WO2010115405A1 - Herstellungsverfahren von rohrmaterial - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing pipe material. Furthermore, the invention relates to the production of a hollow shaft.
- Seamless drawn pipe sections for example, for use as waves with comparatively large wall thicknesses can only be made consuming and are correspondingly costly.
- An alternative production of such pipe sections is therefore by hollow drilling of solid material. In addition to the loss of material occurring, such production processes are time-consuming. Often, such pipe sections are subsequently subjected to other forming processes, e.g. Cold, warm or semi-warm process subjected to their final shape. This may require energy to heat the pipe sections.
- Patent DE 10 2005 003 933 B4 discloses a mandrel for extruding articles, wherein the mandrel consists of a main and a plurality of inner mandrels, which are axially displaceable to each other.
- Patent GB 922,794 further discloses a method of making tubes of different wall thicknesses. For this purpose, a mandrel is used, which has sections with different outer diameter.
- the invention has for its object to propose a manufacturing method with which a cost-effective and rapid production of pipe material or hollow shafts is made possible.
- the object is achieved by a method for producing pipe material at least consisting of the following method steps:
- pipe material can be produced in particular in the form of pipe sections by means of a rapid process in large quantities and without large material waste.
- the introduced in the production of the pipe section in the pipe section heat
- Forming process is used, so energy is saved.
- the temporal sequence of the process or process steps and / or the spatial distance of the systems or plant stages used are to be optimized.
- the next forming step of the pipe section can be done with an additional heating system or without such.
- the thermal energy present in the pipe section for the additional transformation or it is heated starting from this heat or residual heat from the production of the pipe section of the pipe section, ie it can either be dispensed with the heating of the pipe section or it must at least only a small temperature difference be overcome between the residual heat of the pipe section and the temperature range required for the additional forming.
- the perforated workpiece can be made of solid material by means of a combined cupping and punching process in an upstream process stage, so that the entire tube material can be produced in a pressing operation, for example on a multi-stage press.
- a sequence for producing the perforated workpiece made of solid material in an additional tool can comprise the following method steps:
- the production of the pipe section and the additional forming of the pipe section are preferably carried out in succession on a multi-stage press or in succession on adjacent or connected presses and / or forming systems.
- the distance between the presses or forming plants or pressing stages and / or the type of transport of the pipe section between the presses or forming equipment or pressing stages should preferably be chosen such that the pipe section does not cool below a predetermined temperature value.
- the predetermined temperature value-in one embodiment preferably higher than room temperature-is determined here from the temperatures occurring in the production process, the possible cooling by the transition to the additional transformation of the temperature required for the additional forming process and / or one for the heating the tube section for the additional deformation of the tube section available heating device. That is, the spatial distance should be low and the transport time as short as possible, if the goal is to take as much thermal energy in the subsequent forming process.
- the solid material can be heated before forming and / or after loading.
- Inductive heating has proven to be advantageous, but other methods are known.
- This introduced thermal energy can thus also be used preferably in the following forming steps.
- Under forming conditions without heating ie at room temperature, especially soft, light and non-ferrous metals and their alloys can be used and processed.
- Steel material is transformed under semi-warm and especially warm conditions, whereby the type of steel and the wall thicknesses to be formed can be decisive for a warm or semi-warm transformation.
- Outer punch and die against each other can be realized by different pressing arrangements.
- the press table on which the tool is mounted be displaced.
- a plurality of pistons acting on the stamp can be operated independently of each other, so that inner punch, outer punch and tool on an imaginary axis of movement are displaced relative to each other simultaneously in different directions of movement.
- the pipe section is at least partially heated before the additional forming and / or during the forming of the pipe section.
- additional thermal energy is thus introduced into the pipe section, but due to the utilization of the already introduced in the pipe section by the formation of thermal energy less heating is required.
- the implementation of the method according to the invention is for example possible by an apparatus for performing the method according to the invention according to at least one of the embodiments described above for the production of pipe material, in particular pipe sections, at least consisting of at least one press and at least one Schopresswerkmaschine, which Feldpresswerkmaschine at least consists of a die with a cylindrical engraving and an axially along the engraving displaceable punch, wherein the punch is made in several parts of an inner mandrel, a coaxially arranged around this inner punch and a coaxially arranged around the inner punch outer punch, and wherein the Die subsequent to the cylindrical engraving has a conical tapering to an outlet radius inlet.
- the perforated workpieces are formed into a pipe section according to the method given above.
- the press is at least double-acting.
- the master press tool can be preceded by a pre-press tool for forming a first press stage, which pre-press tool is formed at least from a second die with a bottom plate with a punched opening and a cylinder wall with a conical tapering towards the bottom plate and a setting die with a coaxially received in this punch ,
- the punch can be cooled, for example, be water cooled.
- the resulting forming heat can be dissipated and the dimensional accuracy of the punch can be better guaranteed. So that the temperature loss of the pipe section
- Transition to the additional forming process is kept low, in one embodiment, either the pressing step of the main pressing tool and an additional Umformstrom additional deformation of the pipe section or the pressing stage of the main press tool and the pressing step for additional deformation of the pipe section appropriately spaced and / or is the transport between the pressing step the main pressing tool and the additional forming system or between the pressing stage of the main pressing tool and the pressing step for additional deformation of the pipe section designed so that the temperature of the pipe section at least before the additional forming above a predetermined value and / or within a predefinable Temperature range is.
- the path between the forming steps should be small and the transport as fast as possible.
- the pre-pressing tool is used to prepare and adapt a mass portion made of solid material, for example, by means of a shearing method, to the punched workpiece.
- setting, cupping and piercing processes take place in the pre-pressing tool.
- the setting advantageously comprises the embossing of a chamfer. This has a chamfer angle, which substantially already corresponds to the cone angle of the inlet of the main press tool, so that the perforated workpiece can be fitted to the engraving with the inlet of the main tool fitting. It is understood that the diameters of the cylinder walls of the main and pre-pressing tool are substantially identical.
- a setting punch coaxially receives a punch, takes place over a first partial stroke of the press the cupping by means of the punch with preferably relieved or at least partially relieved setting punch.
- the punch can be adapted to the Napfvorgang in a corresponding manner.
- a return flow process takes place, which increases the cylinder length of the workpiece and reduces the perforating process of the punch, which is carried out during the subsequent second partial stroke, and reduces the size of the perforated plug. In particular, during the movement of the punch this is centered guided in the Setzstkov.
- the thus produced perforated workpiece is in the
- Main pressing tool further processed.
- the diameter of the inner mandrel is smaller than the diameter of the punch.
- the inner mandrel with play in the opening of the workpiece without friction and without problems in possibly existing deviations of the axes of inner mandrel and punch can be moved.
- Material forward flowing are also displaced radially inward, so that a homogeneous flow of material is achieved.
- the inner punch To carry out the punching step by means of the inner punch this has substantially twice the exit radius - ie the diameter of the outlet opening - on.
- the inner punch is formed on the front side accordingly as a punching train. Furthermore, the inner mandrel is centered and guided in the inner punch, so that uniform wall thicknesses can be achieved during the forward hollow extrusion molding.
- At least the workpiece part to which the press residue adheres can have a cooling device.
- this may be formed as a separate mold part with a cooling water connection.
- the displacement of inner punches and outer punches against each other takes place in an advantageous manner by means of a counter-rotating press.
- a counter-rotating press for example as a hydraulic or mechanical press, it can have two pressure cylinders or pistons which can be operated independently of one another.
- Such mutually opposite pressure application devices for example, relieve a stamp and pull back, while the other punch is pressurized.
- opposing pressures can be achieved with pressure by a displaceable punch and additionally by a displaceable press table.
- the inventive method leads to corresponding pipe material.
- a material of the pipe material a non-ferrous metal, light metal or their alloys be.
- these materials can be processed by means of a cold or warm forging process.
- the use of steel for the production of the tube material is advantageous with the method according to the invention, wherein such materials are preferably processed by means of a hot or semi-warm process.
- the pipe material is particularly suitable as a semi-finished product for the production of shafts such as transmission shafts, in particular in lightweight construction.
- the method according to the invention is therefore also directed, for example, to the production of shafts in which the correspondingly produced tube material is processed or is a partial step thereof.
- the invention moreover achieves the object with a method for producing a hollow shaft, the method at least comprising the following method steps: formation of a pipe section from a perforated workpiece, forming the pipe section at least by utilizing the thermal energy introduced into the pipe section by the formation of the pipe section.
- the perforated workpiece is in one embodiment, in particular cylindrical.
- the deformation of the pipe section is preferably carried out in the direction of the hollow shaft form.
- the method for forming the pipe section and / or for producing the hollow shaft preferably takes place with at least one variant of the method described above.
- the method is preferably implemented with the apparatus described above.
- the forming of the pipe section comprises at least the cross wedge rolling, the stretching rolls or an incremental forming process, in particular the rotary kneading or the hammering.
- the pipe section is at least partially heated before the forming and / or during the forming of the pipe section.
- FIGS. 1 to 3 a section through a pre-pressing tool at three different processing times
- FIGS. 4 to 6 a section through a main pressing tool at three different machining times
- FIGS. 7 a) to d) individual stages in the production of a hollow shaft.
- Figures 1 to 3 show the Vorpresswerkmaschine 1 with the die 2 with a cylinder wall 3 and a section of a firmly connected to this bottom plate 4.
- a punched opening 5 is provided in the bottom plate 4.
- the cylinder wall 3 has a tapering towards the bottom plate 4 toward cone 6 for displaying a chamfer in the perforated workpiece 7.
- the loading state is shown before the beginning of the pressing process.
- the solid material 8 for example, a rod portion sheared off a rod material with an inner surface of the cylinder wall 3 corresponding outer diameter - is introduced into the die 2 and is located on the cone 6 at.
- Figure 2 shows the solid material 8, after it has been set by the setting punch 10 and the chamfer 11 has been formed with a chamfer angle ⁇ .
- the setting punch 10 is for this purpose by a press not shown in the direction of the arrow 12 and thus pressurized in the direction of the bottom plate 4.
- the punch 9, which may be water-cooled or otherwise cooled is axially displaceable and centered.
- a cupping is carried out by means of a displacement of the punch 9 in the direction of the bottom plate 4, wherein the setting punch 10 is switched without pressure.
- material of the solid material 8 is displaced by backflow.
- Figures 4 to 6 show the main tool 16 with a multi-part die 17, consisting of a cylinder wall 18, an inlet 19 and an export part 20.
- the cylinder wall 18 has substantially the same inner diameter as the cylinder wall 3 of the Prepresswerkzeugs 1 of Figures 1 to 3.
- the inlet 19 has a cone 21, which narrows the inner diameter of the cylinder wall 18 to the diameter of the outlet opening 22 and thus substantially to the outer diameter of the pipe sections to be produced.
- the cone 21 in this case has a cone angle ⁇ , which essentially corresponds to the chamfer angle ⁇ of the perforated workpiece 7 (see FIG. 4).
- FIG. 4 shows the main pressing tool 16 with the workpiece 7 inserted at the beginning of the application by the multi-part punch 23
- Workpiece 7 rests with its chamfer 11 on the cone 21 and is acted upon by the punch 23.
- the punch 23 is formed from the inner mandrel 24, a coaxial around the axis of symmetry 25 surrounding this outer punch 26 and a both surrounding outer punch 27.
- the inner mandrel 24 relative to the inner punch 26 and this centered relative to the outer punch 27 and guided axially.
- the inner mandrel 24 is first displaced axially by the press and axially overlaps the outlet opening 22.
- the outer diameter of the inner mandrel 24 is adapted to the desired inner diameter of the pipe section to be formed, and the inner diameter of the opening 15 of the workpiece 7 is designed to be larger than the outer diameter of the inner mandrel 24.
- inner punch 26 and outer punch 27 in the direction of arrows 28, 29 acted upon synchronously by the press and thereby displaced axially.
- the forward hollow flow process which adjusts thereto presses material of the workpiece 7, supported on the inner mandrel 24, through the outlet opening 22 into the opening 30 provided in the delivery part 22 and opposite the outlet opening 22.
- FIG. 1 The result of the forward hollow flow process - the blank - is shown in FIG. From the workpiece 7 of Figure 4, a pipe section 31 has formed, which is connected to a remaining in the cone 21 of the inlet 19 Press rest 32.
- the length of the tube section 31 can be designed by design of pre- and main pressing tool 16 so that the length of the semi-finished product is formed so that one or more finished parts formed by parting can be produced.
- the outer punch 27 along the arrow 29 is at least partially withdrawn and the inner punch 26 along the arrow 28 in the direction of outlet opening 22 displaced, whereby the pipe section 31 under Reduction of the mass of the pressing residue 32 is further extended until the inner punch 26, the outer diameter of which corresponds substantially to the diameter of the outlet opening 22, the pressing residue 32 separates from the pipe section 31 by passing the outlet opening 22 passes.
- the inner mandrel 24 can be carried along for the stabilization of the inner punch 26 or pulled out with the outer punch 27.
- the tube section 31 is subjected to a forming in a further tool or in a further press or in a further pressing step or in a further forming system.
- the additional forming process is, for example, cross wedge rolling, stretching rolls or an incremental forming process such as rotary swaging or hammering.
- the temperature of the pipe section 31 in the additional forming process is at least above a predetermined value, which essentially can be dispensed with additional heating of the further to be converted pipe section 31 and wherein the additional heating is less expensive, ie the transport is correspondingly fast and / or the spatial distances are sufficiently small, so that the heating that the pipe section 31 experiences during its production from the tool 7 can be used for the further forming step, either by no additional heating is required, or by starting from the already given heat of the pipe section a small additional heating power is required.
- Figure 7 a) shows the solid material 8, which has been produced for example by a shearing process. From this solid material 8, the perforated workpiece 7 is generated for example via the pre-pressing tool 1 described (the results of the steps set, cupping and punching shows the figure 7 b)). By means of the described main pressing tool 16 can then be the two states forward hollow extrusion and stamping of Figure 7 c) produce. By utilizing the thermal energy introduced into the pipe section 31 during the production of the pipe section 31, the hollow shaft 33 of FIG. 7 d can then be produced by means of further forming processes. The illustrated hollow shaft 33 was generated for example via the cross wedge rolling.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Rohrmaterial und eine Vorrichtung hierzu. Die Herstellung erfolgt mittels eines Vorwärtshohlfließpressverfahrens. Dabei wird mittels eines zweiteiligen Stempels (26,27) und eines Innendorns (24) ein Rohrabschnitt (31) gepresst, der einen Pressrest (32) aufweist. Der Pressrest (32) wird vom Rohrabschnitt (31) getrennt und mittels eines Stempelteils (26) aus dem Presswerkzeug (16) ausgebracht.
Description
Herstellungsverfahren von Rohrmaterial
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Rohrmaterial. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf die Herstellung einer Hohlwelle.
Nahtlos gezogene Rohrabschnitte beispielsweise für die Verwendung als Wellen mit vergleichsweise großen Wandstärken können nur aufwendig hergestellt werden und sind entsprechend kostenintensiv. Eine alternative Herstellung derartiger Rohrabschnitte erfolgt daher durch Hohlbohren von Vollmaterial. Neben dem dabei auftretenden Materialverlust sind derartige Herstellungsverfahren zeitaufwendig. Oft werden solche Rohrabschnitte anschließend anderen Umformverfahren, z.B. Kalt-, Warm- oder Halbwarmverfahren unterzogen, damit sie ihre endgültige Form erlangen. Hierfür ist ggf. Energie erforderlich, um die Rohrabschnitte zu erhitzen.
Die Patentschrift DE 10 2005 003 933 B4 offenbart einen Dorn zum Strangpressen von Gegenständen, wobei der Dorn aus einem Haupt- und mehreren Innendornen besteht, welche axial zueinander verschiebbar sind. Die Patentschrift GB 922,794 offenbart weiterhin eine Methode, um Rohre mit unterschiedlichen Wandstärken zu fertigen. Hierfür wird ein Dorn verwendet, welcher Abschnitte mit unterschiedlichem Außendurchmesser aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren vorzuschlagen, mit welchem eine kostengünstige und schnelle Herstellung von Rohrmaterial bzw. Hohlwellen ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Rohrmaterial zumindest bestehend aus folgenden Verfahrensschritten gelöst:
- Beladen einer zylindrischen Matrize mit in Pressrichtung konischem Zulauf in eine Austrittsöffnung mit einem gelochten, zylindrischen Werkstück,
- Verfahren eines Innendorns durch das Werkstück in die Austrittsöffnung,
- Vorwärtshohlfließpressen mittels eines Stempels bestehend aus einem koaxial um den Innendorn angeordneten Innenstempel und einem koaxial um diesen angeordneten Außenstempel, - Bildung eines Rohteils mit einem Rohrabschnitt und einem im Zulauf verbleibenden Pressrest,
- Stanzen des Pressrests mittels des Innenstempels,
- Ausbringen des Pressrests mittels des Innenstempels,
- Abstreifen des Pressrests mittels des Außenstempels, - zusätzliches Umformen des Rohrabschnitts zumindest unter Ausnutzung der durch die Bildung des Rohrabschnitts in den Rohabschnitt eingebrachten thermischen Energie.
Mittels des Verfahrens kann Rohrmaterial insbesondere in Form von Rohrabschnitten mittels eines schnellen Verfahrens in großen Stückzahlen und ohne großen Materialabfall hergestellt werden. Da insbesondere die bei der Herstellung des Rohrabschnitts in den Rohrabschnitt eingebrachte Wärme
- und somit die nach der Herstellung in ihm vorhandenen Restwärme als Ergebnis einer externen Erwärmung und der durch die jeweiligen Pressvorgänge bewirkten Erwärmung - in einem anschließenden
Umformprozess verwendet wird, wird somit auch Energie eingespart. Für die Ausnutzung der thermischen Energie sind dabei der zeitliche Ablauf der Verfahrens- bzw. Prozessschritte und/oder der räumliche Abstand der verwendeten Anlagen bzw. Anlagestufen zu optimieren. Der nächste Umformschritt des Rohrabschnitts kann dabei mit einer zusätzlichen Aufheizanlage erfolgen oder ohne eine solche. Somit reicht je nach Ausgestaltung die im Rohrabschnitt vorhandene thermische Energie für die zusätzliche Umformung aus oder es wird ausgehend von dieser Wärme oder Restwärme aus der Erzeugung des Rohrabschnitts der Rohrabschnitt erhitzt, d.h. es kann entweder auf die Erwärmung des Rohrabschnitts verzichtet werden oder es muss zumindest nur eine geringe Temperaturdifferenz
zwischen der Restwärme des Rohrabschnitts und dem für das zusätzliche Umformen erforderlichen Temperaturbereich überwunden werden.
Dabei kann das gelochte Werkstück aus Vollmaterial mittels eines kombinierten Napf- und Stanzverfahrens in einer vorgelagerten Prozessstufe hergestellt werden, so dass das gesamte Rohrmaterial in einem Pressvorgang beispielsweise auf einer mehrstufigen Presse herstellbar ist. Hierzu kann ein Ablauf zur Herstellung des gelochten Werkstücks aus Vollmaterial in einem zusätzlichen Werkzeug folgende Verfahrensschritte enthalten:
- Beladen des Vollmaterials in eine Matrize,
- Setzen des Vollmaterials mittels eines Setzstempels,
- Anprägen einer dem Zulauf entsprechenden Fase an einer dem Setzstempel abgewandten Stirnseite des Vollmaterials, - Näpfen des Vollmaterials mittels eines koaxial im Setzstempel angeordneten Lochstempels bei entlastetem Setzstempel,
- Lochen des Vollmaterials durch den Lochstempel.
Die Herstellung des Rohrabschnitts und das zusätzliche Umformen des Rohrabschnitts werden vorzugsweise hintereinander auf einer mehrstufigen Presse oder hintereinander auf benachbarten oder geschalteten Pressen und/oder Umformanlagen vorgenommen. Der Abstand zwischen den Pressen bzw. Umformanlagen bzw. Pressstufen und/oder die Art des Transports des Rohrabschnitts zwischen den Pressen bzw. Umformanlagen bzw. Pressstufen sollte dabei vorzugsweise derartig gewählt sein, dass der Rohrabschnitt nicht unter einen vorgegebenen Temperaturwert abkühlt. Der vorgegebene Temperaturwert - in einer Ausgestaltung vorzugsweise höher als Raumtemperatur - bestimmt sich dabei aus den im Herstellungsprozess auftretenden Temperaturen, der möglichen Abkühlung durch den Übergang zur zusätzlichen Umformung der für den zusätzlichen Umformprozess erforderlichen bzw. passenden Temperatur und/oder einer für die Erwärmung
des Rohrabschnitts für die zusätzliche Umformung des Rohrabschnitts zur Verfügung stehenden Erwärmungsvorrichtung. D.h. der räumliche Abstand sollte gering und die Transportzeit möglichst kurz sein, wenn es das Ziel ist, möglichst viel thermische Energie in den anschließenden Umformprozess zu übernehmen.
Abhängig von der Materialbeschaffenheit und der Art des Materials kann es vorteilhaft sein, Bedingungen für Warmumformung oberhalb der Raumtemperatur zu wählen. Hierzu kann das Vollmaterial vor dem Umformen und/oder nach dem Beladen erwärmt werden. Als vorteilhaft hat sich eine induktive Erwärmung erwiesen, jedoch sind auch andere Methoden bekannt. Diese eingebrachte thermische Energie lässt sich somit auch vorzugsweise in den folgenden Umformschritten ausnutzen. Unter Umformbedingungen ohne Erwärmung, also bei Raumtemperatur, können insbesondere Weich-, Leicht- und Buntmetalle sowie deren Legierungen eingesetzt und verarbeitet werden. Stahlmaterial wird unter halbwarmen und insbesondere warmen Bedingungen umgeformt, wobei die Art des Stahls und die auszubildenden Wandstärken den Ausschlag für eine warme oder halbwarme Umformung geben können. Durch eine schnell auf die Herstellung des gelochten Werkstücks folgende Verarbeitung zum Rohrabschnitt kann ein nochmaliges Erwärmen vor oder während des Vorwärtshohlfließpressens vermieden werden, insbesondere wenn die Fertigung auf einer Mehrstufenpresse mit der Herstellung des gelochten Werkstücks in der Pressstufe vor der Herstellung des Rohrabschnitts erfolgt.
Nach dem Stanzen des Pressrestes und dem Auswerfen des Rohrabschnitts verbleibt dieser zuerst im Zulauf. Eine einfache und sichere Entfernung des Pressrestes kann durch Aufschrumpfen des Pressrestes auf den Innenstempel erfolgen. Dabei kann die natürliche Erkaltung des Pressrestes genutzt werden. Zusätzlich, insbesondere zur Herbeiführung einer kürzeren Taktrate des Herstellungsprozesses, kann vorteilhafterweise vorgesehen sein,
dass der Zulauf des Werkzeugs gekühlt, beispielsweise wassergekühlt wird, so dass der Pressrest zusätzlich abgeschreckt wird und schneller auf den Innenstempel aufschrumpft. Durch den Schrumpfprozess wird der Pressrest aus dem konischen Zulauf abgehoben und von diesem getrennt. Der Außenstempel fährt in dieser Phase des Verfahrens bereits zurück oder verbleibt in einer Stellung, in der das Aufschrumpfen des Pressrests weder mechanisch noch thermisch behindert wird. Anschließend wird der Pressrest durch eine Verlagerung des Innenstempels nach außen befördert und durch eine Abstreifbewegung des Außenstempels gegenüber dem Innenstempel vom Innenstempel getrennt. Die Relativbewegung von Innenstempel,
Außenstempel und Matrize gegeneinander können durch unterschiedliche Pressanordnungen realisiert werden. Beispielsweise kann der Pressentisch, auf dem das Werkzeug befestigt ist, verlagerbar sein. Weiterhin können mehrere die Stempel beaufschlagende Kolben unabhängig voneinander betrieben werden, so dass Innenstempel, Außenstempel und Werkzeug auf einer gedachten Bewegungsachse jeweils relativ zueinander gleichzeitig in unterschiedliche Bewegungsrichtungen verlagerbar sind.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass vor dem zusätzlichen Umformen und/oder während des Umformens des Rohrabschnitts der Rohrabschnitt zumindest teilweise erwärmt wird. In dieser Ausgestaltung wird somit zusätzliche thermische Energie in den Rohrabschnitt eingebracht, wobei jedoch aufgrund der Ausnutzung der bereits im Rohrabschnitt durch dessen Bildung eingebrachten thermischen Energie weniger Erwärmung erforderlich ist.
Die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahren ist beispielsweise möglich durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß mindestens einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen zur Herstellung von Rohrmaterial, insbesondere Rohrabschnitten, zumindest bestehend aus mindestens einer Presse und zumindest einem
Hauptpresswerkzeug, welches Hauptpresswerkzeug zumindest besteht aus einer Matrize mit einer zylindrischen Gravur und einem axial längs der Gravur verlagerbaren Stempel, wobei der Stempel mehrteilig aus einem Innendorn, einem koaxial um diesen angeordneten Innenstempel und einem koaxial um den Innenstempel angeordneten Außenstempel gebildet ist, und wobei die Matrize anschließend an die zylindrische Gravur einen konischen, sich auf einen Austrittsradius verjüngenden Zulauf aufweist. In vorteilhafter Weise werden in diesem Hauptpresswerkzeug die gelochten Werkstücke zu einem Rohrabschnitt nach dem oben angegebenen Verfahren geformt. Die Presse ist dabei in einer Ausgestaltung zumindest doppelt wirkend.
Weiterhin kann dem Hauptpresswerkzeug ein Vorpresswerkzeug zur Bildung einer ersten Pressstufe vorgelagert sein, welches Vorpresswerkzeug zumindest aus einer zweiten Matrize mit einer Bodenplatte mit einer Stanzöffnung und einer Zylinderwandung mit einem sich zur Bodenplatte hin verjüngenden Konus sowie einem Setzstempel mit einem koaxial in diesem aufgenommenen Lochstempel gebildet ist. Der Lochstempel kann dabei gekühlt, beispielsweise wassergekühlt sein. Hierdurch kann die entstehende Umformwärme abgeführt und die Maßhaltigkeit des Lochstempels besser garantiert werden. Damit der Temperaturverlust des Rohrabschnitts beim
Übergang zum zusätzlichen Umformprozess gering gehalten wird, ist in einer Ausgestaltung entweder die Pressstufe des Hauptpresswerkzeugs und eine zusätzliche Umformanlage zur zusätzlichen Umformung des Rohrabschnitts oder die Pressstufe des Hauptpresswerkzeugs und die Pressstufe zur zusätzlichen Umformung des Rohrabschnitts passend beabstandet und/oder ist der Transport zwischen der Pressstufe des Hauptpresswerkzeugs und der zusätzlichen Umformanlage oder zwischen der Pressstufe des Hauptpresswerkzeugs und der Pressstufe zur zusätzlichen Umformung des Rohrabschnitts passend ausgestaltet, so dass die Temperatur des Rohrabschnitts zumindest vor der zusätzlichen Umformung oberhalb eines vorgegebenen Wertes und/oder innerhalb eines vorgebbaren
Temperaturbereichs liegt. Um Abkühlungen zu vermeiden, sollte daher der Weg zwischen den Umformschritten klein und der Transport möglichst schnell sein.
Das Vorpresswerkzeug dient zur Vorbereitung und Anpassung eines beispielsweise mittels eines Scherverfahrens hergestellten Masseteils aus Vollmaterial zum gelochten Werkstück. Hierzu erfolgen in dem Vorpresswerkzeug Setz-, Napf- und Lochvorgänge. Das Setzen umfasst in vorteilhafter Weise das Anprägen einer Fase. Diese weist einen Fasenwinkel auf, der im Wesentlichen bereits dem Konuswinkel des Zulaufs des Hauptpresswerkzeugs entspricht, so dass das gelochte Werkstück an die Gravur mit dem Zulauf des Hauptwerkzeugs passend eingefügt werden kann. Es versteht sich, dass die Durchmesser der Zylinderwandungen des Haupt- und Vorpresswerkzeugs im Wesentlichen identisch sind. Nach dem Setzen durch einen Setzstempel, der koaxial einen Lochstempel aufnimmt, erfolgt über einen ersten Teilhub der Presse das Näpfen mittels des Lochstempels bei vorzugsweise entlastetem oder zumindest teilentlastetem Setzstempel. Der Lochstempel kann dabei an den Napfvorgang in entsprechender Weise angepasst sein. Durch Entlastung des Setzstempels erfolgt ein Rückfließprozess, der die Zylinderlänge des Werkstücks erhöht und den bei dem nachfolgenden zweiten Teilhub durchgeführten Lochprozess des Lochstempels die Größe des gelochten Butzens verringert. Insbesondere während der Bewegung des Lochstempels ist dieser im Setzstempel zentriert geführt.
Das auf diese Weise gefertigte gelochte Werkstück wird in dem
Hauptpresswerkzeug weiterverarbeitet. Hierzu hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Durchmesser des Innendorns kleiner als der Durchmesser des Lochstempels ist. Auf diese Weise kann der Innendorn mit Spiel in der Öffnung des Werkstücks ohne Reibung und ohne Probleme bei gegebenenfalls vorhandenen Abweichungen der Achsen von Innendorn und Lochstempel verlagert werden. Weiterhin kann im nachfolgenden
Vorwärtshohlfließpressschritt Material vorwärts fließend auch nach radial innen verdrängt werden, so dass ein homogener Materialfluss erzielt wird.
Zur Durchführung des Stanzschritts mittels des Innenstempels weist dieser im Wesentlichen den doppelten Austrittsradius - also den Durchmesser der Austrittsöffnung - auf. Der Innenstempel ist an dessen Stirnseite entsprechend als Stanzwerkzug ausgebildet. Weiterhin ist der Innendorn im Innenstempel zentriert und geführt, so dass gleichmäßige Wandstärken während des Vorwärtshohlfließpressens erzielt werden können.
Zur Kühlung des durch den Stanzvorgang vom Rohrabschnitt getrennten Pressrests kann zumindest das Werkstückteil, an dem der Pressrest haftet, eine Kühleinrichtung aufweisen. Hierzu kann dieses als separates Matrizenteil mit einem Kühlwasseranschluss ausgebildet sein. Durch die Kühlung löst sich der Pressrest vom Zulauf und schrumpft auf den Innenkolben, wodurch er aus dem Hauptpresswerkzeug durch Verlagern des Innenstempels ausgefahren und durch den Außenstempel vom Innenstempel abgestreift werden kann.
Die Verlagerung von Innenstempel und Außenstempel gegeneinander erfolgt in vorteilhafter Weise mittels einer gegenläufigen Presse. Abhängig von der Ausgestaltung der Presse beispielsweise als hydraulische oder mechanische Presse kann diese zwei unabhängig voneinander betreibbare Druckzylinder oder Kolben aufweisen. Derart zueinander gegenläufige Druckbeaufschlagungseinrichtungen können beispielsweise einen Stempel entlasten und zurückziehen, während der andere Stempel druckbeaufschlagt wird. In gleicherweise können gegenläufige Beaufschlagungen mit Druck durch einen verlagerbaren Stempel und zusätzlich durch einen verlagerbaren Pressentisch erzielt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu entsprechendem Rohrmaterial. Dabei kann ein Werkstoff des Rohrmaterials ein Buntmetall, Leichtmetall oder
deren Legierungen sein. Besonders vorteilhaft können diese Materialien mittels eines Kalt- oder Halbwarmumformverfahrens verarbeitet werden. Weiterhin ist die Verwendung von Stahl zur Herstellung des Rohrmaterials mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft, wobei derartige Materialien bevorzugt mittels eines Warm- oder Halbwarmverfahrens verarbeitet werden. Das Rohrmaterial eignet sich insbesondere als Halbzeug für die Herstellung von Wellen wie Getriebewellen, insbesondere in Leichtbauweise. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit beispielsweise auch auf die Herstellung von Wellen, in denen das entsprechend hergestellte Rohrmaterial verarbeitet wird, gerichtet bzw. ist ein Teilschritt davon.
Die Erfindung löst die Aufgabe überdies mit einem Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle, wobei das Verfahren zumindest besteht aus folgenden Verfahrensschritten: Bildung eines Rohrabschnitts aus einem gelochten Werkstück, Umformen des Rohrabschnitts zumindest unter Ausnutzung der durch die Bildung des Rohrabschnitts in den Rohrabschnitt eingebrachten thermischen Energie. Das gelochte Werkstück ist in einer Ausgestaltung insbesondere zylindrisch. Die Umformung des Rohrabschnitts erfolgt dabei vorzugsweise in Richtung der Form Hohlwelle. Das Verfahren zur Bildung des Rohrabschnitts und/oder zur Herstellung der Hohlwelle geschieht dabei vorzugsweise mit mindestens einer Variante des oben beschriebenen Verfahrens. Weiterhin wird das Verfahren vorzugsweise umgesetzt mit der oben beschriebenen Vorrichtung. In einer Ausgestaltung des Verfahrens der Herstellung einer Hohlwelle ist vorgesehen, dass das Umformen des Rohrabschnitts zumindest das Querkeilwalzen, das Reckwalzen oder ein inkrementelles Umformverfahren, insbesondere das Rundkneten oder das Hämmern, umfasst.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass vor dem Umformen und/oder während des Umformens des Rohrabschnitts der Rohrabschnitt zumindest teilweise erwärmt wird. In dieser Ausgestaltung findet für das Umformen des
Rohrabschnitts in Richtung auf die Hohlwelle somit eine Erwärmung des Rohrabschnitts statt, wobei die Erwärmung vom Niveau der Restwärme stattfindet.
Die Erfindung wird anhand der in den Figuren 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
Figuren 1 bis 3: Schnitt durch ein Vorpresswerkzeug zu drei verschiedenen Bearbeitungszeitpunkten,
Figuren 4 bis 6: Schnitt durch ein Hauptpresswerkzeug zu drei verschiedenen Bearbeitungszeitpunkten, und
Fign. 7 a) bis d): einzelne Stufen bei der Erzeugung einer Hohlwelle.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen das Vorpresswerkzeug 1 mit der Matrize 2 mit einer Zylinderwandung 3 und einen Ausschnitt einer fest mit dieser verbundenen Bodenplatte 4. In der Bodenplatte 4 ist eine Stanzöffnung 5 vorgesehen. Am Übergang von der Zylinderwandung 3 zur Bodenplatte 4 weist die Zylinderwandung 3 einen sich zur Bodenplatte 4 hin verengenden Konus 6 zur Darstellung einer Fase im gelochten Werkstück 7 auf.
In der Figur 1 ist der Beladungszustand vor Beginn des Pressvorgangs dargestellt. Das Vollmaterial 8 - beispielsweise ein von einem Stangenmaterial abgescherter Stangenabschnitt mit einem der Innenfläche der Zylinderwandung 3 entsprechendem Außendurchmesser - wird in die Matrize 2 eingebracht und liegt am Konus 6 an.
Figur 2 zeigt das Vollmaterial 8, nachdem es durch den Setzstempel 10 gesetzt und die Fase 11 mit einem Fasenwinkel α ausgebildet worden ist. Der Setzstempel 10 wird hierzu von einer nicht dargestellten Presse in Richtung
des Pfeils 12 und somit in Richtung der Bodenplatte 4 mit Druck beaufschlagt. Koaxial zur Symmetrieachse 13 des Vorpresswerkzeugs 1 ist in dem Setzstempel 10 der Lochstempel 9, der wassergekühlt oder in anderer Weise gekühlt sein kann, axial verlagerbar geführt und zentriert. Nachfolgend zum Setzschritt der Figur 2 wird ein Näpfen mittels einer Verlagerung des Lochstempels 9 in Richtung der Bodenplatte 4 durchgeführt, wobei der Setzstempel 10 drucklos geschaltet wird. Hierdurch wird Material des Vollmaterials 8 durch Rückfließen verdrängt. Dies führt - wie in Figur 3 gezeigt - zu einer Erhöhung des Zylinders des Vollmaterials 8 in einem ersten Teilhub und bei weiterer Verlagerung des Lochstempels 9 in Richtung Bodenplatte 4 im zweiten Teilhub zum Ausbrechen des Butzens 14. Durch den Rückfluss von Material ist der Butzen 14 kleiner als die geschaffene Öffnung 15 im durch den Umformungsprozess geschaffenen Werkstück 7 mit einer Fase 11 mit dem Fasenwinkel α. Das gelochte Werkstück 7 wird nach dem Zurückziehen von Setzstempel 10 und Lochstempel 9 ausgebracht und in das in den nachfolgenden Figuren 4 bis 6 beschriebene Hauptpresswerkzeug 16 eingelegt.
Die Figuren 4 bis 6 zeigen das Hauptwerkzeug 16 mit einer mehrteiligen Matrize 17, bestehend aus einer Zylinderwandung 18, einem Zulauf 19 und einem Ausführteil 20. Die Zylinderwandung 18 hat im Wesentlichen denselben Innendurchmesser wie die Zylinderwandung 3 des Vorpresswerkzeugs 1 der Figuren 1 bis 3. Der Zulauf 19 weist einen Konus 21 auf, der den Innendurchmesser der Zylinderwandung 18 auf den Durchmesser der Austrittsöffnung 22 und damit im Wesentlichen auf den Außendurchmesser der herzustellenden Rohrabschnitte verengt. Der Konus 21 weist dabei einen Konuswinkel ß auf, der im Wesentlichen dem Fasenwinkel α des gelochten Werkstücks 7 (siehe Figur 4) entspricht.
Figur 4 zeigt das Hauptpresswerkzeug 16 bei eingelegtem Werkstück 7 zu Beginn der Beaufschlagung durch den mehrteiligen Stempel 23. Das
Werkstück 7 liegt mit seiner Fase 11 am Konus 21 an und wird von dem Stempel 23 beaufschlagt. Der Stempel 23 ist dabei aus dem Innendorn 24, einem koaxial um die Symmetrieachse 25 diesen außen umgebenden Innenstempel 26 sowie einem beide umgebenden Außenstempel 27 gebildet. Dabei ist der Innendorn 24 gegenüber dem Innenstempel 26 und dieser gegenüber dem Außenstempel 27 zentriert und axial geführt. In dem in Figur 4 gezeigten Verfahrensschritt wird zuerst der Innendorn 24 von der Presse axial verlagert und übergreift die Austrittsöffnung 22 axial. Dabei ist der Außendurchmesser des Innendorns 24 an den gewünschten Innendurchmesser des zu bildenden Rohrabschnitts angepasst und der Innendurchmesser der Öffnung 15 des Werkstücks 7 größer als der Außendurchmesser des Innendorns 24 ausgelegt. Nachfolgend werden Innenstempel 26 und Außenstempel 27 in Richtung der Pfeile 28, 29 synchron von der Presse beaufschlagt und dadurch axial verlagert. Der sich darauf einstellende Vorwärtshohlfließprozess drückt Material des Werkstücks 7 unter Abstützung an dem Innendorn 24 durch die Austrittsöffnung 22 in die im Ausführteil 22 vorgesehene gegenüber der Austrittsöffnung 22 erweiterte Öffnung 30.
Das Resultat des Vorwärtshohlfließprozesses - das Rohteil - ist aus Figur 5 ersichtlich. Aus dem Werkstück 7 der Figur 4 hat sich ein Rohrabschnitt 31 gebildet, der mit einem im Konus 21 des Zulaufs 19 verbliebenen Pressrest 32 verbunden ist. Die Länge des Rohrabschnittes 31 kann durch Auslegung von Vor- 1 und Hauptpresswerkzeug 16 so ausgelegt werden, dass die Länge des Halbzeuges so gebildet wird, dass ein oder mehrere, durch Abstechen gebildete Fertigteile hergestellt werden können.
Zur Trennung von Pressrest 32 und Rohrabschnitt 31 wird - wie in Figur 6 gezeigt - der Außenstempel 27 längs des Pfeils 29 zumindest teilweise zurückgezogen und der Innenstempel 26 längs des Pfeils 28 in Richtung Austrittsöffnung 22 verlagert, wodurch der Rohrabschnitt 31 unter
Verminderung der Masse des Pressrests 32 weiter verlängert wird, bis der Innenstempel 26, dessen Außendurchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser der Austrittsöffnung 22 entspricht, den Pressrest 32 vom Rohrabschnitt 31 trennt, indem er die Austrittsöffnung 22 passiert. Dabei kann der Innendorn 24 zur Stabilisierung des Innenstempels 26 mitgeführt oder mit dem Außenstempel 27 herausgezogen werden.
Zur Entfernung des Pressrests 32 wird dieser auf den Innenstempel 26 aufgeschrumpft. Hierzu kann eine Abkühlung des Pressrests 32 abgewartet werden, so dass der Schrumpfungsprozess selbstständig einsetzt. In vorteilhafter Weise wird jedoch zumindest der Zulauf 19 wassergekühlt, so dass der Pressrest 32 beschleunigt abgekühlt wird und auf den Innenstempel
26 aufschrumpft. Durch Verlagerung des Innenstempels 26 nach außen wird der Pressrest 32 mitgenommen und außerhalb des Hauptpresswerkzeugs 16 vom Außenstempel 27 abgestreift. Hierzu kann der Außenstempel 27 in einer festgelegten Position verharren und der Innenstempel 26 auf axial gleiche Höhe zurückgezogen werden oder der Innenstempel 26 außerhalb des Hauptpresswerkzeugs 16 auf eine vorgegebene Position und der Außenstempel 27 in Richtung Hauptpresswerkzeug 16 auf die axiale Position des Innenstempels 26 verfahren werden. Alternativ können beide Stempel 26,
27 in gegenläufiger Bewegung relativ gegeneinander verlagert werden, um den Pressrest 32 abzustreifen.
Der Rohrabschnitt 31 wird nach der Bearbeitung im Hauptpresswerkzeug 16 einer Umformung in einem weiteren Werkzeug bzw. in einer weiteren Presse bzw. in einer weiteren Pressstufe bzw. in einer weiteren Umformanlage unterzogen. Bei dem zusätzlichen Umformprozess handelt es sich beispielsweise um das Querkeilwalzen, das Reckwalzen oder um ein inkrementelles Umformverfahren wie dem Rundkneten oder dem Hämmern. Dabei besteht eine derartige Anbindung zwischen der Presse bzw. der Pressstufe zur Herstellung des Rohrabschnitts 31 und der zusätzlichen
Umformanlage bzw. der zusätzlichen Stufe der Presse, dass die Temperatur des Rohrabschnitts 31 beim zusätzlichen Umformprozess zumindest oberhalb eines vorgebbaren Wertes liegt, wobei im Wesentlichen auf eine zusätzliche Erwärmung des weiter umzuformenden Rohrabschnitts 31 verzichtet werden kann bzw. wobei die zusätzliche Erwärmung weniger aufwändig ist D.h. der Transport geschieht entsprechend schnell und/oder die räumlichen Abstände sind ausreichend klein, so dass die Erwärmung, die der Rohrabschnitt 31 bei seiner Herstellung aus dem Werkzeug 7 erfährt, für den weiteren Umformschritt verwendet werden kann, entweder indem keine zusätzliche Erwärmung erforderlich ist, oder indem ausgehend von der bereits gegebenen Wärme des Rohrabschnitts eine geringe zusätzliche Erwärmungsleistung erforderlich ist.
In den Figuren 7 a) bis d) sind beispielhaft einige Stadien bei der erfindungsgemäßen Herstellung einer Hohlwelle 33 dargestellt. Die
Abbildungen dienen dabei jedoch auch der Veranschaulichung des Verfahrens zur Herstellung von Rohrmaterial. Figur 7 a) zeigt das Vollmaterial 8, welches beispielsweise über ein Scherverfahren erzeugt worden ist. Aus diesem Vollmaterial 8 wird beispielsweise über das beschriebene Vorpresswerkzeug 1 das gelochte Werkstück 7 erzeugt (die Ergebnisse der Schritte Setzen, Näpfen und Lochen zeigt die Figur 7 b)). Mittels des beschriebenen Hauptpresswerkzeugs 16 lassen sich dann die beiden Zustände Vorwärtshohlfließpressen und Stanzen der Figur 7 c) erzeugen. Durch die Ausnutzung der bei der Herstellung des Rohrabschnitts 31 in den Rohrabschnitt 31 eingebrachten thermischen Energie lässt sich dann über weitere Umformprozesse die Hohlwelle 33 der Figur 7 d) herstellen. Die dargestellte Hohlwelle 33 wurde dabei beispielsweise über das Querkeilwalzen erzeugt.
Claims
1. Verfahren zur Herstellung von Rohrmaterial zumindest bestehend aus folgenden Verfahrensschritten: - Beladen einer zylindrischen Matrize mit in Pressrichtung konischem Zulauf in eine Austrittsöffnung mit einem gelochten, zylindrischen Werkstück,
- Verfahren eines Innendorns durch das Werkstück in die Austrittsöffnung,
- Vorwärtshohlfließpressen mittels eines Stempels bestehend aus einem koaxial um den Innendorn angeordneten Innenstempel und einem koaxial um diesen angeordneten Außenstempel,
- Bildung eines Rohteils mit einem Rohrabschnitt und einem im Zulauf verbleibenden Pressrest,
- Stanzen des Pressrests mittels des Innenstempels,
- Ausbringen des Pressrests mittels des Innenstempels, - Abstreifen des Pressrests mittels des Außenstempels,
- zusätzliches Umformen des Rohrabschnitts zumindest unter Ausnutzung der durch die Bildung des Rohrabschnitts in den Rohrabschnitt eingebrachten thermischen Energie.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das gelochte Werkstück aus Vollmaterial mittels eines kombinierten
Napf- und Stanzverfahrens in einer vorgelagerten Prozessstufe hergestellt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gelochte Werkstück zumindest nach folgenden Verfahrensschritten hergestellt wird: - Beladen des Vollmaterials in eine Matrize,
- Setzen des Vollmaterials mittels eines Setzstempels, - Anprägen einer dem Zulauf entsprechenden Fase an einer dem
- Setzstempel abgewandten Stirnseite des Vollmaterials,
- Näpfen des Vollmaterials mittels eines koaxial im Setzstempel angeordneten Lochstempels bei entlastetem Setzstempel, - Lochen des Vollmaterials durch den Lochstempel.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vollmaterial vor der Umformung erwärmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressrest auf den Innenstempel aufgeschrumpft wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des Stanzens des Pressrests der Außenstempel in eine der
Bewegungsrichtung des Innenstempels entgegengesetzte Bewegungsrichtung verlagert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem zusätzlichen Umformen und/oder während des Umformens des Rohrabschnitts der Rohrabschnitt zumindest teilweise erwärmt wird.
8. Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle zumindest bestehend aus folgenden Verfahrensschritten:
- Bildung eines Rohrabschnitts aus einem gelochten Werkstück,
- Umformen des Rohrabschnitts zumindest unter Ausnutzung der durch die Bildung des Rohrabschnitts in den Rohrabschnitt eingebrachten thermischen Energie.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung des Rohrabschnitts und/oder die Herstellung der Hohlwelle mit dem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen des Rohrabschnitts zumindest das Querkeilwalzen, das Reckwalzen oder ein inkrementelles Umformverfahren, insbesondere das Rundkneten oder das Hämmern, umfasst.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Umformen und/oder während des Umformens des Rohrabschnitts der Rohrabschnitt zumindest teilweise erwärmt wird.
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