DE1905949A1

DE1905949A1 - Verfahren zur Herstellung von Metallgegenstaenden mit glatten oder mit gezahnten Rotations-Oberflaechen sowie die Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE1905949A1
Application number: DE19691905949
Authority: DE
Inventors: Dr Zdzislaw Marciniak
Original assignee: Politechnika Warszawska
Current assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 1968-02-06
Filing date: 1969-02-06
Publication date: 1969-09-11
Also published as: DE1905949C2; GB1230043A; FR2001400A1; US3608346A; SE359465B

Description

DR, BERG DIPL.-ING. STAPF _

8 MÜNCHEN 2, HILBLESTRAS5E 2O

Dr. Berg Dipl.-ing. Stapf, 8MDnchen 2, Hilblesfrafle 20

Unser Zeichen /Ga l8 l60 Datum 6. ! LJ, ί

Anwaltsakten-Mr. 18 l6O

POLITECHN1KA WARSZAWSKA Warschau/Polen

Verfahren zur Herstellung von Metallgegenständen mit, glatten oder mit gezahnten Hotätions-Oberflachen sowie die Vorrichtung zur Anwendung dieses

Verfahrens.

iJer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Metallgegenständen mit glatten oder mit gezahnten üotations-Oberflachen, wie zum Beispiel Segensbände in Gestalt von glatten Walzen, Vielstufenwalzen, Büchsen, Stirnrädern, Vielkerb-

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walzen oder Vielkeilwalzen mit Evolventenprofils, sowie eine Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens. /- . - ,-:; -' - ■"---""-.. ""-/ ... .- ·- "■ ""_.

Gemäß diesem Verfahren wird von zwei oder mehr: üacjcen deren Oberflächen sich an den-. Oberflächen des zur Verformung bestimmten Materials abwälzen, auf ,den λ bearbeiteten Gegenstand ein radialer Druck,-ausgeübt „

Unter der Einwirkung des von den Backen ausgeübten Druckes wird der bearbeitete Gegenstand entweder axial gestreckt, wodurch sich auch dessen Üurchmesser, verringertj oder es werden in die Zylinder- oder Kegelfläche des Gegenstandes ±n sich wiederholenden Abständen konkavkonvexe Formen eingedrückt, wie zum Beispiel Zähne, Kerben usw. . -...-..

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist eine Modifizierung des bekannten Quer-Walzverfahrens von runden "_ Gegenständen mit Hilfe von zwei oder drei, s ich dreiieii— den Walzen_ä deren entsprechend geformte Ä sich an der Oberfläche des bearbeiteten Ge^-enβ abwälzen und dadurch das Eindrücken, von j Zähnen usw. in die Gegenstandsoberflache bewirken₄, Bei diesem Walzverfahren treten -jedoch viele ü keiten und Mangel auf: . - V

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Bei zwei glatten Berührungsflächen berühren sich die Außenfläche des Werkzeuges und die Außenfläche des Bearbeiteten Gegenstandes nur an einem ganz kleinen Abschnitt des Umfanges, wodurch die plastische Verformung nur bis zu einer geringen Tiefe von der Materialoberfläche erfolgt. Bei der Bearbeitung einer tfalze entsteht demnach eine verhältnismäßig dünne, jedochstark plastisch verformte Oberschicht, während der Kern weiterhin in elastischem Zustand verbleibt. Aus diesem Grunde ist es sehr schwer, mit diesem Walzver— fahren den Durchmesser einer Walze oder Holle zu verringern, da eine derartige Verformung ein plastisches Strecken des Kerns erfordert.

Beim Walzen von Zähnen mit Hilfe eines außen gezahnten Werkzeuges treten große Unterschiede der Umfangsgeschwindigkeiten an den Stellen der Zahnspitzen und Zahnlücken des Werkzeuges und des bearbeiteten Materials auf, was wiederum eine viel stärkere lieibung der Materialoberfläche an der Oberfläche des Werkzeuges und damit einen schnelleren Verschleiß verursacht.

L>as Zahnprofii des Werkzeuges unterscheidet sich wesentlich von dem im Umfangskreis geformten iSinschnittprofil, wobei gleichzeitig eine kleine Berührungsfläche Material/Werkzeug und ein minimaler Bereich der plastifizierten Fläche vorhanden sind. -Üie Zähne sind am Fuß

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bedeutend schmäler als die Einschnittbreite in dem be-—: arbeiteten Kreisumfang, was die Festigkeit des Werkzeuges ungünstig beeinflußt. ■ .'"-

Das Verfahren der Verformung gemäß Erfindung beruht ,' , auf dem zyklischen Abwälzen (Reiben) von zwei oder '

mehr Werkzeugen in Gestalt von Backen an den inneren :

konkaven Flächen des bearbeiteten Gegenstandes. _ . =

Wenn die Verringerung des Durchmessers- (Querschnittes) zum Beispiel einer Walze oder einer Rolle bezweckt wird, dann ist die Abwälzflache·, jeder Backe ein Ausschnitt der glatten inneren Rotationsfläche, z.Bο Kegelfläche.

Wenn die Backen zum Eindrücken von Zahnradzähnen ...-..".":" bestimmt sind, ist die Arbeitsfläche jeder Backe ge- zahnt. Dabei ist die theoretische Drehfläche dieser Innenverzahnung über die Backe verlängert und bildet die Walzenfläche mit Durchmesser D, der um ein Vielfaches des Verzahnungsmoduls m größer ist als der Durchmesser D des Gegenstandes. -."■--

In. beiden vorbeschriebenen Fällen ist die Drehfläche jeder Backe eine innere Berührungsfläche mit der Drehfläche des bearbeiteten Gegenstandes., wobei die Drehgeschwindigkeiten beider Drehflächen während des Ver-

forraungsprozesses konstant sind.

In den Zeitabschnitten, in denen der Berührungspunkt beider Drehflächen auf der effektiven Backenfläche liegt (Fig. Ic, d, e), erfolgt die Materialverformung.

In den übrigen Zeitabschnitten jedes Zyklus, wenn der Berührungspunkt beider L>rehflachen auf der theoretischen Verlängerung der Werkzeugdrehflache liegt(Fig. la, b, e," f ), erfolgt die- Lösung des Kontaktes des Materials mit dem Werkzeug. In den Zeitabschnitten, in denen sämtliche Backen gleichzeitig außer Berührung mit dem verformten Gegenstand kommen, erfolgt dessen axiale Verrückung um die Länge eines Vorschubs. demzufolge ist die Länge des zu verformenden Abschnittes der Walze oder die Breite des zu verformenden Zahnkranzes von der Länge der formenden Backenfläche nicht abhängig. ' .

Außerdem erreicht man durch die Anwendung von Werkzeugen mit Innenverzahnung zum Kindrücken der Zähne Lm ι·!:ΐ£angskreis fast ausgeglichene Umfangsgeschwindi^keiteti des Materials und des Werkzeuges an allen Punkten des Zahnprofils sowie eine der Form des eingedrückten .Einschnittes sehr ähnliche Form des Werkxwugssahnes _t was sich wiederum günstig auf die Festigkeit des Werkzeuges auswirkt.

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Im Falle des Walzens mit glatten Üackea, deren Krümmung sich in der Ebene senkrecht zur Achse — zum Beispiel einer Walze oder Rolle — kaum merklich von der Krümmung von deren Oberfläche unterscheidet,, vergrößert sich die -Breite der üerülxrungsfläche Material/ Werkzeug in· der Umfang sr iehtung,. wobei ein großer Teil der Backenfläche umfaßt wird, wodurch: die axiale Streckung des Materials begünstigt wird.

Demnach kann man nach dem Verfahren gemäß Erfindung auch solche Gegenstände plastisch £ornten_s bei denen die Versuche des Walzens mit den bisher- bekannten Methoden infolge der schon angeführten ^Ghwierigkeiten und Mangel keine zufriedenstellenden; Ergebnisse •brachten.

Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens, das Gegenstand der Erfindung ist, ist in den Zeichnungen dargestellt und zwar in zwei Ausführungsbeispielen, die sich hinsichtlich des kinematischem Systems sowie des Anwendungsbereiches voneinander xinfcerscheiden .

Fig. 1 zeigt die Wirkungsweise^ der VorricliimsQ'Hü. I zwei Backen, die um parallele A-elisöö wirbeln.

Fig. 2 und 3 zeigen einen Axialschnitt sowis schnitte dieser v'orrichtungi

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Fig. 4 und 5 zeigen die Ansicht und den Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels, dessen Backen parallele Verschiebungen auf der Kreis-» bahn ausführen»

Beide Vorrichtungen dienen ebenso zum Walzen von Verzahnungen wie auch zur Verringerung des Walzen- oder Kollendurchmessers.

In dem letztgenannten FaIXe verwendet man anstatt der gezahnten Backen Backen mit glatten Arbeitsflächen.

Bei der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Vorrichtung wird auf der Fläche der bearbeiteten Walze (Rolle) 1 eine Verzahnung eingedrückt und zwar unter der Druckwirkung von zwei Backen 2 und 3* deren formende Innenflächen Kreissegmente mit Walzeninnenverzahnung bilden. Die Backe 3 gleitet oder rollt über die innere Walzenfläche der Exzenterbuchse 6.

Die Backe 2 gleitet dagegen über die Flächen der Exzenterbuchsen A- und 5·

Die Drehachsen der Buchse 6 und der Buchsen 4 und 5 sind um die Gxöi3e 2e (Fig. l) versetzt angeordnet. Die Größe 2e ist die gleiche wie der Unterschied zwischen den Durchmessern der Drehflächen der verformtenden Verzahnung D und der verformten Verzahnung d.

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Der Antrieb beider Backen erfolgt durch die drehbar gelagerte Buchse 8, welche mit zwei Bolzen versehen ist, deren Köpfe in Rillen auf der Stirnfläche der; Backen 2 und 3 eingreifen.

Die Drehung der Buchse 8 gegenüber dem Maschinenkörper bewirkt die Umdrehung jeder der Backen um die eigene Achse CL oder-O₀ (Fig. Γ), deren Lagen im Verhältnis zu diesem Maschinenkörper nicht geändert werden. In der Fig. 1 sind die Lagen der Backen in den sechs der Reihe nach auftretenden Betriebslagen gezeigt, welche einen vollständigen Arbeitszyklus bilden.

Eine Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungs-' beispiel i-s't in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Diese Vorrichtung ermöglicht es, die gleichen Bewegungen Material/Werkzeug mit Hilfe eines anderen kinematischen Systems zu erreichen. Die Backen 2 und haben eine innere Verzahnung in Gestalt von Kreissegmenten mit dem Durchmesser D. Jeder Backen wird mit Hilfe von zwei Exzenterwellen 9 inBewegung versetzt, die wiederum, mittels Zahnrädern 10 mit öchrägverzahnung angetrieben werden. Zwischen den Backen 2 oder 3 und den Exzenterzapfen der Wellen 9 befinden sich die Exzenterbuchsen 11, welche mittels der mit ihnen fest verbundenen Buchsen 12 mit Hilfe von Zahnrädern 13 mit

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üchrägverzahnung angetrieben werden, wobei die Neigung der Zähne 13 entgegengesetzt zur Neigung der Zähne der Zahnräder 10 ausgebildet ist. Alle vier Zahnräder 10 und alle vier Zahnräder 13 werden durch ein zentral angebrachtes Pfeilzahnrad 14 angetrieben, das sich unabhängig von der Drehung längs seiner Achse . verschieben kann. Mit der einen Hälfte der Breite des Pfeilzahnradkranzes l4 werden Zahnräder 10 angetrieben. Mit der zweiten Hälfte dieser Breite mit den entgegengesetzt geneigten Zähnen werden die Zahnräder 13 angetrieben. Durch eine axiale Verschiebung des Zahnrades 14 werden demnach alle vier Zahnräder 10 in Bezug auf die Zahnräder 13 gleichzeitig um einen gewissen Winkel verdrehte Dies verursacht wiederum eine Änderung der Lage der Exzenterbüchsen 11 gegenüber den Exzenterzapfen der Wellen 9. Dies ermöglicht eine stetige.Regulierung der resultierenden Exzentrizität e (Fig, l) der äußeren Walzfläche der Buchsen 11 gegenüber der Umdrehungsachse der Wellen 9·

ei einer Drehung des zentralen Pfeilzahnrad.es 14 ■.i-rcliiii ali-.-i vier wellen 9 zusammen mit den darauf auf"; \ setzten ^xzenterbuchsen 11 synchron gedreht, wodurch sj ch die Backen 2 und 3 parallel auf der Kreisbahn um den Radius e verrücken.

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Während dieser Bewegungen behalten die Backen 2 und die Symmetrie gegenüber dem Mittelpunkt (Zentrum) des bearbeiteten Gegenstandes bei. >

Wenn der !»rehdurchmesser der in das iiad eingedrückten Verzahnung gleich d ist, dann soll der üurchmesser 2e der Kreisbahn der Backen 2 und 3

2e = D - ds» Δζ . m .--." = V;~

betragen, wo z\z den Unterschied der Anzahl der Zähne des theoretischen formierenden und verformten Kreises bedeutet, und wobei m der VerzaJmungsinodul ist. ■ ■■"".-■

I>as Verfahren gemäß der Erfindung findet Anwendung in sämtlichen Zweigen der Metallindustrie _ΰ ζ.B bei der plastischen Kaltverformung oder plastischen Heißverformung von Gegenständen mit glatter oder gestufter Oberfläche, von Vielstufenwalzen, von Verzahnungen der Walzenzähnräder mit geraden oder. schrägen Zähnen, wie auch von.felzen (Sollen) mit Vielkerbenflachen oder Vielkeilflächen mit avolventenprofil usw.

Derartige Gegenstände können aus verschieit-uiöii i'.enügend elastischen Metallen hergestellt werien, so z.B. aus Stahl, Aluminium und dessen Legie; άη,ΐβη,

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Kupfer und dessen Legierungen, wie auch aus nichtmetallischem Material, wenn es sich plastisch verformen läßt.

- Patentansprüche -

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Claims

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Patentansprüche:

j 1. )Verfahren zur Herstellung von Metallgegenständen ■ mit glatten oder mit gezahnten Rotations-Obe'rflachen, wie z.B. Gegenständen in Gestalt von-glatten oder Viel stufenwalzen, Buchsen, Stirnrädern, Vielkerbwalzen oder Vielkeilwalzen mit Evolventenprofil, gemäß welchem von zwei oder mehr Werkzeugen (Backen), deren Oberflächen sich auf der Oberfläche des zur Verformung bestimmten Materials abwälzen, auf den bearbeiteten Gegenstand ein radialer l>ruck ausg"eübt wird, dadurch gekennzeichnet, daß runde Gegenstände auf zyklische ν Weise plastisch ver-form't werden, wobei in jedem sich nacheinander wiederholenden. Zyklus in einer Phase das Abwälzen des Gegenstandes über' die innere formende Fläche jedes Werkzeuges ausgeführt wird, welche ein Segment entweder einer glatten Hotati-onsflache oder ein Segment einer Innenverzahnung bildet, dessen theoretische Drehfläche zusammen mit deren Verlängerung über das Werkzeug (die Backe) die Walzenfläche bildet, die an der Walzendrehflache der.bearbeiteten Verzahnung anliegt, wobei in der nächsten Phase jedes Zyklus der bearbeitete Gegenstand axial um die Länge eines Vorschubes vorgerückt wird, wenn die Berührung mit den Werkzeugen gelöst wird.

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2. Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei, z.B. drei Exzenterbuchsen besitzt (4, 5 und 6), deren innere vialzenführungs flächen Achsen haben, die gegenüber den Achsen der bearbeiteten Gegenstände um die Größe e verlagert sind, wobei diese Größe e die gleiche ist wie der Unterschied zwischen den-.ila-dien beider Urehflachen und zwar des Werkzeuges und des bearbeiteten Gegenstandes, wobei in den Exzenter— büchsen die Arbeitsbacken (2 und 3) angebracht sind, und zwar so_r daß dieselben über die iührungsflachen der zusammenarbeitenden Buchsen (4, 5 oder 6) gleiten oder rollen können, wobei eine synchrone Umdrehung jeder der Backen um die eigene Achse erreicht wird.
3. Vorrichtung insbesondere nach Anspruch 2, dadurch . gekennzeichnet, daß sie mit mindestens zwei Paar sich synchron drehenden Exzenterwellen (9)ausgestattet ist, wobei jedes Paar zum Antrieb der verformenden Backen (2 und 3) dient, die sich parallel über die Kreisbahnen verschieben, deren Durchmesser der gleiche ist, wie der Durchmesserunterschied zwischen den »'alzendrehflachen der Werkzeuge und des bearbeiteten Gegenstände«.

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4·. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Exzenterzapfen jeder ivelle (9) Jeweils, eine Exzenterbuchse (11) drehbar übergeschoben ist, die sich kontinuierlich in die entsprechende Lage dreht und zwar durch die Veränderung der gegenseitigen Lage in axialer Kichtungzu einem zentralen Pfeilzahnrad (l4) und zu den von demselben angetriebenen \ Zahnrädern (10 und 13), von ebnen die Zahnräder (io), welche die Exzenterwellen (9) antreiben, mit der halben Breite des Efeilzahnradkranzes (14-)'. verzahnt sind, während mit der anderen Jaälben Breite dieses Kranzes mit entgegengesetzt geneigten Zähnen Zahnräder (l3) verzahnt sind, dxe die Drehbewegungen auf die Exzenterbuchsen (ll) übertragen.

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