EP0812636A1

EP0812636A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von rotationssym-metrischen Werkstücken, insbesondere Fahrzeugrädern

Info

Publication number: EP0812636A1
Application number: EP97109632A
Authority: EP
Inventors: Dieter Prof. Dr.-Ing. Schmoeckel; Stefan Dipl.-Ing. Hauk; Paul Dipl.-Wirtsch.-Ing. Dick
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 1997-12-17
Also published as: DE19623866A1; DE19623866C2

Abstract

Zur Herstellung von rotationssymmetrischen metallischen Werkstücken, insbesondere von einteiligen Fahrzeugrädern, greift eine Umformwalze (6) am Umfang einer rotierenden Blechronde (2) an. In gleichbleibendem Abstand zur Umformwalze (6) sind beidseitig am Rondenrand angreifende Druckwalzen (7) angeordnet, durch die in der Umformzone Druckspannungen erzeugt werden. Durch einen Fließvorgang wird der Rondenrand zu zwei sich nach beiden Seiten erstreckenden Flanschen (2a) umgeformt. Mindestens eine der beiden Druckwalzen (7) ist seitlich wegschwenkbar zum Herausnehmen des Werkstücks. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von rotationssymmetrischen metallischen Werkstücken, die am Umfangsrand eines kreisscheibenförmigen Mittelteils sich nach beiden Seiten erstreckende Flansche aufweisen, insbesondere von einteiligen Fahrzeugrädern, wobei mittels einer am Umfang einer rotierenden Blechronde angreifenden Werkzeugrolle die beiden Flansche aus dem Rondenrand geformt werden und wobei im gleichbleibendem Abstand zur Werkzeugrolle angeordnete Druckwalzen beidseitig am Rondenrand angreifen.
Solche nach beiden Seiten napfförmigen Werkstücke, für die die Fahrzeugräder typische Ausführungsbeispiele darstellen, werden herkömmlich entweder zweiteilig hergestellt, wobei beide Teile durch ein Fügeverfahren miteinander verbunden werden, oder sie werden gießtechnisch gefertigt. Diese herkömmlichen Herstellungsverfahren sind mit verhältnismäßig großem Aufwand verbunden.
Neuere Entwicklungen in der Umformtechnik haben gezeigt, daß durch das Aufspalten des Rondenrandes einer ebenen Blechronde in radialer Richtung und anschließender Drückwalzoperation die Möglichkeit besteht, beidseitig napfförmige Werkstücke der beschriebenen Art einteilig und in einem einzigen Fertigungsablauf herzustellen.
Mehreren bekannten Verfahren ist gemeinsam, daß mittels einer scharfkantigen schmalen Spaltwalze der Rand der Blechronde durch eine radial Wirkbewegung gespalten wird (DE-PS 1 206 838, DE 32 39 675 C2). Die hierbei im Spaltgrund erzeugten Zugspannungen führen zur Ausbildung eines radialen Risses, der der Spaltwalze vorausläuft und die Spaltung des Materials bewirkt. Diese weitgehend unkontrollierte Rißbildung führt zu Werkstückfehlern, die den Einsatz dieses Verfahrens für hochbeanspruchte Werkstücke, wie Fahrzeugräder, ausschließen.
Eine weitere Schwierigkeit dieser bekannten Verfahren besteht darin, daß der Rand der Blechronde gegenüber der Spaltwalze seitlich ausweicht. Deshalb ist bei einem bekannten Verfahren (EP 01 09 654 A1) schon vorgeschlagen worden, die Spaltwalze in der Weise asymmetrisch auszuführen, daß sie die Blechronde nach einer Seite gegen eine dort angeordnete, zusammen mit der Spaltwalze radial verschiebbare Stützrolle drückt. Dadurch wird aber das beschriebene Problem des unkontrolliert vor der Spaltwalze vorauslaufenden Risses nicht gelöst.
Um ein Ausweichen der Ronde zu verhindern, ist bei einem anderen bekannten Verfahren (DE 30 40 620 A1) vorgesehen, beiderseits der Blechronde anliegende Zentrierscheiben anzuordnen, die aus Stufenringen aufgebaut sind, die entsprechend dem Fortschreiten des Spaltvorgangs abgenommen werden. Auch hierbei wird die Problematik des unkontrolliert vorauslaufenden Risses nicht gelöst; außerdem ist das Abnehmen der Stufenringe so umständlich, daß dieses Verfahren für einen weitgehend automatisch ablaufenden Fertigungsvorgang nicht geeignet ist.
Bei einem bekannten Verfahren (DE 16 02 594 A1) wird als Werkzeugrolle eine Schneidrolle verwendet, die eine Spaltfunktion ausübt. Stutzrollen stützen nur die beiden abgespaltenen Rondenteile, um diese in Anlage an den Flanken der Werkzeugrolle zu halten. Auch hierbei bildet sich ein radialer Riß, dessen Verlauf nicht kontrollierbar ist.
Es ist auch bekannt (DE 35 39 835 C1), an einer angenähert zylindrischen Spaltwalze am Umfang eine umlaufende, verhältnismäßig kleine Schneidspitze vorzusehen, durch die während des Verformungsvorgangs ein seitliches Ausweichen des Rondenrandes verhindert werden soll. Wegen der Verwendung einer Schneidspitze tritt aber auch hierbei ein der Schneidspitze vorauseilender Riß in der Blechronde auf.
Mit dem zuletzt genannten bekannten Verfahren sollte eine Verbesserung eines bekannten Verfahrens (EP 0 143 032 B1) der eingangs genannten Gattung erzielt werden, bei dem eine zylindrische Umformwalze gegen den Umfang einer rotierenden Blechronde gedrückt wird, die durch einen Stauchvorgang unter Vermeidung eines Spaltens die nach beiden Seiten gerichteten Flansche aus dem Rondenrand durch Umformung erzeugt. Die für diesen Umformvorgang erforderlichen, verhältnismäßig hohen radialen Kräfte führen aber bei dünnen Blechronden zum Ausknicken und/oder zur Faltenbildung. Deshalb ist dieses bekannte Verfahren für den Einsatz in der Praxis, insbesondere zur Herstellung von Fahrzeugrädern und ähnlichen Werkstücken, nicht geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß damit verhältnismäßig große, dünnwandige Werkstücke, insbesondere Fahrzeugräder, mit ausreichender Genauigkeit fehlerlos hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Werkzeugrolle eine Umformwalze ist und daß durch die Druckwalzen Druckspannungen in der Umformzone erzeugt werden.
Den in der Umformzone durch die Umformwalze erzeugten Spannungen werden durch die axial angreifenden Druckwalzen Druckspannungen überlagert, die einerseits jegliche der Umformwalzen vorauseilende Rißbildungen verhindern und andererseits ein seitliches Ausweichen bzw. Ausknicken der Blechronde oder eine Faltenbildung nicht zulassen.
Durch das Zusammenwirken der Umformwalze mit den beiden Druckwalzen entsteht in der Umformzone ein Spannungszustand, der dem Spannungszustand beim Rückwärtsfließpressen vergleichbar ist. Die Werkstückumformung erfolgt somit im wesentlichen durch ausschließlich durch einen Fließvorgang, der im Druckspannungsbereich erfolgt und daher keinerlei freie Rißbildung im Werkstoff zuläßt. Damit können auch an verhältnismäßig dünnen Blechronden mit verhältnismäßig großem Durchmesser nach beiden Seiten Flansche in der jeweils gewünschten Wanddicke hergestellt werden.
Die Erfindung betrifft auch eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Ausgehend von der bekannten Vorrichtung (EP 0 143 032 B1) ist die Vorrichtung mit einer drehantreibbaren Aufspanneinrichtung für die Blechronde und einem radial zustellbaren Werkzeugträger, an dem die Umformwalze gelagert ist, wobei an dem Werkzeugträger zwei beiderseits am Rondenrand angreifende Druckwalzen gelagert sind, von denen mindestens eine seitlich wegschwenkbar ist, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen der Druckwalzen im Winkel zur Drehachse der Aufspanneinrichtung für die Blechronde verlaufen und die Werkzeugrolle eine Umformwalze mit abgerundeter Umfangskante ist, an die sich beiderseits jeweils ein sich kegelstumpfförmig verjüngender Walzenabschnitt anschließt. Die aus der Umformwalze und den beiden Druckwalzen bestehende Werkzeug-Einheit wird unter Beibehaltung der gegenseitigen Zuordnung dieser Walzen gegen die sich drehende Blechronde zugestellt und führt dabei den Umformvorgang aus, wobei die Umformverhältnisse unabhängig von der jeweiligen radialen Zustellposition unverändert bleiben.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer abhängiger Ansprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellungsweise eine Vorrichtung zur Herstellung von einteiligen Fahrzeugrädern aus Blechronden und
Fig. 2 Einzelheiten der Vorrichtung nach Fig. 1.

Die dargestellte Vorrichtung weist eine Aufspanneinrichtung 1 für eine Blechronde 2 auf. Die Aufspanneinrichtung 1 ist mit einem (nicht dargestellten) Drehantrieb verbunden und ist in einem Maschinengestell 3 gelagert. Ein mittels eines Zustellantriebs 4 radial zur Drehachse der Aufspanneinrichtung 1 zustellbarer Werkzeugträger 5 trägt eine darin frei drehbar gelagerte Umformwalze 6, deren Drehachse parallel zur Drehachse der Aufspanneinrichtung 1 verläuft. Die Umformwalze 6 ist auf den Umfang der Blechronde 2 ausgerichtet.
Am Werkzeugträger 5 sind beiderseits der Blechronde 2 zwei an deren Rondenrand angreifende Druckwalzen 7 angeordnet. Jede Druckwalze 7 ist in einem Schwenkträger 8 gelagert, der wiederum an einem Stützkörper 9 gelagert ist, der am Werkzeugträger 5 angebracht ist und gegenüber diesem radial zur Drehachse der Blechronde 2 verstellbar ist.
Die Drehachsen der Druckwalzen 7 verlaufen in einem Winkel von beispielsweise etwa 45° zur Drehachse der Aufspanneinrichtung 1 für die Blechronde 2.
Mittels eines Schwenkantriebs 10, der beispielsweise als Hydraulikzylinder ausgeführt ist, kann der Schwenkträger 8 geschwenkt werden. Der Schwenkträger 8 wirkt mit einem Schwenkanschlag 11 zusammen, der die Schwenkbewegung des Schwenkträgers 8 begrenzt. Ein Schwenkanschlag für den Schwenkträger 8 kann stattdessen auch innenliegend angeordnet sein. Durch die Schwenkung kann die zugeordnete Druckwalze 7 so weit von dem aus der Blechronde 2 hergestellten Werkstück abgehoben werden, daß das fertige Werkstück herausgenommen werden kann.
Wie man aus Fig. 2 erkennt, weist die Umformwalze 6 eine abgerundete Umfangskante 12 auf, an die sich beiderseits jeweils ein sich kegelstumpfförmig verjüngender Walzenabschnitt 13 anschließt.
Die von beiden Seiten gegen die Blechronde 2 drückenden Druckwalzen 7 weisen ebenfalls eine abgerundete Umfangskante 14 auf, an die sich beiderseits ein kegelstumpfförmig verjüngender Walzenabschnitt 15 anschließt. Die abgerundete Umfangskante 14 der Druckwalzen 7 bildet jeweils einen an der Blechronde 2 angreifenden Walzenabschnitt und einen an der Innenseite des zugeordneten erzeugten Flansches 2a angreifenden Walzenabschnitt.
Zur Durchführung des Umformvorgangs wird der Werkzeugträger 5 mit den daran gelagerten Druckwalzen 7 und der Umformwalze 6 radial gegen den Rondenrand der sich drehenden Blechronde 2 verfahren. Der Rondenrand wird dabei in einem Fließvorgang umgeformt, wobei die beiden seitlichen Flansche 2a gebildet werden. Die auf die Umformzone einwirkenden Druckwalzen 7 überlagern dort den von der Umformwalze 6 erzeugten Spannungen zusätzliche Druckspannungen, die zu dem Fließvorgang führen.
Der während des Umformvorgangs gleichbleibende Abstand zwischen der Umformwalze 6 und den Druckwalzen 7 bestimmt die Wanddicke der dabei erzeugten Flansche 2a. Stattdessen kann während des Umformvorgangs eine Veränderung des Abstands zwischen der Umformwalze 6 und den Druckwalzen 7 erfolgen, um die Wanddicke der Flansche 2a bereichsweise zu ändern. Beispielsweise können auf diese Weise auch asymmetrisch ausgebildete Flansche erzeugt werden. Eine Veränderung dieses Abstandes und damit der Wanddicke der Flansche 2a wird dadurch erreicht, daß der am Werkzeugträger 5 auf einem Gelenkzapfen 16 gelagerte Stützkörper 9 mittels einer Verstellschraube 17 geschwenkt wird. Dabei erfolgt eine radiale Verstellung des Gelenkzapfens 18, an dem der Schwenkträger 8 am Stützkörper 9 gelagert ist.
Nach Fertigstellung des Werkstücke wird der Schwenkantrieb 1o betätigt. Die Schwenkbewegung des Schwenkträgers 8 hebt die Druckwalze 7 so weit vom Werkstück ab, daß dieses herausgenommen werden kann. Vorzugsweise sind beide Druckwalzen 7 in der beschriebenen und in Fig. 2 dargestellten Weise an Schwenkträgern 8 gelagert, so daß beide Druckwalzen 7 nach beiden Seiten weggeschwenkt werden können.

Claims

Verfahren zum Herstellen von rotationssymmetrischen metallischen Werkstücken, die am Umfangsrand eines kreisscheibenförmigen Mittelteils sich nach beiden Seiten erstreckende Flansche aufweisen, insbesondere von einteiligen Fahrzeugrädern, wobei mittels einer am Umfang einer rotierenden Blechronde (2) angreifenden Werkzeugrolle (6) die beiden Flansche (2a) aus dem Rondenrand geformt werden und wobei in gleichbleibendem Abstand zur Werkzeugrolle (6) angeordnete Druckwalzen (7) beidseitig am Rondenrand angreifen, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugrolle eine Umformwalze (6) ist und daß durch die Druckwalzen (7) Druckspannungen in der Umformzone erzeugt werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer drehantreibbaren Aufspanneinrichtung (1) für die Blechronde (2) und einem radial zustellbaren Werkzeugträger (5) , an dem eine Werkzeugrolle (6) gelagert ist, wobei an dem Werkzeugträger (5) zwei beiderseits am Rondenrand angreifende Druckwalzen (7) gelagert sind, von denen mindestens eine seitlich wegschwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen der Druckwalzen (7) im Winkel zur Drehachse der Aufspanneinrichtung (1) für die Blechronde (2) verlaufen und die Werkzeugrolle eine Umformwalze (6) mit abgerundeter Umfangskante (12) ist, an die sich beiderseits jeweils ein sich kegelstumpfförmig verjüngender Walzenabschnitt (13) anschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Druckwalzen (7) jeweils an einem Schwenkträger (8) gelagert ist und daß der Schwenkträger (8) an einem radial zur Drehachse der Blechronde (2) verstellbaren Stützkörper (9) am Werkzeugträger (5) gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Schwenkträger (8) ein Schwenkantrieb (10) angreift.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkträger (8) mit einem Schwenkanschlag (11) zusammenwirkt.