DE2210501C2 - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für eine Rollenkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für eine Rollcnkupplung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bauteile solcher Form werden in der Kegel durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt.

Fs ist bekannt, ein Bauteil ähnlicher An. niimlich einen Ventilfederring, dadurch her/ustellen. dal! ein von einem runden .Stahlstab abgeschnittenes Stück durch Kaltfließpressen mit rückwärtsgerichtetem Werkstofffliiß in die Form eines Napfes gebracht und dieser dann durch Kaltfließpressen in die Form eines Vorformling* gebracht wird, der dann durch spanabhebende Bearbeitung in die endgültige Form gebracht wird (CiH-PS 62 975). Ferner ist es bekannt, Stopfen, die ähnliche Form haben, dadurch her/ustellen, daß ein von einer .Stahlstangc abgeschnittenes Stück durch Stauchen in die Form eines zylindrischen Rohlings gebracht wird, der dann weichgegÜiht und anschließend durch Fließpressen mit gleichzeitig vorwiirls- und rückwärlsgerichtctem Malerialfluß in die endgültige Form gebracht wird (»Fertigungstechnik«. H. 12. Dc/. 1968. S. 71 J). Bei diesem Verfahren besteht die große Ciefahr, dal.) der Rohling infolge des Fließpressens erhebliche Risse erhält.

Aufgabe der Erfindung isl es. ein Bauteil für Rollenklipplungen der oben genannten Art in einer Weise herzustellen, die preiswerter ist als die m,l snanabhebencler Bearbeitung und die trot/dcm eine beim Stauchen zu einer Scheibe (15) um mindestens 30% verringert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim ersten Fließpreßvorgang ein Vorformling (21) mit einem Kopfteil (21a) geformt wird, dessen von der Abschrägung (21c)

ι« eingeschlossener Winkel eine Größe zwischen 80 und 100" hat.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem zweiten Fließpreßvorgang der von der Abschrägung (21c)

υ eingeschlossene Winkel des Kopfteils (2ta) auf eine Größe zwischen 140 und 170° vergrößert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem zweiten Fließpreßvorgang in den Kopfteil (21a) eine Anzahl

-'<> Rippen (28) mit Winkelabstand eingeformt wird, die sich von der Wand des weiten Teils (10a) nach innen erstrecken.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zentral angeordne-

-'5 te, sich axial erstreckende Bohrung (16) durch Bohren eingebracht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zentral angeordnete, sich axial erstreckende Bohrung (16) durch

i" Fließpressen und nachfolgendes Lochen mit einem Stempel eingebracht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß beim ersten Fließpreßvorgang in die Bohrung (16) der Scheibe (15) ein

'·> konischer Dorn (22) eingeführt wird.

Rißbildung mit Sicherheit vermeidet.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe bei im Kenn/eichen des Patentanspruchs I genannten Maßnahmen gelöst.

Die Wirkung der beanspruchten Maßnahmen besteht vor allem darin, daß indem die Laufbahnen durch Fließpressen mil rückwärts gerichtetem Malerialfluß eines vorgeformten Teils hergestellt werden, deren Kopfdurchmesser gleich dem Durchmesser des Kopfteils des erforderlichen Bauteils ist und dabei die große Abschrägung des Kopfteils gebildet wird.

Die Erfindung ist im nachfolgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F" i g. 1 ein Schnitt durch ein Bauteil für eine Rollenkupplung.

Fig. 2 bis b .Schnitte, die fünf Phasen während eines Verfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung /ur Herstellung des in Fig. I gezeigten Bauteils /eigen.

Fig. 7 und 8 Schnitte, die zwei Phasen in einem Verfahren /eigen, das gemäß einem zweiten Aiislührungsbcispiel der Erfindung /ur Herstellung des in F i g. I gezeigten Baiileils verwendet wird, und

F" ig. 9 ist ein Schnitt, der eine Phase im Verfahren zeigt, das eine Variante des /weiten Aiisführiingsbci-Spiels ist.

Gemäß F i g. I soll ein Bauteil /ur Verwendung in

einer Rollenkupplung hergestellt werden. Dieser Bauteil weist eine Hülse 9 mit einem Kopfteil 9a und einem Schaftteil 96 auf, der mit dem Kopfteil durch eine konische Partie 9c verbunden ist. Die Bohrung 10 in der Hülse ist abgestuft, um eine breite Partie 10a im Kopfteil 9a und eine schmale Partie 1Oi im Schaftteil 9b zu bilden, wobei die Wand der breiten Partie 10a der Bohrung 10 eine innere Auflauffläche (nicht dargestellt) im Kopfteil 9a bildet.

Gemäß Fi^. 2 bis 6 wird in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung der Bauteil aus einem blankgezogenen Stahlstab 11 hergestellt, wobei das Material der Stange 1 ■ die folgende Zusammensetzung hat, bezogen auf das Gewicht: Kohlenstoff 0,21%, Mangan 1,24%, Silizium 0,3%, Schwefel 0,033%. Phosphor 0,06%, Nickel 0,13%, Chrom 0.23%. Molybdän 0,15% und Kupfer 0,15%. Rest Eisen. Der Stab 11 wird mittels eines Werkzeugs 12 (F i g. 2) abgeschert, um ein Materialstück 13 zu bilden, wobei die Einführung des Stabs 11 in das Scherwerkzeug 12 durch einen festen Anschlag (nicht dargestellt) bestimmt wird, so daß beim Scheren ein Stück 13 konstanten Gewichts entsteht, wobei das durch das Materialstück gebildet Gewicht durch das Volumen des Stücks bestimmt wird, das erforderlich ist, um einen fertigen Bauteil der gewünschten Abmessungen zu bilden. Im vorliegenden Beispiel ist das Werkzeug 12 zur Herstellung eines Matcrialstücks

13 eingerichtet, das ein Gewicht von 545 g hat. Dabei beträgt die Länge des Materialstücks 43,4 mm. und sein Durchmesser beträgt 44.45 mm. Gemäß F i g. 3 wird das Materialstück 13 dann durch eine Presse_ 14 in eine Scheibe 15 umgeformt, die eine solche Form hat. daß die Peripherie eine im wesentlichen zylindrische Oberfläche bildet, wobei der Durchmesser der Scheibe im wesentlichen gleich dem erforderlichen Kopfdurchmesser des fertigen Bauteils ist, bei dem es sich im vorliegenden Beispiel um 58,9 mm handelt. Die Umformung des Materialstücks 13 führt auch zu einer Verkürzung der Länge des Materialstücks auf eine Größe von 26,4 mm für die Scheibe 15.

Um die Umformung zu bewirken, wird eine Kraft von 350 Tonnen aufgebracht, mit der die Stempel der Presse

14 beaufschlagt werden, und nach der Herstellung der Scheibe 15 wird eine Wärmebehandlung zur Glühung auf kugeligen Zemeniit vorgenommen, indem die Scheibe vier Stunden lang bei 680°C erhitzt wird. Dann wird dem Klotz ein Schmiermittelauftrag durch eine normale Phosphatisierungs- und Scifenbehandlung gegeben, und dann wird eine sich axial erstreckende, in der Mitte sitzende Bohrung 16 mit einem Durchmesser von 20,5 mm, d. h. etwa 0.5 mm größer als im Schaftteil 96 des erforderlichen Bauteils benötigt, in der Scheibe

15 durch jinen Bohrer 1/ (Fig.4) hergestellt, und die gebohlte Scheibe wird in ein Preßgesenk 18 gesetzt. Vorzugsweise wird dafür gesorgt, um die Lageoricntie- rung der Scheibe 15 im Gesenk 18 zu erleichtern, daß bei der Umformung des Materialsiücks 13 durch die Presse 14 ein Ring (nicht dargestellt) an der Peripherie der Scheibe 15 entsteht, wobei die Breite des Rings so bestimmt wird, daß das Entstehen großer Spannungen _t, in den Werkzeugen während der anschließenden Arbeitsgänge verhindert wird.

Bei im Gesenk 18 sitzender Scheibe 15 wird ein erster Schlagpreßvorgang vorgenommen, inl.ni auf die Scheibe 15 durch einen ersten Preßstemp··' !9 ein Druck .. von 288 Tonnen ausgeübt wird. Während dieses Preßvorgangs fließt Metall aus der Scheibe 15 in Bewegungsrichtung do Stempels 19. Dabei ist das Gesenk 18 so angeordnet, daß als Folge des Pressens eine Vorform 21 entsteht, die eine Schaftpartie 2lb hat, welche den Schaftteil 9i> des erforderlichen Bauieiis bildet, ferner eine Kopfpartie 21a mit einem Durchmes-ή ser gleich dem Durchmesser des Kopfteils 9a des erforderlichen Bauteils. Durch das Pressen entsteht auch eine konische Partie 21c, die die Kopfpartie 21a mit der Schaftpartie 216 verbindet, wobei der Konus der Partie 21c derart ist, daß der eingeschlossene Winkel iü des Konus 80 beträgt. Ferner wird ein Dorn 22, der sich durch den Stempel 19 erstreckt, in der Bohrung 16 in der Scheibe 15 aufgenommen, während das Pressen erfolgt, so daß während des Pressens eine Bohrung in der Vorform 21 entsteht, die natürlich benötigt wird, da das ι i fertige Bauteil die Form einer Hülse 9 hat, durch die sich eine Bohrung 10 erstreckt. Ferner ist der Dorn 22 mit einem kleinen Konus versehen, um eine Herausnahme des Dorns aus der Vorform nach dem Pressen zu ermöglichen, ohne daß die Vorform aus dem Gesenk 18 jo herausgenommen wird.

Nach dem Fließpressen der Vorfr /n 21 und nach dem

Zurückziehen des Stempels 19 und des Doms 22 aus dem Gesenk 18 wird die Vorform 21 durch einen Aiiswerfstößel 23 aus dem Gesenk ausgeworfen, und sie

.η wird anschließend vier Stunden lang bei fiSO'C wärnv'behandelt. Die Vorform 21 wird dann durch eine normale Phosphatisierungs- und Seifenbehandlung geschmiert und in ein weiteres Gesenk 24 (Fig. 6) gesetzt. Dort wird ein zweiter Schlagpreßvorgang zum

in Verformen der Vorform vorgenommen. In diesem Fall wird das Fließpressen dadurch bewirkt, daß eine Kraft von 242 Tonnen auf das freie Ende der Kopfpartie 21a der Vorform über einen zweiten Preßstempel 25 ausgeübt wird. Ein weiterer Dorn 26 wird in die

r, Bohrung der Vorform 21 gesetzt, und das freie Ende der .Schaftpartie 216 der Vorform wird an einer Bewegung durch einen feststehenden Stempel 27 gehindert, so daß die Ausübung von Druck auf die Vorform 21 durch den Stempel 26 zu einem Fließen von Meta¹! in Richtung

ο entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Stempels führt. Die Anordnung des Gesenks 24 ist derart, daß das Flößen von Metall während dieses Rückwärtspressens zu einer weiteren Formgebung der Vorform 21 führt.

derart, daß der Kopfteil 9a der Hülse 9 und damit das

--, erforderliche Bauteil entsteht. Während des zweiten Fließpressens wird die konische Partie 21cdcr Vorform 21 umgeformt, um die konische Partie 9c des Bauteils 9 entstehen zu lassen, wobei der eingeschlossene Winkel des Konus auf einen Wert von 140° für die Partie 9c

ο vergrößert wird.

Es versteht sich, daß der Stempel 25 so angeordnet ist. daß das Rückwärtsfließen die erforderliche innere Kurvenfläche im Kopfteil 9a entstehen läßt. Ferner hat der Stempel 25 eine solche Form, daß das Rückwärts- -, iließen zu einer Anzahl einstückiger, im Winkel gegeneinander versetzter Rippen 28 führ*, die sicii von der Wand der breiten Partie 10a der Bohrung 10 nach innen erstrecken. In einer Rollenkupplung bildet jede der Rippen 28 ein Widerlager, gegen das eine Feder ι gedrückt wird, jm eine Rolle in Anlage an die Auflaufflnche an der Wand der breiten Partie 10a der Bohrung zu drücken.

Ferner versteht es sich, daß als Folge der Konizität des Dorns 22 zur Erleichterung der Entnahme des , Dorns aus der Vorform 21 nach dem ersten Fließpressen die Bohrung d^r Vorform 21 ebenfalls konisch ist. Indem jedoch dafür gesorgt wird, daß der weitere Dorn 2f> eine konstante Dicke über seine Länge hinweg hat,

geht im /weilen Prcßschritl der Konus der Bohrung in der Vorform 21 verloren, so daß die Bohrung 10,·/ im Schaftteil 96 der Hülse 9 den erforderlichen konstanten Durchmesser hat.

In Γ ig. 7 und 8 ist ein zweites Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung ge/eigl. Dabei wird das Bauteil 9 aus einem spit/enfrei gedrehten Stahlstab hergestellt, der die gleiche chemische Zusammensetzung wie der Stab Π aus dem ersten Beispiel hat. Der Stab wird wie dort zur Herstellung eines Materialstücks abgeschert, wobei das Gewicht des Materialstücks hier zwischen 480 und 500 Gramm liegt.

Die Umformung erfolgt in der gleichen Weise, wie das in Fig. 3 für das erste Ausführungsbeispiel gezeigt worden ist. wobei ein: Kraft von J50 Tonnen auf die Stempel der Presse 14 ausgeübt wird. Die entstandene Scheibe wird dann durch Erhitzung zur Glühiing auf kugeligen Zementit i'ier Stunden lang bei bSO'C" behandelt, und anschließend erfolgt eine Schmiermittelauftraeunt; durch eine normale Phosphalisierungs- und Scifcnbehandliing.

Dann wird eine sich axial erstreckende, in der Mitte sitzende Bohrung in den geschmierten Block eingeformt, jedoch wird dabei nicht gebohrt, vielmehr wird die Bohrung durch eine Kombination von Fließpressen (Fig. 7) und Stanzen (Fig. 8) hergestellt. Der geschmierlc Block bzw. die Scheibe 31 in F i g. 7 und 8 wird also zunächst in ein Gesenk 32 gesetzt, und unter Arbeiten mit einem zweiteiligen Stempel 33 wird ein Fließpressen der Scheibe 31 vorgenommen, um ein Sackloch 30 in der Scheibe entstehen zu lassen. Die Spitze des Stempels 33 ist aus Wolfranikarbid vorgesehen. Ein Stempelhalter 35 trägt die Stempelspitze 34. und ein Gegenstück 36 aus Hochleistungsstahl bildet den anderen Teil des zweiteiligen Stempels 33. Im Ausführungsbeispiel wird eine Kraft von 73 Tonnen auf den Stempel 33 ausgeübt, um das Pressen der Bohrung zu bewirken, und debei entsteht eine zylindrische Blindbohrung in der Scheibe 31. Die Spitze 34 erfährt während des Bohrungspresscns erhebliche Spannungsbelastungen, und deshalb ist der Spitze 34 gemäß F i g. 7 eine Form gegeben worden, bei der diese Spannungen auf ein Minimum reduziert werden. Die Herstellung der Bohrung in der Scheibe 31 wird dann abgeschlossen, indem das Blindloch 30 ausgestanzt wird, und zwar unter Verwendung des in Fig. 8 gezeigten Werkzeugs 37. auf das eine Kraft von 20 Tonnen ausgeübt wird.

Die durchgestanzte Scheibe wird dann wärmebehandelt, um die durch die Umformung gehärteten Ferritkörner im Stahl zu rekristallisieren, indem der Klotz durch einen Förderofen bewegt wird, wobei die Ofentemperatur auf 710 - 720' C gehalten wird und dem Ofen ein exothermes Gas zugeleitet wird. Nach dem Rekristallisieren wird die Scheibe unter Verwendung einer normalen Phospiatisierungs- und Seifenbehandlung geschmiert, und dann wird sie wie im ersten Ausführungsbeispiel gepreßt, um eine Vorform 21 — F i g. 5 - entstehen zu lassen. In diesem Fall wird jedoch eine Kraft von 290 Tonnen auf den Stempel 19 ausgeübt, und das Gesenk 18 ist so eingerichtet, daß der Konus der Partie 2Ic·der Vorform einen eingeschlossenen Winkel von 100 bildet. Nach der Wärmebehandlung bei 680 für die Dauer von vier Stunden wird die Vorform 21 einem Rückwärtsfließpressen unterzogen, wie das in F i g. fi gezeigt worden ist. indem eine Kraft von 2b2 Tonnen auf den Stempel 25 ausgeübt wird. Das in dieser Weise hergestellte Bauteil 9 ist im wesentlichen identisch mit dem Bauteil, das gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hergestellt wird.

In einer Abwandlung des zweiten Ausführungsbci spiels gemäß F i g. 9 soll ein Bauteil für eine Rollenkupplung geschaffen werden, das dem in Fig. I gezeigten ähnlich ist. Das Bauteil dieser Abwandlung muß jedoch /wischen seinem Kopfteil und seinem Schaftteil eine konische Partie bilden, derart, daß der eingeschlossene Winkel des Konus 170" beträgt. Das Verfahren zur Herstellung des Bauteils ist im wesentlichen das gleiche wie das Jes zweiten Ausführungsbeispiels. Fin spitzenlos gedrehter Stahlstab wird also zunächst abgeschert, um ein Materialstück entstehen zu lassen, das ein Gewicht /wischen 215 und 220 Gramm hat. Das Matcrialstück wird dann in eine im wesentlichen zylindrische Scheibe umgeformt, indem eine Kraft von 260 Tonnen mittels der Stempel einer Presse ausgeübt wird, ähnlich wie in Fig. 3 gezeigt. In Anschluß an die Schmierung der Scheibe wird eine sich axial erstreckende, in der Mitte sitzende Bohrung in der Scheibe durch ein Fließpressen und ein Stanzen eingebracht. Das Fließpressen, das in F i g. 9 dargestellt ist. schließt sich eng an den entsprechenden Arbeitsgang im vorhergehenden Ausführungsbeispiel an, obgleich in diesem Fall eine konische Bohrung im Klotz hergestellt werden muß. so daß die Stempelspit/e 41 ebenfalls konisch ausgebildet ist. Wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel besteht die Stempelspitze 41 aus Wolframkarbid, und sie wird von einem Stempelhalter 43 zusammen mit einem Gegenstück 42 aus Hochleistungsstahl getragen. In dieser Abwandlung erfolgt ein Fließpressen durch Ausübung einer Kraft von 48 Tonnen auf die Stempelspitze 41, wobei das in der Scheibe hergestellte Blindloch in der gleichen Weise durchgestanzt wird, wie das vorstehend beschrieben worden ist. Eine anschließende Weiterbearbeitung der Scheibe geht in der gleichen Weise wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel weiter, obgleich jetzt das erste Vorwärtsfließpressen dadurch bewirkt wird, daß eine Kraft von 284 Tonnen auf den Stempel 19 ausgeübt wird, wobei der konische Dorn 22 in der konischen Bohrung der Scheibe aufgenommen wird. Das zweite Rückwärts-Fließpressen wird dadurch bewirkt, daß eine Kraft von 145 Tonnen auf den Stempel 25 ausgeübt wird.

Jedes der Bauteile, die entsprechend den beschriebenen Ausführungsbeispielen hergestellt werden, ist besonders für die Verwendung als Hülse für eine Rollenkupplung für einen Anlaßmotor ausgelegt. Es versteht sich deshalb, daß eine weitere Bearbeitung des fertigen Bauteils erforderlich ist. um Schraubennuten in der Wand der schmalen Partie 10t· der Bohrung 10 herzustellen, die zum Eingriff mit Gegenkerbzähnen an der Läuferwelle des Anlaßmotors vorgesehen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für eine Rollenkupplung in Form einer Hülse mit einem Kopf- und einem Schaftteil sowie einer abgestuften Bohrung mit einem weiten Querschnitt im Kopf- und einem engen Querschnitt im Schaftteil, wobei die Wand der Bohrung im Teil des weiten Querschnitts als innere Kurvenfläche ausgebildet ist, bei dem von einem Stahlstab ein Stück abgetrennt, durch Drehen und Bohren zu einem Vorformling mit den rohen Konturen des Fertigteils bearbeitet und dann durch einen einzigen Fließpreßvorgang zu dem fertigen Bauteil geformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Stahlstab ein Stück (13) mit einem Länge/Durchmesser-Verhältnis von mindestens 0,75 abgetrennt, das Stück (13) dann statt durch spangebende Bearbeitung durch Stauchen zu einer Scheibe (15, 31) von im wesentlichen gleichem Durchmesser wie der Kopfteil des fertigen Bauteils geformt, die Scheibe (15, 31) wcichgcglüht, in die Scheibe (15, 31) eine zentral angeordnete, sich axial erstreckende Bohrung (16) eingebracht, die Scheibe (15, 31) sodann durch Fließpressen mit vorwärts gerichtetem Werkstofffluß zu einem Vorformling (21) mit fertig ausgebildetem Schaftteil (96, 216J'und einem nach innen zu dem Schaftteil (96, 216; abgeschrägten Kopfteil (21a) geformt, der Vorformling (21) weichgeglüht unci dann einem weiteren Fließpreßvorgang mit rückwärts gerichtetem Werkstofffluß uni^iworfen wird, bei dem der eingeschlossene Winke! des abgeschrägten Kopfteils (21a) bis auf das Endmaß vergrößert wird.

2. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des .»tahlstabstückes (13)