CH621074A5

CH621074A5 - Method and apparatus for correcting distortion due to hardening in annular, toothed workpieces

Info

Publication number: CH621074A5
Application number: CH805977A
Authority: CH
Inventors: Walter Nehrenheim; Giovanni Lanzole
Original assignee: Maag Zahnraeder & Maschinen Ag
Priority date: 1977-06-30
Filing date: 1977-06-30
Publication date: 1981-01-15
Also published as: DE7725691U1; FR2396088A1; IT1088585B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Korrektur eines durch Randschichthärten bewirkten radialen Verzuges von ringförmigen, verzahnten Werkstücken, insbesondere zylindrischen Zahnrädern und Zahnkränzen. The invention relates to a method and a device for correcting a radial distortion of ring-shaped, toothed workpieces, in particular cylindrical gearwheels and gear rings, caused by surface hardening.

Bekanntlich lässt sich bei Zahnrädern und Zahnkränzen nicht nur die Verschleissfestigkeit, sondern auch die Zahnfuss-Dauerfestigkeit durch Randschichthärten (Flamm- und Induktionshärten) erhöhen, vorausgesetzt, dass der Zahngrund mitgehärtet wird. Besonders bei mehrteiligen Zahnkränzen entsteht dabei ein radialer Verzug, der sich kaum vermeiden lässt. Diese Massänderung kann zu Ausschuss oder zu extrem langen Nacharbeiten führen. As is well known, not only the wear resistance of gears and gear rims can be increased, but also the tooth root fatigue strength through surface hardening (flame and induction hardening), provided that the tooth base is also hardened. In the case of multi-part sprockets in particular, there is radial distortion that can hardly be avoided. This change in size can lead to rejects or extremely long reworking.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Korrekturmöglichkeit für den radialen Verzug aufzuzeigen und damit die Möglichkeit zu schaffen, sich die grossen Vorteile der Randschichthärtung, die einerseits in einer nur partiellen, im Bereich der Verzahnung liegenden Erwärmung des Werkstücks und anderseits in der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens selbst liegen, zunutze zu machen. It is therefore an object of the present invention to show a possibility of correcting the radial distortion and thus to create the possibility of realizing the great advantages of surface hardening, on the one hand in only partial heating of the workpiece in the area of the teeth and on the other hand in the economy of the Process itself to take advantage of.

Die Aufgabe, den radialen Verzug zu korrigieren, wird er-findungsgemäss dadurch gelöst, dass den härtungsbedingten According to the invention, the task of correcting the radial distortion is achieved in that the hardening-related

Zugspannungen innerhalb eines Bereiches der thermisch beeinflussten Randzone einer Zahnlücke durch Kaltverfestigung der äussersten Schichten Druckspannungen entgegengesetzt werden. Tensile stresses within a region of the thermally influenced edge zone of a tooth gap can be counteracted by strain hardening of the outermost layers.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung mit weiteren beispielhaften Einzelheiten näher erläutert. An embodiment of the invention is explained in more detail below with further exemplary details.

Auf einer zylindrischen Lagerscheibe 10 sind kreisförmig drei Werkstückführungen 12 angeordnet. Diese sind in je einer vom Radius zum Zentrum verlaufenden, 120° gegeneinander versetzt angeordneten Nut 14 verschiebbar geführt und über je eine Klemmschraube 16 arretierbar. Die Werkstückführungen 12 werden durch je ein mit einem U-Profil 19 verbundenen Vertikallager 18 und ein Horizontallager 20 gebildet. Ein auf den Führungen 12 drehbar gelagertes Werkstück 54 besitzt eine Innenringfläche 56 und eine ringförmige Tragfläche 58, wobei die Innenringfläche 56 gegen das Horizontallager 20 und die Tragfläche 58 auf den Aussenring des Vertikallagers 18 abgestützt ist. Im weiteren ist der Mantel der Lagerscheibe 10 mit einem Träger 22 verbunden. Auf diesem Träger ist eine gegen das Zentrum der Lagerscheibe hin verschiebbare Führungsbühne 24 befestigt. Diese Bühne trägt einen zwischen zwei Holmen 26 eingespannten pneumatischen Hammer 28 bekannter Bauart. Der Hammer 28 ist an einer Spindel 30 geführt, wobei diese über ein pneumatisches Vorschubsystem 32 antreibbar ist und den Hammer in eine Heb- oder Senkbewegung versetzt. Sowohl der Hammer 28 als auch das pneumatische Vorschubsystem 32 sind mit einer zentralen Kompressionsanlage 40 verbunden. Über ein erstes Steuerventil 34 lässt sich dabei die Geschwindigkeit des Vorschubs und über ein zweites Steuerventil 36 die Schlagfequenz des Hammers 28 variieren. Die beiden Steuerventile sind von einer Steuereinheit 38 aus betätigbar. Three workpiece guides 12 are arranged in a circle on a cylindrical bearing disk 10. These are each slidably guided in a groove 14 running from the radius to the center and 120 ° offset from one another and can be locked by means of a clamping screw 16. The workpiece guides 12 are each formed by a vertical bearing 18 connected to a U-profile 19 and a horizontal bearing 20. A workpiece 54 rotatably supported on the guides 12 has an inner ring surface 56 and an annular support surface 58, the inner ring surface 56 being supported against the horizontal bearing 20 and the support surface 58 on the outer ring of the vertical bearing 18. Furthermore, the jacket of the bearing plate 10 is connected to a carrier 22. A guide platform 24, which is displaceable towards the center of the bearing disc, is fastened on this carrier. This stage carries a known pneumatic hammer 28 clamped between two bars 26. The hammer 28 is guided on a spindle 30, which can be driven via a pneumatic feed system 32 and sets the hammer in a lifting or lowering movement. Both the hammer 28 and the pneumatic feed system 32 are connected to a central compression system 40. The speed of the feed can be varied by means of a first control valve 34 and the stroke frequency of the hammer 28 can be varied by means of a second control valve 36. The two control valves can be actuated from a control unit 38.

An der Peripherie der Lagerscheibe 10 ist weiterhin eine pneumatisch antreibbare Teileinrichtung 42 angeordnet. Ein Stössel 44 dieser Teileinrichtung ist so ausgebildet, dass er taktweise und in einstellbarer Länge in Richtung P und zurück verstellbar ist. Über eine Schwenkvorrichtung 46 ist der Winkel des Stössels zum Umfang des Werkstücks 54 einstellbar. A pneumatically driven sub-device 42 is also arranged on the periphery of the bearing disk 10. A plunger 44 of this sub-device is designed such that it can be adjusted in the direction P and back in cycles and in an adjustable length. The angle of the ram to the circumference of the workpiece 54 can be adjusted via a swivel device 46.

Auf der dem Hammer 28 gegenüberliegenden Hälfte der zylindrischen Lagerscheibe 10 sind zwei gegen das Zentrum hin verstellbare, um 120° gegeneinander versetzt angeordnete Fixiereinrichtungen 48 vorgesehen. Diese weisen je einen gegen das Zentrum der Lagerscheibe über je eine pneumatische Hilfseinrichtung 50 verschiebbaren Bolzen 52 auf. Die pneumatischen Hilfeeinrichtungen 52 sind ebenfalls an die zentrale Kompressionsanlage 40 angeschlossen. On the half of the cylindrical bearing disc 10 opposite the hammer 28, two fixing devices 48 are provided which are adjustable towards the center and offset by 120 °. These each have a bolt 52 which can be displaced towards the center of the bearing disk via a pneumatic auxiliary device 50. The pneumatic auxiliary devices 52 are also connected to the central compression system 40.

Die Arbeitsweise der dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung wird am Beispiel einer Ra-dial-Korrektur eines Zahnkranzes beschrieben: The method of operation of the illustrated embodiment of the device according to the invention is described using the example of a radial dial correction of a ring gear:

Dabei wird das skizzierte Werkstück 54 auf die Werkstückführungen 12 abgesenkt und mit der Tragfläche 58 auf den Aussenring des Vertikallagers 18 aufgelegt. The sketched workpiece 54 is lowered onto the workpiece guides 12 and placed with the support surface 58 on the outer ring of the vertical bearing 18.

Die Klemmschrauben 16 sind zu diesem Zeitpunkt gelöst, nach dem Zentriervorgang werden sie angezogen. Damit tragen die drei Werkstückführungen 12 das drehbar gelagerte Werkstück 54. Je nach zu korrigierendem Verzug kann einerseits die Schlagkraft und die Schlagfrequenz des Hammers 28 variiert werden und anderseits die Geschwindigkeit der Heb-und Senkvorrichtung über das pneumatische Vorschubsystem 32 eingestellt werden. Diese drei Parameter sind Erfahrungswerte und werden jeweils beim sogenannten Einrichten jeder Charge neu eingestellt. The clamping screws 16 are loosened at this time, they are tightened after the centering process. The three workpiece guides 12 thus carry the rotatably mounted workpiece 54. Depending on the distortion to be corrected, on the one hand the impact force and the impact frequency of the hammer 28 can be varied and on the other hand the speed of the lifting and lowering device can be set via the pneumatic feed system 32. These three parameters are empirical values and are reset when each batch is set up.

Ebenfalls wird im Rahmen der Einrichtarbeiten der Stössel 44 der tangential vorgesehenen Teileinrichtung 42 so eingestellt, dass nach jedem Arbeitstakt des Hammers das Werkstück um eine oder mehrere Teilungen weitergedreht wird. Likewise, during the set-up work, the ram 44 of the tangentially provided partial device 42 is set such that the workpiece is rotated one or more divisions after each working cycle of the hammer.

Im Anschluss an die Einrichtarbeiten wird eine nichtdar-gestellte Automatik der zentralen Kompressionsanlage 40 ein5 Following the set-up work, an automatic system (not shown) of the central compression system 40 is activated5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

621 074 621 074

geschaltet, womit die beiden Bolzen 52 je gegen einen Zahngrund einer Zahnlücke geführt werden, um einerseits das Werkstück zu fixieren und anderseits die Schlagwirkung des Hammers 28 auszupendeln. Der Hammer führt eine Hämmerbewegung mit der vorbestimmten Schlagkraft, der vorgewählten Schlagfrequenz und dem entsprechenden Vorschub aus und bewegt sich von unten nach oben durch eine Zahnlücke. Am Ende der Zahnlücke erfolgt eine Umschaltung. Der switched, with which the two bolts 52 are each guided against a tooth base of a tooth gap, on the one hand to fix the workpiece and on the other hand to level out the impact of the hammer 28. The hammer performs a hammering motion with the predetermined impact force, the preselected impact frequency and the corresponding feed and moves from bottom to top through a tooth gap. A switchover takes place at the end of the tooth gap. The

Hammer wird im Eilgang abgesenkt und das Hämmern kurz unterbrochen. Die beiden Bolzen 52 werden rückgestellt und das Werkstück 54 damit defixiert. Der Stössel 44 wird gegen eine Zahnflanke geführt und dreht dabei das Werkstück um s eine vorbestimmte Anzahl von Zahnteilungen. Die beiden Bolzen 52 rücken wieder ein, und ein neuer Arbeitszyklus beginnt. Die nichtdargestellte Automatik steuert die Operationen, bis jeder Zahngrund einmal bearbeitet wurde. Hammer is lowered in rapid traverse and the hammering is briefly interrupted. The two bolts 52 are reset and the workpiece 54 is thus fixed. The plunger 44 is guided against a tooth flank and rotates the workpiece by a predetermined number of tooth pitches. The two bolts 52 engage again and a new work cycle begins. The automatic system, not shown, controls the operations until each tooth base has been processed once.

s s

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

621 074

1. A method for correcting a radial distortion of ring-shaped, toothed workpieces, in particular cylindrical gearwheels and ring gears caused by surface hardening, characterized in that the hardening-related tensile stresses within a region of the thermally influenced edge zone of a tooth gap are opposed by compressive stresses by strain hardening of the outermost layers.

2. The method according to claim 1, characterized in that the work hardening is achieved by hammering the tooth base.

2nd

PATENT CLAIMS

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that compressive stresses are generated only in a part of the tooth base of a tooth gap by work hardening of the outermost layers.

4. The method according to claim 4, characterized in that the work hardening is limited to the zone near the center of the tooth gap.

5. The method according to claim 4, characterized in that the work hardening is limited to the zone of the rounded foot surface.

6. Device for performing the method according to claim 1, characterized by parallel to the axis of rotation (A) of a bearing disc (10) bearing fixable counter-pressure bearing (52), a partial movement causing tangential drive and a parallel to the axis of rotation of the bearing disc fixable lifting and lowering device for holding the Drive of a work hardening tool.

7. The device according to claim 7, characterized in that the speed of the lifting and lowering movement is adjustable.

8. The device according to claim 7, characterized in that a pneumatically movable lifting and lowering device is provided.

9. Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that a pneumatically operable hammer is provided for work hardening.

10. The device according to claim 7, characterized in that as a tangential drive is arranged approximately tangentially to the workpiece, pneumatically driven, against a tooth flank movable plunger.