DE102005056470A1

DE102005056470A1 - Verfahren zur Herstellung von Längsnuten in zylindrische Werkstücke

Info

Publication number: DE102005056470A1
Application number: DE102005056470A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Schlayer; Gerhard Manz; Hans-Joachim Dr. Pieperhoff
Original assignee: Mueller Weingarten AG
Current assignee: Mueller Weingarten AG
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2005-11-26
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2025-11-27
Also published as: DE102005056470B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Längsnuten in zylindrischen Werkstücken unter Verwendung eines Rollumformverfahrens mit vorgeschaltetem Vorformverfahren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Längsnuten in zylindrische Werkstücke, bei dem dem eigentlichen Einrollvorgang eine Vorformstufe vorgeschaltet ist.
Bei der Fertigung von Profilkörpern, wie beispielsweise Lamellenträger von Kupplungen, Zahnriemenscheiben oder ähnlichen Werkstücken mit einer zylindrischen Grundstruktur, werden häufig hohe Genauigkeiten und Präzision gefordert. Insbesondere kommt es auf die Genauigkeit und die Oberflächenqualität an.
Bei den beschriebenen Werkstücken handelt es sich um Masseartikel, die in großer Stückzahl hergestellt werden. Somit sind neben den qualitativen Merkmalen auch die Kosten und die Ausbringung wichtige Kriterien bei einer Produktionsanlage für solche Werkstücke.

In der DE 25 49 230 A1 ist ein Verfahren offenbart, mit dem Teile, wie sie oben beschrieben wurden, hergestellt werden können. Dieses Verfahren ist in der Umformtechnik und in der Werkzeugbaubranche als „Grob-Verfahren" ein Begriff. Bei die sem Verfahren kann man bei einem relativ dünnwandigen hohlen Werkstück sowohl ein Innen- als auch ein Außenprofil erzeugen. Dazu wird der Rohling auf einen dem Innenprofil entsprechenden Dorn aufgezogen. Das Werkstück erfährt in diesem Zustand einen Vorschub, bei welchem es entlang seiner Werkstückachse verschoben und um die Werkstückachse gedreht wird. Während dieses Werkstückvorschubes wird das Werkstück von außen mit ringartigen profilierten Walzen bearbeitet, wobei diese Walzen, abgestimmt auf die Profilteilung und den Werkstückvorschub, in rascher Folge schlagartige Einzelwalzvorgänge ausführen. Diese Einzelwalzvorgänge werden im gleichen und hauptsächlich in Profillängsrichtung verlaufenden Drehsinn ausgeführt. Die in Profillängsrichtung in der gleichen Zahnlücke aufeinander folgenden Einzelwalzvorgänge überdecken sich hinsichtlich ihres Eingriffes am Werkstück. Der Nachteil dieses Grob-Verfahrens ist, dass sich dieses nicht in eine Bearbeitungslinie mit weiteren Umformoperationen integrieren lässt. Eine Mechanisierung im Takt der anderen Umformstufen ist nicht möglich.

Ein alternatives Verfahren wird in der DE 20 17 709 A1 beschrieben. Ein spezielles Rollwerkzeug ermöglicht es, das Werkstück aus einem Rohling mit glatter Außenkontur mittels einer Presse herzustellen, wobei jeder Pressenhub aus einem Rohling ein Werkstück ausformt. Bei jedem Pressenhub läuft ein Walzvorgang ab, bei dem die Profilrollen das gewünschte Außenprofil in die Mantelfläche des Werkstückes eindrücken. Die Profilrollen sind dabei in einem Unterwerkzeug entlang des Umfanges des zu bearbeitenden Werkstückes angeordnet. Wird das Werkstück mittels eines am Stößel der Presse befestigten Oberwerkzeuges zwischen die Rollen gepresst, stützen sich diese an Stützrollen mit entsprechender Lagerung ab.

Das Unterwerkzeug lässt sich rotationssymmetrisch aufbauen, wobei die das Profil des Werkstückes erzeugenden einzelnen Profilrollen regelmäßig und mit einheitlichem Winkel zueinander entlang des Umfanges des Werkstückes verteilt sind. Infolge dessen und infolge der sich ergebenden rotationssymmetrischen Kräfteaufteilung während eines Umformvorganges sind die einzelnen von den jeweiligen Profilrollen hergestellten Nuten untereinander praktisch gleich. Es wird insbesondere eine absatzfreie Außenkontur erreicht.

Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass beispielsweise beim Rollumformen einer Außenverzahnung, bei Einfahren der Profilrolle in das Material eine Zone entsteht, in der die Zahnflanke nicht vollständig ausgebildet ist. Dieser Effekt ist technologisch bedingt und lässt sich auch durch Verändern von Prozessparametern nicht vermeiden.

Aufgabe und Vorteil der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Umformen eines rotationssymmetrischen, topfförmigen Rohlings zu entwickeln, bei dem ein hoher Verfüllungsgrad der erzeugten Verzahnungsflanke und damit eine Vergrößerung der nutzbaren Verzahnungslänge im Bodenbereich erreicht wird. Darüber hinaus soll das Verfahren kostengünstig und in eine automatische Umformprozesslinie integrierbar sein.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Umformverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Transportvorrichtung angegeben.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Rollumformergebnis dadurch zu verbessern, dass in einer Vorformstufe Material an einer Stelle des Rohlings angehäuft wird, an der bei der eigentlichen Rollumformung die Profilrollen in das Material eintauchen. Durch dieses Vorformen des Rohlings im Bereich der Verzahnung wird erreicht, dass bislang nicht erreichbare Profiltraganteile und entsprechende Blechdicken für das anschließende Rollumformverfahren erzielt werden können.

Das Vorformen oder auch das Vorlegen des Rohlingmaterials für die entsprechende Ausformung im Zahnbereich wird gezielt in Abstimmung mit dem zu erreichenden Ergebnis für die weitere Rollumformung angewendet. Das Ziel ist es einerseits den Verformungsgrad bei dicken Blechen zu realisieren, sowie den Vorfüllungsgrad der Verzahnung zu optimieren. Die Art der Vorform bzw. die Materialanhäufung muss individuell auf das entsprechende Bauteil abgestimmt und angepasst werden, um ein optimales Ergebnis für die Verzahnung zu erreichen. Das Material wird in der Vorformstufe vorzugsweise am oberen Ende, im Endbereich des topfförmigen Rohlings angehäuft, dort wo in der Rollumformstufe die Profilrollen mit dem Materialeingriff beginnen. Die Menge und die Form der Materialanhäufung sind entscheidend für das spätere Umformergebnis. Insbesondere bei Außenverzahnungen kommt der Vorform eine besondere Bedeutung zu. Die Materialanhäufung muss so gestaltet werden, dass der Verfüllungsgrad der Zahnflanke nach der Rollumformung möglichst hoch ist. Das heißt, der Effekt der beim Eintauchen der Profilrollen in das Rohlingmaterial eintritt, nämlich dass das umgeformte Material auf dem ersten Umformstück vor den Profilrollen hergeschoben wird, wird dadurch kompensiert, dass genau die richtige Menge an Material vor der Eintauchphase der Profilrollen angehäuft wird. Im Idealfall wird die Zahnflanke da durch komplett gefüllt. Die Gestalt des vorgeformten Rohlings kann sowohl durch computergestützte Rechenverfahren als auch empirisch durch Versuche ermittelt werden. Zur Herstellung der Vorform können verschiedene Verfahren eingesetzt werden. Denkbar sind zum Beispiel Prägen, Vorstauchen oder auch Rollumformen in entgegengesetzter Richtung. Bei der Auswahl des Vorformverfahrens ist es vorteilhaft, wenn dieses ebenso wie das Rollumformen in eine automatisierte Umformpressenlinie integriert werden kann. Gerade darin liegt ein entscheidender Vorteil des Rollumformens gegenüber konkurrierender Verfahren. Während das Rollumformen auf einer gängigen Umformpresse erfolgt, müssen bei anderen Verfahren, wie zum Beispiel beim Grob-Verfahren eigenständige Umformmaschinen beschafft werden, welche sich mit einem automatisierten Werkstücktransport einer Umformlinie nicht ohne weiteres koppeln lassen.

Weitere Einzelteile und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem, anhand der Zeichnungen, dargestellten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
1 Rohling im Halbschnitt
2 Rohling nach dem Stauchen in Halbschnitt
3 Rohling nach dem Anprägen in Halbschnitt
4 Rohling nach dem Anprägen der Segmente
5 Rollvorrichtung in einer Schnittdarstellung
6 Rollvorrichtung in einer Draufsicht
7 Umgeformtes Werkstück nach dem Rollen
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
In 1 ist der Rohling 1 in dem Zustand zu sehen, wie er dem erfindungsgemäßen Verfahren zugeführt wird. In diesem Stadium hat der Rohling 1 bereits mehrere Bearbeitungsgänge hinter sich. Nach dem Ausschneiden aus einer Formplatine, wurde durch nachgeschaltetes Ziehen und Abstrecken ein topfförmiger, rotationssymetrischer Rohling erzeugt, wie er in 1 abgebildet ist. Dieser weist im Eckbereich noch Stellen auf, an denen unstehte nicht tangentiale Übergänge vorhanden sind. Außerdem befindet sich im Eckbereich 2 zu wenig Material um bei einem späteren Umformvorgang ein gutes Ergebnis zu erzielen. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun zunächst der Rohling 1 durch Stauchen so umgeformt, dass in dem Eckbereich 2 Material angehäuft wird.
In 2 ist dieser Zustand nach dem Stauchvorgang zu sehen. Es ist deutlich erkennbar, dass beim gestauchten Rohling 3 im Eckbereich 2 mehr Material vorhanden ist als dies vor dem Stauchen der Fall war. Dem Stauchen folgt eine weitere Umformung, das so genannte Anprägen. Dabei wird bei dem gestauchten Rohling 3 durch einen Prägevorgang Material durch eine Prägung in den Eckbereich 2 verlagert. Der angeprägte Rohling 4 ist in 3 abgebildet.
Nach einem weiteren Prägevorgang entsteht ein vorgeformter Rohling 6 wie er in 4 zu sehen ist. Sowohl im Eckbereich 2 als auch im inneren Eckbereich 8 sind Segmente 7 angeprägt worden. Diese angeprägten Segmente 7 sind für den anschließenden Rollvorgang und für die Ausbildung der Nuten von entscheidender Bedeutung. Der vorgeformte Rohling 6, wie er in 4 zu sehen ist, wird nun der eigentlichen Umformstufe einer Rollvorrichtung 9 zugeführt.
In 5 und 6 ist der Aufbau dieser Rollvorrichtung 9 dargestellt. Beim Rollvorgang wird der vorgeformte Rohling 6 während eines Pressenhubs von einem hier nicht dargestellten Stößel in Richtung des Pfeils 10 an den Profilrollen 11 entlang bewegt. Wie in 6 zu sehen ist, sind die Profilrollen 11 rotationssymetrisch entlang des Umfanges des umzuformenden Rohlings 6 angeordnet. Gehalten und abgestützt werden diese Profilrollen 11 von einem Käfig 13. Die Außenkontur 14 der Profilrollen 11 entspricht dem gewünschten negativen Profil des umgeformten Rohlings, dem Werkstück 15. Dieses Profil wird während des Eingriffs von den Profilrollen 11 in den Rohling 6 eingedrückt.
Nachdem das Werkstück 15 aus dem Eingriff der Profilrollen 11 herausgefahren wurde ist die gewünschte Endkontur erreicht. Mit dem Pressenrückhub wird das Werkstück 15 wieder entlang der Profilrollen 11 entgegen des Pfeils 10 aus der Rollvorrichtung 9 herausgefahren.
In 7 ist das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Werkstück 15 dargestellt. Die durchgehende Zahnflanke 16 der Außenverzahnung, welche durch den Rollumformvorgang erzeugt wurde, ist deutlich zu erkennen. Entscheidend bei dieser Verzahnung ist die Ausgestaltung im Bereich des Zahnflankenanfangs 17. Durch die oben beschriebenen Vorformverfahren einsteht beim anschließenden Rollumformen eine Zahnflanke 16, 17 mit einem sehr hohen Vorfüllungsgrad, d.h, die nutzbare Zahnflankenlänge wird erhöht.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Gedankens.

1: Rohling
2: Eckbereich
3: gestauchter Rohling
4: angeprägter Rohling
5: Prägung
6: vorgeformter Rohling
7: angeprägte Segmente
8: innerer Eckbereich
9: Rollvorrichtung
10: Richtungspfeil
11: Profilrolle
12: Öffnung
13: Käfig
14: Außenkontur
15: Werkstück
16: Zahnflanke
17: Zahnflankenanfang

Claims

Verfahren zum Herstellen von Längsnuten in zylindrischen Werkstücken unter Verwendung eines Rollumformverfahrens, bei dem mittels konzentrisch angeordnete Profilrollen ein Profil am Umfang des Werkstückes erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Umformen in einer Rollvorrichtung (9) mindestens ein Vorformverfahren vorgeschaltet ist, und dass mittels diesem Vorformverfahren Materialanhäufungen in den Eckbereichen (2, 8) des Rohlings (1) realisierbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorformverfahren ein Prägeverfahren einsetzbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorformverfahren ein Stauchverfahren einsetzbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prägeverfahren und ein Stauchverfahren zur Vorformung einsetzbar sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Vorformverfahren der Verfüllungsgrad der Zahnflanke beeinflussbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Vorformen bei vorgegebenen Verformungsgrad die Blechdicke der umzuformenden Rohlinge 1 erhöhbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Rollumformverfahren, als auch das Vorformverfahren auf Pressen gleicher Gattung ausführbar sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollumformverfahren und das Vorformverfahren im gleichen Pressentakt ausführbar sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Rollumformverfahren als auch das Vorformverfahren in einer Pressenlinie integrierbar und automatisierbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem automatisierten Werkstücktransport das Eintragen der Werkstücke in die Vorformstufe, das Austragen der Werkstücke aus der Vorformstufe, das Eintragen der Werkstücke in die Rollumformstufe und das Austragen der Werkstücke aus der Rollumformstufe mit der gleichen Werkstücktransportvorrichtung ausführbar sind.