EP4028183A1 - Reckwalzvorrichtung und reckwalzverfahren - Google Patents

Reckwalzvorrichtung und reckwalzverfahren

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Publication number
EP4028183A1
EP4028183A1 EP20772242.2A EP20772242A EP4028183A1 EP 4028183 A1 EP4028183 A1 EP 4028183A1 EP 20772242 A EP20772242 A EP 20772242A EP 4028183 A1 EP4028183 A1 EP 4028183A1
Authority
EP
European Patent Office
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workpieces
forging
rolling
gripping
manipulator
Prior art date
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Application number
EP20772242.2A
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English (en)
French (fr)
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EP4028183B1 (de
Inventor
Markus Schaprian
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
Application filed by SMS Group GmbH filed Critical SMS Group GmbH
Publication of EP4028183A1 publication Critical patent/EP4028183A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4028183B1 publication Critical patent/EP4028183B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • 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
    • B21H1/00—Making articles shaped as bodies of revolution
    • B21H1/18—Making articles shaped as bodies of revolution cylinders, e.g. rolled transversely cross-rolling
    • B21H1/20—Making articles shaped as bodies of revolution cylinders, e.g. rolled transversely cross-rolling rolled longitudinally
    • 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
    • B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
    • B21D5/06—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles
    • B21D5/08—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles making use of forming-rollers
    • 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
    • B21H1/00—Making articles shaped as bodies of revolution
    • B21H1/22—Making articles shaped as bodies of revolution characterised by use of rolls having circumferentially varying profile ; Die-rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K27/00—Handling devices, e.g. for feeding, aligning, discharging, Cutting-off means; Arrangement thereof
    • B21K27/02—Feeding devices for rods, wire, or strips
    • B21K27/04—Feeding devices for rods, wire, or strips allowing successive working steps

Definitions

  • the invention relates to a forging and rolling device and a forging and rolling method for pressure forming of workpieces by rolling.
  • the forging and rolling device has a pair of work rolls with two rolls, which implement several stages in the axial direction, which are set up for the step-by-step deformation of the workpieces, in that the workpieces successively pass through the stages.
  • the forging process is one of the longitudinal rolling processes in which the rolled material is transported through the roll gap perpendicular to the rolling axes and is formed in the process.
  • This is characterized by the fact that a blank to be rolled, for example a round or square material, is fed to the rollers by a manipulator and in individual stages that are arranged in the axial direction of the rollers and also as “stitches", “calibres” or “sectors "Are called, is transformed.
  • the steps of the rolls consequently mostly have different roll profiles and are traversed one after the other by the blank to be rolled, whereby the profile cross-section of the blank is changed step by step.
  • Forging rolling is particularly suitable for the production of intermediate forms, such as semi-finished products or preforms, and in rare cases also of finished molded parts.
  • downstream processing steps such as, for example, die forging
  • forging rolling can be simplified by the forging rolling.
  • forging is used, for example, to produce intermediate forms for components such as crankshafts, axles and link components.
  • DE 10 2014 101 150 A1 describes a forging and rolling device which has a pair of rollers with two reversible rollers and two gripping devices for handling the workpieces to be rolled.
  • the two gripping devices are arranged on opposite sides of the pair of rollers.
  • the rolls have at least two rolling tools, i.e. stages, in the axial direction, the stages being set up for the gradual deformation of the workpiece.
  • the output of the workpieces is limited by the fact that the handling of the workpieces by the two gripping devices always only requires part of the pair of rollers, i.e. not all stages are used simultaneously.
  • a forging roller device according to DE 10 2016 112 946 A1.
  • several gripping devices are installed on the opposite sides of the pair of rollers, two opposite gripping devices, which form a pair of gripping devices, being assigned to a step and gripping the corresponding workpiece.
  • the forging and rolling device has a transfer device in order to convey the workpieces from pair of gripping devices to pair of gripping devices in the working cycle of the device.
  • One object of the invention is to provide an improved forging and rolling device and an improved forging and rolling process, in particular to achieve a high output of workpieces with a reduced structural complexity.
  • the object is achieved with a forging and rolling device with the features of claim 1 and a forging and rolling process with the features of claim 9.
  • the forging and rolling device according to the invention is used for pressure forming of workpieces, preferably metallic workpieces, by rolling.
  • the forging roll device has a pair of work rolls with two rolls, which can each be rotated about their roll axes and form a roll gap between them.
  • the rollers are set up in such a way that they implement several stages in the axial direction, which are provided for the step-by-step deformation of the workpieces, in that the workpieces successively pass through the stages.
  • the work rolls rotate in opposite directions.
  • the work rolls can be reversible in the direction of rotation. However, this is not absolutely necessary.
  • the rolled profiles differ on the different stages in order to carry out a step-by-step reshaping of the workpieces.
  • Each workpiece preferably goes through all stages, from the lowest level to the highest level.
  • steps act on the workpieces, ie steps are omitted or skipped.
  • steps are omitted or skipped.
  • the terms “successive”, “step-by-step” etc. do not necessarily limit the processing to a complete run through of all available stages.
  • the forging and rolling device also has one, preferably precisely one, manipulator with a plurality of gripping devices.
  • the number of gripping devices is preferably equal to the number of stages.
  • the gripping devices preferably the entire or essentially the entire manipulator, are arranged on one working side of the pair of work rolls and are set up to grip the workpieces and to guide them through the nip at an associated step in a feed / retraction direction.
  • the working side is defined by the position of the pair of work rolls and the gripping devices.
  • the side opposite the work side (relative to the work roll pair) can be designed as a tool change side, via which maintenance work, such as a roll change, can be carried out.
  • the forging and rolling device also has a shelf which is set up to temporarily support workpieces and, in cooperation with the manipulator, to transfer them to another gripping device, preferably the adjacent gripping device of the next higher level.
  • the workpieces are transferred from one gripping device to another gripping device, preferably a gripping device of a higher level, for example the next higher level.
  • This transfer of the workpieces usually takes place once per work cycle of the forging roller device.
  • the workpiece that has been completely processed, preferably the workpiece of the highest level is ejected. Furthermore, a new work piece, which is also referred to herein as a blank, is fed to the lowest processing stage.
  • the Transfer of the workpieces normally only the first workpiece (the blank) to the penultimate workpiece is gripped and picked up by a gripping device.
  • the term “finished workpiece” only refers to the forging process, ie it does not necessarily refer to an end product or finished part. Rather, the finished workpiece, which has passed through all the intended stages of the forging roller device, is preferably an intermediate molding, such as a semi-finished product or preform.
  • the shelf is not a manipulator, since the shelf does not have any gripping devices which are set up to grip the workpieces and to guide them through the nip in a feed / retraction direction.
  • the tray has no gripping devices that enter the nip or pass through it or can pass through it.
  • the storage can be set up passively in that the workpieces are placed thereon for transfer or the storage supports the workpieces without actively grasping or clamping them.
  • the shelf can have holding means which are set up to hold or stabilize the workpieces temporarily, for example to grip or clamp them.
  • the forging and rolling device constructed in this way allows several workpieces to be processed simultaneously by occupying all or at least several stages in parallel, for example every second stage. Due to the parallel assignment, the output of the workpieces and thus productivity can be increased. This is achieved without installing two or more manipulators on opposite sides of the pair of work rolls.
  • the working side is only expanded to include additional gripping devices, such as tongs, as a result of which the improved functionality is achieved without a significant increase in the structural and procedural complexity of the forging and rolling device.
  • the transfer of the workpieces to gripping devices in the process of the following stages is realized in connection with a deposit. In this way, a high output is compared with a realized a small number of assemblies, which also improves the reliability and maintainability of the forging device.
  • One or more gripping devices are preferably designed to be rotatable about their own axis in order to enable the corresponding workpieces to be rotated between the individual stages. What is meant here is a rotation of the workpieces about their longitudinal axis by a certain angle, for example 90 °. The rotation can take place before or after the forming at the respective step.
  • the gripping devices are preferably designed to grip the workpieces at one end and to guide them through the roller gap at an associated step, while the workpieces are not gripped at the other end. It is not necessary for the “second” end of the work piece to be gripped by an additional gripping device of a manipulator, which not only reduces the structural complexity but also reduces the process control.
  • the tray can preferably be moved in the axial direction and / or the advance / retraction direction.
  • the displaceability of the shelf can be used to implement or at least support the transfer of the workpieces by transporting them transversely through the shelf.
  • the tray can be designed to be movable in the up / down direction, for example in order to submerge during rolling and not to hinder the rolling process.
  • the shelf is preferably arranged on the working side.
  • the side opposite the working side which is advantageously designed as a tool changing side, is not built into the shelf or has restricted access. This improves the maintainability of the forging roll device.
  • the number of gripping devices is preferably equal to the number of stages, the assignment of the gripping device to the step being a one-to-one assignment. In this way, the pair of work rolls can be optimally used along the axial direction, with the nature and control of the individual gripping devices being able to be designed as best as possible for the associated stage.
  • the gripping devices can preferably be moved by the manipulator in the axial direction and / or advance / retraction direction, with the manipulator itself particularly preferably being able to move relative to the work roll pair in the axial direction and / or advance / retraction direction for this purpose.
  • the movability of the gripping devices or the manipulator can be used to implement the transverse transport, i.e. transport of the workpieces for the transfer in the axial direction, either in connection with a stationary shelf or by combination with a likewise movable shelf.
  • at least one gripping device is preferably adjustable relative to the manipulator in the advancing / retracting direction. This can be realized by means of a length compensation section which can adjust the gripping means, for example the clamps, of the corresponding gripping device for length compensation in the advance / retreat direction.
  • a length compensation section which can adjust the gripping means, for example the clamps, of the corresponding gripping device for length compensation in the advance / retreat direction.
  • at least N-1 here N denotes the number of stages
  • the increase in length and / or the rate of increase in length can vary from stage to stage.
  • the gripping devices are thus preferably individually movable.
  • the individual mobility or displaceability in the advance / retract direction can be implemented passively, for example sprung, or actively, for example pneumatically, electromotive, etc., for this purpose.
  • the tray preferably has holding means which are set up to hold the workpieces temporarily for transfer to the respectively adjacent gripping device of the next higher level, preferably to clamp them, while the gripping devices grip around. In this way, the reliability of the handover can be improved.
  • the retaining means are preferably essentially, that is to say for example, except for a clamping movement, stationary relative to the shelf.
  • the object is also achieved by a forging and rolling method for pressure forming workpieces by means of a forging and rolling device according to the description above.
  • the method comprises: gripping a plurality of workpieces by a respective gripping device of the manipulator; Guiding the workpieces through the nip formed by the pair of work rolls at an associated step in the advance / retreat direction; Rotating the rollers, preferably in opposite directions, and exerting pressure on the workpieces by the rollers, whereby the workpieces are reshaped according to their stage; Transporting the workpieces to a transfer position and supporting the workpieces through the storage, preferably placing the workpieces on the storage; Releasing the workpieces by the gripping devices; and gripping of workpieces by another gripping device, preferably the adjacent gripping device of the next higher level.
  • one or more workpieces are rotated around their longitudinal axes, for example by 90 °, between the individual stages.
  • the rotation can take place before or after the forming at the respective step.
  • the gripping devices of the manipulator grip the workpieces at one end and guide them through the roller gap at the associated step, while the workpieces are not gripped at the other end.
  • the tray For transferring the workpieces to another gripping device, the tray preferably moves in the axial direction and / or advance / retraction direction and / or up / down direction in order to realize or at least support the transfer.
  • the gripping devices move through the manipulator in order to transfer the workpieces to another gripping device in the axial direction and / or the advance / retract direction.
  • At least one gripping device is preferably adjusted according to the length of the assigned workpiece relative to the manipulator in the advance / retract direction.
  • the gripping devices are preferably moved individually during the rolling, since the increase in length and / or the speed of the increase in length can differ from step to step.
  • This can be implemented passively, for example with a spring, or actively, for example pneumatically, with an electric motor, etc.
  • the number of workpieces to be rolled is preferably smaller than the number of available stages, for example approximately half as large. A reduced occupancy of the steps may be beneficial or necessary to comply with machine limits with regard to power or energy consumption.
  • Figures 1a to 1c are schematic plan views of a
  • Figures 2a to 2c are schematic plan views of a forging and rolling device in different process stages according to a further embodiment.
  • Figures 3a to 3c are schematic plan views of a
  • Figures 4a to 4c are schematic plan views of a
  • FIGS. 1a to 1c are schematic top views of a forging roller device 1 in different process stages according to one embodiment.
  • the forging and rolling device 1 is set up for pressure forming of workpieces W by rolling.
  • the forging roll device 1 has a pair of work rolls with an upper and a lower roll 10.
  • the upper roller is omitted in the figures in order to make the manipulation and the transport of the workpieces W more visible.
  • the rollers 10 can be rotated in opposite directions. The direction of rotation can be reversible, but this is not absolutely necessary.
  • the rollers 10 include several stages S1 to S4 in the axial direction, which are also referred to as stitches, calibres or segments.
  • the roll profile of the work rolls preferably differs at the different stages S1 to S4.
  • the steps S1 to S4 are used for the step-by-step reshaping of the workpieces W, such a workpiece W successively going through the steps S1 to S4 for this purpose. In the figures, four stages S1 to S4 are shown by way of example.
  • the workpieces W are preferably rotated through an angle, for example 90 °, as indicated by arrows in FIG. 1b.
  • the rotation can take place before or after the deformation at the respective step S1 to S4.
  • the forging and rolling device 1 also has a manipulator 20 with a plurality of gripping devices 21.
  • the gripping devices 21 are assigned according to the stages S1 to S4, although not necessarily a one-to-one assignment is required.
  • a gripping device 21 can be set up to operate several stages.
  • the number of gripping devices 21 is preferably equal to the number of stages S1 to S4, as shown in the figures, in which case the assignment is a one-to-one assignment.
  • the side on which the manipulator 20 with the gripping devices 21 is located relative to the pair of work rolls is referred to herein as the work side AS.
  • the gripping devices 21 have, for example, adjustable clamping jaws in order to be able to securely grip the workpieces W and release them for transfer.
  • the manipulator 20 is in the axial direction of the rollers 10 (referred to herein as “axial direction” or “transverse direction”) and in the horizontal radial direction thereof (referred to herein as “radial direction” or “advance / retraction direction”) movable set up, as indicated in the figures by arrows.
  • axial direction or “transverse direction”
  • radial direction or “advance / retraction direction”
  • one or more of the degrees of freedom can alternatively or additionally also be implemented individually by the gripping devices 21.
  • the individual displaceability in the advance / retraction direction can be implemented passively, for example sprung, or actively, for example pneumatically, electromotive, etc. for this purpose.
  • the gripping devices 21 can be designed to be rotatable about their own axis in order to enable the workpieces W to be rotated between the individual stages S1 to S4.
  • the forging and rolling device 1 also has a tray 30 which, according to the embodiment of FIGS. 1a to 1c, is arranged on the side opposite the working side AS.
  • the shelf 30 can be designed to be stationary or to be movable along one or more degrees of freedom.
  • the Support 30 can be provided passively so that the workpieces W are placed thereon in a feed position (FIG. 1b, described in detail below) or the support 30 supports the workpieces W without actively grasping or clamping them.
  • the tray 30 can have holding means 31 which are set up to hold the workpieces W temporarily, for example to grip or clamp them.
  • a separate transfer device for transferring the workpieces W to adjacent gripping devices 21 can be omitted.
  • the forging and rolling device 1 according to FIG. 1a is in a retracted position in which all workpieces W in process, held by the corresponding gripping devices 21, are completely withdrawn or withdrawn from the nip formed by the pair of work rolls.
  • the manipulator 20 then moves the workpieces W into the fully advanced position, shown in FIG. 1b.
  • the gripping devices 21 enter the nip and, if necessary, with their front ends through it.
  • no rolling, ie no plastic deformation of the workpieces W by the rollers 10 takes place during this transfer.
  • the transfer serves to align the workpieces W, with positioning on the shelf 30, and optionally with rotation of one or more of the workpieces W about their own axes, preferably 90 °.
  • the transfer to the fully advanced position has an axial component, ie the workpieces are transversely into the respective higher stage S2 to S4 shifted (upwards in the figures), as a result of which there is no workpiece W on the first stage S1 at the end of the transfer.
  • a new workpiece / blank Wn is supplied to the first stage S1 by a supply device (not shown in the figures) by positioning it on the corresponding position of the tray 30.
  • the supply of a new workpiece Wn is shown in FIG. 1b by an arrow.
  • the feed device can be implemented, for example, by a robot which removes the workpiece Wn from a storage container, oven or the like (also not shown in the figures) and places it on the shelf 30 at step S1.
  • the feed device can be part of the forging roller device or a separate component.
  • the finished workpiece Wf After the transfer into the fully advanced position, the finished workpiece Wf, which has completely passed through the rolling process, is gripped by a delivery device (not shown in the figures) and discharged or removed from the process.
  • a delivery device (not shown in the figures) and discharged or removed from the process.
  • This process step is shown in FIG. 1c, the delivery of the finished workpiece Wf being shown by an arrow.
  • the delivery device can be implemented, for example, by a robot that grips the workpiece Wf and transfers it to a subsequent device, for example a transport device or a storage container.
  • the delivery device can be part of the forging and rolling device or a separate component.
  • the removal of the finished workpiece Wf by the delivery device and the supply of a new workpiece Wn by the supply device can take place simultaneously, essentially simultaneously, or one after the other.
  • the gripping devices 21 can release their assigned workpieces W, and the manipulator 20 moves the gripping devices 21 essentially in the axial direction in the direction of the first stage S1 (downward in the figures), where the first gripping device 21 grips the newly supplied workpiece Wn and the other gripping devices 21 each grip the adjacent workpiece W of the previous stage S2 to S4.
  • the transfer of the workpieces W can be seen from a comparison of FIGS. 1b and 1c.
  • this process stage can be viewed as the beginning of a work cycle - the workpieces W are rolled.
  • the workpieces W are gripped by the rolled profiles of the corresponding stages S1 to S4 of the rollers 10, transported by rotating the rollers 10 (in the opposite direction of rotation for transferring into the advanced position) and plastically deformed.
  • the rolling direction (to the left in the figures) is denoted herein by the reference symbol WR.
  • the forging and rolling device then returns to the position of FIG. 1a.
  • Various operating modes are possible for carrying out a work cycle.
  • the rollers 10 can be driven continuously at a constant or variable speed.
  • the rollers 10 can be operated in a start / stop mode, for example by means of a direct drive and / or using a clutch and / or brake.
  • Figures 2a to 2c are schematic plan views of a
  • Forging and rolling device 1 in different process stages according to a further embodiment. Since the structure and the process sequences largely correspond to those of the embodiment in FIGS. 1a to 1c, only the differences are essentially presented below. This applies equally to the embodiment of Figures 3a to 3c and the embodiment of Figures 4a to 4c.
  • the forging and rolling device according to FIGS. 2a to 2c differs from the previous embodiment essentially in that the tray 30 is arranged on the working side AS.
  • the support 30 can also be provided passively, so that the workpieces W are placed thereon or the support 30 supports the workpieces W without actively grasping or clamping them.
  • the tray 30 can have holding means 31 which are set up to hold the workpieces W temporarily, for example to grip or clamp them.
  • the supply and discharge of the workpieces W is realized according to this embodiment on the working side AS, as can be seen from FIGS. 2b and 2c.
  • an advantage of the present embodiment of FIGS. 2a to 2c is that the side opposite the working side AS, which is advantageously designed as a tool change side, is not affected by the Shelf 30 is installed or has restricted access.
  • the two embodiments of Figures 1a to 1c and 2a to 2c implement the transfer of the workpieces W to the next higher level S2 to S4 essentially in that the manipulator 20 and / or its
  • Gripping devices 21 are moved in the axial direction.
  • the following two embodiments of FIGS. 3a to 3c and 4a to 4c implement the transfer of the workpieces W essentially by moving the tray 30 in the axial direction.
  • the tray 30 is designed to be movable at least in the axial direction. It can be provided passively, so that the workpieces W are placed on it or the support 30 supports the workpieces W without actively grasping or clamping them.
  • the tray 30 can have holding means 31 which are set up to hold the workpieces W temporarily, for example to grip or clamp them.
  • the shelf 30 can be installed on the working side AS, as shown in FIGS. 3a to 3c.
  • the shelf can be arranged on the side opposite the working side AS, as can be seen from FIGS. 4a and 4b.
  • the tray 30 can alternatively or additionally be designed to be movable in the advance / retraction direction between the two sides, i.e. the working side AS and the side opposite the working side AS. Furthermore, several shelves 30 can be provided, as can be seen from FIG. 4c, for example, if this improves or simplifies the handling of the workpieces W, or in order to be able to implement various process sequences with one and the same forging and rolling device 1 without significant conversion measures.
  • the workpieces W of the steps S1 to S4 normally have slightly different lengths.
  • gripping devices 21 have a length compensation section 22.
  • the length compensation sections 22 can be implemented, for example, by a spring system which can deflect to different extents to compensate for the length of the gripping devices 21.
  • the workpieces W are rolled on the “return path”, ie during the transfer from the advanced position into the starting position of FIGS. 1a, 2a, 3a and 4a.
  • a plastic deformation of the workpieces by the rollers 10 can alternatively or additionally also take place during the forward transfer, ie during the transfer into the advanced position.
  • the forging and rolling concept presented here allows simultaneous occupancy of all or at least several stages S1 to S4, for example every second stage.
  • a reduced occupancy of stages S1 to S4 may be necessary to comply with machine limits with regard to force or energy consumption.
  • the forging and rolling device 1 enables the output of the workpieces W to be optimized through the parallel assignment. This is achieved without the need for two manipulators on opposite sides of the pair of work rolls.
  • the manipulator on the working side AS is only expanded by further gripping devices 21, such as tongs, as a result of which the improved functionality is achieved without a significant increase in the structural and procedural complexity.
  • the transverse transport i.e.
  • transport of the workpieces W in the axial direction is implemented, for example, either by an additional transverse transport axis in the manipulator 20 in connection with a stationary tray 30 or by a combination of a manipulator 20 that is stationary in the axial direction and a tray 30 that can be moved in the axial direction. It is not necessary here for the “second” end of the workpieces W to be gripped by a further manipulator. In this way, a high output is achieved with a comparatively small number of assemblies, which also improves the reliability and maintainability of the forging and rolling device.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Abstract

Reckwalzvorrichtung (1) und Reckwalzverfahren zum Druckumformen von Werkstücken (W) durch Walzen, wobei die Reckwalzvorrichtung (1) aufweist: ein Arbeitswalzenpaar mit zwei Walzen (10), die jeweils um deren Walzenachsen rotierbar sind und zwischen sich einen Walzenspalt ausbilden, wobei die Walzen (10) in Axialrichtung mehrere Stufen (S1 bis S4) realisieren, die zur schrittweisen Umformung der Werkstücke (W) eingerichtet sind, indem die Werkstücke (W) die Stufen (S1 bis S4) sukzessive durchlaufen; einen Manipulator (20) mit mehreren Greifeinrichtungen (21), die auf einer Arbeitsseite (AS) des Arbeitswalzenpaars angeordnet und eingerichtet sind, die Werkstücke (W) zu greifen und an einer zugeordneten Stufe (S1 bis S4) in einer Vorschub-/Rückzugsrichtung durch den Walzenspalt zu führen; eine Ablage (30), die eingerichtet ist, um Werkstücke (W) temporär zu stützen und in Zusammenwirkung mit dem Manipulator (20) an eine andere Greifeinrichtung (21), vorzugsweise die benachbarte Greifeinrichtung (21) der nächsthöheren Stufe (S2 bis S4), zu übergeben.

Description

Reckwalzvorrichtung und Reckwalzverfahren
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Reckwalzvorrichtung sowie ein Reckwalzverfahren zum Druckumformen von Werkstücken durch Walzen. Die Reckwalzvorrichtung weist zu diesem Zweck ein Arbeitswalzenpaar mit zwei Walzen auf, die in Axialrichtung mehrere Stufen realisieren, die zur schrittweisen Umformung der Werkstücke eingerichtet sind, indem die Werkstücke die Stufen sukzessive durchlaufen.
Hintergrund der Erfindung
Zu den Längswalzverfahren, in denen das Walzgut senkrecht zu den Walzachsen durch den Walzenspalt transportiert und dabei umgeformt wird, zählt das Reckwalzverfahren. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass ein zu walzender Rohling, beispielsweise ein Rund- oder Vierkantmaterial, durch einen Manipulator den Walzen zugeführt und in einzelnen Stufen, die in Axialrichtung der Walzen angeordnet sind und auch als „Stiche“, „Kaliber“ oder „Sektoren“ bezeichnet werden, umgeformt wird. Die Stufen der Walzen weisen demzufolge zumeist unterschiedliche Walzprofile auf und werden vom zu walzenden Rohling nacheinander durchlaufen, wodurch der Profilquerschnitt des Rohlings schrittweise geändert wird.
Das Reckwalzen ist besonders zur Herstellung von Zwischenformen, wie etwa Halbzeugen oder Vorformlingen, in selteneren Fällen auch von Fertigformteilen geeignet. Im Fall der Herstellung von Zwischenformen können durch das Reckwalzen nachgelagerte Verarbeitungsschritte, wie etwa ein Gesenkschmieden, vereinfacht werden. So lassen sich beispielsweise der Materialeinsatz und die Prozesskräfte beim Gesenkschmieden reduzieren sowie die Oberflächenqualität der Bauteile erhöhen. Konkret wird das Reckwalzen beispielsweise zur Herstellung von Zwischenformen für Bauteile wie Kurbelwellen, Achsen und Lenkerbauteile angewendet.
Die DE 10 2014 101 150 A1 beschreibt eine Reckwalzvorrichtung, die ein Walzenpaar mit zwei im Drehsinn umkehrbaren Walzen und zwei Greifeinrichtungen zur Handhabung der zu walzenden Werkstücke aufweist. Die beiden Greifeinrichtungen sind auf gegenüberliegenden Seiten des Walzenpaars angeordnet. Ferner weisen die Walzen in Axialrichtung zumindest zwei Walzwerkzeuge, d.h. Stufen, auf, wobei die Stufen zur schrittweisen Umformung des Werkstücks eingerichtet sind.
Die Ausbringung der Werkstücke ist gemäß der in der DE 10 2014 101 150 A1 beschriebenen Technik dadurch begrenzt, dass die Handhabung der Werkstücke durch die beiden Greifeinrichtungen stets nur einen Teil des Walzenpaars beansprucht, d.h. nicht alle Stufen werden gleichzeitig genutzt.
Eine Erhöhung der Ausbringung wird mit einer Reckwalzvorrichtung gemäß der DE 10 2016 112 946 A1 erzielt. Zu diesem Zweck sind auf den gegenüberliegenden Seiten des Walzenpaars jeweils mehrere Greifeinrichtungen installiert, wobei jeweils zwei gegenüberliegende Greifeinrichtungen, die ein Greifeinrichtungspaar bilden, einer Stufe zugeordnet sind und das entsprechende Werkstück greifen. Zudem weist die Reckwalzvorrichtung eine Transfervorrichtung auf, um die Werkstücke im Arbeitstakt der Vorrichtung von Greifeinrichtungspaar zu Greifeinrichtungspaar zu befördern.
Die Ausbringungserhöhung gemäß der DE 10 2016 112 946 A1 wird durch einen erheblichen konstruktiven Aufwand erkauft, denn zur parallelen Belegung der Stufen werden pro Stufe zwei Greifeinrichtungen verwendet, um das Werkstück an beiden Enden zu greifen. Das parallele Walzen mehrerer Werkstücke ist zudem mit einem technischen Problem verbunden, das daher resultiert, dass die Werkstücke durch die Verformung in unterschiedlichen Stadien entlang der Axialrichtung der Walzen unterschiedliche Längen aufweisen. Hierfür muss ein Längenausgleich zwischen den einzelnen Greifeinrichtungen sichergestellt werden, um einen zuverlässigen und qualitativ hochwertigen Walzprozess sicherzustellen.
Darstellung der Erfindung Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Reckwalzvorrichtung sowie ein verbessertes Reckwalzverfahren anzugeben, insbesondere eine hohe Ausbringung von Werkstücken mit einer reduzierten baulichen Komplexität zu realisieren. Gelöst wird die Aufgabe mit einer Reckwalzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Reckwalzverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.
Die Reckwalzvorrichtung gemäß der Erfindung dient zum Druckumformen von Werkstücken, vorzugsweise metallischen Werkstücken, durch Walzen.
Die Reckwalzvorrichtung weist ein Arbeitswalzenpaar mit zwei Walzen auf, die jeweils um deren Walzenachsen rotierbar sind und zwischen sich einen Walzenspalt ausbilden. Die Walzen sind so eingerichtet, dass sie in Axialrichtung mehrere Stufen realisieren, die zur schrittweisen Umformung der Werkstücke vorgesehen sind, indem die Werkstücke die Stufen sukzessive durchlaufen. Bei der Umformung der Werkstücke drehen sich die Arbeitswalzen entgegengesetzt. Die Arbeitswalzen können im Drehsinn umkehrbar sein. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Normalerweise unterscheiden sich die Walzprofile an den unterschiedlichen Stufen, um so eine schrittweise Umformung der Werkstücke durchzuführen. Vorzugsweise durchläuft jedes Werkstück alle Stufen, von der niedrigsten Stufe bis zur höchsten Stufe. Allerdings kann es in besonderen Fällen auch möglich sein, dass nicht alle Stufen auf die Werkstücke wirken, d.h. Stufen weggelassen oder übersprungen werden. Die Bezeichnungen „sukzessive“, „schrittweise“ usw. beschränken die Bearbeitung somit nicht notwendigerweise auf einen vollständigen Durchlauf aller zur Verfügung stehender Stufen.
Die Reckwalzvorrichtung weist ferner einen, vorzugsweise genau einen, Manipulator mit mehreren Greifeinrichtungen auf. Vorzugsweise ist die Anzahl der Greifeinrichtungen gleich der Anzahl der Stufen. Die Greifeinrichtungen, vorzugsweise der gesamte oder im Wesentlichen gesamte Manipulator, sind auf einer Arbeitsseite des Arbeitswalzenpaars angeordnet und eingerichtet, die Werkstücke zu greifen und an einer zugeordneten Stufe in einer Vorschub- /Rückzugsrichtung durch den Walzenspalt zu führen. Die Arbeitsseite ist durch die Lage des Arbeitswalzenpaars und der Greifeinrichtungen definiert. Die der Arbeitsseite gegenüberliegende Seite (relativ zum Arbeitswalzenpaar) kann als Werkzeugwechselseite konzipiert sein, über die Wartungsarbeiten, etwa ein Walzenwechsel, realisierbar ist.
Die Reckwalzvorrichtung weist ferner eine Ablage auf, die eingerichtet ist, um Werkstücke temporär zu stützen und in Zusammenwirkung mit dem Manipulator an eine andere Greifeinrichtung, vorzugsweise die benachbarte Greifeinrichtung der nächsthöheren Stufe, zu übergeben. In anderen Worten, die Werkstücke werden von einer Greifeinrichtung an eine andere Greifeinrichtung, vorzugsweise eine Greifeinrichtung höherer Stufe, beispielsweise der nächsthöheren Stufe, übergeben. Diese Übergabe der Werkstücke findet normalerweise einmal pro Arbeitstakt der Reckwalzvorrichtung statt. Jenes Werkstück, das die Bearbeitung vollständig durchlaufen hat, vorzugsweise das Werkstück der höchsten Stufe, wird ausgeschleust. Ferner wird ein neues Werkstücke, das hierin auch als Rohling bezeichnet wird, der untersten Bearbeitungsstufe zugeführt. Somit werden bei der Übergabe der Werkstücke normalerweise nur das erste Werkstück (der Rohling) bis vorletzte Werkstück durch eine Greifeinrichtung gegriffen und aufgenommen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Bezeichnung „fertiges Werkstück“ sich nur auf den Reckwalzvorgang bezieht, d.h. nicht notwendigerweise ein Endprodukt oder Fertigformteil bezeichnet. Vielmehr ist das fertige Werkstück, das alle beabsichtigten Stufen der Reckwalzvorrichtung durchlaufen hat, vorzugsweise eine Zwischenformen, wie etwa ein Halbzeug oder Vorformling.
Die Ablage ist kein Manipulator, da die Ablage keine Greifeinrichtungen aufweist, die eingerichtet sind, um die Werkstücke zu greifen und in einer Vorschub- /Rückzugsrichtung durch den Walzenspalt zu führen. Insbesondere weist die Ablage keine Greifeinrichtungen auf, die in den Walzenspalt eintreten bzw. durch diesen hindurchtreten oder hindurchtreten können. Die Ablage kann passiv eingerichtet sein, indem die Werkstücke zur Übergabe darauf abgelegt werden bzw. die Ablage die Werkstücke abstützt, ohne diese aktiv zu greifen oder zu klammern. Alternativ kann die Ablage Festhaltemittel aufweisen, die eingerichtet sind, um die Werkstücke temporär festzuhalten bzw. zu stabilisieren, beispielsweise zu greifen oder zu klammern. Die so konstruierte Reckwalzvorrichtung erlaubt eine Bearbeitung mehrerer Werkstücke gleichzeitig durch eine parallele Belegung aller oder zumindest mehrerer Stufen, beispielsweise jeder zweiten Stufe. Durch die Parallelbelegung lässt sich die Ausbringung der Werkstücke, somit die Produktivität erhöhen. Dies wird erreicht, ohne dass zwei oder mehr Manipulatoren auf gegenüberliegenden Seiten des Arbeitswalzenpaars installiert sind. Der Manipulator auf der
Arbeitsseite wird gegebenenfalls lediglich um weitere Greifeinrichtungen, etwa Zangen, erweitert, wodurch die verbesserte Funktionalität ohne erhebliche Erhöhung der baulichen und prozessualen Komplexität der Reckwalzvorrichtung erzielt wird. Die Übergabe der Werkstücke an Greifeinrichtungen im Prozessverlauf nachfolgender Stufen wird in Verbindung mit einer Ablage realisiert. Auf diese Weise wird eine hohe Ausbringung mit einer vergleichsweise geringen Anzahl von Baugruppen realisiert, wodurch sich ferner die Zuverlässigkeit und Wartbarkeit der Reckwalzvorrichtung verbessert.
Vorzugsweise sind eine oder mehrere Greifeinrichtungen um ihre eigene Achse rotierbar eingerichtet, um eine Drehung der entsprechenden Werkstücke zwischen den einzelnen Stufen zu ermöglichen. Hiebei ist eine Drehung der Werkstücke um deren Längsache um einen bestimmten Winkel, beispielsweise 90°, gemeint. Die Drehung kann vor oder nach der Umformung an der jeweiligen Stufe erfolgen. Vorzugsweise sind die Greifeinrichtungen eingerichtet, um die Werkstücke an einem Ende zu greifen und an einer zugeordneten Stufe durch den Walzenspalt zu führen, während die Werkstücke am anderen Ende nicht gegriffen werden. Es ist nicht erforderlich, dass das „zweite“ Ende der Werkstücke von einer zusätzlichen Greifeinrichtung eines Manipulators gegriffen wird, womit nicht nur eine Reduktion der baulichen Komplexität sondern auch der Prozessteuerung einhergeht.
Vorzugsweise ist die Ablage in der Axialrichtung und/oder Vorschub- /Rückzugsrichtung verfahrbar. Insbesondere kann die Verfahrbarkeit der Ablage genutzt werden, um die Übergabe der Werkstücke durch einen Quertransport derselben durch die Ablage zu realisieren oder zumindest zu unterstützen. Alternativ oder zusätzlich kann die Ablage in der Hoch-/Runterrichtung verfahrbar eingerichtet sein, beispielsweise um während des Walzens abzutauchen und den Walzprozess nicht zu behindern.
Vorzugsweise ist die Ablage auf der Arbeitsseite angeordnet. Somit ist die Seite gegenüber der Arbeitsseite, die vorteilhafterweise als Werkzeugwechselseite konzipiert ist, nicht durch die Ablage verbaut oder eingeschränkt zugänglich. Dies verbessert die Wartbarkeit der Reckwalzvorrichtung. Vorzugsweise ist die Anzahl der Greifeinrichtungen gleich der Anzahl der Stufen, wobei die Zuordnung Greifeinrichtung zur Stufe eine Eins-zu-eins-Zuordnung ist. Auf diese Weise ist das Arbeitswalzenpaar entlang der Axialrichtung optimal nutzbar, wobei die Beschaffenheit und Steuerung der einzelnen Greifeinrichtungen bestmöglich für die zugehörige Stufe konzipiert sein können.
Vorzugsweise sind die Greifeinrichtungen durch den Manipulator in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung verfahrbar, wobei zu diesem Zweck besonders bevorzugt der Manipulator selbst relativ zum Arbeitswalzenpaar in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung verfahrbar ist. Insbesondere kann die Verfahrbarkeit der Greifeinrichtungen bzw. des Manipulators genutzt werden, um den Quertransport, d.h. Transport der Werkstücke für die Übergabe in Axialrichtung, entweder in Verbindung mit einer stationären Ablage oder durch Kombination mit einer ebenfalls verfahrbaren Ablage zu realisieren.
Am Ende des Walzvorgangs haben die Werkstücke der verschiedenen Stufen normalerweise unterschiedliche Längen. Um diese unterschiedliche Längung auszugleichen, ist vorzugsweise zumindest eine Greifeinrichtung relativ zum Manipulator in der Vorschub-/Rückzugsrichtung verstellbar. Dies kann mittels eines Längenausgleichsabschnitts realisiert werden, der das Greifmittel, etwa die Klammern, der entsprechenden Greifeinrichtung zum Längenausgleich in der Vorschub-/Rückzugsrichtung verstellen kann. Vorzugsweise weisen zumindest N- 1 (hierbei bezeichnet N die Anzahl der Stufen) Greifeinrichtungen einen solchen Längenausgleichsabschnitt auf. Die Längenzunahme und/oder die Geschwindigkeit der Längenzunahme können von Stufe zu Stufe unterschiedlich sein. Somit sind die Greifeinrichtungen vorzugsweise individuell beweglich. Die individuelle Beweglichkeit bzw. Verfahrbarkeit in Vorschub-/Rückzugsrichtung kann zu diesem Zweck passiv, beispielsweise gefedert, oder aktiv, beispielsweise pneumatisch, elektromotorisch usw., realisiert werden. Vorzugsweise weist die Ablage Festhaltemittel auf, die eingerichtet sind, um die Werkstücke temporär zur Übergabe an die jeweils benachbarte Greifeinrichtung der nächsthöheren Stufe festzuhalten, vorzugsweise zu klammern, während die Greifeinrichtungen umgreifen. Auf diese Weise lässt sich die Zuverlässigkeit der Übergabe verbessern. Hierbei sind die Festhaltemittel vorzugsweise im Wesentlichen, d.h. beispielsweise bis auf eine Klemmbewegung, relativ zur Ablage stationär.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Reckwalzverfahren zum Druckumformen von Werkstücken mittels einer Reckwalzvorrichtung gemäß der obigen Beschreibung gelöst. Das Verfahren weist auf: Greifen mehrerer Werkstücke durch jeweils eine Greifeinrichtung des Manipulators; Führen der Werkstücke durch den Walzenspalt, gebildet von dem Arbeitswalzenpaar, an einer zugeordneten Stufe in der Vorschub-/Rückzugsrichtung; Rotieren der Walzen, vorzugsweise gegensinnig, und Ausüben von Druck auf die Werkstücke durch die Walzen, wodurch die Werkstücke entsprechend ihrer Stufe umgeformt werden; Transportieren der Werkstücke an eine Übergabeposition und Abstützen der Werkstücke durch die Ablage, vorzugsweise Ablegen der Werkstücke auf die Ablage; Freigeben der Werkstücke durch die Greifeinrichtungen; und Greifen von Werkstücken durch eine andere Greifeinrichtung, vorzugsweise die benachbarte Greifeinrichtung der nächsthöheren Stufe.
Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf die Reckwalzvorrichtung beschrieben wurden, gelten analog für das Reckwalzverfahren.
So werden vorzugsweise ein oder mehrere Werkstücke zwischen den einzelnen Stufen um deren Längsachsen, beispielsweise um 90°, gedreht. Die Drehung kann vor oder nach der Umformung an der jeweiligen Stufe erfolgen. Ferner ist es besonders bevorzugt, dass die Greifeinrichtungen des Manipulators die Werkstücke an einem Ende greifen und an der zugeordneten Stufe durch den Walzenspalt führen, während die Werkstücke am anderen Ende nicht gegriffen werden.
Vorzugsweise verfährt die Ablage zur Übergabe der Werkstücke an eine andere Greifeinrichtung in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung und/oder Hoch-/Runterrichtung, um so die Übergabe zu realisieren oder zumindest zu unterstützen. Alternativ oder zusätzlich verfahren die Greifeinrichtungen durch den Manipulator zur Übergabe der Werkstücke an eine andere Greifeinrichtung in der Axialrichtung und/oder Vorschub- /Rückzugsrichtung. Besonders bevorzugt bewegt sich zu diesem Zweck im Wesentlichen nur der Manipulator selbst relativ zum Arbeitswalzenpaar in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung.
Um eine unterschiedliche Längung der Werkstücke an den verschiedenen Stufen auszugleichen, wird vorzugsweise zumindest eine Greifeinrichtung gemäß der Länge des zugeordneten Werkstücks relativ zum Manipulator in der Vorschub- /Rückzugsrichtung verstellt. Vorzugsweise werden die Greifeinrichtungen während des Walzens individuell bewegt, da die Längenzunahme und/oder die Geschwindigkeit der Längenzunahme von Stufe zu Stufe unterschiedlich sein können. Dies kann passiv, beispielsweise gefedert, oder aktiv, beispielsweise pneumatisch, elektromotorisch usw., realisiert werden. Vorzugsweise ist die Anzahl der zu walzenden Werkstücke kleiner als die Anzahl der zur Verfügung stehenden Stufen, beispielsweise etwa halb so groß. Eine reduzierte Belegung der Stufen kann gegebenenfalls zur Einhaltung von Maschinengrenzen bezüglich Kraft oder Energieentnahme günstig oder erforderlich sein. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale realisiert werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen erfolgt mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Figuren Die Figuren 1a bis 1c sind schematische Draufsichten auf eine
Reckwalzvorrichtung in unterschiedlichen Verfahrensstadien gemäß einer
Ausführungsform.
Die Figuren 2a bis 2c sind schematische Draufsichten auf eine Reckwalzvorrichtung in unterschiedlichen Verfahrensstadien gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die Figuren 3a bis 3c sind schematische Draufsichten auf eine
Reckwalzvorrichtung in unterschiedlichen Verfahrensstadien gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die Figuren 4a bis 4c sind schematische Draufsichten auf eine
Reckwalzvorrichtung in unterschiedlichen Verfahrensstadien gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsformen
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholende Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
Die Figuren 1a bis 1c sind schematische Draufsichten auf eine Reckwalzvorrichtung 1 in unterschiedlichen Verfahrensstadien gemäß einer Ausführungsform. Die Reckwalzvorrichtung 1 ist zum Druckumformen von Werkstücken W durch Walzen eingerichtet.
Zunächst werden die Komponenten der Reckwalzvorrichtung 1 und im Anschluss daran ein damit durchführbares Reckwalzverfahren erläutert.
Die Reckwalzvorrichtung 1 weist ein Arbeitswalzenpaar mit einer oberen und einer unteren Walze 10 auf. Die obere Walze ist in den Figuren weggelassen, um die Manipulation sowie den Transport der Werkstücke W besser sichtbar zu machen. Die Walzen 10 sind entgegengesetzt rotierbar. Ihr Drehsinn kann umkehrbar vorgesehen sein, dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Die Walzen 10 umfassen in Axialrichtung mehrere Stufen S1 bis S4, die auch als Stiche, Kaliber oder Segmente bezeichnet werden. Vorzugsweise unterscheidet sich das Walzprofil der Arbeitswalzen an den unterschiedlichen Stufen S1 bis S4. Die Stufen S1 bis S4 dienen der schrittweisen Umformung der Werkstücke W, wobei ein solches Werkstück W zu diesem Zweck sukzessive die Stufen S1 bis S4 durchläuft. In den Figuren sind beispielhaft vier Stufen S1 bis S4 gezeigt.
Zwischen den Stufen S1 bis S4 werden die Werkstücke W vorzugsweise um einen Winkel, beispielsweise 90°, gedreht, wie es durch Pfeile in der Figur 1b angedeutet ist. Die Drehung kann vor oder nach der Umformung an der jeweiligen Stufe S1 bis S4 erfolgen.
Die Reckwalzvorrichtung 1 weist ferner einen Manipulator 20 mit mehreren Greifeinrichtungen 21 auf. Die Greifeinrichtungen 21 sind entsprechend den Stufen S1 bis S4 zugeordnet, wobei nicht unbedingt eine Eins-zu-eins-Zuordnung erforderlich ist. Beispielsweise kann eine Greifeinrichtung 21 zur Bedienung mehrerer Stufen eingerichtet sind. Allerdings ist die Anzahl der Greifeinrichtungen 21 vorzugsweise gleich der Anzahl der Stufen S1 bis S4, wie in den Figuren gezeigt, wobei in diesem Fall die Zuordnung eine Eins-zu-eins-Zuordnung ist. Die Seite, auf der sich der Manipulator 20 mit den Greifeinrichtungen 21 relativ zum Arbeitswalzenpaar befindet, wird hierin als Arbeitsseite AS bezeichnet. Die Greifeinrichtungen 21 weisen beispielsweise verstellbare Klemmbacken auf, um die Werkstücke W sicher greifen und zur Übergabe loslassen zu können.
Der Manipulator 20 ist gemäß der Ausführungsform der Figuren 1a bis 1c in Axialrichtung der Walzen 10 (hierin als „Axialrichtung“ oder „Querrichtung“ bezeichnet) und in der horizontalen Radialrichtung derselben (hierin als „Radialrichtung“ oder „Vorschub-/Rückzugsrichtung“ bezeichnet) verfahrbar eingerichtet, wie es in den Figuren durch Pfeile angezeigt ist. Allerdings können ein oder mehrere der Freiheitsgrade alternativ oder zusätzlich auch individuell durch die Greifeinrichtungen 21 realisiert werden. Eine individuelle Beweglichkeit der Greifeinrichtungen 21 oder eines Teils der Greifeinrichtungen 21 (vorzugsweise zumindest drei von vier) in Vorschub-/Rückzugsrichtung, ebenfalls durch Pfeile in den Figuren dargestellt, ist besonders bevorzugt vorgesehen, um eine Längenausgleichsfunktion zur Kompensation einer Längenänderung des Werkstücks W durch die unterschiedlichen Stufen S1 bis S4 zu realisieren. Die individuelle Verfahrbarkeit in Vorschub-/Rückzugsrichtung kann zu diesem Zweck passiv, beispielsweise gefedert, oder aktiv, beispielsweise pneumatisch, elektromotorisch usw., realisiert werden. Zudem können die Greifeinrichtungen 21 um ihre eigene Achse rotierbar eingerichtet sein, um eine Drehung der Werkstücke W zwischen den einzelnen Stufen S1 bis S4 zu ermöglichen.
Die Reckwalzvorrichtung 1 weist ferner eine Ablage 30 auf, die gemäß der Ausführungsform der Figuren 1a bis 1c auf der der Arbeitsseite AS gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Die Ablage 30 kann stationär oder entlang einer oder mehrerer Freiheitsgrade verfahrbar eingerichtet sein. Die Ablage 30 kann passiv vorgesehen sein, so dass die Werkstücke W in einer Vorschubstellung (Figur 1b, weiter unten im Detail beschrieben) darauf abgelegt werden bzw. die Ablage 30 die Werkstücke W abstützt, ohne diese aktiv zu greifen oder zu klammern. Alternativ kann die Ablage 30 Festhaltemittel 31 aufweisen, die eingerichtet sind, um die Werkstücke W temporär festzuhalten, beispielsweise zu greifen oder zu klammern.
Indem die Ablage 30 und/oder der Manipulator 20 bzw. dessen Greifeinrichtungen 21 in Axialrichtung verfahrbar eingerichtet sind, kann eine gesonderte Transfereinrichtung für die Übergabe der Werkstücke W an benachbarte Greifeinrichtungen 21 entfallen.
In den Figuren 1a bis 1c ist die Reckwalzvorrichtung 1 in Stellungen unterschiedlicher Verfahrensstadien zeigt.
Die Reckwalzvorrichtung 1 gemäß der Figur 1a befindet sich in einer zurückgezogenen Stellung, in der alle in Bearbeitung befindlichen Werkstücke W, gehalten von den entsprechenden Greifeinrichtungen 21, vollständig aus dem durch das Arbeitswalzenpaar gebildeten Walzenspalt heraus- bzw. zurückgezogen sind.
Anschließend fährt der Manipulator 20 die Werkstücke W in die vollständig vorgeschobene Stellung, dargestellt in der Figur 1b. Dabei treten die Greifeinrichtungen 21 in den Walzenspalt ein und gegebenenfalls mit ihren Vorderenden durch diesen hindurch. Vorzugsweise findet während dieses Transfers kein Walzen, d.h. keine plastische Verformung der Werkstücke W durch die Walzen 10 statt. Stattdessen dient der Transfer der Ausrichtung der Werkstücke W, unter Positionierung auf der Ablage 30, und gegebenenfalls mit Drehung eines oder mehrerer der Werkstücke W um deren eigene Achsen, vorzugsweise 90°. Der Transfer in die vollständig vorgeschobene Stellung weist eine axiale Komponente auf, d.h. die Werkstücke werden quer in die jeweils höhere Stufe S2 bis S4 verschoben (in den Figuren nach oben), wodurch sich auf der ersten Stufe S1 am Ende das Transfers kein Werkstück W befindet.
Während oder nach dem Transfer in die vollständig vorgeschobene Stellung wird durch eine Zufuhreinrichtung (in den Figuren nicht dargestellt) ein neues Werkstück/Rohling Wn der ersten Stufe S1 zugeführt, indem dieses auf der entsprechenden Position der Ablage 30 positioniert wird. Die Zufuhr eines neuen Werkstücks Wn ist in der Figur 1b durch einen Pfeil dargestellt. Die Zufuhreinrichtung kann beispielsweise durch einen Roboter realisiert werden, der das Werkstück Wn einem Vorratsbehälter, Ofen oder dergleichen (ebenfalls in den Figuren nicht dargestellt) entnimmt und auf der Ablage 30 an der Stufe S1 ablegt. Die Zufuhreinrichtung kann Teil der Reckwalzvorrichtung oder eine separate Komponente sein. Nach dem Transfer in die vollständig vorgeschobene Stellung wird ferner durch eine Abgabeeinrichtung (in den Figuren nicht dargestellt) das fertige Werkstück Wf, das den Walzprozess vollständig durchlaufen hat, gegriffen und aus dem Prozess ausgeschleust bzw. entfernt. Dieser Verfahrensschritt ist in der Figur 1c gezeigt, wobei die Abgabe des fertigen Werkstücks Wf durch einen Pfeil dargestellt ist. Die Abgabeeinrichtung kann beispielsweise durch einen Roboter realisiert werden, der das Werkstück Wf greift und an eine nachfolgende Einrichtung, beispielsweise eine Transporteinrichtung oder einen Aufbewahrungsbehälter, übergibt. Die Abgabeeinrichtung kann Teil der Reckwalzvorrichtung oder eine separate Komponente sein. Die Entfernung des fertigen Werkstücks Wf durch die Abgabeeinrichtung und die Zufuhr eines neuen Werkstücks Wn durch die Zufuhreinrichtung können gleichzeitig, im Wesentlichen gleichzeitig oder nacheinander erfolgen.
Indem die Werkstücke W in der vollständig vorgeschobenen Stellung durch die Ablage 30 gehalten werden, können die Greifeinrichtungen 21 ihre zugeordneten Werkstücke W loslassen, und der Manipulator 20 fährt die Greifeinrichtungen 21 im Wesentlichen in Axialrichtung in Richtung der ersten Stufe S1 (in den Figuren nach unten), wo die erste Greifeinrichtung 21 das neu zugeführte Werkstück Wn greift und die anderen Greifeinrichtungen 21 jeweils das benachbarte Werkstück W der vorangegangenen Stufe S2 bis S4 greifen. Die Übergabe der Werkstücke W geht aus einem Vergleich der Figuren 1b und 1c hervor.
Nachdem das fertige Werkstück Wf abgegeben ist und alle Werkstücke W, inklusive des neuen Werkstücks/Rohlings Wn, durch die Greifeinrichtungen 21 gegriffen sind - dieses Verfahrensstadium kann als Beginn eines Arbeitstakts angesehen werden -, werden die Werkstücke W gewalzt. Dazu werden die Werkstücke W von den Walzprofilen der entsprechenden Stufen S1 bis S4 der Walzen 10 erfasst, durch Drehung der Walzen 10 (im umgekehrten Drehsinn zum Transfer in die vorgeschobene Stellung) transportiert und plastisch verformt. Die Walzrichtung (in den Figuren nach links) ist hierin mit dem Bezugszeichen WR bezeichnet. Anschließend kommt die Reckwalzvorrichtung erneut in die Stellung der Figur 1a. Es sind verschiedene Betriebsmodi zur Durchführung eines Arbeitstakts möglich. So kann der Antrieb der Walzen 10 beispielsweise kontinuierlich mit konstanter oder veränderlicher Drehzahl erfolgen. Alternativ können die Walzen 10 in einem Start/Stopp-Modus betrieben werden, etwa mittels eines Direktantriebs und/oder unter Verwendung einer Kupplung und/oder Bremse.
Die Figuren 2a bis 2c sind schematische Draufsichten auf eine
Reckwalzvorrichtung 1 in unterschiedlichen Verfahrensstadien gemäß einer weiteren Ausführungsform. Da der Aufbau und die Verfahrensabläufe zu großen Teilen mit denen der Ausführungsform der Figuren 1a bis 1c übereinstimmen, werden nachfolgend im Wesentlichen nur die Unterschiede dargelegt. Dies gilt gleichermaßen für die Ausführungsform der Figuren 3a bis 3c sowie Ausführungsform der Figuren 4a bis 4c. Die Reckwalzvorrichtung gemäß den Figuren 2a bis 2c unterscheidet sich von der vorangegangenen Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Ablage 30 auf der Arbeitsseite AS angeordnet ist. Die Ablage 30 kann ebenfalls passiv vorgesehen sein, so dass die Werkstücke W darauf abgelegt werden bzw. die Ablage 30 die Werkstücke W abstützt, ohne diese aktiv zu greifen oder zu klammern. Alternativ kann die Ablage 30 Festhaltemittel 31 aufweisen, die eingerichtet sind, um die Werkstücke W temporär festzuhalten, beispielsweise zu greifen oder zu klammern. Die Zufuhr und Abgabe der Werkstücke Wwird gemäß dieser Ausführungsform auf der Arbeitsseite AS realisiert, wie es aus den Figuren 2b und 2c hervorgeht. Zur Unterstützung der Übergabe der Werkstücke W an benachbarte Greifeinrichtungen 21 kann die Ablage 30 in Axialrichtung verfahrbar eingerichtet sein. Auch eine Verfahrbarkeit in der Vorschub-/Rückzugsrichtung und/oder Floch-/Runterrichtung (=Richtung senkrecht zur Axialrichtung und Vorschub-/Rückzugsrichtung) kann implementiert werden, beispielsweise um den Transfer der Werkstücke W durch den Walzenspalt zu unterstützen oder nicht zu behindern.
Zusätzlich zu den technischen Wirkungen, die für alle hierin dargelegten Ausführungsformen gelten und weiter unten beschrieben sind, liegt ein Vorteil der vorliegenden Ausführungsform der Figuren 2a bis 2c darin, dass die Seite gegenüber der Arbeitsseite AS, die vorteilhafterweise als Werkzeugwechselseite konzipiert ist, nicht durch die Ablage 30 verbaut oder eingeschränkt zugänglich ist. Somit kann die Reckwalzvorrichtung einfacher und schneller gewartet werden. Die beiden Ausführungsformen der Figuren 1a bis 1c und 2a bis 2c realisieren das Umsetzen der Werkstücke W an die nächsthöhere Stufe S2 bis S4 im Wesentlichen dadurch, dass der Manipulator 20 und/oder dessen
Greifeinrichtungen 21 in Axialrichtung verfahren werden. Die nachfolgenden beiden Ausführungsformen der Figuren 3a bis 3c und 4a bis 4c realisieren das Umsetzen der Werkstücke W im Wesentlichen durch ein Verfahren der Ablage 30 in Axialrichtung. Die Ablage 30 ist zu diesem Zweck zumindest in Axialrichtung verfahrbar eingerichtet. Sie kann passiv vorgesehen sein, so dass die Werkstücke W darauf abgelegt werden bzw. die Ablage 30 die Werkstücke W abstützt, ohne diese aktiv zu greifen oder zu klammern. Alternativ kann die Ablage 30 Festhaltemittel 31 aufweisen, die eingerichtet sind, um die Werkstücke W temporär festzuhalten, beispielsweise zu greifen oder zu klammern.
Die Ablage 30 kann auf der Arbeitsseite AS installiert sein, wie in den Figuren 3a bis 3c gezeigt. Alternativ kann die Ablage auf der der Arbeitsseite AS gegenüberliegenden Seite angeordnet sein, wie es aus den Figuren 4a und 4b hervorgeht.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Ablage 30 alternativ oder zusätzlich in der Vorschub-/Rückzugsrichtung zwischen den beiden Seiten, d.h. der Arbeitsseite AS und der der Arbeitsseite AS gegenüberliegenden Seite, verfahrbar eingerichtet sein kann. Ferner können mehrere Ablagen 30 vorgesehen sein, wie es beispielhaft aus der Figur 4c hervorgeht, etwa wenn dies die Flandhabung der Werkstücke W verbessert oder vereinfacht, oder um verschiedene Verfahrensabläufe mit ein und derselben Reckwalzvorrichtung 1 ohne erhebliche Umbaumaßnahmen realisieren zu können.
Am Ende des Walzvorgangs haben die Werkstücke W der Stufen S1 bis S4 normalerweise leicht unterschiedliche Längen. Um diese unterschiedliche Längung auszugleichen, weisen zumindest einige, vorzugsweise zumindest N-1 (hierbei bezeichnet N die Anzahl der Stufen), Greifeinrichtungen 21 einen Längenausgleichsabschnitt 22 auf. Die Längenausgleichsabschnitte 22 können beispielsweise durch eine Federung realisiert werden, die zum Längenausgleich der Greifeinrichtungen 21 unterschiedlich weit einfedern können. In den hierin dargelegten Ausführungsformen werden die Werkstücke W auf dem „Rückweg“, d.h. beim Transfer von der vorgeschobenen Stellung in die Ausgangsstellung der Figuren 1a, 2a, 3a und 4a gewalzt. Allerdings kann eine plastische Umformung der Werkstücke durch die Walzen 10 alternativ oder zusätzlich auch beim Vorwärtstransfer, d.h. beim Transfer in die vorgeschobene Stellung, erfolgen.
Das hierin dargelegte Reckwalzkonzept erlaubt eine gleichzeitige Belegung aller oder zumindest mehrerer Stufen S1 bis S4, beispielsweise jeder zweiten Stufe Eine reduzierte Belegung der Stufen S1 bis S4 kann gegebenenfalls zur Einhaltung von Maschinengrenzen bezüglich Kraft oder Energieentnahme erforderlich sein. Nichtsdestotrotz ermöglicht die Reckwalzvorrichtung 1 durch die Parallelbelegung eine Optimierung der Ausbringung der Werkstücke W. Dies wird erreicht, ohne dass zwei Manipulatoren auf gegenüberliegenden Seiten des Arbeitswalzenpaars erforderlich sind. Der Manipulator auf der Arbeitsseite AS wird lediglich um weitere Greifeinrichtungen 21, etwa Zangen, erweitert, wodurch die verbesserte Funktionalität ohne erhebliche Erhöhung der baulichen und prozessualen Komplexität erzielt wird. Der Quertransport, d.h. Transport der Werkstücke W in Axialrichtung, wird beispielsweise entweder durch eine zusätzliche Quertransportachse im Manipulator 20 in Verbindung mit einer stationären Ablage 30 oder durch Kombination eines in Axialrichtung stationären Manipulators 20 mit einer in Axialrichtung verfahrbaren Ablage 30 realisiert. Es ist hierbei nicht erforderlich, dass das „zweite“ Ende der Werkstücke W von einem weiteren Manipulator gegriffen wird. Auf diese Weise wird eine hohe Ausbringung mit einer vergleichsweise geringen Anzahl von Baugruppen realisiert, wodurch sich ferner die Zuverlässigkeit und Wartbarkeit der Reckwalzvorrichtung verbessert.
Soweit anwendbar können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsformen dargelegt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Bezuqszeichenliste
1 Reckwalzvorrichtung 10 Walze
20 Manipulator
21 Greifeinrichtung
22 Längenausgleichsabschnitt
30 Ablage 31 Festhaltemittel
S1 - S4 Stufe
W Werkstück Wn Neues Werkstück/Rohling
Wf Fertiges Werkstück
AS Arbeitsseite
WR Walzrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Reckwalzvorrichtung (1) zum Druckumformen von Werkstücken (W) durch Walzen, die aufweist: ein Arbeitswalzenpaar mit zwei Walzen (10), die jeweils um deren Walzenachsen rotierbar sind und zwischen sich einen Walzenspalt ausbilden, wobei die Walzen (10) in Axialrichtung mehrere Stufen (S1 bis S4) realisieren, die zur schrittweisen Umformung der Werkstücke (W) eingerichtet sind, indem die Werkstücke (W) die Stufen (S1 bis S4) sukzessive durchlaufen; einen Manipulator (20) mit mehreren Greifeinrichtungen (21), die auf einer Arbeitsseite (AS) des Arbeitswalzenpaars angeordnet und eingerichtet sind, die Werkstücke (W) zu greifen und an einer zugeordneten Stufe (S1 bis S4) in einer Vorschub-/Rückzugsrichtung durch den Walzenspalt zu führen; eine Ablage (30), die eingerichtet ist, um Werkstücke (W) temporär zu stützen und in Zusammenwirkung mit dem Manipulator (20) an eine andere Greifeinrichtung (21), vorzugsweise die benachbarte Greifeinrichtung (21) der nächsthöheren Stufe (S2 bis S4), zu übergeben.
2. Reckwalzvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Greifeinrichtungen (21) rotierbar eingerichtet sind, um eine Drehung des gegriffenen Werkstücks (W) um dessen Längsachse, vorzugsweise um einen Winkel von 90°, zwischen den entsprechenden Stufen (S1 bis S4) zu realisieren.
3. Reckwalzvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtungen (21) eingerichtet sind, um die Werkstücke (W) an einem Ende zu greifen und an einer zugeordneten Stufe (S1 bis S4) durch den Walzenspalt zu führen, während die Werkstücke (W) am anderen Ende nicht gegriffen werden.
4. Reckwalzvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablage (30) in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung und/oder Hoch-/Runterrichtung verfahrbar ist, wobei der Manipulator (20) vorzugsweise stationär ist.
5. Reckwalzvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablage (30) auf der Arbeitsseite (AS) oder der der Arbeitsseite (AS) in Walzrichtung gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
6. Reckwalzvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Greifeinrichtungen (21) gleich der Anzahl der Stufen (S1 bis S4), wobei die Zuordnung Greifeinrichtung (21) zur Stufe (S1 bis S4) eine Eins-zu-eins-Zuordnung ist.
7. Reckwalzvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtungen (21) durch den Manipulator (20) in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung verfahrbar sind, vorzugsweise ist der Manipulator (20) relativ zum Arbeitswalzenpaar in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung verfahrbar, und wobei die Ablage (30) vorzugsweise stationär ist.
8. Reckwalzvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Greifeinrichtung (21) relativ zum Manipulator in der Vorschub-/Rückzugsrichtung individuell verfahrbar ist, um eine unterschiedliche Längung der Werkstücke (W) an den verschiedenen Stufen (S1 bis S4) auszugleichen.
9. Reckwalzvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die individuelle Verfahrbarkeit der entsprechenden Greifeinrichtungen (21) passiv, vorzugsweise gefedert, oder aktiv, vorzugsweise pneumatisch oder elektromotorisch, realisiert ist.
10. Reckwalzvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablage (30) Festhaltemittel (31) aufweist, die eingerichtet sind, um die Werkstücke (W) temporär zur Übergabe an die jeweils benachbarte Greifeinrichtung (21) der nächsthöheren Stufe (S2 bis S4) festzuhalten, vorzugsweise zu klammern.
11. Reckwalzverfahren zum Druckumformen von Werkstücken (W) mittels einer Reckwalzvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, das aufweist: Greifen mehrerer Werkstücke (W) durch jeweils eine Greifeinrichtung (21) des Manipulators (20);
Führen der Werkstücke (W) durch den Walzenspalt, gebildet von dem Arbeitswalzenpaar, an einer zugeordneten Stufe (S1 bis S4) in der Vorschub-/Rückzugsrichtung;
Rotieren der Walzen (10) und Ausüben von Druck auf die Werkstücke (W) durch die Walzen (10), wodurch die Werkstücke entsprechend ihrer Stufe (S1 bis S4) umgeformt werden;
Transportieren der Werkstücke (W) an eine Übergabeposition und Abstützen der Werkstücke (W) durch die Ablage (30);
Freigeben der Werkstücke (W) durch die Greifeinrichtungen (21); und Greifen von Werkstücken (W) durch eine andere Greifeinrichtung (21), vorzugsweise die benachbarte Greifeinrichtung (21) der nächsthöheren Stufe (S2 bis S4).
12. Reckwalzverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Werkstücke (W) zwischen den entsprechenden Stufen (S1 bis S4) um deren Längsachsen, vorzugsweise um einen Winkel von 90°, gedreht werden.
13. Reckwalzverfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtungen (21) die Werkstücke (W) an einem Ende greifen und gemäß der zugeordneten Stufe (S1 bis S4) durch den Walzenspalt führen, während die Werkstücke (W) am anderen Ende nicht gegriffen werden.
14. Reckwalzverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übergabe der Werkstücke (W) an eine andere Greifeinrichtung (21) die Ablage (30) in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung und/oder Hoch-/Runterrichtung verfährt.
15. Reckwalzverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übergabe der Werkstücke (W) an eine andere Greifeinrichtung (21) die Greifeinrichtungen (21) durch den Manipulator (20) in der Axialrichtung und/oder Vorschub-/Rückzugsrichtung verfahren werden, wobei vorzugsweise der Manipulator (20) relativ zum Arbeitswalzenpaar in der Axialrichtung und/oder Vorschub- /Rückzugsrichtung verfährt.
16. Reckwalzverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Greifeinrichtung (21) gemäß der Längung des zugeordneten Werkstücks (W) relativ zum Manipulator in der Vorschub-/Rückzugsrichtung individuell verfahren wird.
17. Reckwalzverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das individuelle Verfahren der entsprechenden Greifeinrichtungen (21) passiv, vorzugsweise gefedert, oder aktiv, vorzugsweise pneumatisch oder elektromotorisch, erfolgt.
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