EP3083092A2 - Verfahren und vorrichtung zum umformen längsorientierter halbzeuge und rohteile aus metallischen werkstoffen, insbesondere aus stahl - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum umformen längsorientierter halbzeuge und rohteile aus metallischen werkstoffen, insbesondere aus stahl

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Publication number
EP3083092A2
EP3083092A2 EP14837064.6A EP14837064A EP3083092A2 EP 3083092 A2 EP3083092 A2 EP 3083092A2 EP 14837064 A EP14837064 A EP 14837064A EP 3083092 A2 EP3083092 A2 EP 3083092A2
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EP
European Patent Office
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forming
feed
umformgut
devices
profile
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14837064.6A
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Inventor
Joachim Graefe
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Individual
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C1/00—Manufacture of metal sheets, wire, rods, tubes or like semi-manufactured products by drawing
    • B21C1/16—Metal drawing by machines or apparatus in which the drawing action is effected by means other than drums, e.g. by a longitudinally-moved carriage pulling or pushing the work or stock for making metal sheets, rods or tubes
    • B21C1/27—Carriages; Drives
    • B21C1/30—Drives, e.g. carriage-traversing mechanisms; Driving elements, e.g. drawing chains; Controlling the drive
    • B21C1/305—Linear motor pulling devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B21D43/00—Feeding, positioning or storing devices combined with, or arranged in, or specially adapted for use in connection with, apparatus for working or processing sheet metal, metal tubes or metal profiles; Associations therewith of cutting devices
    • B21D43/02—Advancing work in relation to the stroke of the die or tool
    • B21D43/04—Advancing work in relation to the stroke of the die or tool by means in mechanical engagement with the work
    • B21D43/10—Advancing work in relation to the stroke of the die or tool by means in mechanical engagement with the work by grippers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C9/00—Cooling, heating or lubricating drawing material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F1/00—Bending wire other than coiling; Straightening wire
    • B21F1/02—Straightening
    • B21F1/023—Straightening in a device rotating about the wire axis

Definitions

  • the invention relates to a method for forming longitudinally oriented semi-finished products and blanks from metallic materials, in particular steel according to the preamble of claim 1 and a device suitable for carrying out the method according to the preamble of claim 18.
  • profiles in the form of long products in a broad sense all types of semi-finished products made of steel or other metallic materials of the following forms can be considered: cross-sectional shape Round, Kant or flange profile; straight length or wound coils etc., profile or tube, ie with or without cavity. It is independent whether such profiles are produced as semi-finished or as a blank.
  • a profile section will be referred to below as the blank, which goes beyond the usual semifinished products in terms of length, execution of the cutting position or sectional area, the cross-sectional shape or the cross-sectional size along the profile length, as in particular with respect to a variable profile over the profile (in die forging this is referred to as variable mass distribution along the profile length).
  • a classic method of profile forming is the drawing of such profiles through a forming draw die.
  • the drawing of cross sections which are not suitable for drum pulling, is usually done on a drawing bench, a combined drawing machine or a crawler tractor.
  • the drawing is usually done in the cold state of the starting material to increase strength, dimensional and surface quality of the profiles to be produced.
  • the following remarks concentrate on larger, non-co-threadable cross sections.
  • the forming tool is installed in the drawing machine with a tool holder, which can be adjustable.
  • the drawing tool is divided into drawing dies.
  • a pair of jaws in the reversing drawing carriage or paired numerous drawing dies in circulating draw chains cause the sequence grabbing - pulling - open.
  • Drawing benches have a drawing carriage and produce discontinuous straight profiles.
  • the drawing carriage can be guided and driven on one side next to the drawing axis, or bilaterally symmetrical to the drawing axis.
  • the length of the drawing bench and guide ways define the maximum profile length - in industrial applications today the limits are around 20 m.
  • the pulling jaws grip the prefabricated Profile head, also come Flange profiles or pipes usually before the crush zone, so that significant scrap lengths per profile incurred.
  • the reversing of the slide per profile requires high idle times and reduces the performance, because the drawing carriage must reverse empty after pulling a profile. For better performance, some attachments can pull multiple profiles in a game.
  • Drawing benches allow easy machine construction and high pulling forces up to 2 MN. Many foundries invest in multiple plants because of the low unit output and the force limits of each individual plant. Many drive concepts were realized - hydraulic cylinder, hydraulic or electric motor; Power transmission with rod, chain or spindle; Linear actuator.
  • profile alignment is to support the descaling of the surface for steel or other metallic materials and to narrow the dimensional and positional tolerance of the cross sections over the profile length. Serve with the so-called. Roll straightening or other straightening.
  • Roller straighteners straighten the profile by bending transversely to its longitudinal axis.
  • Flank pressure in longitudinal roller contours causes straightening in both transverse axes, e.g. in the transformation of a square profile in a rhombic caliber.
  • Straightening machines with horizontal and vertical straightening machines direct both transverse axes (H-V roller straightening). Additional counter rolls to individual straightening rollers can allow profiling (flange angle correction, bending of partial cross sections around the longitudinal axis) and also improve rod guidance and directivity.
  • Roll Torsionsblack (or Walztordieren). Reversing roller straightening is also known.
  • Oblique roller levelers direct round profiles and allow them to rotate in a continuous cycle (screw feed). Ovalization can contribute to the straightening effect.
  • Smaller round profiles are also processed continuously by means of circulating straightening, again by bending transversely to the longitudinal axis of the profile. Determining the method are upstream and downstream roller drivers or rolling stands for conveying and for absorbing the torsional forces in the profile, and centrally a rotating tool carrier with a plurality of offset against the process axis straightening tools.
  • Circular straightening machines also called wing straightening machines or straightening rotors
  • the rolling of profiles usually produces the same cross-sectional dimensions of the profile over the entire profile length, but also continuous or offset longitudinal profiles are possible in some rolling mills.
  • the field of application of the rolling process is usually in the field of production of wire rod and profiles in straight lengths to short pieces.
  • Various longitudinal rolling methods with and without reversing, with and without a roller train between the stands are well known.
  • a non-continuous mass distribution over the profile length is e.g. produced by stretching rollers or pilgrims.
  • a manipulator conveys and positions the profile - for example, in stretch or pilger rolls. in the empty angle of the roller rotation without Walzguttive.
  • stretch rolling machines a longitudinal roll stand with multiple longitudinal profiling calibres is operated by a carriage that reverses the short piece and transports it across the roll calibers.
  • a longitudinal profile is intermittently rolled in a caliber over a roll circumference and then finished by smoothing.
  • cross rolling for round profiles, e.g.
  • cross wedge rolling preform or finished wave
  • planetary skew rolls copper tubes
  • cross rolls e.g., smoothing rolls
  • From DE 195 44 383 is known e.g. a combined drawing machine with two independently controllable pulling units known, in which the drawing machine can be operated alternately in the form of a combined drawing machine.
  • the drive of the drawing units is force and / or torque-dependent regulated.
  • a disadvantage of this is in particular that this drawing machine is limited in terms of forming forces, since the drawing units only individually attack on the material to be formed.
  • the object of the present invention is therefore to propose a further developed method for forming and a forming machine suitable for this, with which the previous limits of use of corresponding forming methods or forming machines for the production of profiles are overcome.
  • the invention with regard to the forming process is based on a method for forming longitudinally oriented profiles, in particular longitudinally oriented semi-finished products and / or blanks of metallic materials, in particular of steel, in which the longitudinal profile is formed from a starting material by at least one shaping tool in at least one forming stage for which the material to be formed in the form of the starting material (6) and / or of the profile (5) produced in the forming stage (U) relative to the forming tool is a relative movement controlled by at least one feed device. long executes a feed axis.
  • Such a generic method is further developed according to the invention in that at least two independently movable and controllable feed devices before and / or after the forming stage interact with the Umformgut that applied by the feed devices at the same time or substantially alternately time axial forces on the Umformgut and so that axial stresses are exerted on the forming material before and / or in and / or behind the forming zone.
  • Essential to the invention here is that the at least two independently movable feed devices can be controlled so that they apply either at the same time or substantially alternately in time axial forces on the Umformgut.
  • the term "forming material" refers to the starting material and / or the profile produced in the forming step.
  • the axial stresses generated thereby are superimposed in the starting material and therefore allow by increasing the axial forces for the forming, for example, a much higher degree of deformation or larger deformable cross-sections or greater strength of the Umformgutes over the temporally alternating mode of operation.
  • a doubling of the axial forces can be achieved, which substantially increase the deformable cross-sectional dimensions or cross-sectional strengths according to the invention on such a forming device.
  • the range of usable materials and the possible profile specifications, in particular dimensions, cross sections or strengths increases significantly. Since the forming process according to the invention allows the use of a wide variety of forming technologies, a correspondingly working forming machine or forming system can be adapted to a wide variety of manufacturing requirements, for example, by simply exchanging the forming stage against a different forming stage.
  • these basic options are retained for straightening or rolling.
  • at least two feed devices on the inlet and the outlet side can thereby ensure superimposed axial stresses in front of and / or in and / or behind the deformation zone in such a way that a corresponding movement of the feed devices is carried out.
  • axial stresses of two or more co-operating feed devices only on the inlet side or of two or more co-operating feed devices can be superimposed only on the outlet side of the forming device. It is also conceivable that only one feed device on each side or discontinuously works discontinuously.
  • rollers or rollers can also work without their own feed drive.
  • An extension or rolling system extended by feed devices can produce a higher maximum dimension or maximum strength.
  • the straightening and rolling is also more robust against material fluctuations by an option to multiple passes of the formed material produced by the corresponding working forming machine or forming.
  • the continuous process axis for profile conveying can also minimize idle time when changing parts.
  • a tool which can be pivoted about the feed axis of the material to be converted introduces torsional stresses into the material to be formed.
  • a relative to the feed axis of the Umformgutes displaceably arranged tool allow multi-axis rolling or straightening in the forming stage. The combination of such additional stresses makes it possible that a plurality of conceivable transformations of the Umformgutes is carried out simultaneously or successively during a run and thus allows a wide range of transformations of the Umformgutes.
  • the Umformgut cold preferably without external heating or semi-warm, preferably with a heating to below a temperature without a structural change of the Umformgutes or damage to tools, or hot, preferably at hot forming temperature is formed.
  • the forming temperature both the deformation can be facilitated as well as the forming detrimental material properties of the forming material can be positively influenced.
  • the temperature control in the area of the hot forming temperature to have a specific influence on the structure of the starting material or of the profile.
  • the forming temperature is varied between two passes of the Umformgutes.
  • the accuracy-determining transformation e.g. at lower temperatures and thus more closely tolerated Umformparametern.
  • cold drawing, cold setting and cold rolling e.g. Semi-hot or hot processes possible - or even a process sequence hot rolling, cooling, half-warming, with appropriate performance in the cooling bed sequence of a hot forming plant (in-line).
  • the heating of the formed material takes place by means of conductive heating via the feed devices.
  • the feed devices by their direct contact with the Umformgut or the profile directly take over the power supply for the conductive heating and therefore only the parts of the Umformgutes are heated exactly to be transformed in the forming station just.
  • the feed devices controlled depending on the elasticity and the forming process of the Umformgutes a total axial force on the Umformgut and dismantle. As a result, the deformation can be controlled depending on the elasticity of the starting material and thus be transformed more accurately taking into account elongation or elongation effects.
  • Process-related systems can process indefinitely long profiles with wide input tolerances (material analysis, microstructure, cross-section, residual stress state). Narrow target tolerances for cross-sectional dimensions and for low, uniform residual stresses in the finished profile should have the directivity already during the forming process or after roll-integrated straightening passage.
  • the continuous process axis for conveying the profile minimizes idle time during profile changes.
  • the forming stations can be designed conventionally (without superimposed tensile stresses) or lighter and / or shorter (straightening rolls or work rolls of smaller diameter, roll straightening machines with only two opposing straightening triangles, HV rolling blocks shorter by one frame). Roller levelers with counter rollers can take on rolling tasks, especially central rollers with support rollers.
  • a step-by-step forming comprises an intermediate stopping of the starting material or the profile in the unidirectional conveying direction in the form of a "multi-hand reshaping with resetting.”
  • One advancing device or the forming machine keeps the forming material under continuing transverse pressure while another or several other feed devices open If one or more of the reversing feed devices has picked up again, further forming takes place.
  • the method according to the invention makes it possible to transform larger cross sections step by step on a "smaller” machine so that larger cross sections can be formed with "two smaller” feed devices on one or each of both sides of the forming station, or microstages with only one feed device per side .Mideless with only one feed device to be pulled).
  • Continuous forming requires two (or more) feed devices on the ready side, or in other forming processes on the loading and / or unloading side at least two feed devices for conveying and forming without stopping, the so-called "hand-over-hand"
  • the jaws in the feed device open in the empty return path to such an extent that the process axis for the feed device in the load path is free, allowing smaller sections to be processed without any idle time ,
  • An example of this could be: Continuous production in plant with two feed devices on the loading side (1, 2), forming station (U) and two feed devices (3, 4) on the discharge side:
  • Feeding - feed device (1) clamps and feeds the head of the forming material into the forming station (U), forming station (U) closes and positions the forming station
  • Passage - Feed device (1) and feed device (2) alternately: one stretches the starting material (corresponding to reverse tension), the other reverses empty / forming station (U) forms around possibly with a small helix angle, which in the "plastic joints" the "material flow” Signal sends "/ feed device (3) and feed device (4) alternate in parallel, one feed device stretches the starting material (according to feed forward), the other feed device reverses empty /
  • Modified push-in device One or more feed devices or pairs of rollers operate in front of the drawing tool with the purpose of additionally applying an axial tension to the forming zone in the drawing tool - depending on the product, reverse tensile stress or continuous compressive stress after complete penetration.
  • the method according to the invention makes it possible to form reversibly several times products with particularly problematic forming tasks without being dispensed from the forming device, and to reverse the application side and direction of the formed material during full reversing.
  • Reversing straightening or rolling comprises a conveying of the material to be formed by the forming device back and forth - fully reversing with forming or empty reversing without forming, again with or without repositioning.
  • the profile is held after the passage of one or more feed devices - preferably on both sides for axial tension - and the process continues with reversal of the conveying direction with a further passage.
  • Double-sided straightening or rolling presupposes the loading and / or unloading side for at least one feed device.
  • one side may already feed while the other side is discharging.
  • two articles can be produced in a separate material flow without a gap between them. Also, process-related waiting between two passes is industrially achievable.
  • a straightening after rolling is possible if the straightening roller plus counter roll alternatively can be driven as a rolling mill and the plant several Re passes with different forming processes, for example, rolls plus straightening.
  • a forming process change for a profile could be possible.
  • the tools and plant components are to be set up and regulated in succession for each selected method - or to be opened - either in one pass for partial lengths of a profile, or from passage to passage.
  • the invention further relates to a device for forming longitudinally oriented profiles, in particular longitudinally oriented semi-finished and / or blanks of metallic materials, in particular steel, which transforms the longitudinal profile in at least one forming stage of a starting material by at least one forming tool, for which the Umformgut in the form of Starting material and / or the profile produced in the forming stage relative to the forming tool performs a controlled by at least one feed device relative movement, in particular for carrying out the method according to claim 1.
  • At least two independently movable and controllable feed devices are provided which exert axial or substantially temporally alternating axial forces on the forming material before and / or after the forming stage and thus before and / or in and / or behind the forming zone axial stresses in the Cause forming material.
  • the feed devices have clamping devices, in particular clamping jaws, with which they clamp the Umformgut and can exert forces on the Umformgut.
  • clamping devices in particular clamping jaws, with which they clamp the Umformgut and can exert forces on the Umformgut.
  • These can be arranged in such a way to each other and movable in a further embodiment that they can simultaneously attack on the material to be formed or the reshaped profile. This makes it possible to simultaneously transmit the axial forces of two or more feed devices on the Umformgut and thus ready for forming standing axial force, for example when pulling to multiply.
  • the clamping devices axially offset with respect to the feed direction attack each other on the Umformgut.
  • the clamping devices also at the same time or over a longer period during the deformation attack on the Umformgut and can transmit the axial forces.
  • the clamping devices attack axially relative to the feed direction on the same material portion of the Umformgutes.
  • the clamping devices can simultaneously attack quasi the same longitudinal or cross-sectional portion of the Umformgutes and thus initiate the clamping force in a very short longitudinal section of the Umformgutes. This is e.g.
  • the clamping devices are arranged rotated about the feed axis to each other, such as by the clamping means at least two pairs of oppositely arranged jaws, preferably rotated at 90 ° to the feed axis to each other, so that both jaw pairs can simultaneously attack on the same longitudinal portion of the Umformgutes , Arranged in such a nested arrangement, these pairs of jaws can, as it were, move into one another during the axial movement of the associated feed devices and, twisted about the feed axis, engage each other on the same longitudinal section of the material to be formed, where they guide the clamping force multiaxially.
  • the pairs of oppositely arranged jaws are individually radially adjustable so that they can orient the forming material radially relative to the feed direction.
  • This can be a kind Offset of the material to be formed relative to the feed direction are generated by the example, an optimized alignment of the Umformgutes the process axis for a better distribution of Bacaxialkraft or better straightness of the profile is taken care of.
  • Feed device with one, two, three or four adjustable jaws on a carriage with translatory drive. In the case of only one clamping jaw per slide, the process control must couple at least two slides to a feed device system technology.
  • the feed device can carry the actual jaws in contact with the forming material as a tool holder, adapted to the profile or to a profile group, and is e.g. guided as a roller carriage.
  • the translational guide track of the feed device is adjustable for clamping, e.g. by short-stroke cylinder.
  • the translatory axial drive of the feed device e.g. by means of rack and hydraulic motor, preferably with mass balance, can be connected to the guideway, in the carriage or free of both.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a stepwise drawing with at least two feed devices 1, 2 with single drive and practically double axial force
  • FIG. 2 shows continuous drawing with at least two feed devices 1, 2 with individual drive on the same forming device according to FIG. 1,
  • Figure 3b variant of the drawing according to Figure 1, wherein the head of the starting material 6 is conveyed by clamping in the feed device 2 and displacing in the position 2 ' in the forming stage U,
  • Figure 4 rolling straightening or rolling or pulling with counter pull in a forming stage U with at least two feed devices 1, 2 on the inlet side and at least two feed devices 3, 4 on the outlet side for applying a superposed axial tension on the forming material
  • Figure 5 - variant of drawing with retraction, straightening or rolling according to Figure 1 with two feed devices 1, 3 before and after the forming stage U for applying a superposed axial stress on the starting material
  • FIG. 7 shows the method sequence for incremental feed with both feed devices and successive reversing with continued clamping
  • FIG. 9 shows a constructional-schematic implementation of a machine frame and arrangement of the clamping devices for clamping by both feed devices on the same longitudinal section of the material to be converted
  • FIG. 1 shows schematically the actual drawing tool as Umformtre U, the continuous process axis, which is also the longitudinal axis of the starting material 6 and the profile 5, the direction of movement 7 of the feed devices 1, 2 with the arrows behind the forming stage U, and the feed devices 1 and 2.
  • the feed devices 1, 2 two positions are close (1, 2) and removed 2 ') shown for forming stage U - here in a basic arrangement in a row.
  • the feed devices 1, 2 thereby move simultaneously in their positions 1 ' and 2 ' , while they clamp the starting material 6 and reshape. They then successively release the clamping and travel freely back to the starting positions 1, 2.
  • This method of controlling the feed devices 1, 2 makes it possible to transform larger cross sections of the starting material 6 step by step on a "smaller” machine Process larger sections with "two smaller” feed devices 1, 2 on one side (pulling straight lengths without return) to be transformed.
  • a continuous forming in one pass is possible on the same forming device, that according to Figure 2, the two feed devices 1, 2 behind the forming station U (or in other forming processes such as straightening or rolling on loading and / or unloading each at least two Feed devices 1, 2 and 3, 4) alternately clamped with the Umformgut 5, 6 interact.
  • the feed devices 1, 2 change from between load path for forming 7 and reversing 8 as free travel. To open the jaws in the respective feed devices 1 and 2 in the empty return path (position 2 ' to position 2) so far that the feed axis for the other feed device 2 in the load path is free.
  • the reversed feed device 2 clamps the profile 5 again and pulls it further through the forming stage U, while now located in the position ⁇ feed device 1 solves the clamping, opens and reversed to position 1.
  • setting marks can be minimized by full relief by the profile 5 from the other feed device (1 ' , then 2 according to Figure 7) is held stretched to Leer-reversing a feed device (2 *, then 1 * according to Figure 7).
  • FIGS. 3a and 3b show two different variants of the drawing according to FIG. 1, the mode of operation of the feed devices 2, 3 and 4 being enabled by the inventive actuation of the feed devices 2, 3 and 4 on the same forming device.
  • the pulling of the starting material 6 in the forming stage U be effected by one of the feed devices, here the feed device 3 acts as a stationary slide brake and the other feed device 4 by displacement in the position 4 ', the axial force on the profile 5 applies.
  • the feed device 3 acts as a stationary slide brake and the other feed device 4 by displacement in the position 4 ', the axial force on the profile 5 applies.
  • the beginning of the pulling of the starting material 6 can be simplified or secured by a further feed device 2 arranged in front of the forming stage U Beginning of the drawing operation, the head of the starting material 6 by clamping the starting material 6 and displaced to the position 2 ' in the forming stage U promoted and initiates the pulling process with this impact. This can also be done by simple movement control of the feed device 2.
  • the method according to the invention is applied to roll straightening, rolling or circulating straightening.
  • the central forming stage U has a roll straightening machine not shown in detail or a rolling stand or a roll stand group or a rotary straightening machine.
  • the forming stage U is surrounded according to the invention with at least two feed devices 1, 2 on the inlet side and at least two feed devices 3, 4 on the outlet side. These feed devices 1, 2, 3, 4 are used to generate a superimposed axial stress for forming in the forming stage U, are all longitudinally movable, shown with the positions 1 'to 4'.
  • This arrangement can be used to perform a given forming task in particular by superimposing high tensile stress in the forming material 5, 6 with a shorter, lighter, simpler design - up to a straightening or rolling devices without drive.
  • FIG. 5 shows an arrangement of two feed devices 1, 3 before and after the forming stage U, wherein the two feed devices 1, 3 can be used for applying a superimposed axial stress on the Umformgut 5, 6.
  • the two feed devices 1, 3 during their displacement in the positions 1 ' and 3' are not moved exactly the same in the feed direction, so that the axial tension between the feed devices 1 and 3 is higher than between the forming stage U and the feed device. 1
  • the forming process in the forming stage U can be positively influenced.
  • FIG. 5 represents a discontinuous process variant to the process sequence according to FIG.
  • FIG. 6 diagrammatically indicates the possibility that heating of the metal forming material 5, 6 in the region of the forming zone U is specifically effected by means of the feed devices 1, 3, in that a voltage is conductively coupled between the feed devices 1, 3 via flexible lines 10 through which this section can be specifically heated.
  • a voltage is conductively coupled between the feed devices 1, 3 via flexible lines 10 through which this section can be specifically heated.
  • the arrangement of the clamping devices 11, 12 of importance For the simultaneous transmission of the axial forces on the Umformgut 5, 6, the arrangement of the clamping devices 11, 12 of importance.
  • the feed devices 1 and 2 can also move to the same longitudinal position of the profile 5. This is indicated in FIG. 8a, 8b by two pair of jaws 11, 12, which are arranged at 90 ° to each other about the feed axis.
  • the pair of jaws 11 and 12 engage in each other and on the same longitudinal portion of the Umformgutes 5, 6, so that in this cross section, the clamping action (indicated by the radial arrows in Figure 8) acts.
  • the pairs of jaws 11 and 12 and the associated feed devices 1, 2 as described above either both at the same time perform the feed movement 7 (Figure 8a) or alternately as in a combined drawing device work ( Figure 8b), the jaws 11 are solved and eg perform a return stroke 8 in its initial position 1 and 2 and the jaws 12 while the Umformgut 5, 6 keep clamped and execute the feed movement 7.
  • the feed devices 1, 2 can each be guided symmetrically to the feed axis and driven individually.
  • Figure 9 shows for two successively arranged feed devices 1 and 2, a constructive solution, each feed device 1 and 2 assign two guides on two diagonally opposite columns 13 of a 4-column machine frame.
  • the jaws 11 and their clamping movements are marked with two double arrows, for feed device 2, only one jaw 12 is shown in plan view. It can be seen that both feed devices 1 and 2 with clamping movements at 90 ° to each other their jaws 11, 12 can move in the same plane in the longitudinal position (at a suitable low wrap angle of the jaws 11 and 12 to the Umformgut not shown).
  • FIG. 10 shows, on the left in cross section, an approach for the design of the feed devices 1, 2, 3, 4, according to which the main functions "radial clamped “and” move translationally "are separated into two modules, the example of a feed device 1 on a guideway 13.
  • two parallel vertical double arrows indicate the radial position of the guide rail 13, on which the feed device 1 is moved in the axial direction, by a horizontal double arrow indicated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformen längsorientierter Profile (5), insbesondere längsorientierter Halbzeuge und/oder Rohteile aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Stahl, bei dem in mindestens einer Umformstufe (U) das längsorientierte Profil (5) aus einem Ausgangsmaterial (6) durch mindestens ein formgebendes Werkzeug umgeformt wird, wofür das Umformgut in Form des Ausgangsmaterials (6) und/oder des in der Umformstufe (U) hergestellten Profils (5) bezogen auf das formgebende Werkzeug eine durch mindestens eine Vorschubeinrichtung (1, 2, 3, 4) gesteuerte Relativbewegung entlang einer Vorschubachse (9) ausführt. Hierbei wechselwirken mindestens zwei unabhängig zueinander verfahrbare und steuerbare Vorschubeinrichtungen (1, 2, 3, 4) vor und/oder nach der Umformstufe (U) derart mit dem Umformgut (5, 6), dass von den Vorschubeinrichtungen (1, 2, 3, 4) zeitgleich oder im wesentlichen zeitlich abwechselnd Axialkräfte auf das Umformgut (5, 6) aufgebracht und damit vor und/oder in und/oder hinter der Umformzone (U) Axialspannungen auf das Umformgut (5, 6) ausgeübt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Umformen längsorientierter Halbzeuge und Rohteile aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Stahl
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen längsorientierter Halbzeuge und Rohteile aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Stahl gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruches 18.
Das wirtschaftliche und genaue Herstellen von längsorientierten Profilen, insbesondere Halbzeugen, und Rohteilen aus metallischen Werkstoffen und insbesondere aus Stahl (häufig auch als Langprodukte im weiteren Sinne bezeichnet) ist ein sich in der Fertigungstechnik schon seit langem immer wieder stellendes Problem, für das es eine Vielzahl von Lösungsansätzen gibt.
Längsorientierte Profile, insbesondere Halbzeuge, oder Rohteile aus derartigen Werkstoffen werden häufig für die Teilefertigung genutzt. Dabei hängt die verwendete Fertigungstechnologie zum einen von der Spezifikation des Halbzeugs oder Rohteils (z.B. Form, Abmessungen, Oberfläche und Gefüge) und zum anderen von der Ausgangsform des eingesetzten Materials ab. Um hier im Weiteren eine einheitliche Bezeichnung zu verwenden, sollen alle genannten Produkte im Folgenden ohne Unterscheidung der genauen Querschnittsformen und Abmessungen vereinfachend mit der Bezeichnung "Profil" bezeichnet werden, auch in zusammengesetzten Begriffen. Typische Formen für Ausgangsmaterialien sind Draht, Stangen, Stäbe, Knüppel, nahtlose oder geschweißte Rohre o- der dgl.. Als Profile in Form von Langprodukten im weiteren Sinne können alle Arten von Halbzeugen aus Stahl oder anderen metallischen Werkstoffen der folgenden Formen angesehen werden: Querschnittform Rund, Kant oder Flanschprofil; gerade Länge oder gewickelte Coils etc., Profil oder Rohr, d.h. ohne oder mit Hohlraum. Dabei ist es unabhängig, ob derartige Profile als Halbzeug oder als Rohteil hergestellt werden. In diesem Zusammenhang soll im Weiteren als Rohteil ein Profilabschnitt bezeichnet werden, der hinsichtlich Länge, Ausführung der Schnittlage oder Schnittfläche, der Querschnittsform oder der Querschnittsgröße entlang der Profillänge über gängige Halbzeugnormen hinausgeht, wie insbesondere hinsichtlich eines über die Profillänge veränderlichen Querschnitts (bei Gesenkschmieden wird dies etwa als variable Massenverteilung entlang der Profillänge bezeichnet).
Ein klassisches Verfahren für die Profilumformung ist das Ziehen derartiger Profile, durch eine formgebende Ziehmatrize hindurch. Das Profilziehen von Querschnitten, die nicht für Trommelziehen geeignet sind, erfolgt in der Regel auf einer Ziehbank, einer kombinierten Ziehmaschine oder einer Raupenziehmaschine. Das Ziehen erfolgt meist im kalten Zustand des Ausgangsmaterials, um Festigkeit, Maß- und Oberflächenqualität der herzustellenden Profile zu steigern. Die folgenden Ausführungen konzentrieren sich auf größere, nicht haspelfähige Querschnitte.
Das Formwerkzeug, der sog. Ziehring, ist in die Ziehmaschine mit einem Werkzeughalter eingebaut, der verstellbar sein kann. Das Ziehwerkzeug ist geteilt in Ziehbacken. Ein Backenpaar im reversierenden Ziehschlitten oder gepaart zahlreiche Ziehbacken in umlaufenden Ziehketten bewirken die Abfolge Greifen - Ziehen - öffnen.
Ziehbänke weisen einen Ziehschlitten auf und erzeugen diskontinuierlich gerade Profile. Der Ziehschlitten kann einseitig neben der Ziehachse geführt und angetrieben sein, oder doppelseitig symmetrisch zur Ziehachse. Die Länge von Ziehbank und Führungswegen definieren die maximale Profillänge - im industriellen Einsatz liegen die Grenzen heute bei ca. 20 m. Die Ziehbacken greifen den vorgefertigten Profilkopf, außerdem fallen Flanschprofile oder Rohre i.d.R. vor der Quetschzone ein, so dass bedeutende Schrottlängen pro Profil anfallen. Das Reversieren des Ziehschlittens je Profil erfordert hohe Leerzeiten und mindert die Leistung, da der Ziehschlitten nach dem Zug eines Profils leer reversieren muss. Zwecks höherer Leistung können einige Anlagen mehrere Profile in einem Spiel ziehen.
Ziehbänke erlauben einfachen Maschinenaufbau und hohe Ziehkräfte bis über 2 MN. Viele Ziehereien investieren in mehrere Anlagen wegen der niedrigen Stückleistung und der Kraftgrenzen jeder Einzelanlage. Viele Antriebskonzepte wurden realisiert - Hydraulikzylinder, Hydraulik- oder Elektromotor; Kraftübertragung mit Stange, Kette oder Spindel; Linearantrieb.
In sog. kombinierten Ziehmaschinen ziehen zwei hintereinander in der Ziehachse angeordnete Ziehschlitten im Wechsel kontinuierlich. Sie sind dabei in ihrer Bewegungsmöglichkeit zueinander mechanisch gekoppelt über zwei kraftübertragende Ziehkurven auf einer Antriebsachse genau unter der Ziehachse. Die herstellbare Profillänge ist dabei unbegrenzt. Im Wechsel ziehen die Ziehschlitten„Hand-hinter- Hand" kontinuierlich, wobei die Ziehgeschwindigkeit vor allem in den Öffnungsphasen bzw. Schließphasen des Zyklus' variiert. Die Greifzone der Ziehbacken am Profil bleibt Gutmaterial. Leerzeiten für das Reversieren der Ziehschlitten entfallen, da währenddessen immer der andere Ziehschlitten im Eingriff ist. Derartige Ziehmaschinen weisen eine kurze Bauform auf. Werkstoff und Konstruktion der Ziehkurven begrenzen die Ziehkräfte bei max. ca. 500 kN. Die Verfahrensgrenze bei Rundstahl liegt bei ca. 52 mm Durchmesser.
In sog. Raupenziehmaschinen laufen übereinander zwei geschlossene Ketten mit zahlreichen Ziehbacken in Rollenbahnen um. Mehrere Ziehbacken-Paare ziehen das Profil kontinuierlich mit konstanter Geschwindigkeit - mit höheren Ziehkräften nah am Ziehring, weil das Ziehgut sich elastisch dehnt. Die herstellbare Profillänge ist unbegrenzt. Die Greifzone der Ziehbacken bleibt Gutmaterial. Der Ziehbacken- und Rüstaufwand ist deutlich höher, wenn nicht Backen mit zwei Kalibern und Schnell- Umstellung vorgesehen sind. Die Kettenlaufwerksträger sind Teil eines hohen C- Pressenrahmens. Industriell fertigen Raupenziehmaschinen schneller als kombinierte Ziehmaschinen - in der Regel mit niedrigerer Maximal-Ziehkraft. Industriell reali- siert liegen die maximalen Zugkräfte bei ca. 300 kN. Verfahrensgrenze bei Rundstahl ist ca. 35 mm Durchmesser.
Das Profilrichten soll für Stahl oder andere metallische Werkstoffe die Entzunderung der Oberfläche unterstützen und die Maß- und Lagetoleranz der Querschnitte über die Profillänge einengen. Dazu dienen das sog. Rollenrichten oder andere Richtverfahren.
Rollenrichtmaschinen richten im Durchlauf des Profils durch Biegen quer zu dessen Längsachse. Der Flankendruck in Längs-Rollenkonturen bewirkt dabei ein Richten in beiden Querachsen, z.B. bei der Umformung eines Quadratprofils in einem Rautenkaliber. Richtanlagen mit horizontaler plus vertikaler Richtmaschine richten im Durchlauf beide Querachsen (H-V-Rollenrichten). Zusätzliche Gegenrollen zu einzelnen Richtrollen können ein Profilieren (Flanschwinkel-Korrektur, Biegen von Teilquerschnitten um die Längsachse) erlauben und zudem die Stabführung und die Richtwirkung verbessern. Gegeneinander verdrehte Rollenachsen zweier Rollenebenen in Längsachse ermöglichen das sog. Roll-Torsionsrichten (bzw. Walztordieren). Auch Reversier-Rollenrichten ist bekannt. Schräg-Rollenrichtmaschinen richten Rundprofile und lassen sie im Durchlauf rotieren (Schraubenvorschub). Zum Richteffekt kann dabei Ovalisierung beitragen.
Kleinere Rundprofile werden kontinuierlich auch mittels Umlaufrichten bearbeitet, wieder durch Biegen quer zur Längsachse des Profils. Verfahrensbestimmend sind vorgeschaltete und nachgeschaltete Rollentreiber oder Walzgerüste zum Fördern und zur Aufnahme der Torsionskräfte im Profil, sowie zentral ein rotierender Werkzeugträger mit mehreren, gegen die Prozessachse versetzten Richtwerkzeugen. Umlaufrichtmaschinen (auch Flügelrichtmaschinen oder Richtrotore genannt) richten so kontinuierlich Rundprofile ohne Schraubenvorschub.
Neben Durchlaufverfahren sind auch diskontinuierliche Richtanlagen bekannt. Drei- Punkt-Richtpressen biegen quer zur Längsachse - ortsfest oder längsverfahrbar mit Querbeladung, mit Stabwender (z.B. an beiden Stabenden oder in einem Prozess- rollgang) oder vierachsig (für Schienenenden). Bei geeigneten Werkzeugen wird ein Prägerichten möglich. Streckrichtanlagen plastifizieren den ganzen Querschnitt des Ausgangsmaterials mit zwei Maschinen, davon eine längsanstellbar. Streckrichtanla- gen sind z.B. in der Aluminiumherstellung üblich. Streck-Torsions-Richtanlagen richten Sonderprofile vor mit Profiltorsion unter Strecklast - vor allem stranggepresste Sonderprofile. Für das Schienenrichten sind auch reine Durchlauf-Torsionsricht- anlagen oder die patentierte Abfolge Längs-Stauchen-und-Strecken bekannt.
Das Walzen von Profilen erzeugt in der Regel gleiche Querschnittsabmessungen des Profils über die ganze Profillänge, allerdings sind auch kontinuierliche oder abgesetzte Längsprofile bei einigen Walzanlagen möglich. Das Einsatzgebiet der Walzverfahren liegt üblicherweise im Bereich der Herstellung von Walzdraht und Profilen in geraden Längen bis hin zu Kurzstücken. Diverse Längswalzverfahren mit und ohne Reversieren, mit und ohne Walzzug zwischen den Gerüsten sind wohlbekannt.
Über die ganze Stablänge den gleichen Querschnitt (bis auf Ausnahmen) walzen z.B. vollkontinuierliche H-V-Gruppen oder Rohrkontistraßen, 2-Walzen- oder 3- Scheiben-Maßwalzblock, Reversier-H-V-Flachwalzblock oder Tandem-Universal- Gruppen mit drei Reversier-Gerüsten (Universal-Staucher-Universal). Gewalzt wird ohne oder mit Zug zwischen den Gerüsten.
Eine nicht kontinuierliche Massenverteilung über die Profillänge wird z.B. mittels Reckwalzen oder Pilgerwalzen erzeugt. Bei Walzverfahren für Längsprofilierung fördert und positioniert ein Manipulator das Profil - beim Reckwalzen oder Pilgerwalzen z.B. im Leerwinkel der Walzenumdrehung ohne Walzgutkontakt. In Reckwalzmaschinen wird ein Längs-Stückwalzgerüst mit mehreren Längsprofilier-Kalibern von einem Schlitten bedient, der das Kurzstück reversiert und es quer zwischen den Walzkalibern fördert. In Pilgerstraßen wird in einem Kaliber über einen Walzenumfang intermittierend ein Längsprofil angewalzt und dann glättend fertiggewalzt.
Neben Längswalzen sind für Rundprofile weiterhin z.B. Schrägwalzen, Querkeilwalzen (Vorform oder fertige Welle), Planeten-Schrägwalzen (Kupferrohre) und Querwalzen (z.B. Glättwalzen) bekannt.
Der heutige Stand der Profilumformung strebt an, längsorientierte Halbzeuge oder Rohteile möglichst in einer Umformstufe aus Standard-Vormaterial zu erzeugen. Um die Toleranzen aus der Warmumformung robust als Vorstufe zum Bauteil mit allen spezifizierten Merkmalen zu verarbeiten, muss oftmals das Halbzeug kalt umgeformt werden. Hierbei werden zunehmend niedrige oder gleichmäßige Eigenspannungen der hergestellten Profile gefordert. Hohe und/oder nicht vorbekannte Eigenspannungen können in der Verarbeitung stören - z.B. beim Spanen wie Fixlängen- oder Gehrungs-Sägen, Bohren, Funktionsflächen-Fräsen, oder auch bei Wärmebehandlungen wie beim Vergüten, Entspannungsglühen, weiterhin beim Beschichten wie etwa beim Verzinken. Dem Herstellverfahren bei der Umformung kommt daher zentrale Bedeutung hinsichtlich der Bauteileigenschaften und der Wirtschaftlichkeit zu.
Aus der DE 195 44 383 ist z.B. eine kombinierte Ziehmaschine mit zwei unabhängig voneinander steuerbaren Ziehaggregaten bekannt, bei der die Ziehmaschine alternierend in Form einer kombinierten Ziehmaschine betrieben werden kann. Hierbei wird der Antrieb der Ziehaggregate kraft- und/oder momentenabhängig geregelt. Nachteilig hieran ist insbesondere, dass diese Ziehmaschine hinsichtlich der Umformkräfte begrenzt ist, da die Ziehaggregate nur jeweils einzeln an dem umzuformenden Material angreifen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein weiter entwickeltes Verfahren zum Umformen und eine dazu geeignete Umformmaschine vorzuschlagen, mit denen die bisherigen Einsatzgrenzen entsprechender Umformverfahren bzw. Umformmaschinen zur Herstellung von Profilen überwunden werden.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich hinsichtlich des Umformverfahrens aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und hinsichtlich der Umformvorrichtung aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 18 in Zusammenwirken mit den Merkmalen des zugehörigen Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung hinsichtlich des Umformverfahrens geht aus von einem Verfahren zum Umformen längsorientierter Profile, insbesondere längsorientierter Halbzeuge und/ oder Rohteile aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Stahl, bei dem in mindestens einer Umformstufe das längsorientierte Profil aus einem Ausgangsmaterial umformtechnisch durch mindestens ein formgebendes Werkzeug umgeformt wird, wofür das Umformgut in Form des Ausgangsmaterials (6) und/oder des in der Umformstufe (U) hergestellten Profils (5) bezogen auf das formgebende Werkzeug eine durch mindestens eine Vorschubeinrichtung gesteuerte Relativbewegung ent- lang einer Vorschubachse ausführt. Ein derartiges gattungsgemäßes Verfahren wird dadurch in erfindungsgemäßer Weise weiter entwickelt, dass mindestens zwei unabhängig zueinander verfahrbare und steuerbare Vorschubeinrichtungen vor und/oder nach der Umformstufe derart mit dem Umformgut wechselwirken, dass von den Vorschubeinrichtungen zeitgleich oder im wesentlichen zeitlich abwechselnd Axialkräfte auf das Umformgut aufgebracht und damit vor und/oder in und/oder hinter der Umformzone Axialspannungen auf das Umformgut ausgeübt werden. Erfindungswesentlich ist hierbei, dass die mindestens zwei unabhängig zueinander verfahrbaren Vorschubeinrichtungen derart gesteuert werden können, dass sie entweder zeitgleich oder im wesentlichen zeitlich abwechselnd Axialkräfte auf das Umformgut aufbringen. Mit der Bezeichnung Umformgut wird hierbei der Einfachheit halber das Ausgangsmaterial und/oder das in der Umformstufe hergestellte Profil bezeichnet. Bei der zeitgleichen Aufbringung der Axialkräfte überlagern sich die dadurch erzeugten Axialspannungen in dem Ausgangsmaterial und erlauben daher durch die Erhöhung der Axialkräfte für die Umformung z.B. einen wesentlich höheren Umformgrad oder größere umformbare Querschnitte oder größere Festigkeiten des Umformgutes gegenüber der zeitlich abwechselnden Betriebsweise. Hierdurch kann z.B. beim Vorsehen von zwei zeitgleich wirkenden Vorschubeinrichtungen auf der gleichen Umformeinrichtung und ohne notwendige Umbauten oder sonstige Änderungen praktisch eine Verdoppelung der Axialkräfte erreicht werden, wodurch sich die auf einer derartigen Umformeinrichtung erfindungsgemäße umformbaren Querschnittsabmessungen oder Querschnittsfestigkeiten wesentlich erhöhen. Musste sonst neben z.B. einer leistungsschwächeren kombinierten Ziehmaschine eine leistungsstärkere Einfach-Ziehbank vorgehalten werden, um auch größere Querschnitte des Ausgangsmaterials umzuformen, so reicht nun die zeitgleiche Wirkungsweise der mindestens zwei Vorschubeinrichtungen auf der gleichen Umformeinrichtung hierfür aus. Bei anderen, kleineren Profilen kann dann aber auf der gleichen Maschine wieder im alternierenden Betrieb gefertigt werden. Dies erlaubt eine höhere Auslastung einer erfindungsgemäß arbeitenden Umformeinrichtung durch Wechselhub für kleine und Gleichhub für große Axialkräfte. Es wird nur eine Fertigungslinie statt mehrerer, unterausgelasteter Linien mit je begrenztem Querschnittsprogramm benötigt. Eine Umformeinrichtung kann daher unter Nutzung des erfindungsgemäßen Umformverfahrens wesentlich vielseitiger und effizienter eingesetzt werden. Zudem erhöht sich das Spektrum der einsetzbaren Materialien und der möglichen Profilspezifikationen, insbesondere Abmessungen, Querschnitte oder Festigkeiten wesentlich. Da das erfindungsgemäße Umformverfahren den Einsatz verschiedenster Umformtechnologien erlaubt, kann eine entsprechend arbeitende Umformmaschine oder Umformanlage etwa durch einfachen Austausch der Umformstufe gegen eine anders wirkende Umformstufe an unterschiedlichste Fertigungsanforderungen angepasst werden.
So ist es etwa für das Umformverfahren Ziehen gerader Profile möglich, dass mindestens zwei Ziehschlitten als Vorschubeinrichtungen mit Einzelantrieb vorgesehen werden, die gemeinsam im Gleichhub mit mehrfacher Ziehkraft das Ausgangsmaterial zum Profil umformen, oder die einzeln im Wechselhub wie bei einer kombinierten Ziehmaschine kontinuierlich ziehen. Möglich wird dadurch beim Ziehen, dass im Wechselhub„leichte" Ziehanlagen durch Gleichhub„schwere" Produkte ziehen können. Neuartig ist etwa für das Ziehen gerader Längen die Verteilung der Gesamt- Axialkraft auf mehrere gleichzeitig angreifende Vorschubeinrichtungen und die Steuerung der Bewegung der Vorschubeinrichtungen über Anlagenrechner statt in Prozessachse mechanisch gekoppelter Bewegungen.
In einer anderen Anwendung bleiben etwa für die Umformverfahren Richten oder Walzen diese grundsätzlichen Möglichkeiten erhalten. So können beispielsweise mindestens je zwei Vorschubeinrichtungen auf der Einlauf- und der Auslaufseite dadurch für überlagerte Axialspannungen vor und/oder in und/oder hinter der Umformzone sorgen, dass eine entsprechende Bewegung der Vorschubeinrichtungen ausgeführt wird. Als Sonderfälle können allein durch die geeignete Steuerung der Vorschubeinrichtungen Axialspannungen von zwei oder mehr zusammen wirkenden Vorschubeinrichtungen nur auf der Einlaufseite oder von zwei oder mehr zusammen wirkenden Vorschubeinrichtungen nur auf der Auslaufseite der Umformeinrichtung überlagert werden. Denkbar ist es auch, dass nur je eine Vorschubeinrichtung ein- oder auslaufseitig diskontinuierlich arbeitet. Hierdurch wird erreichbar, dass beim Richten oder Walzen eine gegebene Umformaufgabe durch Axialspannungsüberla- gerung im Umformgut mit einer kürzeren, leichteren und einfacheren Anlage gelöst werden kann. Rollen oder Walzen können auch ohne eigenen Vorschubantrieb arbeiten. Eine um Vorschubeinrichtungen erweiterte Rieht- oder Walzanlage kann eine höhere Maximalabmessung bzw. Maximalfestigkeit fertigen. Zudem wird das Richten und Walzen zusätzlich robuster gegen Materialschwankungen durch eine Option auf Mehrfach-Durchgänge des hergestellten Umformgutes durch die entsprechend arbeitende Umformmaschine oder Umformanlage. Die durchgängige Prozessachse zur Profilförderung kann zudem die Leerzeit bei Stückwechsel minimieren.
Denkbar ist etwa beim kontinuierlichen Richten eine Axialspannungsüberlagerung und Förderung mittels Vorschubeinrichtungen, bei diskontinuierlichen Richtverfahren die Überlagerung hoher Axial- und Biegespannungen. So werden niedrigere Eigenspannungen erzeugt, Biegerichtkräfte gesenkt, kleinere oder weniger Richtrollen o- der reduzierte Antriebe (bis zum Entfall) möglich. Besondere Vorteile erschließt die Verfahrensintegration, wenn heutige Arbeitsgänge entfallen können, insbesondere Spannungsarm-Glühen oder mehrstufiges Richten. Die Vereinfachungen können weiterhin variable Richtrollenteilungen unterstützen, an den zentralen Richtrollen Stützrollen erlauben oder Rollgänge entfallen lassen.
Weiterhin sind für das Walzen als Umformverfahren die über Vorschubeinrichtungen mögliche Axialspannung ohne Walzzug bis weit über 10 % der Streckgrenze und dadurch höhere Umformgrade pro Walzstich in kompakten Anlagen erreichbar, sowie die Realisierung von Rohteilen mit über die Längsposition unterschiedlichem Profil.
Mit dem erfindungsgemäßen Umformverfahren können neben niedrigen Investitionen höchste Leistung und breite Produktionsprogramme erreicht werden. Es entsteht weniger Schrott an Profilkopf und Profilfuß (statt Zerquetschung, Säge-Abfall), bei einem Reversieren der Profile (Mehrfach-Durchgänge) weniger Anstichrisiken und Stückschrott. Weiterhin ist weniger manuelle Arbeit und eine höhere Personalproduktivität erreichbar (weniger Verarbeitungslängen sind zu sägen, mehrfach zu bündeln, zu transportieren, zu beladen und doppelt umzuformen; weniger Stückbezogene Ausfallereignisse). Anlagenseitig können kurze Baulängen, Standard- und Wiederhol-Baugruppen sowie einfache Fundamente entsprechend arbeitender Umformeinrichtungen erreicht werden. Neben der Aufbringung allein von Axialspannungen ist durch die Wirkungsweise der Vorschubeinrichtungen auch eine Kombination mit Umformstationen denkbar, mit denen weitere Spannungen auf das Umformgut aufgebracht werden. Ein Beispiel hierfür kann sein, dass in der Umformstufe ein um die Vorschubachse des Umformgutes schwenkbares Werkzeug Torsionsspannungen in das Umformgut einbringt. In einer anderen Ausgestaltung kann in der Umformstufe ein relativ zu der Vorschubachse des Umformgutes versetzbar angeordnetes Werkzeug mehrachsiges Walzen oder Richten erlaube. Die Kombination derartiger zusätzlicher Spannungen macht es möglich, dass eine Vielzahl denkbarer Umformungen des Umformgutes gleichzeitig oder nacheinander während eines Durchlaufs ausgeführt wird und erlaubt damit ein weites Spektrum an Umformungen des Umformgutes.
Denkbar sind z.B.:
□ Strecken plus Tordieren plus Querdrücken,
□ Streck-Biegerichten oder Streck-Biegewalzen,
□ Streck-Torsionsrichten oder Streck-Torsionswalzen,
□ reines Strecken,
□ Torsions-Roll-Biegerichten oder Torsionswalzen ohne oder mit sehr niedriger Axialspannung,
□ reines Roll-Biegerichten oder reines Walzen,
□ reines Torsionsrichten,
□ Stauchen plus Tordieren plus Biegen überlagert,
□ Stauch-Biegerichten,
□ Stauch-Torsionsrichten,
□ Stauchen plus Strecken,
□ weitere Kombinationen, z.B. mit Profilieren oder Prägen o.a. mit vor-, zwischen- oder nachgeschalteten Einrichtungen. Besonders gute Eigenschaften von Umformung und umgeformtem Profil lässt die vorstehend erläuterte Überlagerung von Umformspannungen erwarten - z.B. beim Rollenrichten niedrige Biegekräfte und einen„weichen" Prozess, wenn das Umformgut bereits unter hoher axialer Zugspannung steht, oder beim Walzen ein höheres Umformvermögen, wenn unter hoher axialer Zugspannung kalt gewalzt wird.
In weiterer Ausgestaltung ist es denkbar, dass das Umformgut kalt, vorzugsweise ohne externe Erwärmung oder halbwarm, vorzugsweise mit einer Erwärmung bis unterhalb einer Temperatur ohne eine Gefügeveränderung des Umformgutes oder einer Schädigung von Werkzeugen, oder auch heiß, vorzugsweise bei Warmumformtemperatur umgeformt wird. Mit einer derartigen Beeinflussung der Umformtemperatur kann sowohl die Umformung erleichtert als auch der Umformung abträgliche Materialeigenschaften des Umformgutes positiv beeinflusst werden.
So ist z.B. bei schwer umformbaren Materialien häufig eine Verbesserung der Umformung festzustellen, wenn bei höheren Temperaturen umgeformt wird. Auch kann durch die Temperierung im Bereich der Warmumformtemperatur gezielt Einfluss auf das Gefüge des Ausgangsmaterials oder des Profils genommen werden.
Denkbar ist es weiterhin, dass die Umformtemperatur zwischen zwei Durchgängen des Umformgutes variiert wird. Hierdurch kann z.B. der größere Teil der Umformung bei höheren Temperaturen und damit ggf. leichter ausgeführt werden, die die Genauigkeit bestimmende Umformung hingegen bei geringeren Temperaturen und damit enger tolerierten Umformparametern. Neben dem vorrangig anzusehenden Kaltziehen, Kaltrichten und Kaltwalzen sind z.B. Halbwarm- oder Heißprozesse möglich - oder auch eine Prozessfolge Warmwalzen, Abkühlen, Halbwarmrichten, bei entsprechender Leistung im Kühlbettablauf einer Warmumformanlage (in-line).
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Erwärmung des Umformgutes mittels konduktiver Erwärmung über die Vorschubeinrichtungen erfolgt. Hierbei können die Vorschubeinrichtungen durch ihren direkten Kontakt mit dem Umformgut bzw. dem Profil unmittelbar die Stromführung für die konduktive Erwärmung übernehmen und daher werden auch nur genau die Teile des Umformgutes erhitzt, die im Bereich der Umformstation gerade umgeformt werden sollen. Weiterhin ist es von Vorteil, dass die Vorschubeinrichtungen abhängig von der Elastizität und dem Umformablauf des Umformgutes kontrolliert eine Gesamt-Axialkraft auf das Umformgut auf- und abbauen. Hierdurch kann die Umformung abhängig von der Elastizität des Ausgangsmaterials geregelt werden und damit genauer unter Berücksichtigung von Dehnungs- oder Längungseffekten umgeformt werden.
Typische erfindungsgemäß herstellbare Profile und Rohbauteile werden z.B. verarbeitet für
□ Bauteile für Leiter- oder Kastenrahmen im Fahrzeugbau,
□ Stützen und Streben in Gehäusebau, mobilen Bauten und Transportmittelbau,
□ Pfosten für Straßen- und Landschaftsbau, Land- und Forstwirtschaft,
□ Träger- und Rahmenbauteile im Maschinenbau und Gerätebau,
□ sowie allgemein Kurzstücke für die Teilefertigung, z.B. durch Gesenkschmieden, Schweißen oder Biegen und vieles andere mehr.
Besondere Vorteile des Verfahrens sind:
□ Reproduzierbarkeit der Produkt-Eigenschaften auch bei breiten Materialtoleranzen durch robusten Prozess,
□ niedrige, gleichmäßige Eigenspannungen im fertigen Profil,
□ keine oder kleinste Leerzeit bei Profilwechsel,
□ unbegrenzte Profillänge,
□ einfacher Anlagenaufbau,
□ kurze Baulänge der Umformeinrichtung.
Zu niedrigen Investitionen und Betriebskosten tragen die einstufige Umformung bei, der Einsatz von Standard- und Wiederhol-Baugruppen bei der Konstruktion der Umformeinrichtung und die Reduzierung von Handhabung, Entspannungsglühen und Nach-Richten im Umfeld der Umformung. Verfahrensgemäße Anlagen können unbegrenzt lange Profile mit breiten Eingangstoleranzen (Materialanalyse, Gefüge, Querschnitt, Eigenspannungszustand) verarbeiten. Enge Zieltoleranzen für Querschnittsmaße und für niedrige, gleichmäßige Eigenspannungen im gefertigten Profil sollen die Richtwirkung schon des Umformprozesses oder eines nach Walzen integrierten Richt-Durchgangs bewirken. Die durchgängige Prozessachse zur Förderung des Profils minimiert die Leerzeit bei Profilwechsel. Deutliche Vorteile erfindungsgemäßer Umformprozesse sind weniger und längere Profile und weniger zu durchlaufende Anlagen. Die Umformstationen können konventionell (ohne überlagerte Zugspannungen) oder leichter und/oder kürzer ausgeführt werden (Richtrollen oder Arbeitswalzen kleinerer Durchmesser; Rollenrichtmaschinen mit nur zwei gegensinnigen Richtdreiecken; H-V-Walzblöcke um 1 Gerüst kürzer). Rollenrichtmaschinen mit Gegenrollen können Walzaufgaben übernehmen, besonders Zentralrollen mit Stützrollen.
Nachfolgend werden weitere Eigenschaften und Möglichkeiten des erfindungsgemäßen Umformverfahrens im Zusammenhang mit denkbaren, darin realisierten Umformstationen und sich daraus ergebenden Anlagenkonzepten nicht abschließend genannt und beschrieben - zuerst nach Anzahl und Art der Durchgänge für das Kaltziehen, Kaltrichten oder Kaltwalzen, bei denen die thermische Überlastung der Werkzeuge beim Anhalten entfällt - und dann nach weiteren erfindungsgemäßen Optionen.
□ Ein schrittweises Umformen umfasst ein zwischenzeitliches Anhalten des Ausgangsmaterials bzw. des Profils bei einsinniger Förderrichtung in Form eines „Mehr-Hand-Umformen mit Nachsetzen". Eine Vorschubeinrichtung oder die Umformmaschine hält unter fortbestehendem Querdruck das Umformgut, während eine andere oder mehrere andere Vorschubeinrichtungen öffnen und reversieren. Hat die eine oder haben die mehreren reversieren- den Vorschubeinrichtungen wieder gegriffen, so wird weiter umgeformt. Dieses Verfahren minimiert Setzmarken, die bei Vollentlastung entstehen, indem zum Leer-Reversieren einer Vorschubeinrichtung das Umformgut gespannt gehalten wird. □ Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, größere Querschnitte auf einer„kleineren" Maschine schrittweise umzuformen. So können größere Querschnitte mit„zwei kleineren" Vorschubeinrichtungen auf einer oder jeder von beiden Seiten der Umformstation, oder Kleinstlose mit nur einer Vorschubeinrichtung je Seite umgeformt werden (bzw. Kleinstlose mit nur einer Vorschubeinrichtung gezogen werden).
□ Kontinuierliche Umformung erfordert zwei (oder mehr) Vorschubeinrichtungen auf der Fertigseite, bzw. bei anderen Umformverfahren auf Belade- und/oder Entladeseite je mindestens zwei Vorschubeinrichtungen für das Fördern und Umformen ohne Anhalten, das sog. „Hand-über-Faust-
Umformen". Je Seite wechseln die Vorschubeinrichtungen ab zwischen Umformen und Reversieren. Dafür öffnen die Backen in der Vorschubeinrichtung im Leer-Rückweg so weit, dass die Prozessachse für die Vorschubeinrichtung im Lastweg frei ist. Diese Vorgehensweise ermöglicht es, kleinere Querschnitte ohne Leerzeit zu verarbeiten.
□ Ein Ablaufbeispiel hierfür könnte sein: Kontinuierliche Fertigung in Anlage mit zwei Vorschubeinrichtungen beladeseitig (1 , 2), Umformstation (U) und zwei Vorschubeinrichtungen (3, 4) entladeseitig:
Einfördern - Vorschubeinrichtung (1) klemmt und fördert Kopf des Umform- gutes in Umformstation (U), Umformstation (U) schließt und positioniert den
Profilkopf, Vorschubeinrichtung (2) klemmt, fördert und öffnet / Umformstation (U) fördert das Umformgut zu Vorschubeinrichtung (3), Umformstation (U) positioniert den Profilkopf für Vorschubeinrichtung (3) richtig/ Vorschubeinrichtung (3) schließt, Vorschubeinrichtung (1) schließt/
Durchgang - Vorschubeinrichtung (1) und Vorschubeinrichtung (2) alternierend: einer streckt das Ausgangsmaterial (entsprechend Rückwärtszug), der andere reversiert leer / Umformstation (U) formt um ggf. mit kleinem Drallwinkel, der in die„plastischen Gelenke" das„Stofffließ-Signal sendet" / Vorschubeinrichtung (3) und Vorschubeinrichtung (4) alternieren parallel, eine Vorschubeinrichtung streckt das Ausgangsmaterial (entsprechend Vorwärtszug), die andere Vorschubeinrichtung reversiert leer/
Ausfördem - wenn Vorschubeinrichtung (1) und Vorschubeinrichtung (2) frei vom Fuß des Umformgutes sind, Anstellung in Umformstation (U) neu / wenn Umformstation (U) frei von Fuß des Umformgutes, schieben Vorschubeinrichtung (3) und Vorschubeinrichtung (4) das Umformgut aus auf Ablauftisch oder Ablauf rollgang. □ Ein Ziehen kann mit Rückzug oder Vorschub überlagert werden, durch eine
„modifizierte Einstoßvorrichtung": Vor dem Ziehwerkzeug arbeiten ein oder mehrere Vorschubeinrichtungen oder Rollenpaare mit dem Zweck, auf die Umformzone im Ziehwerkzeug zusätzlich eine Axialspannung einwirken zu lassen - produktabhängig Rückwärts-Zugspannung oder kontinuierliche Druckspannung nach vollendetem Einstoßen. Es können baugleiche Vorschubeinrichtungen eingesetzt werden.
□ Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, Produkte mit besonders problematischen Umformaufgaben ohne Abgabe aus der Umformeinrichtung reversierend mehrmals zu formen, und bei Voll-Reversieren die An- stichseite und Laufrichtung des Umformgutes umzukehren.
Reversierendes Richten oder Walzen umfasst eine Förderung des Umformgutes durch die Umformeinrichtung vor- und rückwärts - voll-reversierend mit Umformung oder leer-reversierend ohne Umformung, auch wieder mit oder ohne Nachsetzen. Auf der Material- oder Fertigseite wird das Profil nach dem Durchgang von ein oder mehreren Vorschubeinrichtungen gehalten - vorzugsweise beidseitig für axiale Spannung - und der Prozess läuft mit Umkehr der Förderrichtung mit einem weiteren Durchgang fort.
□ Doppelseitiges Richten oder Walzen setzt auf Be- und/oder Entladeseite den Einsatz je mindestens einer Vorschubeinrichtung voraus. Bei dieser Abwandlung des reversierenden Richtens oder Walzens kann eine Seite bereits einfördern, während die andere Seite ausfördert. So können z.B. mit den gleichen Richtrollen bzw. Profilwalzen zwei Artikel im getrennten Mate- rialfluss ohne Loszwischenzeit gefertigt werden. Auch ist so prozessbedingtes Warten zwischen zwei Durchgängen industriell erreichbar.
Ein Richten nach dem Walzen ist möglich, wenn die Richtrolle plus Gegen rolle alternativ als Walzgerüst gefahren werden kann und die Anlage mehre re Durchgänge mit unterschiedlichen Umformverfahren vorsieht, z.B. Walzen plus Richten. Allgemein könnte ein Umformverfahrenswechsel für ein Profil möglich sein. Dazu sind in zeitlicher Folge für jedes gewählte Verfahren die Werkzeuge und Anlagenteile anzustellen und zu regeln - oder zu öffnen - entweder in einem Durchgang für Teillängen eines Profils, oder von Durchgang zu Durchgang.
□ Weitere Verfahrensoptionen können sich durch Integration von anderen Fer- tigungs- oder Prüfeinrichtungen in einer Transferstraße vor, zwischen oder hinter den erfindungsgemäßen Einrichtungen ergeben, durch Anzahl- und Verfahrensvariation dieser Einrichtungen und Abläufe, z.B. für besondere Produkte oder Anlagenparameter, insbesondere z.B. für Rieht- und Abschneidanlagen.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Umformen längsorientierter Profile, insbesondere längsorientierter Halbzeuge und/oder Rohteile aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Stahl, die in mindestens einer Umformstufe aus einem Ausgangsmaterial durch mindestens ein formgebendes Werkzeug das längsorientierte Profil umformt, wofür das Umformgut in Form des Ausgangsmaterials und/oder des in der Umformstufe hergestellten Profils bezogen auf das formgebende Werkzeug eine durch mindestens eine Vorschubeinrichtung gesteuerte Relativbewegung ausführt, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 . Bei einer derartigen Vorrichtung sind mindestens zwei unabhängig zueinander verfahrbare und steuerbare Vorschubeinrichtungen vorgesehen, die vor und/oder nach der Umformstufe zeitgleich oder im wesentlichen zeitlich alternierend Axialkräfte auf das Umformgut ausüben und damit vor und/oder in und/oder hinter der Umformzone Axialspannungen in dem Umformgut hervorrufen.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Vorschubeinrichtungen Klemmeinrichtungen, insbesondere Klemmbacken aufweisen, mit denen sie das Umformgut klemmen und Kräfte auf das Umformgut ausüben können. Diese können in weiterer Ausgestaltung derart zueinander angeordnet und bewegbar sein, dass sie gleichzeitig an dem umzuformenden Material oder dem umgeformten Profil angreifen können. Hierdurch wird es möglich, gleichzeitig die Axialkräfte von zwei oder mehr Vorschubeinrichtungen auf das Umformgut zu übertragen und damit die zur Umformung bereit stehende Axialkraft z.B. beim Ziehen zu vervielfachen. Dadurch und durch die unabhängig steuerbaren Vorschubeinrichtungen der Vorrichtung zum Umformen kann auf einer leistungsmäßig für den normalen z.B. alternierenden Betrieb der Vorschubeinrichtungen ausgelegten Vorrichtung eine wesentlich größere Umformung (ob Umformgrad, Materialquerschnitt oder Materialfestigkeit) erreicht werden, wenn die Vorschubeinrichtungen wie beschrieben gleichzeitig an dem Umformgut angreifen und über die Klemmeinrichtungen die jeweils einzeln bereitgestellten Axialkräfte gleichzeitig auf das Umformgut in der Umformzone einwirken.
Hierbei können in einer ersten Ausgestaltung die Klemmeinrichtungen axial bezogen auf die Vorschubrichtung versetzt zueinander an dem Umformgut angreifen. Dies entspricht dem grundsätzlich auch z.B. bei kombinierten Ziehmaschinen realisierten Aufbau, mit dem Unterschied, dass hier, anders als beim zeitlich nur kurzen Umgreifen bei kombinierten Ziehmaschinen, erfindungsgemäß die Klemmeinrichtungen auch gleichzeitig oder über einen längeren Zeitraum während der Umformung an dem Umformgut angreifen und die Axialkräfte übertragen können.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist es denkbar, dass die Klemmeinrichtungen axial bezogen auf die Vorschubrichtung am gleichen Materialabschnitt des Umformgutes angreifen. Die Klemmeinrichtungen können dabei simultan quasi am gleichen Längs- bzw. Querschnittsabschnitt des Umformgutes angreifen und so die Klemmkraft in einem sehr kurzen Längsabschnitt des Umformgutes einleiten. Dies ist z.B. dadurch erreichbar, dass die Klemmeinrichtungen um die Vorschubachse verdreht zueinander angeordnet sind, etwa indem die Klemmeinrichtungen mindestens je zwei Paare gegenüberliegend angeordneter Backen, vorzugsweise unter 90° um die Vorschubachse verdreht zueinander aufweisen, so dass beide Backenpaare gleichzeitig an dem selben Längsabschnitt des Umformgutes angreifen können. Derart verschachtelt angeordnet können diese Backenpaare bei der axialen Bewegung der zugehörigen Vorschubeinrichtungen quasi ineinander fahren und dabei um die Vorschubachse verdreht zueinander am gleichen Längsabschnitt des Umformgutes angreifen und leiten dort die Klemmkraft mehrachsig ein.
In weiterer Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass die Paare gegenüberliegend angeordneter Backen einzeln radial derart verstellbar sind, dass sie das Umformgut bezogen auf die Vorschubrichtung radial ausrichten können. Hierdurch kann eine Art Versatz des Umformgutes bezogen auf die Vorschubrichtung erzeugt werden, durch den z.B. eine optimierte Ausrichtung des Umformgutes zur Prozessachse für eine bessere Verteilung der Gesamtaxialkraft oder eine bessere Geradheit des Profils gesorgt wird.
Als Bauarten und Anordnungen der Vorschubeinrichtungen sind denkbar, auch in unterschiedlichen Kombinationen:
□ Vorschubeinrichtung mit einem, zwei, drei oder vier einstellbaren Klemmbacken auf einem Schlitten mit translatorischem Antrieb. Im Falle von nur einer Klemmbacke je Schlitten muss die Prozessführung mindestens zwei Schlitten zu einer Vorschubeinrichtung systemtechnisch koppeln.
□ Anstellantrieb für die Klemmbacken mitfahrend im Schlitten oder über radial anstellbare Kulissen, die parallel zur Vorschubachse eingebaut sind
Hierbei kann die Vorschubeinrichtung als Werkzeugaufnahme die eigentlichen Backen im Kontakt mit dem Umformgut tragen, ans Profil oder an eine Profilgruppe an- gepasst, und wird z.B. als Rollenwagen geführt. Die translatorische Führungsbahn der Vorschubeinrichtung ist anstellbar zur Klemmung, z.B. mittels Kurzhubzylinder. Der translatorische Axial-Antrieb der Vorschubeinrichtung, z.B. mittels Zahnstange und Hydraulikmotor, vorzugsweise mit Massenausgleich, kann mit der Führungsbahn verbunden, im Schlitten oder frei von beiden sein.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umformverfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Umformvorrichtung zeigt die Zeichnung.
Es zeigen:
Figur 1 - schematische Darstellung eines schrittweisen Ziehens mit mindestens zwei Vorschubeinrichtungen 1 , 2 mit Einzelantrieb und praktisch doppelter Axialkraft, Figur 2 - kontinuierliches Ziehen mit mindestens zwei Vorschubeinrichtungen 1 , 2 mit Einzelantrieb auf derselben Umformeinrichtung gemäß Figur 1 ,
Figur 3a - Variante des Ziehens gemäß Figur 1 , wobei die Vorschubeinrichtung
3 als ortsfeste Schlittenbremse wirkt und die andere Vorschubeinrichtung 4 die Axialkraft aufbringt,
Figur 3b - Variante des Ziehens gemäß Figur 1 , wobei der Kopf des Ausgangsmaterials 6 durch Klemmen in Vorschubeinrichtung 2 und Verlagern in die Position 2' in die Umformstufe U befördert wird, Figur 4 - Rollenrichten oder Walzen oder Ziehen mit Gegenzug in einer Umformstufe U mit mindestens zwei Vorschubeinrichtungen 1 , 2 auf der Einlaufseite und mindestens zwei Vorschubeinrichtungen 3, 4 auf der Auslaufseite zum Aufbringen einer überlagerten Axialspannung auf das Umformgut, Figur 5 - Variante des Ziehens mit Rückzug, des Richtens oder des Walzens gemäß Figur 1 mit zwei Vorschubeinrichtungen 1 , 3 vor und nach der Umformstufe U zum Aufbringen einer überlagerten Axialspannung auf das Ausgangsmaterial,
Figur 6 - Variante des Umformens gemäß Figur 4 mit einer Einrichtung zur
Erwärmung des Umformgutes 5,6 im Bereich der Umformzone U,
Figur 7 - Verfahrensablauf beim schrittweisen Vorschub mit beiden Vorschubeinrichtungen und sukzessivem Reversieren unter fortbestehender Klemmung,
Figur 8a, 8b - beispielhafte Ausgestaltung der Klemmeinrichtungen mit zwei um
90° um die Vorschubachse verdreht zueinander angeordneten Backenpaaren zum Angriff beider Backenpaare am gleichen Längsabschnitt des Umformgutes, Figur 9 - konstruktiv-schematische Umsetzung eines Maschinengestells und Anordnung der Klemmeinrichtungen zur Klemmung durch beide Vorschubeinrichtungen am gleichen Längsabschnitt des Umformgutes,
Figur 10 - Lösungsansatz für die konstruktive Gestaltung der Vorschubeinrichtungen im Hinblick auf die Trennung der Klemmbewegung von der Translationsbewegung.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Figur 1 an einem einfachen Beispiel für das diskontinuierliche Ziehen mit mindestens zwei Vorschubeinrichtungen 1 , 2 mit Einzelantrieb und praktisch doppelter Axialkraft beschrieben, wobei die Vorschubeinrichtungen 1 , 2 gemeinsam schrittweise mit mehrfacher Ziehkraft das Profil 5 aus einem Ausgangsmaterial 6 in einer Umformstufe U umformen. Figur 1 zeigt schematisch das eigentliche Ziehwerkzeug als Umformstufe U, die kontinuierliche Prozessachse, die gleichzeitig die Längsachse des Ausgangsmaterials 6 und des Profils 5 ist, die Bewegungsrichtung 7 der Vorschubeinrichtungen 1 , 2 mit den Pfeilen hinter der Umformstufe U, sowie die erfindungsgemäßen Vorschubeinrichtungen 1 und 2. Für die Vorschubeinrichtungen 1 , 2 sind zwei Positionen nah (1 , 2) und entfernt 2') zur Umformstufe U dargestellt - hier in einer Grundanordnung hintereinander.
Das gleichzeitige und in Längsrichtung versetzte Angreifen und Klemmen des Profils hinter der Umformstufe U durch die Vorschubeinrichtungen 1 , 2 ermöglicht eine simultane Übertragung der durch die Vorschubeinrichtungen 1 , 2 jeweils einzeln erzeugten Axialkräfte auf das Profil 5 und damit in diesem Fall praktisch eine Verdoppelung der Ziehkräfte auf der gleichen Maschine, die auch entsprechend Figur 2 wie eine kombinierte Ziehmaschine betrieben werden kann.
Die Vorschubeinrichtungen 1 , 2 verschieben sich dabei gleichzeitig in ihre Positionen 1 ' und 2', während sie das Ausgangsmaterial 6 klemmen und umformen. Anschließend lösen sie sukzessive die Klemmung und fahren frei in die Ausgangspositionen 1 , 2 zurück.
Dieses Verfahren zur Steuerung der Vorschubeinrichtungen 1 , 2 ermöglicht es, größere Querschnitte des Ausgangsmaterials 6 auf einer„kleineren" Maschine schrittweise umzuformen. So können auf Umformeinrichtungen für das erfindungsgemäße Verfahren größere Querschnitte mit„zwei kleineren" Vorschubeinrichtungen 1 , 2 auf einer Seite (Ziehen gerader Längen ohne Gegenzug) umgeformt werden.
Ein kontinuierliches Umformen in einem Durchgang ist auf der gleichen Umformeinrichtung dadurch möglich, dass gemäß Figur 2 die zwei Vorschubeinrichtungen 1 , 2 hinter der Umformstation U (bzw. bei anderen Umformverfahren wie etwa dem Richten oder Walzen auf Belade- und/oder Entladeseite je mindestens zwei Vorschubeinrichtungen 1 , 2 bzw. 3, 4) abwechselnd klemmend mit dem Umformgut 5, 6 wechselwirken. Die Vorschubeinrichtungen 1 , 2 wechseln dabei ab zwischen Lastweg zum Umformen 7 und Reversieren 8 als Leerweg. Dafür öffnen die Backen in den jeweiligen Vorschubeinrichtungen 1 bzw. 2 im Leer-Rückweg (Position 2' zu Position 2) so weit, dass die Vorschubachse für die andere Vorschubeinrichtung 2 im Lastweg frei ist. Anschließend klemmt die reversierte Vorschubeinrichtung 2 das Profil 5 wieder und zieht es weiter durch die Umformstufe U, während nunmehr die in der Position Γ befindliche Vorschubeinrichtung 1 die Klemmung löst, öffnet und in die Position 1 reversiert. Hierdurch können Setzmarken durch Vollentlastung minimiert werden, indem zum Leer-Reversieren einer Vorschubeinrichtung (2*, dann 1* gemäß Figur 7) das Profil 5 von der anderen Vorschubeinrichtung (1 ', dann 2 gemäß Figur 7) gespannt gehalten wird.
In der Figur 3a und 3b sind zwei verschiedene Varianten des Ziehens gemäß Figur 1 dargestellt, wobei die Betriebsweise der Vorschubeinrichtungen 2, 3 und 4 durch die erfindungsgemäße Betätigung der Vorschubeinrichtungen 2, 3 und 4 auf der gleichen Umformeinrichtung ermöglicht wird.
So kann in der Figur 3a das Ziehen des Ausgangsmaterials 6 in der Umformstufe U dadurch bewirkt werden, dass eine der Vorschubeinrichtungen, hier die Vorschubeinrichtung 3, als ortsfeste Schlittenbremse wirkt und die andere Vorschubeinrichtung 4 durch Verschiebung in die Position 4' die Axialkraft auf das Profil 5 aufbringt. In dieser Betriebsweise können auch z.B. Kleinstlose mit nur einer Vorschubeinrichtung umgeformt werden.
Entsprechend kann in anderer Ausgestaltung gemäß der Figur 3b der Beginn des Ziehens des Ausgangsmaterials 6 dadurch vereinfacht bzw. abgesichert werden, dass eine weitere, vor der Umformstufe U angeordnete Vorschubeinrichtung 2 vor Beginn der Ziehoperation den Kopf des Ausgangsmaterials 6 durch Klemmen des Ausgangsmaterials 6 und Verlagern in die Position 2' in die Umformstufe U befördert und mit diesem Einstoßen den Ziehprozess einleitet. Auch dies kann durch einfache Bewegungssteuerung der Vorschubeinrichtung 2 erfolgen.
In der Figur 4 wird das erfindungsgemäße Verfahren auf das Rollenrichten, Walzen oder Umlaufrichten angewendet. Die zentrale Umformstufe U weist eine nicht näher dargestellte Rollenrichtmaschine oder ein Walzgerüst oder eine Walzgerüst-Gruppe oder eine Umlaufrichtmaschine auf. Umgeben wird die Umformstufe U erfindungsgemäß mit mindestens zwei Vorschubeinrichtungen 1 , 2 auf der Einlaufseite und mindestens zwei Vorschubeinrichtungen 3, 4 auf der Auslaufseite. Diese Vorschubeinrichtungen 1 , 2, 3, 4 dienen zur Erzeugung einer überlagerten Axialspannung zur Umformung in der Umformstufe U, sind sämtlich längsverfahrbar, mit den Positionen 1' bis 4' dargestellt. Diese Anordnung kann dazu genutzt werden, eine gegebene Umformaufgabe insbesondere durch Überlagerung hoher Zugspannung im Umformgut 5, 6 mit einer kürzeren, leichteren, einfacheren Ausführung durchzuführen - bis hin zu einem Richten oder Walzeinrichtungen ohne Antrieb.
In der Figur 5 ist eine Anordnung von zwei Vorschubeinrichtungen 1 , 3 vor und nach der Umformstufe U dargestellt, wobei die beiden Vorschubeinrichtungen 1 , 3 zum Aufbringen einer überlagerten Axialspannung auf das Umformgut 5, 6 genutzt werden können. Hierzu können die beiden Vorschubeinrichtungen 1 , 3 während ihrer Verlagerung in die Positionen 1 ' bzw. 3' nicht genau gleich in Vorschubrichtung bewegt werden, so dass die Axialspannung zwischen den Vorschubeinrichtungen 1 und 3 höher ist als zwischen der Umformstufe U und der Vorschubeinrichtung 1. Hierdurch kann der Umformprozess in der Umformstufe U positiv beeinflusst werden. Figur 5 stellt eine diskontinuierliche Verfahrensvariante zu dem Verfahrensablauf gemäß Figur 4 dar.
In der Figur 6 ist schematisch die Möglichkeit angedeutet, dass über die Vorschubeinrichtungen 1 , 3 gezielt eine Erwärmung des Umformgutes 5, 6 im Bereich der Umformzone U vorgenommen wird, indem zwischen den Vorschubeinrichtungen 1 , 3 über flexible Leitungen 10 konduktiv eine Spannung ~ eingekoppelt wird, durch die sich dieser Abschnitt gezielt erwärmen lässt. Durch diese Erwärmung kann eine zusätzliche Beeinflussung der Umformung erreicht werden, da sich Umformungen thermisch aktiviert häufig einfacher oder günstiger für die Gefügestruktur ausführen lassen.
Für die gleichzeitige Übertragung der Axialkräfte auf das Umformgut 5, 6 ist die Anordnung der Klemmeinrichtungen 11 , 12 von Wichtigkeit. Durch geeignete Anordnung der Vorschubeinrichtungen 1 , 2 um die Vorschubachse können die Vorschubeinrichtungen 1 und 2 sich auch auf dieselbe Längsposition des Profils 5 bewegen. Dies deuten in Figur 8a, 8b zwei Backenpaare 11 , 12 an, die unter 90° um die Vorschubachse verdreht zueinander angeordnet sind. Die Backenpaare 11 bzw. 12 greifen dabei ineinander und an dem gleichen Längsabschnitt des Umformgutes 5, 6 an, so dass in diesem Querschnitt die Klemmwirkung (angedeutet durch die radialen Pfeile in Figur 8) wirkt.
Dabei können die Backenpaare 11 bzw. 12 und die zugehörigen Vorschubeinrichtungen 1 , 2 wie schon vorstehend beschrieben entweder jeweils beide zugleich die Vorschubbewegung 7 ausführen (Figur 8a) oder abwechselnd wie bei einer kombinierten Zieheinrichtung arbeiten (Figur 8b), wobei die Backen 11 gelöst sind und z.B. einen Rückhub 8 in ihre Ausgangsposition 1 bzw. 2 ausführen und die Backen 12 währenddessen das Umformgut 5, 6 geklemmt halten und die Vorschubbewegung 7 ausführen.
Die Vorschubeinrichtungen 1 , 2 können jede kraftsymmetrisch zur Vorschubachse geführt und einzeln angetrieben werden. Figur 9 zeigt für zwei hintereinander angeordnete Vorschubeinrichtungen 1 und 2 eine konstruktive Lösung, jeder Vorschubeinrichtung 1 und 2 zwei Führungen auf zwei diagonal gegenüber liegenden Säulen 13 eines 4-Säulen-Maschinengestells zuzuordnen. Für die Vorschubeinrichtung 1 sind die Backen 11 und ihre Klemmbewegungen mit zwei Doppelpfeilen gekennzeichnet sind, für Vorschubeinrichtung 2 ist nur eine Backe 12 in Draufsicht dargestellt. Es ist zu erkennen, dass beide Vorschubeinrichtungen 1 und 2 mit Klemmbewegungen unter 90° zueinander ihre Backen 11 , 12 in dieselbe Ebene in Längsposition fahren können (bei geeignet niedrigem Umschlingungswinkel der Backen 11 bzw. 12 um das nicht dargestellte Umformgut).
Figur 10 zeigt links im Querschnitt einen Lösungsansatz für die konstruktive Gestaltung der Vorschubeinrichtungen 1 , 2, 3, 4, nach der die Hauptfunktionen„radial klemmen" und„translatorisch bewegen" in zwei Baugruppen getrennt sind, am Beispiel einer Vorschubeinrichtung 1 auf einer Führungsbahn 13. Dabei deuten zwei parallele senkrechte Doppelpfeile die Radialanstellung der Führungsbahn 13 an, auf der die Vorschubeinrichtung 1 in Axialrichtung bewegt wird, durch einen horizontalen Doppelpfeil angedeutet.
Sachnummernliste
1 1 ' r- Vorschubeinrichtung
2 2' 2*- Vorschubeinrichtung
3, 3' - Vorschubeinrichtung
4, 4' - Vorschubeinrichtung
5 - Profil oder Rohr
6 - Ausgangsmaterial
7 - Vorschub beim Umformen
8 - Rückhub beim Reversieren
9 - Vorschubachse
10 - Leitungen
11 - Klemmbacke
12 - Klemmbacke
13 - Führung/Säule
U - Umformstufe
T - Trenneinrichtung

Claims

Dr. Joachim Graefe Sonnenhang 7b 58239 Schwerte Patentansprüche
1. Verfahren zum Umformen längsorientierter Profile (5), insbesondere längsorientierter Halbzeuge und/oder Rohteile aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Stahl, bei dem in mindestens einer Umformstufe (U) das längsorientierte Profil (5) aus einem Ausgangsmaterial (6) durch mindestens ein formgebendes Werkzeug umgeformt wird, wofür das Umformgut in Form des Ausgangsmaterials (6) und/oder des in der Umformstufe (U) hergestellten Profils (5) bezogen auf das formgebende Werkzeug eine durch mindestens eine Vorschubeinrichtung (1 , 2, 3, 4) gesteuerte Relativbewegung entlang einer Vorschubachse (9) ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei unabhängig zueinander verfahrbare und steuerbare Vorschubeinrichtungen (1 , 2, 3, 4) vor und/oder nach der Umformstufe (U) derart mit dem Umformgut (5, 6) wechselwirken, dass von den Vorschubeinrichtungen (1 , 2, 3, 4) zeitgleich oder im wesentlichen zeitlich abwechselnd Axialkräfte auf das Umformgut (5, 6) aufgebracht und damit vor und/oder in und/oder hinter der Umformzone (U) Axialspannungen auf das Umformgut (5, 6) ausgeübt werden.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die von den zeitgleich auf das Umformgut (5, 6) einwirkenden Vorschubeinrichtungen (1 , 2, 3, 4) aufgebrachten Axialkräfte sich in ihrer Wirkung auf das Umformgut (5, 6) verstärken, insbesondere im wesentlichen addieren.
3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei zeitgleich auf das Umformgut (5, 6) einwirkenden Vorschubeinrichtungen (1 , 2, 3, 4) das Umformgut (5, 6) diskontinuierlich durch die Umformstufe (U) fördern.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei unabhängig zueinander verfahrbaren und im wesentlichen zeitlich abwechselnd auf das Umformgut (5, 6) einwirkenden Vorschubeinrichtungen (1 , 2, 3, 4) im Wechselhub das Umformgut (5, 6) kontinuierlich durch die Umformstufe (U) fördern.
5. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens je eine Vorschubeinrichtung (1 , 2, 3, 4) vor und/oder mindestens je eine Vorschubeinrichtung (1 , 2, 3, 4) nach der Umformstufe (U) mit dem Umformgut (5, 6) wechselwirken.
6. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens je zwei Vorschubeinrichtungen (1 , 2, 3, 4) vor und/oder mindestens je zwei Vorschubeinrichtungen (1 , 2, 3, 4) nach der Umformstufe (U) mit dem Umformgut (5, 6) wechselwirken.
7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umformstufe (U) eine Ziehbearbeitung ausgeführt wird.
8. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umformstufe (U) eine Walzbearbeitung ausgeführt wird.
9. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umformstufe (U) eine Richtbearbeitung, insbesondere eine Rollenrichtbearbeitung und/oder eine Walzrichtbearbeitung ausgeführt wird.
10. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umformstufe (U) ein um die Vorschubachse (9) des umzufor- menden Materials (6) schwenkbares Werkzeug Torsionsspannungen in das Umformgut (5, 6) einbringt.
11. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umformstufe (U) ein relativ zu der Vorschubachse (9) des Umformgutes (5, 6) versetzbar angeordnetes Werkzeug Querdruckspannungen in das Umformgut (5, 6) einbringt.
12. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformgut (5, 6) kalt, vorzugsweise ohne externe Erwärmung umgeformt wird.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Umformgut (5, 6) halbwarm, vorzugsweise mit einer Erwärmung bis unterhalb einer Temperatur ohne eine Gefügeveränderung des Umformgutes (5, 6) oder einer Schädigung von Werkzeugen umgeformt wird.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Umformgut (5, 6) heiß, vorzugsweise bei Warmumformtemperatur umgeformt wird.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformtemperatur zwischen zwei Durchgängen des Umformgutes (5, 6) variiert.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Umformgutes (5, 6) mittels konduktiver Erwärmung über die Vorschubeinrichtungen (1 , 2, 3, 4) erfolgt.
17. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubeinrichtungen (1 , 2, 3, 4) abhängig von der Elastizität des Umformgutes (5, 6) und dem Umformablauf kontrolliert eine Gesamt- Axialkraft auf das Umformgut (5, 6) auf- und abbauen.
18. Vorrichtung zum Umformen längsorientierter Profile (5), insbesondere längsorientierter Halbzeuge und/oder Rohteile aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Stahl, die in mindestens einer Umformstufe (U) aus einem Aus- gangsmaterial (6) durch mindestens ein formgebendes Werkzeug das längsorientierte Profil (5) formt, wofür das Umformgut in Form des Ausgangsmaterials (6) und/oder des in der Umformstufe (U) hergestellten Profils (5) bezogen auf das formgebende Werkzeug eine durch mindestens eine Vorschubeinrichtung (1 , 2, 3, 4) gesteuerte Relativbewegung ausführt, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei unabhängig zueinander verfahrbare und steuerbare Vorschubeinrichtungen (1 , 2, 3, 4) vorgesehen sind, die vor und/oder nach der Umformstufe (U) zeitgleich oder im wesentlichen zeitlich alternierend Axialkräfte auf das Umformgut (5, 6) ausüben und damit vor und/oder in und/oder hinter der Umformzone (U) Axialspannungen in dem Umformgut (5, 6) hervorrufen.
19. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubeinrichtungen (1 , 2, 3, 4) Klemmeinrichtungen (11 , 12), insbesondere Klemmbacken aufweisen, mit denen sie das Umformgut (5, 6) klemmen und Kräfte auf das Umformgut (5, 6) ausüben können.
20. Vorrichtung gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtungen (11 , 12) der zusammen wirkenden Vorschubeinrichtungen (1 , 2, 3, 4) derart zueinander angeordnet und bewegbar sind, dass sie gleichzeitig an dem Umformgut (5, 6) angreifen können.
21. Vorrichtung gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtungen (11 , 12) axial bezogen auf die Vorschubrichtung (9) versetzt zueinander an dem Umformgut (5, 6) angreifen.
22. Vorrichtung gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtungen (11 , 12) axial bezogen auf die Vorschubrichtung (9) am gleichen Materialabschnitt des Umformgutes (5, 6) angreifen.
23. Vorrichtung gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtungen (11 , 12) um die Vorschubachse (9) versetzt bezogen auf die Vorschubrichtung (9) versetzt zueinander angeordnet sind.
24. Vorrichtung gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtungen (11 , 12) mindestens je zwei Paare gegenüberliegend angeordneter Backen, vorzugsweise unter 90° um die Vorschubachse (9) versetzt zueinander aufweisen, so dass beide Backenpaare gleichzeitig an dem selben Querschnittsabschnitt des Umformgutes (5, 6) angreifen können.
25. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Paare gegenüberliegend angeordneter Backen einzeln radial derart verstellbar sind, dass sie das Umformgut (5, 6) bezogen auf die Vorschubrichtung (9) ausrichten können.
26. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubeinrichtungen (1 , 2, 3, 4) einen antreibbaren Schlitten aufweisen, der auf Längs-Führungsbahnen (13) eines Maschinenbettes verfahrbar angeordnet ist.
27. Vorrichtung gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass an der Vorschubeinrichtung (1 , 2, 3, 4) Backen angeordnet sind, die gegenüber den Längs-Führungsbahnen radial anstellbar sind und diese Backen die Axialkräfte des translatorischen Antriebs aufnehmen und übertragen.
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