CN102105240A - 用于由预成形件制造或加工工件、特别是用于一体成形内轮廓或内齿部的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于由预成形件(4.1)制造或加工工件的装置，其包括可旋转的和平行于装置的纵轴线(x)可移动地支承的心轴(1a)、相配的用于夹紧预成形件(4.1)的夹盘(1b)以及可联接于心轴(1a)的和沿纵向方向(x)可移动地支承的顶尖套筒(2a)和用于成形预成形件(4.1)的成形单元(3)。夹盘(1b)相对于心轴(1a)可旋转地构成。

Description

用于由预成形件制造或加工工件、特别是用于一体成形内轮廓或内齿部的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的、用于由预成形件制造或加工工件、特别是用于一体成形内轮廓或内齿部的装置以及一种相应的方法。
背景技术
EP 1 004 373 B1中描述一种按照权利要求1的前序部分所述的相应的装置。为了在工件上、特别在用于行星齿轮传动装置的环上一体成形内齿部，使用相应的装置。对此通过在预成形件上施加压辊从预成形件中朝夹盘的负形状(Negativform)挤出材料。此时作用的力作用到夹盘的外齿部上，从而外齿部可能断裂。因此在现有技术中建议，设置与夹盘的自由端保持间距的由可变形的材料制成的隔离环。可变形的隔离环在成形过程中匹配于夹盘的外轮廓。因此隔离环至少部分地承受在预成形件的成形时产生的力。
在此不利的是，总是需要隔离环和滑键，这使结构复杂化。另外产生较高的成形温度，其使得为成形和制造工件所需的时间明显提高。
发明内容
本发明的目的是，改进开头所述的装置，使得不产生上述缺点。
利用权利要求1的特征或通过具有权利要求13的特征的方法达到该目的。在诸从属权利要求中得到有利的实施形式。
按照本发明夹盘不仅与心轴一起可移动地、而且径向亦即平行于按照本发明的装置的纵轴线或与该纵轴线重合地可旋转地支承。通过因挤压而流出预成形件的材料的材料流，它由于心轴的旋转不仅轴向流动，而且材料流还包括径向分量或切向分量。通过夹盘的可旋转性，径向作用到夹盘上的、通过排挤的材料引起的力不导致夹盘(和可能在夹盘上设置的齿)的过载，而是使得夹盘向被施加的力的方向移动。这样夹盘在过高的压力时总是可以退让，从而避免损坏，例如齿的折断。而且已表明，通过本发明，显著减少心轴的在径向方向的摩擦并由此比在传统的方法中产生显著较小的成形温度，从而显著较快地实施成形并且每单位时间可以完成更多的工件。
附图说明
以下借助图1至13B示意地详细说明本发明。
图1示出按照本发明的装置在夹紧预成形件时的纵剖视图，
图2示出按照本发明的装置包括已夹入的预成形件，
图3示出按照本发明的装置在成形之前不久，
图4示出按照本发明的装置包括已部分加工的预成形件，
图5示出按照本发明的装置在成形过程结束时，
图6示出按照本发明的预成形件在取出完成的由预成形件制成的工件时，
图7示出预成形件，
图8示出已部分成形的预成形件，
图9示出成形过程以后的工件，
图10示出平行于机床横轴线z的通过预成形件和成形单元的一部分沿剖面线B-B截取的横剖面图(左图)和沿机床纵轴线x截取的剖面图(右图)，
图11示出平行于机床横轴线z的通过预成形件和成形单元的一部分沿剖面线A-A截取的横剖面图(左图)和沿机床纵轴线x截取的剖面图(右图)，
图12(A)和(B)示意示出在图10所示的区域内的材料体积的径向的或轴向的运动/变形，
图13(A)和(B)示意示出在图11所示的区域内的材料体积的径向的或轴向的运动/变形。
具体实施方式
图1至6中所示的按照本发明的装置具有主轴箱1，其包括主轴驱动装置。在主轴上法兰连接工具装置1c，其包括在端面制有齿部的卡爪元件1d并配备用于夹盘1b和心轴1a的容纳孔。
可移动的心轴1a连接于主轴，心轴沿机床纵轴线x的方向(轴向)可移动地支承。与此相对，将垂直于图平面和垂直于机床纵轴线x的方向也称为机床横轴线z。通常沿轴向通过(未示出的)液压缸操纵可移动的心轴。在心轴1a的末端上具有凹槽1a′，该末端面向在尾座2上设置的顶尖套筒2a，在该凹槽中可嵌入顶尖套筒2a的工具夹紧装置2a′。由此在顶尖套筒2a和心轴1a的联合中轴向和径向固定和夹紧预成形件4.1，从而形成一个单元，该单元可以轴向移动和径向绕机床纵轴线x旋转。
在这种情况下夹盘1b可以相对于预成形件4.1旋转，只要通过从外部作用力驱动夹盘，如特别当夹盘1b具有斜齿1e(参见图10和11)时的情况。
在可移动的心轴1a上轴向固定地和可旋转地安装在外径上配备要成形的内轮廓4a的负轮廓1b的夹盘1b。在夹盘1b的面向预成形件4.1的一侧上，只要需要，可以在端面设置齿部，在这种情况将齿部通过经由心轴1b的轴向压力(例如通过液压缸)压向预成形件4.1的壁4b(参见图7、8和9)。
成形单元3可轴向移动地设置在机床纵轴线x的中心，多个滚动体3a和保持架3c围绕该机床纵轴线环绕运转。在此，在保持架3c中导向的各滚动体3a在与预成形件4.1接触时成行星式地围绕预成形件环绕运转，亦即各滚动体3a在成形过程中随保持架3c围绕预成形件4.1、4.2公转，预成形件绕机床纵轴线x或平行于机床纵轴线旋转。
滚动体或成形辊3a优选构成为具有圆锥形表面3a′的滚动体，其较小直径设有匹配于成形过程的半径和设有终端斜面3a″。全部滚动体3a保持于旋转的保持架3c中。保持架3c定心地支承于壳体3b中，壳体经由轴向的调节装置3d(在所示实例中为液压缸的形式)轴向保持在预定的位置。利用该轴向的定位可以通过环绕运转的滚动体3a在规定的直径范围内设定要成形的预成形件的外径，从而在预成形件4.1中可以成形不同的直径。
在完成成形以后通过调节装置3d相反于成形方向移动保持架3c，从而将各滚动体3a调到较大的成形直径上，借此在成形单元3返回初始位置(图1和图6)时它在直径上不损害已成形的工件4.2。为了成形单元3的散热和润滑，在滚动体3a的壳体3b与保持架3c之间的区域内优选设置冷却剂进口，借此在成形过程中可以用冷却和润滑剂充分冲洗成形单元3。
尾座2(图1至6中只通过包围顶尖套筒2a的端部区域表示)以顶尖套筒2a和工具夹紧装置2a′同样设置在机床纵轴线x的中心。对此，工件的夹紧过程如下进行：
将预成形件4.1推到主轴侧的前移的心轴1a上。尾座2的顶尖套筒2a移向加载位置，图1。此时通过液压缸移出弹簧夹头2a′，从而在可移动的心轴1a中制出的凹槽1a′处在弹簧夹头2a′的区域内。随着继续前移顶尖套筒2a同步闭合弹簧夹头2a′，从而经由心轴1a和夹盘1b将预成形件4.1压向顶尖套筒2a的压紧环2a″的接触面。这形成包括顶尖套筒2a、心轴1a、预成形4.1和夹盘1b的封闭的单元，图2。
此时预成形件的面向主轴侧的表面是自由的，从而该单元通过顶尖套筒2a一直前移，直到该表面由主轴的在端面制有齿部的卡爪单元1d、1c轴向卡住并因此通过高的压力夹紧。该压力必须如此之大，以致通过卡爪单元1d、1c在旋转过程中在通过成形而作用到预成形件4.1上的负荷时带动预成形件4.1旋转。
变形的过程具体如下完成：在夹入预成形件4.1以后，向主轴的卡爪1d的方向移动该单元，以便将预成形件在与卡爪1d接触时压向卡爪1d。
在开动主轴以后，卡爪1d和包括顶尖套筒2a、心轴1a、预成形件4.1和夹盘1b的单元旋转，从而成形单元可以轴向一直前移到各滚动体3a与预成形件4.1接触，图3。通过与预成形件4.1的接触，各滚动体3a自动地定位并在其保持架3c中行星式围绕预成形件4.1绕运转。随着越来越大的进给压力，通过各滚动体3a使预成形件4.1的材料在与滚动体3a的接触区域内塑性变形并挤入预成形件4.1、4.2与夹盘1b之间的自由空间内，图4，图10和图11。
在此同时进行多个变形过程，它们现在借助假设的材料粒子说明。
假定的粒子位置分别示于剖面A-A和B-B以及图12或13的相配的横剖面中。
材料粒子的各个状态，其体积在初始状态为wx×wy×wz，其中wx、wy、wz说明粒子在三个直角坐标的空间方向的大小，它们在此如下确定：
1.0 假定的材料粒子wx×wz×wy，
1.1 当滚动体3a旋转角度Δα时，粒子在平面xy内沿径向和切向方向从wx×wy变形到wx1×wy1，
1.1.2 当在滚动体3a的倾斜的区域内轴向进给Δz时，粒子在xz平面内在滚动体3a的区域内沿轴向方向从wx×wz变形到wx2×wz2，
1.1.3 粒子在滚动体3a的区域内沿轴向方向wx1×wz2到wx3×wz3的变形，
1.1.4 粒子在离开滚动体区域以后沿轴向方向wx3×wz3变形到sx4×sz4，
1.1.5 当滚动体3a旋转角度Δα时，粒子沿径向和切向方向变形sx4×sy4。
在这样的成形时这样发生：环绕运转的滚动体3a在向主轴的卡爪1d的方向轴向进给的同时在与预成形件4.1的接触区域内使材料沿切向的、径向的和轴向的方向塑性变形。
滚动体3a与预成形件4.1的接触区域形成成形区域U，参见图12和13。在该成形区域U内，塑性变形的材料进入预成形件4.1与夹盘1b之间的自由空间内，填充夹盘1b中的轮廓1e，图10。材料同时支承在预成形4.2的在成形区域U与卡爪1d之间的轴向卡住的区域上。因此多余的材料轴向移动可自由运动的联接的单元，所述联接的单元包括心轴1a、夹盘1b、夹紧装置2a′、顶尖套筒2a和预成形件4.2的处在成形区域U之外和之后的区域。
同时形成的带有新成形的外径的轴向长度Δs向后顶尖座2的方向运动。它由具有新成形的横截面的剩余体积产生，该剩余体积由排挤的体积减去挤入自由空间中的体积之差形成。
在成形区域U的范围内，各滚动体3a向径向的和切向的方向排挤材料。因此在预成形件4.2内在成形区域U的范围内导致材料相对于预成形件4.2的在成形区域U之外的通过卡爪1d固定的那一部分扭转，因为在成形过程中由于外径的径向减小必须将材料量安置在较小的外径上。由此相对于预成形件4.2的真正转动引起材料的叠加的相对转动。在此，相对转动的扭转角的大小与材料横截面的减小相关。因此必须扭转预成形件4.2的、在预成形件中处在顶尖套筒2a与成形区域U之间的区域。
如果心轴1a(预成形件4.2在其上伸长)抗旋转地连接于主轴的卡爪1d，则材料必须相对地在切向方向上在旋转的心轴上扭转。如果在心轴1a上具有径向轮廓(例如在夹盘1b上的轮廓1c)，则在轮廓1c内导致渐增的扭转应力，直到其断裂。通过在心轴1a上可旋转地支承的夹盘1b，通过夹盘1b的一起旋转而抵销扭转应力。
在成形单元将预成形件4.1、4.2已成形为工件4.3以后，图5，将保持架3c轴向移到这样一个位置，在该位置各滚动体3a可以径向让开。随着这种设定，成形单元可以返回。一旦主轴停止，就脱开包括顶尖套筒2a、心轴1a、预成形件4.1和夹盘1b的可移动的单元，并且返回尾座顶尖套筒2a连同打开的夹紧装置2a′，图6。将处在夹盘1b上的已成形的工件通过卡爪1d从夹盘1b上脱掉，返回的心轴1a连同夹盘1b沉入在卡爪1d中。

Claims (19)

1.用于由预成形件(4.1)制造或加工工件的装置，该装置包括可旋转的和平行于装置的纵轴线(x)可移动地支承的心轴(1a)、相配的用于夹紧预成形件(4.1)的夹盘(1b)以及可联接于心轴(1a)的和沿纵向方向(x)可移动地支承的顶尖套筒(2a)和用于成形预成形件(4.1)的成形单元(3)，其特征在于，夹盘(1b)相对于心轴(1a)可旋转地构成。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，夹盘(1b)具有负形状(1e)，该负形状对应于要在预成形件(4.1)上一体成形的正形状(4a)。
3.按照上述权利要求之一项所述的装置，其特征在于，心轴(1a)配置给主轴箱(1)，并且心轴在工具壳体(1c)内在轴向和切向是可自由运动的。
4.按照权利要求3所述的装置，其特征在于，主轴箱(1)具有用于经由工具壳体(1c)旋转和/或轴向移动预成形件(4.1)的驱动装置和在主轴箱上设置的面向顶尖套筒(2a)的卡爪元件(1d)。
5.按照上述权利要求之一项所述的装置，其特征在于，顶尖套筒(2a)配置给尾座(2)并且具有压紧环(2a″)。
6.按照权利要求5所述的装置，其特征在于，尾座(2)的顶尖套筒(2a)可旋转地和/或可轴向移动地支承。
7.按照上述权利要求之一项所述的装置，其特征在于，成形单元(3)具有至少两个滚动体(3a)。
8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，成形单元(3)可轴向移动地设置。
9.按照权利要求7或8之一项所述的装置，其特征在于，滚动体(3a)的定位角是可改变的。
10.按照权利要求7至9之一项所述的装置，其特征在于，滚动体(3a)设置和支承成，使得这些滚动体能在预成形件(4.1)上环绕运转地被驱动。
11.用于由预成形件(4.1)制造或加工工件的方法，特别是借助于按照上述权利要求之一项所述的装置，在该方法中，借助于成形单元(3)成形处在夹盘上的预成形件(4.1)，所述成形经由通过压力在成形单元(3)与预成形件(4.1)之间产生的材料流引起，其特征在于，夹盘在成形过程中跟随流动的材料的运动方向。
12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，夹盘(1b)在成形过程中跟随流动的材料的轴向的和切向的运动方向。
13.按照权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在成形之前首先借助于进给运动(1e)通过轴向前移的心轴(1a)支承预成形件(4.1)，紧接着将预成形件(4.1)通过轴向前移的顶尖套筒(2a)压向工具壳体(1c)，从而形成包括夹盘(1b)、心轴(1a)、预成形件(4.1)，顶尖套筒(2a)的联接的单元。
14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，所述联接的单元在成形时跟随流动的材料的轴向的和切向的运动方向。
15.按照上述权利要求之一项所述的方法，其特征在于，夹盘(1b)经由心轴(1a)通过夹紧装置(2a′)拉向预成形件(4.1)的内侧，从而夹盘(1b)与预成形件(4.1)的不要变形的区域直接接触。
16.按照权利要求13至15之一项所述的方法，其特征在于，使所述的联接的单元旋转。
17.按照权利要求11至16之一项所述的方法，其特征在于，在成形之前径向和轴向不可移动地相对于在心轴(1a)上可旋转地支承的夹盘(1b)夹入预成形件(4.1)。
18.按照权利要求11至17之一项所述的方法，其特征在于，成形单元(3)具有多个辊(3a)，这些辊施加在要加工的预成形件(4.1)上。
19.按照权利要求11至18之一项所述的方法，其特征在于，使成形单元(3)在各辊在预成形件(4.1)上压紧的情况下相对于预成形件沿其纵向方向(x)移动。
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