彎曲輥鍛的製作方法
2023-05-19 18:31:31 2
本發明涉及一種用於彎曲輥鍛(biege-reckwalzen)構件、特別是構件坯料的輥鍛裝置，以及一種用於彎曲輥鍛這樣的構件的方法以及一種根據上述方法製造的構件。
背景技術：
由現有技術已知所謂的輥鍛。在該縱向軋製法中，構件的橫截面積發生變化，其方式是：構件由兩個(反向旋轉的)輥子來引導。在此，輥子具有環繞的輥鍛型廓。在此，該型廓的各個區域以如下方式設計，使得坯料的輪廓橫截面在圓周方向上改變。藉助輥鍛，通常產生具有對於後續的過程(例如衝模鍛造過程)有利的重量分布的坯料或預成形體。有針對性的重量分布是有利的，以便在後續的成型過程(例如衝模鍛造)中減少材料用量和過程力並且以便提高構件的表面品質。
輥鍛通常針對對稱的預成形體和成品來使用。藉助輥鍛製造的構件通常實施為直的並且關於初始坯料的中軸線是對稱的。為了製造例如具有複雜幾何結構的鍛造部件，像例如具有強烈彎曲的頸部的擺動軸承或軸頸，在藉助輥鍛預加工的構件被向緊接著的用於最終加工的鍛造過程輸送之前，該構件必須在另外的級(彎曲級、置位級、橫向擠壓)相應地被彎折。
技術實現要素：
因此，本發明的任務在於提供一種用於輥鍛構件的裝置以及方法，藉助它們也能夠執行複雜的幾何結構。
根據第一方面，本發明涉及一種用於彎曲輥鍛構件的輥鍛裝置。該構件尤其是例如用於藉助彎曲輥鍛法製造預成型體的構件坯料。輥鍛裝置(也被稱為拉伸操縱器)具有帶第一旋轉軸線的第一鍛壓輥和帶第二旋轉軸線的第二鍛壓輥。其中每個鍛壓輥在其表面上具有至少局部繞其旋轉軸線運轉且彼此對應的鍛壓輥型廓。因此，兩個鍛壓輥的鍛壓輥型廓彼此對應地構造和提供。鍛壓輥型廓可以實現的是，使在鍛壓輥之間沿穿引方向穿引的構件改型(umformen)。在此，如以下描述的那樣，所述的改型是不帶有橫截面改變的純彎曲過程(也就是說彎曲)或者也是帶有橫截面改變的彎曲過程(也就是說彎曲)。尤其地，為此以如下方式構造鍛壓輥型廓，使得在鍛壓輥之間穿引的構件至少在鍛壓輥型廓的部分區域中沿至少一個橫向於構件的穿引方向的方向彎曲；尤其是相對於其初始的縱向延伸部彎曲。附加地，可以進行橫截面改變。在本發明的範圍內，輥鍛和彎曲(作為純彎曲過程或作為帶有橫截面改變的彎曲過程)的組合也被稱為「彎曲輥鍛」，因為根據本發明輥鍛法至少被用於彎曲構件。
因此，藉助根據本發明的輥鍛裝置提供了如下裝置，藉助其可以通過輥鍛製造用於製造複雜的幾何結構(例如用於擺動軸承)的預成型體。因此，通過同時的彎曲和優選也有的通過構件的橫截面改變的改型可以實現的是，在已經存在的輥鍛過程中產生彎曲的構件，而無需改變輥鍛過程的周期。以這種方式，可以提供帶有附加的構件造型(彎曲)的高產的輥鍛過程，從而可以以特別簡單且節省資源的方式提供複雜的構件。通過將彎曲級整合到輥鍛過程中可以避免附加的改型級(umformstufen)和因此還可以避免周期中斷。如已經闡述的那樣，改型也(僅)包括純彎曲過程。
第一和第二鍛壓輥，至少是第一和第二鍛壓輥的鍛壓輥型廓優選彼此鏡面對稱地構造。因此，可以以簡單的方式可靠地提供構件的期望的幾何結構，其中，還簡化了工具(鍛壓輥)的提供。
在優選的設計方案中，鍛壓輥型廓在各個鍛壓輥的圓周上來看可以至少局部地橫向於與各個旋轉軸線垂直的平面地延伸，使得在鍛壓輥之間穿引的構件在至少一個橫向於構件的穿引方向的方向彎曲。換而言之，鍛壓輥型廓在圓周上來看不是如這在迄今為止常見的輥鍛過程中的情況那樣是直的。更確切地說，輥鍛裝置本身具有適合的工具形態，以便製造過程穩定地彎曲的構件或構件坯料。在此，工具幾何形狀優選在材料流有限元法的密集型應用中被處理和施行。因此，產生的輥鍛形狀在初始材料的中間平面上不是對稱地構造，從而由於不對稱的構造可以向構件實施彎曲。
各個鍛壓輥型廓至少在部分區域中可以具有沿軸向方向指向的側面，構件可以經由這些側面彎曲。在特別優選的設計方式中，各個鍛壓輥型廓至少在如下的部分區域中可以具有沿軸向方向優選朝向橫向走向的那一側指向的側面，在該部分區域中，鍛壓輥型廓橫向於與各個旋轉軸線垂直的平面地延伸，構件可以經由這些側面彎曲。以這種方式，提供了側向的抵靠部，構件可以經由這些抵靠部得到支撐，用以彎曲。因此，側向的彎曲力經由工具或輥鍛裝置來吸收，使得以簡單的方式可以提供鍛壓輥中的彎曲型廓。
尤其地，鍛壓輥型廓可以構造為其中至少一個鍛壓輥中的限定的槽，並且尤其構造為型槽。於是，另外的鍛壓輥要麼具有可比較的鍛壓輥型廓要麼具有同樣的鍛壓輥型廓。也能想到的是，鍛壓輥型廓通過鍛壓輥的表面本身來提供。鍛壓輥型廓的部分區域的側面特別優選地通過槽的側面來形成，於是構件可以經由該側面得到支撐，用以彎曲構件。因此，鍛壓輥型廓可以簡單且以基本上已知的方式來設置。
鍛壓輥型廓的用於彎曲構件的部分區域例如可以連續地或不連續地過渡至鍛壓輥型廓的鄰接的區域中。在此，鍛壓輥型廓可以整體上(至少在用於彎曲的部分區域中)分級式(stufen)地、彎曲形地或波折形地構造。顯而易見地，也能想到在鍛壓輥的圓周上的另外的型廓走向，其用於通過相應的橫截面改變形成期望的、複雜的構件幾何形狀或預成型體。
將鍛壓輥型廓和旋轉軸線連接的徑向延伸的法線在鍛壓輥的圓周上來看與旋轉軸線優選至少局部相交於不同的點。這至少適用於鍛壓輥型廓的用於彎曲構件的部分區域。因此，通過相應地延伸的鍛壓輥型廓，限定的彎曲級可以以簡單的方式整合到輥鍛過程中。
在輥鍛裝置的鍛壓輥彼此最接近的區域中，兩個鍛壓輥的彼此相對置的鍛壓輥型廓可以在側向局部(也就是至少在朝向旋轉軸線的區域中)包圍改型區域，構件可以沿穿引方向穿引通過該改型區域，用以改型。該改型區域顯而易見地至少沿穿引方向敞開。因此，通過改型區域可以提供至少局部(優選完全)包圍構件的彎曲的改型型廓，藉助改型型廓可以實現特別準確且限定的以及能復現的構件加工。
鍛壓輥優選以如下方式來布置，使得它們被驅動為彼此反向的。以這種方式，輥鍛裝置優選同時用於驅動或穿引要藉助鍛壓輥來改型的構件。
根據特別優選的設計方式，輥鍛裝置具有多個改型級，其中，至少一個改型級，優選至少其中最後的改型級具有根據本發明的第一和第二鍛壓輥，用以(附加地)彎曲構件。在此，另外的改型級可以同樣相應於根據本發明的改型級。然而，前置的改型級中的至少一個也可以以通常的方式來設計並且因此僅用於(尤其沿構件的縱向方向來看的)材料分配；也就是尤其用於構件的橫截面改變。
根據另一方面，本發明涉及一種用於彎曲輥鍛構件、尤其是構件坯料的方法。根據本發明的方法包括以下步驟：
a)提供彎曲輥鍛裝置，優選是根據本發明的彎曲輥鍛裝置，
b)提供構件，尤其是長形的構件，並且
c)使構件(尤其沿其初始的縱向延伸部的方向)在彎曲輥鍛裝置的兩個鍛壓輥之間在鍛壓輥的相對置的鍛壓輥型廓的區域中穿引，用以構件的改型，其中，構件至少在鍛壓輥型廓的部分區域中沿至少一個橫向於構件的穿引方向的方向彎曲。
在此，藉助根據本發明的改型步驟可以實現的彎曲角可以任意地限定，並且尤其由輥鍛型廓得到。根據優選的設計方式，彎曲角可以圍出例如最大30°，優選最大40°，特別優選最大50°。然而，也能想到直至幾乎90°的另外的彎曲角。
如之前已經在根據本發明的輥鍛裝置中描述的那樣，以簡單的方式得到了彎曲輥鍛法的優點，從而在這方面可以參考之前的實施方案。尤其地，利用根據本發明的方法可以施行純彎曲過程或帶有橫截面改變的彎曲過程。
根據優選的設計方式，在步驟(c)中，構件至少在鍛壓輥型廓的部分區域中可以在至少一個橫向於構件的穿引方向的方向彎曲，在該部分區域中，鍛壓輥型廓在各個鍛壓輥的圓周上來看至少局部橫向於與各個旋轉軸線垂直的平面地延伸。尤其地，構件可以橫向於其初始的縱向延伸部地彎曲。該橫向方向例如平行於鍛壓輥的旋轉軸線中的至少一個旋轉軸線地指向。鍛壓輥優選對向地受驅動。
至少在根據本發明的方法的步驟(c)期間，在鍛壓輥彼此最接近的區域中，相對置的鍛壓輥型廓在側向局部包圍改型區域，構件穿引通過該改型區域，用以改型。特別優選地，鍛壓輥，至少是鍛壓輥型廓優選彼此鏡像對稱地被提供。
在優選的設計方式中，步驟(c)可以多次地實施，優選利用具有不同鍛壓輥型廓的鍛壓輥。以這種方式，可以提供分級式的彎曲輥鍛過程。
尤其地，根據本發明的方法還具有用於縱向輥鍛構件而不帶有彎曲的步驟，其中，該步驟優選在步驟(b)與(c)之間執行，以便使構件沿其初始的縱向延伸部的方向改型並且特別優選地以便使材料沿著其初始的縱向延伸部限定地分配；因此，也就是產生橫截面改變。以這種方式，可以已有利的方式將傳統的輥鍛法的優點與根據本發明的彎曲輥鍛法的優點結合起來。
根據第三方面，本發明還涉及按照根據本發明的方法製造的構件。構件優選至少具有直至30°的彎曲角，優選直至40°的彎曲角，特別優選直至50°或更大的彎曲角。構件優選由金屬、例如鋼或鋁來製備。原則上，也能想到各種可以承受(彎曲)輥鍛過程且優選也可以使用在鍛造過程中的金屬。
附圖說明
下面結合附圖描述了本發明的另外的設計方案和優點。其中：
圖1示出在藉助根據本發明的彎曲輥鍛過程進行改型之前的構件坯料的兩個視圖；
圖2示出在執行根據本發明的彎曲輥鍛過程之後的根據本發明的構件的三個實施例；
圖3示出三個實施例，它們用於簡化地示出根據本發明的用於製造按圖2的構件的輥鍛裝置；
圖4示出根據圖3(a)的實施例的輥鍛裝置具有不同彎曲角的兩個實施例；
圖5示出根據圖3(a)的實施例的輥鍛裝置具有不同彎曲角的兩個實施例；以及
圖6以簡化的視圖示出根據本發明的輥鍛裝置的另外的實施例，其用於提供多次彎曲件(在這裡是雙重彎曲)以及藉助輥鍛裝置製造的構件。
具體實施方式
圖3至圖6以非常簡化的視圖示出根據本發明的用於彎曲輥鍛構件2、尤其是構件坯料的輥鍛裝置1的不同的實施例。彎曲輥鍛裝置1具有帶第一旋轉軸線r的第一鍛壓輥10以及帶有第二旋轉軸線的第二鍛壓輥。為了簡化和更好示出輥鍛過程，在附圖中僅示出兩個鍛壓輥中的其中一個鍛壓輥10。優選地，相應另一個鍛壓輥與第一鍛壓輥10全等地位於各個視圖的附圖平面上方。
其中每個鍛壓輥10在它們的表面11上具有至少局部繞它們的旋轉軸線r運轉的鍛壓輥型廓12。在此，兩個鍛壓輥10的鍛壓輥型廓12彼此對應地構造。以如下方式提供鍛壓輥型廓12，使得在鍛壓輥10之間沿穿引方向d穿引的構件2改型。在此，改型尤其包括根據本發明的使構件2橫向於其初始縱向延伸部變曲或彎曲，並且還可以包括對於輥鍛法來說已知的、沿構件2的初始縱向延伸部的方向進行材料分配(也就是尤其是構件2的橫截面)改變，像例如在圖1中所示那樣。
鍛壓輥型廓12以如下方式構造，以便使在鍛壓輥10之間穿引的構件2至少在鍛壓輥型廓12的部分區域13中沿至少一個橫向於構件2的穿引方向d的方向至少相對於構件的初始縱向延伸部地彎曲。在圖3至圖6中，該橫向方向處於附圖平面中。通過在構件2在鍛壓輥10之間穿引時構件2繞其「初始的」縱向軸線或相對於穿引方向d(也就是繞沿穿引方向d的方向的軸線)的轉動，也可以獲得構件2的三維的彎曲。
為了彎曲構件2，可以彼此鏡像對稱地構造第一和第二鍛壓輥10，至少是可以彼此鏡像對稱地構造兩個鍛壓輥10的鍛壓輥型廓12。在此，鏡像平面優選在兩個鍛壓輥10之間且沿穿引方向d延伸。
如尤其由圖3至圖6看出的那樣，鍛壓輥型廓12在各個鍛壓輥10的圓周上看優選至少局部橫向於與各個旋轉軸線r垂直的平面e地延伸，以便在鍛壓輥10之間穿引的構件2沿至少一個橫向於構件2的穿引方向d的方向彎曲。在這裡示出的附圖中，彎曲如已經闡述地那樣在附圖平面中進行。
如由圖3至圖6還看出的那樣，各個鍛壓輥型廓12至少在部分區域中具有沿軸向方向指向的側面14，構件2可以經由該側面彎曲。換而言之，提供了如下的側面14，其在附圖平面中在側向擠壓在這裡示出的圖3至圖6的視圖中的構件2，並且因此該側面在構件2的相應的區域中彎曲。
如同樣由圖3至圖6看出的那樣，鍛壓輥型廓12特別優選地構造為其中至少一個鍛壓輥10中的限定的槽，尤其為型槽。於是，相應另外的鍛壓輥例如可以具有相同的鍛壓輥型廓或具有至少一個與第一鍛壓輥10的鍛壓輥型廓12對應的鍛壓輥型廓，其例如也可以通過另外的鍛壓輥的(例如圓柱形或基本上平滑的)表面來提供。鍛壓輥12的前述的部分區域13的側面14優選可以通過槽的側面來形成。
優選地，兩個對應的且彼此相對置的鍛壓輥型廓12可以在如下區域中局部在側向包圍改型區域15，在該區域中鍛壓輥10彼此最接近，構件2可以沿穿引方向d穿引通過該改型區域，用以改型。因此，改型區域15至少朝旋轉方向r指向地在側向被限界並且因此形成用於輥鍛構件2的型廓。改型區域15至少在用於彎曲構件2的區域中還通過上述的側面14來限定，從而根據本發明的彎曲輥鍛過程可以藉助根據本發明的輥鍛裝置1來執行。
如由圖3至圖6還看出的那樣，鍛壓輥型廓12的用於彎曲構件2的部分區域13連續地或不連續地過渡至鍛壓輥型廓的鄰接的區域中。在此，優選尤其得到分級式的或彎曲形的(參見圖3至圖5)或波浪形的(參見圖6)鍛壓輥型廓12。顯而易見地，也能想到其他的導致期望的複雜的構件幾何結構的型廓走向。
在各個鍛壓輥10的圓周上來看，連接鍛壓輥型廓12和旋轉軸線r的、徑向延伸的法線與旋轉軸線r至少局部相交於不同的點p。這至少適用於鍛壓輥型廓12的部分區域13，在該部分區域中，要彎曲或彎曲的構件區域由輥鍛裝置1來引導。
根據特別優選的設計方式，鍛壓輥10以如下方式來布置，使得它們被驅動為彼此反向的。以這種方式，優選同時提供的是，使構件2主動地穿引通過輥鍛裝置1。
根據特別優選的設計方式，輥鍛裝置1具有多個改型級，其中，至少一個改型級，優選至少是其中最後的改型級具有上述的第一和第二鍛壓輥10，用以彎曲構件2。在此，另外的改型級可以根據已知的鍛壓改型級來構造並且僅用於構件在縱向方向l上的重量分配，或者同樣根據本發明的改型級來構造。
圖1示出針對根據本發明的輥鍛工序藉助根據本發明的輥鍛裝置1來提供的構件2。其例如可以已經藉助傳統的輥鍛法在先前的鍛壓輥級中相應地實現了限定的重量分布。如圖1中所示，在這裡示例性示出的構件2具有很大直徑的區域20、錐體區域21以及杆區域22。構件尤其由金屬、例如鋁或鋼來製備。然而，也能想到可以承受輥鍛過程且例如也向後續的(衝模)鍛造過程輸送的其他的材料。這裡示出的構件2是構件2的簡化視圖，如其例如可以針對在根據本發明的輥鍛裝置1中的使用來使用那樣。本發明並不限於所示的構件2的形狀。
下面描述根據本發明的用於彎曲輥鍛構件2、尤其是構件坯料的方法。
根據本發明的方法在第一步驟中具有：提供彎曲輥鍛裝置。在此，尤其可以涉及根據本發明的彎曲輥鍛裝置1。
在第二步驟中，隨後提供構件2。在此，例如可以涉及長形的構件2，如在圖1所示那樣。顯而易見地，也能想到優選具有長形的構件延伸部(或縱軸線)l的其他的構件2。
根據第三步驟，使構件2在彎曲輥鍛裝置1的兩個鍛壓輥之間在鍛壓輥10的相對置的鍛壓輥型廓12的區域中穿引，用以構件2的改型。這裡如在圖3至圖6示出，其中，穿引方向d在附圖平面中向上指向；因此，構件2已經基本上絕大部分由鍛壓裝置1來引導。在根據本發明的方法的最後的改型步驟中，構件2至少在鍛壓輥型廓12的部分區域中沿至少一個橫向於構件2的穿引方向d(在這裡向右)的方向彎曲。此外，也可以實現構件2的橫截面改變。
視在鍛壓輥型廓12在其哪個區域中相對於旋轉軸線r縱向延伸而定地，構件2的彎曲可以在任意的、限定的部位上或在任意限定的區域上施行。例如根據圖3(a)，彎曲的部分區域位於鍛壓輥10的在這裡靠上示出的區域中，從而構件2在該實施例中在錐體起始部的區域210中施行。根據圖3(b)，彎曲的部分區域位於這裡示出的鍛壓輥10的最上的四分之一處，從而構件2在該實施例中在錐體末端的區域211中施行。根據圖3(c)，彎曲的部分區域位於旋轉軸線r上方的這裡示出的鍛壓輥10的居中的三分之一處，從而構件2在該實施例中在杆22的區域220中施行。
以圖4的視角示出相應的鍛壓輥10或鍛壓輥型廓12的兩個不同的實施方式，提供鍛壓輥或鍛壓輥型廓用於製造在這裡是在錐體起始部210的區域中的不同的彎曲角α；也就是根據圖3(a)的實施方式的彎曲。以圖5的視角同樣示出相應的鍛壓輥10或鍛壓輥型廓12的兩個不同的實施方式，提供鍛壓輥或鍛壓輥型廓用於製造在這裡是在杆22的區域中的不同的彎曲角α；也就是根據圖3(c)的實施方式的彎曲。
彎曲角α由構件2的彼此鄰接且朝向彼此彎折的彎曲區域23、24的縱軸線或縱延伸部l、l1之間的角得到。在此，不同的彎曲角α尤其通過在圖4和圖5中示出的輥鍛型廓12的橫向偏差來設定。尤其地，在根據本發明的方法的第三步驟中，構件2可以至少在鍛壓輥型廓12的部分區域13中沿至少一個橫向於構件2的穿引方向d的方向彎曲，在該部分區域中，鍛壓輥型廓在各個鍛壓輥10的圓周上來看至少局部橫向於與各個旋轉軸線r垂直的平面e延伸。因此，彎曲角α例如可以經由(在鍛壓輥10的圓周上來看)鍛壓輥型廓12的縱向延伸部相對於前述的平面e的角來設定，或經由(在鍛壓輥10的圓周上來看)在彼此鄰接且朝向彼此彎折的鍛壓輥型廓區域的縱向延伸部之間的角來設定。
根據優選的設計方案，構件2尤其橫向於其初始的縱向延伸部l地彎曲。在此，構件2也可以在多個區域中尤其是相對於其初始的縱向延伸部l來看地彎曲，如這例如在圖6中所示那樣。在圖6中，構件2在兩個區域210和220上彎曲。在此，構件2的兩個鄰接的彎曲區域23和24或24和25的(相對的)彎曲角α(在這裡α1、α2)優選分別由被兩個鄰接的彎曲區域23和24或24和25的縱軸線(或縱向延伸部)l、l1、l2的角度α1、α2得到。
鍛壓輥10反向地受驅動和運行，在從圖3至圖6的附圖平面上來看，優選沿向上的旋轉方向；也就是沿構件2的穿引方向d。
在根據本發明的方法的第三步驟期間，相對置的鍛壓輥型廓12在如下區域中在側向局部包圍改型區域15，在該區域中鍛壓輥10彼此最接近，構件2穿引通過該改型區域，用以改型。鍛壓輥10、至少是鍛壓輥型廓12優選彼此鏡面對稱地提供。但是本發明並不局限於此。也能想到其他的設計方式，其中，鍛壓輥型廓12應分別相應地朝向彼此來設計，使得可以產生限定的構件幾何結構。
根據優選的設計方式，根據本發明的方法的第三方法步驟優選可以多次地實施。在此，尤其能想到的是，第三步驟在此以具有不同鍛壓輥型廓12的鍛壓輥10來執行，以便例如實現連續的彎曲或構件幾何結構設計。
按照根據本發明的方法的優選設計方式，同樣還可以包括用於縱向輥鍛構件2而不進行彎曲的另外的步驟。該步驟優選在根據本發明的方法的第二步驟與第三步驟之間執行，然而也可以在根據本發明的方法的第三步驟之後執行。藉助該附加的方法步驟，應可以實現的是，構件沿其初始的縱向延伸部l的方向改型，優選地使材料沿著其初始的縱向延伸部l限定地分配(例如橫截面改變)。該附加的改型級的結果例如可以是根據圖1的構件2。
圖事先已經闡述的那樣，藉助根據本發明的方法製造的構件2，如這例如在圖2、圖6(b)和圖6(c)中所示那樣，也包括在本發明之中。根據圖2(a)的構件2例如由根據圖3(a)的方法而得到。根據圖2(b)的構件2例如由根據圖3(c)的方法而得到。
只要某一實施例包括在權利要求的主題中，本發明並不限於上述的實施例因此，本發明尤其不限於特定的鍛壓輥型廓12和因此不限於構件2的特定的彎曲和可能的重量分配。同樣地，本發明也不限於鍛壓輥10或待加工的構件2的特定的尺寸大小。要加工的構件2的材料也可以任意地選擇，只要其基本上可以承受輥鍛過程。