DE10101934A1

DE10101934A1 - Verfahren zur Herstellung von scheibenförmigen Steuernocken oder dergleichen sowie Räumbügel zur Durchführung eines solchen Verfahrens

Info

Publication number: DE10101934A1
Application number: DE2001101934
Authority: DE
Inventors: Hermann-Josef Mueller
Original assignee: H B Seissenschmidt AG
Current assignee: H B Seissenschmidt AG
Priority date: 2001-01-17
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2021-01-18
Also published as: DE10101934B4

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung von scheibenförmigen Steuernocken oder dergleichen aus einer hochkohlenstoffhaltigen Stahllegierung, die mit einer zur Außenkontur zentrierten Lochung auf einer Nockenwelle aufsetzbar sind. Dabei erfolgen die Umformungsschritte in einer Wärme unterhalb der Rekristallisationstemperatur der Stahllegierung. Zunächst erfolgt das Pressen eines scheibenförmigen Rohlings mit einer nockenförmigen Außenkontur in einer Umformmatrize, danach erfolgt ein ein- oder mehrstufiges Vordornen einer zur Außenkontur achsparallel zentrierten Sacklochung mit Lochungsabmessungen, die kleiner als die Endabmessungen der endgültigen Lochung sind, und unter gleichzeitiger weiterer Pressung des Rohlings in Achsrichtung in einer Umformmatrize. Es erfolgt dann das Durchlochen der entstandenen Sacklochung mit einem Stanzstempel und das Herausstanzen des Lochungskernes. Anschließend wird die entstandene Lochung durchfahren mit einem stempelartigen Räumbügel mit tolerierten Abmessungen, die der zu tolerierenden zentrischen Lochung entsprechen, unter Ausfüllung und Glättung des stirnseitigen Abrißbereiches des ausgestanzten Lochungskernes an der stirnseitigen Lochungskante.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von scheibenförmigen Steuernocken oder dergleichen aus einer hochkohlenstoffhaltigen Stahl legierung, die mit einer zur Außenkontur zentrierten Lochung auf einer Nockenwelle aufsetzbar sind, sowie einen zur Durchführung dieses Ver fahrens geeigneten Räumbügel.

Aus Gründen der Fertigungsvereinfachung, der Reduzierung der Ferti gungskosten und der besseren Schmiermittelführung werden insbesonde re in der Automobilindustrie neben den bekannten einstückigen ge schmiedeten Nockenwellen, die einen erheblichen spanenden Nachbear beitungsbedarf haben, auch Nockenwellenkonstruktionen eingesetzt, bei denen vorgefertigte Nockenscheiben auf entsprechenden Wellen zentriert und gefügt werden. Solche Fertigungsverfahren haben den Vorteil, daß nur die Nocken selbst aus hochbeanspruchten Materialien herzustellen sind. Daraus ergeben sich Fertigungs- und Gewichtsvorteile.

Es ist bekannt, die benötigten scheibenförmigen Steuernocken in mehre ren Umformungsstufen zu pressen und dabei die notwendige zur Außen kontur zu zentrierende Lochung einzustanzen. Die Umformungen erfolgen dabei im hochwarmen Zustand über 1000°C, vorzugsweise auf Mehrstufenpressen. Verwendet werden zur Herstellung dieser Steuernocken hochkohlenstoffhaltige Stähle, beispielsweise 100Cr6. Bei diesem Her stellungsverfahren müssen sowohl die der Steuerung dienende Außen kontur als auch die zur Außenkontur zu tolerierende, zentrierte Lochung spanabhebend nachbearbeitet werden. Insbesondere sind der sich an der Lochkante ergebende Abrißbereich des ausgestanzten Lochkernes ent sprechend stirnseitig und von der Innenseite der Lochung her nachzube arbeiten ebenso wie die Außenkontur, die durch ihre verzunderte Außen haut ein großes Aufmaß zur Fertigkontur benötigt. Die ausgestanzten Lo chungen haben daher zunächst ein Untermaß, welches die nachträgliche spanabhebende Bearbeitung des Abrißbereiches zuläßt. Diese Lochun gen können je nach Festsetzungsart der Steuernocke auf der Welle im Querschnitt rotationssymmetrisch, oval oder auch sternförmig sein. Erfor derlich sind in jedem Falle hohe Genauigkeiten der Geometrien der Au ßenkontur und der Lochung, die aufeinander zur Zentrierung im Toleranz bereich abgestimmt sein müssen.

Versuche, die Steuernockenrohlinge nach dem bekannten Verfahren im kalten Zustand zu pressen, sind wegen der hohen Preßkräfte sowohl bei der Verformung als auch beim Ausstanzen der Lochung bei Verwendung der erforderlichen Stahllegierungen gescheitert. Wirtschaftliche Ferti gungsverfahren lassen sich offensichtlich mit solchen Kaltpreßverfahren nicht erzielen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs ge nannten Art vorzuschlagen, mit dem die Innenkontur der Steuernocken preß- und stanztechnisch einbaufertig herstellbar sind und keine spanen den Nachbearbeitungen erfordern, sowie eine hohe Genauigkeit der Au ßenkontur zu erreichen, um das Aufmaß für das nach dem Fügen auf der Welle nötige Fertigschleifen möglichst gering zu halten.

Gelöst wird diese Erfindungsaufgabe mit einem Verfahren nach Anspruch 1. Die erfindungsgemäße Durchführung eines solchen Verfahrens in einer sogenannten Halbwärme unterhalb der Rekristallisationstemperatur der verwendeten Stahllegierung läßt Preßverformungen in Umformmatrizen zu, die relativ geringe Preßkräfte erfordern. In dieser Wärme ist ein Aus stanzen des Lochkernes möglich.

Von ausschlaggebender Bedeutung für die Fertigstellung der zu zentrie renden Lochung ist jedoch das Durchfahren der nach der Ausstanzung des Kernringes entstandenen Lochung mit einem stempelartigen Räum bügel, bei dem sowohl die Innenkonturen der danach tolerierten Lochung geglättet sind und bei der auch beim Verschieben des Materialüberschus ses in Ausstoßrichtung der stirnseitige Abrißbereich an der Lochkante bei entsprechender Bemessungsabstimmung und Abstützung des Steuernoc kens von der Stirnseite her vollständig ausgefüllt wird. Die Rekristallisati onstemperatur geeigneter hochkohlenstoffhaltiger Stahllegierungen liegt zwischen 550°-650°C. Daher wird vorgeschlagen, die Umformung bei einer Wärme gemäß Anspruch 2 unterhalb von 500°C durchzuführen.

Von Vorteil kann es sein, das erfindungsgemäße Vordornen in zwei Um formungsschritten durchzuführen, wobei bei dem zweiten Umformungs schritt des Vordornens eine Kalibrierung erfolgt, insbesondere der Über gangsradien von der Lochungsinnenwand zum Lochungsboden. Die ge naue Ausbildung dieser Radien beeinflußt in erheblichem Maße den spä teren Abreißbereich an der Lochungskante nach Ausstanzen des Lo chungskernes.

Mit einem Bügelstempel nach Anspruch 4 wird neben der Tolerierung der zentrierten Lochung eine Riefenbildung in der Lochung in achsparalleler Richtung erreicht, die insbesondere bei im Querschnitt runden Lochungen den Festsitz auf der Nockenwelle gegenüber Verdrehung begünstigt.

Anhand eines prinzipiell abgebildeten Ausführungsbeispiels wird das er findungsgemäße Verfahren im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a-1d in teilweisen Querschnittsdarstellungen einen ersten Um formungsschritt zur Erzeugung des ebenfalls dargestellten scheibenförmigen Rohlings eines Steuernockens,

Fig. 2a-2d das Vordornen des Rohlings ebenfalls in einer ersten Umformmatrize sowie den zugehörigen Vordorn sowie ei nen Schnitt durch eine Draufsicht auf den vorgedornten Rohling,

Fig. 3a-3d die entsprechenden Darstellungen der zweiten Vordornstufe,

Fig. 4a-4d die entsprechenden Darstellungen nach dem Durchstan zen des vorgedornten Rohlings und

Fig. 5a-5d die Darstellungen des Räumbügelschrittes und des sich ergebenden tolerierten Steuernockens als Endprodukt.

Zunächst wird auf die Fig. 1a-1d Bezug genommen. In einem ersten Umformungsschritt wird aus einem entsprechend abgelängten Rund stahlabschnitt auf einer Mehrstufenpresse in einer Halbwärme der schei benförmige Steuernockenrohling 1"" hergestellt. Die Ablängung kann da bei durch Scheren, Schneiden, Sägen oder dergleichen erfolgen. Der ab gelängte Rohling wird in einer Umformmatrize 2" über den geführten Preßstempel 3 zu dem Steuernockenrohling 1"" verformt. Die Außenab messungen dieses Rohlings 1"" sind zunächst geeignete untolerierte Ab messungen.

Mit einer mit der Ziffer 4 angedeuteten Zange wird das zu umzuformende Werkstück, in diesem Behandlungszustand der Steuernockenrohling 1"", zur zweiten Umformstufe transportiert. Insoweit wird Bezug genommen auf die Darstellungen gemäß den Fig. 2a-2d. In einer weiteren Um formmatrize 2' erfolgt wiederum in einer geeigneten Halbwärme ein Vor dornen einer Sacklochung 11''' mit dem Vordorn 5, an dem Schultern 51 vorgesehen sind, die den Rohling 1''' stirnseitig abstützen.

In der zweiten Vordornstufe gemäß den Darstellungen in den Fig. 3a- 3d erfolgt eine Kalibrierung der Sacklochung 11", insbesondere der Innen radien. Gleichzeitig wird in der Umformmatrize 2' eine Gesenkpressung vorgenommen. Die Innenabmessungen dieser Umformmatrize 2 sind un terschiedlich gegenüber den entsprechenden Abmessungen der Um formmatrize 2' des Umformvorganges der vorangegangenen Stufe. Der Dorn in der dritten Umformungsstufe ist ein mit der Ziffer 6 bezeichneter Kalibrierdorn, an dem die Schultern 61 vorgesehen sind, die dem Ge senkpreßvorgang dienen. Während dieses Gesenkpreßvorganges erhält der mit der kalibrierten Sacklochung 11" versehene Steuernockenrohling 1" die Enddicke (Endhöhe).

Zur Durchstanzung wird der Steuernockenrohling 1" von der Umfor mungsstation gemäß Fig. 3a zur Umformungsstation gemäß Fig. 4a transportiert. Aus den Darstellungen der Fig. 4a-4d ist erkennbar, daß der im Fänger 7 aufgenommene Steuernockenrohling im Bereich der vorangegangenen Sacklochung mit dem Stanzstempel 8 durchstoßen wird, wobei der Lochkern 10 ausgestanzt wird. Der nunmehr mit einer zur Außenkontur achsparallelen Lochung 11' versehene Steuernockenrohling 1' weist einen Abrißbereich 11'a an der entsprechenden Lochungskante auf, der beim Ausstoßen des Lochungskernes 10 entstanden ist. Der Lo chungsinnendurchmesser ist unter der entsprechenden Gestaltung des Stanzstempels 8 kleiner als der endgültig zu tolerierende Lochungs durchmesser des fertigen Steuernockens 1 gemäß Fig. 5c.

Die Endtolerierung der Lochung 11', 11" und die Glättung bzw. die Aus füllung des Abrißbereiches 11'a erfolgt in der Behandlungsstufe entspre chend den Darstellungen der Fig. 5a-5d. Das entsprechend trans portierte Werkstück ist wiederum in einem Fänger 7' aufgenommen und an der Ausstoßseite entsprechend abgestützt. In dieser Umformstation wird in die Steuernockenlochung der stempelartige Räumbügel 9 entspre chend Fig. 5b eingefahren. Dieser Räumbügel 9 besitzt eine reduzierte Schulter 91, deren Außenabmessungen den Innenabmessungen der zu tolerierenden bzw. tolerierten Lochung 11 im fertigen Steuernocken 1 ent sprechen. Beim Durchfahren der Lochung 11', 11" wird mit dem vorderen Teil des Räumbügels 9 der Materialüberschuß ausgeräumt und anschlie ßend mit seiner reduzierten Schulter 61 die Glättung der Lochinnenwand erzeugt, sowie die Ausfüllung des stirnseitig abgestützten Abrißbereiches 11'a erreicht. Der ausgeräumte Materialüberschuß wird in Form des Kern ringes 12 dargestellt.

Die geschilderten Umformungsvorgänge sollen vorzugsweise in der etwa gleichen Halbwärme unterhalb der Rekristallisationstemperatur der ver wendeten Stahllegierung erfolgen. Möglich erscheint auch eine solche Umformung im kalten Zustand. Zu erwarten sind jedoch höhere Umform kräfte, eine Vergrößerung des Abrißbereiches mit erhöhter Schwierigkeit der Ausfüllung dieses Bereiches beim Räumen und Bügeln in der letzten Fertigungsstufe. Ein solches Verfahren im kalten Zustand ist jedoch denk bar bei hohen Toleranzanforderungen.

Zusammenstellung der Bezugszeichen

1

"" Steuernockenrohling

1

''' Rohling mit Sacklochung

1

" Rohling mit Sacklochung

1

' Rohling mit Sacklochung

1

tolerierter Steuernocken

2

Umformmatrize

2

' Umformmatrize

2

" Umformmatrize

3

Preßstempel

4

Zange

5

Vordorn

51

Schulter

6

Kalibrierdorn

61

Schulter

7

,

7

' Fänger

8

Stanzstempel

9

Räumbügel

91

reduzierte Schulter

10

Lochungskern

11

tolerierte Lochung

11

' Lochung
11'a Abrißbereich

11

" Sacklochung

11

''' Sacklochung

12

ausgeräumter Kernring

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von scheibenförmigen Steuernocken oder dergleichen aus einer hochkohlenstoffhaltigen Stahllegierung, die mit einer zur Außenkontur zentrierten Lochung auf einer Noc kenwelle aufsetzbar sind, gekennzeichnet durch folgende Um formschritte in einer Wärme unterhalb der Rekristallisationstempe ratur der Stahllegierung:

a) Pressen eines scheibenförmigen Rohlings (1"") mit einer noc kenförmigen Außenkontur in einer Umformmatrize (2),
b) ein- oder mehrstufiges Vordornen einer zur Außenkontur achsparallel zentrierten Sacklochung (11''', 11") mit Lochungs abmessungen, die kleiner als die Endabmessungen der endgül tigen Lochung sind, und unter gleichzeitiger weiterer Pressung des Rohlings (1") in Achsrichtung in einer Umformmatrize (2', 2),
c) Durchlochen der entstandenen Sacklochung (11") mit einem Stanzstempel (8) und Herausstanzen des Lochungskernes (10),
d) Durchfahren der entstandenen Lochung mit einem stempelarti gen Räumbügel (9) mit tolerierten Außenabmessungen, die der zu tolerierenden zentrischen Lochung (11) entsprechen, unter Ausfüllung und Glättung des stirnseitigen Abrißbereiches des ausgestanzten Lochungskernes (10) an der stirnseitigen Lo chungskante.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformschritte in unterschiedlichen Umformstationen bei nahezu gleicher Wärme unter 550°C erfolgen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein zweistufiges Vordornen in zwei unterschiedlichen Umformstationen, bei denen in der ersten Station zunächst ein Vordornen einer Sacklochung (11''') erfolgt, während in der zweiten Vordornstufe in einer anderen Umformmatrize eine Kalibrierung der Innenradien erfolgt bei gleichzeitiger axialer Verpressung des Rohlings (1").

4. Räumbügel (9) zur Durchführung des Umformschrittes d) bei einem Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine redu zierte Schulter (91) mit tolerierten Außenabmessungen, die der zu tolerierenden zentrischen Lochung (11) entsprechen.