DE1948805A1

DE1948805A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen ringfoermiger Rohteile fuer Zahnkraenze und andere ringfoermige Bauteile

Info

Publication number: DE1948805A1
Application number: DE19691948805
Authority: DE
Inventors: Hadaway Bernard Milton; Lionel Stern
Original assignee: A T Richardson & Sons Propriet
Current assignee: A T Richardson & Sons Propriet
Priority date: 1968-09-26
Filing date: 1969-09-26
Publication date: 1970-06-25
Also published as: FR2018940A1; AU429691B2; JPS5020558B1; AU4391568A; GB1277045A; US3635063A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Kaltpressen bzw. Kaltwalzen von ringförmigen Rohlingen aus Metall, die insbesondere geeignet sind, nach dem Pressen bzw. Walzen zu Zahnkränzen, Kolbenringen und anderen Erzeugnissen verarbeitet zu werden, bei denen der Innendurchmesser oder der Außendurchmesser oder beide Durchmesser mit hoher Maßgenauigkeit eingehalten werden müssen, um den späteren Einbau der Erzeugnisse oder Bauteile zu ermöglichen·

Bis jetzt ist es bei der Herstellung von Zahnkranzrohlingen, die vor dem Abwälzfräsen der Zähne nicht maschinell zu bearbeitet werden brauchen, üblich, jeden einzelnen Ring aus geradem Stangenmaterial von rechteckiger Querschnittsform dadurch zu formen, daß das Stangenmaterial normalerweise mit Hilfe einer Dreiwalzen-Biegemaschine so gebogen wird₉ daß sich der gewünschte Durchmesser ergibt, woraufhin di@ so erzeugte Wendel in eine vorbestimmte Länge aufweisende Stücke zerschnitten wird, und woraufhin dann die stumpf

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aneiander stoßenden Enden jedes Rings miteinander verschweißt werden.

Hierbei ist es erwünscht, jedem Ring seine endgültigen Abmesslangen dadurch zu geben, daß man das Metall bis über seine Fließgrenze hinaus zusammendrückt, während seine Außenflächen abgestützt werden· Bei der Herstellung eines Zahnkranzes geschieht dies in der Weise, daß man dem ringförmigen Rohling oder Ausgangsteil einen Innendurchmesser gibt, der etwas kleiner ist als derjenige des fertigen Erzeugnisses, und daß man die voneinander abgewandten Seitenflächen des Rings einem Kaltpreßvorgang zwischen einander gegenüber liegenden Druckplatten unterzieht, nachdem der Innendurchmesser des Rings durch Hindurchführen eines Kalibrierdorns etwas vergrößert und die Innenfläche gerundet worden ist.

Verwendet man als Ausgangsteil einen Ring von rechteckigem Querschnitt, zeigt es sich in der Praxis, daß sich eine optimale Maßstabilität und Gleichmäßigkeit bei der Anwendung des vorstehend geschilderten bekannten Verfahrens nur erzielen läßt, wenn hierbei mit außergewöhnlich hohen Drücken gearbeitet wird. Bei der Anwendung dieser hohen Drücke besteht die Gefahr einer Beschädigung der Preßwerkzeuge und der Entstehung unerwünschter Grate an dem Rohling dort, wo der Werkstoff in den Raum zwischen der Arbeitsfläche des Doms und den benachbarten kreisrunden Flächen der Druck- oder Preßplatten gepreßt wird.

Wenn in der soeben beschriebenen Weise z.B. ein Zahnkranz aus StangeKmaterial von rechteckigem Querschnitt hergestellt werden soll, füllt der das Ausgangsteil bildende Ring im wesentlichen vollständig die durch drei Seitenflächen abgegrenzte oder einem Kanal ähnelnde Kammer aus, die durch den Kalibrierdorn und di© ©inander zugewandten Preßplatten vor dem Preßvorgang abgegrenzt ist, so daß &®r Ring

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während des Preßvorgangs notwendigerweise zwischen den damit zusammenarbeitenden Flächen der Preßplatten reibungsschlüssig festgehalten wird. Diese Festlegung des ringförmigen Ausgangsteils in einer solchen eine Matrize bildenden Kammer während des Preßvorgangs verringert das Ausmaß, in dem das Material des gesamten Ringquerschnitts fließen und nachgeben und somit bleibend verformt werden kann.

Gemäß der Erfindung soll ein verbessertes Rohteil für die Herstellung eines ringförmigen Bauteils geschaffen werden, das eine solche vorbestimmte Querschnittsform hat, daß bei dem beschriebeneneKaltpreßvorgang, bei dem das Rohteil in eine dreiseitige Kammer eingeschlossen ist, das unerwünschte Hängenbleiben, das bei Rohteilen von rechteckiger Querschnittsform auftritt, vermieden oder wenigstens möglichst weitgehend ausgeschaltet wird. Gemäß der Erfindung wird im wesentlichen der gesamte Querschnitt des ringförmigen Ausgangsteils zusammengedrückt, und die Flmeßgrenze des Werkstoffs wird unter Aufwendung einer minimalen Kraft überschritten, so daß das Erzeugnis die gewünschte Gleichmäßigkeit sowie die gewünschte Stabilität bezüglich des Durchmessers und der Ebenheit aufweist. Ferner sieht die Erfindung ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung zum Herstellen erfindungsgemäßer ringförmiger Rohteile mit Hilfe eines Kaltpreßvorgangs vor.

Genauer gesagt sieht die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von ringförmigen Rohteilen der erwähnten Art aus Metall, d.h. aus Draht oder Stangenmaterial von kreisrundem Querschnitt vor, das Maßnahmen umfaßt, um das Ausgangsmaterial im kalten Zustand so zu pressen, daß sich seine ursprüngliche Querschnittsform verändert und eine im wesentlichen tonnenähnliche Querschnittsförm entsteht, die voneinander abgewandte ebene Flächen und diese miteinander verbindende, konvex gekrümmte Flächen umfaßt, um ferner das Ausgangs-

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■§& asu biegen, «laß maii <gin© rUngälmliohe Öestält halt, und um danach das ringförmige Kohteil von tömieh-ϊ aimiiGMffi QuepöeBnltt einem zweiten Kaltpreßvorgang in einer kreisrunden Kammer zu unterziehen, die im Querschnitt im wesentlichen kanalförmig bzw. rechteckig ist, so daß ein Fließen der Moleküle öder Körner innerhalb des ringförmigen. Söhteils während dieses zweiten Preßvorgähgs erleichtert wird* bis im wesentlichen die gesamte Metallmenge des Eohteils die Fließgrehze überschritten hat und bleibend verforjnt worden isi7| ohne daß das so gepreßte Eohteil die Kammer vollständig ausfüllt»

Weiterhin sieht die Erfindung einö Vorrichtung zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens vor, die zwei einander gegenüber liegende JPreßwalzen umfaßt, ferner eine Vorrichtung zum Antreiben mindestens einer der Preßwalzen, eine Vorrichtung, die das vordere Ende des Drahtmaterials von kreisrundem Querschnitt zwischen die Preßwalzen leitetj sowie eine auf der von dieser Vorrichtung abgewandten Seite der Preßwalzen angeordnete Führungsvorrichtung, mittels deren das von den beiden Preßwalzen abgegebene vordere Ende des flachgedrückten Drahtmaterials automatisch längs einer gekrümmten Bahn von vorbestimmtem Durchmesser geführt wird, wobei außerdem eine Vorrichtung vorgesehen ist, mittels deren der flachgedrückte Draht in Stücke von vorbestimmter Länge zerschnitten wird, aus denen sich ringförmige ßohteile mit den gewünschten Abmessungen herstellen lasseh.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand sehematischer Zeichnungen an Aüsführüngsbeispieleh näher erläutert.

Fig* 1 zeigt perspektivisch ein Stück des ursprünglichen Drahtes öder' Stangenmäterials, das gemäß der Erfindung

verarbeitet wird, und das zunächst eine kreisrunde QuersclffiittsföriB hat*

Fig. 2 zeigt in einem Seilschnitt eine erfindungsgemäße Preßvorrichtung zur Fertigstellung eines erfindungsgemäßen Erzeugnisses, bei der das Material in einer kreisrunden Kammer mit einem kanalformigen Querschnitt gepreßt wird, wobei der Innendurchmesser des fertigen Erzeugnisses eine kritische Abmessung darstellt, während der Außendurchmesser nicht genau eingehalten zu werden braucht.

Fig. 5 ähnelt Fig. 2, zeigt jedoch das Endstadium des Preßvorgangs.

Fig. 4 ähnelt Fig. 2, zeigt jedoch eine abgeänderte ^usführungsfoma, bei der eine kreisrunde Kammer von im wesentlichen rechteckiger Querschnittsform verwendet wird, wobei in diesem Fall sowohl der Innendurchmesser als auch der Außendurchmesser des fertigen Erzeugnisses kritische Abmessungen darstellen.

Fig. 5 ähnelt Fig. 4, zeigt jedoch das Endstadium des Preßvorgangs.

Fig. 6 ähnelt Fig. 2, abgesehen davon, daß Maßnahmen getroffen sind, um den Außendurchmesser des fertigen Erzeugnisses zu kalibrieren, während der Innendurchmesser keine kritische Abmessung darstellt,

Fig. 7 ähnelt Fig. 6, zeigt jedoch eine Anordnung zur Fertigstellung eines Erzeugnisses, bei dem der Innendurchmesser und der Außendurchmesser genau eingehalten werden müssen«

Fig. 8 ist ein Teil einer Stirnansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung und zeigt, auf welche Weise das ursprüngliche Stangenmaterial von kreisrundem Querschnitt abgeflacht wirdj~ so daß sich die gewünschte tonnenähnliche Querschnittsform ^7> woraufhin das Material so gebogen wird, daß es im

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wesentlichen die Form eines Rings erhält.

Pig. 9 zeigt einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 8 in einem senkrechten Schnitt. .

Gemäß der Erfindung wird gedes ringförmige Rohteil aus Draht- oder Stangenmaterial 2 von kreisrunder Querschnittsform hergestellt. Dieses Material wird zunächst auf entgegengesetzten Seiten flachgedrückt, so daß seine Querschnittsform verändert wird und sich ein im wesentlichen tonnen^- ähnlicher Querschnitt 3 ergibt, der auf entgegengesetzten Seiten im wesentlichen ebene und parallele Flächen aufweist, die gemäß Fig. 2 und 4 durch konvexe Flächen auf den beiden anderen voneinander abgewandten Seiten miteinander verbunden sind.

Nach dieser Vorbehandlung wird das Material in Stücke mit einer vorbestimmten Länge zerschnitten, nachdem es so gewickelt bzw. gekrümmt worden ist, daß man die einander gegenüber liegenden Enden miteinander verschweißen kann» Wie üblich, ist der Innendurchmesser des so hergestellten ringförmigen Ausgangsteils etwas kleiner als derjenige des fertigen Erzeugnisses, wenn z.B. ein Zahnkranz oder dergleichen hergestellt werden soll, bei dem genau der richtige Innen« durchmesser aufrechterhalten werden muß.

Wenn dieses erfindungsgemäße ringförmige Rohteil einem Kaltpreßvorgang in einer kreisrunden, durch drei Wände abgegrenzten Matrizenkammer M- der erwähnten Art ausgesetzt wird, die gemäß Fig. 2 und 3 durch zwei einander gegenüber liegende Platten 6 und 7 sowie einen Ealibrierdorn 8 abgegrenzt ist, ermöglicht esckr tonnenähnliche Querschnitt 3 des Rings, daß das Metall in der gewünschten Weise an den vier Kanten des Rings oder in deren Nähe flieBt, ohne daß die Kammer vom Werkstoff vollständig ausgefüllt wird. AnBerdem wird während dieses Preßvorgangs im wesentlichen der gesamte

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Werkstoff innerhalb dös idjigquersclinitts bis ubör die Fließ* grenze hinaus beansprucht und bleibend verformt, bevor irgendwelche unerwünschten, auf Reibung zurückzuführenden Haltekräfte auf den Sing wirken können, so daß man einen sehr genau hergestellten und stabilen Ring von vorbestiimnter Dicke erhält* Bei einem !Zahnkranz muß der vorgeschriebene Innendurchmesser möglichst genau eingehalten werden; zwar hat die von der Innenfläche abgewandte Außenfläche 9 des Rings eine etwas konvexe "Form, doch besteht hierin kein Nachteil, denn die Zähne des Zahnkranzes werden erst nachträglich an diesem ^eil des Rings ausgebildet»

In manchen Fällen ist es jedoch erforderlich, den Außendurchmesser mit der gleichen Genauigkeit einzuhalten wie den Innendurchmesser des Rings. D§ese Förderung führt jedoch zu keinerlei Schwierigkeiten, und sie kann leicht dadurch erfüllt werden, daß man eine der Platten, z.B. gemäß Fig. 4 die Platte 7&» mit einer rechtwinkligen Schulter versieht, so daß man eine geschlossene Preßkammer 12 von rechteckigem Querschnitt erhalt, wenn die Platten und der Dorn ihre in Fig. 5 gezeigte Betriebsstellung einnehmen» In diesem Fall wird das erwünschte Fließen des Metalls an den Kantenabschnitten des ringförmigen Rohteils ebenso wie die gewünschte Kalibrierung des Innendurchmessers und des Außendurchmessers des Rings erzielt, ohne daß übermäßig hohe Drücke aufgebracht zu werden brauchen, und ohne daß an dem fertigen Erzeugnis unerwünschte Gräte oder dergleichen entstehen.

Es sei bemerkt, daß sich die Erfindung nicht auf die Herstellung von Rohlingen für Zahnkränze beschränkt, sondern daß man das gleiche Verfahren auch bei der Herstellung ringförmiger Röhteile für die verschiedensten änderen Zwecke anwenden kann. Beispielsweise ist es mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens möglich^ geteilte Kolbenringe aus einem

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ursprünglich, einen kreisrunden Querschnitt aufweisenden Drahtmaterial 2 herzustellen.

Im letzteren Fall kommt dem Außendurchmesser des KoI-benfcings natürlich eine kritische Bedeutung zu, und im Hinblick hierauf kann man den Hing dadurch kalibrieren, daß man einen Kalibrierring 13 über das geteilte ringförmige Ausgangsteil schiebt, woraufhin das Material in der in Pig. 6 gezeigten Weise zwischen einander gegenüber liegenden Platten 6 und 7 oder mit Hilfe anderer geeigneter Druckglieder gepreßt wird. Der Innendurchmesser des Kolbenrings braucht nicht von kritischer Bedeutung zu sein, und bei Wk einem Kolbenring ist es natürlich nicht erforderlich, die ^k- einander gegenüber liegenden Enden des Bings zu verschweißen.

Gegebenenfalls kann man die Preßvorrichtung so abändern, daß man ein fertiges. Erzeugnis der in Fig. 5 gezeigten Art erhält, bei dem sowohl der Innendurchmesser als auch der Außendurchmesser genau das vorgeschriebene Maß hat. Eine solche abgeänderte Preßvorrichtung ist in Fig. 7 dargestellt, wo zu erkennen ist, daß eine der Preßplatten 6 und 7 mit einer eine Stufe bildenden Schulter 11a versehen ist, so daß eine kreisrunde Preßkammer von rechteckiger Querschnittsform vorhanden ist.

" Weiterhin sieht die Erfindung eine einfache und mit

geringen Kosten herstellbare Vorrichtung zur Erzeugung erfindungsgemäßer ringförmiger Eohteile vor. Gemäß Fig. 8 und 9 umfaßt die Vorrichtung zwei einander gegenüber liegende Preßwalzen 14- und 16, eine Vorrichtung zum Antreiben mindestens einer der beiden Preßwalzen sowie eine Vorrichtung, die es ermöglicht, den Abstand zwischen den Preßwalzen den Jeweiligen Erfordernissen entsprechend zu verändern·

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Ferner umfaßt die Vorrichtung eine nickt dargestellte frommel oder eine andere Unterstützung fir einen Bund aus kreisrundem Draht 2, aus dem riHgfönoige Bohteile geformt werden sollen, sowie eine Vorrichtung, die das vordere Ende des Drahtes zwiscJien die beiden freSwalzen 14 und 16 führt. Me eine Preßwalze hat vorzugsweise einen größeren Durchmesser als die andere Preßwalze, um das anfängliche Einfuhren des Drahtes in den Spalt zwischen den Walzen zu erleichtern·

Biese Vorrichtung zum Führen des Drahtes kann ein vor den Preßwalzen angeordnetes Führungsrohr (15) und/oder zwei Zuführungswalzen umfassen, welche an ihrem Umfang mit einander zugewandten Hüten zum Aufnehmen des Drahtes versehen sind· Diese beiden Zuführungswalzen sind vorzugsweise auf einer Unterstützung gelagert, die quer zur Achse des Drahtes und bei Betrachtung der Torrichtung von einer Seite aus im wesentlichen im rechten Winkel zu den parallelen Achsen der Preßwalzen 14 und 16 bewegbar ist·

Diese Bewegbarkeit äev Unterstützung der Zuführungswalzen in den beiden erwähnten Richtungen ermöglicht es, den Winkel zu variieren, unter dem der Draht zwischen die Preßwalzen 14 und 16 geführt wird, und man kann die Unterstützung verstellen, um zu bestimmen, ob die Breite, der z.B· auf der Innenseite des ringförmigen Bohteils erzeugten ebenen Fläche gleich der Breite der auf der Außenseite erzeugten ebenen Fläche oder entsprechend den jeweiligen Erfordernissen größer oder kleiner als die Breite der äußeren ebenen Fläche werden soll·

Der bis jetzt beschriebenen Vorrichtung ist eine Führungsvorrichtung zugeordnet, die dazu dient, das vordere Ende des aus dem Spalt zwischen den Preßwalzen 14 und 16 austretenden Drahtes automatisch längs einer gekrümmten Bahn von vorbestimmten Durchmesser zu führen· Diese Führungsvor-

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feami aims eimer drehbaren, lolle HY Iseslfcslsran^ iie

einem MeisereE Ihixelssessieir lisa; als au© !beiden. EreBwalssem, und "die -»μ·γ der ¥©b. de» ^«Trinnn^gsnngiSara» II5 afege— wandten Seite der EreBwalzen. angeoaMliist jüst» Mbese Miiirungsrolle lsi; ferner¹ \ror2a1gswelse ilmcdtt eise Isare HaXtenmg ^citterstützt, so daß man. ilxse Befe gegenüber deai. Spalt zwiseÄen den JPze&malxem. -wariJeireaoi und so dE.en DiaXcliBessei? -des

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Wahrend des HiiMtapciilaiif ens des BEabftes ^Iseäsem den "beiden SrackwaLzen 14- und 16, dorck &®b <öscr Scak-fe «mi·?' zwei voneiander abgewaodtea Seiten flacligediröcfcfc «üd, letärid; die Zxisammeiidräcksmg, der der Draiit ansgesetszt isfe_s äaS das ~ MetaXX ·ΐ·ρ eineSL solchen Ausmaß naeligxlsife_a dafi ein. ©siiz!' genaues Biegen oder Wickeln des Drahtes B^lich ist, ofaae öaß das Material auf -iiaerwünsciite Weise zupäckfeäeiPt. Ss sei. bemerkt, daß mit dem Biegen bzw. Wickeln des Brak-fees im dem nachgebenden. Metali im Bereich, des Spaltes asirisclieii. den. Preßwalzen begonnen wird, und daß dieser FosrgsBg äaänrch geregelt wird, daß die drehbare ^hamgß3xiM.e Tf eier der Führungsschuh 18 in der gewünschtem BetrieTbssfeelliii^ angeordnet ist.

Jede der beiden Preßwalzen kaum auf einer VeUe angeordnet sein, die vorzugsweise nur an£ eimer Seite im einem oder mehreren !Lagern 19 gelagert ist, so daß wem. öle ringförmigen Sohteile der Vorrichtung leicht eiateelMem kann· Die Ereßwalse 16, die auf der Innesiseit« ä«s entstellenden ringförmigen ßohteils angeordnet ist₄ liat voraaigaeeise einen kleineren Barchmesser als die mit
äußere Preßwaise 14, die mit einer

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verbunden sein, kann, während die innere Preßwalze nicht angetrieben wird·

Weiterhin ist eine Vorrichtung vorgesehen, mittels deren der flachgedrückte Draht in Stücke von vorbestimmter Länge zerschnitten werden kann, so daß man ringförmige Rohteile mit den gewünschten Abmessungen erhält. Diese Schneidvorrichtung kann ein schwenkbares Messer 21 oder dergleichen von beliebiger geeigneter Form sowie eine Vorrichtung umfassen, mittels deren das Messer automatisch betätigt wird, nachdem ein Drahtabschnitt von vorbestimmter Länge zwischen den Preßwalzen hindurchgelaufen ist. Zu diesem Zweck kann eine geeignete Betätigungsvorrichtung 22 zwischen dem schwenkbaren Messer und der Vorrichtung 23 zum Antreiben der Preßwalzen vorgesehen sein·

Es sei bemerkt* daß sich die Erfindung nicht auf die Herstellung kreisrunder Ringe der beschriebenen Art beschränkt, sondern daß sie sich auch leicht anwenden läßt, um nicht kreisrunde Ringe, z.B» mit Hilfe von Hocken geformte Kolbenringe herzustellen, wenn man die Vorrichtung mit PreßwerkEettgea *_.. geeigneter Form versiegt*

Patentansprüche;

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Claims

1A-36 844 - PATENTANSPRÜCHE

M.) Kaltformverfahren zum Herstellen ringförmiger Rohlinge aus Metall,, insbesondere für die Weiterverarbeitung zu Zahnkränzen, Kolbenringen oder dergleichen, bei dem draht- oder stangenförmiger Werkstoff gerollt, abgelängt, nötigenfalls zu einem geschlossenen Ring verschweisst und dann zwischen zwei axial zueinander hin beweglichen Gesenken bei durch einen Kalibrierdorn und/oder eine Kalibrierhülse festgelegtem Innen- und/oder Aussendurchmesser über seine Fliessgrenze hinaus belastet wird und dabei seine endgültige Form erhält, dadurch gekennzeichnet , dass von im Querschnitt kreisrundem Werkstoff (2) ausgegangen wird und der Werkstoff vor oder während dem Rollen derart gepresst wird, dass er eine tonnenähnliche Querschnittsform mit zwei im wesentlichen ebenen und zur Achse des entstehenden Rings parallelen Umfangsflachen und konvex gewölbten Stirnflächen annimmt.

2· Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei einander gegenüber angeordnete Presswalzen (14, 16) mit einer Vorrichtung (2¹J) zum Antreiben mindestens einer der Presswalzen, eine Vorrichtung (15) zum Einführen des vorderen Endes des Draht- oder Stangenmaterials (2) von kreisrunder Querschnittsform in den Spalt zwischen den Presswalzen sowie eine · Führungsvorrichtung (17; 18), die auf der von der Einführvorrichtung abgewandten Seiten der Presswalzen so angeordnet ist, dass sie das aus dem Spalt zwischen den Presswalzen austretende Ende des flachgedrückten Draht- oder Stangenmaterials längs einer gekrümmten Bahn von vorbestimmtem Durchmesser führt, und eine Vorrichtung (21, 22) zum Zuschneiden des flachgedrückten Werkstoffs in zur Herstellung eines ringförmigen Rohteils mit.den gewünschten Abmessungen geeignete Stücke von vorbestimmte

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3· Vorrichtung nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Schneidevorrichtung ein hin-
und herbewegbares Schermesser (21) und eine Vorrichtung (22) umfasst, die das Schermesser automatisch betätigt, sobald ein Werkstoffabschnitt von vorbestimmter Lange die Presswalzen (14, 16) passiert hat. . .

4· Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch g e k e η η -zeichnet , dass .das Schermesser (21)" mit der Vor-' richtung (23) zum Antreiben der Presswalzen (14, 16) durch ein Gelenkgestänge (22) oder eine andere Antriebsverbindung verbunden ist.

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L e e r s e i t e