Mitte der 1980-er Jahre wurde an der TU Dresden im Ergebnis der Suche nach Möglichkeiten die komplexe Werkzeuggeometrie beim Keilquerwalzen abzulösen und zu flexibilisieren das „Axialvorschubquerwalzen“ (Axial-Vorschub-Querwalzen / AVQ) als neues Erfolg versprechendes Umformverfahren erfunden. AVQ stellt eine Modifikation des „Konvex-Konvex-Keilquerwalzens“ dar, wobei der zur Realisierung des axialen Werkstoffflusses erforderliche Keilwinkel β nicht Bestandteil der Werkzeuggeometrie ist, sondern kinematisch durch das frei wählbare Geschwindigkeitsverhältnis β erzeugt wird.
Das Verfahren war zunächst als Alternative zur konventionellen rein spanenden Fertigung mehrfach abgesetzter wellenförmiger Teile aus Vollmaterial gedacht und wurde später zur Herstellung von derartigen Hohlteilen ausgehend von Rohrmaterial weiterentwickelt. Als Anwender werden Komponentenhersteller für Wellen, Achsen und dgl. gesehen, wobei sowohl Vorformen als auch Fertigformen herstellbar sind.
Der Einsatz ist auf Grund der relativ einfachen und universell verwendbaren Werkzeuge insbesondere bei kleinen und mittleren Stückzahlen wirtschaftlich. Für eine industrielle Anwendung des AVQ gibt es derzeit noch keine geeignete Produktionsmaschine.

Verfahrensprinzip

Das in Bild 1 dargestellte Verfahrensprinzip ermöglicht mit relativ geringem Aufwand an Werkzeugen mit unterschiedlichem Schulterwinkel umfangreiche Untersuchungen zum Einfluss der Werkzeugparameter Keilwinkel β und Schulterwinkel α auf das Walzergebnis.  Die vorgeschlagene Verfahrensvariante beruht darauf, dass der auf den bekannten Querwalzwerkzeugen aufgebrachte Umformkeil, dessen beide Keilflanken den Winkel β einschließen, durch axiale Bewegung der Umformschulter derart kinematisch erzeugt wird, dass das Verhältnis von axialer und tangentialer Werkstückgeschwindigkeit tan β/2 entspricht. Die Bedingungen, unter denen wellenförmige Werkstücke qualitätsgerecht bezüglich Rundheit, Geradheit u. Oberflächenfeingestalt rissfrei gewalzt werden können, wurden in zahreichen Versuchen ermittelt. Der Einfluss von Werkzeuggeometrie (α), Walzgeschwindigkeit (ß) s. Bild 1 , Untermittigkeit (u) s. Bild 2, Wulst- und Endtrichterbildung, s. Bild 3, auf Werkstückqualität, Werkstoffausnutzung, Produktivität und Wirtschaftlichkeit wird qualitativ angegeben.

Bild 1: Verfahrensprinzip AVQ

 

Ziel der Forschung zum AVQ ist es, für Werkstofffluss, Kraft- und Arbeitsbedarf auf der Grundlage experimenteller Untersuchungsergebnisse so zuverlässige Voraussagen zur Verfahrensführung zu ermöglichen, dass ausreichend genau vorgeformte wellenförmige Werkstücke für die spanende Feinbearbeitung gewalzt werden können.

 

Bild 2: Geometrische Kenngrößen Bild 3: Walzen eines Wellenabsatzes

Umsetzung

Zur Realisierung dieses Verfahrens wurde eine Vorrichtung aufgebaut, die aus einer Walzprobenspanneinrichtung, einem Führungsschlitten und zwei hydraulischen Arbeitszylindern, die über ein Joch den Führungsschlitten und damit die Walzprobe aus dem Walzspalt herausziehen, besteht.
Zur rationellen Versuchsdurchführung wurde diese Versuchseinrichtung mit Sensoren zur Messung aller relevanten Verfahrenskenngrößen ausgestattet und mit einem Messrechner zur Speicherung und Verarbeitung der aufgenommenen Werte gekoppelt.

 

 

Parallel zu den experimentellen Untersuchungen an der TU Dresden wurden im Rahmen der Prozesskennfeldermittlung am Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Universität Hannover numerische Simulationen mittels FEM durchgeführt

Die in den letzten Jahren stark gestiegenen Materialkosten und der Trend zur Leichtbauweise führten im Jahre 2002 auf Anfrage eines Komponentenherstellers für zylindrische Hohlteile zu Untersuchungen, das Axial-Vorschub-Querwalzen auch für die Herstellung von Hohlwellen mit definierter Außen- und Innenkontur anzuwenden.

AVQ (Axial-Vorschub-Querwalzen) von dünnwandigen Rohren

 

Veröffentlichungen