Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gezahnten Körpern aus Metall durch Pressen. Die Erfindung bezieht sieh auf ein Ver fahren und eine Vorrichtung zur Herstel lung von gezahnteil Körpern aus Metall, wie Zahnräder, Zahnkränze, Kegelräder, gezahnte Kupplungsscheiben und dergleichen, durch Pressen.
Die Vorteile der Herstellung solcher Teile, die im folgenden zur Vereinfachung des Aus- druekes kurz als Zahnräder bezeichnet wer den, durch Pressschmieden sind bekannt. Sie bestehen vor allem darin, dass das Gefüge des Rolhlings durch den Schmiedevorgang nur umgeformt wird, aber keine Einschnitte und Unterbrechungen erfährt. Die Materialfasern folgen beim geschmiedeten Zahnrad durch die gesamte Dicke des Werkstückes der Gestalt desselben in mehr oder weniger gleich starken Scbiehten, wodurch die Festigkeit des Werk stückes erhöht wird.
Beim Fräsen von Zahn rädern wird dagegen das natürliche körnig faserige Gefüge des Rohlings an den ver- wundbarsten Stellen des Werkstückes unter brochen, nämlich an dem verzahnten Umfang, an dem die grössten Beanspruchungen und der stärkste Verschleiss auftreten.
Bei den bisher bekannten Verfahren wird der Rohling so weit erwärmt, dass er im Ge senk fliesst, wenn er der Wirkung des Stem pels einer Schmiedepresse ausgesetzt wird. Dabei wird der teigige, plastische Rohling ver- lhältnismässig langsam in die für die Formung der Zähne ausgearbeiteten Zonen am innern odler äussern Umfang der Matrize eingedrückt. Infolgedessen ist die Temperatur an den Um- fangszonen des Werkstückes wesentlich nied riger als in dessen Kern. Dies führt zu einer ungleichmässigen Dichte des Gefüges des Werkstückes und verursacht eine Unzuver lässigkeit in der Genauigkeit der Zahnform.
Zur Behebung dieses Nachteils ist vorge schlagen worden, das als Stempel wirkende Gesenkteil mit kleinen Fortsätzen hinter jeder Zahnform zu versehen, um ein zusätzliches Zusammendrücken in der Bewegungsrichtung des Gesenkes in dem Augenblick zu erzielen, in welchem das Gesenkteil in die Matrize ein tritt, damit der Werkstoff so stark gepresst wird, dass er auch die die Zähne bildenden Räume am Umfang der Matrize vollständig aus füllt.
Dieses Verfahren erfordert aber zahl reiche Arbeitsgänge und mehrere Satz Werk zeuge. Fluch verursachen die kleinen Ansätze am Gesenk notwendigerweise kleine Hohl räume in jedem Zahnrücken, welche die Festigkeitseigenschaften -des Zahnrades beein trächtigen, insbesondere mit Bezug auf dessen Biegefestigkeit. Um den hinter jedem Zahn durch die Ansätze gebildeten Grat. zu ent fernen, sind Nachbearbeitungen erforderlich. Gleichwohl bleiben auf der Oberfläche noch Faltungen und Nähte sichtbar.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ver meidet diese Nachteile dadurch, dass in den in teigigem, plastischem Zustand befindlichen scheiben- oder ringförmigen Pressrohling ein c Verdrängerkörper eingepresst wird, der eine Fläche besitzt, welche einem Teil des plasti- sehen Materials eine Bewegeng in radialer Richtung erteilt.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnun gen an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt im Aufriss und im Schnitt eine Ausbildung der Gesenkteile, bei welcher die Beschleunigung des Werkstoffes bei der Verdrängung nach aussen durch einander gegenüberliegende, gleichachsig angeordnete kegelstumpfförmige Ansätze des Stempels und des Bodens der Matrize erzielt wird.
Fig. 2 zeigt im Aufriss und im Schnitt die Verwendung von einander gegenüberliegenden ringförmigen Ansätzen an den Gesenkteilen.
Fig.3 zeigt den Querschnitt eines Werk stückes nach Entfernung der in Fig. 2 dar gestellten Gesenkteile.
Fig. 4 zeigt im Aufriss und im Schnitt eine weitere Ausführungsform, bei welcher an den Gesenkteilen ausser den gleichachsig angeord neten zentralen Erhöhungen ringförmige Wulste ausgebildet sind, durch die eine Dii- senwirkung auf die plastische, teigige Nasse des Rohlings ausgeübt werden kann. Dabei ist der Oberstempel vor dem Aufsetzen auf das Arbeitsstück gezeigt.
Fig. 5 ist ein Querschnitt nach Beendi gung des Schmiedevorganges.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungs form enthält das Gesenkgehäuse 1 die Matrize 2, die mit einer nach innen gerichteten Zahn form 2' ausgebildet ist. Diese ist zur For mung von Zähnen am Umfang des mit strich punktierten Linien gezeichneten Werkstückes (Rohling) 8 geeignet. Dieser wird, nachdem er auf die erforderliche Schmiedetemperatur gebracht ist, bei der er unter entsprechender äusserer Einwirkung als schwach teigige und plastische Masse fliesst, zwischen dem Stem pel 4 rund dem Boden des Gehäuses 1 einem plötzlich einsetzenden hohen Druck ausgesetzt, so dass der Rohling unter der Presswirkung sich zwangläufig der durch die verzahnte Aus bildung der Matrize gegebenen Form anpasst.
Der Stempel 4 und der Boden des Gehäuses 1, der praktisch einen Teil der Matrize 2 dar- stellt, sind mit zueinander gleiehaehsigen, mutig angeordneten kegelstumpfförmigen An sätzen 6 und 7 ausgebildet, die bei Beendi gung des Pressvorganges fast miteinander in Berührung kommen.
Das Werkstück lässt sieh aus der Matrize dadurch herausnehmen, dass der Ansatz 7 mit einem Kolben aus einem Stück ausgebildet ist, der aus einem Auswerfer in Form einer Kol benstange 5 mit einem dielen, zylindrischen, als Flansch ausgebildeten Kopf 5' besteht, dessen Oberfläche mit demn Innenboden des Gehäuses 1 fluchtet. Ein Einsatz- oder Auf nahmering 3 ist in das Gehäuse 1 eingesetzt, um die Matrize 2 in ihrer Lage festzuhalten. Die kegelstumpfförnmigen Ansätze 6 und 7 sind so bemessen, dass die Summe der durch sie verdrängten Volumina in dein notwendigen Verhältnis zum Volumen der Zwischenräume zwischen den Zähnen der Matrize 2 steht, die der Rohling ausfüllen soll.
Infolge der raschen Bewegung des Stem pels 4 gegen das Gesenkunterteil 1 beauf schlagt der kegelstumnpfförmnige Ansatz 6 den Rohling 8, der auf dem Kegelstunpf 7 auf liegt. Durch den Aufschlag der Kegelstümpfe 6 und 7 auf beiden Seiten der warmen plasti schen Masse des Rohlings tritt infolge der hohen Geschwindigkeit, mit der dieser Vor gang beispielsweise in einer Friktions- Sehmiedepresse vor sieh geht, eine Verdrän gung des Werkstoffes radial nach aussen ein. Mit dem Eindringen der I%egelstiimpfe 6 und 7 wird der Werkstoff in zunehmendem -Masse in waagrechten und mehr oder weniger par allelen Schichten gestreckt.
Dies hat zur Folge, dass die Aussensehieh- ten des Werkstoffes in die zahnförmig ausge bildete Zone am Umfang- des Gesenkunterteils 1 gepresst wird, wobei durch das weitere Ein dringen der Kegelstümpfe 6 und 7 in den Rohling die Masse weiter verdrängt wird und den Hohlraum ani Umfang der Matrize 2 voll ausfüllt.
Vorausgesetzt, dass das Volumen des Rohlings 8 richtig bemessen ist, wird durch diesen Vorgang ein massives Werkstück er halten, das in seiner Form -enau der Gestalt der Matrize entspricht.. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungs form ist statt der Verwendung von zwei kegelstumpfförmigen Ansätzen, die einzeln und senkrecht an den zugehörigen Gesenk- stüceken vorgesehen sind, das obere Gelenk teil 4 mit einem mittig fest angeordneten, zylindrischen Stempel 9 versehen, der in eine entsprechend bemessene Bohrung 10 des Aus werfers 5 eintreten Bann.
Auf der obern ring förmigen Fläche des Kopfes 5' des Auswer fers 5 sowie auf der Unterseite des Gelenk teils 4 sind entsprechend gestaltete ringför mige Wulste 11 und 12 ausgebildet, die beide im Querschnitt die Form einer annähernd symmetrischen Zahnspitze oder einer Ellipsen- bälfte haben, deren Höhe etwa einem Drittel der Dicke des fertigen Werkstückes in axialer Richtung gleicht, wie aus Fig.3 ersichtlich. Diese zeigt auch, dass die beiden Wulste 11 und 12 zwischen der Achse und dem Umfang des fertigen Werkstückes zwei symmetrische, ringförmige Einprägungen 13 bilden, die in die ringförmigen Flächen des fertigen Zahn rades übergehen.
Das fertige Werkstück ist, wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, mit einer mit tigen Bohrung 14 ausgebildet, die durch den Stempel 9 fertig gebildet wird, und mit Zäh nen 15, die von der Zahnform 2' der Matrize 2 geformt werden.
Die Wulste 11 und 12 können halbkreis förmigen, rechtwinkligen, V-förmigen oder einen andern geeigneten Querschnitt haben. Vorzugsweise gibt man ihnen eine symme trische, gekrümmte Form, und ihre Spitzen sind etwa in der Mitte zwischen der Achse der Matrize und dem verzahnten Teil der selben angeordnet.
Während des Pressvorganges geht der Stempel 9 durch das Loch des warmen pla stischen Rohlings 8, der auf dem ringförmigen Wulst 11 aufliegt, und tritt dann in die Boh rung 10 des Auswerfers 5 ein. In der näch sten Stufe des schnell ablaufenden Vorgan ges trifft der Wulst 12 auf den warmen Roh ling und dringt in diesen gleichzeitig mit dem von unten eindringenden Wulst 11 ein.
Durch das rasche Aufdrücken des Stem pels auf die Matrize werden die äussern Teile des Rohlings mit hoher Geschwindigkeit in die Zahnform der Matrize verdrängt.
Fig. 4 und 5 zeigen eine Kombination der kegelstumpfförmigen Ansätze 6 und 7 der in Fig. 1 gezeigten Art mit einer Abänderung der in Fig. 2 gezeigten Wulste 11 und 12. Die Wulste 11 und 12 sind so profiliert und wir ken, wie in Fig. 5 gezeigt, so zusammen, dass während des Schmiedevorganges eine Veren gung in dem die Ansätze 6 und 7 umgeben den ringförmigen Raum gebildet wird, die eine düsenähnliche Gestalt hat, so dass der Strom der teigigen oder plastischen Masse mit ziemlich scharfem Übergang verengt wird,
wenn er die Verdrängungszone in dem ring förmigen Raum zwischen den kegelstumpfför- migen Ansätzen 6 und 7 und den Wulsten 11 und 12 verlässt. Die Masse tritt daher in die mit 16 bezeichneten erweiterten Teile des Zwischenraumes zwischen den Gelenkteilen mit erheblich erhöhter Geschwindigkeit und entsprechend gesteigerter kinetischer Energie ein. Dabei münden die ringförmigen, sich er weiternden Zonen unmittelbar in die in Zahn form ausgebildeten Teile 2' der Matrize 2.
Für die Durchführung des Verfahrens ge nügen im allgemeinen 500 bis 700 Tonnen Friktions-Schmiedepressen oder Maschinen ähnlicher Arbeitsweisen.
Es ist kein vergrösserter Gesenkramn als Bearbeitungszugabe erforderlich, um die volle turd gesunde Formung zahnförmiger oder ähn licher Fortsätze am Umfange des Werkstückes bei gegebener Abmessung zu erreichen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der die Zahnform be stimmende Matrizenteil 2 als einfacher, ver hältnismässig dünnwandiger Ring ausgebildet und in den Gehäuseblock 1 eingepresst, indem sich die Gelenkteile unter Zwischenschaltung eines Einsatzes bzw. Futters 3 führen. Dies bietet den Vorteil, dass von dem teuren Werk stoff. für die Herstellung der Matrize 2 nur eine verhältnismässig geringe Menge benötigt wird, während der eigentliche Block aus billi gerem Werkstoff bestehen kann.
Das nach der Erfindung ausgebildete Ver fahren kann zur Herstellung von Körpern aus allen schmiedbarenWerkstoffen, insbeson dere aus Stahl, angewendet werden. Es hat sieh gezeigt, dass auclh verhältnismässig schwer scihmied bare, legierte Stähle, die für lhoch- beanspruchte Zahnräder üblich sind, nach dem Verfahren ohne Schwierigkeit verarbeitet werden können.
Für viele Anwendungsfälle ist es möglich, nach der Erfindung hergestellte Zahnräder ohne jede Nachbearbeitung der Zähne zu ver wenden, zum Beispiel als Planetenräder für Differentialgetriebe. In andern Fällen ist das üblielhe Naehschleifen der Zahnflanken zweck- rmässig.
Bei der Durchführung des Verfahrens empfiehlt es sieh, insbesondere wenn jede Nachbearbeitung der Zahnflanken entfallen soll, den Rohling unter Luftabschluss oder in einer Schutzgasatmosphäre zu erwärmen, um Zunderbildung zu verhüten.