DE112012000291B4

DE112012000291B4 - Zahnteil-Herstellungsverfahren und Zahnteil-Herstellungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112012000291B4
Application number: DE112012000291.1T
Authority: DE
Inventors: Hiromu Sakamaki; Ariyoshi Terao; Toshifumi Nagata
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2032-02-11
Also published as: US20120216644A1; JP2012171014A; DE112012000291T5; CN103328126A; WO2012114910A1; US9021702B2; JP5609713B2; CN103328126B

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Zahnteils aus einem rotationssymmetrischen Rohling mittels eines Formwerkzeugs, wobei das Zahnteil-Herstellungsverfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass der Rohling (10) auf einem radial äußeren Bereich (50) von ihm einen gekrümmten Abschnitt (49) aufweist und auf einer axialen Endfläche (46) von ihm einen ersten Vorsprungabschnitt (48) aufweist, der in der Umfangsrichtung ringförmig vorgesehen ist, sodass er in der Axialrichtung vorspringt, das Formwerkzeug (14, 16, 18) einen ersten vertieften Abschnitt (36) aufweist, der in der Umfangsrichtung ringförmig vorgesehen ist und in der Axialrichtung vertieft ist, und einen zweiten vertieften Abschnitt (32) aufweist, der in der Umfangsrichtung ringförmig vorgesehen ist, sodass er sich in der Axialrichtung vertieft, und der axial entgegengesetzt vom ersten vertieften Abschnitt (36) vorgesehen ist, wobei sich der Rohling (10) zwischen dem ersten vertieften Abschnitt (36) und dem zweiten vertieften Abschnitt (32) befindet, wenn auf dem äußeren Bereich (50) des Rohlings (10) ein Zahnabschnitt (11) geformt wird, indem ein Zahnprofil-Formabschnitt (26) des Formwerkzeugs (14, 16, 18) mit dem gekrümmten Abschnitt (49) des Rohlings (10) in Kontakt gebracht wird, der erste Vorsprung (48) des Rohlings (10) in dem ersten vertieften Abschnitt (36) untergebracht wird und auf einen radial zentralen Bereich (58) des Rohlings (10) in der Axialrichtung derart eine Last aufgebracht wird, dass ein Werkstoff des Rohlings (10) radial nach außen fließt, der Werkstoff des Rohlings (10) am ersten Vorsprungabschnitt (48) in der Axialrichtung ins Innere des ersten vertieften Abschnitts (36) fließt und der Werkstoff des Rohlings (10) an einem dazwischenliegenden Bereich (52) zwischen dem zentralen Bereich (58) und dem äußeren Bereich (50) in der Axialrichtung ins Innere des zweiten vertieften Abschnitts (32) fließt, um einen zweiten Vorsprungabschnitt (56) auszubilden, und ...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf ein Zahnteil-Herstellungsverfahren zum Herstellen eines Zahnteils durch Schmieden, das einen Zahnabschnitt wie einen Kegelradabschnitt aufweist, und außerdem auf eine Zahnteil-Herstellungsvorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Zahnteile, die einen Zahnabschnitt aufweisen, sind in der Vergangenheit durch Schmieden eines Rohlings hergestellt worden. Bei einem solchen Schmieden wird ein Zahnteil, dessen Außenumfangsfläche einen Zahnabschnitt aufweist, hergestellt, indem ein zylinderförmiger Rohling aus der Axialrichtung des Rohlings gepresst wird, um den Werkstoff des Rohlings vom Rohling aus radial nach außen zu drängen und mit dem Werkstoff des Rohlings das Innere eines Formwerkzeugs zu füllen.
Indem der Rohling auf diese Weise aus der Axialrichtung des Rohlings gepresst wird, füllt der Werkstoff des Rohlings zunächst einen Innenbereich des Formwerkzeugs in der Radialrichtung des Rohlings, wonach der Werkstoff des Rohlings vom Rohling aus radial in einer Richtung nach außen fließt. Ein weiteres Pressen des Rohlings aus der Axialrichtung des Rohlings erhöht den Anpressdruck eines Bereichs des Formwerkzeugs, der bereits mit dem Werkstoff des Rohlings gefüllt ist, was es notwendig macht, die auf den Rohling aufgebrachte Last (Formlast) weiter zu erhöhen. Die auf das Formwerkzeug aufgebrachte größere Last verkürzt somit die Lebensdauer des Formwerkzeugs.
Das Patentdokument 1 offenbart eine Schmiedetechnik. Gemäß der Technik von Patentdokument 1 wird ein ringförmiger Rohling durch einen Druckbeaufschlagungsmechanismus aus der Axialrichtung einem Druck ausgesetzt, während eine Außenumfangsfläche des ringförmigen Rohlings eingeschränkt wird und der Werkstoff des ringförmigen Rohlings in die Druckbeaufschlagungsrichtung fließt, um das Innere eines Zahnprofilabschnitts eines Formwerkzeugs zu füllen. Wenn der Druckbeaufschlagungsmechanismus verwendet wird, um auf den ringförmigen Rohling aus der Axialrichtung Druck aufzubringen, wird etwas von dem Werkstoff des ringförmigen Rohlings als überschüssiges Material in einen offenen Raum gepresst, der sich mit dem Zahnprofilabschnitt des Formwerkzeugs in Verbindung befindet. Somit fließt der Werkstoff des ringförmigen Rohlings unter einem konstanten Druck, der Schwankungen der Produktabmessungen und Genauigkeit verringern kann, die durch Schwankungen des Volumens des Rohlings verursacht werden.
Entgegenhaltungen
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanische Offenlegungsschrift JP 57-177845 A

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Von der Erfindung zu lösendes Problem Allerdings wird der ringförmige Rohling bei der Technik von Patentdokument 1, nachdem das Innere des Zahnprofilabschnitts des Formwerkzeugs mit dem Werkstoff des ringförmigen Rohlings gefüllt wurde, durch den Druckbeaufschlagungsmechanismus aus der Axialrichtung weiteren Druck ausgesetzt, was die Formlast erhöht. Die auf das Formwerkzeug aufgebrachte größere Last verkürzt somit das Leben des Formwerkzeugs.
Die Erfindung erfolgte, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zahnteil-Herstellungsverfahren, eine Zahnteil-Herstellungsvorrichtung und ein Zahnteil zur Verfügung zu stellen, die die Lebensdauer eines Formwerkzeugs erhöhen können.
Mittel zur Lösung des Problems
Eine zur Lösung des oben beschriebenen Problems entwickelte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnteils aus einem rotationssymmetrischen Rohling mittels eines Formwerkzeugs. Das Zahnteil-Herstellungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling auf einem radial äußeren Bereich von ihm einen gekrümmten Abschnitt aufweist und auf einer axialen Endfläche von ihm einen ersten Vorsprungabschnitt aufweist, der in der Umfangsrichtung ringförmig vorgesehen ist, sodass er in der Axialrichtung vorspringt. Außerdem weist das Formwerkzeug einen ersten vertieften Abschnitt, der in der Umfangsrichtung ringförmig vorgesehen ist und in der Axialrichtung vertieft ist, und einen zweiten vertieften Abschnitt auf, der in der Umfangsrichtung ringförmig vorgesehen ist, sodass er sich in der Axialrichtung vertieft, und der axial entgegengesetzt vom ersten vertieften Abschnitt vorgesehen ist, wobei sich der Rohling zwischen dem ersten vertieften Abschnitt und dem zweiten vertieften Abschnitt befindet. Wenn auf dem äußeren Bereich des Rohlings ein Zahnabschnitt geformt wird, indem ein Zahnprofil-Formabschnitt des Formwerkzeugs mit dem gekrümmten Abschnitt des Rohlings in Kontakt gebracht wird, der erste Vorsprung des Rohlings in dem ersten vertieften Abschnitt untergebracht wird und auf einen radial zentralen Bereich des Rohlings in der Axialrichtung derart eine Last aufgebracht wird, dass ein Werkstoff des Rohlings radial nach außen fließt, fließt zudem der Werkstoff des Rohlings am ersten Vorsprungabschnitt in der Axialrichtung ins Innere des ersten vertieften Abschnitts und fließt der Werkstoff des Rohlings an einem dazwischenliegenden Bereich zwischen dem zentralen Bereich und dem äußeren Bereich in der Axialrichtung ins Innere des zweiten vertieften Abschnitts, um einen zweiten Vorsprungabschnitt zu bilden. Wenn die Last maximal ist, ist ferner zwischen dem Zahnabschnitt und dem Zahnprofil-Formabschnitt ein Raum, zwischen dem ersten Vorsprungabschnitt und dem Formwerkzeug ein Raum und zwischen dem zweiten Vorsprungabschnitt und dem Formwerkzeug ein Raum vorgesehen.
Gemäß dieser Ausgestaltung sind zwischen dem Formwerkzeug und dem Rohling die Räume vorgesehen, sodass der Werkstoff des Rohlings das Formwerkzeug nicht vollständig füllt, wenn in der Axialrichtung des Rohlings die maximale Formlast aufgebracht wird, um das Formen des Zahnabschnitts zu beenden. Innerhalb der Räume bleibt daher Platz für den Werkstoff des Rohlings, um zu fließen. Es lässt sich daher verhindern, dass die Formlast wie beim Gesenkformschmieden übermäßig groß wird. Da die Last auf das Formwerkzeug unterdrückt werden kann, kann die Lebensdauer des Formwerkzeugs erhöht werden.
Außerdem fließt der Werkstoff des Rohlings in drei Richtungen, nämlich in einer Richtung radial nach außen, in einer Richtung zum ersten vertieften Abschnitt des Formwerkzeugs hin und in einer Richtung zum zweiten vertieften Abschnitt des Formwerkzeugs hin. Daher kann die Formlast-Reduzierungswirkung erhöht werden. Da die Last auf das Formwerkzeug unterdrückt werden kann, kann die Lebensdauer des Formwerkzeugs erhöht werden.
Bei der oben beschriebenen Ausgestaltung hat der zweite vertiefte Abschnitt vorzugsweise eine äußere Form, die in der Axialrichtung kleiner wird.
Gemäß dieser Ausgestaltung fällt es dem Werkstoff des Rohlings somit schwer, zum zweiten vertieften Abschnitt des Zahnprofil-Formwerkzeugs zu fließen. Infolgedessen füllt der Rohling den vertieften Abschnitt des Formwerkzeugs nicht vollständig aus, wenn das Formen des Zahnabschnitts beendet wird, und es kann leichter der Raum zwischen dem Rohling und dem Formwerkzeug zur Verfügung gestellt werden. Es kann daher ungeachtet des Fließvermögens des Werkstoffs des Rohlings verhindert werden, dass die Formlast übermäßig groß wird. Da die Last auf das Formwerkzeug ungeachtet des Fließvermögens des Werkstoffs des Rohlings unterdrückt werden kann, kann ferner die Lebensdauer des Formwerkzeugs erhöht werden.
Bei der oben beschriebenen Ausgestaltung sind der erste vertiefte Abschnitt und der zweite vertiefte Abschnitt vorzugsweise an in der Axiairichtung symmetrischen Stellen ausgebildet.
Gemäß dieser Ausgestaltung werden während des Formens des Rohlings auf einem Abschnitt des Rohlings beide Axialflächen nicht eingeschränkt. Daher kann die auf den Rohling aufgebrachte Last weiter unterdrückt werden.
Bei der oben beschriebenen Ausgestaltung ist das Zahnteil vorzugsweise ein Achswellenrad einer Differentialgetriebevorrichtung.
Gemäß dieser Ausgestaltung kann aufgrund der erhöhten Lebensdauer des zur Herstellung des Achswellenrads verwendeten Formwerkzeugs zu geringeren Herstellungskosten eine Massenproduktion des Achswellenrads erreicht werden.
Eine andere zur Lösung des oben beschriebenen Problems entwickelte Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Zahnteils aus einem rotationssymmetrischen Rohling mittels eines Formwerkzeugs. Die Zahnteil-Herstellungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling auf einem radial äußeren Bereich von ihm einen gekrümmten Abschnitt und auf einer axialen Endfläche von ihm einen ersten Vorsprungabschnitt aufweist, der in der Umfangsrichtung ringförmig vorgesehen ist, sodass er in der Axiairichtung vorspringt. Außerdem weist das Formwerkzeug einen ersten vertieften Abschnitt, der in der Umfangsrichtung ringförmig vorgesehen ist und in der Axiairichtung vertieft ist, und einen zweiten vertieften Abschnitt auf, der in der Umfangsrichtung ringförmig vorgesehen ist, sodass er sich in der Axialrichtung vertieft, und der axial entgegengesetzt vom ersten vertieften Abschnitt vorgesehen ist, wobei sich der Rohling zwischen dem ersten vertieften Abschnitt und dem zweiten vertieften Abschnitt befindet. Wenn auf dem äußeren Bereich des Rohlings ein Zahnabschnitt geformt wird, indem ein Zahnprofil-Formabschnitt des Formwerkzeugs mit dem gekrümmten Abschnitt des Rohlings in Kontakt gebracht wird, der erste Vorsprung des Rohlings in dem ersten vertieften Abschnitt untergebracht wird und auf einen radial zentralen Bereich des Rohlings in der Axialrichtung derart eine Last aufgebracht wird, dass ein Werkstoff des Rohlings radial nach außen fließt, fließt zudem der Werkstoff des Rohlings am ersten Vorsprungabschnitt in der Axialrichtung ins Innere des ersten vertieften Abschnitts und fließt der Werkstoff des Rohlings an einem dazwischenliegenden Bereich zwischen dem zentralen Bereich und dem äußeren Bereich in der Axialrichtung ins Innere des zweiten vertieften Abschnitts, um einen zweiten Vorsprungabschnitt zu bilden. Wenn die Last maximal ist, ist ferner zwischen dem Zahnabschnitt und dem Zahnprofil-Formabschnitt ein Raum, zwischen dem ersten Vorsprungabschnitt und dem Formwerkzeug ein Raum und zwischen dem zweiten Vorsprungabschnitt und dem Formwerkzeug ein Raum vorgesehen.
Gemäß dieser Ausgestaltung sind zwischen dem Formwerkzeug und dem Rohling die Räume vorgesehen, sodass der Werkstoff des Rohlings das Formwerkzeug nicht vollständig füllt, wenn in der Axialrichtung des Rohlings die maximale Formlast aufgebracht wird, um das Formen des Zahnabschnitts zu beenden. Innerhalb der Räume bleibt daher Platz für den Werkstoff des Rohlings, um zu fließen. Es lässt sich daher verhindern, dass die Formlast wie beim Gesenkformschmieden übermäßig groß wird. Da die Last auf das Formwerkzeug unterdrückt werden kann, kann die Lebensdauer des Formwerkzeugs erhöht werden.
Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem Zahnteil-Herstellungsverfahren und der Zahnteil-Herstellungsvorrichtung der Erfindung kann die Lebensdauer eines Formwerkzeugs erhöht werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Strukturdiagramm eines wesentlichen Abschnitts einer Zahnteil-Herstellungsvorrichtung vor dem Formen eines Rohlings.
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Materialfreiraumabschnitts und eines Umgebungsbereichs in 1.
3 ist eine Perspektivansicht einer äußeren Erscheinungsform des Rohlings vor dem Formen.
4 ist ein Strukturdiagramm des wesentlichen Abschnitts der Zahnteil-Herstellungsvorrichtung während des Formens des Rohlings.
5 ist eine vergrößerte Ansicht des Materialfreiraumabschnitts und des Umgebungsbereichs in 4.
6 ist eine Schnittansicht des Rohlings während des Formens. 7 ist eine Perspektivansicht des äußeren Erscheinungsbilds des Rohlings während des Formens.
8 ist ein Strukturdiagramm des wesentlichen Abschnitts der Zahnteil-Herstellungsvorrichtung, nachdem das Formen des Rohlings beendet ist.
9 ist eine vergrößerte Ansicht des Materialfreiraumabschnitts und des Umgebungsbereichs in 8.
10 ist eine Schnittansicht eines Achswellenrads.
11 ist eine Perspektivansicht eines äußeren Erscheinungsbilds des Achswellenrads.
BESTE AUSFÜHRUNGSART DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird nun ausführlich ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel wird als ein Beispiel eines Zahnteils ein Achswellenrad beschrieben, das in einer Differentialgetriebevorrichtung eines Fahrzeugs verwendet wird. Es ist zu beachten, dass das Achswellenrad der Differentialgetriebevorrichtung ein Zahnrad ist, das drehend von einer Antriebswelle getragen wird, während es innerhalb eines Differentialgetriebegehäuses in ein Ausgleichsrad eingreift.
Beschreibung der Herstellungsvorrichtung
Zunächst wird eine Zahnteil-Herstellungsvorrichtung 1 beschrieben. Die Herstellungsvorrichtung 1 stellt aus einem rotationssymmetrischen Rohling 10 (siehe 3) durch Schmieden ein Achswellenrad 12 (siehe 11) her, das einen Kegelradabschnitt 11 aufweist.
Wie in 1 gezeigt ist, weist die Herstellungsvorrichtung 1 Formwerkzeuge auf, und zwar ein äußeres Formwerkzeug 14, ein Zahnprofil-Formwerkzeug 16 und ein vertiefungsförmiges Werkzeug 18. Die Herstellungsvorrichtung 1 weist außerdem ein (nicht gezeigtes) Stellglied wie einen Hydraulikzylinder auf, um jedes der Formwerkzeuge zu betätigen, und eine (nicht gezeigte) Steuerungsvorrichtung, die den Betrieb des Stellglieds steuert. Dabei ist zu beachten, dass 1 ein Strukturdiagramm eines wesentlichen Abschnitts der Herstellungsvorrichtung 1 vor dem Formen des Rohlings 10 ist.
Das äußere Formwerkzeug 14 ist in einer Zylinderform ausgebildet und hat eine Innenumfangsfläche 20. Der Rohling ist ebenso wie das vertiefungsförmige Werkzeug 18 einwärts von der Innenumfangsfläche 20 angeordnet. Während des Formens des Rohlings 10 bewegt sich das äußere Formwerkzeug 14 synchron mit dem Zahnprofil-Formwerkzeug 16 in die nach unten gehende Richtung (Richtung, in der ein Pressabschnitt 24 auf den Rohling 10 eine Last aufbringt).
Das Zahnprofil-Formwerkzeug 16 weist den Pressabschnitt 24 und einen Zahnprofil-Formabschnitt 26 auf. Der zylinderförmige Zahnprofil-Formabschnitt 26 ist auf der Außenseite des zylinderförmigen Pressabschnitts 24 vorgesehen. Der Pressabschnitt 24 ist an einer Stelle vorgesehen, die einem zentralen Bereich 27 des Rohlings 10 entspricht. Der Zahnprofil-Formabschnitt 26 weist auf einer Unterseite von ihm (Seite, auf der das äußere Formwerkzeug 14 und das vertiefungsförmige Werkzeug 18 vorgesehen sind) einen Zahnprofilabschnitt 28 auf, der in der Form eines Kegelrads ausgebildet ist.
Wie in 2 gezeigt ist, weist der Zahnprofil-Formabschnitt 26 auf der Innenseite des Zahnprofilabschnitts 28, das heißt zwischen dem Pressabschnitt 24 und dem Zahnprofilabschnitt 28 (zwischen dem Zahnprofilabschnitt 28 und einer Innenumfangsfläche 30 des Zahnprofil-Formabschnitts 26) einen Materialfreiraumabschnitt 32 auf. Der Materialfreiraumabschnitt 32 ist so vorgesehen, dass er sich nach oben hin (in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung, in der der Pressabschnitt 24 auf den Rohling 10 eine Last aufbringt) vertieft. Der Materialfreiraumabschnitt 32 hat eine äußere Form, die in einer Gestaltung ausgebildet ist, die sich nach oben hin verjüngt. Außerdem ist der Materialfreiraumabschnitt 32 in der Umfangsrichtung des Zahnprofil-Formabschnitts 26 entlang der Innenumfangsfläche 30 des Zahnprofil-Formabschnitts 26 ringförmig vorgesehen. Dabei ist zu beachten, dass 2 eine vergrößerte Ansicht des Materialfreiraumabschnitts 32 und eines Umgebungsbereichs in 1 ist. Der Materialfreiraumabschnitt 32 ist ein Beispiel eines ”zweiten vertieften Abschnitts” der Erfindung.
Das vertiefungsförmige Werkzeug 18 ist in einer Zylinderform ausgebildet und weist auf einer Oberseite von ihm (Seite, auf der das Zahnprofil-Formwerkzeug 16 vorgesehen ist) eine Endfläche 34 und einen Vertiefungsabschnitt 36 auf, der so vorgesehen ist, dass er sich von der Endfläche 34 aus nach unten hin vertieft. Das vertiefungsförmige Werkzeug 18 ist einwärts von der Innenumfangsfläche 20 des äußeren Formwerkzeugs 14 vorgesehen. Der Vertiefungsabschnitt 36 ist in der Umfangsrichtung des vertiefungsförmigen Werkzeugs 18 ringförmig vorgesehen. In der Radialrichtung (Links-Rechts-Richtung in 1) ist der Vertiefungsabschnitt 36 an der gleichen Stelle wie der Materialfreiraumabschnitt 32 des Zahnprofil-Formwerkzeugs 16 ausgebildet. Das heißt, dass der Materialfreiraumabschnitt 32 und der Vertiefungsabschnitt 36 mit dem Rohling 10 dazwischen auf in der Axialrichtung (Oben-Unten-Richtung in 1) entgegengesetzten Seiten und an in der Axialrichtung symmetrischen Stellen vorgesehen sind. Der Vertiefungsabschnitt 36 ist ein Beispiel eines ”ersten vertieften Abschnitts” der Erfindung.
Beschreibung des Herstellungsverfahrens
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Antriebswellenrads 12 beschrieben, das die auf diese Weise gestaltete Herstellungsvorrichtung 1 verwendet.
Wie in 1 gezeigt ist, wird zunächst der Rohling 10 auf der Endfläche 34 des vertiefungsförmigen Werkzeugs 18 einwärts von der Innenumfangsfläche 20 des äußeren Formwerkzeugs 14 angeordnet, wobei die Endfläche 34 des vertiefungsförmigen Werkzeugs 18 tiefer positioniert ist als eine Endfläche 38 auf der Oberseite (Seite, auf der das Zahnprofil-Formwerkzeug 16 vorgesehen ist) des äußeren Formwerkzeugs 14. Als Nächstes wird das Zahnprofil-Formwerkzeug 16 angeordnet, indem der Zahnprofil-Formabschnitt 26 auf der Endfläche 38 des äußeren Formwerkzeugs 14 angeordnet wird und der Pressabschnitt 24 auf einer oberen Endfläche 40 (Endfläche auf der Seite, auf der das Zahnprofil-Formwerkzeug 16 vorgesehen ist) des Rohlings 10 angeordnet wird. Der Rohling 10 wird somit innerhalb eines Raums angeordnet, der von den Formwerkzeugen, d. h. dem äußeren Formwerkzeug 14, dem Zahnprofil-Formwerkzeug 16 und dem vertiefungsförmigen Werkzeug 18, umschlossen ist. Dabei befindet sich der Rohling 10 zwischen der Endfläche 34 des vertiefungsförmigen Werkzeugs 18 und einer Endfläche 42 des Pressabschnitts 24.
Der Rohling 10 ist in einer rotationssymmetrischen Form ausgebildet. Der Rohling 10 weist als eine axiale Endfläche eine untere Endfläche 46 und als die andere axiale Endfläche die obere Endfläche 40 auf. Der Außendurchmesser der unteren Endfläche 46 ist kleiner als der Außendurchmesser der oberen Endfläche 40 ausgebildet, und die untere Endfläche 46 weist einen konvexen Nabenabschnitt 48 auf, der so ausgebildet ist, dass er nach unten vorspringt. Der Nabenabschnitt 48 ist in der Umfangsrichtung des Rohlings 10 ringförmig ausgebildet. Der Nabenabschnitt 48 wird ins Innere des Vertiefungsabschnitts 36 des vertiefungsförmigen Werkzeugs 18 eingeführt, um den Rohling 10 auf der Endfläche 34 des vertiefungsförmigen Werkzeugs 18 anzuordnen. Dabei ist zu beachten, dass der Rohling 10 durch das Einführen des Nabenabschnitts 48 ins Innere des Vertiefungsabschnitts 36 des vertiefungsförmigen Werkzeugs 18 bezüglich der Formwerkzeuge in der Radialrichtung (Links-Rechts-Richtung in 1) positioniert werden kann. Der Nabenabschnitt 48 ist ein Beispiel eines ”ersten Vorsprungabschnitts” der Erfindung.
Der Rohling weist außerdem auf einem Außenumfangsendabschnitt der oberen Endfläche 40 einen gekrümmten Abschnitt 49 mit einer Kreisform auf. Der gekrümmte Abschnitt 49 ist ein Bereich, der, wie später beschrieben wird, den Zahnprofilabschnitt 28 des Zahnprofil-Formabschnitts 26 berührt.
Wie in 4 gezeigt ist, bewegen sich das äußere Formwerkzeug 14 und das Zahnprofil-Formwerkzeug 16 als Nächstes bezogen auf das vertiefungsförmige Werkzeug 18 als eine Einheit (synchron) nach unten (in die Richtung, in der das vertiefungsförmige Werkzeug 18 vorgesehen ist). Dabei bringt der Pressabschnitt 24 des Zahnprofil-Formwerkzeugs 16 auf den zentralen Bereich 27 des Rohlings 10 eine abwärts gerichtete Last auf und presst den zentralen Bereich 27, wodurch der Werkstoff des Rohlings 10 in der Radialrichtung des Rohlings 10 (Links-Recht-Richtung in 4) nach außen fließt. Der Zahnprofilabschnitt 28 des Zahnprofil-Formabschnitts 26 berührt dann den gekrümmten Abschnitt 49 des Rohlings, und der gekrümmte Abschnitt 49 wird durch den Zahnprofilabschnitt 28 des Zahnprofil-Formabschnitts 26 gepresst. Folglich werden auf einem äußeren Bereich 50 des Rohlings 10 Zähne ausgebildet, wodurch der Kegelradabschnitt 11 ausgebildet wird.
Dabei wird der radial zentrale Bereich 27 des Rohlings 10 gepresst und seine Dicke verringert, und der Werkstoff des Rohlings 10 fließt vom Rohling 10 aus nach außen. Wie in 5 gezeigt ist, fließt dann der Werkstoff eines dazwischenliegenden Bereichs 52 des Rohlings 10 zwischen dem zentralen Bereich 27 und dem äußeren Bereich 50 innerhalb des Materialfreiraumabschnitts 32 nach oben, wobei innerhalb des Materialfreiraumabschnitts 32 zwischen dem Werkstoff des dazwischenliegenden Bereichs 52 des Rohlings 10 und dem Zahnprofil-Formwerkzeug 16 ein Raum 33 bleibt. Auf diese Weise wird der Werkstoff des dazwischenliegenden Bereichs 52 nicht eingeschränkt und kann sich innerhalb des Materialfreiraumabschnitts 32 frei nach oben bewegen. Wie in 4 gezeigt ist, fließt der Werkstoff des Nabenabschnitts 48 des Rohlings 10 innerhalb des Vertiefungsabschnitts 36 nach unten, wobei innerhalb des Vertiefungsabschnitts 36 zwischen dem Nabenabschnitt 48 und dem vertiefungsförmigen Werkzeug 18 ein Raum 37 bleibt. Auf diese Weise wird der Werkstoff des Nabenabschnitts 48 nicht eingeschränkt und kann sich innerhalb des Vertiefungsabschnitts 36 frei nach unten bewegen. Dabei nimmt der Rohling 10 die in den 6 und 7 gezeigte Form ein.
Dabei ist zu beachten, dass 4 ein Strukturdiagramm des wesentlichen Abschnitts der Herstellungsvorrichtung 1 während des Formens des Rohlings 10 ist und dass 5 eine vergrößerte Ansicht des Materialfreiraumabschnitts 32 und des Umgebungsbereichs in 4 ist. 6 ist eine Schnittansicht des Rohlings 10 während des Formens, und 7 ist eine Perspektivansicht des äußeren Erscheinungsbilds des Rohlings 10 während des Formens.
Auf diese Weise kann sich der dazwischenliegende Bereich 52 des Rohlings 10 während des Formens des Rohlings 10 frei nach oben und unten (in der Axialrichtung) bewegen. Es gibt somit wenige Bereiche, in denen der Werkstoff des Rohlings 10 durch die Formwerkzeuge eingeschränkt wird. Dementsprechend kann der Rohling 10 geformt werden, während die Formlast, die von dem Zahnprofil-Formwerkzeug 16 auf den Rohling 10 aufgebracht wird, unterdrückt wird. Es ist somit möglich, die Last auf die Formwerkzeuge, d. h. das äußere Formwerkzeug 14, das Zahnprofil-Formwerkzeug 16 und das vertiefungsförmige Werkzeug 18, zu unterdrücken.
Außerdem fließt der Werkstoff des Rohlings 10 in drei Richtungen, und zwar in einer Richtung radial nach außen, in einer Richtung zum Inneren des Vertiefungsabschnitts 36 hin und in einer Richtung zum Inneren des Materialfreiraumabschnitts 32 hin. Daher kann eine Formlast-Reduzierungswirkung erreicht werden.
Wie in 8 gezeigt ist, wird der Rohling 10 als Nächstes durch das Zahnprofil-Formwerkzeug 16 weitergepresst, wenn sich das äußere Formwerkzeug 14 und das Zahnprofil-Formwerkzeug 16 bezogen auf das vertiefungsförmige Werkzeug 18 weiter als eine Einheit nach unten bewegen. Der Werkstoff des Rohlings 10 fließt somit weiter von dem Rohling 10 aus in der Radialrichtung (Links-Rechts-Richtung in 8) nach außen. Der Werkstoff des Rohlings 10 fließt dann in den Zahnprofilabschnitt 28 des Zahnprofil-Formwerkzeugs 16, um auf dem äußeren Bereich 50 des Rohlings 10 ein Kegelrad auszubilden, wodurch das Formen des Rohlings 10 beendet wird. Wie in den 10 und 11 gezeigt ist, ist es somit möglich, das Achswellenrad 12 herzustellen, das den Kegelradabschnitt 11 aufweist und in einer rotationssymmetrischen Form ausgebildet ist. Dabei ist zu beachten, dass das äußere Formwerkzeug 14 und das Zahnprofil-Formwerkzeug 16 zum Beenden des Formens des Rohlings 10 zur am weitesten unten liegenden Stelle bewegt werden und die größte Formlast aufgebracht wird.
Wenn das Formen des Rohlings 10 beendet wird, fließt der Werkstoff des Rohlings 10 dabei, wie in den 8 und 9 gezeigt ist, innerhalb des Materialfreiraumabschnitts 32 des Zahnprofil-Formwerkzeugs 16, um einen Vorsprungabschnitt 56 (ein Beispiel eines ”zweiten Vorsprungabschnitts” der Erfindung) auszubilden, wobei innerhalb des Materialfreiraumabschnitts 32 zwischen dem Vorsprungabschnitt 56 und dem Zahnprofil-Formwerkzeug 16 der Raum 33 vorgesehen ist. Innerhalb des Vertiefungsabschnitts 36 des vertiefungsförmigen Werkzeugs 18 ist zwischen dem Nabenabschnitt 48 und dem vertiefungsförmigen Werkzeug 18 der Raum 37 vorgesehen. Daher wird der Werkstoff des Rohlings 10 innerhalb des Materialfreiraumabschnitts 32 des Zahnprofil-Formwerkzeugs 16 oder innerhalb des Vertiefungsabschnitts 36 des vertiefungsförmigen Werkzeugs 18 nicht eingeschränkt, bis das Formen des Rohlings 10 beendet ist. Dementsprechend kann der Rohling 10 geformt werden, während die Formlast, die von dem Zahnprofil-Formwerkzeug 16 auf den Rohling 10 aufgebracht wird, unterdrückt wird, bis das Formen des Rohlings 10 beendet und das Achswellenrad 12 hergestellt ist. Ferner kann die Last auf den Formwerkzeugen, d. h. dem äußeren Formwerkzeug 14, dem Zahnprofil-Formwerkzeug 16 und dem vertiefungsförmigen Werkzeug 18, unterdrückt werden.
Ein Vergrößern der Axiallänge (Tiefe) des Vertiefungsabschnitts 36 der vertiefungsförmigen Form 18 erhöht auch den Widerstand gegenüber dem Fließen des Werkstoffs des Rohlings 10 und erschwert es dem Werkstoff des Rohlings 10, in den Vertiefungsabschnitt 36 zu fließen. Daher stellt eine Einstellung der Axiallänge des Vertiefungsabschnitts 36 des vertiefungsförmigen Werkzeugs 18 auch den Fließwiderstand des Werkstoffs des Rohlings 10 ein und ermöglicht es, zuverlässig für den Raum 37 zwischen den Nabenabschnitt 48 und dem vertiefungsförmigen Werkzeug 18 zu sorgen, wenn das Formen des Rohlings 10 beendet wird.
Wenn das Formen des Rohlings 10 beendet ist, ist außerdem zwischen dem Kegelradabschnitt 11 und dem Zahnprofil-Formwerkzeug 16 ein Raum 47 (siehe 9) vorgesehen. Somit kann während des Formens des Rohlings 10 die Formlast, die durch das Zahnprofil-Formwerkzeug 16 auf den Rohling 10 aufgebracht wird, weiter unterdrückt werden, und es kann die auf die Formwerkzeuge, d. h. das äußere Formwerkzeug 14, das Zahnprofil-Formwerkzeug 16 und das vertiefungsförmige Werkzeug 18, aufgebrachte Last weiter unterdrückt werden.
Wenn das Formen des Rohlings 10 beendet ist, weist das Achswellenrad 12 (der Rohling 10), wie in den 10 und 11 gezeigt ist, den zylinderförmigen Nabenabschnitt 48 auf, der so ausgebildet ist, dass er von einer Endfläche 53 (radial geformten Fläche), die in der zentralen Axialrichtung nach unten weist, nach unten (in der Richtung, in der der Pressabschnitt 24 auf den Rohling 10 eine Last aufbringt) vorspringt. Das Achswellenrad 12 (Rohling 10) weist außerdem den Vorsprungabschnitt 56 auf, der so ausgebildet ist, dass er auf einer Endfläche (radial geformten Fläche), die in der zentralen Axialrichtung nach oben weist, von einer inneren Endfläche 54 auf einer Innenseite des Kegelradabschnitts 11 nach oben (in eine Richtung, die zu der Richtung entgegengesetzt ist, in der der Pressabschnitt 24 auf den Rohling 10 eine Last aufbringt) vorspringt. Dabei ist zu beachten, dass der Vorsprungabschnitt 56 auf einem Bereich ausgebildet ist, der ein Paarungsteil (das Ausgleichsrad), das in das Achswellenrad 12 eingreift, nicht stört. Daher hat der Vorsprungabschnitt 56 keine Auswirkungen auf die Funktionsweise des Achswellenrads 12, das in der Differenzialvorrichtung verwendet wird.
Dabei ist zu beachten, dass 8 ein Strukturdiagramm des wesentlichen Abschnitts der Herstellungsvorrichtung 1 ist, nachdem das Formen des Rohlings 10 beendet ist, und dass 9 eine vergrößerte Ansicht des Materialfreiraumabschnitts 32 und des Umgebungsbereichs in 8 ist. 10 ist eine Schnittansicht des Achsenwellenrads 12, und 11 ist eine Perspektivansicht eines äußeren Erscheinungsbilds des Achsenwellenrads 12.
Außerdem ist zu beachten, dass ein zentraler Bereich 58 (siehe 10 und 11) des wie oben beschrieben hergestellten Achswellenrads 12 einer zusätzlichen Bearbeitung unterzogen wird, etwa einem Bohren in der zentralen Axialrichtung (Oben-Unten-Richtung in 10), um in ihm ein Axialloch zur Aufnahme der (nicht gezeigten) Antriebswelle auszubilden.
Beschreibung der Wirkungen des Ausführungsbeispiels
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind zwischen den Formwerkzeugen und dem Rohling 10 (Achswellenrad 12) die Räume 33, 37, 47 vorgesehen, sodass der Werkstoff des Rohlings 10 die Formwerkzeuge nicht vollständig füllt, wenn in der Axialrichtung des Rohlings 10 die maximale Formlast aufgebracht wird, um das Formen des Kegelradabschnitts 11 zu beenden. Es bleibt somit innerhalb der Räume 33, 37, 47 für den Werkstoff des Rohlings 10 Platz zurück, um zu fließen. Es kann daher verhindert werden, dass die Formlast wie beim Gesenkformschmieden übermäßig groß wird. Da die Last auf die Formwerkzeuge, d. h. das äußere Formwerkzeug 14, das Zahnprofil-Formwerkzeug 16 und das vertiefungsförmige Werkzeug 18, unterdrückt werden kann, kann die Lebensdauer der Formwerkzeuge entsprechend erhöht werden. Ein Beispiel der Ergebnisse einer Versuchsbeurteilung zeigte, dass die Formlast 10% bis 20% reduziert wurde.
Außerdem fließt der Werkstoff des Rohlings 10 in drei Richtungen, und zwar in einer Richtung radial nach außen, in einer Richtung zum Vertiefungsabschnitt 36 hin und in einer Richtung zum Materialfreiraumabschnitt 32 hin.
Daher kann eine Formlast-Reduzierungswirkung erhöht werden.
Die äußere Form des Materialfreiraumabschnitts 32 wird in der nach oben gehenden Richtung kleiner. Dies erschwert es dem Werkstoff des Rohlings 10, zum Materialfreiraumabschnitt 32 zu fließen. Infolgedessen füllt der Werkstoff des Rohlings 10 den Materialfreiraumabschnitt 32 nicht vollständig aus, wenn das Formen des Kegelradabschnitts 11 beendet wird, und der Raum 33 zwischen dem Vorsprungabschnitt 56 und dem Zahnprofil-Formwerkzeug 16 kann leichter zur Verfügung gestellt werden. Es kann daher ungeachtet des Fließvermögens des Werkstoffs des Rohlings 10 verhindert werden, dass die Formlast übermäßig groß wird. Da die Last auf die Formwerkzeuge ungeachtet des Fließvermögens des Werkstoffs des Rohlings 10 unterdrückt werden kann, kann ferner die Lebensdauer der Formwerkzeuge erhöht werden.
Der Materialfreiraumabschnitt 32 und der Vertiefungsabschnitt 36 sind an in der Axialrichtung symmetrischen Stellen ausgebildet. Während des Formens des Rohlings 10 werden daher beide Axialflächen des dazwischenliegenden Bereichs 52 des Rohlings 10 nicht eingeschränkt. Daher kann die auf den Rohling 10 aufgebrachte Last weiter unterdrückt werden.
Aufgrund der erhöhten Lebensdauer der Formwerkzeuge, die zum Herstellen des Antriebswellenrads 12 verwendet werden, kann zu geringeren Herstellungskosten eine Massenproduktion des Achswellenrads 12 erreicht werden.
Dabei ist zu beachten, dass das oben beschriebene Ausführungsbeispiel nur ein Beispiel darstellen soll und die Erfindung keinesfalls beschränken soll; es sind ersichtlich verschiedene Verbesserungen und Abwandlungen möglich, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: Herstellungsvorrichtung
10: Rohling
11: Kegelradabschnitt
12: Achswellenrad
14: äußeres Formwerkzeug
16: Zahnprofil-Formwerkzeug
18: vertiefungsförmiges Werkzeug
24: Pressabschnitt
26: Zahnprofil-Formabschnitt
27: zentraler Bereich (des Rohlings)
28: Zahnprofilabschnitt (des Zahnprofil-Formabschnitts)
32: Materialfreiraumabschnitt
33: Raum
36: Vertiefungsabschnitt (des vertiefungsförmigen Werkzeugs)
37: Raum
47: Raum
48: Nabenabschnitt
49: gekrümmter Abschnitt
50: äußerer Bereich (des Rohlings)
52: dazwischenliegender Bereich (des Rohlings)
56: Vorsprungabschnitt (des Achswellenrads)
58: zentraler Bereich (des Achswellenrads)

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Zahnteils aus einem rotationssymmetrischen Rohling mittels eines Formwerkzeugs, wobei das Zahnteil-Herstellungsverfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass der Rohling (10) auf einem radial äußeren Bereich (50) von ihm einen gekrümmten Abschnitt (49) aufweist und auf einer axialen Endfläche (46) von ihm einen ersten Vorsprungabschnitt (48) aufweist, der in der Umfangsrichtung ringförmig vorgesehen ist, sodass er in der Axialrichtung vorspringt, das Formwerkzeug (14, 16, 18) einen ersten vertieften Abschnitt (36) aufweist, der in der Umfangsrichtung ringförmig vorgesehen ist und in der Axialrichtung vertieft ist, und einen zweiten vertieften Abschnitt (32) aufweist, der in der Umfangsrichtung ringförmig vorgesehen ist, sodass er sich in der Axialrichtung vertieft, und der axial entgegengesetzt vom ersten vertieften Abschnitt (36) vorgesehen ist, wobei sich der Rohling (10) zwischen dem ersten vertieften Abschnitt (36) und dem zweiten vertieften Abschnitt (32) befindet, wenn auf dem äußeren Bereich (50) des Rohlings (10) ein Zahnabschnitt (11) geformt wird, indem ein Zahnprofil-Formabschnitt (26) des Formwerkzeugs (14, 16, 18) mit dem gekrümmten Abschnitt (49) des Rohlings (10) in Kontakt gebracht wird, der erste Vorsprung (48) des Rohlings (10) in dem ersten vertieften Abschnitt (36) untergebracht wird und auf einen radial zentralen Bereich (58) des Rohlings (10) in der Axialrichtung derart eine Last aufgebracht wird, dass ein Werkstoff des Rohlings (10) radial nach außen fließt, der Werkstoff des Rohlings (10) am ersten Vorsprungabschnitt (48) in der Axialrichtung ins Innere des ersten vertieften Abschnitts (36) fließt und der Werkstoff des Rohlings (10) an einem dazwischenliegenden Bereich (52) zwischen dem zentralen Bereich (58) und dem äußeren Bereich (50) in der Axialrichtung ins Innere des zweiten vertieften Abschnitts (32) fließt, um einen zweiten Vorsprungabschnitt (56) auszubilden, und wenn die Last maximal ist, zwischen dem Zahnabschnitt (11) und dem Zahnprofil-Formabschnitt (26) ein Raum (47) vorgesehen ist, zwischen dem ersten Vorsprungabschnitt (48) und dem Formwerkzeug (14, 16, 18) ein Raum (37) vorgesehen ist und zwischen dem zweiten Vorsprungabschnitt (56) und dem Formwerkzeug (14, 16, 18) ein Raum (33) vorgesehen ist.
Zahnteil-Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite vertiefte Abschnitt (56) eine äußere Form hat, die in der Axialrichtung kleiner wird.
Zahnteil-Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste vertiefte Abschnitt (36) und der zweite vertiefte Abschnitt (56) an in der Axialrichtung symmetrischen Stellen ausgebildet sind.
Zahnteil-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnteil ein Achswellenrad (12) einer Differentialgetriebevorrichtung ist.
Vorrichtung zur Herstellung eines Zahnteils aus einem rotationssymmetrischen Rohling mittels eines Formwerkzeugs, wobei die Zahnteil-Herstellungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Rohling (10) auf einem radial äußeren Bereich (50) von ihm einen gekrümmten Abschnitt (49) aufweist und auf einer axialen Endfläche (46) von ihm einen ersten Vorsprungabschnitt (48) aufweist, der in der Umfangsrichtung ringförmig vorgesehen ist, sodass er in der Axialrichtung vorspringt, das Formwerkzeug (14, 16, 18) einen ersten vertieften Abschnitt (36) aufweist, der in der Umfangsrichtung ringförmig vorgesehen ist und in der Axialrichtung vertieft ist, und einen zweiten vertieften Abschnitt (32) aufweist, der in der Umfangsrichtung ringförmig vorgesehen ist, sodass er sich in der Axialrichtung vertieft, und der axial entgegengesetzt vom ersten vertieften Abschnitt (36) vorgesehen ist, wobei sich der Rohling (10) zwischen dem ersten vertieften Abschnitt (36) und dem zweiten vertieften Abschnitt (32) befindet, wenn auf dem äußeren Bereich (50) des Rohlings (10) ein Zahnabschnitt (11) geformt wird, indem ein Zahnprofil-Formabschnitt (26) des Formwerkzeugs (14, 16, 18) mit dem gekrümmten Abschnitt (49) des Rohlings (10) in Kontakt gebracht wird, der erste Vorsprung (48) des Rohlings (10) in dem ersten vertieften Abschnitt (36) untergebracht wird und auf einen radial zentralen Bereich (58) des Rohlings (10) in der Axialrichtung derart eine Last aufgebracht wird, dass ein Werkstoff des Rohlings (10) radial nach außen fließt, der Werkstoff des Rohlings (10) am ersten Vorsprungabschnitt (48) in der Axialrichtung ins Innere des ersten vertieften Abschnitts (36) fließt und der Werkstoff des Rohlings (10) an einem dazwischenliegenden Bereich (52) zwischen dem zentralen Bereich (58) und dem äußeren Bereich (50) in der Axialrichtung ins Innere des zweiten vertieften Abschnitts (32) fließt, um einen zweiten Vorsprungabschnitt (56) auszubilden, und wenn die Last maximal ist, zwischen dem Zahnabschnitt (11) und dem Zahnprofil-Formabschnitt (26) ein Raum (47) vorgesehen ist, zwischen dem ersten Vorsprungabschnitt (48) und dem Formwerkzeug (14, 16, 18) ein Raum (37) vorgesehen ist und zwischen dem zweiten Vorsprungabschnitt (56) und dem Formwerkzeug (14, 16, 18) ein Raum (33) vorgesehen ist.