DE19523690A1

DE19523690A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von außenprofilierten Werkstücken

Info

Publication number: DE19523690A1
Application number: DE1995123690
Authority: DE
Inventors: Harald Justus; Peter Dr Ing Kassner; Dietrich Dipl Ing Mueller
Original assignee: Fried Krupp AG Hoesch Krupp
Current assignee: Plettac Umformtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 1995-07-05
Filing date: 1995-07-05
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2015-07-06
Also published as: DE19523690C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Her stellen von Werkstücken mit einer profilierten Außenkontur, vor zugsweise außenverzahnten Zahnrädern nach dem Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1.

Außenprofilierte Werkstücke, insbesondere Zahnräder sind Massenar tikel, die jedoch aufgrund ihrer Genauigkeit und komplizierten Form einer aufwendigen Herstellung bedürfen. Zur Herstellung derartiger Werkstücke bietet sich das spanlose Umformen, speziell das Gesenk schmieden an. Dadurch kann die Endform speziell eines Zahnrades bereits so gut hergestellt werden, daß es nur noch einer geringen Nachbearbeitung bedarf.

Die DE 28 48 091 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Zahnrädern entsprechend dem Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1. Nachteilig bei diesem Herstellungsverfahren kön nen nur Zahnräder mit einer geringen Höhe hergestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorbekannte Herstel lungsverfahren derartig zu verbessern und eine geeignete Vorrich tung hierfür zu finden, daß auch Zahnräder mit größerer Höhe her gestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk male des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 beschrieben. Die Lösung für eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ent spricht den Merkmalen des Patentanspruchs 6. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den Ansprüchen 7 bis 12 be schrieben.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere da rin, daß die erforderliche Ausstoßerkraft wesentlich reduziert bzw. bei gleicher Ausstoßerkraft höhere Werkstücke hergestellt werden können. Dieses wirkt sich insbesondere vorteilhaft aus bei Werk stücken mit einer wendelförmigen Außenkontur, wie schräg verzahnten Ritzeln. Durch die Einbringung einer oberen und/oder unteren zen tralen Vertiefung bzw. das Anbringen geeigneter Nebenformelemente entsprechend Anspruch 4 wird eine gute Materialausnutzung für er findungsgemäße Werkstücke mit einer Innenbohrung erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 die Fertigungsstadien des Werkstückes und

Fig. 2 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Gesenk.

Im Ausführungsbeispiel wird die Herstellung eines geradverzahnten Zahnradrohlings mit Außenverzahnung gezeigt. Fig. 1 zeigt drei Sta dien der Herstellung dieses Zahnradrohlings. Der zylindrische Roh ling 1, der gewichtsgenau vom Vormaterial abgetrennt ist, wird in das Gesenk eingebracht. Nach dem eigentlichen Umformvorgang im Schmiedegesenk liegt eine Zwischenform 2 vor. Diese Zwischenform 2 ist mit einer oberen zentralen Vertiefung 3 und einer unteren zen tralen Vertiefung 4 ausgebildet. Die profilierte Außenumfangsflä che, im Ausführungsbeispiel die Verzahnung 5, ist unten leicht konisch nach außen ausgebildet. Nach der durch das Ausstoßen er folgten Kalibrierung, wobei die Matrize offengehalten wird, ist das Fertigteil 6 hergestellt. Dieses Fertigteil 6 (im Ausfüh rungsbeispiel ein Zahnradrohling mit großer Höhe) besitzt eine Ver zahnungsgenauigkeit, die für normale Einsatzfälle nicht nachbear beitet werden muß. Ebenfalls müssen die Stirnflächen 7 dieses Zahn radrohlings nicht nachbearbeitet werden, so daß lediglich noch die Bohrung eingebracht werden muß. Nur für höchstgenaue Verzahnungen oder beispielsweise ballige Verzahnungen muß eine mechanische Nach bearbeitung erfolgen, die sich jedoch auf geringste Spanabnahmen begrenzt. Lediglich die Innenbohrung muß noch spanabhebend herge stellt werden. Vorteilhaft können Werkstücke nach dem erfindungs gemäßen Verfahren direkt aus der Schmiedewärme gehärtet oder ver gütet werden.

In Fig. 2 ist ein Schmiedegesenk zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Auf einem Pressentisch 8 ist die Matrize 9 durch nicht dargestellte Spannmittel aufge spannt. Die Innenkontur 10 der Matrize 9 erweitert sich in der vom oberen Preßstempel 11 abgewandten Richtung beidseitig um einen Winkel α. Die Erweiterung der Innenkontur 10 der Matrize 9 ist begrenzt auf die Werkstückfüllhöhe 12. Oberhalb dieses Bereichs, also in dem Bereich der Matrize 9, in die der obere Preßstempel 11 während der Umformung einfährt, ist die Matrizeninnenkontur 10 mit gleichbleibendem Querschnitt ausgebildet.

Der obere Preßstempel 11 besitzt, zumindest im Eintauchbereich, vorteilhaft auch eine Außenkontur 13 entsprechend der Innenkontur 10 der Matrize 9. Es ist jedoch auch möglich, den oberen Preß stempel 11 konturlos auszubilden, entweder bei einfachen, dem oberen Preßstempel 11 rund mit einem Durchmesser entsprechend dem Zahnfußdurchmesser des Zahnrades, oder bei auf die Matrize 9 auf setzendem oberen Preßstempel 11 diese verschließend. Darüber hinaus ist der obere Preßstempel 11 mit einem zentralen Vorsprung 14 aus gebildet, der zur Formung der oberen zentralen Vertiefung 3 dient.

Der Ausstoßer 15 ist mit einer Ausstoßerplatte 16 ausgebildet, die ihrerseits, wie der Preßstempel, einen Vorsprung 17 zur Formung der unteren Vertiefung 4 aufweist. Darüber hinaus weist die Ausstoßer platte 16 ebenfalls eine entsprechende Außenkontur 18 auf, um beim Ausstoßen das Werkstück entsprechend führen zu können. Dieses ist insbesondere dann erforderlich, wenn das Werkstück (beispielsweise ein Zahnrad mit Schrägverzahnung) drehend aus der Matrize 9 ausge schoben werden soll, ohne daß für die Verdrehung ein Drehantrieb am Ausstoßer 15 vorgesehen ist. Alternativ dazu ist auch ein unterer Preßstempel einsetzbar.

Um die Druckberührzeit zu reduzieren und um die erforderlichen Aus stoßkräfte zu reduzieren, wird nach der Erfindung vorgeschlagen, eine elastische Matrize einzusetzen. Bei einer derartigen Matrize werden durch mechanische, hydraulische oder elektrische Maßnahmen die während des eigentlichen Umformvorganges im elastischen Werk stoffbereich der Matrize auftretenden Aufweitungen bis zur Beendung des Ausstoßvorganges fixiert, so daß in jedem Fall die Matrize nach dem Umformen während des Ausstoßens einen größeren Durchmesser hat als vor dem Umformvorgang. Eine diesbezügliche Matrize ist im Aus führungsbeispiel nicht beschrieben, wird jedoch durch die Pfeile 19 schematisch dargestellt. Die beschriebene Matrize ändert somit bei jedem Pressenhub einmal ihren Querschnitt.

Die vorbeschriebene Aufweitung der Matrize kann durch die Anordnung einer sie umgebenden verstellbaren Bandage einstellbar begrenzt werden.

Bezugszeichenliste

1. Rohling
2. Zwischenform
3. Vertiefung
4. Vertiefung
5. Verzahnung
6. Fertigteil
7. Stirnfläche
8. Pressentisch
9. Matrize
10. Innenkontur
11. Preßstempel
12. Werkstückfüllhöhe
13. Außenkontur
14. Vorsprung
15. Ausstoßer
16. Ausstoßerplatte
17. Vorsprung
18. Außenkontur
19. Pfeil
α. Winkel

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Werkstücken mit einer profilier ten Außenkontur, vorzugsweise außenverzahnten Zahnrädern durch Warm- oder Halbwarmumformen in einem geschlossenen Gesenk mit einer innenprofilierten Matrize (9) und einem nicht- oder außenprofilier ten Preßstempel (11), wobei ein vorzugsweise zylindrischer Rohling (1) in die Matrize (3) eingeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Matrize (9) verwendet wird, die bei jedem Pressenhub im durch die Pressenkraft hervorgerufenen Zustand der Aufweitung bis nach dem Ausstoßen des Werkstückes offengehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung von Werkstücken mit wendelförmiger Außen kontur, vorzugsweise schräg verzahnten Ritzeln, das Auspressen dre hend erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Innenkontur (19) der Matrize (9) über die Werkstück füllhöhe (12) vom oberen Preßstempel (11) abgewandt erweitert und das Werkstück beim Auspressen durch die engere Öffnung profiliert wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Formens obere und/oder untere zentrale Vertiefungen (3, 4) oder Nebenformelemente in das Werkstück ein- oder angebracht werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke direkt aus der Schmiedewärme gehärtet oder ver gütet werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, vorzugsweise geschlossenes Gesenk mit einer innenprofilierten Matrize (9), dadurch gekennzeichnet, daß der obere Preßstempel (11) und/oder der Ausstoßer (15) bzw. der untere Preßstempel eine gleichartige Profilierung aufweist wie die Matrize (9) und beim Preßvorgang in den oberen und/oder unteren Bereich der Matrize (9) einfährt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Matrize vom oberen Preßstempel (11) abgewandt über die Werkstückfüllhöhe (12) erweitert und oberhalb dieses Bereiches mit gleichbleibendem Querschnitt ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität der Innenkontur (10) pro Seite maximal 2 Grad beträgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität der Innenkontur (10) pro Seite maximal 20 Minuten beträgt.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausstoßer (15) bzw. der untere Preßstempel drehgelagert ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausstoßer (15) bzw. der untere Preßstempel mit einem außen profilierten, vorzugsweise sechskantigen, in die Werkstückfüllhöhe (12) der Matrize (9) ragenden Vorsprung (17) ausgebildet und mit einem Drehantrieb versehen ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitung der Matrize (9) durch eine umliegende verstellbare Bandage einstellbar begrenzt wird.