CH659414A5 - METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING HARDENED GEARS. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens. The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a device for carrying out the method according to the invention.
Dabei wird in an sich bekannter Weise eine Verzahnung durch spanende oder spanlose Formgebung hergestellt und gehärtet. Nach dem Härten vorhandene Formungenauigkei-ten werden nötigenfalls durch Schleifen korrigiert. A toothing is produced and hardened in a manner known per se by cutting or non-cutting shaping. Any inaccuracies in shape after hardening are corrected by grinding if necessary.
Die in bekannter Weise hergestellten gehärteten Verzahnungen lassen hinsichtlich ihrer Belastbarkeit Wünsche übrig. The hardened toothing produced in a known manner leaves something to be desired in terms of its resilience.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde im Sinne der Ermöglichung höherer Belastbarkeit bei kleinerem oder höchstens gleichem Gewicht der Getriebe, in dieser Hinsicht verbesserte gehärtete Verzahnungen zu schaffen. The invention has for its object in the sense of enabling higher resilience with smaller or at most the same weight of the gear to create improved hardened teeth in this regard.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird das im Anspruch 1 definierte Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführimg vorgeschlagen. To achieve this object, the method defined in claim 1 and a device for carrying it out are proposed.
Bei der spanlosen Erzeugung von Verzahnungen nach den bekannten GROB-VERFAHREN (vgl. z.B. DE-PS 1 016 222) ergeben sich gesteigerte Zahnfuss-Wechsellastfe-stigkeit und Zahnflankenfestigkeit gegenüber einer spanenden Erzeugung einer Verzahnung aus dem gleichen Werkstoff. Beim anschliessenden Härten gehen aber diese gesteigerten Festigkeiten mindestens teilweise wieder verloren, was auf den Rekristallisationsvorgang zurückgeführt wird. The non-cutting generation of gears according to the well-known GROB-METHODS (see e.g. DE-PS 1 016 222) results in increased tooth root alternating load resistance and tooth flank strength compared to the cutting production of a toothing from the same material. During the subsequent hardening, however, these increased strengths are at least partially lost again, which is attributed to the recrystallization process.
Während man beliebig erzeugte Verzahnungen im ungehärteten Zustand nach einem GROB-Verfahren besonderer Art überwalzen kann, um Formungenauigkeiten zu beseitigen, sind dabei erhaltene Verbesserungen der bereits genannten Festigkeitswerte dem Abbau beim Härten ebenfalls unterworfen. While any toothing produced in the unhardened state can be rolled over using a special GROB process in order to eliminate inaccuracies in shape, the improvements in the strength values already mentioned are also subject to degradation during hardening.
Man hat deshalb versucht, dieses Nachwalzen unter Formkorrektur auch bei gehärteten Verzahnungen vorzunehmen, was aber zur Beschädigung oder Zerstörung der Verzahnungen führte, weil sich die gehärtete äussere Schicht vom weicheren Kern trennte. Attempts have therefore been made to carry out this re-rolling while correcting the shape, even with hardened toothing, but this has led to damage or destruction of the toothing because the hardened outer layer separated from the softer core.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass bei dem erfindungsgemässen Kaltwalzvorgang (ohne Makro-Formveränderung) eine wesentliche Verbesserung der Zahnfuss-Wechsellastfestigkeit und der Zahnflankenfestigkeit erreicht werden kann. It has now surprisingly been found that in the cold rolling process according to the invention (without a change in macro shape), a significant improvement in the tooth base alternating load strength and the tooth flank strength can be achieved.
Man wird vorzugsweise die Walzen so auf das Werkstück auftreffen lassen, dass sich lediglich im elastischen Verformungsbereich von weniger als 0,1 mm eine vorübergehende Verformung am Werkstück ergibt. The rollers are preferably allowed to hit the workpiece in such a way that there is only a temporary deformation on the workpiece in the elastic deformation range of less than 0.1 mm.
Allenfalls vorhandene Schleifriefen können beim erfindungsgemässen Verfahren geglättet werden, so dass ein viel ruhigerer Lauf derartiger Verzahnungen erreichbar ist, was man sonst durch eine zusätzliche (und die Festigkeit nicht verbessernde) aufwendige Behandlung zu erreichen sucht. Any grinding grooves that are present can be smoothed in the method according to the invention, so that a much smoother running of such toothings can be achieved, which is otherwise sought to be achieved by an additional (and not strength-improving) complex treatment.
Es ist vorteilhaft, wenn man eine Zahnlücke vollständig durchwalzt, bevor das Werkstück so weitergedreht wird, It is advantageous if you completely roll through a tooth gap before turning the workpiece further,
dass man eine andere Zahnlücke mit den Walzen des gleichen Walzkopfes walzen kann. Dabei kann man nämlich mit einer hohen Walzkopfdrehzahl und vielen Walzen im Walzkopf arbeiten, was entsprechend hohe Vorschubgeschwindigkeiten des Werkstückes erlaubt. Die Drehbewegung nach dem Beenden des Walzens einer Zahnlücke kann dann ge-wissermassen geruhsam erfolgen, ohne einen nennenswerten Unterbruch zu erbringen. Man kann dann das Werkstück im umgekehrten Vorschubsinne in der nächsten Zahnnut überwalzen, oder (wenn das für günstig erachtet würde) auch das Werkstück in Ausgangslage längs zurückführen und im gleichen Walzsinne überwalzen. Beim Hin-und-her-Walzen kann man mit gleichsinnig laufendem Walzkopf oder unter Drehsinnumkehr des Walzkopfes arbeiten. that you can roll another tooth gap with the rollers of the same roller head. It is possible to work with a high roller head speed and many rollers in the roller head, which allows correspondingly high feed speeds of the workpiece. The turning movement after the end of the rolling of a tooth gap can then take place, to a certain extent, calmly, without bringing about any significant interruption. You can then roll the workpiece in the reverse feed direction in the next tooth groove, or (if that would be considered favorable) also return the workpiece longitudinally in the starting position and roll it in the same rolling direction. When rolling back and forth, you can work with the roller head running in the same direction or by reversing the direction of rotation of the roller head.
Man kann aber auch nach der grundsätzlichen Methode des GROB-Verfahrens vorgehend arbeiten, wobei man nach jedem Walzenangriff nicht nur längs vorschiebt, sondern auch eine Drehung des Werkstückes vornimmt. However, you can also work in advance according to the basic method of the GROB process, whereby after each roller attack not only advance along, but also make a rotation of the workpiece.
2 2nd
5 5
10 10th
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20 20th
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3 3rd
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Die Einwirkung der Walze am Werkstück kann besonders günstig gestaltet werden, wenn man praktisch nur die Walze mit der ihr innewohnenden kinetischen Energie auf das Werkstück einwirken lässt. Dabei kann die Kraftwirkung nach Erfordernis angehoben oder gesenkt werden, indem die Drehzahl der Walzköpfe angehoben oder gesenkt wird. Man kann auch eine elastische bzw. dämpfende Ab-stützung der Walze am Walzkopf so vorsehen, dass die Walze vom Werkstück zurückweichen kann. Sonst könnten schon relativ kleine Ungenauigkeiten der Verzahnung, welche im Betrieb nicht stören, zu einem übermässigen Verformen des Werkstückes Anlass geben, wenn man die Zustellung des Walzkopfes so vornimmt, dass auch tiefe Stellen noch erreicht werden. The action of the roller on the workpiece can be designed particularly favorably if practically only the roller with the inherent kinetic energy is allowed to act on the workpiece. The force effect can be increased or decreased as required by increasing or decreasing the speed of the roller heads. An elastic or damping support of the roller on the roller head can also be provided in such a way that the roller can move away from the workpiece. Otherwise, even relatively small inaccuracies in the toothing, which do not interfere with operation, could give rise to excessive deformation of the workpiece if the infeed of the roller head is carried out in such a way that even deep spots are still reached.
Wenn man gehärtete Verzahnungen einer Härte von z. B. 58 bis 63 HRC (Rockwell) nach der Erfindung überwalzt, wird man vorteilhaft Walzen verwenden, deren Härte im Bereich von z. B. 64 bis 68 HRC liegen kann. Es kann sich um Walzen aus HSS-Stahl (Schnellstahl, legierter Werkzeugstahl) und/oder aus Hartmaterialien, wie Hartmetallen handeln. If you have hardened teeth with a hardness of z. B. 58 to 63 HRC (Rockwell) according to the invention, one will advantageously use rollers whose hardness in the range of z. B. 64 to 68 HRC. It can be rolls made of HSS steel (high-speed steel, alloy tool steel) and / or hard materials such as hard metals.
Zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens eignet sich eine Vorrichtung, welche am Maschinengestell eine entlang einer Achse verschiebliche und um diese Achse drehbare Werkstückhalterung aufweist, wobei die Antriebe zum Verschieben und Drehen unabhängig oder synchron gekoppelt sein können, je nachdem ob man die eine oder die andere Variante des Verfahrens ausüben will. Ferner hat die Vorrichtung wenigstens einen Walzkopf, der drehbar antreibbar ist, wobei auch hier eine Synchronisation zu den Werkstückantrieben im erforderlichen Masse vorgesehen sein kann. In jedem Walzkopf ist wenigstens eine Walze drehbar gelagert, so dass sie im wesentlichen in radialer Richtung des Walzkopfes zwischen einem peripheren (äusseren) und einem inneren Anschlag begrenzt beweglich ist. Suitable for carrying out the method according to the invention is a device which has on the machine frame a workpiece holder which is displaceable along an axis and rotatable about this axis, the drives for displacement and rotation being able to be coupled independently or synchronously, depending on whether one or the other variant of the proceedings. Furthermore, the device has at least one roller head which can be rotatably driven, and synchronization with the workpiece drives can also be provided here to the required extent. At least one roller is rotatably mounted in each roller head, so that it can be moved to a limited extent in the radial direction of the roller head between a peripheral (outer) and an inner stop.
Es können mehrere Walzköpfe und in jedem Walzkopf eine Vielzahl von Walzen vorgesehen sein, letzteres insbesondere für die Verfahrensvariante mit Durchwalzen jeder Zahnlücke von Ende zu Ende. A plurality of roller heads and a plurality of rollers can be provided in each roller head, the latter in particular for the process variant with rolling through each tooth gap from end to end.
Man sorgt also bei der Vorrichtung dafür, dass die Wal-ze(n) beim Werkstückkontakt nicht starr in das Werkstück hineingetrieben wird, sondern zurückweichen, d.h. z.B. abprallen kann, wobei elastische oder dämpfende Mittel hierfür vorgesehen sein können. Man will also die Kraftübertragung nie im vollen Masse über das Maschinengestell erzwingen, weil dies zu unerwünschten Materialverdrängungen im plastischen Bereich führen könnte. The device therefore ensures that the roller (s) is not driven rigidly into the workpiece when it comes into contact with the workpiece, but rather retreats, i.e. e.g. can rebound, elastic or damping means can be provided for this. So you never want to force the power transmission to the full extent via the machine frame, because this could lead to undesirable material displacements in the plastic area.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der rein schematischen Zeichnung beispielsweise erörtert. Es zeigen: The invention is discussed below with reference to the purely schematic drawing, for example. Show it:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Vorrichtung, 1 is a plan view of a device according to the invention,
Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 vergrösserte Lagerung einer Walze im Walzkopf, und FIG. 2 shows an enlarged mounting of a roller in the roller head compared to FIG. 1, and
Fig. 3 bis 5 je eine gleichartige Zahnlückenkontur mit darin eingezeichneter Walzenkontur verschiedener Art. s Man erkennt in Fig. 1 ein Maschinengestell 1, auf welchem ein Einspannschlitten 2 durch eine motorisch antreibbare Schraubenspindel 3 entlang der Werkstückachse A verschieblich ist. Das Werkstück 4 (hier ein gehärtetes Zahnrad) ist durch die Spannvorrichtung 5 gehaltert. Die Spannvor-io richtung 5 ist im Spannschlitten 2 über ein Gebriebe 6 drehbar gelagert. Die Antriebe der Spindel 3 und der Spannvorrichtung 5 können (müssen aber nicht) miteinander und/ oder dem Antrieb der Walzköpfe 7 synchronisiert sein. Dagegen ist eine gewisse Abstimmung des Antriebs der Spindel 15 3 mit der Drehzahl und Walzenzahl der Walzköpfe 7 erforderlich, damit die einzelnen Walzvorgänge sich ausreichend überlappen können. FIGS. 3 to 5 each have a similar tooth space contour with a roller contour of various types shown therein. S A machine frame 1 can be seen in FIG. 1, on which a clamping slide 2 can be displaced along the workpiece axis A by a motor-driven screw spindle 3. The workpiece 4 (here a hardened gear) is held by the clamping device 5. The Spannvor-io direction 5 is rotatably mounted in the clamping slide 2 via a gear 6. The drives of the spindle 3 and the clamping device 5 can (but need not) be synchronized with one another and / or the drive of the roller heads 7. On the other hand, a certain coordination of the drive of the spindle 15 3 with the speed and number of rolls of the roller heads 7 is necessary so that the individual rolling processes can overlap sufficiently.
Jeder Walzkopf 7 enthält eine Vielzahl drehbar gelagerte Walzen 8 (auf deren drehbare Lagerung noch bezugneh-2omend auf Fig. 2 eingetreten wird). Jeder Walzkopf 7 ist in seinem Walzkopfschlitten 9 gelagert, wobei der Walzkopfschlitten über seine Hydraulik 10 zum Werkstück 4 hin oder davon weg gestellt werden kann. Damit kann die theoretisch maximal mögliche Eingriffstiefe der Walzen 8 in das Werk-25 stück 4 eingestellt werden, während sich die tatsächliche Eingriffstiefe wegen der Lagerung der Walzen 8 in den Schlitzen 11 (Fig. 2) praktisch nur durch deren kinetische Energie ergibt. Die Walzen werden durch den in Fig. 2 angedeuteten Führungsring 12, der stationär am Walzkopfschlitten 9 befe-30 stigt ist, daran gehindert aus den Schlitzen 11 herauszufliegen. Dabei erhalten die Walzen 8 durch Abrollen ihrer Achsschenkel 80 am Führungsring 12 eine Drehung, so dass sie am Werkstück rollend ankommen und nicht erst vom Werkstück in Rotation versetzt werden. Diese Rollbewegung 35 wirkt bei der gezeigten Führung der Walzen-Achsstummel 80 in den Schlitzen 11 auch stabilisierend. Each roll head 7 contains a multiplicity of rotatably mounted rolls 8 (whose rotatable bearing will be entered with reference to FIG. 2). Each roller head 7 is mounted in its roller head slide 9, the roller head slide being able to be moved toward or away from the workpiece 4 via its hydraulics 10. The theoretically maximum possible depth of engagement of the rollers 8 in the workpiece 4 can thus be set, while the actual depth of engagement due to the mounting of the rollers 8 in the slots 11 (FIG. 2) results practically only from their kinetic energy. The rollers are prevented from flying out of the slots 11 by the guide ring 12 indicated in FIG. 2, which is stationary on the roller head slide 9. The rollers 8 receive a rotation by rolling off their steering knuckles 80 on the guide ring 12 so that they arrive on the workpiece in a rolling manner and are not first set in rotation by the workpiece. This rolling movement 35 also has a stabilizing effect on the shown guide of the roller stub 80 in the slots 11.
Wenn man die kinetische Energie der Walzen für ungenügend hält, kann man in den Schlitzen 11 auch z. B. Federn einbauen, welche dann zusätzlich einen Teil der Energie des 40 Walzkopfes 7 auf die Walzen 8 und von diesen auf das Werkstück 4 übertragen können. Wesentlich ist aber, dass keine Makro-Form Veränderung im Werkstück bleibend erfolgen darf. Das Glätten von Schleifriefen darf dabei nicht als Makro-Form Veränderung gewertet werden. 45 Je nachdem, welche Oberflächenteile der Zahnlücke 40 überwalzt werden sollen, kann man z. B. eines der drei in Fig. 3 bis 5 gezeichneten Walzenprofile 81, 82, 83 oder andere Walzenprofile einsetzen. Dies kann auch von Bedeutung sein, wenn man mit einem Walzenprofil nicht alle gewünsch-50 ten Teile gleichzeitig nach der Erfindung überwalzen kann, weil sonst lokale Überbeanspruchung und/oder zu geringe Bearbeitung erfolgen kann. If you consider the kinetic energy of the rollers to be insufficient, you can z. B. install springs, which can then also transfer a portion of the energy of the 40 roller head 7 to the rollers 8 and from these to the workpiece 4. It is essential, however, that no macro-shape change in the workpiece may take place permanently. The smoothing of sanding marks should not be seen as a macro-shape change. 45 Depending on which surface parts of the tooth gap 40 are to be rolled over, one can e.g. B. use one of the three roller profiles 81, 82, 83 or other roller profiles shown in FIGS. 3 to 5. This can also be important if it is not possible to roll over all the desired parts according to the invention at the same time with a roll profile, because otherwise local overstressing and / or too little machining can take place.
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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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