DE19820472A1 - Verfahren zur Herstellung von profilierten Hohlkörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von profilierten Hohlkörpern, insbesondere mittels einer Um­ formmaschine nach Patentanmeldung DE 197 11 697 A1, bei dem mit zumindest einer ein Formprofil aufweisenden Querwalzlei­ ste eine Umfangswand eines zylindrischen Vorkörpers, das an einem außenprofilierten Werkzeug eingespannt ist, verformt und mit einem Profil versehen wird.

Derartige Profilierungen in der Umfangswand eines zylindri­ schen Hohlkörpers können auf einer Drück- oder Drückwalzma­ schine vor allem als Verzahnungen ausgebildet werden. Bei einer einheitlichen Wandstärke bieten derartige Faltverzah­ nungen bei einem relativ geringen Gewicht gute Festigkeits- und verschleißarme Oberflächeneigenschaften. Die notwendige Wandstärke des Werkstücks richtet sich dabei nach der Stelle mit der höchsten Beanspruchung.

Die Hauptpatentanmeldung DE 197 11 697 A1 beschreibt eine Umformmaschine zur Herstellung rotationssymmetrischer Teile, wobei eine Kombination von radialen und linearen Umformvor­ gängen möglich ist. Es wird die Formgebung eines Hohlkörpers aus einer ebenen Blechronde, eine Profilierung des erzeugten Mantels und eine Reduzierung der Manteldicke von bis zu 40% und mehr ermöglicht. In einer Variante des Verfahrens wird ein Hohlkörper hergestellt und profiliert, bei dem die Wand­ dicke unverändert bleibt. In einer weiteren Verfahrensvari­ ante kann in derselben Aufspannung, in der der Hohlkörper geformt und profiliert wird, eine Reduzierung der Wanddicke des Hohlkörpers durchgeführt werden. Diese kann spanlos mit einer zweiten Formleiste oder spanabhebend erfolgen, wobei eine Wanddickenreduzierung im wesentlichen nur an radial vorstehenden Bereichen durchführbar ist. Mit dem Verfahren können somit gezielte, definierte Wanddickenveränderungen nur in bestimmten Teilbereichen des Hohlkörpers eingestellt und hergestellt werden, wobei auch Nuten hergestellt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem bei Hohlkörpern mit eingeformten Profilierungen, insbesondere Verzahnungen, ein besonders geringes Gewicht des fertigge­ formten Werkstücks erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren er­ findungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Wand­ dicke durch einen Querwalz- oder Drückwalzvorgang definiert voreingestellt. Dadurch kann beispielsweise ein vertiefter Profilabschnitt oder ein Zahnfuß einer Profilierung gezielt verdickt werden. Auf diese Weise entsteht ein Hohlkörper mit einer Umfangswand mit unterschiedlichen Wanddicken in Um­ fangsrichtung. Die anfängliche Werkstoffverteilung oder -verdrängung in Vertiefungen des Werkzeugs ist Voraussetzung für die sich anschließende Umformung, bei der aus der Vor­ profilierung eine Verzahnung oder ein Endprofil gewalzt wird. Das Einbringen der Verzahnung oder ein Endprofil er­ folgt vorzugsweise entweder durch die Kombination eines Zieh- mit einem Drückwalzvorgang, durch einen weiteren Quer­ walzprozeß oder durch Einrollen der Verzahnung nur durch ei­ nen Drückwalzprozeß. Auf diese Weise wird eine Verzahnung geformt, die im Zahnfuß eine größere Wanddicke aufweist als der Hohlkörper bzw. das Werkstück in den übrigen Bereichen seines Umfangs aufweist.

Die Wanddicke kann erfindungsgemäß funktionsrelevant opti­ miert werden, so daß Materialeinsparungen und somit ein ge­ ringes Werkstückgewicht erreicht werden.

Durch das Verfahren kann aus einer ebenen Blechronde in ei­ ner Aufspannung an einer Umformmaschine ein Hohlkörper ge­ formt und profiliert werden. Außerdem kann in das Profil ei­ ne Verzahnung eingebracht werden. Vorgesehen ist vor allem die Wanddicke im Bodenbereich der Verzahnung zu verdicken. Auf diese Weise werden gewichtsoptimierte Teile gefertigt, die dennoch eine volle Funktionsfähigkeit aufweisen. Die Teile besitzen dort eine größere Wanddicke, wo aufgrund der zu erwartenden Beanspruchungen eine höhere Festigkeit not­ wendig ist. Günstig wirkt sich hier auch die durch die Kaltumformung eingebrachte Verfestigung aus. Außerdem ist die Oberfläche nicht wie bei einer spannenden Formgebung durch Mikrokerben gestört und der Faserverlauf des Gefüges wird nicht unterbrochen. Bereiche mit niedriger Beanspru­ chung besitzen demgegenüber eine geringere Wanddicke, was sich insgesamt in einer deutlichen Gewichtsreduzierung be­ merkbar macht. Der Einsatz derartiger Teile ist beispiels­ weise im Antriebsbereich für PKW und LKW vorgesehen. Dort kann durch die Verwendung derartiger festigkeits- und ge­ wichtsoptimierter Teile eine höhere Leistung bei gleichem Verbrauch oder eine gleichbleibende Leistung bei geringerem Verbrauch erzielt werden.

Es ist bevorzugt, daß mit dem Formprofil der Querwalzleiste die Wandstärke eines erhabenen Profilabschnitts verringert und dabei Werkstoff in benachbarte Vertiefungen eines Werk­ zeugs verdrängt wird, und daß die Wandstärke eines vertief­ ten Profilabschnitts in der Vertiefung des Werkzeugs auf­ grund des darin vorhandenen Werkstoffs in der vorbestimmten Dicke gebildet wird.

Zweckmäßigerweise wird in einem ersten Bearbeitungsvorgang mit dem Formprofil der Querwalzleiste die Wandstärke des er­ habenen Profilabschnitts an einem Zahnkopf des Werkzeugs verringert wird und dabei Werkstoff in benachbarte Zahn­ lücken verdrängt wird, und in einem zweiten Bearbeitungs­ vorgang die Wandstärke des vertieften Profilabschnitts in einer Zahnlücke des Werkzeugs gebildet, wobei durch abge-. stimmte Ausbildung des Formprofils und der Profilierung des Werkzeugs und durch Anpassen der Position der Querwalzleiste an das Werkzeug die Wandstärke an den unterschiedlichen Um­ fangsabschnitten in der erforderlichen Dicke eingestellt wird. Dabei können die beiden Bearbeitungsvorgänge als von­ einander getrennte Schritte ablaufen oder auch in einem ein­ zigen Ablaufschritt unmittelbar hintereinander vorgenommen werden.

Gemäß einer vorteilhaften Verfahrensführung wird der Werk­ stoff in dem ersten Bearbeitungsvorgang durch einen Verfor­ mungszahn des Formprofils in Richtung zum Zahngrund ver­ drängt. Die erste Wandstärkenreduzierung und Werkstoffver­ drängung kann jedoch auch mit einem Formprofil ohne Er­ hebungen ausgeführt werden, so daß der Werkstoff erst an-­ schließend in den Zahngrund verdrängt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann derart ausgeführt wer­ den, daß in dem ersten Bearbeitungsvorgang die Wandstärke des erhabenen Profilabschnitts auf eine endgültige Dicke verringert wird, und daß in dem zweiten Bearbeitungsvorgang die Wandstärke des vertieften Profilabschnitts mit dem in der Zahnlücke vorhandenen Werkstoff gebildet wird.

Eine alternative Verfahrensweise sieht vor, daß in dem er­ sten Bearbeitungsvorgang die Wandstärke des erhabenen Pro­ filabschnitts auf eine erste Dicke verringert wird, die grö­ ßer ist als die endgültige Dicke, daß in dem zweiten Bear­ beitungsvorgang die Wandstärke des erhabenen Profil­ abschnitts auf seine endgültige Dicke verringert wird, und daß dabei die Wandstärke des vertieften Profilabschnitts mit dem in der Zahnlücke vorhandenen Werkstoff sowie dem noch zusätzlich von dem erhabenen Profilabschnitt verdrängten Werkstoff gebildet wird.

Das Verfahren bietet daher die Möglichkeit, daß die Wand­ stärke des erhabenen Profilabschnitts dicker gebildet wird als die Wandstärke des vertieften Profilabschnitts. Die Dic­ ken der Wandstärken sind generell jedoch beliebig ein­ stellbar und können für unterschiedliche Anwendungsfälle von profilierten Hohlkörpern angepaßt werden.

Für den ersten und den zweiten Bearbeitungsvorgang können unterschiedliche Querwalzleisten mit unterschiedlichen Form­ profilen verwendet werden. Damit kann in Abhängigkeit vom Bearbeitungsfortschritt ein optimal angepaßtes Formwerkzeug verwendet werden. Jedoch kann auch durch Zustellung des Formwerkzeugs bzw. der Querwalzleisten das gewünschte Profil hergestellt werden, insbesondere im Fall, wenn bei dem er­ sten Bearbeitungsvorgang noch nicht die endgültige Wandstär­ ke hergestellt worden ist.

Der zweite Bearbeitungsvorgang kann mit zumindest einer Formrolle ausgeführt werden. Diese weist ein Formprofil auf, wie es vergleichbar an einer Querwalzleiste vorgesehen ist. Wenn zwei Formrollen verwendet werden, können diese zur Kraftkompensation sich gegenüberliegend bezüglich dem Werk­ stück bzw. dem Werkzeug angeordnet sein.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer schematisierten Darstellung einer Vorrichtung zum Ausführen einer bei spiel­ haften Verfahrensweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in einer Querschnittsansicht senkrecht zu einer Ro­ tationsachse einen ringförmigen Vorkörper auf einem Werkzeug zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfah­ rens;

Fig. 2 in einer Ansicht entsprechend Fig. 1 das aus dem Vorkörper hergestellte Werkstück nach einem Vorfor­ men; und

Fig. 3 in einer Ansicht entsprechend Fig. 2 das aus dem Vorkörper hergestellte Werkstück nach einem Fertig­ formen.

Fig. 1 zeigt einen beispielsweise bereits durch Querwalzen hergestellten Vorzug (siehe Beschreibung der Hauptpatent­ anmeldung DE 197 11 697 A1) oder einen sonstigen ringför­ migen Vorkörper 10. Dessen Innendurchmesser ist gleich dem Außendurchmesser 11 eines Werkzeugs 12, wobei die Innenwand des Vorkörpers 10 den Außendurchmesser 11 des Werkzeuges bzw. des Werkzeugfutters 12 zuverlässig berührt, das in ei­ ner Umformmaschine (nicht dargestellt, siehe Hauptpatent­ anmeldung DE 197 11 697 A1) angeordnet ist. Das Werkzeug 12 weist an seinem Umfang zur Herstellung eines Profils oder einer Faltverzahnung an einem Hohlkörper eine Profilierung auf, die von sich abwechselnden Zahn- oder Profillücken 13 mit einem vertieften Zahn- oder Profilgrund 14 (legt einen Fußkreisdurchmesser fest) und von erhabenen Zahn- oder Pro­ filköpfen 15, die den Außendurchmesser 11 (entspricht einem Kopfkreisdurchmesser) des Werkzeugs 12 festlegen, gebildet wird.

Für einen ersten Bearbeitungs- oder Profiliervorgang durch Querwalzen sind zwei Querwalzleisten 16 und 17 vorgesehen (siehe Fig. 2), die sich alternierend in der in der Haupt­ patentanmeldung DE 197 11 697 A1 beschriebenen Weise über das Werkzeug 12 und die Vorform bzw. den Vorkörper 10 hinweg bewegen, welche mit einer darauf abgestimmten Drehbewegung bewegt werden. Jede Querwalzleiste 16, 17 weist ein Form­ profil 18 mit in Bewegungsrichtung der Querleisten 16, 17 sich abwechselnden Formzähnen 19 und Vertiefungen 20 als Ne­ gativform auf, die in ihrer Geometrie zum Zusammenarbeiten mit dem jeweiligen Profilgrund 14 bzw. Profilkopf 15 des Werkzeugs 12 angepaßt sind. Die Lage der jeweiligen Bewe­ gungsebene der Querwalzleisten 16, 17 zum Werkzeug 12 wird derart eingestellt, daß der Spalt oder Abstand zwischen der Vertiefung 20 im Formprofil 18 der Querwalzleiste 16, 17 und dem Profilkopf 15 des Werkzeugs 12 die Dicke oder Wandstärke des erhabenen Profilabschnitts 21 der verformten Umfangswand 22 des Hohlkörpers bildet. Da dieser Abstand vorzugsweise geringer ist als die Wandstärke der ursprünglichen Vorform 10, wird der Werkstoff aus dem Bereich des erhabenen Pro­ filabschnitts 21 in die beiden angrenzenden Zahn- oder Pro­ fillücken 13 und in Richtung des Zahn- oder Profilgrunds 14 verdrängt, wo er einen vertieften Profilabschnitt 23 der Um­ fangswand 22 des Hohlkörpers bildet.

Auf diese Weise wird das gewünschte Profil in die Umfangs­ wand 22 des Werkstücks 10 bzw. des Hohlkörpers eingeformt, wobei die Formgebung derart erfolgt, daß der vertiefte Pro­ filabschnitt 23 dieses Profils eine größere Dicke erhält als der erhabene Profilabschnitt 21 am Zahnkopf 15 des Werk­ zeuges 12.

Fig. 3 stellt die Formgebung bei einem sich anschließenden zweiten Bearbeitungs- oder Profiliervorgang dar. Zwei weite­ re Formrollen oder Querwalzleisten 24 und 25 rollen oder walzen den Werkstoff in der Zahn- oder Profillücke 13 gegen den Zahn- oder Profilgrund 14 des Werkzeugs oder Werkzeug­ futters 12. Der Werkstoff des Werkstückes 10 bzw. der Um­ fangswand 22 zwischen zwei Zahnköpfen 15 wird gegen die Flanken 26 im Übergang zwischen dem Zahnkopf 15 und dem Zahngrund 14 gedrückt, wobei die Werkstoffdicke im Anschluß an die Vorformung bei dem vorangegangenen Profiliervorgang entsprechend so angepaßt wird, daß das Profil des erzeugten Hohlkörpers 22 im vertieften Profilabschnitt 23 am Zahngrund 14 eine größere Werkstoffdicke aufweist als am Umfang des Zahnkopfes 15 des Werkzeugs 12.

Die Querwalzleisten 16, 17 und 24, 25 können auch derart zu dem Werkzeug 12 eingestellt sein, daß im ersten Bearbei­ tungsschritt eine teilweise Vorformung der Wandstärke des erhabenen Profilabschnittes 21 erfolgt, bei der die Wand­ stärke noch stärker ausgebildet bleibt als bei dem fertigge­ stellten Hohlkörper, und daß im zweiten Bearbeitungsschritt die Wandstärke des erhabenen Profilabschnittes 21 durch eine Fein- oder Nachbearbeitung auf den endgültigen dünneren Wert gebracht wird.

Jeder Formzahn 19 des Formprofils 18 der Querwalzleisten 16, 17 kann am Übergang zu seinen seitlichen Flanken eine jewei­ lige hervorstehende Formkante 27 aufweisen, die dafür vor­ gesehen ist, den Werkstoff unter Berücksichtigung seiner me­ chanischen Eigenschaften in optimaler Weise an den Profil­ grund 14 und in die Ecken im Übergang zu den Flanken 26 am Zahnkopf 15 zu verformen.

Durch eine Anpassung der Breite der Formzähne 19 des Form­ profils 18 (die Breite ist die Erstreckung des Formzahns 19 in Bewegungsrichtung) an die Breite der Zahnlücke 13 in Um­ fangsrichtung kann auch die Wandstärke der Seitenwände 28 des Profils zwischen dem erhabenen Profilabschnitt 21 und dem vertieften Profilabschnitt 23 definiert eingestellt wer­ den.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von profilierten Hohlkörpern, insbesondere mittels einer Umformmaschine nach Pa­ tentanmeldung DE 197 11 697 A1, bei dem mit zumindest einer ein Formprofil aufweisenden Querwalzleiste eine Umfangswand eines im wesentlichen zylindrischen Vorkör­ pers, das an einem außerprofilierten Werkzeug einge­ spannt ist, verformt und mit einem Profil versehen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Umfangswand des auf dem Werkzeug (12) einge­ spannten Vorkörpers vorgeformt wird und dabei an der Umfangswand Profilabschnitte (21, 23) mit unterschied­ licher Wandstärke ausgebildet werden und
daß anschließend der Vorkörper mit den vorgeformten Profilabschnitten (21, 23) zu dem profilierten Hohlkör­ per fertig geformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorformen durch Querwalzen mittels Querwalzlei­ sten (16, 17) oder durch Drückwalzen mittels Drückrol­ len durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Formprofil (18) der Querwalzleiste (16, 17) die Wandstärke eines erhabenen Profilabschnitts (21) verringert und dabei Werkstoff in benachbarte Vertie­ fungen (13) eines Werkzeugs (12) verdrängt wird, und daß die Wandstärke eines vertieften Profilabschnitts (23) in der Vertiefung (13) des Werkzeugs (12) aufgrund des darin vorhandenen Werkstoffs in der vorbestimmten Dicke gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß in einem ersten Bearbeitungsvorgang mit dem Form­ profil (18) der Querwalzleiste (16, 17) die Wandstärke des erhabenen Profilabschnitts (21) an einem Zahnkopf (15) des Werkzeugs (12) verringert wird und dabei Werk­ stoff in benachbarte Zahnlücken (13) verdrängt wird, und
daß in einem zweiten Bearbeitungsvorgang die Wandstärke des vertieften Profilabschnitts (23) in einer Zahnlücke (13) des Werkzeugs (12) gebildet wird,
wobei durch abgestimmte Ausbildung des Formprofils (18) und der Profilierung des Werkzeugs (12) und durch An­ passen der Position der Querwalzleiste (16, 17) an das Werkzeug (12) die Wandstärke an den unterschiedlichen Umfangsabschnitten in der erforderlichen Dicke einge­ stellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Bearbeitungsvorgang der Werkstoff durch einen Verformungszahn (19) des Formprofils (18) in Richtung zum Zahngrund (14) verdrängt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß in einem ersten Bearbeitungsvorgang die Wandstärke des erhabenen Profilabschnitts (21) auf eine endgültige Dicke eingestellt wird, und
daß in einem zweiten Bearbeitungsvorgang die Wandstärke des vertieften Profilabschnitts (23) mit dem in der Zahnlücke (13) vorhandenen Werkstoff gezielt ausgeformt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß in einem ersten Bearbeitungsvorgang die Wandstärke des erhabenen Profilabschnitts (21) auf eine erste Dic­ ke verringert wird, die größer ist als die endgültige Dicke,
daß in einem zweiten Bearbeitungsvorgang die Wandstärke des erhabenen Profilabschnitts (21) auf seine endgül­ tige Dicke verringert wird, und
daß dabei die Wandstärke des vertieften Profilab­ schnitts (23) mit dem in der Zahnlücke (13) vorhandenen Werkstoff sowie dem noch zusätzlich von dem erhabenen Profilabschnitt (21) verdrängten Werkstoff gebildet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des erhabenen Profilabschnitts (21) dicker gebildet wird als die Wandstärke des vertieften Profilabschnitts (23).

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Fertigformen des vorgeformten Vorkörpers durch Querwalzen mittels einer weiteren Querwalzleiste (24, 25), durch Drückwalzen mittels einer konturierten Form­ rolle oder durch eine Kombination aus einem Ziehen in einer axialen Richtung mit einem Drückwalzen durchge­ führt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der topfförmige Vorkörper aus einer Ronde durch Drück- oder Querwalzen geformt und in derselben Auf­ spannung das Vorformen und das Fertigformen des profi­ lierten Hohlkörpers durchgeführt wird.