DE102005033188A1

DE102005033188A1 - Verfahren zum Herstellen von hohlzylindrischen Präzisionsteilen aus Metall

Info

Publication number: DE102005033188A1
Application number: DE200510033188
Authority: DE
Inventors: Klaus Decker; Joachim Dr.-Ing. Schondelmaier
Original assignee: Schondelmaier Presswerk GmbH; Aberle GmbH
Current assignee: Schondelmaier Presswerk GmbH; Aberle GmbH
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2007-01-18

Abstract

Verfahren zum Herstellen von hohlzylindrischen Präzisionsteilen aus Metall mit einer Außenverzahnung, DOLLAR A gekennzeichnet durch folgende Schritte: DOLLAR A a) Als Ausgangsmaterial wird ein Stangenmaterial verwendet, DOLLAR A b) ein Rohteil wird hergestellt, indem das Stangenmaterial abgelängt, an der äußeren Mantelfläche abgedreht und mit einer Innenbohrung versehen wird, DOLLAR A c) das Rohteil wird durch Kaltfließpressen umgeformt zu einem Vorfertigteil mit der geforderten Form der Innen- und Außengeometrie und mit wenigstens einer Außenverzahnung, DOLLAR A d) das Vorfertigteil wird fertig bearbeitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von hohlzylindrischen Präzisionsteilen aus Metall mit einer Außenverzahnung.
Für viele Anwendungen des Maschinenbaus, insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik werden hohlzylindrische Präzisionsteile aus Metall mit einer Außenverzahnung benötigt. Die Außenverzahnung dient dabei insbesondere zur Übertragung von Drehmomenten. Ein Beispiel für ein solches Präzisionsteil ist die Lenkspindel einer Kraftfahrzeug-Lenkung.

Es ist bekannt, zur Herstellung solcher Präzisionsteile ein rohrförmiges Rohteil durch Rundkneten zu einem Vorfertigteil kalt umzuformen, wobei das Vorfertigteil gegebenenfalls noch einer Fertigbearbeitung unterzogen wird. Der Vorteil dieses Herstellungsverfahrens besteht vor allem darin, dass durch das Rundkneten ein Vorfertigteil mit einer hohen Genauigkeit erhalten werden kann. Das Rundkneten beansprucht allerdings eine verhältnismäßig lange Bearbeitungszeit, so dass dieses Herstellungsverfahren entsprechend kostenaufwendig ist. Das Kaltfließpressen eines rohrförmigen Rohlings zu einem Vorfertigteil kann zwar die Bearbeitungszeit verringern, die erzielbare Genauigkeit des Vorfertigteils ist jedoch geringer. Dies beruht z. B. darauf, dass Herstellungstoleranzen in der Wandstärke des rohrförmigen Rohteils zu Fehlern in der Koaxialität von Außenfläche und Innenfläche des Vorfertigteils führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchem hohlzylindrische Teile aus Metall kostengünstig und mit hoher Präzision hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs.

Erfindungsgemäß wird als Ausgangsmaterial ein Stangenmaterial verwendet. Aus diesem Stangenmaterial wird ein rohrförmiges Rohteil hergestellt, indem das Stangenmaterial abgelängt wird und an der äußeren Umfangsfläche abgedreht wird. Vorzugsweise wird als Ausgangsmaterial ein Stangenvollmaterial verwendet. In diesem Falle wird das Rohteil im Kern koaxial ausgebohrt. Wird ein rohrförmiges Ausgangsmaterial verwendet, so wird das Innere des Ausgangsmaterials ausgedreht. Auch bei einem Ausbohren eines Stangenvollmaterials kann die Bohrung noch zusätzlich ausgedreht werden.

Die Verwendung eines Stangenvollmaterials mit anschließendem Ausbohren hat den Vorteil, dass das Stangenvollmaterial im Allgemeinen preisgünstiger ist als ein rohrförmiges Ausgangsmaterial.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass das Abdrehen der äußeren Mantelfläche des Rohteils und das Ausbohren und gegebenenfalls Ausdrehen des Rohteils zu einer wesentlichen Verbesserung der Rissfreiheit des Materials führt. Bei der Herstellung von Stangenmaterial ist das Auftreten von Rissbildungen im Wesentlichen auf eine dünne Oberflächenschicht des Materials beschränkt. Bei einem Stangenvollmaterial ist außerdem auch die Mittelachse ein Problembereich in Bezug auf eine mögliche Rissbildung. Durch das Abdrehen der Außenoberfläche und das Ausbohren und gegebenenfalls Ausdrehen des Rohteils werden die für eine Rissbildung problematischen Bereiche des Materials entfernt, so dass ein Rohteil mit äußerst hoher Rissfreiheit erhalten wird. Außerdem wird durch das Abdrehen der Au ßenfläche und das Ausbohren des Kerns ein Rohteil erhalten, bei welchem Außenfläche und Innenbohrung mit hoher Präzision koaxial sind.

Das Rohteil mit hoher Rissfreiheit und präzise koaxialer Innen- und Außenfläche wird durch Kaltfließpressen in einer oder mehreren aufeinanderfolgenden Stufen zu einem Vorfertigteil umgeformt. Das Kaltfließpressen ist gegenüber dem Rundkneten äußerst wirtschaftlich, da eine erheblich geringere Bearbeitungszeit erforderlich ist. Aufgrund der Präzision des Rohteils wird auch durch das Kaltfließpressen ein Vorfertigteil erhalten, welches eine hohe Präzision aufweist und insbesondere eine präzise Koaxialität von Außenfläche und Innenfläche. Bei dem Kaltfließpressen erhält das Vorfertigteil die gewünschte Form von Außenfläche und Innenfläche. Insbesondere können dabei auch die geforderte Außenverzahnung bzw. mehrere Außenverzahnungen und gegebenenfalls auch Innenverzahnungen hergestellt werden. Die Rissfreiheit des Rohteils bleibt bei dem Kaltfließpressen erhalten, so dass bei der Fertigung der Ausschuss infolge von Rissbildungen stark reduziert wird.

Soweit erforderlich kann das Vorfertigteil noch einer weiteren Fertigbearbeitung unterzogen werden, um z. B. feinere Formstrukturen der Oberflächen zu drehen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Rohteil im Axialschnitt,
2 einen entsprechenden Axialschnitt des Teils nach einem ersten Kaltfließpressvorgang,
3 eine perspektivische Ansicht des Teils der 2,
4 einen Axialschnitt des Vorfertigteils nach der Kaltfließpress-Umformung,
5 eine perspektivische Ansicht des Vorfertigteils der 4 und
6 eine weitere perspektivische Ansicht des Vorfertigteils der 4.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Herstellung einer Lenkspindel aus Stahl für die Lenkung eines Kraftfahrzeugs dargestellt.
Als Ausgangsmaterial dient ein Stangenvollmaterial z. B. ein Mangan-Chrom-Einsatzstahl. Das Stangenmaterial wird auf die erforderliche Länge abgelängt. Die äußere Mantelfläche wird z. B. um etwa 0,2mm abgedreht. Der Kern wird koaxial zur Mantelfläche ausgebohrt und gegebenenfalls anschließend ausgedreht. Auf diese Weise wird ein rohrförmiges Rohteil 1 erhalten, wie dies in 1 im Axialschnitt dargestellt ist. Dieses Rohteil 1 zeichnet sich dadurch aus, dass die Innenbohrung 2 mit hoher Präzision koaxial zur äußeren Mantelfläche 3 ist. Die besonders für Rissbildung anfälligen Bereiche am Mantel und im Kern des Ausgangs-Stangenmaterials sind entfernt.
Das Rohteil 1 wird dann in mehreren Schritten durch Kaltfließpressen umgeformt. Dabei wird zunächst ein Teil 4 erhalten, wie dies in den 2 und 3 dargestellt ist. Das Teil 4 ist gegenüber dem Rohteil 1 in der Länge gestreckt und im Innen- und Außendurchmesser verformt. Ein Eintrittsbereich 6 ist gegenüber dem Rohteil 1 im Außendurchmesser und im Innendurch messer aufgeweitet. An diesen Eintrittsbereich 6 schließt sich ein mittlerer Bereich 7 mit stufenförmig verengtem Außendurchmesser und Innendurchmesser an. An diesen mittleren Bereich 7 schließt sich ein Endbereich 8 an, der wiederum im Außendurchmesser stufenförmig verengt ist, jedoch den gleichen Innendurchmesser wie der mittlere Bereich 7 aufweist.
Das Teil 4 wird einem weiteren Kaltfließpress-Schritt unterworfen, wodurch das in den 4 bis 6 dargestellte Vorfertigteil 9 erhalten wird. Das Vorfertigteil 9 ist gegenüber dem Teil 4 im Zustand der 2 und 3 in den Abmessungen noch kalibriert. Außerdem ist in den Innenumfang des Eintrittsbereichs 6 eine Mehrkant-Verzahnung 10 eingeformt. Der Außenumfang des Endbereichs 8 ist zu einer Außenverzahnung 11 in Form einer geraden Stirnverzahnung umgeformt.
Das Vorfertigteil 9 wird dann noch einer Fertigbearbeitung unterworfen, in welcher z. B. feinere Stufenstrukturen in die Oberflächen eingedreht werden können, die Oberflächen fein bearbeitet werden können, radiale Bohrungen eingebracht werden können und Angriffsflächen angefräst werden können.

Claims

Verfahren zum Herstellen von hohlzylindrischen Präzisionsteilen aus Metall mit einer Außenverzahnung, gekennzeichnet durch folgende Schritte. a) als Ausgangsmaterial wird ein Stangenmaterial verwendet, b) ein Rohteil (1) wird hergestellt, indem das Stangenmaterial abgelängt, an der äußeren Mantelfäche (3) abgedreht und mit einer Innenbohrung (2) versehen wird, c) das Rohteil (1) wird durch Kaltfließpressen umgeformt zu einem Vorfertigteil (9) mit der geforderten Form der Innen- und Außengeometrie und mit wenigstens einer Außenverzahnung (11), d) das Vorfertigteil (9) wird fertig bearbeitet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem als Ausgangsmaterial ein Stangenvollmaterial verwendet wird und zur Herstellung des Rohteils (1) im Kern koaxial ausgebohrt und gegebenenfalls ausgedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem in den Innenumfang des Vorfertigteils (9) eine Mehrkantverzahnung (10) eingeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem das Präzisionsteil die Lenkspindel einer Kraftfahrzeug-Lenkung ist.