DE10024105C2 - Ringwalzvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ringwalzvorrichtung zur Herstellung von ringförmigen Werkstücken durch Walzen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ringwalzvorrichtungen zum Kaltwalzen bestehen aus einem Maschinengestell in dem für das Walzen mindestens eine über einen Motor antreibbare Walze als Außen­ werkzeug und ein als Dorn ausgebildetes Innenwerkzeug angeordnet sind. Der Dorn wird durch die auf einem Schlitten montierten Stützwalzen getragen, wobei in der Regel zwei Stützwalzen, jeweils eine zu beiden Seiten des umzuformenden Rohlings, angeordnet sind und den Dorn abstützen. Ferner ist ein Meßsystem zur Erfassung des sich während des Walzvorganges verändernden Ringdurchmessers vorgesehen. Dieses ist zwischen den Stützwalzen installiert und kann zum Beispiel an einem beweglichen Arm befestigt sein, der in den Arbeitsraum zwischen den Stützwalzen ragt. Im Betriebszustand rotiert das Außenwerkzeug und das Innenwerkzeug, der Dorn, wird mittels der Stützwalzen durch die Aufwärtsbewegung des Schlittens gegen die Innenseite des zu bearbeitenden Rohlings und dieser gegen das Außenwerkzeug gedrückt. Bei den bekannten Ringwalzvorrichtungen sind die Stützwalzen auf parallelen Wellen oder Achsen montiert. Aus der DE 41 35 906 A1 ist eine Lösung bekannt, wonach an dem Walzdorn außerhalb des profilierten Mittelstückes kegel­ stumpfförmig ausgebildete Auflageflächen als Kontaktflächen zwischen dem Walzdorn und den Stützwalzen angeordnet sind. Dabei muß der Auflagedurchmesser für die Stützwalzen kleiner sein als der kleinste Außendurchmesser des Walzdornes innerhalb des Walzdornprofiles. Die Stützwalzen besitzen ebenfalls kegelförmige Anlageflächen, die mit den entsprechenden kegelstumpfförmigen Anlageflächen der Dornwalze korrespondieren. Infolge des Durchmesserunterschiedes zwischen dem profilierten Mittelstück des Walzdornes und den Anlageflächen für die Stützwalzen entsteht ein Bund, der mit kegelförmigen Anlaufflächen versehen ist, die als Einleitungsstelle für die auftretenden Axialkräfte dient, damit diese nicht von den Aufnahme- und Führungselementen des Walzdornes aufgenommen werden müssen. Die Achsen des Walzdornes und der Stützwalzen sind parallel zueinander angeordnet. Mit der vorgenannten Lösung soll die Bruchgefahr für den Walzdorn verringert werden. Gemäß einer weiteren Verbesserung dieser Lösung wird in der DE 42 14 861 A1 vorgeschlagen, anstelle der kegelförmigen Anlageflächen zwischen Walzdorn und den Stützwalzen konkave und konvexe Anlageflächen anzuordnen, um eine zur Rißbildung führende Kantenpressung zu vermeiden.

Aus der US 3,681,962 ist eine Ringwalzvorrichtung bekannt, die mit zwei horizontal verschiebbaren, kegelförmigen Arbeitswalzen zur Bearbeitung der Seitenflächen des Werkstückes ausgerüstet ist. Die in Richtung zum Werkstück zeigenden Stirnseiten der kegelförmigen Arbeitswalzen sind als konische, spitzkegelförmig verlaufende Flächen ausgebildet, wobei die Arbeitswalzen in einer solchen Winkelstellung gelagert sind, daß sich die Flächen in einem rechten Winkel zur Mittelachse des Innen­ werkzeuges befinden. Mittels der Arbeitswalzen soll die Breite des Werkstückes verringert werden. Über eine Anpresswalze wird die erforderliche Walzkraft zur Verformung der Wanddicke des ringförmigen Werkstückes aufgebracht.

In der DE 197 42 737 A1 ist eine Ringwalzvorrichtung zur Herstellung von ringförmigen Werkstücken durch Walzen beschrieben, bestehend aus einem Maschinengestell mit einem antreibbaren rotierenden Außenwerkzeug und einem in das zu bearbeitende ringförmige Werkstück einschiebbarem Innenwerkzeug, das schwimmend gelagert ist und von Stützwalzen getragen wird. Die Ringwalzvorrichtung ist mit einem Meßsystem zur Erfassung der Durchmesserveränderung des zu bearbeitenden Werkstückes ausgerüstet. Auf den Walzwerkzeugen sind mehrere Profilierungen aufgebracht, die nacheinander zum Erzeugen von Zwischenformen bzw. der Endform einsetzbar sind. Die bekannten Ringwalzvorrichtungen sind mit Stützwalzen ausgerüstet, die sich unmittelbar beidseitig neben dem zu bearbeitenden Rohling in achsparalleler Lage zu dem Innenwerkzeug bzw. der Dornwalze befinden. Durch den Abstand zwischen den Stützwalzen wird der zur Verfügung stehende Arbeitsraum festgelegt, der in der Regel nur sehr klein ist. Ein Einsatz weiterer zusätzlicher Mittel, wie Planwalzeinrichtungen oder weitere aktive Außenwerkzeuge zur Beeinflussung oder Unterstützung des Walz­ vorganges, ist somit nicht realisierbar. Das Innenwerkzeug bzw. der Dorn ist schwimmend auf den beiden Stützwalzen gelagert, wodurch einerseits eine instabile Lage des Dornes und demzufolge auch des Werkstückes hervorgerufen wird und andererseits beim Einwirken großer Kräfte ein sehr hoher Verschleiß durch die Linien­ berührung zwischen Dorn und Stützwalze an diesen entsteht.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die schwimmende Lagerung des Innen­ werkzeuges bzw. des Dornes einer Ringwalzvorrichtung zu verbessern und dabei gleichzeitig einen wesentlich größeren Arbeitsraum zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Geeignete Ausgestaltungsvarianten sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10.

Durch die vorgeschlagene kegelförmige Ausbildung der unmittelbar mit dem Innen­ werkzeug in Berührungskontakt stehenden Walzen und deren Anordnung in Schräg­ stellung zu der Rotationsachse des Innenwerkzeuges wird ein zusätzlicher Freiraum, insbesondere für die Anordnung weiterer Außenwerkzeuge zur Beeinflussung des Walzvorganges geschaffen. Um einen ausreichenden Freiraum zu schaffen sollte der Neigungswinkel α/2 der Mantelfläche der kegelförmigen Walzen in einem Bereich von 20° bis 40° liegen.

Je nach den Walzbedingungen eröffnen sich eine Vielzahl an Ausgestaltungs­ varianten. So kann es z. B. bereits ausreichend sein, wenn nur an einer Seite benachbart zu dem Werkstück eine einzige kegelförmige Stützwalze angeordnet ist. Zweckmäßig ist es dann, an der gegenüberliegenden Seite ein Stützwalzenpaar, das aus zwei zylinderförmigen Stützwalzen gebildet ist, anzuordnen. Es kann auch an jeder der zu dem Werkstück benachbarten Seiten entweder eine kegelförmige Stützwalze oder ein Stützwalzenpaar, bestehend aus zwei kegelförmigen Walzen, angeordnet werden. Die Walzen können als gerader Kreiskegel oder als Kreiskegelstumpf ausgebildet sein. Die kegelförmige Ausbildung der Walzen erfordert keine wesent­ lichen Veränderungen an dem Innenwerkzeug bzw. Dorn oder der Dornwalze. Die kegelförmigen Walzen sind in Schrägstellung zu dem Innenwerkzeug angeordnet, wobei die Grundfläche des Kegels nach außen gerichtet ist, also vom Werkstück absteht. Durch die zum Werkstück zeigende Verjüngung des Kegels wird der entsprechende Freiraum gebildet, wobei die Größe des neu geschaffenen Arbeitsraumes im Wesentlichen durch den Neigungswinkel der Kegelmantellinie bestimmt wird.

Das ansonsten im Bereich der Enden zylinderförmige Innenwerkzeug kann auch im Wirkungsbereich der Anlageflächen zwischen dem Innenwerkzeug und den Stütz­ walzen eine unebene Flächengestaltung, zum Beispiel in Form einer Schlangenlinie, aufweisen, wobei die Mantelfläche der Stützwalzen in korrespondierender Weise analog ausgebildet ist, so daß jeweils die Abschnitte "Berg" und "Tal" aneinander anliegen. Außerdem kann zwischen mindestens einer Stützwalze und dem Innen­ werkzeug auch eine Führung angeordnet sein, z. B. durch eine umlaufende Wulst und eine paßgenau umlaufende Ausnehmung. Die vorgenannten Führungselemente sowie die Anordnung von jeweils einem oder zwei Stützwalzenpaaren ermöglichen eine besonders stabile und exakte Positionierung des Innenwerkzeuges, die sich vorteilhaft auf die Genauigkeit des Walzergebnisses auswirkt.

Eine weitere Ausführungsvariante, die für eine besonders vorteilhafte Aufnahme und Verteilung der beim Walzen auftretenden Axialkräfte dient, besteht darin, daß an such herkömmliche zylinderförmige Stützwalzen vorgesehen sind, und zwischen den Stützwalzen und dem Innenwerkzeug zusätzlich kegelförmige Walzen angeordnet sind, die als sogenannter Doppelkegel mit aneinander anliegender Grundfläche ausgeführt und in entsprechender Schrägstellung gelagert sind. Dabei steht die nach innen, zum Werkstück zeigende Mantelfläche des einen Kegels mit dem Innenwerkzeug in Berührungskontakt und die Mantelfläche des anderen, nach außen zeigenden Kegels, mit der jeweiligen Stützwalze in Berührungskontakt.

Die Erfindung soll nachstehend an mehreren Beispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung von Innen- und Außenwerkzeug im Zusammenwirken mit zwei kegelförmigen Stützwalzenpaaren, als Vorderansicht,

Fig. 2 eine Seitenansicht zu der in Fig. 1 gezeigten Werkzeug- und Walzenanordnung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung von Innen- und Außenwerkzeug im Zusammenwirken mit zwei kegelförmigen Stützwalzen, wobei eine der Stützwalzen mit einer gewölbten Mantelfläche versehen ist, als Vorder­ ansicht,

Fig. 4 eine Seitenansicht zu der in Fig. 3 gezeigten Werkzeug- und Walzenanordnung,

Fig. 5 eine schematische Darstellung von Innen- und Außenwerkzeug im Zusammenwirken mit zwei Stützwalzen und zwei kegelförmigen Walzen, als Vorderansicht und

Fig. 6 eine Seitenansicht zu der in Fig. 5 gezeigten Werkzeug- und Walzenanordnung.

In den Fig. 1 bis 6 sind verschiedene Walzenausführungen im Zusammenwirken mit den entsprechenden Werkzeugen gezeigt, die innerhalb einer an sich bekannten Ringwalzvorrichtung bzw. Ringwalzmaschine angeordnet sind, deren Aufbau nicht näher dargestellt ist.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsvariante gezeigt, bei der das Außen­ werkzeug 1, wie in Fig. 2 zu sehen ist, aus zwei rotierbaren Walzen 1a und 1b besteht, die achsparallel in dem Maschinengestell der Walzvorrichtung gelagert sind. Das Innenwerkzeug bzw. der Walzdorn 2 ist schwimmend auf zwei kegelförmig ausgebildeten Stützwalzenpaaren 3 und 4 gelagert, die jeweils durch identische kegelförmige Stützwalzen 3a, 4a und 4b gebildet sind. Von dem Stützwalzenpaar 3 ist in der Fig. 1 nur eine Stützwalze 3a zu sehen. Die Stützwalzenpaare 3 und 4 sind jeweils seitlich, rechts und links, neben dem zu bearbeitenden ringförmigen Werkstück 5 angeordnet. Die vier Stützwalzen 3a, 4a und 4b sind als gerader Kegelstumpf ausgebildet und in Schrägstellung zu der Rotationsachse X des Innenwerkzeuges 2 auf einem nicht näher gezeigten Walzschlitten gelagert. Die Schrägstellung der Lagerung der vier Stützwalzen 3a, 4a und 4b ist dabei so gewählt, daß im Betriebs­ zustand die Mantellinien der kegelförmigen Stützwalzen mit dem Innenwerkzeug in Berührungskontakt stehen. Das auf jeweils einem Walzenpaar 3 und 4 aufliegende Innenwerkzeug 2 ist somit lagestabil gelagert und gewährleistet eine hohe Genauigkeit hinsichtlich des zu erzielenden Walzergebnisses. Durch die kegelförmige Ausbildung der vier Stützwalzen 3a, 4a und 4b sowie deren schräge Lagerung wird ohne nachteilige Auswirkungen auf den Walzprozeß ein relativ großer Freiraum bzw. Arbeitsraum 6 für einen möglichen Einsatz weiterer Werkzeuge zur Bearbeitung der Außenfläche des ringförmigen Werkstückes 5 geschaffen. Dieser zur Verfügung stehende Arbeitsraum 6 ist in der Fig. 1 durch eine gestrichelte Linienführung umrissen. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung besteht darin, daß die Aufteilung der beim Walzvorgang auftretenden Kräfte auf jeweils zwei Stützwalzen zu jeder der Saite neben dem Werkstück aufgeteilt werden und dadurch eine geringere Walzenpressung für die einzelnen Stützwalzen entsteht. Der Neigungswinkel α/2 der Kegelmantelfläche sollte in einem Bereich von 20° bis 40° liegen, vorzugsweise 25° bis 35°. Der Neigungswinkel α/2 der Kegelmantelfläche ist in der Fig. 1 eingezeichnet.

In den Fig. 3 und 4 ist eine Ausführung gezeigt, bei der im Vergleich zu der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Variante nur zwei kegelförmige Stützwalzen 7 und 8 jeweils seitlich neben dem Werkstück 5 angeordnet sind, die zudem noch in ihrer Außen­ kontur verschieden ausgebildet sind. Die in Fig. 3, links neben dem Werkstück 5 gezeigte Stützwalze 7 ist als gerader Kegelstumpf ausgeführt und besitzt eine ebene Mantelfläche 7a, analog wie die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Stützwalzen. Die andere Stützwalze 8 besitzt eine leicht gebogene bzw. gekrümmte Mantellinie 8a als Anlagefläche und der Bereich des Innenwerkzeuges 2, der mit der Mantelfläche der kegelförmigen Stützwalze 8 in Berührung kommt, ist ebenfalls mit einer gebogenen bzw. gekrümmten Außenkontur 2a der Mantelfläche versehen, in genau umgekehrtem Sinne. Dadurch kommt es durch die aneinander anliegenden Berührungsstellen 8a und 2a zu einer Zwangsführung zwischen dem Innenwerkzeug 2 und der kegel­ förmigen Stützwalze 8, die während des Walzvorganges eine sichere und lagegenaue Positionierung des Walzdornes bzw. Innenwerkzeuges gewährleistet. Erforderlichen­ falls können auch beide kegelförmigen Stützwalzen und die mit diesen korrespondierenden Bereiche des Walzdornes so ausgeführt werden. Es kann auch auf eine andere Ausführungsform zur Realisierung einer Zwangsführung zurück­ gegriffen werden.

In den Fig. 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsvariante gezeigt, bei der zwischen den beiden Stützwalzen 9, 10 und dem Innenwerkzeug 2 jeweils eine kegelförmige Walze 11, 12 angeordnet ist, die als Doppelkegelstumpf ausgebildet ist. Die beiden Grundflächen der Kegel liegen aneinander an, so daß der Doppelkegelstumpf in Richtung zu seinen beiden Kreisflächen verjüngt ist. Die beiden zylinderförmigen Stützwalzen 9 und 10 sind achsparallel zur Achse des Außenwerkzeuges 1 bzw. des Innenwerkzeuges 2 auf dem nicht näher dargestellten Walzschlitten bzw. der stationären Platte gelagert. Die beiden kegelförmigen Walzen 11 und 12 sind ebenfalls in Schrägstellung auf dem Walzschlitten gelagert und zwar derart, daß die nach innen zeigenden Mantelflächen 11a und 12a im Betriebszustand ausschließlich mit dem Innenwerkzeug in Berührungskontakt stehen und die nach außen zeigenden Mantel­ flächen 11b und 12b ausschließlich auf den beiden Stützwalzen 9 und 10 aufliegen. Diese Variante ermöglicht die Schaffung eines relativ großen Arbeitsraumes, in dem zusätzlich noch ein weiteres Außenwerkzeug 13 angeordnet ist. Die beim Walzvorgang auftretenden Kräfte werden gleichmäßig auf vier Lagerstellen verteilt.

Claims (10)

1. Ringwalzvorrichtung zur Herstellung von ringförmigen Werkstücken durch Walzen, bestehend aus einem Maschinengestell mit einem antreibbaren rotierenden Außenwerkzeug und einem in das zu bearbeitende ringförmige Werkstück einschiebbaren Innenwerkzeug, das schwimmend gelagert ist und von Stützwalzen getragen wird, sowie einem Meßsystem zur Erfassung der Durchmesser­ veränderung des zu bearbeitenden Werkstückes, dadurch gekennzeichnet, daß entweder mindestens eine der Stützwalzen (3a, 4a, 4b, 7, 8) als gerade kegel­ förmige Walze ausgebildet ist und in Schrägstellung zu der Rotationsachse X des Innenwerkzeuges (2) gelagert ist oder zylinderförmige Stützwalzen (9, 10) angeordnet sind, wobei zwischen diesen und dem Innenwerkzeug (2) als Doppelkegel ausgebildete Walzen (11, 12) in Schrägstellung zur Rotationsachse X des Innenwerkzeuges (2) angeordnet sind, und im Betriebszustand die Mantellinie der kegelförmigen Stützwalzen (3a, 4a, 4b, 7, 8) mit dem Innenwerkzeug (2) oder die Mantellinien der kegelförmigen Walzen (11, 12) mit dem Innenwerkzeug (2) und den zylinderförmigen Stützwalzen (9, 10) in Berührungskontakt stehen, wobei die kegelförmigen Stützwalzen (3a, 4a, 4b, 7, 8) und die als Doppelkegel ausgebildeten Walzen (11, 12) so angeordnet sind, daß der sich verjüngende und mit dem Innenwerkzeug (2) in Berührungskontakt stehende Abschnitt in Richtung zum Werkstück zeigt.

2. Ringwalzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel α/2 der Mantelfläche der kegelförmigen Walzen (11, 12) und Stützwalzen (3a, 4a, 4b, 7, 8) in einem Bereich von 20° bis 40° liegt.

3. Ringwalzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelförmigen Stützwalzen (3a, 4a, 4b, 7, 8) als Kreiskegel oder Kegel­ stumpf ausgebildet, und mit nach außen gerichteter, vom Werkstück abstehender Grundfläche angeordnet sind.

4. Ringwalzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die kegelförmigen Walzen (11, 12) als Doppelkegelstumpf mit aneinanderanliegenden Grundflächen ausgebildet sind, wobei im Betriebszustand der nach innen gerichtete Kegel (11a, 12a) mit dem Innenwerkzeug (2) und der nach außen gerichtete Kegel (11b, 12b) mit der jeweiligen Stützwalze (9, 10) in Berührungskontakt steht.

5. Ringwalzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelflächen (11a, 11b oder 12a, 12b) der als Doppelkegel ausgebildeten Walze (11 oder 12) unterschiedliche Neigungen aufweisen.

6. Ringwalzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Innenwerkzeug (2) und mindestens einer der kegelförmigen Stützwalzen (3a, 4a, 4b, 7, 8) eine Führung zur Sicherung und Stabilisierung des Innenwerkzeuges (2) angeordnet ist.

7. Ringwalzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (8a) der kegelförmigen Stützwalze (8) und das Innenwerkzeug (2) im Bereich Ihrer Berührungslinie als miteinander korrespondierende unebene Flächen ausgebildet sind.

8. Ringwalzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zu beiden Seiten des Werkstückes (5) ein kegelförmiges Stützwalzen­ paar (3, 4) angeordnet ist.

9. Ringwalzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Seite des Werkstückes (5) ein kegelförmiges Stützwalzenpaar und an der anderen Seite des Werkstückes (5) eine zylinderförmige Stützwalze oder ein zylinderförmiges Stützwalzenpaar angeordnet sind.

10. Ringwalzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zwischen den Stützwalzen (3a, 4a, 4b, 9, 10) unterhalb des Innenwerkzeuges (2) gebildeten Freiraum (6) mindesten ein weiteres Werkzeug (13) zur Bearbeitung der Außen- und/oder Seitenflächen des Werkstückes (5) angeordnet ist.