DE3872218T2 - Verfahren und vorrichtung zum umformen des randbereiches eines loches in einer platte zu einem kragen und hierfuer geeigneter umformdorn. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwendung eines Umformwerkzeuges, um einen Randbereich rund um ein Loch in einem gegenüber dem Umformwerkzeug umlaufenden Zuschnitt in einen von der Stirnfläche des Zuschnittes vorstehenden Kragen umzuformen.
• Die Erfindung betrifft auch einen Umformdorn zum Umformen eines Randbereiches rund um ein Loch in einem Zuschnitt in einen Kragen.
• Ein Verfahren dieser Art ist von der Praxis der Herstellung einer Deckel-Verpackung zum Verpacken eines Bundes gewalzten Stahles bekannt. Diese Verpackung besitzt zwei Verpackungsdeckeln, welche jeweils den flachen unteren und den flachen oberen Rand des Bundes gewalzten Stahles bedecken, und eine Hülse, welche die zylindrische Seitenwand des Bundes gewalzten Stahles bedeckt. Um die Verpackung gegen Tropfwasser abzudichten und das Auftreten von Beschädigungen des gewalzten Stahles zu verhindern, ist die Verpackung an ihrem äußeren Umfang mit einem aufgebogenen Rand versehen. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Deckels mit aufgebogenem Rand am Außenumfang ist aus der niederländischen offengelegten Patentanmeldung 8302807 bekannt.
• Der Verpackungsdeckel kann mit einem Deckelloch versehen sein, welches dem Haspelloch im Bund gewalzten Stahles entspricht. Es sollte auch möglich sein, das Deckelloch um seinen Umfang mit einem Kragen zu versehen, welcher, ähnlich dem aufgebogenen Rand des äußeren Umfanges des Verpackungsdeckels, die Funktion der Abdichtung der Verpackung gegen Tropfwasser und des Schutzes gegen Beschädigung des Bundes gewalzten Stahles hat.
• Bei dem aus der Praxis bekannten Verfahren wird der Kragen dadurch geformt, daß der mit seinem Loch versehene Deckel so eingeklemmt wird, daß er rotieren kann, mit einer zylindrischen hohlen Druckplatte auf einer Seite, wobei die zylindrische Innenwand der Druckplatte die Form des benötigten Kragens hat, und daß dann mittels Drücken der Randabschnitt um das Loch herum allmählich gegen die Innenseite der zylindrischen Wand der hohlen Druckplatte gedrückt wird. Eine Unbequemlichkeit dieses Verfahrens besteht darin, daß für jede Dimension von Deckelloch mit Kragen eine andere Größe der Druckplatte benötigt wird. Dies bedeutet nicht nur hohe Investitionskosten in Druckplatten, sondem auch die Durchführung dieses Verfahrens ist kostspielig, weil das Werkzeug für jede neue Dimension gewechselt werden muß.
• Ein anderer Nachteil ist der, das Drückvorrichtungen teuer sind. Um die Folgen eines elastischen Rückfederns im zürückgebogenen Rand des Kragens zu verhindern ist es notwendig, komplizierte Drückvorrichtungen zu haben. Um eine Winkeldeformation am Übergang von der Stirnfläche des Zuschnittes zum Kragen zu verhindern, sind zusätzliche Maßnahmen für die Drückvorrichtung erforderlich, welche die Drückvorrichtung teuer machen und noch hohe Anforderungen an ihren Gebrauch stellen.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die mit dem bekannten Verfahren verbundenen Nachteile zu überwinden.
• Demgemäß ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Stufe ein, an das Loch des Randbereiches angrenzender erster diskreter Teil in den ersten aufgebogenen Rand umgeformt wird, daß danach in einer zweiten Stufe ein, an den ersten aufgebogenen Rand des Randbereiches angrenzender zweiter diskreter Teil in einen zweiten aufgebogenen Rand umgewandelt wird und daß die aufeinanderfolgende Umformung eines an den zuletzt geformten aufgebogenen Rand angrenzenden diskreten Teiles des Randbereiches in Stufen fortgesetzt wird, bis der gesamte Randbereich umgeformt wurde, wobei zumindest eine der Stufenumformungen an der freien Luft ausgeführt wird und wobei die Umformung in allen Stufen in derselben Richtung relativ zur Stirnfläche des Zuschnittes stattfindet.
• In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein erster aufgebogener Rand aus einem ersten Teil des Randabschnittes um das Loch herum geformt, welcher Rand den Randabschnitt um das Loch herum verstärkt. Dann kann man unter Verwendung der erzielten Verstärkung einen zweiten Teil des Randabschnittes in einen zweiten aufgebogenen Rand mit einem größeren Durchmesser als der erste aufgebogene Rand umformen. Die stufenweise Umformung des Randabschnittes wird fortgesetzt, bis der gesamte Randabschnitt umgeformt ist und der umgeformte Randabschnitt auf dem Zuschnitt auf der Stelle des Bundloches einen Kragen bildet.
• Diese Umwandlung des Randabschnittes in Stufen wird an der freien Luft ausgeführt. Die Bezeichnung "an der freien Luft" stammt aus der Technik des Drückens, Artikel 2.8 auf Seite 17 der Broschüre "Forceren en Vloeidraaien van Staal", Nr. 301, Sechste Ausgabe, herausgegeben von "Stichting Staalcentrum Nederland" stellt fest: "Eine dieser Operationen ist "Einziehen an der freien Luft". Dies ist die örtliche Verringerung der Mittellinie ohne der Anwesenheit einer Musterform". In Analogie bedeutet in dieser Anmeldung "Umformen an der freien Luft" die Umformung von Material ohne einer Druckplatte oder einer anderen Art von Musterform, gegen die das zu formende Material gedrückt wird.
• US-A-2 370 666 offenbart eine Vorrichtung zum Formen eines Flansches am Rand einer kreisförmigen Öffnung innerhalb eines Blechzuschnittes gemäß den ersten Teilen der Ansprüche 1 und 9. Der Blechzuschnitt ist zwischen einer oberen Walze und einer unteren Walze eingeklemmt. Weiters wird der Zuschnitt durch eine "Niederhalte"-Walze niedergehalten. Die Vorrichtung besitzt ein gerundetes Bördelwerkzeug, welches am oberen Ende im Durchmesser allmählich abnimmt und auf einer Achse frei rotieren kann. Vor dem Beginn der Bördeloperation ist das gerundete Bördelwerkzeug unter dem Zuschnitt zurückgezgoen. Dann wird das gerundete Bördelwerkzeug relativ zur oberen und unteren Walze bewegt, bis der Abstand zwischen dem den größten Durchmesser aufweisenden Teil des Werkzeuges und der Stirnfläche der oberen Walze im wesentlichen gleich der Dicke des Zuschnittes ist.
• Das Werkzeug wird dann nach oben bewegt, bis die gekrümmte Oberfläche des Werkzeuges den rotierenden Zuschnitt berührt, wodurch auch das Werkzeug in Drehung versetzt wird. Die weitere Aufwärtsbewegung des Werkzeuges bewirkt, daß der gewünschte Flansch zwischen der Stirnfläche der oberen Walze und der Oberfläche des Werkzeuges geformt wird. Gemäß dieser Operation wird der Flansch in einer einzelnen kontinuierlichen Bördeloperation geformt.
• Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Randbereiches rechtwinklig in einen aufgebogenen Rand umgeformt wird. Dieser Effekt des Verfahrens ergibt eine sehr hohe Steifigkeit des Randabschnittes, welche das Formen eines nachfolgend aufgebogenen Randes leichter erreichbar macht, und ein größerer Teil des zu formenden Randabschnittes kann bei jeder Stufe umgeformt werden.
• Ein besonderes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß, nachdem eine Anzahl von aufgebogenen Rändern geformt wurde, ein bereits geformter aufgebogener Rand an der freien Luft in einen mit größerem Durchmesser aufgebogenen Rand umgeformt wird. Wird dieser Effekt der Erfindung auf alle aufgebogenen Ränder angewandt, so wird ein Kragen erhalten, bei welchem die ursprünglich geformten Ränder eliminiert sind und zur Bildung eines Kragens der erforderlichen Form ineinander übergehen. Wird dieses Merkmal in Kombination mit dem früher beschriebenen Effekt verwendet, so wird ein Kragen mit einer kreisförmigen, zylindrischen Form senkrecht zur Ebene des Zuschnittes erzeugt.
• Als ein Ergebnis der Elastizität des Materials des Zuschnittes federt der Kragen elastisch zurück. Das Rückfedern ist besonders am äußeren Ende des Kragens fern von der Ebene des Zuschnittes bemerkbar. In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß zumindest der von der Stirnfläche des Zuschnittes ferne gelegener Endteil des ersten aufgebogenen Randes so in die benötigte Größe gedrückt wird, daß das elastische Zurückfedern des Endteiles zumindest teilweise ausgeglichen wird, ist die Folge des elastischen Zurückfederns auf einen gewünschten Grad verringert.
• Eine speziell einfache Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Zuschnittes, welcher an den zuletzt geformten aufgebogenen Rand angrenzt, aus der Ebene des Zuschnittes innerhalb des elastischen Bereiches dieses Teiles des Zuschnitts herausgedrückt wird und daß der dadurch an dem vom Zuschnitt ferne gelegenen Endteil des ersten aufgebogenen Randes erzeugten, nach innen gerichteten Kraft durch das Umformwerkzeug zumindest zum Teil entgegengewirkt wird.
• In der Praxis scheinen gute Resultate speziell mit Stahlzuschnitten in einer Ausführungsform erreicht zu werden, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der Randbereich in Stufen von etwa 1 cm Länge umgeformt wird.
• Wenn das Verfahren auf die Herstellung von Stahldeckeln angewendet wird, so hat sich gezeigt, daß gute Ergebnisse erzielt werden, wenn der Anstieg der Höhe eines aufgebogenen Randes während der Umformung zwischen 0,5 und 4 mm pro Umdrehung eines Stahlzuschnittes liegt, und insbesonders wenn der Anstieg der Höhe eines aufgebogenen Randes während der Umformung zwischen 1 und 2 mm pro Umdrehung eines Stahlzuschnittes liegt.
• Die Erfindung wird auch von einem Umformdorn zum Umformen eines Randbereiches rund um ein Loch in einem Zuschnitt in einen Kragen verkörpert, welcher Umformdorn ein vorderstes und ein hinterstes Ende besitzt und dessen Rotationsfläche im Durchmesser vom vordersten Ende zum hintersten Ende hin zunimmt und welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zunahme im Durchmesser nur in Stufen erfolgt und daß in einer Meridianebene zwei Verbindungslinien, die die dem vordersten Ende am nächsten gelegenen nach außen vorspringenden Scheitelpunkte der Rotationsfläche verbinden, einander rechtwinkelig schneiden.
• Mit einem solchen Umformdorn, bei dem alle Zunahmen stufenweise erfolgen, kann ein erster Teil des das Loch begrenzenden Randabschnittes umgeformt werden, während anfangs ein direkt an diesen angrenzender zweiter Teil des Randabschnittes unberührt bleibt. Durch das Weiterbewegen des Umformdornes in Richtung des Zuschnittes parallel zur Drehachse der Klemmvorrichtung wird der zweite Teil des Randabschnittes umgewandelt. Verwendet man einen Umformdorn gemäß dieser Ausführungsform, so kann ein großer Teil des Randabschnittes mit nur einer kleinen Axialbewegung des Umformdornes umgeformt werden, ohne daß große Kräfte auf den Randabschnitt wirken.
• Falls gewünscht kann der Umformdorn aus einer Anzahl von getrennt hergestellten Elementen aufgebaut sein, beispielsweise indem man eine Scheibe pro stufenweiser Zunahme des gewünschten Durchmessers nimmt und alle Scheiben übereinanderstapelt. Dabei können die Scheiben relativ zueinander fixiert sein oder in drehbarer Beziehung zueinander stehen.
• Bei der Ausführungsform, bei der einzelne Scheiben gegeneinander fixiert sind oder bei der der Umformdorn im wesentlichen ein einzelner fester Körper ist, hängt die Drehgeschwindigkeit an verschiedenen Stellen vom vordersten Endpunkt zum hintersten Endpunkt von der Stelle ab. Um den Geschwindigkeitsunterschied zwischen verschiedenen Stellen am Umformdorn und den bereits umgeformten Teilen des Randabschnittes zu verringern, ist eine andere Ausführungsform des Umformdornes erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der stufenweisen Durchmesserzunahme von dem vordersten Ende zum hintersten Ende abnimmt. Dies erzielt auch den Vorteil, daß die Verformungskräfte mit jeder nachfolgenden Umformstufe umso weniger rasch ansteigen, je näher der Umformdorn mehr aufgebogene Ränder formt und je mehr er in Kontakt mit mehr Material des Zuschnittes kommt.
• Um eine starke örtliche Deformation des Zuschnittes zu verhindern ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen vorspringenden Kanten des Umformdornes abgerundet sind und insbesonders dadurch, daß die nach außen vorspringenden Kanten mit einem Radius zwischen dem 5- und 10-fachen der Dicke des Zuschnittes abgerundet sind. Praktische Versuche haben gezeigt, daß mit dieser Ausführungsform ein gutes Gleichgewicht zwischen der metallurgischen Verstärkung des Materials des Zuschnittes als Folge der Deformation auf der einen Seite und den die Deformation induzierenden, im Material des Zuschnittes auftretenden Spannungszuständen auf der anderen Seite erzielt wird.
• Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der größte Durchmesser des Umformdornes größer als die oder gleich der Höhe des zu formenden Kragens ist.
• Während der Umformung tritt eine Dehnung im Material hauptsächlich in Umfangsrichtung eines aufgebogenen Randes auf; nur eine geringe Restdeformation tritt in Richtung der Höhe des aufgebogenen Randes auf. Das bedeutet, daß die umzuformende radiale Länge des aufgebogenen Randes näherungsweise gleich der Höhe des geformten Kragens ist. Es ist wünschenswert, daß beim Beginn der Umformung die Umformdornachse den Zuschnitt nicht schneidet, weil sonst der Rand des Loches während der Umformung des ersten aufgebogenen Randes ein instabiles Verhalten zeigt. Daher sollte der größte Durchmesser des Umformdornes vorzugsweise größer als oder gleich der radialen Länge des Randabschnittes sein. In bezug auf das vorangehende bedeutet dies auch, daß der größte Durchmesser des Umformdornes größer als die oder gleich der Höhe des zu formenden Kragens sein sollte.
• Der Umformdorn ist erfindungsgemäß vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme des Durchmessers in dem, an das hinterste Ende angrenzenden Fußteil des Umformdornes Null ist und daß die Höhe dieses Fußteiles zumindest so hoch wie die Höhe des zu formenden Kragens ist. Durch das Bewegen des Umformdornes über den ganzen Fußteil bis nach der Stirnfläche des Zuschnittes parallel zur Drehachse der Klemmvorrichtung wird ein im wesentlichen zylindrischer Kragen im Zuschnitt geformt.
• Darüberhinaus setzt der Fußteil den bereits geformten Teil des Kragens fest und ist von der Stirnfläche des Zuschnittes weiter weg, wodurch dieser Teil weniger elastisch zurückfedert und ein genau geformter Kragen geformt wird. Für bestimmte Verwendungen von Zuschnitten mit gedehnten Krägen ist es wünschenswert einen Kragen mit einer noch mehr verminderten elastischen Rückfederung zu haben, was mit einer Umformvorrichtung erzielt werden kann, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der Umformdorn an seinem hintersten Ende mit einem Druckrand zum Hochdrücken eines an den zuletzt geformten aufgebogenen Rand angrenzenden Teiles des Zuschnittes aus der Ebene des Zuschnittes versehen ist.
• Dadurch daß der Druckrand des Umformdornes gegen den Übergang vom flachen Teil des Zuschnittes zu dem zuletzt geformten Randabschnitt gedrückt wird, wird der Übergang örtlich elastisch aus der Ebene des Zuschnittes gedrückt. Dadurch wird der zuerst geformte Teil des Kragens, die Oberseite, einer nach innen gerichteten Kraft unterworfen, welche einen Teil der Oberseite des Kragens gegen das zylindrische Fußende des Umformdornes drückt. Dies deformiert die Oberseite plastisch und diese federt elastisch weniger weit zurück, nachdem der Umformdorn zurückgezogen wurde.
• Eine besonders einfache Ausführungsform der Umformvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Umformdorn frei drehbar ist. Bei dieser Ausführungsform des Umformdornes wird der Umformdorn auf seiner Achse durch die Reibung des Materials des Zuschnittes in Drehung versetzt und so wird kein eigener Andruck für den Umformdorn benötigt.
• Die Erfindung wird auch durch eine Umformvorrichtung zum Umformen eines Randbereiches rund um ein Loch in einem Zuschnitt in einen Kragen verkörpert, welche mit Klemmittel zum drehbaren Halten des Zuschnittes und mit einem Umformwerkzeug versehen ist, welches einen erfindungsgemäßen Umformdorn umfaßt, welches Umformwerkzeug parallel zur Drehachse der Klemmvorrichtung axial bewegbar ist.
• Nachstehend wird die Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung erläutert, in welchen in Fig. 1 die Erfindung mit Bezug auf eine erste Ausführungsform dargestellt ist, in Fig. 2 schematisch eine andere Ausführungsform des Verfahrens angegeben ist, in Fig. 3 eine Ausführungsform des Verfahrens angegeben ist, in welcher der Kragen ausgedehnt ist, und in welchen darüberhinaus Fig. 4 eine Ausführungsform eines Umformdornes zeigt, in der die Erfindung verkörpert ist und Fig. 5 eine Umformvorrichtung zeigt, in der die Erfindung verkörpert ist.
• In Fig. 1 ist ein scheibenförmiger Zuschnitt mit 1 bezeichnet und mit einem Mittelloch versehen, welches von einem Innenrand 2 begrenzt ist. Der Zuschnitt rotiert senkrecht zur Zeichnungsebene um die Achse 3. Eine Umformvorrichtung in der Form eines um seine Längsachse 4 rotierenden aber nicht angetriebenen Dornes ist mit 18 bezeichnet. Die Längsachse 4 des Dornes fällt nicht mit der Achse 3 zusammen. Zu Beginn befindet sich der Dorn in der mit 6 markierten Stellung, teilweise gegenüber einem Teil 5 des Randabschnittes rund um das Loch. Der Randabschnitt 5 ist in einen Kragen umzuformen. Durch das Bewegen des Dornes in Richtung des Pfeiles 14 wird ein Teil 10 des an das Loch angrenzenden Randabschnittes in einen ersten aufgebogenen Rand umgeformt. Nachdem dieser Rand geformt wurde, wird der Dorn in Richtung des Pfeiles 15 zurückgezogen und dann eine Stufe in Richtung des Pfeiles 16 in die mit 17 markierte Stellung vorgeschoben. Als nächstes wird der Dorn wiedereinmal in Richtung des Pfeiles 14 nach oben bewegt, wodurch ein mit 17 markierter Teil des Randabschnittes umgeformt wird. Bewegt man den Dorn weit genug in Richtung von Pfeil 14 so wird der erste aufgebogene Rand in der Dehnung des zweiten aufgebogenen Randes an der freien Luft umgeformt.
• In derselben Weise, wie oben beschrieben, werden auch die Teile 12 und 13 des Randabschnittes 5 vom Dorn 18 in die Nut 8 bzw. 9 markierten Stellungen umgeformt. Durch das Umformen des gesamten Randabschnittes 5 in der beschriebenen Weise wird der gewünschte Kragen 17 erzeugt.
• Fig. 2 zeigt einen anderen Weg der Umformung eines Randabschnittes rund um ein Loch in einen Kragen. Die korrespondierenden Ziffern von Fig. 1 bezeichnen korrespondierende Teile in Fig. 2. Fig. 2A zeigt den Zuschnitt 1 und den frei rotierenden Umformdorn 19 in ihren stationären Lagen relativ zueinander. In der gezeigten Situation erstreckt sich der Rand 2 vom Loch zur Längsachse 4 des Umformdornes. Dies ist die extremste Stellung für den praktischen Gebrauch; in einer Situation, in der sich der Rand 2 über die Längsachse hinauserstreckt, schneidet die Längsachse den Zuschnitt und so ist das Verhalten des Randes 2 während der Umformung schwierig zu steuern. Darüberhinaus sind die zur Umformung auf den Randabschnitt wirkenden Kräfte um so größer, je näher die Längsachse 4 zum Rand 2 kommt, während der Randabschnitt anfangs noch nicht verstärkt ist.
• In der in Fig. 2B gezeigten Situation wird der Umformdorn in Richtung des Pfeiles 20 bewegt bis er gerade den Zuschnitt berührt, welcher nun um seine Achse 3 rotiert. Durch die weitere Bewegung des Umformdornes in Richtung des Pfeiles 20 wird die in Fig. 2C gezeigte Situation erreicht. Hier wird der erste der aufgebogenen Ränder durch das scheibenförmige Element 21 des Umformdornes geformt. Der erste aufgebogene Rand ergibt eine Verstärkung des das Loch umgebenden Abschnittes des Zuschnittes, was es nun einfacher macht, einen zweiten aufgebogenen Rand zu formen, und bedeutet, daß mehr Umformkraft ausgeübt werden kann, als dies ohne Vorhandensein des ersten aufgebogenen Randes möglich wäre. Durch die weitere Bewegung des Umformdornes 19 in Richtung des Pfeiles 20 schiebt die obere Fläche des scheibenförmigen Elementes 22 den an den ersten geformten aufgebogenen Rand angrenzenden Teil des Randabschnittes nach oben und durch das weitere Bewegen formt das Element 22 den zweiten der aufgebogenen Ränder, wie in Fig. 2D zu sehen ist. Auf diese Weise wird der vorher geformte aufgebogene Rand entlang dem Element 21 gezogen und dadurch über zumindest einen Teil seiner Höhe weiter gedehnt.
• In der nächsten Stufe formt das Element 23 des Umformdornes einen weiteren aufgebogenen Rand, wie in Fig. 2E gezeigt. Der zuerst geformte aufgebogene Rand hat nun das Element 21 verlassen und ist bereits teilweise über das Element 22 gezogen und dadurch noch weiter gedehnt.
• Fig. 2F zeigt den letzten vom Umformdorn geformten aufgebogenen Rand bei der Weiterbewegung und den letzten Teil des Randabschnittes beim Umformen in einen aufgebogenen Rand durch das Element 24. Durch die Bewegung des Umformdornes werden die früher geformten aufgebogenen Bänder weiter quer über die verbogenen Elemente 22 und 23 gezogen und dadurch fortlaufend geformt und gedehnt.
• Fig. 2G,2H,2I und 2J zeigen, wie die aufgebogenen geformten Ränder nacheinander quer über die Elemente 22 und 23 gezogen werden und schließlich durch das Element 24 in eine endgültige Dimension gebracht werden. Fig. 2L zeigt einen Zuschnitt mit seinem Kragen im Schnitt, wie er nach dem Entfernen von der beschriebenen Vorrichtung erhalten wurde. Die Fig. zeigt, obwohl nicht maßstäblich, daß der Kragen als Ergebnis des elastischen Rückfederns keine Zylinderform besitzt. Wird der Zuschnitt, oder der aus ihm hergestellte Deckel an Orten verwendet, wo es für den Kragen wünschenswert ist, daß er eine bessere Annäherung an eine Zylinderform besitzt, kann der Kragen unter Verwendung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wie in Fig. 3 gezeigt, noch weiter umgeformt werden. Wiederum bezeichnet 1 den Zuschnitt, 17 den Kragen und 3 die Drehachse des Zuschnittes. Mit Hilfe des Umformwerkzeuges 28, welches in Richtung des Pfeiles 20 bewegt wird, wird ein an dem Kragen 17 anschließender Teil des Zuschnittes nach oben über einen Teil des Umfanges in Richtung des Pfeiles 20 innerhalb des elastischen Bereiches des Zuschnittes geschoben. Der Kragen 17 erfährt eine Kraft an seinem oberen Rand 27, die zur Achse 3 des Kragens gerichtet ist. Eine Bewegung des oberen Randes 27 zur Achse 3 wird durch ein Werkzeug 29 blockiert. Die Kraft, mit der der obere Rand 27 gegen das Werkzeug 29 gedrückt wird, dehnt den Kragen weiter in den plastischen Bereich des Materials des Kragens. Dies gibt dem Kragen eine Form, der sich einem Zylinder mehr annähert als die Form des Kragens vor der hier beschriebenen Operation.
• Fig. 4 zeigt eine Zeichnung eines Umformdornes zur Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens. Teile des Umformdornes mit korrespondierenden Funktionen in vorhergehenden Figuren haben die gleichen Nummern erhalten, wie sie in diesen vorhergehenden Figuren angegeben sind. Es ist nur die äußere Kontur des Umformdornes dargestellt, irgendwelche Konstruktionsmerkmale, die benötigt werden, um den Umformdorn frei drehen oder antreiben zu können, sind bekannt und ergeben sich für den Fachmann.
• Ein Umformdorn enthält die Elemente 21,22,23,25 und 24 zum stufenweisen Umformen eines Randabschnittes rund um ein Loch in einem Zuschnitt, die Höhe der Elemente 21,22,23 und 25, jeweils angegeben durch 30,31,32 und 33, ist die gleiche für alle Elemente in der gezeichneten Version. Die Elemente sind an ihren nach außen vorspringenden Rändern mit Abrundungsradien 30 abgerundet, welche hier ebenfalls als für alle Elemente inklusive 24 gleich dargestellt sind. In der Praxis ist ein nützlicher Wert für den Abrundungsradius, verwendbar unter anderem für Stahlelemente, das 5- bis 10-fache der Dicke des Zuschnittes. Die zylindrische Höhe des untersten Elementes 24 ist mit 39 bezeichnet und ist zumindest gleich der Höhe des zu formenden Kragens, um den Kragen in einer einzelnen Operation formen zu können.
• Der Radius des obersten Elementes 21 ist angegeben durch 38,34,35,36 und 37 geben den Wert an, um den der Radius jedes nachfolgenden Elementes gegenüber dem vorhergehenden ansteigt. Dieser Wert nimmt proportional zum Anstieg des Durchmessers ab, sodaß in späteren Operationsphasen, in welchen mehrere Elemente gleichzeitig am Umformverfahren teilnehmen, die gesamte auf den Umformdorn wirkende Deformationskraft verringert wird.
• Es wurde bereits in der Bezeichnung der Fig. 2A beobachtet, daß die Längsachse 4 des Umformdornes den Zuschnitt vorzugsweise nicht schneiden soll. Darüberhinaus wird die Kragenhöhe durch den Abstand vom Rand 2 des Loches eines Zuschnittes zum zylindrischen Teil des letzten Elementes 24 bestimmt, wie in Fig. 2A durch 42 gezeigt. Die kombinierte Wirkung der beiden obigen Vorteile ist der, daß vorzugsweise der Radius des zylindrischen Teiles 40 des Umformdornes größer als die oder gleich der Höhe des zu formenden Kragens sein sollte.
• Die Höhe des Kragens, welche erzielt werden kann, ohne daß der Kragen reißt, hängt von dem Formänderungsvermögen des Materiales des Zuschnittes ab. Der Rand 2 des Loches im Zuschnitt wird auf den Durchmesser des Kragens gedehnt. Für ein Material wie Stahl sollte die plastische Dehnung auf weniger als 30% begrenzt sein. Dieser Wert bestimmt die erzielbare Kragenhöhe für einen gegebenen Lochdurchmesser.
• Die beiden Verbindungslinien 44 und 45 verbinden jeden der beiden obersten Scheitelpunkte der Elemente 21 und 22 und liegen in einer Meridianebene des Umformdornes. Die beiden Linien schneiden einander transversal.
• Die Unterseite des Umformdornes ist mit einem Rand 28 zum elastischen Hochdrücken des an den Kragen angrenzenden Teiles des Zuschnittes versehen. In der vorhin beschriebenen Weise kann dies den Kragen ausdehnen, um eine bessere Annäherung an eine kreisförmige, zylindrische Form zu erzielen. Es kann dann eine fortgesetzte Dehnung direkt auf das Formen des Kragens und in derselben Operation folgen. Für Stahlzuschnitte liegt die Höhe 4 des Druckrandes 28 im Bereich von 1 bis 2 mm.
• Fig. 5 zeigt schematisch eine Umformvorrichtung, welche die Erfindung verkörpert. Eine solche Vorrichtung kann für sich verwendet werden oder einen Teil einer größeren Vorrichtung bilden, wie z.B. einer Drückmaschine, wie sie in der offengelegten niederländischen Patentanmeldung 8302807 beschrieben ist.
• In Fig. 5 ist mit 50 ein Rahmen gezeigt. Ein in einem Lager gestützter unterer Ring 51 ist auf den Rahmen gesetzt und mit einem Zahnkranz 52 versehen. Ein in der Zeichnung nicht gezeigtes angetriebenes Ritzel kann zur Drehung des unteren Ringes 51 mit dem Zahnkranz verbunden werden. Über dem unteren Ring 51 und koaxial zu diesem ist eine frei rotierende Druckplatte 53 aufgehängt. Unter Verwendung einer pneumatischen Zylinder-Kolbenkombination 54, teilweise gezeigt, kann die Druckplatte in einem bestimmten Abstand aus vom unteren Ring gehalten werden.
• Der umzuformende Zuschnitt 1 wird in dem Schlitz zwischen unterem Ring und Druckplatte angeordnet und mittels eines, in der Zeichnung nicht dargestellten Zentriermittels zentriert. Geeignete Mittel zum Zentrieren sind beispielsweise aus dem anhängigen, offengelegten, niederländischen Patent 80006521 bekannt. Nach dem Zentrieren des Zuschnittes wird die Druckplatte 53 mittels der Zylinder-Kolbenkombination 54 nach unten bewegt, sodaß der Zuschnitt in der Vorrichtung eingeklemmt ist. Darüberhinaus ist die Vorrichtung mit einem frei rotierenden Umformdorn 55 versehen. Der Umformdorn ist auf der Mutter einer Schraubenspindel 57 angeordnet. Die Schraubenspindel 57 ist mit einem Motor 58 und einem Getriebemechanismus 59 antreibbar verbunden.
• Die Anordnung 55,57,58,59 ist auf der Mutter 60 einer zweiten Schraubenspindel 61 angeordnet, welche mit dem Motor 62 antreibbar gekoppelt ist. Mit Hilfe von Motor 62, Schraubenspindel 61 und Mutter 60 wird der Umformdorn 55 in der gewünschten Radialposition zum Rand 2 des Zuschnittes angeordnet. Dann wird die Radialposition des Umformdornes gegenüber dem Rahmen 50 fixiert. Wenn der Zuschnitt 1 mit der gewünschten Geschwindigkeit rotiert wird der Umformdorn in axialer Richtung mit Hilfe der Komponenten 58,59,57 in Richtung des Pfeiles 20 bewegt. Die Axialbewegung des Umformdornes 55 ist mit der Umlaufgeschwindigkeit des Zuschnittes 1 synchronisiert. Für Hohlzuschnitte wird der Umformdorn axial ca. 1 bis 2 mm pro Umdrehung des Zuschnittes bewegt. Nachdem der Kragen wie gefordert geformt und gedehnt wurde, wird der Umformdorn 55 wieder abwärts bewegt und nach Anheben der Druckplatte 53 kann der Zuschnitt aus der Maschine genommen werden.
• Bildet die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Teil einer Drückmaschine zur Herstellung von Deckeln, so kann man zur selben Zeit einen Rand am Außenumfang drücken und einen Kragen rund um ein Loch im Zuschnitt umformen. Dann wird die Umlaufgeschwindigkeit anfangs von der Drückwirkung bestimmt. Wenn dies abgerundet ist kann die Rotationsgeschwindigkeit zum weiteren Kragenformen erhöht werden.
• Zur Illustration wird im folgenden einige Details einer Umformvorrichtung zur Herstellung eines Stahldeckels für eine Verpackung für einen Bund von gewalztem Stahl angegeben: Außenumfang des Zuschnittes zwischen 800 und 2100 mm; während des Kragenformens beträgt die axiale Ausdehnung des Umformdornes 1,5 mm pro Drehung des Zuschnittes, der Lochdurchmesser des Zuschnittes liegt zwischen 400 und 650 mm; die Höhe des geformten Kragens liegt zwischen 45 und 65 mm, der Radius des obersten Elementes des Umformdornes ist im Minimum der Abrundungsradius, welcher sich in der Praxis um 7 mm ergibt; ein Praxiswert ist 25 mm der Radius des zylindrischen Teiles des untersten Elementes ist 70 mm, der Unterschied im Radius zwischen dem obersten Element und einem darunter ist 15 mm; die Verringerung dieses Unterschiedes im Radius ist ca. 2,5 mm für jedes nachfolgende Element.

Claims (17)

1. Verfahren zur Verwendung eines Umformwerkzeuges, um einen Randbereich rund um ein Loch in einem gegenüber dem Umformwerkzeug umlaufenden Zuschnitt in einen von der Stirnfläche des Zuschnittes vorstehenden Kragen umzuformen, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Stufe ein, an das Loch des Randbereiches angrenzender erster diskreter Teil in den ersten aufgebogenen Rand umgeformt wird, daß danach in einer zweiten Stufe ein, an den ersten aufgebogenen Rand des Randbereiches angrenzender zweiter diskreter Teil in einen zweiten aufgebogenen Rand umgewandelt wird und daß die aufeinanderfolgende Umformung eines an den zuletzt geformten aufgebogenen Rand angrenzenden diskreten Teiles des Randbereiches in Stufen fortgesetzt wird, bis der gesamte Randbereich umgeformt wurde, wobei zumindest eine der Stufenumformungen an der freien Luft ausgeführt wird und wobei die Umformung in allen Stufen in derselben Richtung relativ zur Stirnfläche des Zuschnittes stattfindet.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Randbereiches rechtwinklig in einen aufgebogenen Rand umgeformt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß, nachdem eine Anzahl von aufgebogenen Rändern geformt wurde, ein bereits geformter aufgebogener Rand an der freien Luft in einen mit größerem Durchmesser aufgebogenen Rand umgeformt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein von der Stirnfläche des Zuschnittes ferne gelegener Endteil des ersten aufgebogenen Randes so in die benötigte Größe gedrückt wird, daß das elastische Zurückfedern des Endteiles zumindest teilweise ausgeglichen wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Zuschnittes, welcher an den zuletzt geformten aufgebogenen Rand angrenzt, aus der Ebene des Zuschnittes innerhalb des elastischen Bereiches dieses Teiles des Zuschnittes herausgedrückt wird und daß der dadurch an dem vom Zuschnitt ferne gelegenen Endteil des ersten aufgebogenen Randes erzeugten, nach innen gerichteten Kraft durch das Umformwerkzeug zumindest zum Teil entgegengewirkt wird.

6. Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich in Stufen von etwa 1 cm Länge umgeformt wird.

7. Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg der Höhe eines aufgebogenen Randes während der Umformung zwischen 0,5 und 4 mm pro Umdrehung eines Stahlzuschnittes liegt.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg der Höhe eines aufgebogenen Randes während der Umformung zwischen 1 und 2 mm pro Umdrehung eines Stahlzuschnittes liegt.

9. Umformdorn zum Umformen eines Randbereiches rund um ein Loch in einem Zuschnitt in einen Kragen, welcher Umformdorn ein vorderstes und ein hinterstes Ende besitzt und dessen Rotationsfläche im Durchmesser vom vordersten Ende zum hintersten Ende hin zunimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme im Durchmesser nur in Stufen erfolgt und daß in einer Meridianebene zwei Verbindungslinien, die die dem vordersten Ende am nächsten gelegenen nach außen vorspringenden Scheitelpunkte der Rotationsfläche verbinden, einander rechtwinkelig schneiden.

10. Umformdorn gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der stufenweisen Durchmesserzunahme von dem vordersten Ende zum hintersten Ende abnimmt.

11. Umformdorn gemäß Anspruch 9 oder 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen vorspringenden Kanten des Umformdornes abgerundet sind.

12. Umformdorn gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen vorspringenden Kanten mit einem Radius zwischen dem 5- und 10-fachen der Dicke des Zuschnittes abgerundet sind.

13. Umformdorn gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Durchmesser des Umformdornes größer als die oder gleich der Höhe des zu formenden Kragens ist.

14. Umformdorn gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme des Durchmessers in dem, an das hinterste Ende angrenzenden Fußteil des Umformdornes Null ist und daß die Höhe dieses Fußteiles zumindest so hoch wie die Höhe des zu formenden Kragens ist.

15. Umformdorn gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Umformdorn an seinem hintersten Ende mit einem Druckrand zum Hochdrücken eines an den zuletzt geformten aufgebogenen Rand angrenzenden Teiles des Zuschnittes aus der Ebene des Zuschnittes versehen ist.

16. Umformdorn gemäß einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Umformdorn frei drehbar ist.

17. Umformvorrichtung zum Umformen eines Randbereiches rund um ein Loch in einem Zuschnitt in einen Kragen, welche mit Klemmittel zum drehbaren Halten des Zuschnittes und mit einem Umformwerkzeug versehen ist, welches den Umformdorn gemäß irgendeinem der Ansprüche 9 bis 16 umfaßt, welches Umformwerkzeug parallel zur Drehachse der Klemmvorrichtung axial bewegbar ist.