DE102012014785A1 - Method for manufacturing running gearing of planetary gear, involves displacing upper tool relative to lower tool, and choosing speed of relative displacement process such that transformation of blank is executed in partial adiabatic manner - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Oberbegriff des Anspruchs 9 und ein Bauteil gemäß Anspruch 10.The invention relates to a method for producing a component according to claim 1, a device for carrying out the method according to the preamble of claim 9 and a component according to claim 10.
Verfahren und Vorrichtungen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Aus der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Vorrichtung zur einstufigen Herstellung von Bauteilen und ein Bauteil mit hoher Endkonturnähe zu schaffen, wobei das Verfahren insbesondere auch für Bauteile mit großen Querschnitts- beziehungsweise Dickenunterschieden geeignet ist, wobei zugleich Kräfte auf Werkzeugkomponenten – insbesondere im Vergleich zum Präzisionsschmieden – gering sind.The invention is therefore based on the object to provide a method, a device for one-stage production of components and a component with high Endkonturnähe, the method is particularly suitable for components with large cross-sectional or thickness differences, at the same time forces on tool components - in particular compared to precision forging - are low.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Ein Rohteil wird in einem Unterwerkzeug für das zu bildende Bauteil angeordnet. Ein Oberwerkzeug wird relativ zu dem Unterwerkzeug verlagert, und das Rohteil wird zu dem Bauteil umgeformt. Dabei wird eine Geschwindigkeit für die Relativverlagerung des Oberwerkzeugs zu dem Unterwerkzeug so gewählt, dass die Umformung des Rohteils zumindest teilweise adiabatisch verläuft. Die Werkzeuggeschwindigkeit und insbesondere auch die Umformgeschwindigkeit werden soweit erhöht, dass zumindest ein Teil der Umformarbeit in Wärme umgewandelt wird, die auf einer relevanten Zeitskala des Umformprozesses nicht aus dem Werkstück diffundiert, sondern vielmehr in diesem verbleibt. Hieraus resultiert eine Temperaturerhöhung des Rohteils, wodurch dessen Werkstoff besser in dem Werkzeug fließen kann. So sind ohne Weiteres einstufig und mit hoher Endkonturnähe auch große Querschnittsunterschiede darstellbar, und es sind insbesondere Ecken, filigrane Strukturen sowie angestauchte Elemente durch radialen und/oder axialen Werkstofffluss ausbildbar. Auch Verzahnungen sind entsprechend darstellbar. Zugleich sind die Kräfte, die auf das Unter- und das Oberwerkzeug wirken, vergleichsweise gering, sodass diese eine lange Standzeit aufweisen.The object is achieved by providing a method with the steps of claim 1. A blank is placed in a lower tool for the component to be formed. An upper tool is displaced relative to the lower tool, and the blank is formed into the component. In this case, a speed for the relative displacement of the upper tool to the lower tool is selected so that the deformation of the blank is at least partially adiabatic. The tool speed and in particular also the forming speed are increased to the extent that at least part of the forming work is converted into heat which does not diffuse out of the workpiece on a relevant time scale of the forming process, but rather remains in the latter. This results in a temperature increase of the blank, whereby its material can flow better in the tool. So are readily one-stage and with high Endkonturnähe large cross-sectional differences can be displayed, and there are in particular corners, filigree structures and upset elements by radial and / or axial flow of material can be formed. Also gears are displayed accordingly. At the same time, the forces acting on the lower and the upper tool are comparatively small, so that they have a long service life.
Es ist möglich, dass das Unterwerkzeug festgehalten wird, während nur das Oberwerkzeug verlagert wird. Es ist auch möglich, dass das Oberwerkzeug festgehalten wird, während nur das Unterwerkzeug verlagert wird. Schließlich ist es möglich, sowohl das Oberwerkzeug als auch das Unterwerkzeug zu verlagern. Wesentlich ist lediglich, dass eine Relativverlagerung des Oberwerkzeugs relativ zu dem Unterwerkzeug mit einer hinreichenden Geschwindigkeit bewirkt wird.It is possible that the lower tool is held stationary while only the upper tool is displaced. It is also possible that the upper tool is held, while only the lower tool is displaced. Finally, it is possible to relocate both the upper tool and the lower tool. It is only essential that a relative displacement of the upper tool relative to the lower tool is effected with a sufficient speed.
Bevorzugt ist das Unterwerkzeug als Matrize beziehungsweise Teil-Negativform für das zu bildende Bauteil ausgebildet. Entsprechend ist vorzugsweise das Oberwerkzeug als Stempel beziehungsweise als komplementäre Teil-Negativform für das zu bildende Bauteil ausgebildet. In maximal einander angenähertem Zustand verbleibt so zwischen dem Unterwerkzeug und dem Oberwerkzeug ein Raum, welcher zumindest im Wesentlichen einer Endkontur des zu bildenden Bauteils entspricht. Dieser Raum wird beim Umformen mit dem Werkstoff des Rohteils gefüllt, wodurch das Bauteil gebildet wird. Da die so erzeugte Form bereits im Wesentlichen der Endkontur entspricht, bedarf es keiner aufwendigen und teuren Nachbearbeitungsschritte. Insbesondere ist es nicht nötig, Werkstoff in erheblichem Umfang von dem Bauteil abzutragen, um dessen Endkontur letztlich zu verwirklichen.Preferably, the lower tool is designed as a die or partial negative mold for the component to be formed. Accordingly, the upper tool is preferably designed as a punch or as a complementary partial negative mold for the component to be formed. In a maximally approximate state, a space thus remains between the lower tool and the upper tool, which at least substantially corresponds to a final contour of the component to be formed. This space is filled during forming with the material of the blank, whereby the component is formed. Since the shape thus produced already essentially corresponds to the final contour, no elaborate and expensive post-processing steps are required. In particular, it is not necessary to remove material to a considerable extent from the component in order to ultimately realize its final contour.
Neben der hier beschriebenen vorteilhaften Ausführung als Vertikalpresse ist auch eine Horizontalpressen-Anordnung möglich.In addition to the advantageous embodiment described here as a vertical press and a horizontal press arrangement is possible.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Geschwindigkeit für die Relativverlagerung von Oberwerkzeug und Unterwerkzeug so gewählt wird, dass die Umformung des Rohteils vollständig adiabatisch verläuft. Die Umformarbeit verbleibt dann vollständig als Wärme in dem Rohteil, sodass sich das Verfahren besonders effizient gestaltet.A method is preferred which is characterized in that the speed for the relative displacement of upper tool and lower tool is selected such that the deformation of the blank completely adiabatic runs. The forming work then remains completely as heat in the blank, making the process particularly efficient.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Geschwindigkeit auf Umformeigenschaften eines Werkstoffs, den das Rohteil umfasst oder aus dem das Rohteil besteht, abgestimmt wird. Es zeigt sich, dass nicht nur die Umformeigenschaften, sondern auch die Umwandlung zumindest eines Teils der Umformarbeit in Wärme von werkstoffspezifischen Parametern abhängt. Dementsprechend sind sowohl die Geschwindigkeit für die Relativverlagerung von Ober- und Unterwerkzeug zueinander als auch eine in dem Rohteil verwirklichte Umformgeschwindigkeit werkstoffabhängig. Für jeden Werkstoff ist es möglich, eine optimale Geschwindigkeit zu finden und entsprechend für das Verfahren auszuwählen.A method is also preferred which is characterized in that the speed is matched to the forming properties of a material comprising the blank or of which the blank is made. It turns out that not only the forming properties, but also the conversion of at least part of the forming work into heat depends on material-specific parameters. Accordingly, both the speed for the relative displacement of the upper and lower tool to each other and a realized in the blank forming speed are material-dependent. For each material it is possible to find an optimal speed and to select accordingly for the process.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Geschwindigkeit abhängig von dem Werkstoff und einer auszuformenden Bauteilgeometrie gewählt wird. Es wird demnach nicht nur der Werkstoff berücksichtigt, sondern die letztlich zu bildende Geometrie des Bauteils wird in die Betrachtung miteinbezogen. Abhängig hiervon kann es werkstoffspezifisch von Vorteil sein, die Geschwindigkeit an die konkret vorliegenden Bedingungen anzupassen.A method is also preferred which is characterized in that the speed is selected depending on the material and a component geometry to be formed. Accordingly, not only the material is considered, but the geometry of the component to be ultimately formed is included in the consideration. Depending on the material, it may be advantageous to adapt the speed to the actual conditions.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Umformgeschwindigkeit von mindestens 102 s–1 bis höchstens 105 s–1 gewählt wird. Die Umformgeschwindigkeit ist dabei definiert als die Ableitung des Umformgrades nach der Zeit. Vorzugsweise wird eine Umformgeschwindigkeit gewählt, bei welcher der Werkstoff des Rohteils optimale Umformeigenschaften aufweist, die zu einer homogenen Umformung und damit zu homogenen Bauteileigenschaften führen. Dabei ist die optimale Umformgeschwindigkeit abhängig von dem Werkstoff und der Bauteilgeometrie. Letztlich wird die Geschwindigkeit für die Relativverlagerung des Ober- und des Unterwerkzeugs zueinander so gewählt, dass eine optimale Umformgeschwindigkeit angepasst an die konkreten Bedingungen, insbesondere den Werkstoff und die Bauteilgeometrie, erreicht wird.A method is also preferred which is characterized in that a forming speed of at least 10 2 s -1 to at most 10 5 s -1 is selected. The forming speed is defined as the derivation of the degree of deformation over time. Preferably, a forming speed is selected in which the material of the blank has optimum forming properties, which lead to a homogeneous deformation and thus to homogeneous component properties. The optimal forming speed depends on the material and the component geometry. Ultimately, the speed for the relative displacement of the upper and the lower tool to each other is chosen so that an optimal forming speed adapted to the specific conditions, in particular the material and the component geometry is achieved.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Rohteil vorgewärmt wird. Hierdurch ist es möglich, den Wert für die Umformgeschwindigkeit und damit auch für die Werkzeuggeschwindigkeit zu reduzieren. Bevorzugt wird das Rohteil auf eine Temperatur von mindestens 80°C bis höchstens 300°C vorgewärmt. In diesem Fall sinkt – abhängig von dem Werkstoff des Rohteils – die optimale Umform- beziehungsweise Werkzeuggeschwindigkeit um beispielsweise das zwanzigfache im Vergleich zu den für ein bei Raumtemperatur vorliegendes Rohteil geltenden Werten. Es ist so möglich, ein hohes Fließ- und Formfüllungsvermögen des Werkstoffs bei zugleich deutlich verringerten Kräften auf das Werkzeug und damit nochmals erhöhten Standzeiten für das Werkzeug zu verwirklichen.A method is also preferred which is characterized in that the blank is preheated. This makes it possible to reduce the value for the forming speed and thus also for the tool speed. Preferably, the blank is preheated to a temperature of at least 80 ° C to at most 300 ° C. In this case, depending on the material of the blank, the optimum forming or tool speed decreases by, for example, twenty times in comparison to the values valid for a blank present at room temperature. It is thus possible to realize a high flow and shape filling capacity of the material at the same time significantly reduced forces on the tool and thus again increased service life for the tool.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass ein Bauteil mit inhomogener Wandstärke, mit mindestens einer Ecke, mit mindestens einer filigranen Struktur, mit mindestens einem angestauchten Bereich und/oder mit mindestens einer Verzahnung hergestellt wird. Insbesondere werden bevorzugt Bauteile mit sehr dünnen Bauteilsegmenten, die eine Dicke von weniger als 0,1 mm aufweisen, hergestellt. Dies ist mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren kaum möglich. Auch bei diesen komplizierten Bauteilgeometrien resultiert bei dem Verfahren eine sehr gute Abbildung der Werkzeugkonturen, wobei nur geringe Kräfte auf das Werkzeug wirken.A method is also preferred which is characterized in that a component with inhomogeneous wall thickness, with at least one corner, with at least one filigree structure, with at least one upset region and / or with at least one toothing is produced. In particular, components with very thin component segments having a thickness of less than 0.1 mm are preferably produced. This is hardly possible with methods known from the prior art. Even with these complicated component geometries results in the process a very good mapping of the tool contours, with only small forces acting on the tool.
Schließlich wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass ein Rohteil gewählt wird, das einen metallischen Werkstoff umfasst. Vorzugsweise besteht das Rohteil aus dem metallischen Werkstoff. Als Werkstoff kommen insbesondere Metalle oder Metalllegierungen in Frage. Besonders bevorzugt umfasst das Rohteil Stahl beziehungsweise besteht aus diesem.Finally, a method is preferred which is characterized in that a blank is selected which comprises a metallic material. Preferably, the blank consists of the metallic material. As a material, in particular metals or metal alloys in question. Particularly preferably, the blank comprises steel or consists of this.
Die Aufgabe wird auch gelöst, in dem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsformen mit den Merkmalen des Anspruchs 9 geschaffen wird. Die Vorrichtung zeichnet sich durch eine Hochgeschwindigkeitspresse aus, die dem Antrieb eines Oberwerkzeugs und/oder eines mit dem Oberwerkzeug zum Umformen eines Rohteils zusammenwirkenden Unterwerkzeugs dient. Eine Geschwindigkeit für eine Relativverlagerung des Unterwerkzeugs relativ zu dem Oberwerkzeug ist dabei so einstellbar, dass eine Umformung des Rohteils zumindest teilweise adiabatisch verläuft. Dabei ergeben sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurden.The object is also achieved, in which an apparatus for performing the method according to one of the previously described embodiments with the features of claim 9 is provided. The device is characterized by a high-speed press, which serves to drive an upper tool and / or a cooperating with the upper tool for forming a blank lower tool. A speed for a relative displacement of the lower tool relative to the upper tool is adjustable so that a deformation of the blank is at least partially adiabatic. This results in the advantages that have already been described in connection with the method.
Es ist möglich, dass die Hochgeschwindigkeitspresse lediglich das Oberwerkzeug antreibt, wobei das Unterwerkzeug festgehalten wird. Alternativ ist es möglich, dass lediglich das Unterwerkzeug durch die Hochgeschwindigkeitspresse angetrieben wird, wobei das Oberwerkzeug festgehalten wird. Schließlich ist ein Ausführungsbeispiel möglich, bei welchem das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug beide durch mindestens einen Hochgeschwindigkeitsantrieb innerhalb einer Hochgeschwindigkeitspresse angetrieben werden, sodass sie aufeinander zu verlagert werden. Wesentlich ist, dass mithilfe der mindestens einen, vorzugsweise genau einen Hochgeschwindigkeitspresse eine Relativverlagerung zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug bewirkbar ist, deren Geschwindigkeit so einstellbar ist, dass eine Umformung des Rohteils zumindest teilweise adiabatisch verläuft.It is possible that the high-speed press only drives the upper tool, with the lower tool being held fast. Alternatively, it is possible that only the lower tool is driven by the high-speed press, the upper tool is held. Finally, an embodiment is possible in which the upper tool and the lower tool are both driven by at least one high-speed drive within a high-speed press, so that they face each other to be relocated. It is essential that a relative displacement between the upper tool and the lower tool can be effected by means of the at least one, preferably exactly one high-speed press, the speed of which is adjustable so that a deformation of the blank is at least partially adiabatic.
Schließlich wird die Aufgabe auch gelöst, indem ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 10 geschaffen wird. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass es nach einem Verfahren gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen hergestellt ist. Hierdurch ergeben sich in Zusammenhang mit dem Bauteil die gleichen Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren und der Vorrichtung beschrieben wurden.Finally, the object is also achieved by providing a component having the features of claim 10. This is characterized in that it is produced by a method according to one of the embodiments described above. This results in connection with the component, the same advantages that have already been described in connection with the method and the device.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing.
Dabei zeigen:Showing:
Das Oberwerkzeug
Dabei wird eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Oberwerkzeug
Eine Taktfrequenz der Vorrichtung
Vorzugsweise beträgt bei einem Ausführungsbeispiel des Bauteils
Damit zeigt sich, dass das Bauteil
Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des Verfahrens und der Vorrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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