DE1102686B

DE1102686B - Walzverfahren zur Formung von Zaehnen oder anderen radialen Vorspruengen auf der Oberflaeche eines zylindrischen Werkstueckes

Info

Publication number: DE1102686B
Application number: DEM35244A
Authority: DE
Inventors: Harry Pelphrey
Original assignee: Michigan Tool Co
Current assignee: Michigan Tool Co
Priority date: 1956-09-06
Filing date: 1957-09-05
Publication date: 1961-03-23
Also published as: FR1196831A; US2930877A; GB827257A

Description

Walzverfahren zur Formung von Zähnen oder anderen radialen Vorsprüngen auf der Oberfläche eines zylindrischen Werkstückes Die Erfindung bezieht sich auf ein Walzverfahren zur Formung von Zähnen oder anderen radialen Vorsprüngen auf der Oberfläche eines zylindrischen Werkstückes unter örtlicher Erhitzung des Teiles zur Erzeugung eines plastisch verformbaren Bereiches, in den eine Reihe von Werkzeugzähnen oder Werkzeugvorsprüngen nacheinander und kontinuierlich gedrückt wird, um eine Verzahnung oder andere Vorsprünge zu erzeugen.
Bei derartigen bekannten Verfahren wird die zu walzende Fläche in ihrer gesamten axialen Erstreckung auf dieselbe Temperatur erhitzt. Es hat sich dabei herausgestellt, daß bei einem solchen Vorgehen das erhitzte, plastisch verformbare Metall des Werkstückes dazu neigt, insbesondere in axialer Richtung des Werkstückes zu fließen, wenn die Werkzeuge in den erhitzten Bereich des Werkstückes gedrückt werden. Ein derartiger axialer Fluß verhindert eine genaue Ausbildung der Verzahnung und verursacht eine pilzartige Ausbuchtung des erhitzten Metalls des Werkstückes an jeder Seite des Werkzeuges.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den axialen Fluß des Werkstückmaterials zu beseitigen und den Materialfluß auf die radialen und tangentialen Richtungen zu beschränken.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Werkzeugzähne gleichzeitig in drei axial nebeneinanderliegende Bereiche des Werkstückes gedrückt werden, wobei der mittlere unmittelbar erwärmte Abschnitt eine größere Plastizität besitzt als die beiden zu seinen beiden Seiten befindlichen Bereiche des Werkstückes.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Werkstück derart erhitzt, daß die erhitzte Zone im Querschnitt halbtoroide Form hat. Nachdem dieser halbtoroide Ringbereich des Werkstückes erwärmt worden ist, wird der gesamte Abschnitt des Werkstückes, auf welchem die Zähne geformt werden sollen, einschließlich von Teilen desselben, die nicht dem örtlichen Erwärmungseinfluß ausgesetzt worden sind, der Wirkung von Werkzeugen ausgesetzt. Der Werkzeugdruck formt die Zähne auf dem Umfang des Werkstückes durch Verdrängung des Werkstoffes auf dem Werkstück, und die Verzahnung kann ohne vorherige Arbeitsvorgänge erzeugt werden.
Die Erfindung ist lediglich an Hand eines Beispieles in den Zeichnungen dargestellt. In diesen zeigt Fig.1 eine schematische Längsansicht eines typischen Werkstückes, auf dem Zähne mittels der Erfindung geformt werden können, Fig.2 eine ausgebrochene Ansicht einer typischen Evolv enten-Keilverzahnung, die mittels der Erfindung hergestellt werden kann, Fig.3 eine schematische und vereinfachte Darstellung der Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann, in Seitenansicht und mit abgenommenen Teilen, Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 durch einen Teil der in Fig.3 dargestellten Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist eine Maschine, die allgemein mit 2Ö bezeichnet ist, dargestellt. Diese Maschine kann bei der Formung der Verzahnung an gezahnten Elementen gemäß der Erfindung benutzt werden. Die Maschine 20 enthält ein Paar sich in Längsrichtung erstreckender, vertikal räumlich voneinander abgesetzter Führungen 22 und 24, und ein Paar bewegbarer Werkzeughalter 26 und 28 ist vorgesehen. Diese sind verschiebbar auf den Führungen 22 bzw. 24 angeordnet.
Ein Paar im wesentlichen identischer zahnstangenartiger Werkzeuge 30 und 32 ist zur Formung der Verzahnung auf den Umfang eines im wesentlichen zylindrischen Werkstückes 34 eingerichtet. Das Werkzeug 30 ist an dem Halter 26 befestigt, während das Werkzeug 32 an dem Halter 28 befestigt ist. Zum Zwecke der Abstützung des Werkstückes 34 nach Erwärmung einer ringförmigen Zone desselben in der im folgenden beschriebenen Weise ist die Maschine 20 mit einer festen hörnerspitze bzw. einem Zentrierkege136 versehen, der aus der Rückwand 38 der Maschine 20 herausragt.
In den Fig. 3 und 4 ist das Werkstück in der Stellung zwischen den Werkzeugen 30 und 32 gezeigt, nachdem die ringförmige Halbringzone des Werkstückes erwärmt worden ist, und vor dem Vorgang, der die Verzahnung auf dem Umfang des Werkstückes 34 formt. Das Werkstück 34 ist zwischen den hörnerspitzen 36 und 40 eingespannt, so daß es sich frei um seine Längsachse drehen kann, wenn durch die Werkzeuge 30 und 32 tangential gerichtete Kräfte auf das Werkstück aufgebracht werden.
Die Werkzeuge 30 und 32 sind im wesentlichen identisch ausgeführt. Jedes Werkzeug ist mit einer Zahnung 48 versehen, die räumlich abgesetzt gegenüber der Zahnung des anderen Werkzeuges angeordnet ist.
Die Maschine 20 ist auch mit Mitteln zur gleichzeitigen Bewegung der Werkzeuge 30 und 32 in entgegengesetzten Richtungen versehen.
Bei der Formung von Zähnen, Keilnuten od. dgl. an einem Werkstück wird nur eine ringförmige Zone 86 des Abschnittes 87 des Werkstückes 34, auf welchem die Verzahnung geformt werden soll, einem örtlichen Erwärmungseinfluß eines Induktionsheizelementes 88 ausgesetzt, das auf der Maschine 20 in einer Stellung nahe an, aber räumlich von den Zahnstangen 30 und 32 getrennt angeordnet ist. Das Heizelement 88 ist zur Erhitzung der Zone 86 in einem allgemein halbringförmigen Verlauf auf eine solche Temperatur eingerichtet, daß das Metall in dem halbringförmigen Bereich in einen halbplastischen Zustand versetzt wird. Diese Temperatur wird als kritische Temperatur bezeichnet. Die restlichen Teile des Werkstückes werden auf einer Temperatur unter dieser kritischen Temperatur gehalten. Nachdem die halbringförmige Zone 86 des Werkstückes in der vorstehend beschriebenen Weise auf eine erhöhte Temperatur erwärmt worden ist, wird das Werkstück zwischen den Körnerspitzen 36 und 40 eingespannt, so daß das Werkstück durch die Werkzeuge 30 und 32 gedreht werden kann. Die Werkzeuge 30 und 32 sind zu Anfang in den in Fig. 3 und 4 gezeigten Stellungen angeordnet. Der Abstand zwischen den Arbeitsflächen 89 und 90 der Werkzeuge 30 und 32 ist geringer als der Durchmesser des Werkstückes 34, und die Form der Flächen 89 und 90 wird auf den Umfang des Werkstückes 34 gedrückt. Das Ende des Hubes ist erreicht, wenn die nachlaufenden, hinteren Enden 92 und 94 der Werkzeuge 30 und 32 über das Werkstück laufen. Hierauf kann das Werkstück von den Körnerspitzen 36 und 40 abgenommen werden.
Bei dem Walzen der Verzahnung der gewünschten Form in die Oberfläche des Werkstückes 34 fließt das Material, aus welchem das Werkstück hergestellt ist, beispielsweise Schmiedestahl, an der Oberfläche in radialen, tangentialen und axialen Richtungen. Da sich das Material an den Enden 101 und 103 des Abschnittes 87 des Werkstückes, auf welchen die Verzahnung gewalzt wird; unter der kritischen Temperatur und in einem nicht plastischen Zustand befindet, während das Material in der halbringförmigen Zone 86 auf einer erhöhten Temperatur über der kritischen Temperatur und in einem halbplastischen Zustand ist, widersteht das Material, das an den Enden des Abschnittes des Werkstückes, auf welchen die Verzahnung geformt werden soll, verhältnismäßig kalt ist, der Neigung des Materials in axialer Richtung zu fließen, während die Werkzeuge 30 und 32 den Materialfiuß in den radialen und tangentialen Richtungen begrenzen. Infolgedessen wird die Neigung des Metalls zur pilzartigen Aufweitung an den Enden der Zahnung wesentlich vermindert, und die Genauigkeit der Zahnbildung wird über die gesamte Länge der Zähne aufrechterhalten.
Darüber hinaus werden die Walzdrücke, die auf die Werkzeuge ausgeübt werden, vermindert, wodurch die Lebensdauer des Werkzeuges gesteigert wird. Nuten von geringerem als dem ursprünglichen Durchmesser des Werkstückes und Zähne, die größer als der ursprüngliche Durchmesser sind, werden so auf dem Werkstück unter Druck geformt. Wenn die Endform des Werkstückes bekannt ist und genau eingehalten werden muß, kann dieser Materialfluß bei der Auswahl des Anfangsdurchmessers des Teiles des Werkstückes, welcher der Einwirkung der Werkzeuge 30 und 32 unterworfen wird, berücksichtigt werden.
In Fig. 2 ist eine übliche und wichtige Form dargestellt, die gemäß der Erfindung auf jedem der Werkstücke 34 gewalzt werden kann. Ein Teil eines Querschnittes eines Werkstückes ist in Fig.2 in fertig bearbeiteter Form mit Evolventen-Verzahnung 100 dargestellt. Da bei dem Walzvorgang kein Metall entfernt wird, ist der Durchmesser des Werkstückes vor dem Walzvorgang weder dem EndAußendurchmesser noch dem Fußdurchmesser gleich, und es ist nur Zufall, daß er dem Teilkreisdurchraesser entsprechen kann.
Der Abstand der Arbeitsflächen 89 und 90 und der Werkzeuge 30 und 32 wird so reguliert, daß die Tiefe der in das Werkstück 34 gemachten Eindrücke allmählich zunimmt, wenn der Walzvorgang fortschreitet. Die Flächen 89 und 90 nähern sich mit zunehmender Länge des Hubes in einet' Ebene durch die Körnerspitzen 36 und 40 enger aneinander an.

Claims

PATENT ANSPRt#CHE 1. Walzverfahren zur Formung von Zähnen oder anderen radialen Vorsprüngen auf der Oberfläche eines zylindrischen Werkstückes unter örtlicher Erhitzung des Teiles zur Erzeugung eines plastisch verformbaren Bereiches, in den eine Reihe von Werkzeugzähnen oder Werkzeugvorsprüngen kontinuierlich und nacheinander gedrückt wird, um eine Verzahnung oder andere Vorsprünge zu erzeugen, dadurch grkeunzeichnet, daß die Werkzeugzähne (148) gleichzeitig in drei axial nebeneinanderliegende Bereiche (101, 8(r, 103) des Werkstückes (34) gedrückt werden, wobei der mittlere unmittelbar erwärmte Abschnitt (86) eine größere Plastizität besitzt als die beiden zu seinen beiden Seiten befindlichen Bereiche des Werkstückes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück während der Zeit, in welcher die Zähne radial in seine äußere Fläche gedrückt werden, bin eine feste Achse gedreht wird, und daß der erwärmte Abschnitt ein ringförmiger Abschnitt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erhitzte Zone im Querschnitt halbtoroide Form hat.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück durch Berührung mit mehreren Werkzeugen gedreht wird, von denen wenigstens eines Zähne hat.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück in allmählich tiefergehenden radialen Eingriff mit den Werkzeugzähnen gebracht wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 53 175, 803 232; Patentschrift Nr. 3418 des Amtes für Erfindungs-und Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschland; USA.-Patentschrift Nr. 2 464 658; »Werkstattstechnik und Maschinenbau«, 1951, S. 246 bis 248.