DE19713440A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Werkstücks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Werkstücks mit einer Innenverzahnung auf eine Drückwalzmaschine, bei dem ein Werkstück zwischen einem Reitstock und einem Werkzeugfutter mit einer Außen­ verzahnung eingespannt wird, das Werkstück in Rotation ver­ setzt wird und dabei mittels Drückrolle in Richtung auf das Werkzeugfutter umgeformt wird.

Die Erfindung betrifft weiter eine Drückwalzmaschine mit mindestens einer Drückrolle, einem Werkzeugfutter mit einer Außenverzahnung, einem Reitstock, der zum Spannen eines Werkstücks gegen das Werkzeugfutter axial verfahrbar ist, und einem Antrieb, um das Werkzeugfutter und den Reitstock zusammen mit dem Werkstück in Rotation zu versetzen.

Bei bekannten Verfahren zum Drückwalzen von innenverzahnten Körpern wird eine Wandung eines Ausgangswerkstücks mittels Drückrolle auf ein außenverzahntes Werkzeugfutter aufge­ drückt, wobei der Werkstoff in die Zahnnuten des Futters gepreßt wird. Bei diesem bekannten Herstellungsverfahren ist die Standzeit des Werkzeugs begrenzt. Insbesondere kann am Werkzeugfutter Zahnbruch auftreten. Als ein Grund hier­ für können folgende Ursachen angesehen werden.

Während des Umformvorganges wird Material durch die Umform­ rolle gegen die Außenverzahnung auf die Zahnflanken ge­ drückt, die der Walzrichtung der Umformrolle entgegenge­ richtet sind. Die andere Zahnflanke des jeweiligen Zahnes hingegen wird erst vom eindringenden Material kontaktiert, wenn das Material von der gegenüberliegenden Zahnflanke durch den Zahngrund aufsteigend die Zahnlücke füllt. Dabei muß das Material gegen die Walzrichtung fließen. Dieser Ma­ terialfluß kann nur deshalb zustande kommen, weil die eine Zahnflanke und der Zahngrund dem Druck des eindringenden Materials standhalten.

Zudem treten durch die Wirkung der Umformrollen an den Zahnköpfen bei jedem Umlaufschlagartige Schubbelastungen in und gegen die Umfangsrichtung auf, so daß jeder Zahn eine Biegewechselbelastung erfährt.

Durch den Umdrehungsvorschub wird das Material wendelförmig verdrängt. Der sich ergebende Steigungswinkel aus der geo­ metrischen Abhängigkeit ist vernachlässigbar gering. Durch das bei der Materialverdrängung wirkende dreidimensionale Spannungsverhältnis kommt ein Steigungswinkel der Wendel zustande, der nur durch Versuche ermittelt werden kann. Auch hierbei entsteht eine weitere Belastung für den Zahn im Werkzeugfutter.

Da das Material nur intermittierend in die Zahnlücke fließt, wird bei jeder Umdrehung der Übergang von Haft- zur Gleit­ reibung wirksam. Dies führt zu einer weiteren Wechselbela­ stung an der Zahnflanke.

Die Überlagerung der oben genannte Belastungen hat eine Zahnbeanspruchung zur Folge, die häufig zu Zahnbruch führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Herstellung von Innenverzahnungen auf Drückwalzmaschinen ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen eine hohe Prozeßsicherheit erreicht wird, und bei denen insbesondere die Gefahr eines Zahnbruchs gering ist.

Die Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vor­ gesehen, daß von Seiten des Reitstocks her ein Ziehring über das Werkstück geschoben wird, durch welchen der Außen­ durchmesser des Werkstücks verringert und in die Außenver­ zahnung des Werkzeugfutters eingeformt wird, und daß in derselben Einspannung mindestens eine weitere Umformung des Werkstücks mittels Drückrolle durchgeführt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine einseitige Belastung und ein Materialfluß quer zur Zahnlängsrichtung weitgehend vermieden. Vielmehr wird das Material durch den Ziehring in Zahnlängsrichtung eingebracht, so daß eine er­ wünschte symmetrische Zahnbelastung entsteht. Die Fließ­ richtung unterliegt keinen wechselnden Querschnittsverän­ derungen, so daß Wechselbelastungen vorgebeugt ist. Durch den Einsatz des Ziehrings entfällt die Biegewechselbela­ stung der Zahnköpfe, wobei auch keine Belastung durch eine wendelförmige Verdrängung auftritt. Die kontinuierliche Ziehbewegung sorgt auch für eine gleichmäßige Gleitrei­ bungsbeanspruchung. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist daher die Gefahr eines Zahnbruchs am Werkzeugfutter deutlich verringert.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß als ein Ausgangswerkstück eine Blechronde verwendet wird, welche vor dem Ziehvorgang mittels Drückrolle auf das Werkzeugfut­ ter umgelegt wird. Es entsteht dabei ein Topf, dessen In­ nendurchmesser den Außendurchmesser des verzahnten Werk­ zeugfutters tuschiert. Hierdurch wird in einer Aufspannung die Herstellung eines hülsenförmigen Getriebeteiles aus einer Blechronde ermöglicht.

Um den Ziehring mit einer geringen Anfangsbelastung über das Werkstück ziehen zu können, ist es erfindungsgemäß vor­ gesehen, daß vor dem Ziehvorgang das Werkstück in einem an den Reitstock angrenzenden Bereich auf das Werkzeugfutter aufgedrückt wird. Insbesondere wird der angrenzende Bereich mit einer, beispielsweise in einem spitzen Winkel zur Längsachse stehenden Umformrolle angewalzt.

Ein guter Materialfluß in radialer Richtung zur Ausfüllung der Zahnnuten wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß beim Ziehvorgang an der Außenseite des Werkstücks Nuten eingeformt werden, welche den Zähnen der auszubildenden Innenverzahnung jeweils radial gegenüberliegen. Zu diesem Zweck sind an der Innenseite des Ziehrings entsprechende Nasen oder Vorsprünge angeordnet, welche sich beim Zieh­ vorgang in die Außenseite des Werkstücks eindrücken.

Zur Verdichtung und Glättung der Außenseite des abgestreck­ ten Werkstücks ist es vorteilhaft, daß nach dem Ziehvorgang mittels Drückrolle die Außenseite des Werkstücks bearbeitet wird. Dieses sogenannte Nachwalzen kann mit einer Drückrol­ le ausgeführt werden, so daß eine ziehende Materialver­ drängung bei gegebener, beidseitiger Zahnausfüllung sicher­ gestellt ist. Das Bearbeiten mittels Drückrollen kann auch zur Kalibrierung des Werkstücks dienen.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform des Verfah­ rens besteht darin, daß der Ziehring zur Formung einer In­ nenschrägverzahnung während des Ziehvorgangs relativ zum Werkstück gedreht wird. Weist der Ziehring die vorstehend genannten Nasen oder Vorsprünge an seiner Innenseite auf, so können diese der Schrägverzahnung am Werkzeugfutter während des Ziehvorganges folgen.

Die Aufgabe wird weiter durch eine Drückwalzmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Es ist erfindungsge­ gemäß, daß ein Ziehring vorgesehen ist, dessen Innendurch­ messer dem Außendurchmesser des auszubildenden Werkstücks entspricht, und daß das Werkzeugfutter gemeinsam mit dem Reitstock relativ zum Ziehring axial verfahrbar ist, so daß der Ziehring über das Werkstück geschoben wird und die­ ses dabei umformt. Mit dieser Vorrichtung kann das zuvor erwähnte Verfahren ausgeführt und dessen Vorteile erreicht werden.

Es ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, daß der Ziehring auf der Seite des Reitstocks angeordnet ist. So kann der Ziehring relativ problemlos über ein topfför­ miges Werkstück geschoben werden.

Für ein gutes Einpressen des Materiales in die Zahnlücken ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Ziehring an seiner Innenseite radiale Vorsprünge aufweist. Die Vor­ sprünge sind als radienförmige Profile gegenüber dem Zahn­ profil ausgebildet, so daß das Material entsprechend der größten Umformung gezielt belastet werden kann.

Die erfindungsgemäße Drückwalzmaschine ist dadurch weiter­ gebildet, daß der Ziehring relativ zum Reitstock drehbar gelagert ist. Bei der Ausformung einer Schrägverzahnung kann so der Ziehring den sich bildenden Nuten drehend fol­ gen. Der Ziehring kann dabei im Bereich der Verzahnung ku­ gelförmig ausgebildet sein.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß eine Druckzylindereinrichtung zur Erzeugung einer Axi­ albewegung zwischen dem Ziehring und dem Reitstock vorgese­ hen ist.

Die Erfindung wird weiter beispielhaft anhand von bevorzug­ ten Ausführungsformen erläutert, welche in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen Ausschnitt einer ersten erfindungsgemäßen Drückwalzmaschine in Querschnittsansicht;

Fig. 2 einen Ausschnitt einer zweiten erfindungsgemäßen Drückwalzmaschine in Querschnittsansicht;

Fig. 3 eine vergrößerte Vorderansicht eines Ziehrings mit verzahntem Werkstück zu der Drückwalzmaschine von Fig. 1;

Fig. 4 eine vergrößerte Vorderansicht des Ziehrings mit verzahntem Werkstück gemäß der Drückwalzmaschine von Fig. 2; und

Fig. 5 bis 8 Bearbeitungsschritte zur Herstellung eines topf­ förmigen Werkstücks aus einer Blechronde in Teil­ querschnittsansicht.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt einer ersten erfindungsgemäßen Drückwalzmaschine gezeigt, welche ein Werkzeugfutter 11 mit einer Außenverzahnung 12 aufweist. Ein im wesentlichen topfförmiges Werkstück 10 ist zwischen dem Werkzeugfutter 11 und einem Reitstock 20 eingespannt. Das Werkstück 10 wurde zuvor mit den Drückrollen 13, 14, deren Rollenachsen in einem bestimmten Winkel zu einer Rotationsachse 15 der Drückwalzmaschine angeordnet sind, aus einer Blechronde zu der dargestellten Topfform umgeformt.

Der Reitstock 20 umfaßt einen zylindrischen Schaft 22, an dessen einem Ende ein Adapter 21 lösbar befestigt ist. Der Adapter 21 dient zur Anpassung an veränderte Werkstückfor­ men. Auf der anderen Seite des Schaftes 22 ist ein Kolben 23 vorgesehen, welcher in einem Zylindergehäuse 24 ver­ schiebbar und drehbar gelagert ist. In das Zylindergehäuse 24 kann ein Druckfluid eingeleitet werden, um eine Axial­ verschiebung des Reitstocks 20 zu erzeugen. Das Zylinder­ gehäuse 24 ist auf seiner einen Seite drehfest mit einer Lagerspindel 26 verbunden. Auf der anderen Seite ist das Zylindergehäuse 24 mit einem Zylinderdeckel 27 verschlos­ sen. Dichtungen 25 am Kolben 23 und am Zylinderdeckel 27 wirken einer Leckage des Druckfluids entgegen.

Werkstückseitig ist am Zylinderdeckel 27 eine Adapterplatte 28 lösbar befestigt, an der wiederum ein Ziehring 30 mit­ tels Schraubverbindung angebracht ist. Der hülsenförmige Ziehring 30 weist an seiner dem Werkstück 10 zugewandten Seite eine Einziehschräge 31 auf, um die Anfangsbelastung beim Ziehvorgang zu reduzieren. Zu diesem Zweck kann mit den Drückrollen 13, 14 das Werkstück 10 in seinem an den Reitstock 20 angrenzenden Bereich an das Werkzeugfutter 11 angeformt werden. Entsprechend ist die Außenverzahnung 12 zum freien Ende hin angefast.

Zur Verfahrensdurchführung werden zunächst die Spindeln des Reitstocks 20 und des Werkzeugfutters 11 in eine definierte Umfangsposition ausgerichtet. Das Werkstück 10 wird an­ schließend zwischen das Werkzeugfutter 11 und den Reitstock 20 gespannt und mit den Drückrollen 13, 14 zu einem Topf umgeformt, dessen Innendurchmesser den Außendurchmesser des Werkzeugfutters tuschiert. Als nächster Arbeitsschritt wird der Außendurchmesser des Werkstücks auf einer relativ kur­ zen Länge, von beispielsweise 5 Millimetern auf den In­ nendurchmesser des Ziehrings 30 angeformt. Die Zähne des Werkzeugfutters 11 haben dann stirnseitig Kontakt mit dem Werkstück 11. Darauf werden der Reitstock 20 und die Haupt­ spindel mit dem Werkzeugfutter 11 gleichzeitig in Richtung auf den Ziehring 30 verfahren. Die Spindel des Reitstockes 20 wird dabei zur Drehung freigeschaltet. Zudem wird durch einen nicht dargestellten Kanal Schmieröl durch den Zieh­ ring 30 gespült.

Das Werkstück 11 taucht in den Ziehring 30 ein, wobei das Material in die Zahnlücken der Außenverzahnung 12 ein­ dringt. Gleichzeitig findet ein dosierter Schmierölfluß zwischen dem Ziehring 30 und dem Werkstück 11 statt. In der Endlage des Werkstücks 11 in dem Ziehring 30, der eine glatte Innenfläche 32 aufweist, stößt der ausfahrende zy­ lindrische Schaft 22 das Werkstück 11 aus dem Ziehring 30 gegen das Werkzeugfutter 11. Mit dem Abstreifen des Werk­ stücks 10 vom Werkzeugfutter 11 ist der Prozeß beendet.

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Drückwalzmaschine dar­ gestellt, welche von der in Fig. 1 dargestellten Vorrich­ tung bezüglich des Ziehrings abgeändert. Bei dieser Drück­ walzmaschine wird ein Ziehring 40 verwendet, an dessen In­ nenfläche 42 am Auslauf einer Einziehschräge 41 radial pro­ filierte Vorsprünge 43 vorgesehen sind.

Der Unterschied der Ziehringausbildung ist aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich. Während bei dem Ziehring 30 gemäß Fig. 3 die Innenfläche 32 glatt ausgebildet ist, sind bei dem Ziehring 40 gemäß Fig. 4 kalottenförmige Vorsprünge 43 vor­ gesehen. Diese Vorsprünge 43 sind entlang des Innenumfangs des Ziehrings 40 derart angeordnet, daß sie im Werkstück 10′ jeweils eine Nut einformen, welche jeweils einem Zahn der Innenverzahnung radial gegenüberliegt.

Die Fig. 5 bis 8 zeigen schematisch ein Ziehen und Abstrec­ ken einer Ronde 49 zu einem hülsenförmigen Werkstück 50, welches gegebenenfalls mit einer Innenverzahnung, wie vor­ stehend beschrieben, versehen werden kann.

Gemäß Fig. 5 wird die Ronde 49 zunächst auf einem bolzen­ förmigen Schaft 53 eines Werkzeugfutters 51 einer Drück­ walzmaschine angeordnet. Das Werkzeugfutter 51 besitzt eine Außenkontur 52, welche beispielsweise eine Kalotte 54, aufweist, wobei die Außenkontur 52 der gewünschten Innen­ kontur des fertigen Werkstücks 50 entspricht. Vor oder wäh­ rend der Rotation der Blechronde um eine Rotationsachse 55 wird ein Reitstock 60 axial gegen das Werkzeugfutter 51 verfahren. Der Reitstock 60 weist ein Ziehprofil 61 auf, welches einen in axialer Richtung vorragenden Ziehvorsprung 63 und eine Ziehschräge 64 umfaßt. Zum Aufschieben des Reitstocks 60 auf den Schaft 53 des Werkzeugfutters 51 ist weiter eine Bohrung 62 vorgesehen.

Beim Verfahren des Reitstocks 60 kommt zunächst der Zieh­ vorsprung 63 mit der Ronde 49 in Kontakt, so daß um diese Kontaktstelle eine Biegung ausgeführt wird. Wie aus Fig. 6 zu ersehen, wird die Ronde 49 dabei gegen die Kalotte 54 gedrückt, wobei der zentrale Bereich der Ronde 49 entlang der Ziehschräge verschwenkt wird.

Der noch unverformte äußere Randbereich der Ronde 49 kann, wie in Fig. 7 gezeigt, mittels einer Drückrolle 56 umge­ formt und insbesondere abgestreckt werden, wobei auch ein verbliebener Freiraum zwischen dem Ziehvorsprung 63 und einem zylindrischen Absatz 58 des Werkzeugfutters 51 in gewünschter Weise ausgefüllt werden kann.

Anschließend kann ein oberer Teil 65 des Reitstocks 60 vom Werkzeugfutter 51 weg verfahren werden, so daß der restli­ che Teil des Werkstücks 50 mittels Drückrollen 57 abge­ streckt und endgeformt werden kann. Wie aus Fig. 8 zu er­ sehen, kann dabei ein unterer Teil 66 des Reitstocks 60 in seiner Position verbleiben und einen Anschlag für die Kon­ tur des Werkstücks 50 bilden. Die so gefertigte Werkstück­ form ist insbesondere für ein Gehäuse eines Differential­ getriebes geeignet.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Werkstücks (10) mit einer Innenverzahnung auf einer Drückwalzmaschine bei dem

• - ein Werkstück (10) zischen einem Reitstock (20) und einem Werkzeugfutter (11) mit einer Außenverzahnung (12) eingespannt wird,
• - das Werkstück (10) in Rotation versetzt wird und
• - dabei mittels Drückrolle (13, 14) in Richtung auf das Werkzeugfutter (11) umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet,
• - daß von Seiten des Reitstocks (20) her ein Ziehring (30, 40) über das Werkstück (10) geschoben wird, durch welchen der Außendurchmesser des Werkstücks (10) verringert und dieses in die Außenverzahnung (12) des Werkzeugfutters (11) eingeformt wird, und
• - daß in derselben Einspannung mindestens eine weitere Umformung des Werkstücks (10) mittels Drückrolle (13, 14) durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als ein Ausgangswerkstück eine Blechronde ver­ wendet wird, welche vor dem Ziehvorgang mittels Drück­ rolle (13, 14) auf das Werkzeugfutter (11) umgelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß vor dem Ziehvorgang das Werkstück (10) in einem an den Reitstock (20) angrenzenden Bereich auf das Werk­ zeugfutter (11) aufgedrückt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ziehvorgang an der Außenseite des Werkstücks (10) Nuten eingeformt werden, welche den Zähnen der auszubildenden Innenverzahnung jeweils radial gegen­ überliegen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Ziehvorgang mittels Drückrolle (13, 14) die Außenseite des Werkstücks (10) bearbeitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehring (30, 40) zur Formung einer Innen­ schrägverzahnung während des Ziehvorgangs relativ zum Werkstück (10) gedreht wird.

7. Drückwalzmaschine, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit

• - mindestens einer Drückrolle (13, 14),
• - einem Werkzeugfutter (11) mit einer Außenverzahnung (12),
• - einem Reitstock (20), der zum Spannen eines Werk­ stücks (10) gegen das Werkzeugfutter (11) axial ver­ fahrbar ist, und
• - einem Antrieb, um das Werkzeugfutter (11) und den Reitstock (20) zusammen mit dem Werkstück (10) in Rotation zu versetzen,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein Ziehring (30, 40) vorgesehen ist, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser des aus zu­ bildenden Werkstücks (10) entspricht, und
• - daß das Werkzeugfutter (11) gemeinsam mit dem Reit­ stock (20) relativ zum Ziehring (30, 40) axial ver­ fahrbar ist, so daß der Ziehring (30, 40) über das Werkstück (10) geschoben wird und dieses dabei um­ formt.

3. Drückwalzmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehring (30, 40) auf der Seite des Reitstocks (20) angeordnet ist.

9. Drückwalzmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehring (40) an seiner Innenseite radiale Vorsprünge (43) aufweist.

10. Drückwalzmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehring (30, 40) relativ zum Reitstock (20) drehbar gelagert ist.

11. Drückwalzmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckzylindereinrichtung zur Erzeugung einer Axialbewegung zwischen dem Ziehring (30, 40) und dem Reitstock (20) vorgesehen ist.