DE2019734A1 - Verfahren zur Halbwarmumformung metallischer Werkstuecke durch einen Rollvorgang sowie Rollmaschine zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

Pee-Wee Maschinen- und Apparatebau Werner Plagemann, Berlin 52, Waldstr. 22-28

Verfahren zur Halbwarmumformung metallischer Werkstücke durch einen Rollvorgang sowie Rollmaschine zur Durchführung des Verfahrens Zusatz zu Patent ....." (Patentanmeldung P 19 26 976. 2)

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Rollmaschine zur Halbwarumumformung metallischer Werkstücke durch einen Rollvorgang, bei dem die Werkstücke durch einen Heizstrom auf eine Vorwärmtemperatur elektrisch erwärmt und durch einen auf sie ausgeübten Rolldruck zwischen Werkzeugrollen spanlos verformt werden. Sie ist eine Verbesserung des Gegenstandes des Hauptpatentes.

Bei diesem erfolgt die Erwärmung der Werkstücke auf die Vorwärmtemperatur durch Stromdurchgang während des Rotierens derselben zwischen den drehangetriebenen Werkzeugrollen. Während der Erwärmungsperiode des Werkstückes wird ein Kontaktdruck zwischen den Werkzeug rollen und dem Werkstück ausgeübt, der mit Erreichen der Vorwärmtemperatur auf den vollen Rolldruck der Werkzeugrollen gesteigert wird.

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Üblicherweise ist die Drehzahl der Werkzeugrollen während des Ablaufes eines Rollvorganges konstant. Deshalb ist nach dem Hauptpatent während der Erwärmungsperiode die gleiche Drehzahl wie bei dem sich an sie anschliessenden Rollvorgang angenommen. Die Anzahl der ausgeführten Umläufe des Werkstückes hängt von dem Durchmesserverhältnis der Werkzeugrollen und des Werkstückes ab. Wenn das Werkstück während seiner Erwärmung zu oft umläuft, können an ihm Oberflächen- und Querschnittsänderungen auftreten, fc die fehlerhafte Werkstücke verursachen. Um derartige Fehler zu

vermeiden, könnte die Erwärmungszeit verkürzt werden, um auf diese Weise die Zahl der Umläufe des Werkstückes zu verringern. Dies ist aber nicht ohne weiteres zulässig, weil die Erwärmung eines Werkstückes auf eine gewünschte Temperatur eine Mindestzeit erfordert, die bei einem zur Verfügung stehenden maximalen Heizstrom nicht unterschritten werden kann. Man kann aber auch nicht die Drehzahl der Rollwerkzeuge beliebig herabsetzen, da sonst der Rollvorgang beeinträchtigt wird.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu verfe meiden und die Perioden des Erwärmungsvorganges und des Rollvorganges ohne gegenseitige Nachteile aneinander anzupassen.

Diese Aufgabe wird für den Gegenstand des Hauptpatentes dadurch gelöst, dass für den Erwärmungsvorgang und für den Rollvorgang verschiedene Drehzahlen der Werkzeugrollen verwendet werden. Hierdurch ist eine bessere Anpassung als bisher an die erforderliche Erwärmungszeit des Werkstückes möglich, ohne den Rollvorgang zu beeinträchtigen.

Man wird vorteilhaft während der Erwärmungsperiode des Werkstückes eine geringere Drehzahl als während des Rollvorganges benutzen,

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wobei die Drehzahl der Werkzeugrollen im Anschluss an die Erwärmungsperiode auf die Rollgeschwindigkeit erhöht wird.

Die Herabschaltung der Drehzahl der Werkzeugrollen und damit auch des Werkstückes während dessen Erwärmung hat den Vorteil einer besseren und gleichmässigeren Erwärmung des Werkstückes. Ausserdem ist festgestellt worden, dass der Durchgang des Heizstromes durch das Werkstück bei geringerer Drehzahl ohne Kontakffunken erfolgt, was den weiteren Vorteil mit sich bringt, dass die' Oberfläche des Werkstückrohlings keine Brandstellen aufweist.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die Erwärmungsperiode mit einer anfangs geringeren und dann bis zum Ende derselben mit einer höheren Drehzahl als die Anfangsdrehzahl verläuft. In diesem Falle kann die Erhöhung der Drehzahl während und bis zum Ende der Erwärmungsperiode zum Egalisieren der Temperatur im Werkstück dienen.

Besonders vorteilhaft wirkt sich die Erfindung bei solchen Werkzeugrollen aus, die die Kontaktgabe während weniger als einer einzigen Umdrehung der Werkzeugrollen herstellen, wobei das Werkstück in weniger als einer vollen Umdrehung erwärmt und gerollt wird. Bei diesen Werkzeugrollen, zu denen auch die sogenannten Segmentrollen gehören, die einen spiralig ansteigenden profilierten Umfangsteil und auf dem restlichen Teil ihres Umfanges einen nicht profilierten konzentrischen Kontaktteil aufweisen, erfolgt die geringere Drehzahl während weniger als einer vollen Umdrehung der Werkzeugrollen. Durch die Herabsetzung der Drehzahl wird die Einhaltung der exakten Erwärmungszeit trotz des verhältnismässig kurzen Kontaktweges am Umfang der Werkzeugrollen ermöglicht.

Für den ErwärmungsVorgang und den anschliessenden Rollvorgang können selbstverständlich auch die üblichen Werkzeugrollen verwendet

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die an ihrem ganzen Umfang profiliert sind. Die Herabsetzung der Drehzahl der Werkzeugrollen während des Erwärmungsvorganges ist auch in diesem Falle vorteilhaft.

Soweit sich die Erfindung auf eine Rollmaschine, insbesondere Gewinde- und Verzahnungsrollmaschine, richtet, besteht sie darin, dass der Antrieb der Rollspindeln auf verschiedene Drehzahlen derselben regelbar und durch Schaltmittel mit mindestens zwei Reglern verbindbar ist, an denen die unterschiedlichen Drehzahlen getrennt vorwählbar eingestellt sind. Dadurch ist es möglich, verschiedene Drehzahlen der Werkzeugrollen innerhalb eines Arbeitsganges nacheinander zu schalten, so wie es der Arbeitsablauf für die Halbwarmumformung eines metallischen Werkstückes erfordert.

Wird mit an ihrem ganzen Umfang profilierten zylindrischen Werkzeugrollen gearbeitet, so kann der erste Regler für die Drehzahl zum Erwärmen durch die von Hand oder automatisch erfolgende Betätigung des Startschalters am Steuerpult einschaltbar sein, während ein vorhandenes Wärmemessgerät, das den Rolldruck einschaltet, auf den zweiten Regler für die RoUgeschwindigkeit umschaltet.

Wird mit einem Kontaktteil oder ein Kontaktsegment aufweisenden Werkzeugrollen mit zwei Schaltnocken und zwei Endschaltern für die Ein- und Ausschaltung des Heizstromes gearbeitet, so können diese beiden Endschalter auch die Drehzahlen der Werkzeugrollen schalten. Diese Doppelfunktion der Endschalter setzt voraus, dass mit der Einschaltung des Heizstromes zugleich die Einschaltung der niedrigeren Drehzahl während der Erwärmungsperiode erfolgt und mit der Ausschaltung des Heizstronaes am Ende der Erwärmungsperiode zugleich

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die höhere Drehzahl mit dem Rollvorgang eingeschaltet wird.

Diese Doppelfunktion der Endschalter lässt sich dadurch vermeiden, dass zusätzlich zu den bereits vorhandenen zwei Schaltnocken und zwei Endschaltern der Werkzeugrolle mindestens zwei weitere Schaltnocken und Endschalter für die Ein- und Ausschaltung des Heizstromes in Zuordnung zu der Werkzeugrolle vorhanden sind, welche unabhängig von der Ein- und Ausschaltung des Heizstromes nacheinander die vorgewählten Drehzahlen der Werkzeugrollen schalten. Mit einer so ausgebildeten Werkzeugrolle ist es möglich, speziellere Schaltungen '

vorzunehmen und einen eventuellen Schaltverzug des Antriebes auszugleichen. Beispielsweise kann zuerst die Drehzahl für das Erwärmen eingeschaltet und danach erst die Einschaltung des Heizstromes bewirkt werden. Am Ende der Erwärmungsperiode kann zuerst der Heizstrom abgeschaltet und erst danach die höhere Drehzahl für den Rollvorgang eingeschaltet werden.

In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, für noch speziellere Zwecke die Anzahl der zu den vorhandenen zwei Schaltnocken und zwei Endschaltern für die Ein- und Ausschaltung des Heizstromes vorhandenen Schaltnocken und Endschalter auf drei zusätzliche Schaltnocken und "

Endschalter an den Werkzeugrollen zu erhöhen. Man hat dadurch die Möglichkeit, während der Erwärmungsperiode zwei verschiedene Drehzahlen zu schalten, von denen die zweite höher ist als die erste und zum Egalisieren der Temperatur im Werkstück während der Erwärmungsperiode dient.

Der für den Antrieb der Werkzeugrollen vorgesehene Elektromotor ist zweckmässig thyristor-gesteuert, so dass die Schaltung der voneinander verschiedenen Drehzahlen der Werkzeugrollen nahezu trägheitslos und in kürzesten Zeitintervallen erfolgt, Thyristor-Steuerungen an Elektro-

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motoren sind als solche bekannt. An deren Stelle können selbstverständlich andere elektronische Steuerungen sowie mechanische oder hydraulische Regeleinheiten treten.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Rollmas chine für die HalbwarmumforrauBg schematisch, Fig. 2 ein Schema des Antriebes der Maschine nach Fig. 1 mit einer

abgeänderten Ausführungsform und
Fig. 3 ein Werkzeugrollenpaar mit Positionen der Schaltnocken nach Hg. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Rollmaschine entspricht im Aufbau derjenigen des Hauptpatentes. -Für gleiche Teile sind die gleichen Bezugszeichen verwendet. Die Werkzeugrollen 6 und 7 sitzen auf den drehangetriebenen Rollspindeln 4 und 5. Sie werden in gleicher Drehrichtung angetrieben. Im Wärmestrahlungsbereich des Werkstückes 9 befindet sich das Wärmemessgerät 38, das wie in dem Hauptpatent ein Infrarot-Messkopf sein kann. In Reihe mit dem Wärmeinessgerät liegen der auf die Rolltiefe ansprechende Endschalter 36, der durch einen Schaltnocken 37 betätigt wird und die hydraulische Vorschubeinrichtung 10 der Maschine ausschaltet, sowie der Druckwächter 34. Das elektrische Steuerpult 20 enthält zwei Regler 60 und 61, an denen die Drehzahlen des Antriebes der Werkzeugrollen 6 und 1 getrennt vörwählbar und einstellbar sind. Ausserdem sind an dem Steuerpult ein Startschalter 63 und ein Stoppschalter 64 vorhanden. Der Antriebsmotor 65 treibt die Rollspindeln 4 und 5 an, deren Drehzahlen an den Reglern 60 und 61 eingestellt sind. Der Antriebsmotor 65 ist beispielsweise ein Regelmotor mit einer an sich bekannten Thyristor-Steuerung. Anstelle «ies Regel motors kann auch ein an sich bekanntes

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Regelgetriebe vorhanden sein.

Die in der Fig. 1 dargestellten Schaltmittel, nämlich das Erwärmungsmessgerät 38 und der Endschalter 36, sind kennzeichnend für die Benutzung von üblichen zylindrischen Werkzeugrollen, die an ihrem ganzen Umfang profiliert sind. Der erste Regler 60 für die Drehzahl zum Erwärmen wird von Hand oder automatisch durch Betätigung des Startschalters 63 eingeschaltet. Der Heizstrom fliesst über die kontaktgebenden Werkzeugrollen 6 und 7 durch das Werkstück 9 und erwärmt dieses, während dasselbe zwischen den drehangetriebenen Werkzeugrollen rotiert. Ist die Erwärmungstemperatur des Werkstückes erreicht, so spricht das Wärmemessgerät 38 an, das nach dem Hauptpatent den Rolldruck einschaltet und jetzt auch auf den zweiten Regler 61 für die Rollgeschwindigkeit umschaltet. Die Regler sind auf die verschiedenen Drehzahlen der Rollspindeln eingestellt, die auf Skalen 66 ablesbar sind. Während der Erwärmungsperiode des Werkstückes 9 ist die Drehzahl der Werkzeugrollen 6 und 7 gegenüber derjenigen, die der normalen Rollgeschwindigkeit, das heisst Umfangsgeschwindigkeit der Werkzeugrollen entspricht, stark reduziert. Das bedeutet, dass die Erwärmung des Werkstückes durch den Stromdurchgang mit einer geringeren Drehzahl erfolgt als der sich unmittelbar anschliessende Rollvorgang, für den auf die an dem Regler 61 eingestellte höhere Drehzahl umgeschaltet wird.

Die Fig. 2 entspricht im Grundaufbau derjenigen des Hauptpatentes. Dem regelbaren Antriebsmotor 65 sind die Regelgetriebe 60, 61 und zugeordnet. Diese können, wie dargestellt, an dem Motor 65 oder aber auch, wie in Fig. 1 gezeigt ist, an dem Steuerpult 20 angeordnet sein. Die hier verwendeten Werkzeug rollen sind teilprofiliert und haben einen Kontaktteil oder ein Kontaktsegment. Derartige Werkzeugrollen sind in dem Hauptpatent mit 6a, 6b und 7a, 7b bezeichnet. Mit diesen

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wird das Werkstück während des Durchlaufens der Kontakt st recke 47, 470 erwärmt und durch die Teilprofilierung am restlichen Teil des Umfanges der Werkzeutrollen in je einem Umlauf derselben fertig gerollt.

Die Tragringe 50a und 50b tragen gemäss dem Hauptpatent Schaltnocken 52 und 53, zu denen die Endschalter 54 und 55 gehören, die den Heizstrom ein- und ausschalten und den niedrigeren Kontaktdruck ~ . auf den höheren Rolldruck umschalten.

Für die Drehzahlsteuerung sind jetzt drei weitere Tragringe 50c, 50d und 5Oe vorgesehen, die entweder zusätzlich auf der Verlängerung der Rollspindel 4 oder auf einer ebensolchen Verlängerung der synchron mit der Rollspindel 4 angetriebenen Rollspindel 5 angeordnet sind. Diese drei Tragringe tragen einstellbare Schaltnocken 67, 68 und 69 (Fig. 3), zu denen die Endschalter 70, 71, 72 gehören.

Die Fig. 3 zeigt die Schaltpositionen der fünf Endschalter schematisch. Die eingetragenen Positionen abcd und e stellen den Beginn der betreffenden Endschalter-Funktion dar. In Position a erfolgt die Einschaltung des Heizstromes durch den Endschalter 54. In Position b erfolgt die Ausschaltung des Heizstromes und die Einschaltung des Rolldruckes durch den Endschalter 55. In Position c erfolgt die Einschaltung des Kontaktdruckes und die Einschaltung der niedrigeren Drehzahl für die Werkstückerwärmung durch den Endschalter 70. In Position d erfolgt die Erhöhung der Drehzahl für die Erwärmung für das Egalisieren der Temperatur im Werkstück durch den Endschalter 71. In Position e erfolgt die Einschaltung der für die Rollgeschwindigkeit massgebenden höheren Drehzahl durch den Endschalter 72.

Die höhere Drehzahl während der Werkstückerwärmung gemäss

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Position d wird an dem dritten Regler 62 der Fig. 2 eingestellt. Diese Zwischendrehzahl kann entfallen, falls mit einer Drehzahl während der Erwärmungsperiode gearbeitet wird.

Der Beginn des Kontaktdruckes und die Einschaltung der Drehzahl für die Werkstückerwärmung in der Position c erfolgt vor der Einschaltung des Heizstromes in der Position a. Hierdurch lässt sich ein etwa vorhandener Schaltverzug in dem Drehantrieb der Werkzeugrollen ausgleichen. Andererseits erfolgt die Einschaltung der Drehzahl der Rollwerkzeuge für die Rollgeschwindigkeit in der Position e erst kurz nach der Abschaltung des Heizstromes und der Einschaltung des Rolldruckes. Dadurch wird ein funkenloser Übergang von dem Kontaktsegment 470 zu dem Beginn des profilierten Teiles der Werkzeugrollen erreicht.

Gemäss einer vereinfachten Ausführungsform der Erfindung können die beiden Endschalter für die Ein- und Ausschaltung des Heizstromes auch die Drehzahlen der Werkzeugrollen schalten.

Die Erfindung ist auf die dargestellten Ausführungsformen nicht beschränkt. So können beispielsweise die Tragringe für die Schaltnocken an der Stirnseite der Werkzeugrollen angeordnet und fest mit diesen verbunden sein.

Patentansprüche:

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Claims (10)

1. Patentansprüche:

   / 1,/Verfahren zur Halbwarmumformraig metallischer Werkstücke durch einen Rollvorgang, bei dem die Werkstücke durch einen . Heizstrom auf eine Vorwärmtemperatur elektrisch ei-wärmt und durch einen auf sie ausgeübten Rolldruck zwischen Werkzeugrollen spanlos verformt werden, und bei dem die Erwärmung der Werkstücke auf die Vorwärmtemperatur während des Rotierens derselben zwischen den Werkzeugrollen und unmittelbar vor dem Rollvorgang erfolgt, nach Patent ....... (Patentanmeldung P 19 26 976. 2), dadurch gekennzeichnet, dass für den Erwärmungsvorgang und für den Rollvorgang verschiedene Drehzahlen der Werkzeugrollen verwendet werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch. 1, dadui-ch gekennzeichnet, dass während der Erwärmungsperiode des Werkstückes eine geringere Drehzahl als während des Rollvorganges benutzt wird und die Drehzahl im Anschluss an die Erwärmungsperiode auf die Rollgeschwindigkeit erhöht wird.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungsperiode mit einer anfangs geringeren und dann bis zum Ende derselben mit einer höheren Drehzahl als die Anfangsdrehzahl verläuft.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die geringere Drehzahl der Erwärmungsperiode während weniger als einer vollen Umdrehung der Werkzeugrollen erfolgt.
5. 5. Rollmaschine, insbesondere Gewinde- und Verzahnungsrollmaschine, zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4,

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   dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Rollspindeln (4, 5) auf verschiedene Drehzahlen derselben regelbar und durch Schaltmittel mit mindestens zwei Reglern (60, 61) verbindbar ISt₁ an denen die unterschiedlichen Drehzahlen getrennt vorwählbar eingestellt sind.
6. 6. Rollmaschine nach Anspruch 5 mit an ihrem ganzen Umfang profilierten zylindrischen Werkzeugrollen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Regler (60) für die Drehzahl zum Erwärmen durch die von Hand oder automatisch erfolgende Betätigung des Startschalters. (63) am Steuerpult (20) einschaltbar ist und ein Wärmemessgerät (38), das den Rolldruck einschaltet, auf den zweiten Regler (61) für die Rollgeschwindigkeit umschaltet.
7. 7. Rollmaschine nach Anspruch 5 mit einen Kontaktteil oder ein Kontaktsegment aufweisenden Werkzeugrollen mit zwei Schaltnocken und zwei Endschaltern für die Ein- und Ausschaltung des Heizstromes, dadurch gekennzeichnet, dass diese beiden Endschalter (54, 55) auch die Drehzahlen der Werkzeugrollen (6a, 6b und 7a, 7b) schalten.
8. 8. Rollmaschine nach Anspruch 5 mit einen Kontaktteil oder ein Kontaktsegment aufweisenden Werkzeugrollen mit zwei Schaltnocken und zwei Endschaltern für die Ein- und Ausschaltung des Heizstromes, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei weitere Schaltnocken (67, 68) und diesen zugeordnete Endschalter (70, 71) vorhanden sind, welche nacheinander und unabhängig von der Ein- und Ausschaltung des Heizstromes die vorgewählten Drehzahlen der Werkzeugrollen schalten.
9. 9. Rollmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass drei weitere Schaltnocken (67, 68, 69) und diesen zugeordnete Endschalter (70, 71, 72) vorhanden sind, welche zwei voneinander verschiedene Drehzahlen während der Erwärmungsperiode und die Drehzahl

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   während des Rollvorganges schalten.
10. 10. Rollmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Werkzeugrollen durch einen thyristor-gesteuerten Elektromotor (65) erfolgt.

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