用于改型工件的改型工具、改型设备及方法

技术领域

本发明涉及一种用于改型工件的改型工具以及一种具有这种改型工具的改型设备。本发明还涉及一种用于改型工件的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于改型工件的改型工具及改型设备，能够用来快速、低成本、高精度地改型工件。

本发明的更多实施例参阅从属权利要求。

根据本发明的用于改型工件的改型工具包括至少一个具有纵向轴线的主体以及至少一个改型辊，该改型辊具有至少一个旋转轴线并可转动地支承于至少一个主体上。至少一个改型辊具有至少一个改型段，其中，至少一个改型段至少关于至少一个主体的纵向轴线在径向方向上突出超过至少一个主体的至少一个径向外表面，以便形成至少一个用于改型工件的改型区。

工件材料可以由至少一个改型辊的至少一个改型段施加压力，以便可以对工件进行改型。该改型工具可以用至少一个改型段作用于例如管状或环状工件的内周面上，以使工件材料改型。通过至少一个改型辊可转动地支承，至少一个改型辊的至少改型段可以在工件的内周面上滚动。该改型工具可以使工件材料屈服并且例如将其压入阴模中，从而通过改型可以高精度地在工件上创建复杂的结构。工件能够快速进而低成本地得以改型。

主体的纵向轴线可以形成改型工具的旋转轴线。主体可以具有至少一个开口，穿过该开口至少一个改型辊的至少一个改型段在径向方向上延伸。至少一个改型辊的改型段可以在径向方向上穿过主体中的至少一个开口沿径向方向突出超过主体的径向外表面。

至少一个改型辊可以具有至少一个轴承段。至少一个轴承段可以至少局部地容纳在至少一个主体中。至少一个轴承段可以呈柱形构造。至少一个轴承段可以呈圆柱形构造。至少一个轴承段可以固定地与改型段连接。至少一个轴承段可以相应地呈管状或棒状构造。至少一个轴承段可以在轴向方向上邻接到至少一个改型段。至少一个改型辊可以呈蘑菇状构造。

改型工具可以具有至少一个轴承组件，用于将至少一个改型辊支承于至少一个主体上。至少一个轴承组件可以构造为使得至少一个轴承组件可以承受径向方向和/或轴向方向上的力。至少一个轴承组件可以容纳在至少一个主体中的至少一个凹部中。

至少一个轴承组件可以具有至少一个轴承。至少一个轴承可以将至少一个改型辊的至少一个轴承段可转动地支承于至少一个主体上。至少一个轴承可以为滚动轴承。至少一个轴承可以为滚珠轴承或滚柱轴承。例如，至少一个轴承可以为圆锥滚柱轴承。至少一个轴承可以具有轴承内圈和轴承外圈，这二者之间容纳有滚动体。轴承外圈可在轴向方向和/或径向方向上支撑于至少一个主体上。轴承内圈可以局部地容纳至少一个改型辊的轴承段。至少一个轴承组件可以具有多个轴承。至少一个轴承组件可以由1个、2个、3个或更多轴承组成。轴承可在轴向方向上相互偏置地布置于轴承段上。轴承可以由此具有彼此预定的轴向距离。至少一个轴承组件的轴承类型可以有所不同。例如，至少一个轴承组件可以具有滚珠轴承和滚柱轴承。还可设想，圆锥滚柱轴承和传统的滚柱轴承形成至少一个轴承组件。

至少一个改型辊可以经由至少一个轴向锁止元件保持在至少一个轴承组件上。至少一个锁止元件可以支撑于至少一个轴承的轴承内圈上。至少一个锁止元件可以与至少一个轴承段的轴向端部连接。至少一个锁止元件可以为锁止螺母或锁止环。此外，多个锁止元件可以提供在轴承段的端部处。

至少一个改型辊的至少一个旋转轴线可以至少基本上与主体的纵向轴线平行地延伸。至少一个旋转轴线可以与主体的纵向轴线倾斜地延伸。至少一个旋转轴线可以与主体的纵向轴线相距预定的径向距离。至少一个改型辊的至少一个改型段至少可沿改型辊的旋转轴线移位。

至少一个改型辊可以是多部件式构成。例如，改型段和轴承段可以由分开但相互连接的元件形成。至少一个轴承段可以具有至少一个弹簧。至少轴承段可以具有至少一个内部件和至少一个外部件。至少一个轴承段的至少一个外部件可以连接到至少一个轴承组件。至少一个内部件和至少一个外部件可相对于彼此移位。至少一个外部件可以至少局部地容纳至少一个内部件。至少一个外部件可以由此形成至少一个内部件的引导件。至少一个外部件可以呈管状构造。至少一个内部件和至少一个外部件可以经由至少一个弹簧相互耦合。至少一个内部件和至少一个外部件可随着至少一个弹簧的压缩或拉伸而相对于彼此移位。至少一个改型段可连同至少一个内部件一起相对于外部件移位。至少一个弹簧可以为压缩弹簧或拉伸弹簧。

至少一个改型辊可以至少在径向方向上不能移位地支承于主体上。至少一个改型辊可沿其旋转轴线至少部分地移位。至少一个改型辊的至少改型段的径向位置和/或轴向位置可以机械地、气动地或液压地调节。，至少一个改型辊的位置也相应地可以在机器侧通过机械的、气动的或液压的调节来调节。

至少一个改型辊可以具有至少两个轴承段。在至少两个轴承段之间可以在轴向方向上提供有至少一个改型段。至少一个主体可以构造为使得至少两个轴承段至少局部地容纳在主体中。至少一个轴承组件可以具有多个轴承，使得至少两个轴承段之中每一个轴承段经由至少一个轴承支承于主体上。换言之，至少一个主体可以在至少一个改型辊的至少一个改型段的两侧沿轴向方向延伸。

至少一个改型段可以在其最大外径区域内具有至少一个构造用于改型工件的加工位。至少一个改型段可以在其最大外径区域内是弯曲的或拱形的。利用至少一个加工位可以使至少一个改型段作用于工件内周面，以改型工件材料。加工位可以具有至少一个加工边缘或至少一个加工顶，这代表改型段的最大外径，可作用于工件的内周面以对工件材料进行改型。至少一个改型段可以至少局部地呈圆锥形或截锥形构造。

改型工具可以具有多个改型辊。这些改型辊可以关于主体的纵向轴线相互偏置预定角距地布置于主体上。这些改型辊的突出改型段可以关于主体的纵向轴线相互偏置预定的角距地在径向方向上突出超过主体。这些改型辊可以用其改型区在多处作用于坯件，以改型坯件材料。改型区尤其可以作用于管状坯件的内周面上。在使用改型工具的改型过程中，管状坯件的壁厚被减小。由于坯件或改型工具的旋转，改型辊可以相继加工坯件的部分区域或坯件内周面的部分区域。利用多个改型辊，改型工具可以在多处作用于坯件，因此改型过程的持续时间可以缩短。通过多个改型辊还可以使坯件材料屈服得更快更均匀并压入到成型工具的阴模中。另外，利用多个改型辊，可以在改型过程中更好地支撑改型工具。

改型辊的旋转轴线可以围绕主体的纵向轴线布置于半径上。当改型工具旋转时，改型辊可以围绕主体的纵向轴线在半径上移动，在此情况下，主体的纵向轴线形成主体的旋转轴线。

至少一个主体可以是多部件式构成。主体可以具有多个凹部，至少一个轴承组件的轴承可以容纳在这些凹部中。主体的各个部件可以相互螺接。主体的各个部件可以基本上呈盘状构造。

本发明还涉及一种用于改型工件的改型设备，其包括至少一个改型工具和至少一个成型工具。至少一个成型工具具有在工件上待构造的结构的至少一部分的阴模。至少一个改型工具和至少一个成型工具可以在轴向方向上相对于彼此移位，其中，至少一个成型工具和/或至少一个改型工具可旋转。

至少一个成型工具和至少一个改型工具可以同轴布置。在此情况下，至少一个改型辊的旋转轴线可以与主体的纵向轴线和成型工具的轴线具有径向距离。阴模可以构造于成型工具的内周面上。至少一个成型工具可以呈桶状或鼓状构造。至少一个工具可以夹入成型工具中。

成型工具和/或改型工具可以被驱动进行旋转。至少一个改型辊可以被驱动进行旋转。至少一个改型辊可自由转动地支承于至少一个主体上。例如改型工具被驱动时就是这种情况。

本发明还涉及一种用于改型工件的方法，其中，提供至少一个成型工具和至少一个改型工具来改型工件，其中，至少一个成型工具具有在工件上待构造的结构的至少一部分的阴模，其中，至少一个改型工具和至少一个成型工具相互作用，以改型至少一个工件，使得工件的材料压入到成型工具的阴模中，以构造工件上的结构。

在根据本发明的方法中，改型工具将工件材料压入到成型工具的阴模中，其中，该阴模对应于在工件上待构造的结构的至少一部分的阴模。至少一个成型工具和至少一个改型工具相互作用，使得工件材料可以屈服于成型工具的阴模中。利用根据本发明的方法可以改型例如钢、不锈钢和金属，诸如铝。

改型工具可以至少作用于工件的内周面上以改型工件材料。通过使用改型工具进行改型过程，管状坯件的壁厚被减小，因为坯件材料在改型期间被压入成型工具的阴模中。改型工具被移动入工件进行改型。工件和/或具有阴模的成型工具在改型期间可以静止不动。至少一个成型工具可以在改型期间旋转。此外，至少一个改型工具可以在改型期间旋转。成型工具和改型工具可以在相反的旋转方向上旋转。然而，成型工具和改型工具也可以在改型期间共同旋转或在相同的旋转方向上旋转。改型工具和/或成型工具也可以在加工期间逆向改变旋转方向。工件可以在改型期间布置于至少一个成型工具上。改型工具可以在轴向方向上相对于成型工具和工件移动。换言之，改型工具可以旋转并同时在轴向方向上相对于工件和成型工具移动。

至少一个改型工具可在轴向方向上相对于成型工具移动以改型工件材料。替代地或附加地，至少一个成型工具可在轴向方向上相对于至少一个改型工具移位，以改型工件材料。

在改型工具冲击工件之后，至少一个改型辊可以用其改型段在工件上滚动。至少一个改型辊可以由此绕其旋转轴线转动。这样就能确保工件内周面的各点与改型段相接触。

至少一个成型工具和/或至少一个改型工具可以被如此控制，使得在工件的外周面上局部地或连续地构造期望的结构。为此可以提供控制器。成型工具和改型工具的运动可以同步。例如，成型工具的旋转和改型工具的旋转可以通过控制器或变速器来进行同步。此外，可以通过控制器使成型工具进行旋转来控制改型工具在轴向方向上相对于成型工具的移位。

附图说明

下面结合附图来描述改型工具的示例性实施例。图中：

图1示出根据第一实施例的改型工具的立体图；

图2示出根据第一实施例的改型工具的俯视图；

图3示出沿图2中剖面线III-III的剖视图；

图4示出根据第二实施例的改型工具的立体图；

图5示出根据第二实施例的改型工具的俯视图；

图6示出沿图5中剖面线VI-VI的剖视图；以及

图7示出根据第三实施例的改型工具的剖视图。

具体实施方式

图1示出根据第一实施例的改型工具10的立体图。改型工具10具有主体12和改型辊14、16、18。改型辊14、16、18经由紧固板20沿轴向方向保持在主体12上。紧固板20经由螺丝22螺接到主体12。根据本实施例，主体12由两部件24和26组成。

改型辊14、16、18可转动地支承于主体12上。改型辊14、16、18各具有改型段28、30、32。改型段28、30、32至少局部地呈圆锥形构造。改型段28、30、32具有由改型段28、30、32的外表面或侧表面形成的加工面34、36、38。加工面34、36、38构造为逐点、线性或局部地与待改型工件相接触，以改型工件(未示出)。

图2示出改型工具10的俯视图。主体12具有外表面40。根据本实施例，主体12

呈柱形、尤其是圆柱形构造。主体12具有纵向轴线A。纵向轴线A也可以与主体12的旋转轴线重合。改型辊14、16、18的旋转轴线D

改型辊14、16、18构造布置于主体12上，使得改型段28、30、32各自限定改型区42、44、46，其中加工面34、36、38可以逐点、线性或局部地与待改型工件(未示出)相接触。改型辊14、16、18的改型段28、30、32以其改型区42、44、46在径向方向上突出超过主体12的外表面40。在改型区42、44、46中，改型辊14、16、18可以与待改型工件(未示出)的内周面相接触。在改型期间，改型区42、44、46中的加工面34、36、38可以在加工位改型区48、50、52处与待改型工件相接触。在加工位48、50、52处，改型段28、30、32可以距主体12的纵向轴线A具有最大径向距离RA

图3示出沿图2中剖面线III-III的剖视图。根据本实施例，改型辊14、16、18一体改型，如参见图3中完整表示的改型辊18。图3完整表示出改型辊18。改型辊18除改型段32之外还具有轴承段54。轴承段54局部地容纳在主体12中。改型辊18以其轴承段54经由轴承组件56可转动地支承于主体12上。主体12的部件26中构造有凹部58、60，在该凹部58、60中容纳了轴承组件56。根据本实施例，轴承组件56由两个轴承62、64组成。轴承62、64可以为滚动轴承，例如滚珠轴承或滚柱轴承。根据所示的实施例，轴承62、64为圆锥滚柱轴承。

在主体12的部件24中构造有凹部66，改型辊18的轴承段54延伸到该凹部66中。凹部66中的轴承段54上提供有锁止元件68。锁止元件68将改型辊18在轴向方向上固定至轴承组件56。锁止元件68可以例如是锁止环或锁止螺母。锁止元件68在轴向方向上支撑于轴承62上。为此，锁止元件68可以支撑于轴承62的轴承内圈70上。轴承段54部分容纳在轴承内圈70中。轴承62除轴承内圈70之外还具有轴承外圈72，其轴向和径向支撑于主体12上或凹部58的内壁上。轴承内圈70与轴承外圈72之间提供有滚动体74。

凹部60中提供轴承64并且因此更靠近改型部32。轴承62和64彼此间具有一定轴向距离。正如轴承62，轴承64也具有轴承内圈76和轴承外圈78。在轴承内圈76与轴承外圈78之间提供有滚动体80。轴承外圈78支撑于凹部60的内壁上。轴承内圈76容纳轴承段54的区段。轴承内圈76延伸穿过紧固板20中的开口82。轴承内圈76可以用其端面之一抵靠改型段32。

改型段32的加工面38具有锥状构造的表面区段84。在锥状构造的表面区段84中，改型段32朝主体12的方向呈锥形扩宽。在锥状表面区段84与基本上垂直于旋转轴线D

开口92在主体12的部件24中的凹部66与主体12的端面90之间延伸。开口92可以例如用作通风口。

上文关于改型辊18及其支承方式的说明也类似地适用于改型辊14、16及其支承方式。

图4示出根据第二实施例的改型工具10的透视图。改型工具10具有主体12和改型辊14、16、18。改型辊14、16、18经由紧固板20和螺丝22在轴向方向上固定至主体12。主体12由两个部件24和26组成。部件24上提供有轴段94，其可以将主体12耦合到驱动装置(未示出)。

改型段28、30、32处可以看到螺丝96、98、100。根据本实施例，改型辊14、16、18是多部件式构成。根据本实施例，改型辊14、16、18倾斜设置，即相对于纵向轴线A向内侧倾。

图5示出改型工具10的俯视图。根据第二实施例的改型工具10的结构

基本上相当于参照图1至图3描述的实施例的结构。改型辊14、16、18倾斜设置。改型段28、30、32处设置有螺丝96、98、100。改型辊14、16、18的旋转轴线D

改型段28、30、32在径向方向上突出超过主体12的外周面40。改型段28、30、32各自限定改型区42、44、46，其中加工面34、36、38可以逐点、线性或局部地与待改型工件(未示出)相接触。改型辊14、16、18的改型段28、30、32以其改型区42、44、46在径向方向上突出超过主体12的外表面40。在改型期间，改型区42、44、46中的加工面34、36、38可以在加工位48、50、52接触到待改型工件。在加工位48、50、52，加工面34、36、38可以距主体12的纵向轴线A具有其最大径向距离RA

图6示出沿图5中剖面线VI-VI的剖视图。根据本实施例，改型辊18由多个部件组成。改型辊18具有改型段32和

轴承段54。根据本实施例，改型段32由加工元件32形成，该加工元件32经由螺丝100螺接到轴承段54。轴承段54由内部件102和外部件104形成。外部件104具有锥形构造的端部106，其至少局部地容纳在加工元件32的互补凹部108中。内部件102经由螺丝100螺接到加工元件32。

内部件102与外部件104经由弹簧110相互耦合。弹簧110包围内部件102的端部112。弹簧110容纳在外部件104的端部114中并支撑在外部件104的肩部116上。螺母118和垫片120附接到内部件102的端部112以使弹簧110保持在内部件102上。基本上管状的外部件104容纳内部件102。外部件104就形成内部件102的引导件。当弹簧110受到压缩时，内部件102可沿旋转轴线D

外部件104连接到轴承组件56的轴承62、64。轴承62、64容纳在主体12的凹部58、60中。外部件104容纳在轴承62、64的轴承内圈70、76中。轴承外圈72、78支撑于主体12上。为此，在轴承62、64之间或凹部58、60之间，主体12的部件26上沿轴向方向构造有相应的肩部122。轴承64的轴承外圈78也支撑于紧固板20上。轴承内圈76延伸穿过紧固板20的开口82。轴承段54或轴承段54的外部件104经由锁止元件124在轴向方向上固定至轴承组件56。锁止元件124在轴向方向上支撑于轴承62的轴承内圈70上。锁止元件124可以螺接到外部件104。为此，锁止元件124可以具有内螺纹，外部件104可以具有带外螺纹的区段。

改型辊18以及轴承组件56倾斜或侧倾地布置于主体12上。凹部58、60、66相应地布置构造为可以提供改型辊18和轴承组件56的倾斜位置。旋转轴线D

图7示出根据另一实施例的改型工具10的剖视图。改型工具10具有主体12和多个改型辊，而图7中仅示出改型辊14。主体12的纵向轴线A基本上与改型辊14的旋转轴线AD

改型辊14具有改型段28和两个轴承段54、126。改型段28呈锥形构造。锥形改型段28的外径从轴承段54开始朝向轴承段126的方向减小。改型段28在轴向方向上构造于两个轴承段54、126之间。改型辊14经由轴承组件56可转动地支承于主体12上。轴承组件56构造为使其可以承受图7中输入的力Fr、Fa

改型辊14和轴承组件56容纳在主体12中的凹部66内。轴承组件56包括轴承62、64、128。两个轴承62、64与轴承段54相互作用。轴承128用于支承轴承段126。轴承组件56还包括支撑元件130，改型辊14可以在轴向方向上支撑于该支撑元件130上。支撑元件130紧固至主体12。支撑元件130可以例如经由螺母132固定至主体12。支撑元件130的位置在轴向方向上可调。

改型辊14的改型段28以其改型区42在径向方向上突出超过主体12的外周面。利用改型区42，改型辊14可以与坯件的内周面相接触，以改型坯件(未图示)。

根据本实施例，主体12由三个部件24、26、134组成。部件24、26、134可以经由螺丝相互连接。轴承段126经由轴承128支承于部件134上。主体12的部件134形成主体12的自由端，利用该自由端可以使改型工具10首先侵入坯件中。改型辊14的改型段28容纳在部件134内。部件134具有开口136，改型段28以其改型区42在径向方向上延伸穿过该开口136。部件134具有比部件24、26更小的外径。改型段28的改型区42在径向方向上既突出超过部件134的外周面138又突出超过部件24、26的外周面40。

为了将工件或工件坯件改型为具有预定结构的工件，将坯件(未示出)置入阴模(未示出)中。坯件的外周面至少局部地抵靠成型工具(未示出)的内周面，该成型工具上构造有工件外表面上待构造的结构的阴模。

成型工具和坯件共同置于旋转中。在改型过程中，改型工具10与携带坯件的成型工具之间在轴向方向上存在相对运动，同时成型工具携带坯件进行旋转。改型工具10在轴向方向上相对于成型工具移位，以在改型辊14、16、18的在改型区42、44、46中的加工面34、36、38与坯件之间建立接触。通过在改型区42、44、46中的加工面34、36、38与坯件材料相接触，改型辊14、16、18开始绕其旋转轴线D

通过改型辊14、16、18的加工面34、36、38的加工位48、50、52与坯件材料的相对位移和点状、线性或局部接触，将坯件材料压入阴模到成型工具的内周面上。换言之，由于改型辊14、16、18相对于坯件的相对运动而施加到坯件材料上的压力，坯件材料可以屈服入阴模。这样就能在坯件16的外周面上构造成期望的结构。成型工具携带坯件进行旋转的转速可以与改型工具10相对于成型工具的轴向相对位移的速度相匹配，使得在改型工具10与成型工具之间沿轴向方向进行相对位移期间，改型工具10可以对坯件的整个内周面进行加工。

上述方法也可以使用静止的成型工具和旋转的改型工具10来执行。改型工具10则围绕纵向轴线A旋转并同时在轴向方向上相对于携带坯件的成型工具移动。在此情况下，改型辊14、16、18也可以通过与坯件接触而在坯件的内周面上滚动并绕其旋转轴线D

根据本发明，通过改型能够在工件上快速、低成本、高精度地制造复杂的结构。