辊锻设备和辊锻方法与流程

1.本发明涉及一种用于通过轧辊来使工件发生压力改形的辊锻设备以及辊锻方法。为此，辊锻设备具有包括两个轧辊的工作辊对，这两个轧辊沿轴向方向实现了多个梯级，所述多个梯级用于通过使工件连续地经过梯级的方式使工件逐步改形。


背景技术：

2.辊锻方法属于纵向辊压方法，在纵向辊压方法中，辊压件垂直于辊轴线被运输通过辊隙并且在此改形。辊锻方法的特征在于，有待辊压的坯料、例如圆形或方形材料通过操纵器被输送给轧辊并且在各个梯级中发生改形，所述梯级沿辊的轴向方向布置并且也被称为“道次”、“轧槽”或“段”。因此，辊的梯级大多具有不同的辊压造型并且被待辊压的坯料依次经过，由此逐步改变所述坯料的造型横截面。
3.辊锻特别适合于制造中间形式，例如半成品或预成形件，在较少情况下也适合于制造最终成形件。在制造中间形式的情况下，通过辊锻可以简化下游加工步骤，例如落锻。因此，例如可以减少在落锻中的材料使用和工艺力以及提高构件的表面质量。具体而言，辊锻例如用于制造用于如曲轴、车轴和连杆构件之类的构件的中间形式。
4.文献de 10 2014 101 150 a1描述了一种辊锻设备，辊锻设备具有辊对，该辊对具有两个在旋转方向上可反转的辊和两个用于操作待辊压工件的抓持装置。两个抓持装置布置在辊对的对置的侧面上。此外，这些辊沿轴向方向具有至少两个辊压工具，也就是说梯级，其中，梯级用于逐步改形所述工件。
5.根据文献de 10 2014 101 150 a1中所述的技术，工件的产量这样被限制，即，通过两个抓持装置对工件的操作始终仅加载辊对的一部分，即不是所有的梯级被同时使用。
6.利用根据文献de 10 2016 112 946 a1的辊锻设备实现了产量的提高。为此，在辊对的对置的侧面上分别安装有多个抓持装置，其中，分别将两个对置的形成抓持装置对的抓持装置配属于梯级并且抓持相应的工件。此外，该辊锻设备具有转移装置，以在该装置的工作冲程中将工件从抓持装置对输送到抓持装置对。
7.根据文献de 10 2016 112 946 a1的产量提高以显著的结构成本为代价，因为为了并行地占据梯级，每个梯级使用两个抓持装置，以便在两个端部上抓持工件。此外，多个工件的平行辊压与技术问题关联，该技术问题因此导致工件由于变形而在沿着辊的轴向方向的不同阶段具有不同的长度。为此，必须确保各个抓持装置之间的长度补偿，以确保可靠且高质量的辊压过程。


技术实现要素：

8.本发明的任务在于，提供一种改进的辊锻设备以及一种改进的辊锻方法，尤其是在减小的结构复杂性的情况下实现工件的高产量。
9.该任务通过具有权利要求1的特征的辊锻设备以及具有权利要求9的特征的辊锻方法来解决。有利的改进方案由从属权利要求、本发明的接下来的图示以及对优选的实施
方式的描述中得出。
10.根据本发明的辊锻设备用于通过轧辊使工件、优选金属工件发生压力改形。
11.该辊锻设备具有工作辊对，工作辊对具有两个轧辊，这两个轧辊可分别围绕其辊轴线旋转并且在这两个轧辊之间形成辊隙。所述轧辊用于沿轴向方向实现多个梯级，所述多个梯级用于通过使工件连续地经过梯级的方式而使所述工件逐步改形。在工件的改形时，所述工作辊相反地旋转。工作辊在旋转方向上是可反转的。然而，这不是绝对必要的。通常来说，辊压造型(walzprofile)在不同的梯级上不同，以便这样执行工件的逐步改形。优选地，每个工件经过所有梯级，从最低梯级到最高梯级。然而，在特殊情况下，也可能并非所有梯级都作用于工件，即省略或跳过梯级。因此，术语“连续”、“逐步”等不是必然地将所述加工限制到完整经历所有可供使用的梯级。
12.此外，辊锻设备具有优选恰好一个带有多个抓持装置的操纵器。优选地，抓持装置的数量等于梯级的数量。抓持装置，优选整个或基本上整个操纵器，布置在工作辊对的工作侧上，并且抓持工件以及在配属的梯级处沿进给/拉回方向引导工件通过辊隙。工作侧由工作辊对和抓持装置的位置限定。与工作侧对置的侧面(相对于工作辊对)可以被设计为工具更换侧，经由该工具更换侧可以实现维护工作，例如轧辊更换。
13.该辊锻设备还包括存放部，该存放部用于暂时支撑工件并与操纵器共同作用将工件转送到另一抓持装置，优选转速到下个更高梯级的相邻抓持装置。换句话说，工件从一个抓持装置被转送到另一抓持装置，优选转送到较高梯级、例如下个更高梯级的抓持装置。工件的转送通常在辊锻设备的每个工作冲程中发生一次。将已经完全经过加工的那个工件、优选最高梯级的工件取出。此外，将在此也被称为坯料的新工件输送给最下面的加工梯级。因此，在工件的转送期间，通常只有第一工件(坯料)直至倒数第二个工件被抓持装置抓持和容纳。应当指出的是，术语“成品工件”仅涉及辊锻过程，即，不一定指最终产品或最终成形件。相反，已经经过辊锻设备的所有预期梯级的成品工件优选是中间形式，例如半成品或预成形件。
14.该存放部不是操纵器，因为存放部不具有抓持装置，该抓持装置抓持工件并且沿进给/拉回方向引导工件通过辊隙。尤其存放部不具有进入到辊隙中或穿过辊隙或可以穿过辊隙的抓持装置。存放部可以被动地设置，办法是：工件为了转送被放置在存放部上或者存放部支撑工件，而不必主动地抓持或夹持工件。备选地，存放部可以具有保持器件，所述保持器件暂时地保持或者稳定工件，例如抓持或者夹持工件。
15.如此构造的辊锻设备允许通过并行占据所有或至少多个梯级、例如每隔一个梯级占据一个梯级来同时加工多个工件。通过这种并行占据可以提高工件的产量，因此提高了生产率。这在没有将两个或更多个操纵器安装在工作辊对的相对侧的情况下实现。在工作侧上的操纵器必要时仅被扩展有另外的抓持装置，例如夹钳，由此在不显著提高辊锻设备的结构和过程复杂性的情况下实现改进的功能性。在随后梯级的工艺过程中，工件到抓持装置的转送结合存放部实现。以这种方式，利用相对较少数量的结构组合件实现了高产量，由此还改进了辊锻设备的可靠性和可维护性。
16.优选地，一个或多个抓持装置围绕其自身的轴线可旋转，以便实现相应的工件在各个梯级之间旋转。这意味着工件围绕其纵轴线旋转特定的角度、例如旋转90
°
。所述旋转可以在改形之前或之后在相应的梯级上进行。
17.优选地，所述抓持装置在一端部处抓持所述工件并且在配属的梯级处引导工件通过所述辊隙，而在另一端部处并未抓持所述工件。工件的“第二”端部不需要由操纵器的附加的抓持装置抓持，由此不仅降低了结构复杂性而且也降低了工艺控制。
18.优选地，存放部可沿轴向方向和/或进给/拉回方向移动。尤其，存放部的可移动性可以被用于通过存放部进行的工件的横向运输实现或至少支持工件的转送。备选地或附加地，存放部可以沿向上/向下方向可移动，例如以便在辊压期间下降并且不妨碍辊压过程。
19.优选地，存放部布置在工作侧上。因此，有利地被设计为工具更换侧的与工作侧相对的侧面不通过存放部来建造或受限制地可接近。这改进了辊锻设备的可维护性。
20.优选地，抓持装置的数量等于梯级的数量，其中，抓持装置与梯级的配属关系是一对一配属(ein-zu-eins-zuordnung)。以这种方式沿着轴向方向最佳地可利用工作辊对，其中，各个抓持装置的性质和控制可以针对所属的梯级尽可能好地设计。
21.优选地，抓持装置通过操纵器可沿轴向方向和/或沿进给/拉回方向移动，其中为此特别优选地，操纵器本身相对于工作辊对沿轴向方向和/或进给/拉回方向可移动。特别地，抓持装置或操纵器的可移动性可以被用于，要么结合静止的存放部要么通过与同样可移动的存放部的组合来实现横向运输、也就是工件的运输，以用于沿轴向方向进行转送。
22.在辊压过程结束时，不同梯级的工件通常具有不同的长度。为了补偿这种不同的伸长，优选至少一个抓持装置相对于操纵器沿进给/拉回方向可调节。这可以借助于长度补偿区段来实现，该长度补偿区段可以沿进给/拉回方向调节相应的抓持装置的抓持装置、例如夹子以用于长度补偿。优选地，至少n-1个(在此n表示梯级的数量)抓持装置具有这样的长度补偿区段。长度增加和/或长度增加的速度可以从梯级到梯级是不同的。因此，抓持装置优选单独可运动。为此，沿进给/拉回方向的单独可运动性或可移动性可以被动地、例如弹性地实现，或者主动地、例如气动地、电动地实现等。
23.优选地，存放部具有保持器件，保持器件暂时保持、优选夹持工件以便转送到下个更高梯级的相应相邻的抓持装置上，而抓持装置围绕。以这种方式可以改进转送的可靠性。在此，保持器件优选基本、也就是说例如除了夹紧运动外相对于存放部是静止的。
24.此外，该任务通过用于借助于根据上述说明的辊锻设备使工件发生压力改形的辊锻方法来解决。该方法包括：分别通过所述操纵器的抓持装置抓持多个工件；沿进给/拉回方向在配属的梯级处将所述工件引导通过由所述工作辊对形成的辊隙；使所述轧辊优选反向旋转并通过所述辊对工件施加压力，由此所述工件根据所述工件的梯级发生改形；将工件运输到转送位置处并且通过存放部支撑工件，优选将工件放置到存放部上；通过所述抓持装置释放所述工件；并且通过另一抓持装置、优选下个更高梯级的相邻的抓持装置抓持工件。
25.关于辊锻设备描述的特征、技术效果、优点以及实施例类似地适用于辊锻方法。
26.因此，优选地，一个或多个工件在各个梯级之间围绕其纵轴线旋转，例如旋转90
°
。所述旋转可以在改形之前或之后在相应的梯级上进行。
27.此外，特别优选地，操纵器的抓持装置在一端部处抓持所述工件并且在所配属的梯级处引导所述工件通过辊隙，而在另一端部处并未抓持所述工件。
28.优选地，用于将工件转送到另一抓持装置上的存放部沿轴向方向和/或沿进给/拉回方向和/或沿向上/向下方向移动，以便由此实现或至少支持转送。备选地或附加地，抓持
装置通过操纵器移动，以便将工件沿轴向方向和/或进给/拉回方向转送到另一抓持装置上。特别优选地，为此基本仅操纵器本身相对于工作辊对沿轴向方向和/或进给/拉回方向运动。
29.为了补偿工件在不同梯级处的不同伸长，优选根据配属的工件的长度相对于操纵器沿进给/拉回方向调节至少一个抓持装置。优选地，抓持装置在辊压期间单独地运动，因为长度增加和/或长度增加的速度可以从梯级到梯级是不同的。这可以被动地、例如弹性地实现，或者主动地、例如气动地、电动地实现等。
30.有待辊压的工件的数量优选小于可用的梯级的数量，例如约为一半。必要时为了遵守与力或能量消耗相关的机器极限，降低梯级的占据是有利的或必要的。
31.本发明的另外的优点和特征从优选实施方式的以下描述中可见。在那里描述的特征可以单独地或者与一个或多个上面描述的特征组合地实现，只要这些特征彼此不矛盾即可。以下参照附图对优选的实施方式进行描述。
附图说明
32.图1a至图1c是根据一种实施方式的不同方法阶段中的辊锻设备的示意性的俯视图；
33.图2a至图2c是根据另一种实施方式的不同方法阶段中的辊锻设备的示意性的俯视图；
34.图3a至图3c是根据另一种实施方式的不同方法阶段中的辊锻设备的示意性的俯视图；
35.图4a至图4c是根据另一种实施方式的不同方法阶段中的辊锻设备的示意性的俯视图。
具体实施方式
36.下面借助附图描述优选的实施方式。在此，相同的、类似的或起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记，并且部分地省略这些元件的描述，以避免重复。
37.图1a至图1c是根据一种实施方式的不同方法阶段中的辊锻设备1的示意性的俯视图。辊锻设备1通过轧辊使工件w发生压力改形。
38.首先阐述辊锻设备1的部件并且紧接着阐述可利用辊锻设备执行的辊锻方法。
39.该辊锻设备1具有工作辊对，该工作辊对具有上轧辊和下轧辊10。上轧辊在图中被省略以便于更好可见工件w的操作和运输。轧辊10可相反旋转。轧辊的旋转方向可以设置为可反转的，然而这不是一定必需的。轧辊10沿轴向方向包括多个梯级s1至s4，所述梯级也被称为道次、轧槽或段。工作辊的辊压造型优选在不同的梯级s1至s4上不同。梯级s1至s4用于工件w的逐步改形，其中，为此，这样的工件w连续经过梯级s1至s4。在附图中示例性地示出四个梯级s1至s4。
40.在梯级s1至s4之间，工件w优选旋转一角度、例如90
°
，正如在图1b中的箭头所显示的那样。所述旋转可以在改形之前或之后在相应的梯级s1至s4上进行。
41.该辊锻设备1还具有带有多个抓持装置21的操纵器20。抓持装置21相应地配属于梯级s1至s4，其中，不一定需要一对一配属。例如，抓持装置21可以操作多个梯级。但是，抓
持装置21的数量优选与图中所示的梯级s1至s4的数量相同，其中，在这种情况下，所述配属关系是一对一配属。具有抓持装置21的操纵器20相对于工作辊对所处于的侧面在此被称为工作侧as。抓持装置21例如具有可调节的夹紧颚板，以便能够可靠地抓持工件w并且释放工件以用于转送。
42.根据图1a至图1c的实施方式，操纵器20沿辊10的轴向方向(本文称为“轴向方向”或“横向方向”)以及沿辊的水平径向方向(本文称为“径向方向”或“进给/拉回方向”)可移动，如图中的箭头所示。当然，一个或多个自由度也可以备选地或附加地单独地通过抓持装置21实现。特别优选地设置抓持装置21或抓持装置21的一部分(优选四个抓持装置中的至少三个抓持装置)沿进给/拉回方向(同样通过图中的箭头示出)的单独的可运动性，以便实现用于补偿工件w的通过不同的梯级s1至s4造成的长度变化的长度补偿功能。为此，沿进给/拉回方向的单独可移动性可以被动地、例如弹性地实现，或者主动地、例如气动地、电动地实现等。此外，抓持装置21可以围绕其自身的轴线可旋转，以便实现工件w在各个梯级s1至s4之间旋转。
43.该辊锻设备1还具有存放部30，该存放部根据图1a至图1c的实施方式布置在与工作侧as对置的侧面上。存放部30可以是静止的或沿着一个或多个自由度可移动。存放部30可以被动地设置，使得工件w在进给位置中(图1b，下面进一步详细描述)被放置在存放部上，或者存放部30支撑工件w，而不主动地抓持或夹持工件w。备选地，存放部30可以具有保持器件31，保持器件暂时保持(例如，抓持或夹持)工件w。
44.通过将存放部30和/或操纵器20或其抓持装置21设置成沿轴向方向可移动，可以省去用于将工件w转送到相邻抓持装置21上的单独的输送装置。
45.在图1a至图1c中示出处于不同方法阶段的位置中的辊锻设备1。
46.根据图1a的辊锻设备1处于拉回位置，在拉回位置中，所有处于加工中的工件w(被相应的抓持装置21保持)完全地从由工作辊对形成的辊隙中拉出或拉回。
47.接着，操纵器20将工件w移入到完全向前推进的位置中，如在图1b中所示。在此，抓持装置21进入到辊隙中并且必要时以其前端部穿过该辊隙。优选地，在该转移期间不发生辊压，即，不发生通过辊10进行的工件w的塑性变形。取而代之，该转移用于在工件w定位在存放部30上的情况下并且必要时随着一个或多个工件w绕其自身的轴线、优选90
°
的旋转来定向所述工件w。到完全向前推进的位置中的转移具有轴向分量，也就是说，工件横向地移动到相应的较高的梯级s2至s4中(在图中向上)，由此在转移结束时在第一梯级s1上没有工件w。
48.在转移到完全向前推进的位置期间或之后，通过输入装置(图中未示出)将新的工件/坯料wn输送给第一梯级s1通过将新的工件/坯料定位在存放部30的相应位置上。新的工件wn的送入在图1b中通过箭头示出。例如，可以通过机器人来实现输入装置，该机器人从存储容器、熔炉等(同样在附图中未示出)中取出工件wn并且将工件放置在梯级s1处的存放部30上。输入装置可以是辊锻设备的一部分或单独的部件。
49.另外，在转移到完全向前推进的位置中之后，已完全经过辊压过程的成品工件wf被输出装置(图中未示出)抓持并从该过程中取出或移除。该方法步骤在图1c中示出，其中，成品工件wf的输出通过箭头表示。输出装置例如可以通过机器人来实现，该机器人抓持工件wf并将该工件交付到后续的装置，例如输送装置或保存容器。输出装置可以是辊锻设备
的一部分或单独的部件。通过输出装置移除成品工件wf并且通过输入装置送入新的工件wn可以同时、基本同时或者依次进行。
50.通过由存放部30将工件w保持在完全向前推进的位置中，抓持装置21可以释放其配属的工件w，并且操纵器20基本沿轴向方向朝向第一梯级s1(在图中向下)移动抓持装置21，在那里，第一抓持装置21抓持新送入的工件wn并且另一抓持装置21分别抓持前一梯级s2至s4的相邻工件w。工件w的转送由图1b和图1c的比较得出。
51.在输出成品工件wf并且包括新工件/坯料wn的所有工件w通过抓持装置21抓持之后(该方法阶段可以视为工作冲程的开始)，对工件w进行辊压。为此，工件w被辊10的相应的梯级s1至s4的辊压造型抓住、通过辊10的旋转(以相反的旋转方向为了转移到向前推进的位置中)被运输并且塑性变形。在此，辊压方向(图中向左)由附图标记wr表示。接下来，该辊锻设备重新到达图1a中的位置。用于执行工作冲程的不同的运行模式是可能的。因此，例如可以以恒定或变化的转速连续地进行驱动所述轧辊10。备选地，轧辊10可以以启动/停止模式运行，例如借助于直接驱动和/或在使用耦联部和/或制动器的情况下。
52.图2a至图2c是根据另一种实施方式的不同方法阶段中的辊锻设备1的示意性的俯视图。因为构造和方法流程大部分与图1a至图1c的实施方式的构造和方法流程一致，所以以下基本仅描述区别。这同样适用于图3a至图3c的实施方式以及图4a至图4c的实施方式。
53.根据图2a至图2c的辊锻设备与前述实施方式的不同之处基本在于，存放部30布置在工作侧as上。存放部30同样可以被动地设置，使得工件w分别放置在存放部上，或者存放部30支撑工件w，而不主动地抓持或夹持工件w。备选地，存放部30可以具有保持器件31，保持器件暂时保持、例如抓持或夹持工件w。根据该实施方式，在工作侧as上实现工件w的送入和输出，如从图2b和图2c中所示。为了支持将工件w转送到相邻的抓持装置21上，存放部30可以沿轴向方向可移动。也可以实现沿进给/拉回方向和/或沿向上/向下方向(相当于垂直于轴向方向和进给/拉回方向的方向)的可移动性，例如以便支持或不妨碍工件w通过辊隙的转移。
54.除了适用于本文阐述的所有实施方式并且在下面进一步描述的技术效果外，图2a至图2c的本实施方式的优点在于，与工作侧as相对的、有利地被设计为工具更换侧的侧面不通过存放部30安装或受限制地可接近。因此，辊锻设备可以更简单且更快速地维护。
55.图1a至图1c和图2a至图2c的两个实施方式基本通过使操纵器20和/或其抓持装置21沿轴向方向移动来实现工件w移置到下个较高的梯级s2至s4上。图3a至图3c和图4a至图4c的后续两个实施方式基本通过沿轴向方向移动存放部30来实现工件w的移置。
56.为此，存放部30至少沿轴向方向可移动。存放部可以被动地设置，使得工件w分别放置在存放部上，或者存放部30支撑工件w，而不主动地抓持或夹持工件w。备选地，存放部30可以具有保持器件31，保持器件暂时保持(例如，抓持或夹持)工件w。
57.存放部30可以安装在工作侧as上，如图3a至图3c所示。备选地，存放部可以布置在与工作侧as对置的侧面上，如从图4a和图4b中可看到的。
58.应当指出的是，存放部30可以备选地或附加地沿进给/拉回方向在两个侧面之间，即，在工作侧as和与工作侧as对置的侧面之间，可移动。此外，可以设置多个存放部30，如例如从图4c可见，例如如果这改进或简化了工件w的操作的话，或者以便能够利用同一个辊锻设备1实现不同的方法流程而无需任何显著的改造措施。
59.在辊压过程结束时，梯级s1至s4的工件w通常具有略微不同的长度。为了补偿这种不同的伸长，至少几个、优选至少n-1个(在此n表示梯级的数量)抓持装置21具有长度补偿区段22。长度补偿区段22例如可以通过弹簧部实现，该弹簧部可以为了抓持装置21的长度补偿而不同程度地弹性压缩。
60.在本文阐述的实施方式中，工件w在“返回路径”上进行辊压，即在从向前推进的位置中向图1a、2a、3a和4a的初始位置中的转移中进行辊压。然而，备选地或附加地，在向前转移中，即在转移到向前推进的位置中期间，也可以通过辊10实现工件的塑性改形。
61.在此所述的辊锻方案允许同时占据所有或至少多个梯级s1至s4，例如每隔一个梯级。必要时为了遵守与力或能量消耗相关的机器极限，降低梯级s1至s4的占据是必要的。尽管如此，辊锻设备1由于并行占据而实现优化工件w的产量。这在不需要处于工作辊对的相对侧上的两个操纵器的情况下实现。工作侧as上的操纵器仅被扩展了另外的抓持装置21，例如夹钳，由此在不显著提高结构和过程复杂性的情况下实现改进的功能性。横向运输，即工件w沿轴向方向的运输，例如要么通过操纵器20中的附加横向运输轴线结合静止的存放部30来实现，要么通过将沿轴向方向静止的操纵器20与沿轴向方向可移动的存放部30组合来实现。在此，工件w的“第二”端部不需要由另外的操纵器抓持。以这种方式，利用相对较少数量的结构组合件实现了高产量，由此还改进了辊锻设备的可靠性和可维护性。
62.只要可应用，所有在实施方式中描述的各个特征可以彼此组合和/或交换，而不脱离本发明的范围。
63.附图标记列表
[0064]1ꢀꢀꢀꢀꢀ
辊锻设备
[0065]
10
ꢀꢀꢀꢀ
轧辊
[0066]
20
ꢀꢀꢀꢀ
操纵器
[0067]
21
ꢀꢀꢀꢀ
抓持装置
[0068]
22
ꢀꢀꢀꢀ
长度补偿区段
[0069]
30
ꢀꢀꢀꢀ
存放部
[0070]
31
ꢀꢀꢀꢀ
保持器件
[0071]
s1-s4 梯级
[0072]wꢀꢀꢀꢀꢀ
工件
[0073]
wn
ꢀꢀꢀꢀ
新的工件/坯料
[0074]
wf
ꢀꢀꢀꢀ
成品工件
[0075]
as
ꢀꢀꢀꢀ
工作侧
[0076]
wr
ꢀꢀꢀꢀ
辊压方向。