DE10308849A1

DE10308849A1 - Verfahren zur umformenden Herstellung form- und maßgenauer, rotationssymmetrischer Hohlkörper

Info

Publication number: DE10308849A1
Application number: DE10308849A
Authority: DE
Inventors: Bohuslav Dr.-Ing. habil. Masek; Lothar W. Prof. Dr.-Ing. Meyer; Uwe Dipl.-Ing. Mahn
Original assignee: Technische Universitaet Chemnitz
Current assignee: Bohuslav Masek Cz; Lothar W Meyer De; Mahn Uwe Dr Ing De; Masek Bohuslav Dr Ing Cz; Meyer Lothar W Dr Ing De; Uwe Mahn De
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: DE10308849B4

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur umformenden Herstellung form- und maßgenauer rotationssymmetrischer Hohlkörper zu entwickeln, bei dem es möglich ist, den Umformwiderstand für den Umformvorgang zu senken. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass DOLLAR A a) vor dem Umformvorgang die Fließspannung des Werkstoffes des Halbzeuges (1) durch gezielte Erwärmung herabgesetzt wird, wobei das Halbzeug (1) erwärmt und nachfolgend gekühlt wird, wodurch ein gezieltes Temperaturgefälle vom Kern des Halbzeuges (1) zu seiner Mantelfläche hin für die nachfolgende Formgebung eingestellt wird; DOLLAR A b) im Umformbereich (16) der entstehende Hohlkörper (17) gekühlt wird, um die Festigkeit des Werkstoffes bei ausreichender Duktilität zu erhöhen, und DOLLAR A c) darauf folgend die Hohlkörper (17) einer Wärmebehandlung unterzogen werden, wobei das Temperaturprofil gesteuert wird, um die Festigkeit und die Zähigkeit des Werkstoffes zu erhöhen und die Dauerfestigkeit zu verbessern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur umformenden Herstellung form- und maßgenauer, rotationssymmetrischer Hohlkörper aus massivem stangenförmigen Halbzeug und eine zugehörige Vorrichtung, wobei das Halbzeug im Vorwärtshub durch Bohrungsdrücken unter Verwendung eines Drückdornes und eines, mindestens zwei Drückrollen aufweisenden, Rollenschlittens zu einem Hohlkörper umgeformt wird.
Aus der DE 4205675 C2 ist das Bohrungsdrücken beschrieben, wonach ein mit Kraft beaufschlagter Drückdorn in das massive Halbzeug durch gleichzeitig axial fortschreitende Durchmesserreduzierung des Halbzeuges mittels Rollen eindringt. Der abfließende Werkstoff wird durch die Wirkung der Rollen zur Wand des Hohlkörpers umgeformt.
Bei Versuchen hat sich gezeigt, dass sich nicht alle Stähle zum Bohrungsdrücken eignen. Zum Beispiel kommt es bei den mikrolegierten ausscheidungshärtbaren ferritisch-perlitischen Stählen (AFP-Stahl) zum Prozessversagen. Grund dafür ist, dass sich die durch die Umformung eingebrachte Energie zum Teil in Wärmeenergie umwandelt. Durch die Temperaturerhöhung reduziert sich die Fließspannung. Der AFP-Stahl weist ein lokales Maximum des Umformwiderstandes bei ca. 300 – 400 °C von 800 – 1000 MPa auf. Die Überbrückung dieses Sattels ist technologisch äußerst schwierig.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur umformenden Herstellung form- und maßgenauer rotationssymmetrischer Hohlkörper aus massivem stangenförmigen Halbzeug und eine zugehörige Vorrichtung, wobei das Halbzeug im Vorwärtshub durch Bohrungsdrücken unter Verwendung eines Drückdornes und eines, mindestens zwei Drückrollen aufweisenden, Rollenschlittens zu einem Hohlkörper umgeformt wird, zu entwickeln, wodurch es möglich ist, den Umformwiderstand für den Umformvorgang zu senken.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt eine Teilansicht einer Vorrichtung zum Herstellen form- und maßgenauer rotationssymmetrischer Hohlkörper.
Ein stangenförmiges Halbzeug 1 ist in einem Spannfutter 10 aufgenommen. Auf der freien Stirnseite des Halbzeuges 1 drückt ein Drückdorn 7, der in einer Lagerung 13 drehbar gelagert ist, wobei die Lagerung 13, in einem Schlitten 8 angeordnet ist. Im Bereich der Spitze des Drückdornes 7 sind Drückrollen 9, beispielsweise drei Drückrollen 9 in je einem Lager 12, drehbar gelagert und um die Längsachse des Halbzeuges 1 im Winkel von 120 Grad in einem Rollenschlitten 11 angeordnet. In Richtung des Spannfutters 10 ist an der Stirnseite des Rollenschlittens 11 eine Befestigung 14 für eine Wärmeeinheit 2, vorzugsweise eine Induktionseinheit, und für eine Kühleinheit 3, vorzugsweise eine Sprühkühlung, angeordnet. Diese Wärmeeinheit 2 und Kühleinheit 3 werden elektronisch gesteuert und dienen einem zielgerichteten Erwärmen des Halbzeuges 1. Auf der Seite des Schlittens 8 ist mittels Befestigung 15 an die Stirnseite des Rollenschlittens 11 eine Kühleinheit 4, vorzugsweise Sprühkühlung, angeordnet, die zwischen die Drückrollen 9 auf den Umformbereich 16 gerichtet ist. Anschließend an der Kühleinheit 4 ist am Rollenschlitten 11 eine Wärmebehandlungsanlage, bestehend aus einer Erwärmungseinheit 5 und einer ringförmige Kühleinheit 6, angeordnet. Die Verfahrensschritte zum Herstellen eines Hohlkörpers 17, beispielsweise einer Hohlwelle, aus AFP-Stahl, beispielsweise 38MNSiVSS, sind folgende: Das rotierende Halbzeug 1 wird während seiner Umformung zu einer Hohlwelle einer thermomechanischen Behandlung unterzogen. Dazu wird das Halbzeug 1 in der Wärmeeinheit 2 auf 950 °C bis 1050 °C erwärmt und in der Kühlebene mittels Sprühkühlung 3 auf 700 °C bis 650 °C gekühlt, um für die Umformung vom Kern zum Mantel des Halbzeuges 1 eine Fließspannung des Werkstoffes zu erreichen, die einen optimalen Umformungsprozess ermöglicht. Während der Umformung wird im Umformungsbereich 16 mittels der Sprühkühlung 4 das Werkstück auf eine Temperatur zwischen 600 °C und 550 °C gekühlt, um die Festigkeit des Werkstoffes bei ausreichender Duktilität zu verbessern. Im letzten Verfahrensschritt der thermomechanischen Behandlung wird die Hohlwelle einer elektronisch gesteuerten Wärmebehandlung unterzogen.
Durch die thermomechanische Behandlung während der umformenden Herstellung form- und maßgenauer, rotationssymmetrischer Hohlkörper 17 aus massivem stangenförmigen Halbzeug wird der Einsatz von ausscheidungshärtbaren ferritisch-perlitischen Stählen ermöglicht. Die gezielte Erwärmung vor der Formgebung führt zum Überwinden des hohen Umformwiderstandes. Weiterhin besteht dadurch der besondere Effekt, dass vor den Drückrollen 9 kein tangentialer Stau entsteht, der zu einer Durchmesseraufwerfung sowie Welligkeit und Rillenbildung nach den Drückrollen 9 führt. Die Abkühlung während des Umformvorganges verbessert die Festigkeit bei ausreichender Duktilität des Werkstoffes. Die am Ende des Umformvorganges durchzuführende Wärmebehandlung erhöht abschließend die Festigkeit und Zähigkeit des Werkstoffes und verbessert deren Dauerfestigkeit. Dies hat zur Folge, dass Hohlkörper 17 mit verringertem Materialeinsatz und verbesserter Qualität zum Einsatz kommen.

1: Halbzeug
2: Wärmeeinheit
3: Kühleinheit
4: Kühleinheit
5: Erwärmungseinheit
6: ringförmige Kühleinheit
7: Drückdorn
8: Schlitten
9: Drückrollen
10: Spannfutter
11: Rollenschlitten
12: Lager
13: Lagerung
14: Befestigung
15: Befestigung
16: Umformbereich
17: Hohlkörper

Claims

Verfahren zur umformenden Herstellung form- und maßgenauer, rotationssymmetrischer Hohlkörper aus massivem stangenförmigen Halbzeug und eine zugehörige Vorrichtung, wobei das Halbzeug im Vorwärtshub durch Bohrungsdrücken unter Verwendung eines Drückdornes und eines, mindestens zwei Drückrollen aufweisenden, Rollenschlittens zu einem Hohlkörper umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass a) vor dem Umformvorgang die Fließspannung des Werkstoffes des Halbzeuges (1) durch gezielte Erwärmung herabgesetzt wird, wobei das Halbzeug (1) erwärmt und nachfolgend gekühlt wird, wodurch ein gezieltes Temperaturgefälle vom Kern des Halbzeuges (1) zu seiner Mantelfläche hin für die nachfolgende Formgebung eingestellt wird; b) im Umformbereich (16) der entstehende Hohlkörper (17) gekühlt wird, um die Festigkeit des Werkstoffes bei ausreichender Duktilität zu erhöhen, und c) darauffolgend die Hohlkörper (17) einer Wärmebehandlung unterzogen wird, wobei das Temperaturprofil gesteuert wird, um die Festigkeit und die Zähigkeit des Werkstoffes zu erhöhen und die Dauerfestigkeit zu verbessern.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem rotatorisch antreibbaren Spannfutter für das Halbzeug mit einem in die Rotationsachse des Halbzeuges eindrückenden, mittels eines Schlittens axial verschiebbaren, Drückdorn und mit einem zwischen Spanneinheit und dem Schlitten angeordneten, axial zur Rotationsachse gesteuert verfahrbaren, Rollenschlitten, der mindestens zwei gelagerte, gegenüber von der Rotationsachse angeordnete Drückrollen, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Spannfutter (10) eine Wärmeeinheit (2) und anschließend eine Kühleinheit (3) stirnseitig am Rollenschlitten (11) angeordnet sind und mit dem Halbzeug (1) in Wirkverbindung stehen, zwischen den Drückrollen (9), auf den Umformbereich des Halbzeuges (1) gerichtet, eine weitere Kühleinheit (4) angeordnet ist, und nach den Drückrollen (9) am Rollenschlitten (11) eine elektronisch gesteuerte Wärmebehandlungseinheit den zu fertigenden Hohlkörper (17) umhüllt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeeinheit (2) eine das Halbzeug (1) umgebende Induktionseinheit ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (3) eine ringförmig um das Halbzeug (1) angeordnete Sprühkühlung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (4) zwischen den Drückrollen (9) eine auf den Umformbereich des Halbzeuges (1) gerichtete Sprühkühlung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronisch gesteuerte Wärmebehandlungseinheit aus einer um den Hohlkörper (17) gerichtete ringförmige Erwärmungseinheit (5) und einer ringförmigen Kühleinheit (6) besteht.