Verfahren und Vorrichtung zum Walzen von Hohlteilen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schlagwalzen von vollen oder hohlen zylindrischen Werkstücken, welche einen Vorschub entlang ihrer Längsachse erhalten, wobei von aussen wenigstens eine in einem umlaufenden Walzkopf antreibbar gelagerte Schlagwalze in auf den Werkstückvorschub abgestimmter Folge schlagartige Einzelwalzvorgange auf vorbestimmte Zonen des Werkstückes ausgeführt werden sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Für das Walzen und Drücken beispielsweise von Hohlteilen mit wenigstens teilweiser Innenverzahnung, wobei von einer Ronde, einem Topf oder einem Rohrkörper ausgegangen wird, sind im wesentlichen zwei Kaltumformverfahren bekannt.

Einerseits ist das Drückwalzen bekannt (Bsp. DE 4218092), bei welchem im Gegensatz zum reinen Drücken die Wandstärke des Werkstückes gleichzeitig mit einem Verändern der Form vorbestimmt reduziert wird. Das Drücken und Walzen werden dabei durch eine Rolle bewirkt, welche auf das Werkstück gedrückt wird und die Umformung bewirkt. Die Rolle ist dabei ständig in Kontakt mit dem Werkstück. Dadurch, dass die Anpresskraft der Rolle damit praktisch statisch auf das Werkstück wirkt, werden sehr grosse Kräfte benötigt, was zu entsprechend schwer dimensionierten Maschinen von sehr aufwendiger Konstruktion führt, wenn die damit produzierten Werkstücke den gestellten Anforderungen genügen sollen.

Ein weiteres Kaltumformverfahren, welches insbesondere diese Nachteile ausräumt, ist das Schlagwalzen, auch als Grob-Verfahren bekannt (Bsp. CH 658006). Bei diesem Verfahren wird im Gegensatz zum obig beschriebenen Drückwalzen die Kraft nicht statisch, sondern dynamisch, in Form von Schlägen, auf das Werkstück aufgebracht. Hierfür sind auf einem umlaufenden Walzkopf angeordnete Walzen vorgesehen, welche in rascher Folge schlagartige Einzelwalzvorgänge auf die Werkstückoberfläche ausführen. Diese Einzelwalzvorgänge werden hauptsächlich in Längsrichtung des Werkstückes, d.h. hauptsächlich in Richtung der Werkstückachse, ausgeführt. Dadurch können einerseits die Kräfte geringer gehalten werden als beim obig beschriebenen Drückwalzen und andererseits können dadurch die Maschinen zur Erzielung hoher Werkstückgenauigkeit auch leichter dimensioniert werden. Durch die beschriebene Walzrichtung beim Grob-Verfahren besteht nun aber der Nachteil, dass, bedingt durch die Anordnung des Walzkopfes, um das Werkstück in achsialer Richtung des Werkstükkes ein freier Raum für die Planetenbewegung der einzelnen Walzen benötigt wird. Dadurch kann das Verfahren nicht angewendet werden, wenn beispielsweise Werkstücke mit einer umlaufenden, vorstehenden Schulter oder mit markanten Abstufungen bearbeitet werden müssen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand nun darin, ein Verfahren analog zum beschriebenen Grob-Verfahren zu finden, welches auch für Werkstücke mit einer umlaufenden, vorstehenden Schulter oder Abstufungen geeignet ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäss das Verfahren nach Anspruch 1 vorgeschlagen.

Es hat sich gezeigt, dass durch die Änderung der Schlagrichtung der Walzen in radialer Umfangsrichtung des Werkstückes die bekannten Vorteile des schlagenden Verfahrens beibehalten werden, dadurch aber die Achse des Walzkopfes nun im wesentlichen parallel zur Werkstückachse angeordnet werden kann. Damit wird nun der Raum für die Planetenbewegung der Schlagwalzen nicht mehr in achsparalleler Richtung beansprucht, wodurch der Schlagwalzvorgang bis dicht an eine nach aussen abstehende Werkstückschulter durchgeführt werden kann. Ebenso stellt die verfahrensgemässe Formung von Werkstücken mit markanten Abstufungen kein Problem dar. Damit können nun vorteilhafterweise auch derartige Werkstücke durch das Schlagwalzverfahren bearbeitet werden.

Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8.

Das Verfahren kann auf rotationssymmetrische Werkstücke angewandt werden, indem das Werkstück vorzugsweise um seine Längsachse rotiert wird. Es ist aber auch denkbar, dass Verfahren auf andere Werkstücke anzuwenden, bei welchem nicht auf dem gesamten Umfang der Schlagwalzvorgang ausgeführt werden muss, beispielsweise beim Erstellen von segmentartig abgeflachten Werkstücken.

Bevorzugterweise wird eine Anlage nach den Ansprüchen 9 bis 10 zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendet.

Das beanspruchte Verfahren eignet sich insbesondere für Hohlkörper mit wenigstens teilweiser Innenverzahnung. Es ist aber auch denkbar, dass Verfahren für Vollkörper oder Hohlkörper ohne Innenverzahnung anzuwenden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen

• Fig. 1 schematisch den Längs- und Querschnitt durch eine herkömmliche Schlagwalzvorrichtung;
• Fig. 2 schematisch den Längs- und Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Schlagwalzvorrichtung.

In Figur 1 ist schematisch der Längs- und Querschnitt einer herkömmlichen Schlagwalzmaschine im Bereich des eigentlichen Walzvorganges gezeigt. Ein zylindrisches Werkstück 1, hier beispielsweise ein Hohlzylinder, wird mittels einer nicht dargestellten Einrichtung dem Bereich der Walzköpfe 2 und 3 zugeführt. Die an den Walzköpfen 2 resp. 3 angebrachten Schlagwalzen 4 und 5 führen bei der Rotation der Walzköpfe 2 und 3 schlagartige Einzelwalzvorgänge auf die Oberfläche des Werkstückes 1 aus. Dabei wird das Material des Werkstückes 1 kalt umgeformt, beispielsweise erhalt dadurch die Innenseite des Werkstückes 1 die Kontur einer innenliegenden Matrize 6. Beispielsweise können damit Innenverzahnungen von Hohlkörpern schnell und mit grosser Präzision erzeugt werden. Das Verfahren kann auch für die Reduktion des Querschnitts des Werkstückes 1 angewandt werden, wobei das Material vor allem in Längsrichtung fliesst.

Normalerweise werden an einem Walzkopf 2 resp. 3 mehrere Schlagwalzen 4, resp. 5 angebracht, um eine schnelle Folge von Einzelwalzvorgängen bei mittleren Drehzahlen zu ermöglichen.

Bei dem bekannten Verfahren resp. den entsprechenden Vorrichtungen sind die Achsen 2' resp. 3' der Walzköpfe 2,3 im wesentlichen senkrecht zur Werkstücklängsachse 1' angeordnet. Damit soll eine im wesentlichen parallel zur Werkstücklängsachse 1' gerichtete Schlagwirkung erzielt werden. Dies hat nun den Nachteil, dass der Schlagwalzvorgang im besonderen bei einem Werkstück 1 mit einer Schulter 1'' nicht bis dicht an den Bereich der Schulter 1'' ausgeführt werden kann.

Das Werkstück 1 kann nur soweit in Pfeilrichtung V zugeführt werden, bis die Schulter 1'' in den Bereich 7 und 8 der umlaufenden Schlagwalzen 4 resp. 5 gelangt.

Um nun einen Schlagwalzvorgang bei einem Werkstück 1 mit einer Schulter 1'' bis dicht an diese heran ausführen zu können, werden erfindungsgemäss die Achsen 2' und 3' der Walzköpfe 2 und 3 parallel zur Werkstücklängsachse 1' angeordnet, wie aus Figur 2 ersichtlich.

Damit kann nun das Werkstück 1 wesentlich näher in Pfeilrichtung V gegen die Walzköpfe 2 und 3 herangeführt werden als beim bekannten Verfahren resp. den bekannten Vorrichtungen. Abgesehen davon wird es durch die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens möglich, markante Abstufungen 1''' am Werkstück zu walzen, was beim herkömmlichen Schlagwalzen mit bezüglich der Werkstückachse senkrecht stehenden Walzachsen unmöglich ist. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass sich die nun senkrecht zur Werkstücklängsachse 1' ausgeführten Walzvorgänge in gleicher Weise als Kaltumformung eignen wie die bekannten, in parallel zur Werkstücklängsachse 1' ausgeführten Walzvorgänge.

Im übrigen erweist es sich als vorteilhaft, dass beide diametral gegenüberliegenden Walzköpfe 2 und 3 nun im gleichen Drehsinn n₁ und n₂ angetrieben werden. Einerseits ergibt diese eine gleichmässige Belastung auf die Werkstücklängsachse 1', indem sich die parallelen Komponenten der entgegengesetzt gerichteten Kraft- resp. Schlagvektoren S₁ und S₂ aufheben und lediglich das resultierende Drehmoment vom Werkstück 1 aufgenommen werden muss. Andererseits wird auch der Antrieb der beiden Walzköpfe 2 und 3 vereinfacht, welche synchron miteinander gekoppelt sein müssen, damit jeweils die einander gegenüberliegenden Schlagwalzen 4 und 5 gleichzeitig zu Einsatz auf dem Werkstück 1 kommen. Dies kann nun beispielsweise mittels eines einfachen Zahnriemens erfolgen.

Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich für alle für das Schlagwalzen bekannte Einsatzgebiete. Insbesondere ist es vorteilhaft für die Herstellung von Innenverzahnungen bei Hohlteilen. Dabei wird vorzugsweise die Walzkopfdrehzahl mit dem Vorschub des Werkstückes derart abgestimmt, dass nur gerade die für die Erzielung der Innenverzahnung notwendigen Schlagwalzvorgänge auf die Innenoberfläche des Werkstückes appliziert werden.