DE102006019234A1

DE102006019234A1 - Verfahren zur Umformung eines Massivelements

Info

Publication number: DE102006019234A1
Application number: DE102006019234A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr.-Ing. Rauschnabel
Original assignee: IFUTEC INGENIEURBUERO fur UMF; Ifutec Ingenieurbuero fur Umformtechnik GmbH
Current assignee: IFUTEC INGENIEURBUERO fur UMF; Ifutec Ingenieurbuero fur Umformtechnik GmbH
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2006-12-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umformung eines Massivelements, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt das Massivelement an einem ersten Endabschnitt auf eine erhöhte Temperatur erwärmt wird, in einem zweiten Verfahrensschritt das Massivelement insbesondere am ersten Endabschnitt in eine Matrize eingesetzt wird, in einem dritten Verfahrensschritt ein Stempel im Bereich des ersten Endabschnitts insbesondere in axialer Richtung gegen eine Stirnfläche des Massivelements gedrückt wird. DOLLAR A Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass das Massivelement im Bereich des ersten Endabschnitts plastisch umgeformt wird, wobei ein Innenprofil erzeugt wird, das wenigstens näherungsweise der äußeren Kontur des Stempels entspricht. DOLLAR A Anwendung beispielsweise zur Herstellung von Getriebewellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umformung eines Massivelements, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt das Massivelement an einem ersten Endabschnitt auf eine erhöhte Temperatur erwärmt wird, in einem zweiten Verfahrensschritt das Massivelement insbesondere am ersten Endabschnitt in eine Matrize eingesetzt wird, in einem dritten Verfahrensschritt ein Stempel im Bereich des ersten Endabschnitts insbesondere in axialer Richtung gegen eine Stirnfläche des Massivelements gedrückt wird.

Dabei besteht die Aufgabe, auf besonders kostengünstige Weise eine Ausnehmung mit einem Innenprofil an dem ersten Endabschnitt des Massivelements herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei wird das Massivelement im Bereich des ersten Endabschnitts mit Hilfe von Stempel und Matrize plastisch umgeformt, wobei ein Innenprofil erzeugt wird, das wenigstens näherungsweise der äußeren Kontur des Stempels entspricht. Im Rahmen der plastischen Umformung des ersten Endabschnitts des Massivelements findet bevorzugt ein Rückwärtsfließpressen statt, bei dem das Massivelement zumindest im Bereich des ersten Endabschnitts teils aufgeweitet, teils verlängert wird. Es wird ein hohles Ende am Massivelement erzeugt, dessen innere Geometrie durch die Form des Stempels definiert wird. Bevorzugt wird ein unrundes und/oder sich nach innen verengendes Innenprofil erzeugt. Bevorzugt wird im Bereich des ersten Endabschnitts eine Umformtemperatur zwischen 200°C und der Zundergrenztemperatur des (metallischen) Werkstoffs des Massivelements eingestellt.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in dem dritten Verfahrensschritt an dem Massivelement insbesondere im Bereich des ersten Endabschnitts ein Außenprofil erzeugt, das wenigstens näherungsweise der inneren Kontur der Matrize entspricht.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem dritten Verfahrensschritt an der Stirnfläche durch spanendes und/oder nicht-spanendes Umformen eine insbesondere zentrale, auf der Hauptachse des Massivelements angeordnete Vertiefung erzeugt.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem dritten Verfahrensschritt ein Schmiermittel in die Vertiefung eingebracht.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Stempel pulsierend, insbesondere mit schwellender Kraft und/oder mit schwellender Geschwindigkeit gegen eine Stirnfläche des Massivelements gedrückt.

Weitere Vorteile, Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der anschließenden Beschreibung und aus den Zeichnungen.

Hierzu zeigen

1 in schematischer Darstellung eine Konfiguration von Werkzeug und Werkstück zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

2 in schematischer Darstellung ein Produkt des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In 1 ist ein Massivelement 1 in Form eines kreiszylindrischen, rotationssymmetrischen Stabes dargestellt, welches bevorzugt aus einer Stahl- Nickel- oder Aluminiumlegierung hergestellt ist. Das Massivelement 1 weist einen ersten Endabschnitt 1a auf, welcher mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens umgeformt werden soll. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel weisen der erste Endabschnitt 1a und/oder der gesamte Stab einen wenigstens abschnittsweise unrunden Querschnitt auf. In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Stab einen dem ersten Endabschnitt 1a gleichenden, entsprechend zu bearbeitenden zweiten Endabschnitt auf.
Dem ersten Endabschnitt 1a ist eine Matrize 2 zugeordnet, die den Endabschnitt 1a und/oder den gesamten Stab umgreift. Die Matrize kann ein- oder mehrteilig und im letzteren Fall radial verstellbar ausgeführt sein. Die Matrize 2 weist eine zylindrische Innenkontur mit mehreren unterschiedlichen Querschnitten 2a, 2b auf.
Dem ersten Endabschnitt 1a ist ferner ein Stempel 3 zugeordnet, der in Richtung der Hauptachse 1b linear verschieblich gelagert ist und in wenigstens näherungsweise axialer Richtung gegen eine Stirnfläche 1c gedrückt werden kann.
In nicht dargestellter Weise ist eine elektrische Heizeinrichtung vorgesehen, die zur Erwärmung des Massivelements vorgesehen ist. Eine derartige Heizeinrichtung kann in die Matrize 2 integriert sein.
Erfindungsgemäß wird eine Umformung des Massivelements 1 wie folgt vorgenommen.
Zunächst wird mittels einer Nadel oder eines Dorns durch nicht-spanendes Umformen eine zentrale, auf der Hauptachse 1b des Massivelements 1 angeordnete Vertiefung 1d erzeugt. Alternativ oder ergänzend wird beispielsweise mittels eines Bohrwerkzeuges durch spanendes Umformen eine vergrößerte Vertiefung 1d erzeugt. Die Vertiefung 1d dient insbesondere zu einer Zentrierung des Stempels 3 an dem Massivelement 1.
Nachfolgend kann ein Schmiermittel beispielsweise in Form von Graphit, Wasser oder Öl in die Vertiefung 1d eingebracht und/oder auf die Stirnseite 1c aufgebracht werden. Ergänzend kann ein derartiges Schmiermittel auch auf der Oberfläche des Stempels 3 verteilt werden. Die Vertiefung 1d dient hierbei bevorzugt als Aufnahme bzw. Speichervolumen für das Schmiermittel.
In einem ersten Umformverfahrensschritt wird das Massivelement 1 an dem ersten Endabschnitt 1a und ggf. zugleich an dem zweiten Endabschnitt auf eine erhöhte Temperatur erwärmt. Die erhöhte Temperatur liegt zwischen 200°C und der Zundergrenztemperatur, bevorzugt geringfügig unterhalb der Zundergrenztemperatur des betreffenden Werkstoffes, wobei als Zundergrenztemperatur in allgemein bekannter Weise eine Temperatur angenommen wird, bei der ein Materialverlust in reiner Luft 0,5 mg/cm²/h beträgt. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel wird ein aus einem warmfesten Edelstahl hergestelltes Massivelement auf eine Temperatur zwischen 600°C und 900°C erwärmt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Massivelement 1 auf eine Temperatur nahe einer Rekristallisationstemperatur des betreffenden Werkstoffs erwärmt.
In einem zweiten Umformverfahrensschritt wird das Massivelement 1 insbesondere am ersten Endabschnitt 1a in die Matrize eingesetzt, wobei dieser Schritt mit dem ersten Verfahrensschritt oder auch mit den vorbereitenden Prozeduren vertauscht sein kann. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel wird das Massivelement über einen entsprechend konzipierten Stempel außenseitig abgestützt, so dass auf eine gesonderte Matrize verzichtet werden kann.
In einem dritten Umformverfahrensschritt wird der Stempel 3 im Bereich des ersten Endabschnitts 1a insbesondere in axialer Richtung derart gegen die Stirnfläche 1c des Massivelements 1 gedrückt, dass das Massivelement 1 im Bereich des ersten Endabschnitts 1a plastisch umgeformt und in die Matrize 2 gepresst wird. Das Eindrücken des Stempels 3 kann bevorzugt mit konstanter und/oder wechselnder und/oder schwellender (pulsierender) Vorschubgeschwindigkeit bzw. mit konstanter und/oder wechselnder und/oder schwellender Vorschubkraft erfolgen. Dabei wird Material nach außen verdrängt und ein Innenprofil 1e erzeugt, das wenigstens näherungsweise der äußeren Kontur 3a des Stempels 3 entspricht (vgl. 2). Hierbei lassen sich vorteilhaft im Bereich des Endabschnitts 1a kreisrunde, aber auch unrunde Querschnittsgeometrien des Innenprofils 1e und/oder in axialer Richtung wechselnde Innenprofile erzeugen. Bei Verwendung einer entsprechend konturierten Matrize lassen sich auch unrunde und/oder in axialer Richtung wechselnde Außenprofile 1f erzeugen. Eine (spanende) Nachbearbeitung ist ggf. vermeidbar, weil eine hohe Oberflächengüte erzielbar ist.
Damit ist vorliegend ein einfach durchzuführendes Verfahren zur Umformung eines Massivelements dargestellt, mit welchem auf kostengünstige Weise mit wenigen Verfahrensschritten ein Endabschnitt des Massivelements in eine nahezu beliebige, teils hohle Form gebracht werden kann. Durch eine Beschränkung der Umformung auf einen Endabschnitt des Massivelements kann überdies der apparative und energetische Aufwand klein gehalten werden. Bevorzugt lassen sich mit dem geschilderten Verfahren Drehmomentübertragungselemente wie An- und Abtriebswellen, Zwischenwellen, Adapterwellen, Getriebewellen etc., aber auch Tragarme oder Schubstangen und Gelenkhebel herstellen, an die weitere Kraftübertragungselemente, Lager, Gewinde oder dergleichen angebracht werden können.

Claims

Verfahren zur Umformung eines Massivelements, bei dem – in einem ersten Verfahrensschritt das Massivelement an einem ersten Endabschnitt auf eine erhöhte Temperatur erwärmt wird, – in einem zweiten Verfahrensschritt das Massivelement insbesondere am ersten Endabschnitt in eine Matrize eingesetzt wird, – in einem dritten Verfahrensschritt ein Stempel im Bereich des ersten Endabschnitts insbesondere in axialer Richtung derart gegen eine Stirnfläche des Massivelements gedrückt wird, dass – das Massivelement im Bereich des ersten Endabschnitts plastisch umgeformt wird, wobei – ein Innenprofil erzeugt wird, das wenigstens näherungsweise der äußeren Kontur des Stempels entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem dritten Verfahrensschritt an dem Massivelement insbesondere im Bereich des ersten Endabschnitts ein Außenprofil erzeugt wird, das wenigstens näherungsweise der inneren Kontur der Matrize entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem dritten Verfahrensschritt an der Stirnfläche durch spanendes und/oder nicht-spanendes Umformen eine insbesondere zentrale, auf der Hauptachse des Massivelements angeordnete Vertiefung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem dritten Verfahrensschritt ein Schmiermittel in die Vertiefung eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel pulsierend, insbesondere mit schwellender Kraft und/oder mit schwellender Geschwindigkeit gegen eine Stirnfläche des Massivelements gedrückt wird
Drehmomentübertragungselement, insbesondere Welle, welches aus einem nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umgeformten, im Bereich des ersten Endabschnitts im wesentlichen rotationssymmetrischen Massivelement hergestellt ist.