Verfahren und Maschine zur spanlosen Formung von Gewinden Es sind Verfahren zur spanlosen Formung von Gewinden bekannt, bei denen das Werk zeug vom Werkstück-Aussendurchmesser auf dessen Mitte zu vordringt, wobei das Material des Werkstückes entgegen der Zustellkraft des Werkzeuges radial nach aussen in die Lücken des Werkzeuges gepresst wird,
so dass der Iiüllzylinder des fertigbearbeiteten Werkstük- kes etwa um die Gewindetiefe grösser ist als dessen Rohform. Durch den gegensinnigen- Verlauf von Zustellkraft und Fluss des Werk stoffes wird letzterer überbeansprucht, und der Kraftbedarf ist unnötig hoch.
Erfindungsgemäss bringt man mindestens eine Formrolle, deren Umfangsform derjeni gen des zu erzeugenden Gewindes angepasst ist, wiederholt mit dem Werkstück in verfor menden Eingriff in der Weise, dass sie ent lang den zu erzeugenden Gewinderillen mit mindestens einem Teil jeweils ohne Berüh rung mit dem Werkstück auf die grösste ein zuarbeitende Gewinderillentiefe an das Werk stück herangeführt und während des an schliessenden verformenden Eingriffes aus dem Werkstück herausgeführt wird, so dass sie eine entsprechend ihrem Vorschub relativ zum Werkstück in Richtung der zu erzeugen den Gewindegänge begrenzte Portion des Werkstoffes vor sich her in Richtung auf den Aussendurchmesser des Werkstückes walzt.
-Da hierbei die Formrolle den Werkstoff in Rich tung vom Gewindegrund auf den Gewinde- Aussendurchmesser zu walzt, können Kraft- angriff und Werkstofffluss annähernd gleich sinnig verlaufen, woraus sich eine Struktur- verbesserung des Gewindes und erfahriings- gemäss eine höhere Oberflächengüte und Ge nauigkeit ergibt.
Dabei können eine oder alle Formrollen selbst Antriebslos sein, so dass bei ihrer krei senden Bewegung zwischen Werkstück und Werkzeug eine Abrollbewegung stattfindet, oder es kann ein Antrieb der Formrollen um deren Drehachse stattfinden, welcher ent- iveder ein reines Abrollen der Rollen auf der Werkstückoberfläche bewirkt oder auch eine zusätzliche Gleitbewegung zum Glätten und Verbessern der Werkstückoberfläche erzwingt.
Der Umstand, dass Werkzeug und Werk stück wiederholt in und ausser verformenden Eingriff gebracht werden, hat noch eine wei tere Verbesserung des spanlosen Gewindefor mens gebracht. Bei den bisher bekannten Ver fahren sind Werkzeug und Werkstück vom Beginn des Verformens bis nach Erreichen der Werkstück-Fertigform miteinander in formschlüssigem Eingriff.
Da nun das ge härtete Werkzeug in seiner Form unveränder lich ist, das Werkstück dagegen im Aussen durchmesser wächst und ausserdem die Nei gung hat, sich unter dem Verformungsdruck in Achsrichtung zu recken, so ergeben sich hier aus verschiedene Nachteile. Beim Einstech- Gewinderollen, wo Werkstück- und Werkzeug achsen parallel stehen und das Werkstück während der Verformung praktisch keine Axialbewegung ausführt, ist das Ausbrechen vorstehender Kanten, des Werkzeuges unter dem in Achsrichtung wirkenden Teildruck eine bekannte Erscheinung.
Beim-Durchlauf- rollen dagegen, wo die Werkzeugachsen um den Betrag des Gewindesteigungswinkels gegen die Werkstückachse verschwenkt sind und das Werkstück bei der Bearbeitung axial wandert, zeigt sich der Übelstand, dass mit dem Recken des Werkstoffes die Steigung des erzeugten Gewindes wächst, also ungenau wird, und zwar um so mehr, je grösser das Verhältnis Gewindesteigung : Gewindedurch messer wird.
Wenn dagegen die Gewindeher stellung in Einzelvorgänge unterteilt ist und in den Pausen zwischen diesen das Werkstück frei von verformender Berührung mit dem Werkzeug wird, dann tritt der beschriebene Nachteil weniger oder gar nicht auf. Es kön nen ein oder mehrere Träger mit Formrollen vorgesehen sein, wobei die relative Vorschub bewegung zwischen Werkzeug und Werkstück entlang den zu erzeugenden Gewinderillen zweckmässigerweise durch eine schrauben- linienförmige Bewegung des Werkstückes er folgt,
während der oder die Werkzeugträger während des gesamten Arbeitsganges sowohl unter sich als auch in bezug auf ihre Lage ziun Werkstück -umbeweglich bleiben.
An Hand eines auf der Zeichnung dar gestellten Ausführungsbeispiels der Maschine nach der Erfindung ist im folgenden auch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens beschrieben. Es zeigen: Fig.1 und 2 das beispielsweise Verfahren, Fig. 3 bis 9 die Maschine, -und zwar eine solche zur Herstellung von Aussengewinden.
Im einzelnen zeigen: Fig. 1 Werkzeuge und Werkstück beim spanlosen Formen eines Aussengewindes am letzteren im Schnitt, Fig.2 desgleichen in Draufsicht, Fig. 3 eine Maschine zur Verwirklichung dieses Formverfahrens, mit zwei Werkzeug supporten, Fig. 4 einen einzelnen Werkzeugsupport mit einem Rollentragkopf mit Antrieb jeder Formrolle,
Fig.5 einen Schnitt durch den Tragkopf nach Fig. 4 in der Ebene<B>A -A,</B> Fig. 6 eine weitere Ausführung eines Werk- zeugsupportes mit ringförmigem Rollentrag- -kop.f, Fig. 7 einen Support mit Rollentragkop f mit angetriebenem Werkzeug, in Verbindung mit einem Support mit antriebslosem Gegen halter, Fig. 8 einen Schnitt durch Werkzeuge und ein Werkstück entsprechend Fig. 2,
wobei zwei einander gegenüberliegende Formrollen ver schiedenartige Walzarbeit leisten, Fig. 9 einen Schnitt wie Fig. 8, wobei die hintereinanderliegenden Formrippen einer einzelnen Formrolle verschiedenartige Arbeit leisten.
In den Fig. 6 und 7 tragen die dargestell ten Werkzeugsupporte nur je eine Werkzeug rolle, in Fig. 3 bis 5 mehrere.
In Fig.l ist dargestellt, wie das spanlos mit Aussengewinde zu versehende Werkstück ca eine drehende und entsprechend der Gewinde steigung gleichzeitig eine axiale Vorschub bewegung ausführt. Die Bearbeitung des Werkstückes a geschieht nun in der Weise, dass die Formrollen b, b', deren Umfangsform derjenigen des zu erzeugenden Gewindes an gepasst ist, mehrmals an dem Werkstück in einer Bahn c bzw.
c' vorbeigeführt werden, wobei sie je in einer Planetenbahn entgegen gesetzt zur Drehbewegung des Werkstückes kreisen und beim jeweiligen verformenden Eingriff entlang der zu erzeugenden Gewinde rille jeweils zunächst bis auf die herzustel lende Gewinderillentiefe an das Werkstück herangeführt werden, das heisst bis zu der Stelle, welche dessen Achse zunächst liegt. Dies geschieht, ohne dass bis zur Erreichung dieser Stelle eine Berührung mit dem Werk stück stattfindet, da die Formrollen in die vom Anschnitt her bereits herausgearbeiteten Nuten des Werkstückes eintauchen.
Vom Augenblick der Berührung an entfernt sich die Formrolle auf ihrer Bahn c wieder von der Achse -des Werkstückes a nach dessen Aussen durchmesser zu, wobei während dieses Her ausführens der Formrolle aus dem Werkstück ein verformender Eingriff stattfindet, welcher Material des Werkstückes entsprechend dem Vorschuh zwischen Werkzeug und Werkstück in Richtung der zu erzeugenden Gewindegänge nach dessen Aussendurchmesser zu vor der Rolle her und zur Seite in Richtung der zu erzeugenden Gewindeflanken walzt.
Diese ein zelnen Werkstoffportionen liegen, wie bei d, <I>d'</I> punktiert angedeutet, dachziegelartig überein ander, und zwar auf dem ganzen Werkstück umfang. Dadurch, dass beim Beginn jedes ver formenden Eingriffes die bewegte Werkstoff menge von 0 an zunimmt, ergibt sich an die ser Stelle eine besonders glatte und über gangslose Oberfläche. Zwischen den Werk zeugrollen b, b' und dem Werkstück ergibt sich eine so starke rollende Reibung, dass die Werkzeugrollen selbst vom Werkstück in eine drehende Bewegung versetzt und auf diesem abgerollt werden, sofern die Werkzeugrollen nicht selbst für besondere Zwecke von der Maschine aus eine zwangläufige Drehung um ihre Drehachse erhalten.
Ist dies der Fall, dann kann dieser zwangläufige Antrieb der 'VVerkzeugrollen iun ihre Drehachse so gewählt werden, dass zusätzlich zu der relativen Ab- rolibewegung zwischen Werkzeug und Werk stück eine Gleitbewegung zwischen diesen bei den, vorzugsweise im entgegengesetzten Sinne des Vorschubes erzeugt wird. Es hat sich ge zeigt, dass auf diese Weise besonders glatte, verschleiss- und ermüdungsfeste Oberflächen an Gewinden erzeugt werden können.
Um beim Werkstückrohling, welcher einen Aussendurch messer etwa gleich dem Flankendurchmesser des fertigen Gewindes besitzt, die Formrollen von Anfang an berührungslos bis auf die dem Gewindegrund des fertigen Gewindes entspre chende Eingriffstiefe an das Werkstück heran führen zu können, wird das Werkstück an der Stelle, wo das Gewinde beginnen soll, bis zum Gewindegrund frei gedreht.
Fig. 3 zeigt eine nach dem vorgeschriebe nen Verfahren arbeitende Maschine zum Her stellen von Aussengewinden, teilweise in der Arbeitsebene geschnitten. Auf einem Ständer e sind einerseits der Getriebekasten f, ander seits die Werkzeugsupporte g, g' angeordnet, letztere je um die Achse Z bzw.-Z' in dem Lager k bzw. k' drehbar. Von der Riemen scheibe<I>i</I> aus werden einerseits über Achse<I>k,</I> die Schraubenrädertriebe l und l' sowie über die Gelenkwellen<I>m</I> und<I>m'</I> die Rollentrag- köpfe- <I>t, t'</I> der Supporte<I>g,</I> g' angetrieben.
Anderseits wird von Welle k aus über das Wechselrädergetriebe n uncd Schneckengetriebe o der Werkstückträger angetrieben. Dieser letztere besteht aus einer Leitpatrone p, wel che in ihrem Innern die Werkstückspannvor- riehtung mit Zange q -und Handrad r trägt. Die Leitpatrone erhält durch-den Schnecken trieb o über Keilnuten eine Drehbewegung und durch die Leitmutter s eine axiale Vor schubbewegung.
Die Rollentragköpfe <I>t, t'</I> be wegen sich entgegen dem Drehsinn der Vor.. schubdrehbewegung des Werkstückes. Die in den Rollentragköpfen parallel zu den Achsen u, u' exzentrisch gelagerten." Formrollen b, b' kreisen dabei je in einer Planetenbahn um die Kopfachse und tauchen dabei an einem Ende des Werkstückes beginnend und parallel zur Gewindesteigung fortschreitend, periodisch von beiden Seiten gleichzeitig in das Werk stück ein und verformen dieses,. wie in Fig.1 und 2 gezeigt.
Dabei ist. die Achse u bzw. u' jedes Werkzeugtragkopfes um den Betrag des Steigungswinkels des zu erzeugenden. Gewin des um die Achse Z, Z' gedreht, so dass sie senkrecht zur Gewindesteigung ist und die Formrollen genau in Richtung der gewünsch ten Steigung der anzubringenden Gewinderil len in das Werkstück eintreten. Ein Mittel zum -möglichst starren Festhalten des Werk stückes in seiner Axiallage ist durch eine Füh rungsbüchse v angedeutet.
Da die Planetenflugbahn der Formrollen in ihrer Lage parallel zur aus der Dreh- und Axialvorschubbewegimg des Werkstückes re sultierenden Bahn während des ganzen Ar beitsganges gleiehbleibt, ist eine gynchroni- sierung von Rollentragkopfbewegtmg und @Verkstückbewegung überflüssig, und beide Bewegungen können in ihrer Geschwindigkeit unabhängig voneinander gewählt werden.
Es handelt sich hier nur um ein möglichst vereinfachtes Ausführungsbeispiel. -Natürlich kann die Einspannung, die Drehung und der Vorschub des Werkstückes auch auf andere Weise bewerkstelligt werden, beispielsweise nach Art einer Gewindefräsmaschine; ebenso kann durch andere Anordnung der Elemente von Fig. 3 die Maschine ziun spanlosen For men von Innengewinden ausgebildet sein.
Fig. 4 zeigt einen einzelnen Werkzeugsup port, diesmal mit Einzelantrieb des Rollen- tragkopfes, für seine kreisende Bewegung von einem Elektromotor aus.
Dieser Support zeigt in Fig: 4 und senkrecht dazu in Ebene<B>A -A</B> geschnitten in Fig. 5 den zwangläufigen An trieb der Formrollen b um deren Drehachse: Zu diesem Zweck ist im Hauptkörper des Werkzeugsupportes g konzentrisch zur An triebsachse zs' ein Planetengetrieberäd w un- verdrehbar angeordnet, welches über Zwi schenräder<I>x, y</I> bzw.<I>x', y'</I> die Formrollen<I>b,</I> b' in der in Fig:
5 angegebenen Pfeilrichtung dreht,. sobald der Antrieb des Werkzeugsup- portes für den Tragkopf in Betrieb ist. Dabei wird das Zähnezahlverhältnis der Zahnräder e q.v, <I>x, y</I> so gewählt, dass entweder der Umfang der Formrollen b, b' sich auf dem Werkstück abrollt oder wunschgemäss gegenüber diesem eine in bezug auf die Vorschubdrehbewegung des Werkstückes positive oder negative Zu satzdrehung ausführt.
Fig. 6 zeigt eine ringförmige Ausbildung des Rollentragkopfes, durch dessen Bohrung das Werkstück exzentrisch bei der Bearbei tung hindurchgeführt wird.. Der Support g' trägt in diesem Fall einen mit ihm fest ver bundenen Laufring 11, in welchem der ring förmige Rollentragkopf 12 umläuft, der einen Innenzahnkranz 13 aufweist und von einem Motor über das Ritzel 14 angetrieben ist. Im Rollentragkopf 12 ist wieder parallelachsig mit ihm mindestens eine Formrolle b gelagert.
In Fig. 6 ist eine einzelne Formrolle darge stellt, und zwar antriebslos. Sie kann aber nach Art der Fig. 4 und 5 vom Laufring 11 aus einen Antrieb erhalten. Die Elemente zur Führung und Abstützung des Werkstückes a 'sind hier als Backenfutter und Gegenspitze angedeutet, können aber auch zum Beispiel ähnlich Fig. 3 ausgebildet sein.
Die Elemente können gemeinsam mit der Lagerung des Supportes g' (Fig.6) auf einer Grundplatte montiert sein. Mittels der Supportlagerung kann die Ringachse u' in der erforderlichen Weise senkrecht zur am -#Verkstüek herzustel lenden Gewindesteigung eingestellt werden.
Bei der in Fig. 7 gezeigten, der in Fig. 3 entsprechenden Maschine trägt nur der linke Support g' einen Rollentragkopf, der rechte Support g trägt einen Gegenhalter, der eine oder mehrere antriebslose Stützachsen 15 be sitzt, welche parallel zur Werkstückachse ste hen oder wie die Rollenkopfachse u' um den Betrag des Gewindesteigungswinkels um die Supportachse Z verdreht sein können.
Im Falle von zwei oder mehr Stützachsen werden diese vorzugsweise achsparallel zum Werk stück und alle in gleichem Abstand zu dessen Achse angeordnet sein. Die Anordnung der auf den Stützachsen lose drehbaren Stützrol len 16 kann wie Fig. 7 so sein, dass sie das Werkstück a vor und hinter der Verformungs- stelle abstützen und entsprechend der Werk stückform vor und nach der Bearbeitung axial hintereinanderliegend verschiedene Um fangsformen aufweisen.
Fig. 8 und 9 schliesslich zeigen Beispiele, wie die Verformungsarbeit entweder auf die nebeneinanderliegenden Rippen und Rillen einer Formrolle b (Fig.9) oder auf solche, untereinander verschiedene, hintereinander arbeitende Formrollen b", b<B>\</B> (Fig.8) eines Rollentragkopfes t oder mehrerer Rollentrag- köpfe <I>t, t'</I> verteilt werden kann.
In Fig. 8 wird das Werkstück a in der Weise bearbei tet, dass Formrolle b" mit einer ersten Rippe noch nicht bis zur endgültigen, gestrichelt angedeuteten Rillentiefe vorarbeitet und gleichzeitig mit weiteren Rippen die Aussen kanten der Gewinderillen des von der ent- sprechend tief in das Werkstück bewegten Formrolle b<B>\</B> fertiggeformten Gewindes nach richtet.
Gemäss Fig. 9 werden von den hinterein ander an der gleichen Formrolle b vorgese henen Formrippen 16, 17, 18 stufenweise die Gewinderillen am Werkstück a vertieft und der Gewindeflankenwinkel vergrössert.