for the production of a tube 3 with end wall thickenings.
  • the pipe 3 is arranged on a first mandrel 1a and is by Force application of the pressure rollers 2 plastically deformed.
  • the outer diameter of the first mandrel 1a corresponds to that desired inner diameter of the later thickened central area of the finished pipe 3.
  • a tailstock-side shoulder 4 is arranged on the first mandrel 1a, the outside diameter d 1 of which corresponds to the desired inside diameter of the end-side wall thickenings of the finished tube 3.
  • the spinning rollers 2 begin on the tailstock-side paragraph 4 their forming work and work in the direction of not shown Machine spindle.
  • the feed of the spinning rollers 2 is 8 indicated.
  • Fig. 2 shows the semi-finished pipe 3a produced after this operation with the one-sided wall thickening produced on one side 5.
  • Reference number 9 is the end of processing by the spinning rollers 2 indicated.
  • the semifinished pipe 3a After the semifinished pipe 3a has been removed from the first mandrel 1a, the semifinished pipe 3a is in a second operation (see FIG. 3) on the side with the wall thickening 5 that has already been produced into a lathe chuck 6 (mandrel or the like) mounted in the press-rolling machine. ) clamped.
  • a mandrel 1 b attached to the tailstock is pushed into the semi-finished tube 3a.
  • the second mandrel 1b has an outer diameter d 2 which corresponds to the inner diameter of the wall thickening.
  • the spinning rollers 2 then form the second wall thickening from the tailstock end towards the machine spindle.
  • the reference number 12 indicates the end of processing by the pressure rollers 2.
  • Fig. 4 shows the finished pipe 3 with the end wall thickening.
  • 5 a, b, c show three different tubes 3, each with a different one Inner contour.
  • 5a shows a tube 3 with a hexagonal cross section.
  • 5b, c show a tube with fins 10 and grooves 11.
  • a pressing mandrel 1b with ribs 10 and grooves 11 is shown in FIG. They are one Many variations of these mandrels 1b, as well as paragraphs 4 possible here not all of them can be displayed.
  • the devices allow the Production of conical parts, partially conical parts, combined with partial if necessary different wall thicknesses, as well as with ribs or inside Grooves in one step.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von drückgewalzten Rohren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2, (siehe z.B. FR-A-468 918).
Bei der konstruktiven Auslegung von belasteten Teilen im Fahrzeugbau (z.B. im Fahrrad-/Motorradbau) werden rotationssymmetrische Teile (z.B. Rohre) benötigt, die möglichst leicht sein sollen, jedoch an den belasteten Stellen die notwendigen Widerstandsmomente aufweisen müssen. Dazu werden bei rohrförmigen Konstruktionsteilen z.B. innen die Enden verstärkt, die Wanddicken in der Mitte innen verstärkt, Längsrippen innen angebracht oder Kombinationen dieser Maßnahmen durchgeführt. Da die Außendimensionen dieser rohrförmigen Konstruktionsteile aus konstruktiven Gründen nicht verändert werden können, diese sogar teils genormt sind (z.B. bei Fahrrädern), werden diese Maßnahmen grundsätzlich zweckmäßigerweise bei den rohrförmigen Werkstücken innen angebracht.
Diese Maßnahmen zur Modifikation im Innenbereich der rotationssymmetrischen Teile sind allerdings schon seit langem bekannt und sind Stand der Technik. Jedoch sind die dazu erforderlichen Maßnahmen sehr aufwendig und zum Teil auch heute noch mit vertretbaren Kosten praktisch nicht darstellbar. So kann auch heute schon ein rohrförmiges Konstruktionsteil für Fahrräder mit beiderseitiger innerer Verdickung der Rohrenden hergestellt werden. Es bedarf dazu aber mehrerer aufwendiger Ziehvorgänge und das an jedem einzelnen Konstruktionsteil. Durch die verfahrensbedingten Toleranzen bei der herkömmlichen Herstellung dieser Teile kann der Gewichtsvorteil nicht voll genutzt werden wegen des großen Toleranzfeldes z.B. der Ungleichwandigkeit (Wanddickendifferenzen), da die geringste Wanddicke in die Konstruktionsberechung eingehen muß.
Aus der DE-A-44 46 919 ist ein Verfahren zum Abstreckdrücken von innenverzahnten Teilen beschrieben, wobei auf einem Drückdorn ein Werkstück angeordnet ist, welches durch Kraftbeaufschlagung von Drückrollen plastisch verformt wird. Eingehend ist das Gleichlaufdrückverfahren und das Gegenlaufdrückverfahren beschrieben.
Dabei erlaubt die Drückwalztechnik äußerste Ausnutzungen der Gewichtsvorteile durch geringste Wanddicken wegen der erzielbaren höchsten Verfestigungen der verwendeten Materialien (Stahl, Stahllegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen, Titan und Titanlegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen, Edelstähle etc.) sowie der extremen Gleichwandigkeit der hergestellten Teile. Das Verfahren erlaubt insbesondere im Inneren der Werkstücke hervorragende Oberflächen, d.h. die Rauhigkeiten sind äußerst gering. Diese geringen Oberflächenrauhigkeiten gewährleisten besonderen Schutz gegen Risse, die von inneren Kerben bei z.B. Überbelastungen ausgehen können. Das Verfahren erlaubt darüber hinaus hohe Wiederholgenauigkeiten. Streuungen innerhalb der Werkstücke sind minimal.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine zugehörige Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 weiterzuentwickeln mit denen kostengünstig und toleranzgenau drückgewalzte Rohre mit inneren Wandverdickungen an den Enden hergestellt werden können.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren bzw. durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 2 gelöst. Die abhängigen Ansprüche 3 bis 5 definieren bevorzugte Ausführungen der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Durch dieses Verfahren ist mit einfachen Mitteln ein Rohr mit inneren Wandverdickungen an den Enden herzustellen. Es wird in der Drückwalzmaschine lediglich ein reitstockseitig befestigter zweiter Drückdorn benötigt.
Erfindungsgemäß entspricht der Außendurchmesser des ersten Drückdorns dem gewünschten Innendurchmesser des unverdickten mittleren Brereiches des fertigen Rohres und der Außendurchmesser des Absatzes entspricht dem gewünschten Innendurchmesser der Wandverdickungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Drückdorn und/oder der Absatz auf seiner Außenseite mit einem Profil versehen. Das Profil kann auch nur auf bestimmten Abschnitten angebracht sein und besteht vorteilhafterweise aus Rippen und Nuten. Es ist jedoch jedes andere erdenkliche Profil möglich.
In spezieller Ausführungsform ist der Drückdorn und/oder der Absatz zumindest partiell im Querschnitt ein Vieleck, wie z.B. ein Sechseck. Mit Dückdorn ist hier selbstverständlich der erste oder der zweite Drückdorn oder beide gemeint.
Dieses Verfahren und diese Vorrichtung eignen sich besonders zur Herstellung von Konstruktionsteilen für Fahrräder/Motorräder.
Weitere bevorzugte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Figuren, die nachfolgend eingehend beschrieben werden. Es zeigt:
Fig. 1
schematisch den ersten Arbeitsgang zur Herstellung eines Rohres mit endseitigen Wandverdickungen;
Fig. 2
im Schnitt das halbfertige Rohr nach dem ersten Arbeitsgang;
Fig. 3
schematisch den zweiten Arbeitsgang;
Fig. 4
das fertige Rohr mit endseitigen Wandverdickungen;
Fig. 5
verschiedene Rohre mit unterschiedlichen inneren Profilen und
Fig. 6
einen zweiten Drückdorn mit einem Profil aus Rippen und Nuten.
Fig. 1 zeigt schematisch den ersten Arbeitsgang auf einer Drückwalzmaschine zur Herstellung eines Rohres 3 mit endseitigen Wandverdickungen. Das Rohr 3 ist auf einem ersten Drückdorn 1a angeordnet und wird durch Kraftbeaufschlagung der Drückrollen 2 plastisch verformt. Der Außendurchmesser des ersten Drückdorns 1a entspricht dabei dem gewünschten Innendurchmesser des später unverdickten mittleren Bereichs des fertigen Rohres 3.
Am ersten Drückdorn 1a ist ein reitstockseitiger Absatz 4 angeordnet, dessen Außendurchmesser d1 dem gewünschten Innendurchmesser der endseitigen Wandverdickungen des fertigen Rohres 3 entspricht.
Als erster Arbeitsgang beginnen die Drückrollen 2 am reitstockseitigen Absatz 4 ihre Umformarbeit und arbeiten in Richtung der nicht gezeigten Maschinenspindel. Der Vorschub der Drückrollen 2 ist mit dem Bezugszeichen 8 angedeutet.
Fig. 2 zeigt das nach diesem Arbeitsgang hergestellte halbfertige Rohr 3a mit der auf einer Seite hergestellten einseitigen Wandverdickung 5. Mit dem Bezugszeichen 9 ist das Ende der Bearbeitung durch die Drückrollen 2 angedeutet.
Nachdem das halbfertige Rohr 3a vom ersten Drückdorn 1a genommen wurde, wird das halbfertige Rohr 3a in einem zweiten Arbeitsgang (siehe Fig. 3) an der Seite mit der bereits hergestellten Wandverdickung 5 in ein in der Drückwalzmaschine montiertes Drehfutter 6 (Spanndorn o.ä.) eingespannt. Außerdem wird ein reitstockseitig befestigter Drückdorn 1 b in das halbfertige Rohr 3a geschoben. Der zweite Drückdorn 1b weist dabei einen Außendurchmesser d2 auf, der dem Innendurchmesser der Wandverdickung entspricht. Anschließend formen die Drückrollen 2 vom reitstockseitigen Ende aus in Richtung Maschinenspindel die zweite Wandverdickung. Mit dem Bezugszeichen 12 ist das Ende der Bearbeitung durch die Drückrollen 2 angezeigt.
Fig. 4 zeigt das fertige Rohr 3 mit den endseitigen Wandverdickungen.
Fig. 5 a,b,c zeigen drei verschiedene Rohre 3 mit jeweils unterschiedlicher Innenkontur. Fig. 5a zeigt ein Rohr 3 mit einem sechseckigen Querschnitt. Fig. 5b,c zeigen ein Rohr mit Rippen 10 und Nuten 11.
In Fig.6 ist ein Drückdorn 1b mit Rippen 10 und Nuten 11 gezeigt. Es sind eine Vielzahl von Variationen dieser Drückdorne 1b, sowie der Absätze 4 möglich, die hier nicht alle dargestellt werden können.
Mit den verschiedenen vorstehend beschriebenen Werkzeuganordnungen können kaltdrückgewalzte Teile mit Modifikationen im Inneren dieser Werkstücke hergestellt werden. Teils können die gewünschten Modifikationen im Inneren dieser Teile mit vertretbaren Kosten nur mit den beschriebenen Werkzeuganordnungen produziert werden. Bezogen auf die Fahrradindustrie bedeutet dies, daß mit dem Drückwalzverfahren hochfeste und dünnwandige Teile hergestellt werden können, die auf dem Sektor der Renn- und Rennsporträder sowie gegen Aluminiumräder eine gute Marktchance haben. Durch gute Gleichwandigkeiten, glatte Innenoberflächen und höchste Festigkeiten bei noch ausreichenden Dehnwerten werden dünnwandige und somit leichtere als heute übliche Bauteile möglich. Weiter erlauben die beschriebenen Vorrichtungen hohe Wiederholgenauigkeiten. Somit ist ein Teil wie das andere, da die Streuungen in den Werten minimal sind. Die Verfahren erlauben durch Variationen im Umformgrad und natürlich durch die Modifikationen im Inneren der Teile partiell unterschiedliche Widerstandsmomente und Festigkeiten. D.h., es besteht die Möglichkeit, die Stelle mit der höchsten Belastung den entsprechenden Widerstandsmomenten und Festigkeiten individuell zuzuordnen. Auch können beispielsweise an einem Teil höchste Festigkeiten an der einen Stelle und an einer anderen Stelle höchste Dehnwerte kombiniert werden. Schließlich erlauben die Vorrichtungen die Herstellung konischer Teile, partiell konischer Teile, kombiniert ggf. mit partiell unterschiedlich starken Wanddicken, sowie mit innen angebrachten Rippen oder Nuten in einem Arbeitsgang.
Alle diese Vorteile ergeben Kosteneinsparungen bei der Herstellung rohrförmiger Teile mit den beschriebenen Modifikationen im Inneren dieser Werkstücke.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung von drückgewalzten Rohren (3) mit inneren Wandverdickungen an den Enden, unter Verwendung eines Drückdorns (1) und einer oder mehreren Drückrollen (2), wobei das Rohr (3) zwischen dem Drückdorn (1) und den Drückrollen (2) angeordnet ist und durch Kraftbeaufschlagung der Drückrollen (2) plastisch verformt wird, und in einem ersten Arbeitsgang ein erster Drückdorn (1a) mit einem reitstockseitigen Absatz (4) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Drückrollen (2) am reitstockseitigen Absatz (4) ihre Umformarbeit beginnen und in Richtung Maschinenspindel arbeiten, zum Herstellen der ersten Wandverdickung (5),
    daß anschließend das halbfertige Rohr (3a) vom ersten Drückdorn (1a) genommen wird,
    daß in einem zweiten Arbeitsgang das halbfertige Rohr (3a) an der Seite (6) mit der bereits hergestellten Wandverdickung (5) in ein in der Drückwalzmaschine montiertes Drehfutter (6) eingespannt wird und ein reitstockseitig befestigter zweiter Drückdorn (1b) mit einem Außendurchmesser (d2), der dem Innendurchmesser der Wandverdickung entspricht, in das halbfertige Rohr (3a) geschoben wird und
    daß anschließend die Drückrollen (2) vom reitstockseitigen Ende in Richtung Maschinenspindelseite die zweite Wandverdickung formen.
  2. Vorrichtung zur Herstellung von drückgewalzten Rohren (3) mit inneren Wandverdickungen an den Enden, mit einem ersten Drückdorn (1a) für einen ersten Arbeitsgang und einer oder mehreren Drückrollen (2), wobei das Rohr (3) zwischen den Drückrollen (2) und dem ersten Drückdorn (1a) angeordnet ist und der Außendurchmesser des ersten Drückdorns (1a) dem gewünschten Innendurchmesser des unverdickten mittleren Bereiches des Rohres (3) entspricht und der Außendurchmesser (d1) des Absatzes (4) dem gewünschten Innendurchmesser der Wandverdickung entspricht, gekennzeichnet durch einen reitstockseitig befestigten zweiten Drückdorn (1b) für einen zweiten Arbeitsgang mit einem Außendurchmesser (d2), der dem Innendurchmesser der Wandverdickung entspricht.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drückdorn (1a, 1b) und/oder der Absatz (4) auf seiner Außenseite mit einem Profil versehen ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drückdorn (1a, 1b) und/oder der Absatz (4) zumindest partiell im Querschnitt ein Vieleck ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil aus Rippen (10) und Nuten (11) besteht.
  6. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Herstellung von Konstruktionsteilen für Fahrräder/Motorräder.
  7. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5 zur Herstellung von Konstruktionsteilen für Fahrräder/Motorräder.
EP96931011A 1995-09-07 1996-09-04 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von drückgewalzten rohren mit inneren wandverdickungen an den enden Expired - Lifetime EP0850114B1 (de)

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EP0850114A1 EP0850114A1 (de) 1998-07-01
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KR (1) KR19990044435A (de)
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AT (1) ATE195274T1 (de)
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