-
Vorrichtung zur Verformung der inneren Oberfläche eines rohrförmigen
Werkstückes Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verformung der inneren
Oberfläche eines rohrförmigen Werkstückes mit einem Dorn zur Aufnahme des Werkstückes
und mindestens einer Preßbacke zum Einwärtspressen eines vergleichsweise kleinen
Teils und zum fortschreitenden Einwärtspressen weiterer kleiner Teile des Werkstückes
gegen den Dorn, wobei diese weiteren Teile auf einer schraubenförmigen Bahn auf
dem Werkstück liegen.
-
Es ist bekannt, rohrförmige Werkstücke auf einen Dorn aufzuziehen
und mit Hilfe von Reduzierwerkzeugen das Werkstück auf das Gewinde des Dorns allmählich
aufzuhämmern oder aufzupressen. Nach einem bekannten Kaltwalzverfahren wird dann
das aufgehämmerte Werkstück gelockert und von dem Dorn abgeschraubt.
-
Es sind auch Walzwerke bekannt, deren Walzrollen sich zu einem geschlossenen
Profil ergänzen, durch das ein auf einen Dorn aufgeschobenes Werkstück hindurchgestoßen
und damit in Richtung seiner Längsachse verformt wird. Schließlich sind auch Maschinen
in Anwendung, bei denen sich ein Werkzeug auf den Innendurchmesser eines in ständige
Umdrehung versetzten rohrförmigen Werkstückes abwälzt. Dabei weisen Werkstück und
Werkzeug exzentrisch zueinander liegende Achsen auf.
-
Demgegenüber wird durch die Erfindung eine nach einem von dem bekannten
Verfahren abweichenden Verfahren arbeitende Vorrichtung geschaffen, bei der infolge
ihrer neuartigen Ausbildung eine große Genauigkeit und hohe Arbeitsgesch-,vindigkeit
des Verformungsvorganges der inneren Oberfläche eines rohrförmigen Werkstückes auch
in wirtschaftlich vorteilhafter Weise erreicht wird, wobei von Bedeutung ist, daß
die Verformung auch bei Raumtemperatur vor sich gehen kann.
-
Erfindungsgemäß werden diese Vorteile dadurch erzielt, daß die Preßbacke
der Verformungsvorrichtung quer zur Achse des Dorns verschieblich ist und eine mit
dem Werkstück in Berührung gelangende, schräg zur Bewegungsrichtung der Preßbacke
verlaufende Erhöhung aufweist, wobei die zum Werkstück tangentiale Bewegung der
Preßbacke ein Einwärtspressen aufeinanderfolgender kleiner Teile des Werkstückes
gegen den Dorn durch die Erhöhung auf einer schraubenförmigen Bahn bewirkt. Hierdurch
wird ein besonders günstiger Fluß des Materials des Werkstückes erzielt, wodurch
sich die Arbeitsgeschwindigkeit beträchtlich steigert und andererseits die Gefahr
von Ungenauigkeiten bei der Ausbildung des Werkstückes von vornherein vermindert
ist.
-
Die äußere Oberfläche des Dorns trägt das Gegenprofil zu der gewünschten
Gestalt der Innenfläche des rohrförmigen Werkstückes. Wenn z. B. bei einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung an dem Werkstück eine Innenverzahnung herzustellen
ist, dann hat der Dorn nach außen gerichtete Zähne in einem Gegenprofil. Der Dorn
wird frei drehbar gelagert und das rohrförmige Werkstück auf den Dorn aufgeschoben.
Anschließend wirken auf das Werkstück tangential von entgegengesetzten Richtungen
obere und untere Preßbacken ein. Diese Preßbacken sind mit zur Vorschubrichtung
der Backen schräg verlaufenden, streifenförmigen Erhöhungen versehen, die sich über
die ganze Oberfläche der Preßbacken erstrecken und mit dem Werkstück in Berührung
kommen.
-
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 eine Vorderansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung, Fig. 2
eine Seitenansicht der Vorrichtung mit der Lageranordnung für das Werkstück und
einem zähneformenden Dorn, wobei Teile der Vorrichtung zur besseren Übersichtlichkeit
weggelassen wurden, Fig. 3 einen teilweisen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie
3-3 von Fig. 2; diese Darstellung zeigt das Zusammenwirken von Werkstück und Dorn,
wobei das Werkstück bereits seine endgültige Form besitzt, Fig. 4 einen Querschnitt
entsprechend der Schnittlinie 4-4 der Fig. 3, der die äußeren Schultern an den beiden
einander gegenüberliegenden Enden des innenverzahnten Werkstückes zeigt,
Fig.
5 eine Draufsicht auf die eine der beiden Preßbacken, wobei ein Teil weggebrochen
worden und die Form der schräg verlaufenden, mit dem Werkstück in Berührung kommenden
Erhöhung erkennbar ist, Fig. 6 eine Seitenansicht der Preßbacke nach der Fig. 5,
welche die abfallenden vorderen und rückwärtigen Abschnitte erkennen läßt, Fig.
7 einen Teil der Preßbacke mit der Erhöhung entsprechend der Schnittlinie 7-7 der
Fig. 5 und Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines Zwischenstadiums bei dem
Verfahren zur Formung einer Innenverzahnung an einem rohrförmigen Werkstück. In
den Zeichnungen ist in den Fig. 1 und 2 eine Maschine gezeigt. Diese Maschine besteht
aus dem Untergestell 11 und dem Obergestell 12, die durch Säulen 13 miteinander
verbunden sind. Dadurch wird der in Fig. 2 dargestellte Arbeitsraum 14 bestimmt.
Eine horizontale Spindel 15, die in der Maschine gelagert ist, trägt einen Dorn
16 aus gehärtetem Metall. Dieser Dorn 16 ist mit einer Mehrzahl von Außenzähnen
17 versehen, wie dies aus der Fig. 3 entnommen werden kann. Die Zähne besitzen eine
Form, die eine Gegenform zu der gewünschten Form der inneren Zähne ist, welche in
dem rohrförmigen Werkstück geformt werden sollen.
-
Ein ausladender Arm 18 ist an dem Gestell 12 befestigt und trägt einen
Reitstock 19, der zur Befestigung des äußeren Endes des rohrförmigen Werkstückes
dient. Dieses rohrförmige Werkstück ist durch strichpunktierte Linien 20 in der
Fig. 1 angedeutet. Der Reitstock 19 besitzt ein Zentrierstück 21, (las durch eine
Kolbenstange 22 in Richtung auf den Dorn 16 hin- und herbewegt werden kann. Das
Zentrierstück 21 ist in den Lagern 23 drehbar gehalten, so daß das Werkstück 20
während des Bearbeitungsvorganges rotieren kann.
-
Eine untere Preßbacke 24 und eine obere Preßbacke 25 sind an dem Untergestell
11 bzw. an dem Obergestell 12 befestigt und bewegen sich rechtwinklig zu der Arbeitsachse
bzw. zur Achse des Werkstückes. Die Preßbacke 24 ist auf einem Schlitten 26 gehalten,
der sich auf der Bahn 27 auf dem Untergestell 11 bewegt, während die Preßbacke 25
von einem ähnlichen Schlitten 28 gehalten ist, der von der Bahn 29 auf der Unterseite
des Obergestells 12 gehalten wird. Für die vertikale Einstellung der Preßbacken
24 und 25 sind Keile 31 vorgesehen. Die Schlitten 26 und 28 sind mit hydraulischen,
aus Kolben und Zylinder bestehenden Einrichtungen 32 und 33 verbunden, die zur Hin-
und Herbewegung der Schlitten während des Bearbeitungsvorganges dienen.
-
Die Konstruktion der unteren Preßbacke 24 ist im einzelnen in den
Fig. 5, 6 und 7 dargestellt. Die obere Preßbacke 25 weist eine ähnliche Konstruktion
auf. Die Preßbacke besitzt eine längliche Form und einen im wesentlichen rechteckigen
Querschnitt. Zur Erleichterung der Verbindung mit dem Schlitten 26 dient eine ebene
Unterfläche 34. Die Oberfläche 35 der Preßbacke ist eben und mit einer diagonal
verlaufenden Erhöhung 36 versehen. Die Breite und die Höhe dieser Erhöhung 36 sowie
der Winkel, unter dem sie verläuft, sind entsprechend den Erfordernissen des Verformungsvorganges
gewählt. Insbesondere ist die Erhöhung 36 derart geformt, daß dann, wenn die Oberfläche
35 der Preßbacke 24 tangential in Richtung auf das Werkstück 20 auf dem Dorn 16
bewegt wird, die Erhöhung 36 einen kleinen Teil der Rohrwandung einwärts gegen den
Dorn preßt. Da das Werkstück 20 unter dem Einfluß der tangentialen Reibungskräfte,
die von den Preßbacken 24 und 25 ausgehen, rotiert, wird der eingepreßte Teil des
Werkstückes die Form eines schraubenförmigen Streifens oder Bandes erhalten, das
den Umfang des Werkstückes umgibt. Die Erhöhung 36 ist dabei derart hoch, daß dadurch
das Rohrmaterial zwischen die Vorsprünge auf dem Dorn 16 eindringt. Die Breite und
die Neigung der Erhöhung sind ferner derart, daß dann, wenn das Werkstück 20 rotiert,
die Erhöhung den Teil des Werkstückes, der bereits eingedrückt wurde, leicht überlappt.
Die Ausbildung der Preßbacke 25, die in den Einzelheiten nicht dargestellt ist,
gleicht im wesentlichen der Ausbildung der Preßbacke 24. Beide Preßbacken werden
zu Beginn an dem gleichen Ende des zu verformenden Teiles des Werkstückes angreifen.
Jedoch sind die zur Wirkung kommenden Flächen um 180° gegeneinander versetzt.
-
Um eine bestimmte Gesamtlänge vorzusehen, längs der das Werkstück
20 geformt wird, sind die vorderen und rückwärtigen Enden der Erhöhung 36 mit Seitenflächen
37 bzw. 38 versehen. Diese Seiten 37 bzw. 38 verlaufen parallel zur Bewegungsrichtung
der Preßbacken. Die Länge der Flächen 37 und 38 ist mindestens gleich dem Umfang
des Werkstückes 20, nach dem dieses einwärts gegen den Dorn 16 gepreßt worden ist,
so daß sich Schultern 39 und 41 ergeben, wie dies am besten in der Fig. 4 erkennbar
ist. Diese Ausbildung wird auch unerwünschte Verzerrungen des äußeren Randes 42
des Werkstückes verhindern, wenn die Preßbacken so angesetzt werden, daß sie in
einem bestimmten Abstand von dem Rand 42 die Bearbeitung des Werkstückes vervollständigen.
-
Die Onerschnittsausbildung der Erhöhung 36 ist am besten aus der Fig.
7 erkennbar. Es wird bemerkt, daß die Ränder der Erhöhung Abrundungen 43 und 44
besitzen. Diese erleichtern die Verformung des Werkstückes und vermeiden unerwünschte
scharfe Ränder oder übermäßig hohe Preßdrücke.
-
Die vorderen und hinteren Enden der Erhöhung 36 sind, wie bei 45 und
46 erkennbar, abgeflacht. Das abfallende Stück 45 erleichtert den Angriff der Erhöhung
36 an dem Werkstück, da dadurch der Anpreßdruck erst nach und nach zunimmt. Der
abfallende Teil 46 an dem hinteren Ende der Erhöhung 36 sichert ein allmähliches
Abheben der Preßbacke von dem Werkstück. Dadurch wird die Elastizität des Metalls
berücksichtigt, da der Durchmesser des zusammengepreßten Rohrstückes eine geringere
Vergrößerung erfährt, sobald der Verformungsdruck nachläßt. Durch ein allmähliches
Nachlassen des Verformungsdruckes werden Fehler und andere unerwünschte Verformungen
des Rohres verhindert. Die Oberfläche 35, die während der Bewegung der Preßbacken
den unv erformten Teil des Werkstückes 20 berührt und dessen Rollbe-,vegung unterstützt,
fällt ebenfalls am rückwärtigen Ende der Preßbacken ab. Diese Abschrägung 47 ist
in den Fig. 5 und 6 angedeutet.
-
Für das praktische Arbeiten wird zuerst ein Werkstück 20 ausgewählt,
das über den Dorn 16 geschoben werden kann und einen derartigen äußeren Durchmesser
hat, daß sich nach dem Verformungsvorgang am fertigen Stück der gewünschte Außendurchmesser
ergibt. Wenn es -gewünscht wird, kann das Innere des Werkstückes 20 vor der Verformung
örtlich erhitzt werden, beispielsweise durch Induktionsheizung, um auf diese Weise
das Fließen des Metalls zu erleichtern. Es wird jedoch bemerkt, daß sich die Erfindung
insbesondere auf einen Arbeitsvorgang bezieht, bei dem das Werkstück Raumtemperatur
aufweist. Das
Reitstockzentrierstück 21 wird zurückgezogen, ein
Ende des Werkstückes auf den Dorn 16 geschoben und das Zentrierstück 21 vorgeschoben,
um das Werkstück zentrisch festzuhalten, wobei es sich aber frei drehen kann.
-
Die Preßbacken 24 und 25 werden zunächst in die in der Fig. 1 gezeigte
Stellung gebracht. In dieser Stellung werden die vorderen Enden der Erhöhung 36
sich in der Nähe des zu bearbeitenden Teils des Werkstückes 20 befinden-, z. B.
in der Nähe des Endes, das später zur Schulter 39 wird, die in der Fig. 4 dargestellt
ist. Die Oberflächen 35 der Preßbacken 24 und 25 liegen etwa tangential zu der unbearbeiteten
Oberfläche des Werkstückes 20. Wenn nun die Zylinder 32 und 33 in Wirkung treten,
dann kommen gleichzeitig die vorderen Enden 45 der Erhöhungen 35 mit dein oberen
und unteren Teil des Werkstückes 20 in Berührung und pressen das Metall des rohrförmigen
Werkstückes nach und nach nach innen. Gleichzeitig kommen auch die Oberflächen 35
der Preßbacken in Berührung mit dem Rohr 20 und erleichtern dessen Drehbewegung.
Wenn der vordere Abschnitt 45 der Preßbacken 24 und 25 das Werkstück passiert hat,
werden die Abschnitte der Erhöhungen 36, die volle Breite besitzen, mit dem Werkstück
in Berührung kommen und bewirken, daß das Rohrmaterial vollständig in die Spalte
zwischen die Vorsprünge auf dem Dorn 36 eingedrückt bzw. eingefüllt wird. Der Dorn
16 rotiert dabei mit dem Rohr. Auf Grund der Tatsache, daß die Seitenflächen 37
der auf das Werkstück einwirkenden Erhöhungen parallel zur Bewegungsrichtung verlaufen,
wird an dem Werstück eine Schulter 41 geformt, und auf dem Werkstück bildet sich
weiter ein fortschreitend breiter werdendes Band 48 aus zusammengepreßtem Material
ab (Fig.8).
-
Es sei hier beachtet, daß in irgendeinem Augenblick während des Arbeitsablaufes
immer nur zwei relativ kleine Teile des Rohres 20 durch die Erhöhungen 36 zusammengedrückt
werden. Die mit dem Rohr 20 in Berührung befindlichen Flächen 35 üben nur einen
verhältnismäßig leichten Druck aus. Auf diese Weise kommt in keinem Augenblick ein
derartiger Gesamtdruck, zustande, daß das Rohr 20 eine elliptische oder eine unrunde
Form annehmen könnte. Da die Angriffsflächen der Erhöhungen 36 mit dem Rohr 20 immer
einander gegenüberliegen, wird der Teil des Rohres 20, der nicht bearbeitet wird
oder sich nicht auf dem Dorn 16 befindet, nicht verbogen, verdrillt oder zusammengepreßt.
-
Wenn die nachfolgenden Teile der Erhöhung 36 das Rohr 20 erreichen,
werden sie die Schulter 39 formen, die dem äußeren Ende 42 des Rohres benachbart
ist. Während des Verformungsvorganges wird das Material des Rohres nicht nur radial
einwärts zwischen die Zwischenräume auf dem Dorn 16 fließen, sondern teilweise auch
axial, so daß die Gesamtlänge des Rohres 20 vergrößert wird. In der Praxis hat sich
ergeben, daß das Ausmaß der Verlängerung des Rohres bei der Auslegung der Größe
der Preßbacken des Dornes und des Werkstückes berücksichtigt werden muß. Wenn die
sich verjüngenden rückwärtigen Teile 46 und 47 der Preßbacken das Werkstück passieren,
wird der Druck auf das fertiggeformte Rohr allmählich nachlassen. Wegen der Elastizität
des Metalls werden die fertigen Zähne eine etwas größere Abmessung aufweisen als
der Dorn, so daß das Werkstück leicht abgezogen werden kann.
-
Das nachfolgende Beispiel zeigt einen typischen Vorgang, bei dem eine
Innenverzahnung an rohrförmigen Werkstücken entsprechend der Erfindung geformt wurde.
-
Ein Rohr mit einem inneren Durchmesser von 19,8 mm und einer Wandstärke
von 2,7 mm wurde über einen gehärteten Dorn geschoben, der achtzehn Zähne um einen
Außendurchmesser von 19,7 mm besaß. Jede Preßbacke war mit einer mit dem Werkstück
in Berührung kommenden Erhöhung versehen, die eine Höhe von 0,5 mm und eine Breite
von 4,7 mm aufwies. Der Radius der Seitenränder der Erhöhungen war entlang ihrer
Hauptteile 1,6 mm.
-
Beim Anbringen einer Verzahnung von etwa 30 mm Länge im Inneren des
Rohres wuchs die Länge des Rohrstückes um 1,9 mm an. Nachdem die Preßbacken das
Werkstück überquert und das Metall in die Zwischenräume der Zähne des Dornes gepreßt
hatten, verblieben etwa 3,2 mm nicht verarbeitetes Metall am Ende des Rohres, welches
den Durchmesser und die Rundung des bearbeiteten Teilstückes sicherte. Die fertige
Innenverzahnung in dem Rohr besaß einen Außendurchmesser, der etwa 0,1 mm größer
war als der Außendurchmesser des Dorns. Diese Durchmesserdifferenz rührte von dem
Zurückfedern des Rohres beim Nachlassen des Verformungsdruckes her.
-
Es sollte beachtet werden, daß es mit dem Verfahren nach der Erfindung
möglich ist, auch andere Formen als Verzahnungen od. dgl. herzustellen; z. B. können
rohrförmige Teile mit einem Innengewinde oder mit Ölnuten hergestellt werden, wenn
entsprechend geformte Dorne und Preßbacken verwendet werden. An Stelle von ebenen
Preßbacken, wie dies dargestellt worden ist, können auch kreisförmige Preßbacken
verwendet werden, auf deren Umfang die in Eingriff kommende Erhöhung schraubenförmig
ausgebildet ist. Es wird bemerkt, daß an Stelle des diagonal angeordneten Streifens
die Preßbacken unter Umständen auch mit V-förmigen Streifen bzw. Erhöhungen ausgerüstet
werden können. Diese Streifen bzw. die Erhöhungen werden anfänglich das Werkstück
mit ihrem Mittelteil bearbeiten und dann allmählich das Werkstück entlang eines
schraubenförmigen Weges verformen, der sich vom Mittelteil nach den Seiten ausdehnt.