EP0362502A2

EP0362502A2 - Verfahren zum kalibrierenden Querschnittreduzieren eines dabei rotierenden Werkstücks

Info

Publication number: EP0362502A2
Application number: EP89113522A
Authority: EP
Inventors: Werner Schuler; Daniel Dériaz
Original assignee: Ernst Grob AG
Current assignee: Ernst Grob AG
Priority date: 1988-10-05
Filing date: 1989-07-22
Publication date: 1990-04-11
Also published as: JPH02147110A; CH675840A5; JP2732908B2; EP0362502A3; US5001916A

Abstract

In rotierend angetriebenen Walzköpfen (4) sind Walzen (5) derart drehbar gelagert, dass sie planetenartig umlaufen, wenn die Walzköpfe (4) rotieren. Dabei walzen die Walzen (5) schlagartig auf der Aussenfläche des rotierenden (7) und längs seiner Achse (A) vorgeschobenen (II) Werkstücks (W). Dadurch wird eine Durchmesserreduktion des Werkstücks (W) erzielt, wobei das Material vorwiegend in Längsrichtung verdrängt wird. Das Werkstück (W) wird mit einer axialen Vorschubgeschwindigkeit von mindestens 3 mm pro Werkstückumdrehung, bei hohlen Werkstücken vorzugsweise mit mindestens 5 mm pro Werkstückumdrehung, entlang seiner Werkstückachse (A) in Vorschubrichtung (II) bewegt. Die sonst bei gewissen Materialien auftretenden Schwierigkeiten können dabei vermieden werden, wobei auch die Produktionsgeschwindigkeit neben der Qualität gesteigert werden kann. Das Verfahren ist auf Werkstoffe und Werkstücke anwendbar, die bislang als sehr schwer bearbeitbar galten. Bei hohlen Werkstücken, welche eine Innenprofilierung auf einem Dorn erfahren, wird das so mit hohem axialen Vorschub vorgeschobene Werkstück vorzugsweise auch beim Rückschieben gewalzt. Der Rückschub sollte höchstens gleich gross wie der Vorschub, aber in dessen Grössenordnung sein. Beim Zurückwalzen kann eine Korrektur des Innenprofils der hohlen innen profilierten Werkstücke und ein Glätten der Aussenfläche erfolgen. Das Verfahren ist auf bislang sehr schwer bearbeitbare Werkstoffe und Werkstücke anwendbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
Beispielsweise für sogenannte Torsionsstäbe, die für mannigfache technische Verwendungszwecke, wie z.B. als Federstäbe, Antriebswellen und dergleichen verwendet werden können, sind neben dickeren Partien auch dünnere Partien erforderlich, wobei man aus an sich hinlänglich bekannten Gründen keine Absätze sondern allmähliche Uebergänge bei der Durchmesserveränderung benötigen kann.
Solche Torsionstäbe werden in der Regel durch Drehen so bearbeitet, dass sie keine Unwuchten oder ihre Eigenschaften sonst ungünstig beeinflussenden Unregelmässigkeiten aufweisen, die sich bei ihrer vorangehenden Herstellung, z.B. beim Schmieden, ergeben können. Das Drehen solcher schlanker langer Teile ist bekanntlich problematisch, wobei die Werkzeugstandzeiten und die Arbeitsgeschwindigkeit bei den erforderlichen harten Werkstoffen bescheiden sind. Die Werkstoffzerspanung führt zwangsläufig zu Materialverlusten; es sind relativ grosse Werkstückdurchmesser erforderlich. Relativ grosse Härtungsverzüge sind auch problematisch.
Diese Nachteile vermeidet das in der CH-PS 658 006 offenbarte Verfahren nach dem Oberbegriff des vorstehenden Anspruch 1. Die Querschnittsflächenverkleinerung erfolgt dabei präzise durch Kaltumformung, d.h. durch ein Kalt-Schlagwalzen, bei dem sich hohe Arbeitsgeschwindigkeiten nicht nur erzielen lassen, sondern geradezu dem Zweck der Erfindung förderlich sind. Die Werkzeugstandzeiten sind sehr hoch, ohne dass die Präzision dadurch leiden würde. Hohe Arbeitsgeschwindigkeiten lassen einen Materialfluss mit zumindest in vielen Fällen durchgehender Plastifizierung erzielen, der eine tiefreichende Materialverfestigung ergibt. Bei nachträglicher Härtung ist nur mit einem geringen Härteverzug zu rechnen, was gegenüber gedrehten Teilen einen weiteren Vorteil darstellt. Da man praktisch nur mit rotierenden und gleichmässig angetriebenen Teilen arbeitet, sind die Massenkräfte gut im Griff zu halten; und auch die beim Drehen problematischen Schwingungen sind leicht vermeidbar.
Wenn man nach dem Verfahren gemäss CH-PS 658 006 volle oder hohle Werkstücke, beispielsweise Torsionsstäbe herstellte, hatte man manchmal, sogar bei an sich zweckentsprechenden Materialien, unerwartete Schwierigkeiten:
In manchen Fällen konnte es zu einer ungenügenden Plastifizierung kommen, während man in anderen Fällen eine zu starke Verfestigung feststellte. In beiden Fällen war der Materialfluss ungenügend, und es trat sogar Bruchgefahr auf.
Bei hohlen, also rohrartigen Werkstücken stellte man manchmal einen ungenügenden radialen Materialfluss fest, was gegebenenfalls zu einer schlechten Ausformung des Innenprofils führen konnte. Um die Ausbildung des Innenprofils zu verbessern, stellte man die Walzköpfe erfahrungsgemäss stärker zu. Wenn man dann schliesslich eine ausreichende Ausformung des Innenprofils erreichte, war in manchen Fällen die Wandstärke zu gering geworden.
Mit einer Steigerung der Bearbeitung, also mit einer Erhöhung der Dichte der Walzvorgänge, konnte in solchen Fällen keine Verbesserung erreicht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden, und einen Weg aufzuzeigen, wie das eingangs genannte bekannte Kaltumformungs-Verfahren auch dort wirtschaftlich anwendbar gemacht werden kann, wo es bislang versagte.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren vorgeschlagen.
Ueberraschenderweise wurde nämlich bei umfangreichen Versuchen gefunden, dass die gefürchteten Fehler nicht auftreten, wenn man das Werkstück mit einem wenigstens 3 mm pro Werkstückumdrehung betragenden Axialvorschub vorschiebt, was eine sehr geringe lokale Bearbeitungsdichte ergibt.
Die sich dabei eventuell ergebende wellige Aussenfläche wirkt sich in der Regel nicht störend aus.
Bei Hohlprofilen kann man nach dem erfindungsgemässen Verfahren der gerade genannten Art eine gute Ausbildung erhalten, wenn man bevorzugterweise das hohle Werkstück, bezogen auf seine Bearbeitung mit zwei Walzen, deren jede in einem von zwei Walzköpfen umläuft, mit einem axialen Werkstückvorschub von mindestens 5 mm pro Werkstückumdrehung vorschiebt.
Wenn man das erfindungsgemässe Verfahren der gerade genannten besonderen Art zum Reduzieren der Querschnittfläche und Kalibrierung des Aussendurchmessers eines auf einem profilierten Dorn befindlichen hohlen Werkstücks einsetzt, erhält man eine ausgezeichnete Ausbildung des dabei erzeugten Innenprofils im Werkstück. Es lässt sich aber manchmal nicht vermeiden, dass nach dem Abdrücken des Werkstücks vom Dorn, eine gewisse Verdrehung des Profils manifest wird.
Die zum Vermeiden dieses Verdrehens bisher üblichen Massnahmen sind bekanntlich umständlich und kostspielig.
Diesem Mangel kann man nun nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens unerwartet einfach dadurch begegnen, dass man das Werkstück, nachdem es im Zuge des genannten Axialvorschubs bearbeitet wurde, während eines zum Axialvorschub des Werkstücks entgegengesetzten Axialrückschubs des Werkstücks in analoger Weise überwalzt wird, wobei die Walzköpfe höchstens geringfügig stärker zur Werkstückachse hin zugestellt oder gleich zugestellt belassen werden, und wobei der Axialrückschub des Werkstücks grössenordnungsmässig ähnlich aber höchstens gleich gross gehalten wird, wie der richtungsmässig umgekehrte vorangehende Axialvorschub des Werkstücks.
Sozusagen als Zugabe wird die sich bei den sehr hohen Axialvorschüben im ersten Walzgang ergebende wellige Aussenfläche dabei geglättet werden.
Es wurde schon ausgeführt, dass beim ersten Ueberwalzen während des Vorschubs, gerade die geringe lokale Bearbeitungsdichte zum unerwartet guten Ergebnis führte.
Naturgemäss wird nun beim zweiten Walzvorgang während des Rückschubs die lokale Bearbeitungsdichte erheblich gesteigert, beispielsweise verdoppelt, so dass man mit dem neuerlichen Auftreten der Mängel rechnen musste.
Nun bewirkt aber die quasi Verdoppelung der lokalen Bearbeitungsdichte wiederum unerwarteterweise, anstelle eines Auftretens der gefürchteten Fehler, sogar eine Korrektur des Innenprofils und eine Glättung der Aussenfläche. Dies zusätzlich zu den Vorteilen, die man mit dem ersten Arbeitsgang erreichen kann.
Die beim Walzen bei Axialrückschub erzielbare "Korrektur" des Verdrehens ist dabei in der Regel umso grösser, je grösser der Axialrückschub ist.
Man kann beim erfindungsgemässen Verfahren alle Massnahmen und Vorteile, welche in der CH-PS 658 006 aufgeführt sind, verwirklichen. Um unnötige Längen zu vermeiden, soll der Offenbarungsgehalt der CH-PS 658 006 hier nicht wiedergegeben werden, sondern er wird zum integrierenden Bestandteil der vorliegenden Beschreibung und Ansprüche erklärt.
Wie schon in der CH-PS 658 006 festgehalten werden konnte, sind hohe Arbeitsgeschwindigkeiten möglich, welche den Walzvorgang schneller als das davor üblich Drehen machen. Nach der vorliegenden Erfindung ist dieser Vorteil noch ausgeprägter, weil die, wegen des stark erhöhten Axialvorschubs geringere lokale Bearbeitungsdichte, eine noch höhere Arbeitsgeschwindigkeit ermöglicht. Dabei vermeidet man nach wie vor die unerwünschten Schwingungen des Drehens, und auch ein zweckdienliches Kalibrieren ist erreichbar.Das Tiefgreifen der Strukturverbesserung, das schon bei der üblichen Bearbeitungsdichte (mit dem Vorschub wurde natürlich die Drehzahl der Walzköpfe gesteigert) erkennbar war, ist nach der Erfindung noch besser, obschon man bei der geringeren lokalen Bearbeitungsdichte doch eher mit einer Verschlechterung des Materialflusses rechnen musste.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnung beispielsweise besprochen. - Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung, in welcher ein massiver, also voller Stab nach dem erfindungsgemässen Verfahren bearbeitet wird,
Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 vergrösserte Ansicht des Walzkopfantriebs in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1 gesehen,
Fig. 3 ein gegenüber Fig 1 vergrössertes Fragment des Werkstücks,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die bereits in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung, mit etwas geänderter Werkstückhalterung, in welcher ein hohler Stab, also ein Rohr nach dem erfindungsgemässen Verfahren auf einem profilierten Dorn bearbeitet wird,
(Die Ansicht des Walzenantriebs der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung entspricht der Fig. 2; der einzige Unterschied bestünde darin, dass anstelle des Werkstücks D das Werkstück H auf dem Dorn D darzustellen wäre, was bei den gegebeben Grössenverhältnissen nicht sichtbar gemacht werden kann. Somit hat es keinen Sinn die Fig. 2 nochmals zu zeichnen und an die Stelle von H die Buchstaben H und D zu setzen.)
Fig. 5 ein gegenüber Fig. 4 vergrössertes Fragment des auf dem Dorn D befindlichen Werkstücks H, beide längs der Achse A geschnitten,
und
Fig. 6 einen gegenüber Fig. 5 weiter vergrösserten Querschnitt durch Werkstück H und Dorn D.

In den Figuren bedeuten:

A Werkstückachse.
D Dorn.
T Torsionsstab.
T1 dicker Teil von T, mit Aussendurchmesser TA.
T2 verjüngte Stelle von T, mit Aussendurchmesser TJ.
TA ursprünglicher Aussendurchmesser von T bei T1.
TJ verjüngter Aussendurchmesser von T bei T2.
TD halbe Differenz zwischen TA und TJ.
H Hohlstab.
H1 dickere Stelle von H, mit ursprünglichem Aussendurchmesser HA.
H2 verjüngte Stelle von H, mit Aussendurchmesser HJ.
HA ursprünglicher Aussendurchmesser von H bei H1.
HJ verjüngter Aussendurchmesser von H bei H2.
HK grösserer Innendurchmesser in H2.
HZ Zahn von H, an dessen Innenverzahnung.
WA Walzkopfachsen, entfernt von und quer zu A.
II Pfeil: zeigt in Vorschubrichtung von T und H, zeigt entgegen Rückschubrichtung von H.

1 Maschinengestell.
2 Schraubenspindel, zum Vorschub von 3 entlang A.
2′ Motorantrieb von 2.
3 Einspannvorrichtung.
3′ Getriebemotor, zum Rotieren von 3 im Sinn von 7.
4 Walzköpfe.
40 Gelenkwellen, je zum Antrieb von 4.
41 Elektromotoren, je zum Antrieb von 40.
42 Riementriebe, je 40 und 41 verbindend.
43 Zahnräder, je 40 synchronisierend.
5 Walzen, je eine in jedem 4.
7 Rotationsrichtung von T und H.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung hat ein Maschinengestell 1, in welchem die längs der Werkstückachse A durch eine Schraubenspindel 2 axial verschiebbare Einspannvorrichtung 3 drehbar gelagert ist.
Um die Einspannvorrichtung 3 mittels ihrer Schraubenspindel axial zu verschieben, ist der Motorantrieb 2′ vorgesehen, der durch eine (nicht näher zu beschreibende) herkömmliche Steuerung steuerbar ist, so dass er schneller oder langsamer läuft, was eine schnellere oder langsamere Verschiebung der Einspannvorrichtung 3 bewirkt.
Beim Vorschub wird die Einspannvorrichtung 3 in Richtung des Pfeiles II vorgeschoben. Mit der Einspannvorrichtung 3 wird auch der in ihr als Werkstück eingespannte Torsionsstab T verschoben.
Um die Einspannvorrichtung um die Achse A zu rotieren, ist ein Getriebemotor vorgesehen, der ebenfalls mittels einer an sich bekannten Steuerung hinsichtlich seiner Drehzahl steuerbar ist. Hier wird die Einspannvorrichtung 3 (und mit ihr der eingespannte Torsionsstab T) in Richtung des Pfeiles 7 rotiert.
Im Maschinengestell 1 sind um von der Achse A entfernte und zur Achse A quer orientierte Walzkopfachsen WA zwei Walzköpfe 4 drehbar gelagert (es sind zwar übersichtlichkeitshalber nur zwei Walzköpfe 4 dargestellt, es könnten aber auch mehr sein). In jedem Walzkopf 4 ist je eine Walze 5 frei drehbar gelagert, so dass sie bei umlaufendem Walzkopf eine Planetenbewegung ausführt (anstelle der je nur einen Walze 5 könnten auch mehr Walzen in jedem Walzkopf 4 gelagert sein, das würde aber die Uebersichtlichkeit der Zeichnung stören).
Jeder Walzkopf 4 ist mit einer Gelenkwelle 40 drehfest verbunden. Die Gelenkwelle 40 kann von einem zugehörigen Elektromotor 41 über einen Riementrieb 42 angetrieben werden. Damit die beiden Walzköpfe 4 gegenläufig synchron angetrieben werden, sind die Zahnräder 43 vorgesehen.
Man kann den Vorschub bevorzugterweise, wie es dem Pfeil II entspricht so bestimmen, dass man im Ziehen walzt; man kann beim Vorschieben aber auch im Stossen (entgegen Pfeil II) walzen.
Unabhängig davon, ob man im Ziehen oder im Stossen walzt, kann man im Gegenlauf (also so, dass die Walzen 5 entgegen dem Pfeil II am Torsionsstab T angreifen) oder im Gleichlauf (also so, dass die Walzen 5 im Sinne des Pfeils II am Torsionsstab T angreifen) arbeiten. Die Walzenprofile können flach oder konkav, symmetrisch oder asymmetrisch sein. Sie können ein Drehmoment am Werkstück erzeugen, wenn dies gewünscht wird.
Der Torsionsstab T wird nach dem erfindungsgemässen Verfahren auf der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung in diesem Beispiel wie folgt hergestellt, wobei hinsichtlich des Torsionsstabs T auf Fig. 3 und hinsichtlich der Fertigungskriterien auf Fig. 4 hingewiesen wird:
Man spannt den Torsionsstab T am einen Ende T1 in die Einspannvorrichtung 3 ein; dieses Ende T1 hat den ursprünglichen Aussendurchmesser TD. Man beginnt den Torsionsstab T mit der Einspannvorrichtung 3 im Sinne des Pfeiles 7 zu rotieren, während man die rotierend angetriebenen (bis dahin vom Torsionsstab T entfernt gewesenen) Walzköpfe 4 langsam zum Torsionsstab T zustellt, bis sich die Walzen 5 beim Umlaufen jeweils soweit der Werkstückachse A nähern, dass der schlanke Teil T2 des Torsionsstabs T gewalzt wird. Dabei wird der Durchmesser TD auf den Durchmesser Td reduziert. Beim Zustellen bewegt man den Torsionsstab T in der Regel langsamer als später in Richtung des Pfeiles II, oder man bewegt ihn sogar etwas hin und her. Immerhin sollte dabei die lokale Bearbeitungsdichte nicht so gross sein, dass die gefürchteten Nachteile auftreten können. Nach beendetem Zustellen wird der Axialvorschub des Torsionsstabs T in Richtung des Pfeiles II voll in den erfindungsgemässen Bereich gebracht und solange gewalzt, bis die erforderliche Länge gewalzt wurde, wobei man hier einen zweiten dicken Endbereich beibehält.
Nun kann das Walzen abgebrochen werden. Die Walzköpfe 4 werden von der Werkstückachse A hinweg in die Ausgangslage zurück gebracht, und der fertige Torsionsstab T wird ausgespannt. Die Einspannvorrichtung wird in die Ausgangslage zurückgeführt, und es kann ein weiterer Torsionsstab eingespannt und bearbeitet werden.
Dabei wurden in diesem folgende Daten eingehalten:
- Beim Material des Torsionsstabs handelte es sich um Stahl 42 Cr Mo 4 mit einer Zugfestigkeit von 800 N pro Quadratmillimeter.
- TA betrug 46,5 mm.
- TJ betrug 33,8 mm.
- TD betrug somit 6,35 mm.
- Die Walzköpfe enthielten je zwei Walzen und wurden mit 1130 Umdrehungen pro Minute angetrieben.
- Die Werkstückdrehzahl betrug 106 Umdrehungen pro Minute.
- Der Axialvorschub des Werkstücks betrug 760 mm pro Minute, so dass sich ein Werkstückvorschub von ca. 6,66 mm pro Werkstückumdrehung ergibt.
Aehnlich kann man auch einen innen nicht besonders profilierten hohlen Torsionsstab herstellen, wobei man dort manchmal noch höhere Vorschubwerte anwenden kann.
Nachfolgend wird anhand der Fig. 4 bis 6 die Herstellung eines hohlen, innen profilierten Hohlstabs H besprochen:
Auf dem grundsätzlich der Fig. 1 entsprechenden Maschinengestell 1 ist auch in Fig. 4 eine längs der Werkstückachse A durch eine Schraubenspindel 2 axial verschiebbare Einspannvorrichtung 3 vorgesehen, in welcher der Hohlstab H koaxial zu seiner Werkstückachse A eingespannt dargestellt ist. Die Schraubenspindel kann durch einen steuerbaren Motorantrieb 2′ in geeigneter Weise angetrieben werden, um den gewünschten axialen Werkstückvorschub (hier in Richtung des Pfeiles II) im ersten Walzvorgang und den zum Pfeil II entgegengesetzten axialen Werkstückrückschub im zweiten Walzvorgang zu erreichen. Die Einspannvorrichtung 3 kann ausserdem (samt dem in ihr auf den gezahnten Dorn D gespannten Hohlstab H) durch einen Getriebemotor 3′ rotiert werden. Dadurch wird der Hohlstab H um seine Werkstückachse A im Sinne des Pfeiles 7 rotiert.
Am Maschinengestell 1 sind auch zwei Walzköpfe 4, sich hinsichtlich der Werkstückachse A gegenüberliegend, um zur Werkstückachse W querliegende (nicht bezeichnete) Achsen drehbar gelagert. Die beiden Walzköpfe 4 sind durch einen nicht dargestellten Antrieb miteinander starr synchronisiert so antreibbar, dass die in ihnen gelagerten Walzen 5 immer gleichzeitig am Hohlstab H angreifen. Dabei ist hier aus Gründen der Uebersichtlichkeit der Zeichnung und zur leichteren Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens nur je eine Walze 5 in jedem dieser beiden Walzköpfe 4 dargestellt, es könnten aber auch mehrere Walzen pro Walzkopf vorgesehen sein. Ebenso könnten im Prinzip auch mehr als zwei (in der Regel sich paarweise gegenüberliegend angeordnete) Walzköpfe vorgesehen sein, wenn dies, z B. aus Platzgründen, erwünscht und möglich ist.
Man kann im ersten Walzvorgang, wie es dem Pfeil II entspricht, im Ziehen walzen, wobei man dann im zweiten Walzvorgang im Stossen (entgegen Pfeil II) walzt; man kann aber auch umgekehrt vorgehen.
Unabhängig davon, ob man im Ziehen oder im Stossen walzt, kann man im Gegenlauf (also so, dass die Walzen 5 im ersten Walzvorgang entgegen dem Pfeil II am Hohlstab H angreifen) oder im Gleichlauf (also so, dass die Walzen 5 im ersten Walzvorgang im Sinne des Pfeils II am Hohlstab H angreifen) arbeiten. Aehnlich kann man im zweiten Walzvorgang mit zum Pfeil II umgekehrter Rückschubrichtung walzen. Die Walzenprofile können flach oder konkav, symmetrisch oder asymmetrisch sein. Sie können ein Drehmoment am Werkstück erzeugen, wenn dies gewünscht wird.
Man kann auf dieser Maschine eine innenverzahnte Welle, wie folgt herstellen:
Man spannt den rohrförmigen Hohlstab H an seiner in der Zeichnung ersichtlichen dicken Stelle (sie entspricht dem ursprünglichen Durchmesser) in die Einspannvorrichtung 3 auf dem gezahnten Dorn D ein und beginnt den Hohlstab H im Sinne des Pfeiles 7 zu rotieren, während man die rotierend angetriebenen (bis dahin vom Hohlstab H entfernt gewesenen) Walzköpfe 4 langsam zum Hohlstab H zustellt, bis man sie der Werkstückachse A soweit genähert hat, wie dies in der Zeichnung ersichtlich ist. Dabei bewegt man den Hohlstab H in der Regel langsamer als später in Richtung des Pfeiles II, oder man bewegt ihn sogar etwas hin und her. Immerhin sollte dabei die lokale Bearbeitungsdichte nicht so gross sein, dass die gefürchteten Nachteile auftreten können. Danach wird der Vorschub in Richtung des Pfeiles II voll in den erfindungsgemässen Bereich gebracht und solange gewalzt, bis die erforderliche Länge des Werkstücks W gewalzt ist. Nun beendet man das erste Walzen und walzt analog mit zum Pfeil II umgekehrtem axialen Werkstückrückschub und angenähert gleicher Zustellung der Walzen 5 den zweiten Walzgang. Während dieses zweiten Walzgangs wird das Innenprofil korrigiert und die Aussenfläche geglättet.
Beim ersten Walzvorgang wird im vorliegenden Fall jeder Zahn Z des Innenprofils etwas wendelartig verdreht ausgebildet, während beim zweiten Walzvorgang diese Verdrehung korrigiert wird, so dass jeder Zahn des Werkstücks genau der korrekten Richtung (hier gerade verlaufend) folgt.
Natürlich kann man auch schraubenlinienförmige Verzahnungen so herstellen.
Nun fährt man die Walzköpfe 4 in ihre vom Hohlstab H entfernte Ausgangslage zurück, womit sich die Vorrichtung bereits in Ausgangslage befindet. Es ist also beinahe kein Mehraufwand gegenüber dem einmaligen Walzen vorhanden, weil man dort die Walzköpfe auch noch axial zurückstellen muss.
Der fertige Hohlstab H wird ausgespannt.
Es kann ein weiteres Werkstück eingespannt und entsprechend bearbeitet werden.
Als ursprüngliches Werkstück ist ein Rohr vorgesehen, welches an seiner in ursprünglicher Dicke verbleibenden Stelle H1 einen Aussendurchmesser HA von 79 mm und einen Innendurchmesser von 63 mm hat. Das Rohr besteht aus Stahl ST 52 mit einer Zugfestigkeit von 500 N pro Quadratmillimeter. Es ist auf einem Dorn D aufgezogen, auf dem es an der verjüngten Stelle H2 zu einem verjüngten Aussendurchmesser HJ von 71.5 mm reduziert wird. Dabei erhält es eine dem Dorn D entsprechende Innenverzahnung mit Zähnen HZ. Der grössere Innendurchmesser HK des Hohlraums im verjüngten Teil H1 beträgt 62.4 mm.
Man lässt dazu die beiden Walzköpfe 4, in denen, wie vorstehend geschildert, nur je eine Walze 5 vorgesehen ist, mit einer Drehzahl von 1450 Umdrehungen pro Minute laufen und stellt sie langsam so zu, dass sie das Werkstück von seinem Ausgangsdurchmesser HA auf seinen Fertigdurchmesser HJ reduzieren, wobei im Inneren das Zahnprofil entsteht. Dabei bewegt man den Hohlstab H anfänglich beim Einstechen in Richtung des Pfeiles II und entgegen dieser Richtung, also hin und her, während es in Richtung des Pfeiles 7 dreht. In diesem Beispiel wird die Werkstück-Drehzahl bei 136 Umdrehungen pro Minute gehalten. Nach dem Einstechen wird der Hohlstab H mit der genannten Drehzahl weiter rotiert und nun mit 1000 mm pro Minute, also mit ca. 7 mm pro Werkstückumdrehung in Richtung des Pfeiles II vorgeschoben. Wenn die erforderliche Länge gewalzt ist, kehrt man vom Vorschub zum Rückschub (entgegen Pfeil II) um und walzt ansonsten unverändert zurück.
Man erhält eine einwandfreie Hohlwelle mit sauber ausgerichteter und sauber ausgeformter Verzahnung und sehr glatter Aussenfläche.
Sowohl beim Walzen mit Axialvorschub in Richtung des Pfeiles II, als auch beim zweiten Walzen mit Rückschub entgegen dem Pfeil II sind geringe lokale Bearbeitungsdichten gefahren worden, was auf die hohen Vor- bzw. Rückschubwerte (7 mm pro Werkstückumdrehung) zurückzuführen ist.
Der axiale Vorschub und der axiale Rückschub (die beide weit oberhalb des üblichen Vorschubs beim Walzen von Verzahnungen ins Volle liegen) verhindern eine übermässige Verfestigung, ein Blauwerden, ein Verspröden und schlechtes Innenausformen des Werkstücks, vermeiden also die Entwicklung unerwünschter Eigenschaften. Eine Vorschub- oder Rückschub-Verlangsamung unter die gebräuchlichen Werte wäre, wie Versuche zeigten, nachteiliger- Erst wenn man den axialen Vorschub und den Rückschub erfindungsgemäss (bei vergleichsweise gleichbleibender Drehzahl der Walzköpfe) steigert, erhält man bessere bis sehr gute Ergebnisse, obschon man wegen der viel geringeren lokalen Bearbeitungsdichte doch mit einer ungenügenden Werkstückausbildung rechnen müsste, wie man das aus Erfahrung beim Walzen von Verzahnungen ins Volle kennt.
Es überrascht dann wiederum, dass ein Rückschub-Walzen, welches die Bearbeitungsdichte schliesslich verdoppelt, zu einer weiteren Eigenschaftenverbesserung führt, allerdings unter der Voraussetzung, dass man bei beiden Walzvorgängen Axial-Werkstück-Schübe (vor und zurück) fährt, die weit höher liegen, als die, welche beim Walzen von Aussenverzahnungen ins Volle üblich sind.

Claims

1. Verfahren zum Reduzieren der Querschnittfläche und Kalibrierung des Aussendurchmessers eines vollen oder hohlen Werkstücks durch Kaltumformen, welches Werkstück dabei entlang seiner Werkstückachse axial vorgeschoben und um diese Werkstückachse rotiert wird, während die Aussenfläche des Werkstücks an wenigstens zwei sich jeweilen bezüglich der Werkstückachse gegenüberliegenden Orten mit Walzen bearbeitet wird, welche Walzen in zwei je um eine zur Werkstückachse querstehende Walzkopfachse rotierend angetriebenen Walzköpfen drehbar gelagert sind und von den Walzköpfen in einer planetenartigen Umlaufbewegung bewegt werden, wobei die Walzen in rascher Folge schlagartig walzend die Aussenfläche des Werkstücks so bearbeiten, dass sich die wenigstens vorwiegend in Richtung der Werkstückachse geführten aufeinanderfolgenden Walzvorgänge in Werkstück-Axialrichtung und in Werkstück-Umlaufrichtung überlappen und eine vorwiegend in Werkstück-Achsrichtung verlaufende Materialverdrängung bewirken,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Werkstück, bezogen auf seine Bearbeitung mit zwei Walzen, deren jede in einem von zwei Walzköpfen umläuft, mit einem axialen Werkstückvorschub von mindestens 3 mm pro Werkstückumdrehung vorgeschoben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hohle Werkstück, bezogen auf seine Bearbeitung mit zwei Walzen, deren jede in einem von zwei Walzköpfen umläuft, mit einem axialen Werkstückvorschub von mindestens 5 mm pro Werkstückumdrehung vorgeschoben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, zum Reduzieren der Querschnittfläche und Kalibrierung des Aussendurchmessers eines auf einem profilierten Dorn befindlichen hohlen Werkstücks durch Kaltumformung, unter gleichzeitiger Ausbildung eines Innenprofils im Werkstück, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück, nachdem es im Zuge des genannten Axialvorschubs bearbeitet wurde, während eines zum Axialvorschub des Werkstücks entgengesetzten Axialrückschubs des Werkstücks in analoger Weise überwalzt wird, wobei die Walzköpfe höchstens geringfügig stärker zur Werkstückachse hin zugestellt oder gleich zugestellt belassen werden, und wobei der Axialrückschub des Werkstücks grössenordnungsmässig ähnlich aber höchstens gleich gross gehalten wird, wie der richtungsmässig umgekehrte vorangehende Axialvorschub des Werkstücks.