DE1804673B2 - Verfahren zur Herstellung einer Kraftfahrzeug-Hohlachse - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kraftfahrzeug-Hohlachse nach dem Oberbegriff des Anspruchs.

Bei einem bekannten Verfahren der Gattung (FR 90 824) werden die verjüngten Achsenden auf die beschriebene Weise dadurch hergestellt, daß die auf Schmiedetemperatur erwärmten Rohrendbereiche mit anfänglich größerer und daraufhin langsamer Geschwindigkeit zwischen die Schmiedebacken axial vorgeschoben werden, wobei der Dorn vom gegenüberliegenden Ende der Werkzeuge her auf begrenzter Länge in das bereits verjüngte Rohrende hineingeschoben wird, noch bevor das Rohrende stirnseitig an dem Widerlager anliegt. In dieser teilweise in das Rohrende hineingeschobenen Position verbleibt der Dorn, bis das langsam weiter vorgeschobene Rohrende stirnseitig am Widerlager anliegt und seine Vorschubbewegung dabei unterbrochen wird. Daraufhin wird dann bei axial feststehendem Rohr der Dorn mit einer raschen und kräftigen Vorschubbewegung bis über den Übergangsbereich zwischen Rohrmittelteil und Verjüngung hinaus vorgestoßen und bildet dabei den endgültigen inneren Verlauf der Wandverdickung im Übergangsbereich.

Dabei bildet es Zweck der teils gegensinnigen und t>o teils stufenweise aufeinanderfolgenden Vorschubbewegungen von Rohr einerseits und Dorn andererseits, in der ersten Stufe des Radialschmiedens und damit zeitlich überlappten Stauchens im Längenbereich der äußeren Verjüngungsstufen eine größere, nach innen ^ gerichtete Wandverdickung zu erzielen, als sie allein durch die Verjüngung der Rohrendbereiche hervorgerufen werden könnte. Diese größere Werkstoffanhäufung im Inneren der Rohrendbereiche beruht dabei hauptsächlich darauf, daß in dieser ersten Stufe Rohr und Dorn gegensinnig zueinander bewegt werden und sich der an seinem vorderen Ende mit einer im Durchmesser verjüngten Kappe versehene Dorn, der zu diesem Zeitpunkt infolge bis dahin fehlender innerer Abstützung des verjüngten Rohrendbereichs einen gegenüber dessen Innendurchmesser größeren Außendurchmesser aufweist, im Sinne einer Stauchung hemmend auf das sich in der Verformung befindliche Rohrende auswirkt. Die auf diese Weise im Bereich vor dem Dorn bzw. der Dornkappe bewußt erzeugte und in der zweiten Stufe noch vergrößerte Werkstoffanhäufung soll dann schließlich in der letzten Stufe des Verfahrensablaufs durch den dabei rasch und kraftvoll in Richtung zum Rohrmittelteil vorgestoßenen Dorn verdrängt und zum Übergangsbereich zwischen Rohrmittelteil und Verjüngung hin verlagert werden, um an dieser für die Beanspruchungsverhältnisse der Achse kritischen Übergangsstelle die anderenfalls nicht erreichbare zusätzliche, nach innen gerichtete Wandverdickung zu erzeugen.

Dieses Verfahren hat zwar gegenüber anderen bekannten Verfahren für den gleichen Zweck den Vorteil, mit nur jeweils einer Einspannung für die zu verformenden Rohrendbereiche auszukommen. Es hat aber zum einen den Nachteil, daß es wegen des mehrstufigen Verfahrensablaufs fertigungstechnisch umständlich und daher verhältnismäßig zeitraubend ist. Zum anderen liegt ein wesentlicher Nachteil darin, daß dabei die gezielte zusätzliche Wandverdickung im Übergangsbereich nur um den Preis einer Störung des gleichförmigen Faserverlaufs, nämlich einer weitgehenden Umkehrung des Faserverlaufs, möglich ist. Diese Störung des gleichfömigen Faserverlaufs ist unerwünscht, weil sie die Achse an dem kritischen und für ihre spätere Beanspruchung wichtigsten Übergangsbereich zwischen Achsmittelteil und Verjüngung schwächt und dadurch den Effekt der dort aus gleicher Erwägung bewußt angestrebten zusätzlichen Wandverdickung teilweise wieder aufhebt bzw. zunichte macht.

Es ist zwar für die Herstellung solcher Achsen mittels eines gattungsverwandten Verfahrens bereits bekannt (US 22 56 065, F i g. 5 und 6), den Nachteil einer Störung des Faserverlaufs im Bereich dieser kritischen Übergangsstelle zwischen Rohrmittelteil und verjüngtem Achsende dadurch zu vermeiden, daß das Ausgangsrohr zunächst in Verbindung mit einer auf diesen späteren Übergangsbereich beschränkten Erwärmung einem Stauchschub unterworfen und die Stelle größter nach innen gerichteter Wandverdickung auf diese Weise im Wege der Innenanstauchung der Rohrwand erzeugt wird. Dies geschieht dabei jedoch in einem gesonderten Arbeitsgang, bevor das Rohr anschließend nach der Abkühlung und erneuten Erwärmung der Rohrendbereiche auf Schmiedetemperatur in zwei weiteren aufeinanderfolgenden getrennten Arbeitsgängen dem kombinierten Radialschmieden und Stauchen zwecks Herstellung der Verjüngungsstufen unterworfen wird. Dieses Verfahren ist mithin fertigungstechnisch noch umständlicher, zeitraubender und auch kostspieliger als das vorstehend an erster Stelle beschriebene gattungsgemäße Verfahren.

Es bildet Aufgabe der Erfindung, das Herstellungsverfahren für die beschriebene Hohlachse dahingehend zu verbessern, daß die nach innen gerichtete Wandvcrdikkung im kritischen Übergangsbereich zwischen Achsmittelteil und Verjüngung ohne Störung des gleichför-

migen Faserverlaufs des Materials erzielt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs.

Zum St. d. T. wird hier auf die VD 7-Zeitschrif t v. 21.4. 52 S. 343-45 (insb. Bild 9 und 10) verwiesen, wonach das Erzeugen von inneren Wandverdickungen an Rohren durch Erhitzen der zu verdickende.-; Rohrstelle und äußeres Umschließen des Rohrs an der Verdickungsstelle durch Schmiederollen unter axialem Stauchdruck bekannt ist ι ο

Auf die kennzeichnend genannte Weise wird zunächst der Vorte;· erreicht, daß die verjüngten Achsenden einschließlich der zusätzlichen Wandverdickung im Übergangsbereich auch in einem einzigen ununterbrochen ablaufenden Arbeitsgang in wesentlich kürzerer Zeit und damit kostensparender hergestellt werden können. Dabei liegt der weitere wesentliche Vorteil gegenüber dem St. d. T. nach der FR-PS 14 90 824 darin, daß die Eingliederung der Innenanstauchung der Rohrwand durch den zusätzlichen Rohrschub in diesen Arbeitsgang die gleichzeitige Ausnutzung des aus der US-PS 22 56 065 an sich bekannten Vorzugs ermöglicht, im Bereich der damit einhergehenden Wandverdickung an der Übergangsstelle zwischen Achsmittelteil und Verjüngung keine die Festigkeit der Achse dort beeinträchtigende Störung des gleichförmigen Materialfaserverlaufs zu verursachen.

Es ist in Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, die beiden Rohrendbereiche auf die beschriebene Weise gleichzeitig oder nacheinander jo getrennt zu bearbeiten.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die bekannte Kraftfahrzeug-Hohlachse in der Seitenansicht;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines verjüngten Endbereiches derselben Achse im eingespannten Zustand innerhalb der die Verjüngung schmiedenden Vorrichtung, teilweise geschnitten;

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Achsende mit ίο Vorrichtung entsprechend der Schnittlinie 1-1 in F i g. 2;

Fig.4 einen Längsschnitt durch dieselbe Achse mit eingesetztem, im Verjüngungsbereich den Innendurchmesserfestlegenden Dorn und

Fig.5 bis 9 in schematischer Darstellung fünf verschiedene Anwendungsformen des Herstellungsverfahrens hinsichtlich der relativen Dreh- und Axialbewegung zwischen Rohr und Werkzeugen.

Die Kraftfahrzeug-Hohlachse ist aus einem vorzugsweise nahtlosen, zylindrischen Stahlrohr 10 mit über so seine Länge gleicher Wanddicke gebildet, das an den beiden Enden verjüngt ist. Die beiden Endbereiche sind außen mit einer stufenweisen Verjüngung 11 versehen, die sich über einen gewissen Teil der Rohrlänge erstreckt und von dem Außendurchmesser des Rohres 10 ausgehend bis zu ihrem endseitig kleinsten Durchmesser stufenweise kleinere Durchmesser aufweist.

Die einzelnen Verjüngungsstufen besitzen konische Übergänge 12. M)

Wie insbesondere aus Fig.4 hervorgeht, weist das Achsende im Bereich der Verjüngung 11 einen gegenüber dem Innendurchmesser des Ausgangsrohres 10 verkleinerten, auf der gesamten Ve>-jüngungslänge gleich großen Innendurchmesser auf, so daß die »>"> einzelnen Stufen der Verjüngung 11 unterschiedliche Wandstärken besitzen, wobei diese Wandstärken zum Rohr- bzw. Achsende hin abnehmen.

Die Rohrwandung ist im Übergangsbereich 13 zwischen dem Rohrteil 10a des Rohres 10 und dem verjüngten Endabschnitt 11 der Achse innenseitig verdickt, und zwar um ein Maß, das über die im Zuge der Verjüngung erzielte Wandverstärkung hinausgeht.

Zur Herstellung der Verjüngung U wird der Endbereich des Rohres 10 über einen axialen Dorn 14 geschoben, der in der Vorrichtung, z. B. mittels der Hammerschiene, gehalten ist. Dieser zylindrische Dorn 14 legt den im Verjüngungsbereich durch die stufenweise Verjüngung 11 entstehenden kleineren Innendurchmesser der Achsendbereiche fest und bewirkt einen sich über die gesamte Länge des Verjüngungsbereichs erstreckenden gleich großen Innendurchmesser.

Das Rohr 10 wird mit der Stirnseite des zu verjüngenden Rohrendes mittels eines Widerlagers 15 der Vorrichtung ortsfest gehalten. Zwei mit den Formen bzw. Stufen 18 der zu bewirkenden Verjüngung 11 versehene Schmiedewerkzeuge 17, insbesondere Hammerbacken, der Vorrichtung schmieden durch schlagende Bewegung das mit Schmiedetemperatur in die Vorrichtung eingebrachte und axial drehende Rohr 10 an dem jeweils eingespannten Ende zu der gewünschten Verjüngung 11.

In dem freien Spaltbereich zwischen den beiden Schmiedewerkzeugen 17 ist eine Heizeinrichtung 19, z. B. ein Gasbrenner od. dgl., angeordnet, der den Übergangsbereich zwischen dem zylindrischen Rohrteil 10a und der Verjüngung 11 während der Drehbewegung des Rohres in der Maschine durch Wärmezufuhr auf eine Temperatur bringt, die die axiale Stauchung der Achse ermöglicht.

Während der Herstellung der Verjüngung 11 wird das Rohr 10 gleichzeitig durch axialen Druck gegen das Widerlager 15 im Zuge des Schmiedevorgangs gestaucht, wobei sich die Stauchung im erhitzten und daher weicheren Übergangsbereich vom zylindrischen Rohrteil 10a zur Verjüngung 11 auswirkt. Da das überschüssige Material infolge des ortsfest gehaltenen Widerlagers 15 nicht zum freien Ende hin ausweichen kann, sondern nur in Richtung des Übergangsbereichs, wird durch dieses Stauchen innenseitig im erhitzten Übergangsbereich eine Verdickung 13 gebildet, die den Rohrwandungsquerschnitt vergrößert. Es ist möglich, auch das Widerlager 15 axial bewegbar vorzusehen.

Nach dem Schmieden des einen verjüngten Achsendbereichs 11 wird die Achse aus der Vorrichtung herausgenommen und daraufhin der gegenüberliegende Rohrendbereich in die Vorrichtung eingespannt. Der dabei das Achsende durchfassende Dorn 14 bestimmt das Schmieden der Rohrenden und hält die verformte Verjüngung 11 koaxial zur Rohrachse. Weiterhin gibt der Dorn 14 der Achse im Verjüngungsbereich einer gegenüber dem Innendurchmesser des Rohrteiles 10a verringerten, sich über die gesamte Verjüngungslänge erstreckenden gleich großen Innendurchmessers (vergl. F ig. 4).

Die Herstellung der Verjüngung 11 und die Stauchung des Rohres 10 zur Bildung der innenseitigen Verdickung 13 werden in Verbindung mit der dortigen Wärmezufuhr in einem Arbeitsgang bei drehendem Rohr 10 ausgeführt. Auf diese Weise wird die Achse im Übergangsbereich vom zylindrischen Rohrteil zur Verjüngung jeweils mit einer den Rohrwandungsquerschnitt vergrößernden innenseitigen Verdickung ausgestattet, die diesen besonders kritischen, weil belastungsmäßig am größten beanspruchten Achsquerschnitt verstärkt.

Die Schemadarstellung in den Fig.5 bis 9 stellt Prinzipsskizzen für verschiedene Ausführungsformen des Verfahrens dar.

Gemäß F i g. 5 wird zur Verjüngung des Rohres 10 an beiden Enden das Rohr 10 axial gedreht, während die Schmiedewerkzeuge 17 ortsfest angeordnet sind. Das verjüngungsseitige Stirnende des Rohres 10 liegt dabei an dem Widerlager 15 an. Zur Herstellung der innenseitigen Verdickung 33 wird das Rohr 10 unter Wärmezufuhr axial verschoben.

Im Falle der Fig.6 übt das Rohr 10 während des Schmiedevorganges keine Drehbewegung aus, liegt jedoch mit seinem verjüngunsseitigen Stirnende unter Druck an dem Widerlager 15 an. Die Werkzeuge 17 vollführen dabei eine Drehbewegung, wobei das Rohr zum Stauchen der innenseitigen Verdickung 13 unter Wärmezufuhr axial verschoben wird.

Im Falle der Fig. 7 steht das mit seiner Stirnseite unter Widerlagerdruck stehende Rohr 10 während des Schmiedens der Verjüngung still, wohingegen die Werkzeuge 17 die Drehbewegung ausführen. Zum Stauchen der Verdickung werden das Rohr 10 im zi stauchenden Bereich erwärmt und das Widerlager i; sowie die Werkzeuge 17 axial verschoben.

Im Falle der Ausführungsform gemäß F i g. 8 wird da an beiden Enden stirnseitig an den Widerlagern i; anliegende Rohr 10 gedreht und das Stauchen des irr Übergangsbereich erwärmten Rohres durch axialer Vorschub der Werkzeuge bewirkt.

Die Ausführungsform gemäß F i g. 9 entsprich

ίο prinzipiell der gemäß Fig. 7, jedoch mit dem Unter schied, daß dabei ebenfalls beide Rohrenden gleichzeitig bearbeitet werden. Dabei steht das stirnseitig unte Widerlagerdruck gehaltene Rohr 10 während de: Schmiedens der Verjüngung still, während die Werkzeu ge 17 gedreht werden. Zur Stauchung unter Wärmezu fuhr führen dann beide Widerlager 15 eine Schubbewe gung aus.

Die jeweiligen Axial- und Drehbewegungen de; Rohres 10 einerseits und der Werkzeuge andererseit!

sind in den F i g. 5 bis 9 mittels Pfeilen angegeben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung einer Kraftfahrzeug-Hohlachse mit einem rohrförmigen Mittelteil und außen unter konischen Übergängen stufenförmig verjüngten sowie innen auf ganzer Länge zylindrischen Endbereichen mit gegenüber dem Achsmittelteil kleineren Innendurchmesser, bei der die Zonen größter Wanddicke jeweils im Übergangsbereich zwischen dem Achsmittelteil und den verjüngten Endbereichen liegen, bei welchem ausgehend von einem Rohr mit über seine Länge gleicher Wanddicke, zunächst jeder Endbereich auf zum Mittelteil unterschiedlich hohe Schmiedetemperatu ren erwärmt wird und dann durch radiales Schmieden jedes Endbereiches bei relativer Dreh- und Axialbewegung zwischen Rohr und Werkzeugen unter Mitwirkung eines im wesentlichen zylindrischen, dem Innendurchmesser des veijüngten Achsendes entsprechenden Domes sowie unter Aufrechterhaltung eines axialen Druckes auf das Rohr das Verjüngen und ein Stauchen der nach innen gerichteten Wandverdickung im außenseitig von den Schmiedewerkzeugen umschlossenen Übergangsbereich zwischen Achsmittelteil und Verjüngung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmieden und Stauchen der Rohrendbereiche, letzteres gegen stirnseitigen Widerlagerdruck, unter innerer Begrenzung durch den axial feststehenden Dorn (14) erfolgt und dabei die Stelle zusätzlicher Wandverdickung (13) einer Zusatzerwärmung unterworfen wird.