EP2127777A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen oder Bearbeiten von Werkstücken aus einer Vorform, insbesondere zum Anformen von Innenprofilen oder Innenverzahnungen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen oder Bearbeiten von Werkstücken aus einer Vorform, insbesondere zum Anformen von Innenprofilen oder Innenverzahnungen Download PDF

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EP2127777A1
EP2127777A1 EP08013579A EP08013579A EP2127777A1 EP 2127777 A1 EP2127777 A1 EP 2127777A1 EP 08013579 A EP08013579 A EP 08013579A EP 08013579 A EP08013579 A EP 08013579A EP 2127777 A1 EP2127777 A1 EP 2127777A1
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EP
European Patent Office
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preform
mandrel
chuck
forming
quill
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Karl Heinz Köstermeier
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Repkon Machine and Tool Industry and Trade Inc
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Repkon Machine And Tool Industry & Trade Ltd
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    • B21D22/16—Spinning over shaping mandrels or formers
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D51/00—Making hollow objects
    • B21D51/02—Making hollow objects characterised by the structure of the objects
    • B21D51/10—Making hollow objects characterised by the structure of the objects conically or cylindrically shaped objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H5/00—Making gear wheels, racks, spline shafts or worms
    • B21H5/02—Making gear wheels, racks, spline shafts or worms with cylindrical outline, e.g. by means of die rolls
    • B21H5/025—Internally geared wheels

Definitions

  • the invention relates to a device for producing or processing workpieces from a preform, in particular for molding of internal profiles or internal gears according to the preamble of claim 1 and a corresponding method.
  • a corresponding device according to the preamble of claim 1 is in EP 1 004 373 B1 described.
  • Corresponding devices are used to form an internal toothing on a workpiece, in particular rings for planetary gear. It is displaced by applying pressure rollers on the preform material from the same against the negative mold of the spinning chuck. The forces acting on the outer teeth of the spinning chuck, so that they can break.
  • it is therefore proposed to provide a spacer ring of deformable material spaced from the free end of the spinning chuck.
  • the deformable spacer fits in the forming process to the outer profile of the spinning chuck. The spacer thus absorbs at least partially the forces resulting from the forming of the preform.
  • the object of the invention is to improve the aforementioned device to the effect that the disadvantages mentioned do not occur.
  • the lining is displaceable not only together with the mandrel, but also radially, ie rotatably parallel to or identical to the longitudinal axis of the device according to the invention. Due to the material flow of the material flowing by pressing from the preform, this not only flows axially due to the rotation of the mandrel, but the flow of material also receives a radial or tangential component. Due to the rotatability of the chuck, the forces acting radially on the chuck, caused by displaced material, do not lead to overstressing of the chuck (and any teeth mounted thereon), but to the fact that the chuck moves in the direction of the applied forces.
  • the lining can always give way at too high pressure, so that damage, such as the breaking off of teeth, are avoided.
  • the friction in the radial direction of the mandrel is substantially reduced and so much lower forming temperatures arise than in conventional Method, so that the conversion can be performed much faster and more workpieces per time can be completed.
  • the in the FIGS. 1 to 6 illustrated inventive device has a main spindle box 1 with a spindle drive.
  • a tool device 1c is flanged, which is equipped of a front-toothed driver element 1d with a receiving bore for chuck 1b and mandrel 1a.
  • a displaceable mandrel 1a Connected to the main spindle is a displaceable mandrel 1a, which is mounted in the direction of the machine or longitudinal axis x (axially) displaceable. Relative to this, the direction perpendicular to the plane of the drawing and perpendicular to the machine longitudinal axis x is also referred to as machine transverse axis z.
  • the displaceable mandrel 1a is normally actuated axially by a hydraulic cylinder (not shown).
  • a profile 1 a ' At the end of the thorn 1a, which is one on a tailstock 2 provided sleeve 2 a, there is a profile 1 a ', in which the tool clamping device 2 a' of the sleeve 2 a can engage.
  • the preform 4.1 in the composite of quill 2a and mandrel 1a axially and radially fixed and stretched, so that a unit is formed, which can be axially displaced and rotated radially about the machine axis x.
  • the chuck 1b can rotate, if it is acted on by an externally acting force, as is the case, inter alia, if the chuck 1b has helical teeth 1e (cf. FIGS. 10 and 11 ) having.
  • the chuck 1 b equipped on the outer diameter with a negative profile 1 b of the inner profile 4 a to be formed is axially fixed and rotatably mounted on the displaceable mandrel 1 a.
  • On the side facing the preform 4.1 side of the chuck 1b if necessary, frontally a toothing are mounted, which then by the axial pressure on the mandrel 1b (for example by a hydraulic cylinder) against the wall 4b (see. FIGS. 7, 8 and 9 ) of the preform 4.1 is pressed.
  • the forming unit 3 is arranged axially movable in the center of the machine longitudinal axis x, which is circulated by the rolling elements 3a and a cage 3c.
  • the rolling elements 3a guided in their cage 3c, circulate in contact with the preform 4.1 in the shape of a planet, ie, the rolling elements 3a orbit during the forming process with the cage 3c Preform 4.1, 4.2, which rotates about or parallel to the machine longitudinal axis x.
  • the rolling elements or forming rollers 3a are preferably designed as rolling elements with a conical surface 3a ', the smaller diameter of which is provided with a radius adapted to the forming process and an outlet bevel 3a' 'All the rolling elements 3a are held in the revolving cage 3c
  • the cage 3c is centered is mounted in a housing 3b, which is held axially in a predetermined position via an axial adjusting device 3d, in the example shown in the form of a hydraulic cylinder With this axial positioning, outer diameter of the preform to be formed can be set by the revolving rolling bodies 3a in a predetermined diameter range be so that different diameters can be formed in a preform 4.1.
  • the cage 3c is displaced counter to the forming direction by the adjusting device 3d, so that the rolling elements 3a are set to a larger forming diameter so that they, when moving back the forming unit 3 in the starting position ( FIG. 1 and FIG. 6 ), do not affect the shaped workpiece 4.2 in diameter.
  • coolant inlets are preferably arranged in the area between the housing 3b of the rolling elements 3a and the cage 3c, so that the forming unit 3 can be flushed with a coolant and lubricant during the forming process.
  • the tailstock 2 (in the FIGS. 1 to 6 only indicated by an end portion encompassing the quill 2a) with the quill 2a and the tool clamping device 2a 'are also arranged in the center of the machine longitudinal axis x.
  • the clamping process of the workpiece runs as follows:
  • the preform 4.1 is pushed onto the advanced mandrel 1a of the main spindle side.
  • the quill 2a of the tailstock 2 moves into loading position, FIG. 1 ,
  • the collet 2a ' is extended by a hydraulic cylinder, so that the profile 1a', which is incorporated in the displaceable mandrel 1a, is located in the region of the collet 2a '.
  • the collet 2a ' closes synchronously with the further advancing sleeve 2a, so that the preform 4.1 is pressed against the contact surface of a contact ring 2a "of the sleeve 2a via the mandrel 1a with the chuck 1b.
  • a closed unit of sleeve 2a, mandrel is formed 1a, preform 4.1 and chuck 1b, FIG. 2 ,
  • the main spindle side facing surface of the preform is free, so that this unit by the quill 2a so long vortex until this surface of the front toothed driver unit 1d, 1c of the main spindle axially blocked and thus stretched by a high pressure.
  • This pressure must be so great that the preform 4.1 is rotated by the driver unit 1d, 1c during the rotation of the deformation acting on the preform 4.1 by the deformation.
  • the process of deformation proceeds as follows: After the preform 4.1 is clamped, the unit moves in the direction of the driver 1 d of the main spindle, so that the preform 4.1 is pressed in contact with the driver 1 d against this.
  • the revolving rolling bodies 3a plasticize the material in tangential, radial and axial direction in the contact area with the preform 4.1 with simultaneous axial feed in the direction of the driver 1d of the main spindle.
  • the contact region of the rolling elements 3a with the preform 4.1 forms a forming zone U, see. FIGS. 12 and 13 ,
  • the plasticized material penetrates into the free space between preform 4.1 and chuck 1b, filling the profile 1e in the chuck 1b, FIG. 10 ,
  • the material is supported on the axially blocked area of the preform 4.2 between forming zone U and driver 1d.
  • the superfluous material axially displaces the freely movable, coupled unit consisting of mandrel 1a, chuck 1b, clamping device 2a ', quill 2a and the region of the preform 4.2, which lies outside and behind the forming zone U.
  • the resulting axial length .DELTA.s with the newly formed outer diameter moves in the direction of the tailstock 2. It results from the residual volume with the newly formed cross section, which has remained from the displaced volume, minus the volume which has penetrated into the free space.
  • the rolling elements 3a displace the material in the radial and tangential direction. It comes therefore within the preform 4.2 in the region of the forming zone U to a rotation of the material relative to the part held by the driver 1d part of the preform 4.2 outside the forming zone U, because accommodated by the radial reduction of the outer diameter during forming the amount of material on a smaller outer diameter must become. This results in a superimposed relative rotation of the material for the actual rotation of the preform 4.2. The size of the angle of rotation of the relative rotation is dependent on the reduction of the workpiece cross-section. Thus, the area of the preform 4.2, which lies in preform between the quill 2a and the forming zone U, must rotate.
  • the material must rotate relative to the rotating mandrel 1a in the tangential direction. If a radial profiling (such as the profiling 1c on the chuck 1b) is present on the mandrel 1a, then increasing torsional stresses occur within the profile 1c until it breaks. By the rotatably mounted on the mandrel 1a chuck 1b the torsional stresses are compensated by turning the chuck 1b.
  • a radial profiling such as the profiling 1c on the chuck 1b
  • the cage 3c is axially displaced to a position in which the rolling elements 3a can deflect radially. With this setting, the forming unit can go back. As soon as the main spindle stops, the displaceable unit of quill 2a, mandrel 1a, preform 4.1 and chuck 1b is decoupled, and the tailstock quill 2a is retracted with the clamping unit 2a 'open, FIG. 6 , The molded workpiece, which is located on the chuck 1d, is stripped from the chuck 1b by the dog 1d in which the returning mandrel 1a is dipped with the chuck 1b.

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Herstellen oder Bearbeiten von Werkstücken besteht aus einer Vorform (4.1), mit einem drehbaren und parallel zu einer Längsachse (x) der Vorrichtung verschieblich gelagerten Dorn (1a), einem zugehörigen Futter (1b) zum Aufspannen der Vorform (4.1) sowie einer mit dem Dorn (1a) koppelbaren und entlang der Längsrichtung (x) verschieblich gelagerten Pinole (2a), ferner aus einer Umformeinheit (3) zum Umformen der Vorform (4.1). Das Futter (1b) ist relativ zum Dorn (1a) drehbar ausgebildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen oder Bearbeiten von Werkstücken aus einer Vorform, insbesondere zum Anformen von Innenprofilen oder Innenverzahnungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein entsprechendes Verfahren.
  • Eine entsprechende Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist in EP 1 004 373 B1 beschrieben. Entsprechende Vorrichtungen werden eingesetzt, um an ein Werkstück, insbesondere Ringe für Planetengetriebe, eine Innenverzahnung anzuformen. Dabei wird durch Ansetzen von Drückwalzen an der Vorform Material aus derselben gegen die Negativform des Drückfutters verdrängt. Die dabei wirkenden Kräfte wirken auf die Außenverzahnungen des Drückfutters, so daß diese brechen können. Im Stand der Technik wird daher vorgeschlagen, einen Distanzring aus verformbarem Material beabstandet vom freien Ende des Drückfutters vorzusehen. Der verformbare Distanzring paßt sich beim Umformprozeß an das Außenprofil des Drückfutters an. Der Distanzring nimmt also die beim Umformen der Vorform entstehenden Kräfte wenigstens teilweise auf.
  • Nachteilig ist hier, daß immer ein Distanzring und eine Paßfeder erforderlich sind, was die Anordnung verkompliziert. Zudem entstehen hohe Umformtemperaturen, die die zum Umformen und Herstellen eines Werkstücks benötigte Zeit deutlich anheben.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs genannte Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß die erwähnten Nachteile nicht auftreten.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß ist das Futter nicht nur zusammen mit dem Dorn verschieblich, sondern auch radial, d.h. parallel zur oder identisch mit der Längsachse der erfindungsgemäßen Vorrichtung, drehbar gelagert. Durch den Materialfluß des durch Drücken aus der Vorform fließenden Materials fließt dies aufgrund der Rotation des Dornes nicht nur axial, sondern der Materialfluß erhält auch eine Radial- bzw. Tangentialkomponente. Durch die Drehbarkeit des Futters führen die radial auf das Futter wirkenden, durch verdrängtes Material hervorgerufenen Kräfte nicht zu einer Überbeanspruchung des Futters (und ggf. darauf angebrachter Zähne), sondern dazu, daß sich das Futter in Richtung der ausgeübten Kräfte bewegt. So kann das Futter bei zu hohem Druck immer nachgeben, so daß Beschädigungen, wie etwa das Abbrechen von Zähnen, vermieden werden. Zudem hat sich gezeigt, daß aufgrund der Erfindung die Reibung in radialer Richtung des Dornes wesentlich reduziert wird und so wesentlich geringere Umformtemperaturen entstehen als bei herkömmlichen Verfahren, so daß die Umformung wesentlich schneller durchgeführt und mehr Werkstücke pro Zeit fertig gestellt werden können.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen der Figuren 1 bis 13B schematisch näher erläutert.
    • Figur 1 -
    zeigt eine Ansicht durch die erfindungsgemäße Vorrichtung im Längsschnitt beim Aufspannen der Vorform,
    Figur 2 -
    zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit eingespannter Vorform,
    Figur 3 -
    zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung unmittelbar vor dem Umformen,
    Figur 4 -
    zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit teilweise bearbeiteter Vorform,
    Figur 5 -
    zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung am Ende des Umformvorganges,
    Figur 6 -
    zeigt die erfindungsgemäße Vorform bei der Entnahme des fertigen, aus der Vorform hergestellten Werkstücks,
    Figur 7 -
    zeigt eine Vorform,
    Figur 8 -
    zeigt eine teilweise umgeformte Vorform,
    Figur 9 -
    zeigt das Werkstück nach dem Umformvorgang,
    Figur 10 -
    zeigt einen Querschnitt parallel zur Maschinenquerachse z (links) durch einen Teil der Vorform und der Umformeinrichtung entlang einer Schnittlinie B-B und einen Schnitt längs der Maschinenlängsachse x (rechts),
    Figur 11 -
    zeigt einen Querschnitt parallel zur Maschinenquerachse z (links)durch einen Teil der Vorform und der Umformeinrichtung entlang einer Schnittlinie A-A und einen Schnitt längs der Maschinenlängsachse x (rechts),
    Figuren 12 (A) und (B) -
    zeigen schematisch die radiale bzw. axiale Bewegung/Verformung eines Materialvolumens im in Figur 10 gezeigten Bereich,
    Figuren 13 (A) und (B) -
    zeigen schematisch die radiale bzw. axiale Bewegung/Verformung eines Materialvolumens im in Figur 11 gezeigten Bereich.
  • Die in den Figuren 1 bis 6 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Hauptspindelkasten 1 mit einem Spindelantrieb auf. An der Hauptspindel ist eine Werkzeugeinrichtung 1c angeflanscht, die aus einem stirnverzahnten Mitnehmerelement 1d mit einer Aufnahmebohrung für Futter 1b und Dorn 1a ausgestattet ist.
  • Mit der Hauptspindel verbunden ist ein verschiebbarer Dorn 1a, der in Richtung der Maschinen- bzw. Längsachse x (axial) verschieblich gelagert ist. Relativ hierzu wird die Richtung senkrecht zur Zeichenebene und senkrecht zur Maschinenlängsachse x auch als Maschinenquerachse z bezeichnet. Der verschiebbare Dorn 1a wird im Regelfall axial durch einen (nicht dargestellten) Hydraulikzylinder betätigt. Am Ende des Dorns 1a, welches einer an einem Reitstock 2 vorgesehenen Pinole 2a zugewandt ist, befindet sich ein Profil 1a', in dem die Werkzeugspanneinrichtung 2a' der Pinole 2a einrasten kann. Dadurch wird die Vorform 4.1 im Verbund aus Pinole 2a und Dorn 1a axial und radial fixiert und gespannt, so daß eine Einheit entsteht, die axial verschoben und radial um die Maschinenlängsachse x gedreht werden kann.
  • Relativ zur Vorform 4.1 kann sich in dieser Situation das Futter 1b drehen, sofern es durch eine von außen wirkende Kraft beaufschlagt wird, wie es u.a. der Fall ist, wenn das Futter 1b Schrägverzahnungen 1e (vgl. Figuren 10 und 11) aufweist.
  • Das am Außendurchmesser mit einem Negativprofil 1b des zu formenden Innenprofils 4a ausgestattete Futter 1b ist auf dem verschiebbaren Dorn 1a axial fixiert und drehbar angebracht. An der der Vorform 4.1 zugewandten Seite des Futters 1b kann, sofern es erforderlich ist, stirnseitig eine Verzahnung angebracht werden, die dann durch den axialen Druck über den Dorn 1b (etwa durch einen Hydraulikzylinder) gegen die Wandung 4b (vgl. Figuren 7, 8 und 9) der Vorform 4.1 gepresst wird.
  • Die Umformeinheit 3 ist axial verfahrbar im Zentrum der Maschinenlängsachse x angeordnet, die von den Wälzkörpern 3a und einem Käfig 3c umlaufen wird. Dabei umlaufen die Wälzkörper 3a, in ihrem Käfig 3c geführt, bei Kontakt mit der Vorform 4.1 diese planetenförmig, d.h., die Wälzkörper 3a umkreisen während des Umformvorganges mit dem Käfig 3c die Vorform 4.1, 4.2, welche sich um die bzw. parallel zur Maschinenlängsachse x dreht.
  • Die Wälzkörper bzw. Umformwalzen 3a sind bevorzugt als Wälzkörper mit kegliger Oberfläche 3a' ausgebildet, deren kleinerer Durchmesser mit einem dem Umformprozeß angepaßten Radius und einer Auslaufschräge 3a" versehen ist. Alle Wälzkörper 3a sind in dem umlaufenden Käfig 3c gehalten. Der Käfig 3c ist zentriert in einem Gehäuse 3b gelagert, welches über eine axiale Stellvorrichtung 3d, in dem gezeigten Beispiel in Form eines Hydraulikzylinders, axial in einer vorgegebenen Position gehalten ist. Mit dieser axialen Positionierung können zu formende Außendurchmesser der Vorform durch die umlaufenden Wälzkörper 3a in einem festgelegten Durchmesserbereich eingestellt werden, so daß verschiedene Durchmesser in einer Vorform 4.1 geformt werden können.
  • Nach erfolgter Umformung wird der Käfig 3c entgegen der Umformrichtung durch die Stellvorrichtung 3d verschoben, so daß die Wälzkörper 3a auf einen größeren Umformdurchmesser eingestellt werden, damit sie, beim Zurückfahren der Umformeinheit 3 in die Ausgangsposition (Figur 1 und Figur 6), das geformte Werkstück 4.2 im Durchmesser nicht beeinträchtigen. Zur Wärmeabfuhr und Schmierung der Umformeinheit 3 sind im Bereich zwischen Gehäuse 3b der Wälzkörper 3a und dem Käfig 3c bevorzugt Kühlmitteleinlässe angeordnet, damit während der Umformung die Umformeinheit 3 mit einem Kühl- und Schmiermittel durchspült werden kann.
  • Der Reitstock 2 (in den Figuren 1 bis 6 nur durch einen die Pinole 2a umfassenden Endbereich angedeutet) mit der Pinole 2a und der Werkzeugspanneinrichtung 2a' sind ebenso im Zentrum der Maschinenlängsachse x angeordnet. Der Spannvorgang des Werkstückes läuft dabei wie folgt ab:
  • Die Vorform 4.1 wird auf den vorgefahrenen Dorn 1a der Hauptspindelseite aufgeschoben. Die Pinole 2a des Reitstocks 2 fährt in Ladeposition, Figur 1. Dabei wird die Spannzange 2a' durch einen Hydraulikzylinder ausgefahren, so daß das Profil 1a', welches im verschiebbaren Dorn 1a eingearbeitet ist, sich im Bereich der Spannzange 2a' befindet. Mit der weiter vorfahrenden Pinole 2a schließt synchron die Spannzange 2a', so daß die Vorform 4.1 über den Dorn 1a mit dem Futter 1b gegen die Kontaktfläche eines Anpreßringes 2a" der Pinole 2a gedrückt wird. Es bildet sich eine geschlossene Einheit aus Pinole 2a, Dorn 1a, Vorform 4.1 und Futter 1b, Figur 2.
  • Dabei ist die der Hauptspindelseite zugewandte Fläche der Vorform frei, so daß diese Einheit durch die Pinole 2a so lange vorfährt, bis diese Fläche von der stirnverzahnten Mitnehmereinheit 1d, 1c der Hauptspindel axial blockiert und somit durch einen hohen Druck gespannt wird. Dieser Druck muß so groß sein, daß die Vorform 4.1 durch die Mitnehmereinheit 1d, 1c während der Rotation bei der durch die Umformung auf die Vorform 4.1 wirkende Belastung mitgedreht wird.
  • Im Einzelnen erfolgt der Ablauf der Verformung wie folgt: Nachdem die Vorform 4.1 eingespannt ist, fährt die Einheit in Richtung Mitnehmer 1d der Hauptspindel, so daß die Vorform 4.1 bei Kontakt mit dem Mitnehmer 1d gegen diesen gepreßt wird.
  • Nach Einschalten der Hauptspindel drehen sich Mitnehmer 1d und die Einheit aus Pinole 2a, Dorn 1a, Vorform 4.1 und Futter 1b, so daß die Umformeinheit axial bis zum Kontakt der Wälzkörper 3a mit der Vorform 4.1 vorfahren kann, Figur 3. Durch den Kontakt zur Vorform 4.1 stellen sich die Wälzkörper 3a selbstätig in Position und umlaufen in ihrem Kä- fig 3c die Vorform 4.1 planetenförmig. Mit zunehmendem Vorschubdruck wird durch die Wälzkörper 3a der Werkstoff der Vorform 4.1 im Kontaktbereich mit den Wälzkörpern 3a plastifiziert und drängt in die Freiräume zwischen Vorform 4.1, 4.2 und Futter 1b ein, Figur 4, Figur 10 und Figur 11.
  • Dabei laufen zeitgleich mehrere Verformungsabläufe ab, welche nun anhand eines fiktiven Werkstoffpartikels erklärt werden.
  • Die angenommene Lage der Partikel ist jeweils in den Schnitten A-A und B-B sowie in zugehörigen Querschnitten der Figuren 12 bzw. 13 gezeigt.
  • Die einzelnen Zustände des Werkstoffpartikels, dessen Volumen im Ausgangszustand wx * wy * wz beträgt, wobei wx, wy, wz die Ausdehnung des Partikels in den drei kartesischen Raumrichtungen angeben, seien dabei wie folgt definiert:
    • 1.0 angenommener Werkstoffpartikel wx * wz * wy
    • 1.1 Verformung des Partikels in der Ebene x,y von wx * wy zu wx1 * wy1 in radialer und tangentialer Richtung bei Drehung des Wälzkörpers 3a um den Winkel Δα
      • 1.1.2 Verformung des Partikels in der x,z-Ebene von wx * wz zu wx2 * wz2 in axialer Richtung im Bereich des Wälzkörpers 3a bei Axialvorschub Δz im Bereich der Schrägung des Wälzkörpers 3a.
      • 1.1.3 Verformung des Partikels wx1 *wz2 zu wx3 * wz3 in axialer Richtung im Bereich des Wälzkörpers 3a.
      • 1.1.4 Verformung des Partikels wx3 * wz3 zu sx4 *sz4 in axialer Richtung nach Verlassen des Wälzkörperbereiches.
      • 1.1.5 Verformung des Partikels sx4 *sy4 in radialer und tangentialer Richtung bei Drehung des Wälzkörpers 3a um den Winkel Δα.
  • Bei dieser Umformung geschieht folgendes: Die umlaufenden Wälzkörper 3a plastifizieren im Kontaktbereich mit der Vorform 4.1 den Werkstoff in tangentialer, radialer und axialer Richtung bei gleichzeitigem axialem Vorschub in Richtung Mitnehmer 1d der Hauptspindel.
  • Der Kontaktbereich der Wälzkörper 3a mit der Vorform 4.1 bildet eine Umformzone U, vgl. Figuren 12 und 13. In dieser Umformzone U dringt der plastifizierte Werkstoff in den Freiraum zwischen Vorform 4.1 und Futter 1b ein, füllt das Profil 1e im Futter 1b aus, Figur 10. Der Werkstoff stützt sich dabei am axial blockierten Bereich der Vorform 4.2 zwischen Umformzone U und Mitnehmer 1d ab. Dadurch verschiebt der überflüssige Werkstoff axial die freibewegliche, gekoppelte Einheit, die aus Dorn 1a, Futter 1b, Spanneinrichtung 2a', Pinole 2a und dem Bereich der Vorform 4.2, der außerhalb und hinter der Umformzone U liegt.
  • Die sich dabei bildende, axiale Länge Δs mit dem neugeformten Außendurchmesser bewegt sich in Richtung Reitstock 2. Sie ergibt sich aus dem Restvolumen mit dem neugeformten Querschnitt, welches vom verdrängten Volumen, abzüglich des in den Freiraum eingedrungenen Volumens übrig geblieben ist.
  • Im Bereich der Umformzone U verdrängen die Wälzkörper 3a den Werkstoff in radialer und tangentialer Richtung. Es kommt daher innerhalb der Vorform 4.2 im Bereich der Umformzone U zu einer Verdrehung des Werkstoffes gegenüber dem durch die Mitnehmer 1d gehaltenen Teil der Vorform 4.2 außerhalb der Umformzone U, weil durch die radiale Reduzierung des Außendurchmessers während der Umformung die Werkstoffmenge auf einem kleineren Außendurchmesser untergebracht werden muß. Daraus resultiert eine überlagerte Relativdrehung des Werkstoffes zur eigentlichen Drehung der Vorform 4.2. Dabei ist die Größe des Verdrehwinkels der Relativdrehung abhängig von der Reduktion des Werkstückquerschnittes. Es muss sich somit der Bereich der Vorform 4.2 verdrehen, der zwischen der Pinole 2a und der Umformzone U in Vorform liegt.
  • Ist der Dorn 1a, auf dem die Vorform 4.2 abgestreckt wird, drehfest mit dem Mitnehmer 1d der Hauptspindel verbunden, muß sich der Werkstoff relativ in tangentialer Richtung auf den sich drehenden Dorn 1a verdrehen. Befindet sich auf dem Dorn 1a eine radiale Profilierung (wie z.B. die Profilierung 1c auf dem Futter 1b), so kommt es zu ansteigenden Verdrehspannungen innerhalb des Profils 1c bis zu dessen Bruch. Durch das auf dem Dorn 1a drehbar gelagerte Futter 1b werden die Verdrehspannungen durch Mitdrehen des Futters 1b kompensiert.
  • Nachdem die Umformeinheit die Vorform 4.1, 4.2 zu einem Werkstück 4.3 umgeformt hat, Figur 5, wird der Käfig 3c axial in eine Position verschoben, in der die Wälzkörper 3a radial ausweichen können. Mit dieser Einstellung kann die Umformeinheit zurückfahren. Sobald die Hauptspindel stoppt, wird die verschiebbare Einheit aus Pinole 2a, Dorn 1a, Vorform 4.1 und Futter 1b entkoppelt, und die Reitstockpinole 2a mit geöffneter Spanneinheit 2a' zurückgefahren, Figur 6. Das geformte Werkstück, welches sich auf dem Futter 1d befindet, wird durch den Mitnehmer 1d, in dem der zurückfahrende Dorn 1a mit dem Futter 1b eintaucht, vom Futter 1b abgestreift.

Claims (19)

  1. Vorrichtung zum Herstellen oder Bearbeiten von Werkstücken aus einer Vorform (4.1), mit einem drehbaren und parallel zu einer Längsachse (x) der Vorrichtung verschieblich gelagerten Dorn (1a), einem zugehörigen Futter (1b) zum Aufspannen der Vorform (4.1) sowie einer mit dem Dorn (1a) koppelbaren und entlang der Längsrichtung (x) verschieblich gelagerten Pinole (2a) und einer Umformeinheit (3) zum Umformen der Vorform (4.1),
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Futter (1b) relativ zum Dorn (1a) drehbar ausgebildet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Futter (1b) eine Negativform (1e) aufweist, die einer an die Vorform (4.1) anzuformenden Positivform (4a) entspricht.
  3. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Dorn (1a) einem Hauptspindelkasten (1) zugeordnet und der in einem Werkzeuggehäuse (1c) axial und tangential frei beweglich ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Hauptspindelkasten (1) einen Antrieb zum Drehen und/oder axialen Verschieben der Vorform (4.1) über das Werkzeuggehäuse (1c) und ein daran angeordnetes, der Pinole (2a) zugewandtes Mitnehmerelement (1d) aufweist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Pinole (2a) einem Reitstock (2) zugeordnet ist und einen Anpreßring (2a") aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Pinole (2a) des Reitstocks (2) drehbar und/oder axial verschiebbar gelagert ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Umformeinheit (3) wenigstens zwei Wälzkörper (3a) aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Umformeinheit (3) axial verschieblich angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Anstellwinkel des Wälzkörpers (3a) veränderbar ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Wälzkörper (3a) so angeordnet und gelagert sind, daß sie über die Vorform (4.1) umlaufend angetrieben werden können.
  11. Verfahren zum Herstellen oder Bearbeiten von Werkstücken aus einer Vorform (4.1), insbesondere mittels einer Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , bei welchem eine auf einem Futter befindliche Vorform (4.1) mittels einer Umformeinheit (3) umgeformt wird, wobei die Umformung über einen durch Druck zwischen Umformeinheit (3) und Vorform (4.1) entstehenden Materialfluß bewirkt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Futter während der Umformung der Bewegungsrichtung des fließenden Materials folgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Futter (1b) während der Umformung den axialen und tangentialen Bewegungsrichtungen des fließenden Materials folgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß vor dem Umformen zunächst die Vorform (4.1) durch einen axial vorfahrenden Dorn (1a) mittels einer Vorschubbewegung (1e) aufgenommen wird, anschließend die Vorform (4.1) durch eine axial vorfahrende Pinole (2a) gegen ein Werkzeuggehäuse (1c) gedrückt wird, so daß eine gekoppelte Einheit aus Futter (1b), Dorn (1a), Vorform (4.1), Pinole (2a) entsteht.
  14. Verfahren nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die gekoppelte Einheit beim Umformen den axialen und tangentialen Bewegungsrichtungen des fließenden Materials folgt.
  15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Futter (1b) über den Dorn (1a) durch die Spannvorrichtung (2a') gegen die Innenseite der Vorform (4.1) gezogen wird, so daß das Futter (1b) in direkten Kontakt mit dem nicht zu verformenden Bereich der Vorform (4.1) gelangt.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die gekoppelte Einheit in Drehung versetzt wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Vorform (4.1) vor dem Umformen radial und axial unverschieblich gegenüber dem auf einem Dorn (1a) drehbar gelagerten Futters (1b) eingespannt wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Umformeinheit (3) Walzen (3a) aufweist, die an der zu bearbeitenden Vorform (4.1) angesetzt werden.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Umformeinheit (3) unter Andrücken der Walzen an die Vorform (4.1) relativ zu dieser in deren Längsrichtung (x) bewegt wird.
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