CN110312579B - 旋压成型的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋压成型的方法和设备，其中工件（5）设置成借助于主轴（12）旋转，并且至少一个外辊（20）靠在工件（5）的外侧上移动。随着材料变薄，形成工件（5）的轴向延伸的外部区域。根据本发明，至少一个内辊（30）借助于内支撑件（40）靠在工件（5）的内侧上移动，该内支撑件可独立于外辊（20）相对于旋转轴线轴向和径向地移动。借助于CNC控制过程，具有内辊（30）的内支撑件（40）和具有外辊（20）的外支撑件独立于彼此移动，并且在至少一个外辊（20）和至少一个内辊（30）之间在外部区域上形成具有不同壁厚的限定的壁厚外形。

Description

旋压成型的方法和设备

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的一种旋压成型的方法，特别是用于使车轮旋压成型的方法，其中通过主轴使工件绕旋转轴线旋转，并且至少一个外辊通过外支撑件定位在工件外侧，其中随着材料变薄，工件的轴向延伸的侧向区域被成形。

本发明还涉及根据权利要求10的前序部分的一种旋压成型的设备，该设备具有：主轴，该主轴可经由驱动装置被驱动绕旋转轴线旋转并被配置成保持工件；至少一个外辊，该外辊可旋转地安装在外支撑件上，该外支撑件可相对于旋转轴线轴向和径向移位以将外辊定位在工件上；以及，至少一个内辊，该内辊可与外辊相对地定位在工件的内侧。

背景技术

特别是在车轮的情况下，尤其是由铝材料制成的车轮，它们抵靠中心旋压芯轴被旋压成型。旋压芯轴也称为旋压工具，因此表示车轮轮辋的内部几何形状的阴形（negativeform）。轮辋的改变通常也需要旋转芯轴的改变，这是昂贵的。因此，生产具有内轮廓的车轮或其它旋压零件通常只对大量工件而言较为经济。

从EP 2 210 682 B1已知一种在成形方面具有增加的灵活性的旋压成型方法。在该已知方法中，具有圆锥形外轮廓的可变旋压杆被提供为旋压芯轴。旋压杆与旋转轴线同心布置。通过使旋压杆轴向移位，可以在所讨论的成形区提供可变的内径。然而，这种方法仅限于特定的内轮廓。

从DE 35 45 506 A1已知一种用于使中空圆柱形工件旋压成型的工具。在外辊位于管状工件的外轮廓处的同时，内辊通过内辊托架位于外轮廓处。在外辊与内辊之间规定了固定的距离，该距离决定了变薄拉深旋压辊的圆周和待成型的管状工件的壁厚。

从US 3,287,951已知类似的方法。在该方法中，外辊和相关联的内辊布置在公共辊托架上。外辊可经由机械调节机构调节，使得内辊与外辊之间的距离可在成形过程开始时调节。

WO 2012/042221 A1公开了一般现有技术。在中空圆柱形工件上，单个成形辊位于工件的一侧，以及两个对置支承辊位于工件的相对侧。旋压以恒定的壁厚进行，或者突出旋压（projection spinning）以给定的壁厚减小进行，这取决于指定的突出角度。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋压成型的方法和设备，利用该方法和设备可以灵活高效地生产各种形状的工件。

该目的一方面通过具有权利要求1的特征的方法实现，以及另一方面通过具有权利要求10的特征的设备实现。在每种情况下，在从属权利要求中描述了本发明的优选实施例。

根据本发明的方法的特征在于，至少一个内辊通过内支撑件定位在工件的内侧，该内支撑件可独立于外支撑件相对于旋转轴线轴向和径向地移位，并且具有内辊的内支撑件和具有外辊的外支撑件通过CNC控制单元单独地移位，其中在侧向区域形成限定的壁厚外形，在至少一个外辊与至少一个内辊之间具有不同的壁厚。

本发明的基本构思是脱离指定工件的内轮廓的阴形的指定的旋压工具，并且提供用于使内轮廓成形的至少一个内辊。因此，内辊不平行于外辊线性移位，而内辊安装在内支撑件上，该内支撑件可以独立于外支撑件相对于旋转轴线轴向和径向地移位。因此，无需修改旋压工具就可以生产几乎无限多种形状。

根据本发明，还设置了CNC控制单元，并且优选地，此外，还设置了编程支持软件，该软件尤其在PC机上离线使用。借助于控制单元，具有内辊的内支撑件和具有外辊的外支撑件可以彼此独立地移位。因此，可以在工件的内侧上和外侧上建立自由轮廓外形。此外，通过相对于相关联的内辊调节外辊，可以以高成形自由度形成主动成形间隙和因此在待成形工件的轴向侧向区域中的壁厚外形。表达“旋压成型”在本发明的含义内被广义地解释，并且不仅包括随着壁厚变化而成形，还包括以恒定的壁厚旋压。

通过这种方法，即使是少量工件或者甚至是个别工件，也可以以高效的方式生产工件，原因是不需要昂贵的刚性旋压芯轴的生产。相反，轮廓是通过相对于彼此相应地控制辊而自由建立的。

在本发明的优选实施例中，至少一个内辊和至少一个相关联的外辊相对于彼此径向和轴向地移位，以便成形侧向区域。因此，可以几乎任意地建立内轮廓和外轮廓的个别外形以及布置在内轮廓与外轮廓之间的壁厚外形。根据本发明的发现，壁厚因此不仅由内辊相对于外辊的径向距离来确定。特别是在变薄拉深旋压成型中，其中侧向区域与原始起始厚度相比减小，内辊或外辊可以有目的地在相应的另一辊之前或之后轴向运行。因此，在轴向方向上也实现了对置支承功能，这对于形状准确的变薄拉深而言是重要的。

根据本发明的另一实施例变型，优选的是工件被夹持在主轴上，其中自由空间保持在侧向区域径向内侧的中央区域中。侧向区域具有的尺寸使得至少一个内辊可以位于侧向区域的内轮廓处。为此，工件优选地在一侧被夹持在主轴上，例如通过具有三个或更多个爪的夹持卡盘。也可以使用其它夹持机构，例如，也可以使用轴向夹持元件或对置保持元件，其定位在工件的轮毂区域的中心开口处或穿过该中心开口定位。

根据本发明的另一个方法变型，有利地，工件的夹持发生在外圆周的部分区域。工件因此可以经由相应的夹持爪从外部定中地保持在主轴上。

根据本发明的进一步发展，优选地，工件在旋压成型之前设置有夹持和/或定中辅助件。所使用的夹持卡盘优选设置有定中装置，用于在夹持操作过程中对工件进行定中。为此，也可以将相应的定中辅助件附连到工件上，特别是在铸造车轮的情况下，定中辅助件同时被模制。这可以例如通过突出部或止挡边缘形成，以使它们有助于扭矩从夹持卡盘传递到工件。

根据优选的进一步发展，根据本发明设置了在旋压成型后从工件上移除夹持和/或定中辅助件。这尤其可以通过简单的机加工来实现。这也可以通过单独的机器，例如车床，或者本身带有附加机加工工具的旋压成型的设备来实现。

对于特别缓和的夹持，根据本发明的优选实施例变型，设置了内部夹持设备，通过该内部夹持设备覆盖工件的轮毂区域。这是因为轮的成形优选在工件的径向延伸的轮毂区域的紧邻处开始。在一些车辆轮辋中，这些可以是星形或轮辋轮辐。夹持设备因此具有相对较大的板状夹持表面，通过该夹持表面覆盖并保护具有特定形状并被预成型的轮毂区域。

原则上，根据本发明的方法可以用于形成具有轴向延伸的管状侧向区域的任何期望的工件。根据本发明的进一步发展，特别优选的是，侧向区域是具有至少一个凸起的车轮轮辋基部的形式，凸起形成为壁厚外形中的加厚部。进一步优选的是将壳体预成型件成形为轮辋坯件，其随后特别是通过机加工进一步加工以形成成品车轮。

通过根据本发明的方法，因此可以生产重量大大优化的车轮，其中轮辋基部的壁厚外形适合于操作中车轮的实际载荷。因此，具有低载荷的区域形成为具有小的壁厚，而承受高载荷的区域形成为具有相应大的壁加厚。此外，凸起，也就是用于将轮胎固定到轮辋基部的胎圈，同样可以通过沿轮辋基部加厚的壁以简单的方式形成。凸起表示轮辋基部上径向向外突出的环形增高部。

特别有利的是，为了形成凸起和/或凸缘区域，内辊和外辊同时在径向和轴向方向上相对于彼此移位。侧向轮辋凸缘也可以相应的方式形成。为了形成轮辋凸缘，还可以使用具有改变的和适配的外轮廓的另外的和其它的内辊。这对于使用仿形外辊形成轮辋凸缘同样适用。由于可自由编程的内辊和外辊，轮辋轮廓的逐步成形也是可能的，从而可以有目的地在轮辋的特定区域中产生更大的应变硬化和/或结构变化。结果，工件的稳定性增加和/或重量减轻是可能的。

根据本发明的用于旋压成型的设备的特征在于，至少一个内辊可旋转地安装在内支撑件上，内支撑件被安装成可独立于外支撑件相对于旋转轴线轴向和径向地移位，并且设置了用于使具有内辊的至少一个内支撑件和具有外辊的至少一个外支撑件单独地移位的CNC控制单元，其中，可在内辊与外辊之间建立工件的壁厚外形。

根据本发明的设备可以特别用于执行上文描述的方法。由此可以实现上文所描述的优点。

在根据本发明的设备的优选实施例中，设置多个内辊和外辊，其中内辊与每个外辊相关联。多个内辊，优选地三个内辊，优选地布置在公共辊托架上。相对于该公共辊托架或内支撑件，个别内辊可以相对于旋转轴线可枢转地移位。由此可以实现工件的不同轮廓区域的有目的的成型。根据用途，在另一种优选形式中，可以设置内辊或内支撑件，它们可以相对于彼此单独地轴向和/或径向地移位。

根据本发明的设备的进一步发展，优选地，用于夹持工件的夹持设备布置在主轴上，其中自由空间保持在工件的侧向区域的径向内侧的中央区域中。至少一个内支撑件可以移动到该自由空间中，使得工件的侧向区域的内轮廓可以由至少一个内辊形成。

为了高效制造，根据本发明的一个实施例，优选地设置一种具有数据存储器的控制设备，其中存储了用于不同工件形状的内辊和外辊的位移的数据集。以这种方式，机器操作员可以调用特定工件形式的所需数据集。因此，不同的工件可以在旋压成型设备上高效生产，而不需要昂贵的修改。具有控制设备的设备经由远程数据连接（特别是互联网连接）来提供。以这种方式，现有或新工件的新的或更新的数据集可以被传递到机器的数据存储器。因此，根据本发明的设备可以被提供用于工业4.0项目中的高度灵活的使用。

此外，根据本发明的进一步发展，可以实现特别好的仿形，因为辊中的至少一个设置有用于驱动辊旋转的辅助驱动装置。内辊和外辊都可以设置有各自的辊驱动装置。因此，内辊和/或外辊可以在与待成形的旋转工件的材料接触之前被加速。这抵消了辊上的灼热和/或辊的增加的磨损。在一个优选的形式中，辊驱动装置被设计成具有自由轮或速度控制设备，其允许根据组分自动调节辊的周向速度。

为了从夹持设备中顶出，可以使用顶出器，尤其是可轴向移位的顶出器。顶出优选作为受控运动来进行。用于旋压成型的设备优选为立式机器的形式，其具有悬挂的或者替代地直立的主轴，从而便于工件的定中。在具有竖直悬挂的主轴的形式中，夹持设备对置保持器也可以执行装载和卸载功能。

内支撑件和/或外支撑件优选为独立可控支撑件的形式，这些支撑件仅仅是电力同步的。外辊优选相对于旋转轴线以0至15°的角度设置，而内辊优选以0至45°的角度设置，并且有助于在优选明显更大的辊半径上成形。外辊和内辊的定位优选经由两个线性操作的十字形支撑件来实现。替代地，在十字形支撑件上使用至少两个内辊可以经由楔型滑动件同时移位或设置辊来省掉。

附图说明

下文将通过附图中示意性示出的优选示例性实施例更详细地描述本发明，其中:

图1是根据本发明的设备在初始阶段车轮成形期间的局部截面图；

图2是图1的设备在最终阶段生产车轮期间的局部截面图；

图3是另一个设备在初始阶段生产车轮期间的局部截面图；和

图4是图3的设备在最终阶段生产车轮期间的局部截面图。

具体实施方式

根据图1的根据本发明的旋压成型的设备10具有主轴12，主轴12经由驱动装置(未示出)被驱动旋转。主轴12围绕中心旋转轴线13旋转，在所示的示例中，中心旋转轴线13水平延伸。主轴12同样可以定向成具有竖直的旋转轴线13，然后工件5抵靠在主轴12上，或者在悬挂芯轴布置的情况下，工件5被夹在位于顶部的主轴12上。

经由附连到主轴12并具有轴向作用的夹持爪16的板形夹持设备14，工件5可以可释放地且以旋转固定的方式以及相对于旋转轴线13定中地连接到主轴12。在所示的示例性实施例中，工件5是车轮的预成型件。预成型件优选通过铸造或锻造由金属材料制成。旋转对称工件5具有基本径向延伸并具有中心开口4的轮毂区域6，和基本轴向延伸的鼓形侧向区域7。通过夹持爪16，工件5在其外圆周的一侧上固定到主轴12上。

夹持后，使带有工件5的主轴12旋转。优选地，三个外辊20通过外支撑件(未示出)径向定位在工件5的侧向区域7的外侧，其中仅示出了外辊20中的一个。同时，具有相对于彼此偏移120°布置的三个内辊30的内支撑件40位于鼓形侧向区域7内的中央自由空间中。因此，内辊30首先被施加到侧向区域7的邻接径向轮毂区域6的内侧。

内支撑件40具有中心圆锥形的中心托架42，在其外侧上布置有用于滑动件46的线性引导件44。辊保持器48可枢转地安装在可线性移位的滑动件46上。内辊30经由辊支承件可旋转地安装在杯形辊保持器48中。在旋压成型操作期间，内辊30可以经由可枢转的辊保持器48枢转，并且还可以通过滑动件46和内支撑件40径向和/或轴向地移位。以相应的方式，外辊可以可枢转地以及也可径向和轴向移位地安装在外支撑件(未示出)上。

外辊20和内辊30的位移基于用于使所需工件5成形的存储数据，经由CNC控制单元(未示出)和致动驱动装置发生。从图2中可以看出，工件5的侧向区域7可以被成形为具有凸起8的轮辋基部，凸起8表示侧向区域7的壁厚外形中的加厚部。与起始工件5的侧向区域7相比，最终成形的侧向区域7变长，并且在壁厚方面变薄。使用根据本发明的设备10实际上可以产生几乎任何期望的外轮廓以及内轮廓。

根据图3和4的第二实施例基本上对应于根据图1和2的根据本发明的第一设备10的构造。

与第一实施例相反，在根据图3的设备10中，设置了变化的内辊30，该内辊30在前部区域中具有环形径向突出部32和邻接的对置支承部34。内辊30上的径向突出的径向突出部32与径向作用在外侧的外辊20一起，可用于沿着工件5的侧向区域7的内侧成形内轮廓。如图4中清楚示出的，前对置支承部34可用于在成形的轮辋基部的自由端形成轮辋凸缘。对置支承部34尤其可以是轮辋凸缘的内轮廓的阴形，并且被设计成适应外辊20的成形力。以相应的方式，具有适配的外轮廓的不同外辊20可以位于侧向区域7。特别地，外辊20可以具有对应于将要成型的轮辋凸缘的期望成形的外轮廓。

在根据图3和4的第二实施例中，除了上面已经描述的具有用于在径向外侧夹持工件5的可轴向移位夹持爪16的夹持设备14之外，还另外设置了用于夹持工件5的可轴向移位对置保持器18。特别是在侧向区域7的初始仿形之后，对置保持器18可以进入鼓形侧向区域7的中央自由空间，被轴向推靠在工件5的轮毂区域6上。工件的额外轴向夹持和定中由此可以至少在旋压成型过程的结束阶段期间发生。对置保持器18可以具有板形接触元件19，其适于工件5的轮毂区域6的仿形。

利用根据本发明的设备10和可以用该设备实施的方法，工件5可以形成具有许多种形状的壁区域7，而无需修改措施。

这种方法第一次允许旋压成型进行多次并逐步进行，直到获得最终的几何形状或完全的结构变化。

优选地，铸造车轮在高达400℃的温度下旋压成型。车轮的热处理可以在旋压成型操作之后立即进行。

此外，该方法还可用于锻造铝车轮以及钢车轮的冷成型。

使用特殊的编程接口或使用离线编程支持软件也是优选的，以便允许更简单和快速地准备复杂的程序，并且在使用前通过模拟来测试和优化它们。

替代地，柔性内辊与部分作用的短芯轴的组合也是可能的。

Claims (11)

1.旋压成型车轮的方法，

其中工件(5)设置成通过主轴(12)围绕旋转轴线(13)旋转，并且至少一个外辊(20)通过外支撑件定位在所述工件(5)的外侧，

其中，随着材料变薄，所述工件(5)的轴向延伸的侧向区域(7)被成形，并且

其中至少一个内辊(30)通过内支撑件(40)定位在所述工件(5)的内侧，所述内支撑件能独立于所述外支撑件相对于所述旋转轴线(13)轴向和径向地移位，

其特征在于，

定位至少一个外辊(20)，其中内辊(30)与每个外辊(20)相关联，

在外辊(20)与相关联的内辊(30)之间形成成形间隙，以及

带有内辊(30)的内支撑件(40)和带有外辊(20)的外支撑件通过CNC控制单元单独地移位，

其中进行外辊(20)与相关联的内辊(30)之间的相对调节，并因此进行成形间隙的相对调节，其中在所述侧向区域(7)处形成限定的壁厚外形，在外辊(20)与相关联的内辊(30)之间具有不同的壁厚；

其中所述侧向区域(7)被成形为具有至少一个凸起(8)的车轮的轮辋基部，所述凸起(8)被形成为壁厚外形中的加厚部；

为了形成凸起(8)和/或凸缘区域，内辊(30)和相关联的外辊(20)在径向和轴向方向上相对于彼此同时移位。

2.根据权利要求1所述的方法

其特征在于，

至少一个内辊(30)和至少一个相关联的外辊(20)相对于彼此径向和轴向地移位，以便成形所述侧向区域(7)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

所述工件(5)被夹持在所述主轴(12)上，其中自由空间保持在所述侧向区域(7)径向内侧的中央区域中。

4.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

所述工件(5)的夹持发生在外圆周的部分区域。

5.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

所述工件(5)在旋压成型之前设置有夹持和/或定中辅助件。

6.根据权利要求5所述的方法，

其特征在于，

在旋压成型后，所述夹持和/或定中辅助件从所述工件(5)移除。

7.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

设置内部夹持设备(14)，所述工件(5)的轮毂区域(6)被所述内部夹持设备覆盖。

8.一种利用根据权利要求1至7中任一项所述的方法旋压成型的设备，具有：

-主轴(12)，其能经由驱动装置驱动以围绕旋转轴线(13)旋转，并且被配置为保持工件(5)，

-至少一个外辊(20)，其可旋转地安装在外支撑件上，所述外支撑件能相对于所述旋转轴线(13)轴向和径向地移位，以便将其定位在所述工件(5)上，以及

-至少一个内辊(30)，其能位于所述工件(5)的与外辊(20)相对的内侧，以及

-其中所述至少一个内辊(30)可旋转地安装在内支撑件(40)上，所述内支撑件安装成能独立于外支撑件相对于所述旋转轴线(13)轴向和径向地移位，

其特征在于，

设置至少一个外辊(20)，其中内辊(30)与每个外辊(20)相关联，

在外辊(20)与相关联的内辊(30)之间形成成形间隙，并且

设置CNC控制单元，用于单独地使具有内辊（30）的至少一个内支撑件(40)和具有外辊(20)的至少一个外支撑件移位，其中，为了在所述工件(5)的侧向区域形成具有不同壁厚的限定的壁厚外形，能进行外辊(20)与相关联的内辊(30)之间的相对调节并进行所述成形间隙的相对调节。

9.根据权利要求8所述的设备，

其特征在于，

用于夹持所述工件(5)的夹持设备(14)布置在所述主轴(12)上，其中自由空间保持在所述工件(5)的所述侧向区域(7)的径向内侧的中央区域中。

10.根据权利要求8或9所述的设备，

其特征在于，

设置具有数据存储器的控制设备，其中存储了用于不同工件形状的内辊(30)和外辊(40)的位移的数据集。

11.根据权利要求8所述的设备，

其特征在于，

辊(20，30)中的至少一个设置有辅助驱动装置，用于驱动辊(20，30)旋转。

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