DE2208515A1

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Info

Publication number: DE2208515A1
Application number: DE19722208515
Authority: DE
Priority date: 1971-02-22
Filing date: 1972-02-18
Publication date: 1972-09-07
Also published as: FR2126263A1; CA960884A; JPS5924896B2; SE412015B; IT948627B; FR2126263B1; JPS5775238A

Description

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

NAIIONAL RESEARCH DEVELOPMENT CORPORATION · 240/551

Verfahren und Maschine zur Verformung
eines zylindrischen Werkstücks

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verformung eines ursprünglich zylindrischen "Werkstückes, wobei das Werkstück zu- . nächst zwischen zwei Verformungsgliedern angeordnet wird, von ^: denen eines oder beide Profilierungsrollen sind, die in Richtung auf das Werkstück zubewegt werden und dabei ein Profil in das
Werkstück einwalzen. Die Erfindung betrifft ferner eine Maschine zur Durchführung eines solchen Verfahrens, mit der metallene
Werkstücke oder Rohlinge-unter Druck durch Walzen geformt werden.

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Insbesondere bezieht sich, die Erfindung dabei auf Maschinen, die sich hervorragend zur Formung von Lagerringen aus glatten zylindrischen Werkstücken eignen.

Beim Walzen eines Werkstückes wird dieses zwischen zwei κ Verformungsglieder gepreßt, die in das Werkstück eine.Form ein- ; prägen, die durch das Profil der Verforaungsglieder bestimmt ist. Auf diese Weise können ausgezeichnete profilierte werkstücke hergestellt werden. Es konnte -jedoch bisher nicht sichergestellt werden, daß das Profil sich stets in der richtigen Lage zum Werkstück befindeti so daß im Produktionsablauf nioht gewährleistet werden konnte, daß eine hergestellte Serie identische Werkstücke; enthielt. Hierdurch ergaben sich Schwierigkeiten bei nachfolgenden Weiteren Bearbeitungsstufen, weil eine eindeutige Bezugskante am Werkstück fehlte.

Ein weiterer Nachteil bekannter Walzmaschinen besteht darin, daß durch den Walzvorgang an den Seitenwänden des Werkstückes ein Materialabtrag entstehen kann, oder daß die seitlichen Kanten absplittern, wodurch kleine Teilchen auf die Walz·*! fläche gelangen und in diese eingerollt werden können, so daß eine Beschädigung eintritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches die geschilderten Nachteile vermeidet. Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das beim Walzen durch das Eindringen des Profils quer zur .-.chsrichtung des Werkstücks.zusammengedrückte Material saitlich so weit nach außen verdrängt wird, daß über die ursprüngliche Breite des Werkstücks um ein vorgegebenes Maß vorstehende seitliche Begrenzungsränder gebildet werden.

BAD

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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens werden eine oder zwei Profilierungsrollen mit an ihren Rändern nach außen diver- ; gierenden Planschen verwendet, wobei die Plansche die Rändform ί des Werkstückes und dessen Ausbreitung beim Walzen zu den Seiten hin bestimmen und einen Winkel bis zu 15° mit der !formalen zur j Rollenachse bilden.

Es hat sich gezeigt, daß bei einem Winkel bis zu etwa 15°, den die Plansche mit der Normalen zur Rollenachse bilden, ein Materialabtrag und ein Splittern an den Seitenflächen des Werkstückes sehr stark vermindert wird. Diese Abwinkelung der Plansche führt auch zu einem besseren Pluß des Metalls.

Durch Verwendung derartiger Rollen lassen sich Werkstücke genau formen, und jedes gewalzte Werkstück aus einer Produktioüsserie ist dann identisch mit einem anderen, da sichergestellt ist, daß das dem Werkstück verliehene Profil genau in Bezug auf das Werkstück angeordnet ist.

Unter der Voraussetzung, daß man mit einem zylindrischen Werkstück bekannten Volumens beginnt, steuern die seitlichen Plansche der Rolle bzw. der Rollen die Breitenausdehnung des Werkstückes während des Walzens, und nachdem die Breite der profilierten Rolle ausgefüllt ist, fließt das Metall an den Planschen von unten nach oben. Da diese nur einen kleinen Winkel mit der Normalen zur Rollendrehachse bilden, ist die endgültige Gesamtbreite des gewalzten Werkstückes nur in einem sehr kleinen Ausmaß davon abhängig, wie weit das Metall an den Seitenrändern •der Plansche hochgeflossen ist. Das Maß dieses Piusses kann ziemlich* genau durch entsprechende Bemessung der Walzzeit gesteuert werden. Daher besitzt das gewalzte Werkstück eine genau bekannte

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Breite, und das eingeprägte Profil befindet sich in einer genauen Abstandsbeziehung zu den seitlichen Begrenzungsrändern. Wenn daher das gewalzte Werkstück noch weiteren Verfahrensschritten, beispielsweise einem SchleifVorgang, unterzogen werden muß, kann man die Lage des gewalzten Werkstückes mittels seines seitlichen Randes festlegen und damit auch genau die Lage des gewateten Profils bestimmen.

Üblicherweise wird das gewalzte Werkstück noch einer Wärmebehandlung unterzogen und dann auf seine genaue Größe abgeschliffen. Es wurde festgestellt, daß sich das Werkstück nach einem Wa]/.an gemäß der Erfindung während dieser Hitzebehandlung nur verhältnismäßig wenig verzieht und ein kleinerer Materialabtrag bei der Schleifstufe erforderlich ist, als wenn der Lagerring nach einem üblichen Herstellungsverfahren auf sein Endmaß abgeschliffen werden muß.

Da außerdem durch den Walzvorgang kein Material entfernt werden muß, wird zur Herstellung der Lagerringe im Vergleich zu konventionellen Bearbeitungsverfahren weniger Rohmaterial benötigt.

Lagerringe können daher gemäß der Erfindung wirtschaftlicher hergestellt werden als mit konventionellen Bearbeitungsverfahren.

Das Werkstück wird zunächst in Achsrichtung in Bezug auf die Rolle bzw. die Rollen festgelegt. Dies kann beispielsweise sehr einfach dadurch geschehen, daß das Werkstück zwischen einander entgegenwirkenden Federmitteln festgelegt wird . Der durch diese Federn ausgeübte Druck zentriert dann automatisch das Werk-

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stück in. Bezug auf die Profilierungsrollen und stellt sicher, · daß die Ausbreitung des Werkstückes zu den Seiten bei jedem Werkstück gleich ist.

Die Erfindung ist in den Pällen anwendbar, in denen ein Profil in die äußere Stirnfläche eines Werkstückes gewalzt wird, wobei das Werkstück drehbar auf einer Welle angeordnet und, zwischen zwei Profilierungsrollen gewalzt werden kann, und eine Anwendung ist auch dann möglich, wenn ein Profil in die Innenfläche eines Werkstücks gewalzt wird, wobei dann das Werkstück zwischen einer inneren Profilierungsrolle und einem äußeren Zylinder zusammengedrückt wird.

Alle Kanten im formenden Teil der Profilierungsrollen sollten den größtmöglichen Abrundungsradius aufweisen, um einen besseren Metallfluß zu begünstigen und einen Einschluß von Metall zu verhindern. Hierdurch wird zusätzlich die Neigung des gewalzten Werkstückes zum Reißen während der nachfolgenden Wärmebehandlung vermindert. Die Plansche sollten sich nach Möglichkeit tangential an diese abgerundeten Ecken anschließen.

Walzmaschinen zur Bildung eines Profils in der äußeren Stirnfläche eines Werkstückes, z.B. zur Herstellung eines inneren Lagerringes, enthalten im allgemeinen zwei Köpfe, von denen jeder eine angetriebene Profilierungsrolle oder Preßvorrichtung enthält. Zwischen den beiden Köpfen ist eine Welle drehbar gelagert, auf die das Werkstück oder der Rohling paßt. Die Verformung des Werkstückes wird durch Drehung der Rollen und Einpressen des Werkstückes zwischen den Profilierungsrollen durch Relativbewegung der beiden Köpfe gegeneinander bewirkt.

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Beim Walzen tritt manchmal ein Bruch des Werkstückes ein·; Dies geschieht im allgemeinen dann, wenn der Querschnitt des ; Werkstückes klein im Vergleich zur Größe der in ihm erzeugten j Verformung ist und damit das Werkstück eine geringere Stabilität aufweist. Es wird angenommen, daß der Bruch auf Metallermüdung \ zurückzuführen ist, die in Folge der Verformung des Werkstückes ^! aus der Kreisform während des Walzens eintritt. Wenn nämlich ; das Werkstück während des Preßvorganges rotiert, versucht der Umfang des Werkstückes zuzunehmen, und da eine Zunahme in ^! Richtung der einwirkenden Druckkräfte nicht möglich ist, erfolgt eine Vergrößerung der Abmessung in einer Dimension, die 90° gegenüber der Druckangriffslinie versetzt ist, so daß hierdurch ! das Werkstück oval wird. Damit wird also das Werkstück gezwungen, seine Durchmesserabmessungen ständig zwischen diesen beiden Grenzen zu ändern, wobei die Zahl der Wechsel von der Drehge- | schwindigkeit und der Vorschubgeschwindigkeit der Walzrollen abhängt. Dieser ständige Wechsel von Druck und Zug im Ringab- '■ schnitt kann rasch zu einem Ermüdungsbruch führen. ^:

Um solche Ermüdungsbrüche zu vermeiden,wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung das Werkstück, nachdem es mit Haltemitteln in Achsrichtung festgelegt worden ist, zunächst mittels der Profilierungsrollen zusammengedrückt, so daß der Walzvorgang einsetzt, und nach Einleitung des Walzvorganges werden in eine dadurch im Werkstück entstehende Führung Steuerrollen eingeführt, die das Werkstück mit einer solchen Kraft berühren, daß sie eine von der Kreisform abweichende Deformation weitgehend verhindern, aber nicht in der Lage sind, das Werkstück nennenswert zu verformen .

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Diese Steuerrollen berühren das Werkstück und pressen dieses in den Umfangsbereichen zwischen den Walzrollen gegen die lagerwelle und verhindern dadurch, daß das Werkstück eine ovale Form annimmt. Die Steuerrollen müssen eine Kraft auf das Werkstück ausüben, die gerade diese Defprmation verhindert, die aber zugleich nicht zu einer nennenswerten Querschnittsverformung des Werkstückes führt. Anzustreben ist dabei, daß diese Steuerrollen nur dem fortschreitenden Walzvorgang folgen und die oben erwähnte Metallermüdung unterbinden.

Die Mittel für den Andruck der Steuerrollen müssen so ausgebildet sein, daß sie während des Walavorganges nicht zurückweichen können. Dies kann beispielsweise durch einen Schraubenvorschub erfolgen und vorzugsweise werden die Steuerrollen mit Hilfe von hydraulischen Kolben gegen das Werkstück gepreßt, die ein Zurückweichen der Steuerrollen während des Walzvorganges verhindern, aber den Kontakt aufrechterhalten, so lange das Werkstück verformt wird. Bs ist zweckmäßig, die Kraft, die die Steuerrollen auf das Werkstück ausüben, während der Verformung auf ein Maximum zu steigern. Wenn beispielsweise Werkstücke bis hinauf zu etwa 10 cm Außendurchmesser aus einem als ΕΪΓ31 bekannten Material gewalzt werden,sollte die maximal auf das Werkstück ausgeübte Kraft etwa-5400 kg betragen.

Vorzugsweise besitzen die Steuerrollen die gleiche oder eine ähnliche Form wie die Profilierungsrollen. Dabei ist es amvgünstigsten, wenn das Profil der Steuerrollen identisch mit dem Profil der Walzrollen ist und nur die Seitenflansche fehlen. In manchen Ballen können jedoch auch glatte zylindrische Steuerrollen zweckmäßig sein.

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Vorzugsweise sind die Steuerrollen als gegenüberliegende Paare oder Gruppen von Paaren angeordnet, damit auf die Lagerwelle für das Werkstück keine unzulässig große Beanspruchung ausgeübt wird. Die Zahl der Steuerrollen kann unterschiedlich sein und hängt von der Größe des Werkstückes und der Zahl der verwendeten Walzrollen ab. Wenn zwei diametral gegenüberliegende Köpfe mit daran angeordneten Walzrollen verwendet werden, ist es zweckmäßig, zwei diametral einander gegenüberliegende Steuer-; rollen zu verwenden, die um 90° gegenüber den Walzrollen ver- . setzt sind.

Dadurch, daß die Walzrollen zuerst mit dem Werkstück in Kontakt kommen, wird eine Erhärtung bewirkt, so daß schon unmittelbar, nachdem die Walzrollen das Werkstück berührt haben, die Steuerrollen die Form des Werkstückes nicht mehr flchädlioh beeinflussen können.

Damit die Steuerrollen der von den Walzrollen erzeugten Form folgen können, sollten die Steuerrollen in Richtung ihrer Drehachse federnd nachgiebig bewegbar sein.

Wenn die Profilierungsrollen ihre Endstellung erreicht haben, verbleiben sie dort für eine Mindestzahl von Umdrehungen des ^werkstückes, weil bei einer längeren Verweilzeit in dieser Position die Unrundheit des Werkstückes zunimmt und eine Überhitzung oder einen Bruch des Werkstückes die Folge sein kann.

Am Ende des Walzvorganges werden sämtliche Rollen gleichzeitig zurückgefahren. Falls alle Rollen mit Hilfe hydraulischer Kolben gegen das Werkstück gepreßt werden, kann die Synchronisierung dieser Rückfahrbewegung durch Aufbau eines Druckes in

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den Vorschub der Köpfe steuernden Kolben ausgelöst werden. Das Zurückfahren kann aber auch beispielsweise durch einen von einem Sensor oder durch die Lage der Köpfe gesteuerten Mikrosohalter ausgelöst werden.

Die Yorschubgeschwindigkeit der Profilierungsrollen beträgt vorzugsweise 0,25 - 0,5 mm pro Umdrehung des Werkstückes für Werkstücke mit einem Außendurchmesser bis hinauf zu 10 cm. '

Normalerweise besitzt die Maschine zwei Köpfe, die einander gegenüberliegend angeordnet sind und sich aufeinander zu und voneinander weg längs eines Weges bewegen lassen, der mit dem Durchmesser des zu walzenden Werkstückes übereinstimmt, so daß die Profilierungsrollen das Werkstück beim Walzen an diametral gegenüberliegenden Stellen berühren. Es können aber auch mehr als zwei Köpfe vorgesehen werden, beispielsweise duei Köpfe, did um 120° zueinander versetzt am Umfang des Werkstückes angeordnet werden. . '

Die Köpfe werden beim Walzvorgang vorzugsweise alle mit Hilfe von hydraulischen Kolben gegen das Werkstück gepreßt. An jedem Kopf kann dabei ein gleicher Kolben angreifen, und durch parallele Verbindung aller Kolben m-it einer Quelle von unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit werden alle Köpfe gleichmäßig bewegt, so daß ausgeglichene Walzdrücke aj.f das Werkstück . und dessen Lagerwelle ausgeübt werden. Um einen gleichmäßigen Vorschub aller Köpfe zu gewährleisten, können diese zusätzlich mechanisch miteinander gekoppelt sein. Ein wichtiger Vorteil bei der mechanischen Verkopplung der Köpfe besteht darin, daß die Kolbenabdichtungen der hydraulischen Kolben preiswerter und einfacher ausgebildet werden können, da die mechanische kopplung

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ί die Zwangläufigkeit der Kopfbewegungen auch dann noch aufrechterhält, wenn die Dichtungen leicht undicht sind. Hierdurch wird

! auch vermieden, daß diese Dichtungen häufig ausgewechselt werden . müssen.

Die Maschinen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind insbesondere zur Herstellung von verhältnismäßig < kleinen Artikeln geeignet, d.h. Artikel mit einem maximalen Außendurchmesser von 7,5 bis 15 cm. Insbesondere sind die Maschinen für die Herstellung innerer Lagerringe geeignet. Die ; Erfindung ist jedoch nicht auf die Herstellung solcher Lager- ^; ringe beschränkt und je nach der Form der Profilierungarollen ; können beispielsweise Getrieberäder mittels gezahnter Rollen ' gewalzt werden.

Während des Walzens werden die Profilierungsrollen in ! Drehung versetzt. Dies kann beispielsweise mit Hilfe von Hy-■ draulikmotoren erfolgen, wobei jeweils einer eine Profilierungsrolle antreibt. Dies hat den Vorteil, daß man schnell und leicht die Drehrichtung der Rollen umkehren kann, was manchmal erwünscht ist, um die die Oberflächengüte zu verbessern.

Beim Walzen eines inneren Lagerringes werden eine oder mehrere Rillen oder Ausnehmungen in die Außenfläche eines ursprünglich zylindrischen Werkstückes eingewalzt. Die innere Fläche des Werkstückes braucht nicht verändert zu werden, und daher besitzt die Lagerwelle eine ebene zylindrische Oberfläche. Diese ebene Oberfläche kann Seil der Welle selbst bilden, sie kann aber auch eine gesonderte zylindrische Rolle sein, die fest auf einem Längenabsohnitt der Welle angebracht ist.

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Der Durchmesser der Profilierungsrollen hängt von der Größe des Werkstückes ab, jedoch sollte im allgemeinen eine Rolle mit dem für den jeweiligen Einsatafall größten Durchmesser verwendet werden. Nach Wahl des Durchmessers der Profilierungs- : rollen sollte dann der Durchmesser der Steuerrollen ebenfalls so groß wie möglich bemessen werden.

Das Walzen des Werkstückes kann ohne äußere Wärmeeinwirkung durch Kaltwalzen erfolgen, jedoch kann auch ein Heißwalzen angewendet werden, indem das Werkstück nach vorheriger Erhitzung oder unter äußerer Erhitzung beim Walzen geformt wird.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeiohnung näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Kaltwalzmaschine zum Walzen eines Profils in die äußere Stirnfläche eines zylindrischen Werkstücks;

Fig. 2 eine Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Maschine mit einem zur Betätigung der Maschine verwendeten hydraulischen Kreis;

Fir. 3 eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der Profilierungsrollen der in Fig. 1 dargestellten Maschine mit einem verformten Werkstück;

Fig. 5 und 6 Darstellungen der Durchmesserabweichungen eines mit der Maschine gemäß Fig. gewalzten Werkstückes vor und nach einer Wärmebehandlung;

Fig. 7 einen Querschnitt durch ein Werkstück vor der Verformung;

Fig. 8 einen gleichen Schnitt durch das Werkstück wie in Fig. 7 nach der Verformung und

Fig. 9 eine zum Teil geschnittene Ansicht einer Kaltwalzmaschine zum Walzen eines Profils auf der inneren Stirnfläche eines zylindrischen Werkstücke.

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Die in Pig. 1 und 2 dargestellte Kaltwalzmascaine 10 ι enthält eine drehbar gelagerte Welle 12 und zwei drehbare j Profilteruigsrollen 14. Die Welle 12 ist an ihren beiden Enden '< in Lagern 16 gelagert, die in einem ortsfesten Halter 18 sitzen," während die Rollen 14 drehbar in Lagern 20 in den Armen 22 von ; Jochen. 24 gelagert sind. Diese Joche sind auf einer Basis 26 . verschiebbar so gelagert, daß sie aufeinander zu und voneinan- ■ der weg bewegbar sind. Der Halter 18 ist an der Basis 26 befös- :

tigt. ... .';

In Pig. 4 ist zu sehen, daß die Rollen 14 einen ringförmigen Buckel 30 aufweisen, an den sich auf beiden Seiten ebene ; Walzabschnitte 32 anschließen. Mit Hilfe dieser Rollen kann _: daher ein Werkstück 34 in die Porm eines inneren Lagerringes
tineβ Kugellagerg gebracht werden# Die Ränder der Rollen 14 ' weisen vorspringende Planken 60 auf, deren Punktimweiter unten . noch näher erläutert wird.

Die Welle 12 paßt in das Werkstück 34 und bildet eine
satte zylindrische innere Anlagefläche für das Werkzeug während
des Walzvorganges.Die aaLaüven Größen von Werkstück 34 und Welle 12 sind so bemessen, daß das Werkstück frei auf der Welle gleiten · kann, daß das Werkstück aber, sobald die Rollen 14 dieses ι zwischen siohuid dem Dorn zusammendrücken, gegen die Welle gedrückt wird, die dann mit dem Werkstück während des Walzvorganges rotiert.

Dadurch, daß die Joche 24 gleitbar auf der Basis 26
gelagert sind, können sie sich beim Walzen des Werkstücks 34
in der erforderlichen Weise aufeinander zu und voneinander weg , bewegen. Die Gleitbewegung der Joche wird mittels zweier gleioh

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ausgebildeter hydraulischer Kolben 40 bewirkt. Die beiden KoI- j ben sind hydraulisch parallel geschaltet, was im einzelnen noch j näher erläutert wird. Auf diese Weise erfahren die beiden Rollen! 14 einen gleichen Vorschub beim Walzen und üben auf die Welle und deren Lager 16 keine unzulässige Beanspruchung aus.

Der genaue gemeinsame Vorschub der Rollen 14 wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß die beiden Kolben 40 gleioh ausgebildet und hydraulisch parallel geschaltet sind, so daß das duroh die Leitung 124 zugeführte Druckmedium gleichmäßig

über Zweigleitungen 124a und 124b zu den Kolben-gelangt. In j gleicher Weise wird beim Zurückfahren der Köpfe naoh einem WaIz-; Vorgang Druckflüssigkeit über die Leitung 126 und die Zweigleitungen 126a und 126b den Kolben zugeführt. :

j Ein hydraulischer Kreis, mit dem die Kolben 40 betätigt j

werden können, ist in Pig. 2 dargestellt. Eine unter Druck stehende hydraulische Flüssigkeit wird einer Versorgungsleitung 152 von einer Pumpe 150 zugeführt. Dieser Leitung ist eine Kraftmessdose 154 und ein Drucksicherheitsventil 155 zugeordnet. Eine Zweigleitung 156 führt von der Leitung 152 zu einem Steuerventil 158. Dieses Ventil 158 steuert den Zur und Rüokfluß der Druckflüssigkeit zu den Leitungen 124 und 126, die die Kolben parallel über die Zweigleitungen 124a und 124b bzw. 126a und 126b versorgen, so daß sich beide Kolben gemeinsam bewegen. Zwisohen dem Steuerventil 158 und den Kolben 40 ist in die Leitung 124 ein Regulierungsventil 164.eingeschaltet, welohes das Maß steuert, mit dem die Kolben die Rollen 14 bei der Verformung des Werkstücks vorschieben können, und das einen Rüoklaufnebenschluß mit einem Prüfventil 165 besitzt, dessen Punktion weiter untgn noch erläutert wird. Ferner befindet sioh in dieser Lei-

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tung noch ein Steuerventil 166, "das durch, einen Grenzschalter 183 ausgeschaltet wird, um die Vorschubgeschwindigkeit des KoI- _; bens von schnell auf langsam zu ändern.

Wenn das Steuerventil 166 eingeschaltet ist, wird das Regulierungsventil-164 umgangen, und durch Betätigung des Steuerventils 158. wird auf die Kolben 40 ein Vorschub mit einer hohen Geschwindigkeit ausgeübt. Bei einer vorgegebenen Vorschubstellung treffen die Köpfe auf den Grenzschalter 183 und lösen diesen aus, der wiederum das Steuerventil 166 abschaltet und dadurch bewirkt, daß die Druckflüssigkeit durch das Regulierungsventil 164 strömt, wodurch der Vorschub der Kolben verlangsamt wird. Die Rollen 14 berühren den Rohling bei dieser geringen Geschwindigkeit und setzen diese geringe Geschwindigkeit fort, bis die volle Walztiefe erreicht ist.

Die Rüokbewegung der Rollen wird durch TJmkehr der Wirkung des Steuerventils 158 bewirkt. Hierdurch wird Druckflüssigkeit über die Leitung 126 und die Zweigleitungen 126a und 126b zur Stirnseite der Kolben 40 gegeben, während die Druckflüssigkeit von der Rückseite der Kolben 40 über das Prüfventil 165 oder durch das Steuerventil 166, das gleichzeitig mit dem Steuerventil 158 eingeschaltet wird, in ein Reservoir 61 gelangt.

Damit eine absolut gleiche Vorschubbewegung der beiden Rollen 14 sichergestellt wird, können die beiden Joche mechanisch aneinander gekoppelt sein.

Der Vorteil einer solchen mechanischen Kopplung liegt darin, daß die Kolbendichtungen preiswerter und einfacher ausgebildet werden können und sogar ein geringer Leckverlust durch .

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diese Dichtungen in Kauf genommen werden kann.

Die "beiden Profilierungsrollen 14 werden mit Hilfe von Hydraulikmotoren, die auf den Jochen 24 sitzen,mit derselben Geschwindigkeit angetrieben. Der Antrieb der Rollen 14 \ mit Hydraulikmotoren ist vorteilhaft,weil dann ihre Drehrichtun₆ schnell und einfach umkehrbar ist, wodurch der gewalzten Oberfläche eine bessere Oberflächengüte verliehen wird.

Gemäß Fig. 3 sind auf der Welle zu beiden Seiten des Werkstücks ringförmige Kragen 42 vorgesehen, die mit der Welle' und dem Werkstück umlaufen. Mit Hilfe von Tellerfedern 44, die zwischen den Kragen und Ringscheiben 46 zusammengedrückt werden, die ihrerseits an ringförmigen Kanten 48 der Welle anliegen, werden die Kragen 42 gegen die Seiten des Werkstüokes gedrückt. Diese Kragen verhindern nicht die Ausbreitung des Werkstückes zu den Seiten, aber sie stellen sicher, daß das Werkstück zu Beginn genau in Bezug auf die ringförmigen Buckel 30 der Rollen 14 zentriert ist, bevor der Walzvorgang beginnt und das Wertstück von den Rollen 14 berührt wird. Die von den Tellerfedern 44 ausgeübte Kraft kann auch durch hydraulische oder pneumatische Kolben ersetzt werden, die unmittelbar auf die ringförmigen Kragen 42 wirken.

Um zu verhindern, daß das Werkstück beim Walzvorgang oval wird, sind zwei gegenüberliegende Steuerrollen 50 vorgesehen. Diese sind drehbar in Lagern 55 gelagert, die in Jochen 51 sitzen, die ihrerseits an den Kolbenstangen 52 von Hydraulikzylindern 53 sitzen. Die Rollen 50 besitzen ringförmige Buckel 54, die von gleicher oder ähnlicher Form wie die Buckel 30 an den Rollen sind. Gegebenenfalls können die Steuerrollen 15 glatte Zylinder aain.

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Die hydraulischen Zylinder 53 sind hydraulisch parallel über ein Umschaltventil 58 an eine hydraulische Leistungseinheit 151 angeschlossen. Beim Walzen wird den Zylindern 53 über Leitungen 56 unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit zugeführt. Hierdurch Isömetfsißh die Kolben der Zylinder 53 während der "Verformung des Ifeckstücka nach vom bevegen, wodurch eine Rückbewegung der Kolben verhindert wird und die Rollen 50 mit einer solchen Kraft mit dem Werkstück 34 in Berührung gehalten werden, daß dieses sich praktisch nicht verziehen oder unerwünscht deformieren kann. Hierdurch wird die Metaliermüdung und die anschließende Möglichkeit einer Ermüdung des Werkstückes beim Walzen vermindert.

Sie haben nicht die geringste Verformungswirkung auf das [ Querschnittsprofil des Werkstücks,sondern sie folgen lediglich der fortschreitenden Verformung durch die Rollen 14 und halten das Werkstück in Berührung mit der Welle, so daß die oben erwähnte ovalförmige Deformation vermindert wird. In der Rückstromleitung 57 von den Zylindern 53 ist ein weiteres Regulierungsventil 200 angebracht, das eine kontrollierte Annäherung der Steuerrollen.an das Werkstück sicherstellt.

Bei Beendigung des Walzvorganges wird das Ventil 58 betätigt, das die Zuführung von Druckflüssigkeit zu den Zylindern 53 über die Leitungen 57 und ein Prüfventil 201 bewirkt. Aus den Zylindern ausströmende Druckflüssigkeit fließt zum Reservoir 61 über die Leitungen 56 und 59 zurück. Hierduroh werden die Steuerrollen 15 vom Werkstück zurüokbewegt.

Um ein zunächst zylindrisches Werkstück zu verformen, wird dieses zunäohst auf der Welle 12 angebracht. Die Anordnung erfolgt dabei ao, daß der innere hohle Durohmesser des Werk-

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Stückes ein wenig größer als der äußere Durchmesser der Welle i ist. Saher kann das Werkstück leicht auf der Welle gleiten. , j

Im Anschluß daran wird die das Werkstück tragende Welle
in die Maschine eingesetzt, und die Profilierungsrollen 14 werden in Drehung versetzt. Zusätzlich können die Welle 12 und das j Werkstück durch nicht dargestellte Mittel, beispielsweise durch \

einen Luft- oder Elektromotor in Drehung versetzt werden, so j daß kein nennenswerter Schlupf auftritt, wenn das Werkstück von | den Rollen 14 berührt wird. Sie werden dann mit Hilfe der hy- \ draulischen Kolben 40 aufeinander zu bewegt und-klemmen das
Werkstück und die Welle zwischen sich ein. Das Spiel zwischen ; dem inneren hohlen Durohmesser des Werkstückes und der Welle ist sehr klein, und sobald die Rollen 14 das Werkstück zusammen- ! drücken, bewirken sie, daß die Welle gefaßt wird, so daß Welle ! und Werkstück gemeinsam rotieren. Da kein Walzen zwischen der ' Welle und dem Werkstück erfolgt, wird die innere hohle Fläche
des Werkstückes nicht verformt. i

Die Drehzahl des Werkstückes wird durch die Walzgeschwindigkeit und die relativen Durohmesser der Teile und Rollen
bestimmt. In einigen Fällen beträgt die Drehzahl des Werkstückes bein Walzen 500 U/min. I

Während des Walzens ,prägen die ringförmigen Buckel 30 auf: den Rollen 14 in das Werkstüok eine entsprechende ringförmige ■ Rille. · · _:

Unmittelbar, nachdem die profilierten Rollen 14 das Werkstück berührt haben und einen anfänglichen Eindruok sowie eine
Arbeitshärtung der Oberfläche hergestellt haben, werden die

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Steuerrollen 50 vorgeschoben, "bis sie das Werkstück berühren, so daß die auftretende Unrundheit stark vermindert wird. Die ; in der Zeichnung dargestellten Rollen 50 besitzen ringförmige Buckel, die den Buckeln auf den Rollen 14 entsprechen. Die ringförmigen Buckel auf den Rollen 50 müssen daher in die durch die Rollen 14 hergestellte Rille passen. Vorzugsweise besitzen die Rollen 50 daher eine geringe Bewegungsfreiheit in Richtung ihrer Achsen, so daß sie leicht dem Verformungsvorgang folgen können, ohne selbst das Werkstück zu verformen.

Der Vorschub der Rollen 14 erfolgt beispielsweise mit 0,25 bis 0,5 mm pro Umdrehung des Werkstückes, bis die Rollen 14 ihre Endstellung erreichen. Bei Erreichen der vollen Walztiefe werden sie und die Rollen 50 noch eine gewisse Verweilzeit bis zu zwei Umdrehungen des Werkstücks in dieser Stellung gehalten.» und dann werden alle vier Rollen gleichzeitig zurückgefahren. Es ist wichtig, dafür zu sorgen, daß das Werkstück eine minimale Zahl von Umdrehungen bei der vollen Walztiefe ausführt, da andernfalls eine Erhitzung und ein Bruch des Werkstückes eintreten kann.Beispielsweise sollte das Werkstück nicht mehr als etwa zwei Umdrehungen nach Erreichen der vollen Walztiefe umlaufen.

Nach Abschluß des Walzvorganges und Zurückfahren der Rollen 14 und 50 werden die Welle und das Werkstück aus der Maschine entfernt und das Werkstück von der Welle abgenommen. Anschließend kann der Vorgang mit einem neuen zylindrischen Werkstück wiederholt werden. Die Entfernung des verformten Werkstückes und die Einführung eines neuen Werkstückes wird vorzugsweise automatisch wie auch die anderen Maschinenabläufe bewirkt.

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Mit der erfindungsgemäßen Maschine können gewalzte Teile mit Genauigkeit, Beständigkeit und hoher Arbeitsgeschwindigkeit hergestellt werden. Außerdem sorgen die Rollen 50 dafür, daß Metallermüdung und einBruch des Werkstückes beim Verformen nicht auftritt.

Um die Seitenränder des Werkstückes zu formen,sind die Rollen 14 mit vorstehenden Planken 60 versehen.

Gemäß Fig. 4 weisen die Flanken 60 keinen rechten Winkel zur Drehachse 63 der Rolle auf. Statt dessen sind sie mit einem Winkel (X bis zu 15° zur Normalen auf die Achse 63 geneigt. Es hat sich gezeigt, daß hierdurch ein Abtrag und Absplittern der Seitenränder des Werkstückes, das zum Einwalzen von Teilchen und damit zur Beschädigung der gewalzten Fläche führen würde, vermieden wird. Außerdem hat sich gezeigt, daß durch diese Neigung der Metallfluß besser wird.

In Fig.4 ist dargestellt, daß das Metall, wenn es beim Walzvorgang fließt und das Profil der Rollen ausfüllt, die Eoken 70 erreicht und dann an den seitlichen Flanken 60 hochfließt. Da diese Flanken nur unter einem kleinen Winkel zur Normalen der Drehachse 63 der Rolle geneigt sind, führt jede Änderung in der Menge des Metallflusses im Abstand X nur zu einer äußerst kleinen Änderung in der Abmessung Y. Vorausgesetzt also, daß die Ausgangeform und Größe des Werkstückes genau eingehalten wird» ist es möglich, gewalzte und verformte Werkstücke herzustellen, bei denen Punkte Z in einer Ebene liegen, die stets einen genauen Abstand von der Mittellinie W-W des verformten Werkstückes aufweist, d.h. das dem Werkstück gegebene Profil weist immer eine genaue örtliche Beziehung zu der den Punkt Z enthaltenden Ebene

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a.uf. Das Werkstück sollte vor dem Walzvorgang zentriert werden, ■· und dies wird durch die oben beschriebenen'Kragen 42 erreicht. Dies ist natürlich ein wesentlicher Vorteil, wenn weitere Ar- ^: beitsgänge, z.B. ein Sohle ifVorgang auf den Walzvorgang folgen, ^:

weil man dann eine bequeme und genau gelegene Bezugsebene am Rand des gewalzten Werkstückes hat.

Im allgemeinen hat das Ausgangswerkstück einen geringen Innen- und Außendurchmesser und weist eine geringere Breite als das fertig verformte Werkstück auf. Das Volumen des Werkstückes Ϊ bleibt jedoch konstant. Die Toleranzen in den Abmessungen des fertigen Werkstückes hängen im starken Maße von der Größe des Ausgangswerkstückes ab.

Es ist auch möglich, vor .oder nach dem Walzen am Werk- ' stück abgeschrägte Kanten 74 (I¹Ig. 4) vorzusehen.

In Pig. 4 ist auch zu erkennen, daß sich auf den Rollen 14 keine scharfen Kanten befinden, was beispielsweise auch iücdie Ecken 70 und 72 gilt. Alle diese Ecken weisen den größtmöglichen Radius auf, und die Seitenflanken 60 wie auch die Bereiche 32 schließen sich tangential an die Abrundung der Ecken an. Hierdurch ist es Beglich, daß der Metallfluß leicht in Richtung des Pfeiles 101 erfolgen kann, so daß eine Beanspruchung innerhalb des verformten Werkstückes vermindert wird. Hierdurch wird auch die Neigung des verformten Werkstückes vermindert, bei einer nachfolgenden Wärmebehandlung zu reißen.

Die Abweichungen von der Rundheit eines inneren Lagerrings mit einem Bohrungedurchmesser von etwa 44»5 mm, der auf der

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beschriebenen Maschine gewalzt worden ist, ist in Pig. 5 und 6 jeweils vor und nach der Wärmebehandlung aufgetragen, wobei die

i Kurven in Pig. 5 und 6 Messungen beim kleinsten Durchmesser in ' der ringförmigen Rille des Werkstückes darstellen. Jeder Teilstrich in radialer Richtung entspricht einer Länge von 0,063 mm. Wie man sieht,ist die Unrundheit vor und nach der Wärmebehandlung verhältnismäßig klein, und es tritt nur ehe geringe Verzerrung während der Wärmebehandlung ein, woraus ersichtlich ist, daß der Ring eine ausgezeichnete Faserstruktur und eine gleichmäßig verteilte Umfangespannung aufweist. Außerdem vermindert j die geringe Unrundheit und die kleine, bei der Erwärmung auftretende Verzerrung die Menge des Abtrages bei einem absohliessendem SohleifVorgang, bei dem das Werkstück seine endgültigen Abmessungen erhält.

Bei Herstellung der inneren Lagerringe in der anhand der Zeichnungen beschriebenen Weise hat ein Material mit einer Oberflächenhärte von 25 bis yi Rc die besten Ergebnisse gebracht, obgleich auch weichere Werkstoffe verwendet werden können.

Fig. 7 und 8 zeigen die Abmessungen eines zylindrischen Werkstückes vor und nach dem Walzvorgang am Beispiel eines inneren Lagerringes. Das Werkstüok wurde aus einem Material hergestellt, das duroh die British Standards Institution als EN31 definiert ist und es hatte eine Oberflächenhärte von 27 Rc. Der Nenndurohr messer der verwendeten Frofilierungsrollen 14 betrug 25»4 cm und die Vctrsohubgeeohwindigkeit dieser Rollen während dee WaIzvorgangeθ betrug 0,25 mm pro Umdrehung des Werkstücke8. Die Drehzahl der Rollen 14 während des Walzens betrug 62 Umdrehungen pro Minute. Die maximal von den Rollen auegeübte Walskraft betrug 18140 kg und die Verweilzeit war O,75Sekunden.

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Die Abmessungen A-I in Pig. 7 und 8 waren dabei wie folgt:

A 39,738 mm

B 28,905 mm

C 14,834 mm

D .40,848 mm

E........29,748 mm

P.......16,459 mm

G 16,248 mm

H 16,248 mm

1 36,888 mm

Die in Pig. 9 dargestellte Kaltwalzmaschine 80 dient zur Herstellung eines Profils auf der Innenfläche eines zylindrischen Werkstückes 82, so daß auf diese Weise beispielsweise ein äußerer Lagerring herstellbar ist. Das Werkstück wird zwischen einer profilierten inneren Rolle 84» die durch nicht dargestellte Mittel drehbar gelagert ist und einer äußeren zylindrischen Rolle 86, die durch nichtdargestellte Mittel drehbar gelagert ist, gewalzt.

Die innere Rolle 84 besitzt einen ringförmigen Buckel 88, an den sich zu beiden Seiten ebene zylindrische Teile 89 anschließen, die ihrerseits an Planken 90 angrenzen. Sie besitzt somit ein ähnliches Profil wie die zuvor beschriebenen Rollen 14, wobei die äquivalenten Teile der Rolle 84 auch jeweils die gleiche Punktion haben.

Wenn somit das Werkstück zunächst-in Bezug auf den Buckel 88 zentriert wird, können die Werkstücke sehr genau hergestellt werden, wobei die Werkstücke einen Seitenrand erhalten, der dazu verwendet werden kann, das Werkstück bei weiteren Bearbeitungs-

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vorgängen genau festzulegen.

Das Werkstück wird zunächst mit Hilfe des nachgiebig gelagerten Kragens 92 und einer kappenförmigen Haube 94 zentriert. Der Kragen 92 paßt in die Rolle 86 und weist einen ringförmigen Plansch 96 auf, der an der Rolle 86 mit Hilfe von Schrauben 98 befestigt ist. Zwischen den Köpfen der Schrauben 98 und dem Plansch 96 sind Pederscheiben 100 angeordnet. Es ist daher möglich, den Kragen 92 in Richtung des Pfeiles 102 zu bewegen, wobei die Pederscheiben 100 zusammengepreßt werden. Die kappenförmige Haube 94 paßt ebenfalls in die Rolle 84 und ist in einem nicht dargestellten drehbaren Drucklager gelagert, das seinerseits am Ende einer Stange 104 sitzt, die an einen pneumatischen Zylinder angeschlossen ist.

Das Werkstück 82 wird in der Rolle 86 befestigt, indem es zunächst bis gegen den Kragen 92 geschoben wird. Der Außendurchmesser des Werkstückes ist etwas kleiner als der Innendurchmesser der Rolle 86. Dann wird das Werkstück mittels der Haube nach links gedrüokt, und im pneumatischen Zylinder wird ein vorgegebener Druck erzeugt, um die Pederscheiben 100 so weit zusammenzudrücken, daß das Werkstück die erforderliche genaue Lage einnimmt. Da die Pedersoheiben 100 und der Pneumatikzylinder etwee nachgeben können, verhindern sie beim Walzen nicht die Ausbreitung zu deα Seiten.

Die Rolle 84 wird beispielsweise mit 500 U/Min, in Drehung versetzt, obwohl die genaue Drehzahl - wie oben erwähnt - von der Rollengeschwindigkeit und dem relativen Durchmesser der verschiedenen Teile abhängt, und die zylindrische Rolle 84 wird ebenfalls schon vorher in Drehung versetzt, so daß bei Berührung zwischen

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der Rolle 84 und dem Werkstück nahezu kein Schlupf auftritt.

Dann werden die Rollen 84 und 86 in Richtung des Pfeiles 106 relativ zueinander "bewegt, so daß das Werkstück zusammengedrückt und verformt wird. Während des Walzvorgangs nimmt das ! Werkstück geringfügig im Durchmesser zu, bis es genau in die Rolle 86 paßt. Hierduroh wird der endgültige Außendurchmesser genau festgelegt. -

Es sei bemerkt, daß die innere Bohrung der Rolle 86 sich nach rechts leicht erweitert, wie in Pig. 9 zu erkennen ist. Hierdurch wird das Einsetzen und Entnehmen des Werkstückes erleichtert.

- Patentansprüche -

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

M.)Verfahren zur Verformung eines ursprünglich .zylindrischen Werkstückes, wobei das Werkstück zunächst zwischen zwei ^! Verformungsgliedern angeordnet wird, von denen eines oder : beide Profilierungsrollen sind, die in Richtung auf das j Werkstück zu bewegt werden und dabei ein Profil in das

Werkstück einwalzen, dadurch gekennzeichnet, daß das beim ; Walzen durch das Eindringen des Profils quer zur Achsrichtung des Werkstücks zusammengedrückte Material seitlich so weit nach außen verdrängt wird, daß über die ursprüngliche Breite des Werkstückes um ein vorgegebenes MaB vorstehende seitliche Begrenzungsränder gebildet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder zwei Profilierungsrollen mit an ihren Rändern nach. außen divergierenden Flanschen verwendet werden, wobei die Flansche die' Randform des Werkstückes und dessen Ausbreitung beim Walzen zu den Seiten hin bestimmen und einen Winkel bis zu 13° mit der normalen zur Rollenachse bilden·
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstüok vor dem Walzvorgang zunäohst in Bezug auf die

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Profilierungsrolle (η) zwischen einander.entgegenwirkenden Federmitteln festgelegt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Profil in die äußere Stirnfläche des Werkstückes gewalzt wird, indem das Werkstück drehbar auf einer Welle gelagert und das Profil in die Außenfläche des Werkstückes mittels einer Profilierungsrolle eingeprägt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, daß das Profil in die äußere Stirnfläche des Werkstückes mittels zwei einander diametral gegenüberliegender Profilrollen eingeprägt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil in die Innenfläche des Werkstücks dadurch eingewalzt wird, daß das Werkstück zwischen einer inneren Profilierungsrolle und einem äußeren Zylinder, in dem das Werkstück in definierter lage angeordnet ist, zusammengedrückt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück, nachdem es mit Haltemitteln in Achsrichtung festgelegt worden ist, mittels der Profilrollen zusammengedrückt wird, und daß nach Einleitung des Walzvorganges in eine dadurch im Werkstück entstehende Führung Steuerrollen eingeführt werden, die daft "Werkstück mit einer solchen Kraft "berühren, daß sie eine von der Kreisform abweichende Deformation weitgehend «verhindern, aber nicht in der Lage sind, das Werkstück nennenswert zu verformen, und daß nach Beendigung des Walzvor-

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gauges die Profilierungsrollen und die Steuerrollen gleichzeitig zurückgefahren werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück einen Außendurchmesser bis hinauf zu etwa 10 cm aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierungsrollen mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,25 und 0,5 mm pro Umdrehung des Werkstückes vorgeschoben werden.
10. Maschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 "bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine drehbare Welle enthält, auf die das Werkstück paßt und die als dessen Lager beim Walzen dient, daß wenigstens zwei gleichmäßig um den Umfang des Werkstücks verteilte Zöpfe vorgesehen sind, von denen jeder eine antreibbare Profilierungsrolle aufnimmt und so angeordnet ist, daß die Rollen relativ und radial zum Werkstück bewegbar sind, daß Mittel vorgesehen sind,um das Werkstück zunächst in seiner Achsrichtung festzulegen und daß mehrere Steuerrollen im Abstand um das Werkstück so angeordnet sind, daß sie beim Walzen in Berührung mit dem Werkstück zwischen den Profilierungsrollen gehalten werden können und an einer Rückkehr während des Walzens derart gehindert sind, daß eine nennenswerte Verformung des Werkstücks aus der Kreisform sowie eine Metallermüdung unterbunden wird.
11. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anlage der Steuerrolle am Werkstück und zur Erhaltung des

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Andruckes Hydraulikkolben dienen.
12. Maschine nach. Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerrollen die gleiche oder eine ähnliche Form wie die Profilierungsrollen aufweisen.
13. Maschine nach einem der Ansprüche'10 "bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerrollen in Richtung ihrer Drehachse federnd nachgiebig verschiebbar gelagert sind.
14. Maschine nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander diametral gegenüberliegende Köpfe mit Profilierungsrollen und zwei einander diametral gegenüberliegende, gegenüber den Profilierungsrollen um 90° versetzte Steuerrollen vorgesehen sind.

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