CN109475914A - 用于生产模制品的方法 - Google Patents

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CN109475914A CN201780030885.1A CN201780030885A CN109475914A CN 109475914 A CN109475914 A CN 109475914A CN 201780030885 A CN201780030885 A CN 201780030885A CN 109475914 A CN109475914 A CN 109475914A
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托马斯·格罗瑟约舒坎普
米夏埃尔·霍弗特
托马斯·弗勒特
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
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Abstract

本发明涉及一种用于生产模制品(15,15‘)的方法，其包括下列步骤：‑提供圆片形或预成型的钢制半成品(1)，‑至少区域性地将半成品(1)加热到第一温度，‑在第一工作步骤中和/或压辊制造工具(7)中，借助于旋压在至少区域性加热的半成品(1)上形成轴套(8)，以制造具有上部几何元件的预制型件(3)，‑将具有上部几何元件的预制型件(3)至少区域性地加热或者重新加热到第二温度，‑在第二工作步骤中和/或压辊制造工具(12)中，借助于旋压在至少区域性加热的、具有上部几何元件的预制型件(3)上形成钟状件(14)，以制造具有上部和至少一个下部几何元件的预制型件(11)，‑将预制型件(11)至少区域性地加热或者重新加热至第三温度，‑在第三工作步骤和/或工具(16,20)中将至少区域性加热的预制型件(11)制出轮廓以制造模制品(15,15‘)。

Description

用于生产模制品的方法
技术领域
本发明涉及一种用于生产模制品的方法。
背景技术
尤其借助于旋压来生产模制品的方法属于现有技术。例如在文件US 2001/0035036A1中说明了一种用于生产旋转对称构件的方法，例如由圆片形的坯件借助于旋压生产具有轴套的构件。从另外的文件DE 102013101555B3和DE 102013106268A1中例如已知用于借助于旋压生产万向节销或者轴颈的方法，其中由基本平面的钢材制坯件在多级的旋压工艺中生产相应的模制品。所述方法的共同之处在于，对于高度赋形来说需要高的成型力，并且需要相应构型的旋压装置。
发明内容
由现有技术出发，本发明的目的在于，提供具有与传统旋压相比降低的成型力的方法。
上述目的通过具有以下步骤的方法解决：
-提供圆片形或预成型的钢制半成品，
-至少区域性地将半成品加热到第一温度，
-在第一工作步骤中和/或压辊制造工具中，借助于旋压在至少区域性加热的半成品上形成轴套，以制造具有上部几何元件的预制型件，
-将具有上部几何元件的预制型件至少区域性地加热或者重新加热到第二温度，
-在第二工作步骤中和/或压辊制造工具中，借助于旋压在至少区域性加热的、具有上部几何元件的预制型件上形成钟状件，以制造具有上部和至少一个下部几何元件的预制型件，
-将预制型件至少区域性地加热或者重新加热至第三温度，
-在第三工作步骤和/或工具中将至少区域性加热的预制型件制出轮廓以制造模制品。
已经显示出，当尤其在成型和/或形成轮廓之前将工件加热至特定的温度时，可以相对于传统旋压降低成型力。根据符合本发明的方法的第一个设计方案，第一温度和/或第二温度在200℃和700℃之间，尤其在250℃和580℃之间。尤其在高于200℃，尤其高于250℃的温度下，由此尤其在半成品上成型轴套，和/或在预制型件上成型钟形件时需要相较于传统的旋压更小的成型力，因为随着温度的升高材料变得更软并且由此更容易成型。在可硬化的钢材的优选应用中，根据合金元素将温度限制在最高700℃，尤其限制在最高580℃，以基本抑制材料中的组织结构改变，例如变化为(部分)奥氏体。第一和第二温度可以相同或者不同地从所述温度范围内选择，优选根据材料和所使用的工具和/或成型度。
根据符合本发明的方法的另一个设计方案，第三温度在400℃和1000℃之间，尤其在480℃和950℃之间。除了相较于传统旋压更小的用于为待制造的模制品形成轮廓所需的成型力外，根据符合本发明的方法的一个优选的设计方案可以将模制品在形成轮廓时或之后进行至少区域性的硬化。在形成轮廓时进行硬化的前提是，第三温度至少为用于部分奥氏体化的Ac1，优选至少为用于完全奥氏体化的Ac3。选择性地，硬化可以时间上在形成轮廓之后进行，其中第三温度限制在最高700℃，尤其最高580℃。由此，根据符合本发明的方法的一个替代性的设计方案，可以在模制品上，尤其在钟形件的内部进行表层硬化。特别优选使用可硬化的钢材，其在调质状态下具有至少50HRC的硬度。该钢材优选由以下重量％为单位的合金组分组成：
0.15≤C≤0.8，
0.1≤Si≤1.2，
0.3≤Mn≤1.8，
0.1≤Cr≤1.8，
0.05≤Mo≤0.6，
0.05≤Ni≤3.0，
0.0005≤B≤0.01，
Al≤0.15，
Ti≤0.04，
P≤0.04，
S≤0.03，
N≤0.03，
其余为铁和不可避免的杂质。HRC为洛氏硬度并且硬度测试根据DIN EN ISO6508-1进行。
根据符合本发明的方法的另一个设计方案，在成型过程中，将半成品在第一工作步骤和/或工具中，和/或将具有上部几何结构的预制型件在第二工作步骤和/或工具中进行主动调温。由此可以保证，在放入或者安置了热的工件之后也能借助于合适的、所安置的和/或集成的装置将工件在工具中保持在预设的温度，由此，与冷的工具相比，可以避免工件急剧的冷却。
根据符合本发明的方法的另一个设计方案，成型和/或形成轮廓可以分别在一个或者多个工作步骤中进行。根据待制造的模制品的复杂性，可以在一个或者多个工具中制造所希望的(预制)形状。
根据符合本发明的方法的一个优选的设计方案，生产万向节销或者轴颈形式的模制品，其中在第三工具中至少区域性地在下部几何元件中形成轮廓，确切讲形成热的预制型件的钟形件，并且至少包括形成球笼轨道和/或滚珠轨道。第三工具中的轮廓形成可以借助于旋压进行，其中轮廓形成例如借助于至少一个滚压梁和/或至少一个成型辊，叠加地或者替代性地在成型工具中进行，该成型工具例如具有至少一个成型推动元件。
根据符合本发明的方法的另一个设计方案，以感应的方式进行加热。感应热源能够简单且经济地运行并且可以至少区域性地加热工件，尤其可以目的性地并且相对简单地控制热处理深度。各个工件的加热优选在放置之前，或者在放入相应的工具之前进行，和/或在进行相应的工作步骤之前进行。替代性地，其他的热源也是可行的，例如在炉中加热工件。在工具外部进行的加热是特别优选的，并且由此可以提高生产节奏。
附图说明
接下来根据示出若干实施例的图示进一步说明本发明。相同的部件以相同的附图标记标出。图中：
图1)示出了一个实施例在加热半成品的时间点时的示意性图示，
图2)示出了一个实施例在制造具有上部几何元件的预制型件的时间点时的示意性图示，
图3)示出了一个实施例在加热具有上部几何元件的预制型件的时间点时的示意性图示，
图4)示出了一个实施例在制造具有上部几何元件和至少一个下部几何元件的预制型件的时间点时的示意性图示，
图5)示出了一个实施例在加热具有上部几何元件和至少一个下部几何元件的预制型件的时间点时的示意性图示，
图6)示出了第一个实施例在制造模制品的时间点时的示意性图示，
图7)示出了第二个实施例在制造模制品的时间点时的示意性图示。
具体实施方式
在根据本发明的方法的第一步中，准备由钢制，例如热轧的硼合金钢制的圆片形的半成品(1)。为了相较于传统旋压降低成型力，将工件/半成品(1)至少区域性地、尤其在将该半成品(1)在第一个工作步骤中加工和/或放入或者安置在第一工具(7)中之前加热至200℃至700℃之间的温度。该至少区域性的加热优选借助于感应器(2)以感应的方式进行。例如将该半成品(1)输送至相应装备有至少一个感应器(2)的装置处(图1)或者该感应器可以安置在这里未示出的输送装置上，该输送装置为第一工具(7)供应半成品(1)。
将热的半成品(1)放入第一工具(7)中，尤其在相应形成的阴模(4)中。该阴模(4)以可主动转动的方式安置在第一工具(7)中。在将热的半成品(1)放入后，将销形的压下器(5)下降至放置有半成品(1)的阴模(4)中央并且不可旋转地将该半成品(1)固定在阴模(4)中。将至少一个压辊(6,6‘)下降至热的、旋转着的半成品(1)上并且径向从外向内挤压材料，其中被推起的材料首先聚集在销形的压下器(5)上并且这样控制压辊(6,6‘)，使得聚集的材料在后续的工艺中沿着该销形的压下器(5)挤高，以制造轴套/轴颈(8)。优选设置有两个压辊(6,6‘)，其相对安置，由此可以将作用在例如与阴模(4)相连并且此处未示出的、以旋转箭头示出的、用于旋转驱动的主螺杆上的侧向作用力基本上抵消。由此在第一工作步骤和/或工具(7)中借助于轧辊产生了具有上部几何元件(轴套/轴径)的预制型件(3)(图2)。为了防止待制造的预制型件(3)提前冷却，可以为阴模(4)配备用于调温的装置。在预制型件(3)的制造过程中或者在其制造之后，可以在上部几何元件区域中，优选在第一工作步骤中或者之后的、单独的方法步骤中借助于旋压例如形成此处未示出的额外功能元件，例如尤其在轴套(8)区域的内部和/或外部形成的齿部，沟槽或者螺纹等。此外可以将阴模(4)和其它未示出的组件，例如第一工具(7)的与阴模(4)相连的主螺杆热隔离，以基本避免对工具(7)其它组件的加热，这种加热尤其会对这些组件的使用寿命产生负面影响。
在根据本发明的方法的另一个步骤中，将具有上部几何元件，即轴套/轴颈(8)的预制型件(3)至少区域性地加热至在200℃和700℃之间的第二温度，尤其在第二工作步骤中加工具有上部几何元件的预制型件(3)和/或安置到或放入第二工具(12)中之前。至少区域性的加热优选借助于感应器以感应的方式进行。将具有上部几何元件的预制型件(3)例如输送至装备有至少一个感应器(2)的相应装置(图3)处，或者该感应器可以安置在此处未示出的、为第二工具(12)配备预制型件(3)的输送装置上。
具有上部几何元件的热的预制型件(3)运输至第二工具(12)处并且例如抗扭地张紧在工具芯件(13)和下压器(9)之间。该工具芯件(13)和下压器(9)以能够主动旋转的方式安置在第二工具(12)中，通过旋转的箭头标出。将至少一个压辊(6,6‘)下降至热的、旋转着的、具有上部几何元件的预制型件(3)上并且从预制型件(3)的轴套/轴颈(8)出发，在径向上将材料从内向外挤压，其中将材料沿着工具芯件(13)推动，其通过箭头示出，其中这样控制压辊(6,6‘)，使得制造出钟形件(14)。由此在第二工作步骤和/或第二工具(12)中借助于旋压产生了具有上部几何元件，确切说轴套/轴颈(8)和至少一个下部几何元件，确切说钟形件(14)的预制型件(11)(图4)。为了防止待制造的预制型件(3)提前冷却，可以为工具芯件(13)配备用于调温的装置。此外可以将工具芯件(13)和其它未示出的组件，例如第二工具(12)的与工具芯件(13)相连的主螺杆热隔离，以基本避免对该工具(12)其它组件的加热，这种加热尤其会对这些组件的使用寿命产生负面影响。
在根据本发明的方法的另一个步骤中，将具有上部几何元件，即轴套/轴颈(8)和至少一个下部几何元件，即钟形件(14)的预制型件(11)至少区域性地加热至在400℃和1000℃之间的第三温度，尤其在第三工作步骤中加工该预制型件(11)和/或将该预制型件放入到或安置第三工具(16,20)中之前。至少区域性的加热借助于感应器，优选借助于环形感应器(2‘)以感应的方式进行，如图5所示，该感应器从外部尤其安置在预制型件(11)的钟形件(14)之上并且将该钟形件(14)至少区域性地加热。替代性地，也可以将环形感应器引入预制型件的钟形件内部，以从内部加热该钟形件。线形感应器也可以从内部或者从外部安置在钟形件区域中，并且至少加热预制型件的钟形件区域。将具有上部几何元件和至少一个下部几何元件的预制型件(11)例如输送至相应装备有至少一个感应器(2‘)的装置(图5)处，或者该感应器可以安置在此处未示出的、为第三工具(16,20)配备具有上部几何形状和至少一个下部几何元件的预制型件(11)的输送装置上。
根据第一个设计方案，将具有上部几何元件和至少一个下部几何元件的热的预制型件(11)输送至第三工具(16)处并例如不可旋转地张紧在工具芯件(22)上。该工具芯件(22)以可以主动旋转的方式安置在第三工具(16)中，如通过旋转的箭头所标出。利用滚压梁(23)和/或至少一个分别具有待制造的模制件(15)的钟形件(14)区域中的外部轮廓的成型辊(17)，以及利用具有待制造的模制件(15)的钟形件(14)区域中的内部轮廓的工具芯件(22)，通过滚压梁(23)和/或至少一个成型辊(17)和工具芯件(22)的叠加作用借助于旋压在钟形件(14)中形成滚珠轨道(24)和/或球笼轨道(25)。替代性地并且在此处未示出地，一方面可以使用两个没有或者具有两个彼此呈90°交错的、此处未示出的支撑辊的、用于形成轮廓的滚压梁，或者另一方面可以使用两个直至四个没有或者具有两个彼此呈90°交错的、此处未示出的支撑辊的、用于形成轮廓的成型辊。如果需要在形成轮廓时进行硬化，需要将预制型件(11)至少区域性地加热至至少Ac1的第三温度以进行部分奥氏体化，优选加热至至少Ac3以进行完全奥氏体化。在模制品(15)达到马氏体初始(Ms)温度之前并且硬化，确切说奥氏体组织结构转化为马氏体结构完成之前，应基本完成轮廓形成。根据工具(16)的设计方案，可以至少为工具芯件(22)装备用于主动冷却的装置，以能够提供用于转化为马氏体所必须的冷却速度。替代地或叠加地，也可以设置用于调温的装置。选择性地，硬化可以时间上在形成轮廓之后进行，其中第三温度限制在最高700℃，尤其在最高580℃。此外可以将工具芯件(22)和其它未示出的组件，例如第三工具(16)与工具芯件(22)相连的主螺杆热隔离，以基本避免对该工具(16)其它组件的加热，这种加热尤其会对这些组件的使用寿命产生负面影响。然后可以在另一个方法步骤中通过模制品(15)例如在炉中的奥氏体化，以及例如在水浴或者油浴中的淬火进行硬化。此外可以根据另一个替代性的设计方案，在模制品上至少区域性地，尤其在成型的钟形件(10)的内部区域中进行表层硬化，优选至少在滚珠轨道(24)的区域中。模制品(15)具有至少一个具有至少一个成型的钟形件(10)的轴套/轴颈(8)，其可以包括其他的功能元件。
根据替代性的第二设计方案，将具有上部几何元件和至少一个下部几何元件的热的预制型件(11)运输至第三工具(20)，并且例如不可旋转地张紧在工具芯件(21)上。工具芯件(21)不可旋转地安置在第三工具(20)中。利用至少一个，优选多个在径向上可移动的成型推动元件(18)，其通过箭头示出，其安置在阴模元件(19)之间并且具有待制造的模制品(15‘)的钟形件(14)的区域的外部轮廓，以及利用工具芯件(21)，其具有待制造的模制品(15‘)的钟形件(14)的区域的内部轮廓，通过至少一个成型推动元件(18)和/或至少一个阴模元件(19)和工具芯件(21)彼此的作用，在钟形件(14)中形成滚珠轨道(24‘)和/或球笼轨道(25‘)。至少一个的成型推动元件(18)的驱动例如以机械的形式通过相应成型的滑块和/或借助于液压进行。如果需要在形成轮廓时进行硬化，需要将预制型件(11)至少区域性地加热至至少Ac 1的第三温度以进行部分奥氏体化，优选加热至至少Ac3以进行完全奥氏体化。在硬化，确切说奥氏体组织结构转化为马氏体结构完成之前，在模制品(15‘)中达到马氏体初始(Ms)温度之前，应基本完成轮廓形成。根据工具(20)的设计方案，可以至少为工具芯件(21)装备用于主动冷却的装置，以能够提供用于转化为马氏体所必须的冷却速度。替代地或叠加地，也可以设置用于调温的装置。选择性地，硬化可以时间上在形成轮廓之后进行，其中第三温度限制在最高700℃，尤其在最高580℃。此外可以将工具芯件(21)和其它未示出的组件热隔离，以基本避免对该工具(20)其它组件的加热，这种加热尤其会对这些组件的使用寿命产生负面影响。然后可以在另一个分开的方法步骤中通过模制品(15‘)例如在炉中的奥氏体化，以及例如在水浴或者油浴中的淬火，进行硬化。此外可以根据另一个替代性的设计方案，在模制品上至少区域性地，尤其在成型的钟形件(10‘)的内部区域中进行表层硬化，优选至少在滚珠轨道(24‘)的区域中。模制品(15‘)具有至少一个包含至少一个成型的钟形件(10)的轴套/轴颈(8)，其可以包括其他的功能元件。
本发明不局限在图中所示出的实施例，而是也可以利用根据本发明的方法生产其他的、尤其旋转对称的模制品。
附图标记说明
1 圆片形半成品
2,2‘ 感应器
3 具有上部几何元件的预制型件
4 阴模
5 销形压下器
6,6‘ 压辊
7 第一工具
8 上部几何元件，轴套，轴径
9 压下器
10,10‘ 形成轮廓的钟形件，成形轮廓的下部几何元件
11 具有上部几何元件和下部几何元件的预制型件
12 第二工具
13,21,22 工具芯件
14 下部几何元件，钟形件
15,15‘ 模制品
16,20 第三工具
17 成型辊
18 成形推动元件
19 阴模元件
23 滚压梁
24,24‘ 滚珠轨道
25,25‘ 球笼轨道

Claims (10)

1.用于生产模制品(15,15‘)的方法，所述方法包括下列步骤：
-提供圆片形或预成型的钢制的半成品(1)，
-至少区域性地将所述半成品(1)加热到第一温度，
-在第一工作步骤中和/或压辊制造工具(7)中，借助于旋压在至少区域性加热的半成品(1)上形成轴套(8)，以制造具有上部几何元件的预制型件(3)，
-将具有上部几何元件的预制型件(3)至少区域性地加热或者重新加热至第二温度，
-在第二工作步骤中和/或压辊制造工具(12)中，借助于旋压在至少区域性加热的、具有上部几何元件的预制型件(3)上形成钟状件(14)，以制造具有上部几何元件和至少一个下部几何元件的预制型件(11)，
-将预制型件(11)至少区域性地加热或者重新加热至第三温度，
-在第三工作步骤和/或工具(16,20)中将至少区域性加热的预制型件(11)制出轮廓以制造模制品(15,15‘)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述第一温度和/或所述第二温度在200℃和700℃之间，尤其在250℃和580℃之间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
所述第三温度在400℃和1000℃之间，尤其在480℃和950℃之间。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，
其特征在于，
在成型过程中，将所述半成品(1)在第一工作步骤和/或工具(7)中，和/或将具有上部几何结构的预制型件(3)在第二工作步骤和/或工具(12)中进行主动调温。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，
其特征在于，
成型和/或形成轮廓能够分别在一个或者多个工作步骤中进行。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，
其特征在于，
生产万向节销或者轴颈形式的模制品(15,15‘)，其中至少区域性地在下部几何元件中形成轮廓，确切讲形成热的预制型件(11)的钟形件(14)，并且所述轮廓的形成至少包括在第三工作步骤和/或工具(16,20)中形成球笼轨道(25,25‘)和/或滚珠轨道(24,24‘)。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，
其特征在于，
在形成轮廓过程中或之后，将所述模制品(15,15‘)至少区域性地硬化。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，
其特征在于，
所述加热以感应的方式进行。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，
其特征在于，
使用能够硬化的钢材，所述钢材在调质状态下具有至少50的HRC硬度。
10.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，
其特征在于，
在所述模制品(15,15‘)上至少区域性地，尤其在成型的钟形件(10,10‘)的内部区域中进行表层硬化。
CN201780030885.1A 2016-05-18 2017-05-11 用于生产模制品的方法 Pending CN109475914A (zh)

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