DE2257071A1

DE2257071A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING INTERNAL SHAPES IN METAL OBJECTS WITH SMOOTH OR TOOTHED OUTER ROTATING SURFACES

Info

Publication number: DE2257071A1
Application number: DE19722257071
Authority: DE
Inventors: Zenon Dipl Ing Kopacz; Zdzislaw Prof Dr Marciniak
Original assignee: Politechnika Warszawska
Current assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 1971-11-26
Filing date: 1972-11-21
Publication date: 1973-05-30
Also published as: SE397777B; JPS4860057A; JPS5332356B2; IT1045223B; CS162636B2; DD101826A6; GB1396973A

Description

23 DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL,. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN 23 DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL ,. ING. W. EITLE DR. RER. NAT. K. HOFFMANN

PATENTANWÄLTE D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSt 4 · TELEFON (0811)911087PATENTANWÄLTE D-8000 MÖNCHEN 81ARABELLASTRASSt 4 TELEPHONE (0811) 911087

Polltechnika Warszaw3ka, Warschau / PolenPolltechnika Warszaw3ka, Warsaw / Poland

Verfahren zum Herstellen von Innenformen in Metallgegenständen mit glatten oder verzahnten äußeren Rotationsflächen Process for producing internal shapes in metal objects with smooth or toothed external surfaces of revolution

Zusatzpatent zum Patent (PatentanmeldungAdditional patent to the patent (patent application

P 19 05 9^9-5)P 19 05 9 ^ 9-5)

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum¹Herstellen von Innenformen in Metallgegenständen mit glatten oder verzahnten äußeren Rotationsflächen, durch plastisches VerformenThe invention relates to a method for ¹ producing internal shapes in metal objects with smooth or toothed external surfaces of revolution, by plastic deformation

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des Werkstückes in sukzessiv nacheinander sich wiederholenden Zyklen derart, daß in der ersten Phase eines jeden Zyklus das Abwälzen des Werkstückes auf der formenden Innenfläche eines jeden Werkzeuges, die ein Segment einer glatten oder verzahnten walzenförmigen Oberfläche bildet und innerlich tangential zur zu formenden Außenfläche des zu bearbeitenden Werkstückes ist, ausgeführt wird, während in der zweiten Phase eines jeden Zyklus ein axialer Vorschub des Werkstückes um die Größe eines Hubes in dem Augenblick verursacht wird, in welchem das Werkstück den Kontakt mit den Werkzeugen verliert, gemäß Patent (Patentanmeldung P 19 05 949.5).of the workpiece in successively repeating cycles in such a way that in the first phase one each cycle the rolling of the workpiece on the forming inner surface of each tool, which is a segment a smooth or toothed cylindrical surface and internally tangential to the outer surface to be formed of the workpiece to be machined is performed while in the second phase of each cycle an axial advance of the workpiece by the size of a stroke is caused at the moment in which the Workpiece loses contact with the tools, according to patent (patent application P 19 05 949.5).

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Herstellen von Innenformen von theoretisch unbegrenzter Länge, wie Gewindebohrungen, vieleckigen Bohrungen, Vielnutbohrungen, InnenVerzahnungen, Schmiernuten und dergleichen in Metallgegenständen mit glatten oder verzahnten äußeren Rotationsflächen. Gemäß diesem Verfahren und mit dieser Vorrichtung wird ein radialer Druck auf den zu bearbeitenden Gegenstand durch wenigstens zwei Werkzeuge ausgeübt, deren formende Flächen sich in Umfangsrichtung auf den Oberflächen des bearbeiteten Werkstückes abwälzen.The invention thus relates to a method for producing internal shapes of theoretically unlimited length, such as Threaded bores, polygonal bores, multi-groove bores, internal gears, lubrication grooves and the like in metal objects with smooth or toothed outer surfaces of revolution. According to this method and with this device a radial pressure is exerted on the object to be processed by at least two tools, the forming Surfaces roll in the circumferential direction on the surfaces of the machined workpiece.

Bekannt ist auch das Herstellen von Innenformen mittels Schmieden auf Schmiedemaschinen. Dieses Verfahren besteht in der Verformung von Material in Form einer Hülse mit in ihr angebrachtem Kern durch gleichzeitigen Druck auf die Seitenoberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes mittels formender Backen, die geringe hin- und hergehende Bewegungen in radialer Richtung ausführen.It is also known to produce internal molds by means of forging on forging machines. This procedure exists in the deformation of material in the form of a sleeve with in their attached core by simultaneous pressure on the side surface of the workpiece to be processed by means of forming jaws that perform small reciprocating movements in the radial direction.

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Nachteile dieses Verfahrens sind die Unmöglichkeit, infolge der radialen hin- und hergehenden Bewegungen des Werkzeuges eine konstante Drehgeschwindigkeit des Materials während des Schmiedeprozesses aufrechtzuerhalten, sowie die Unmöglichkeit, gleichzeitige verhältnismäßig komplizierte Außenformen, wie z.B. Verzahnungen, Gewinde, Vielnutprofile, usw., mit gleichzeitigem Formen von Außenprofilen durchzuführen.Disadvantages of this procedure are the impossibility due to the radial reciprocating movements of the tool, a constant rotational speed of the Maintain material during the forging process, as well as the impossibility of simultaneous proportionately Complicated external shapes, such as teeth, threads, multi-groove profiles, etc., with simultaneous shapes to carry out of external profiles.

Außerdem entsteht beim Kaltschmieden ein großer Lärm.In addition, there is a lot of noise during cold forging.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das die oben erwähnten.Nachteile des Schmiedeprozesses auf Schmiedemaschinen eliminiert und den Bereich der Anwendung des bekannten Verfahrens zum Walzen von Außenprofilen mit Hilfe von Backen mit formender Innenfläche erweitert.The present invention is based on the object to create a procedure of the type mentioned at the beginning, the disadvantages of the forging process mentioned above eliminated on forging machines and the area of application of the known process for rolling external profiles expanded with the help of jaws with a shaping inner surface.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß-dadurch gelöst, daß gleichzeitig mit dem Außenformen das Verengen des. Materials des Werkstückes auf dem Kern vorgenommen wird, der in die vorher im zu formenden Material angebrachte öffnung eingesetzt worden ist. D.h., daß. die Innenformen in Metallgegenständen gleichzeitig mit dem Formen der Außenflächen dieser Gegenstände in sich wiederholenden Zyklen ausgebildet werden, so daß in der ersten Phase eines jeden Zyklus das Abwälzen des Gegenstandes auf der inneren formenden Fläche eines jeden Werkzeuges bei gleichzeitiger Verengung des Materials auf dem in der Öffnung des zu bearbeitenden Werkstückes angebrachten Kern erfolgt, während in der zv/eiton Pha.se eines jeden Zyklus die axiale VerschiebungThis object is achieved according to the invention in that Simultaneously with the external forming, the narrowing of the material of the workpiece is made on the core, which is in the opening previously made in the material to be molded has been inserted. I.e. that. the internal shapes in metal objects are formed simultaneously with the shaping of the outer surfaces of these objects in repetitive cycles, so that in the first phase of each cycle the rolling of the object on the inner forming surface of each tool with simultaneous narrowing of the material on the one in the opening of the one to be machined Workpiece attached core takes place, while in the second phase of each cycle the axial shift

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des zu bearbeitenden Werkstückes zusammen mit dem Kern um die Größe eines Hubes in dem Moment ausgeführt wird, in welchem das genanrute Werkstück die Berührung mit dem Werkzeug verliert.the running workpiece to be processed together with the core to the size of a stroke at the moment in which the genanrute workpiece contact with the tool loses.

Die Erzwingung der axialen Verschiebung erfolgt mittels einer Aufgabevorrichtung, deren Tätigkeit mit den Bewegungen der formenden Werkzeuge synchronisiert ist.The axial displacement is forced by means of a feeding device, whose activity is related to the movements the forming tools is synchronized.

Im Sonderfall, wenn in der ersten Phase eines Zyklus gleichzeitig die äußere und die innere oder nur die äußere Oberfläche des Werkstückes geformt wird, dann wird .auf dessen ganzer Länge, die die aktive Breite der formenden Backen nicht überschreitet, oder auf einem beliebigen Teil der Lange dieses Werkstückes, der erwähnte axiale Vorschub nicht angewandt.In the special case, when in the first phase of a cycle at the same time the outer and the inner or only the outer surface of the workpiece is formed, then becomes .auf its entire length, which does not exceed the active width of the forming jaws, or on any Part of the length of this workpiece, the aforementioned axial Feed not applied.

Bei dem das Herstellen von Innengewinden betreffenden abgewandelten Verfahren gemäß der Erfindung wird derIn the case of the modified method according to the invention relating to the production of internal threads

¹ \ ¹ \

axiale Vorschub des zu formenden Werkstückes durch dessen Drehung im Verhältnis zur Schraubenlinie des Gewindes des sich nicht drehenden Kerns bewirkt. Die Drehung des Werkstückes sichert die formenden Werkzeuge, wobei der sich nicht drehende, mit Gewinde versehene Kern in diesem Falle die Möglichkeit hat, geringe axiale Bewegungen auszuführen.axial advance of the workpiece to be formed by its Causes rotation in relation to the helix of the thread of the non-rotating core. The rotation of the workpiece secures the forming tools, with the non-rotating, threaded core in this case has the ability to carry out small axial movements.

Die Form der erhaltenen öffnungen entspricht der Form.des The shape of the openings obtained corresponds to the shape of the

verwandten Kernes. Das Herausnehmen des Kernes aus dem Werkstück nach beendetem Formungsprozeß bietet infolge elastischer Verformung des Materials keine -Schwierigkeiten - im Falle des Walzens von Innengewinden mittels Kernen werden diese nach beendetem Prozeß herausgedreht.related core. The removal of the core from the workpiece after the end of the molding process offers as a result elastic deformation of the material - no difficulties - in the case of the rolling of internal threads by means of cores these are unscrewed after the process has ended.

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Einen grundsätzlichen Vorteil des Walzprozesses mittels Backen mit formender Innenfläche bildet die Tatsache, daß der Bereich der plastischen Verformung im zu bearbeitenden Material des Werkstückes weit tiefer reicht als bei irgendeinem anderen Walzprozeß, was im Effekt die Ausführung auf dem Kern von Innenformen in Hülsen mit verhältnismäßig dicker Wand ermöglicht und die Ausführung von verhältnismäßig komplizierten Innenformen, wie z.B. Innenverzahnungen, Gewinden, Öffnungen mit unregelmäßigem Umriß und dergleichen, gestattet.A fundamental advantage of the rolling process using jaws with a shaping inner surface is the fact that that the area of plastic deformation in the workpiece material to be machined extends far deeper than in any other rolling process, what in effect is the execution on the core of internal molds in sleeves with a relatively thick wall and the execution of relatively complicated internal shapes, such as internal gears, threads, openings with an irregular outline, and the like.

Ein Vie sent Ii eher Vorteil des Verfahrens 1st die Möglichkeit" der Ausführung von Innenprofilen von theoretisch unbegrenzter Länge, was bei keiner der spanabhebenden 'Formgebungsmethoden erreichbar ist. Im Resultat schafft das Verfahren gemäß der Erfindung die Möglichkeit einer schnellen Fertigformung von Innenprofilen mit Formen, die durch spanabhebende Formgebung wie auch mittels anderen Methoden zur plastischen Bearbeitung schwer auszuführen sind. A vie sent II rather advantage of the procedure is the possibility " the execution of inner profiles of theoretically unlimited length, which is not the case with any of the machining 'Forming methods is achievable. The result creates the method according to the invention the possibility of a quick finish forming of internal profiles with molds, which are difficult to carry out by machining, as well as by other methods of plastic processing.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Ausbildung eines Außenprofils bei gleichzeitiger Formung auf einem Kern, eines Innenprofiles, z.B. eines Gewindes oder einer Vielnutöffnung. Bei Anwendung von vielstufigen Kernen ist die Möglichkeit gegeben, auf jeder Stufe eine andere geformte Öffnung auszuführen.·Der Prozeß des Kalt- wie auch Warmverformens verläuft fließend ohne lästige akustische ,Effekte. · - ^! ·The method according to the invention allows the formation of an outer profile with simultaneous shaping on a core, an inner profile, for example a thread or a multi-groove opening. When using multi-stage cores, it is possible to create a different shaped opening at each stage. · The process of cold as well as hot forming runs smoothly without annoying acoustic effects. · - ^! ·

Bei Anwendung des abgewandelten Verfahrens zum Formen von Innengewinden, bei sich nicht drehendem Kern,, bildet dieWhen using the modified method for molding Internal threads, with the core not rotating, forms the

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Erzielung der automatischen Materialaufgabe, die aus den Eigenschaften des Gewindes herrührt, einen wesentlichen Vorteil. Dadurch kann man die kostspielige Spezialvorrichtung zur Aufgabe des Materials eliminieren, was eine bedeutende Vereinfachung der Konstruktion der,Werkzeugmaschine gestattet. Die Länge des Arbeitsteiles des Kerns ist unabhängig von der Länge des zu formenden Gewindes und überschreitet nicht die Breite der formenden Backen.Achieving the automatic material feed, which results from the properties of the thread, is an essential one Advantage. Thereby one can eliminate the expensive special device for the abandonment of the material, what a significant simplification of the construction of the machine tool allowed. The length of the working part of the core is independent of the length of the thread to be formed and does not exceed the width of the forming jaws.

Die gemäß dem genannten Verfahren arbeitende Werkzeugmaschine ist leicht automatisierbar - die zu formenden Werkstücke können in einem Behälter enthalten sein, aus welchem sie von dessen einem Ende auf den Kern aufgelegt werden und während des Walzprozesses erfolgt die automatische Verschiebung des Werkstückes mit dem gewalzten Gewinde auf das andere Ende des Kernes und das Werkstück fällt nach Beendigung des Prozesses in den Behälter. Besonders vorteilhaft ist die vertikale Anordnung der Werkzeugmaschine.The machine tool operating according to the method mentioned is easy to automate - the one to be shaped Workpieces can be contained in a container from which they are placed on the core from one end and during the rolling process, the workpiece is automatically shifted with the rolled one Thread on the other end of the core and the workpiece will fall into the container after the process is complete. The vertical arrangement of the machine tool is particularly advantageous.

Im folgenden wird die Erfindung in Anlehnung an beispielsweise angegebene Pormungsschemen, die in den Figuren der Zeichnung veranschaulicht sind, näher erläutert. Es zeigen:In the following, the invention is based on, for example, specified Pormungsschemen that are shown in the figures of Drawing are illustrated, explained in more detail. Show it:

Fig. la - f die einzelnen Phasen der Abwälzung zweierFig. La - f the individual phases of the rolling of two

Werkzeuge (Backen) auf der zu bearbeitenden Hülse, sowie die Lokalisierung des Kerns, um in derselben eine Vielnutbohrungs auszubilden, wobei ein Exzenter gezeigt isfc, der ein geometrischer Parameter der Bewegung der Backen im Verhältnis zur Hülse ist;Tools (jaws) on the sleeve to be processed, as well as the localization of the Kerns to make a multi-groove hole in the same form, with an eccentric shown isfc, which is a geometric parameter of movement the jaw is in relation to the sleeve;

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Pig. 2a - f '■ ." Beispiele von Schemen der Formung vonPig. 2a - f '■. " Examples of schemes for the formation of

Material mittels Backen mit formender . . Innenfläche und eines inneren Kerns, die sich durch die Form der Backen, die Art der Lokalisierung des Kerns im Werkstück, sowie durch die Art der Aufgabe des Materials in die Arbeitszone der Backen voneinander unterscheiden ;Material by means of baking with forming. . Inner surface and an inner core, which is distinguished by the shape of the jaws, the type of localization of the nucleus in the Workpiece, as well as the nature of the task of the material in the working zone of the jaws differ from each other;

Fig. 3 ein Schema der Formung des Materials beiFig. 3 shows a diagram of the shaping of the material at

einem sich zusammen mit diesem Material drehenden Kern, der keine axiale Bewegung ausführt, unda core that rotates together with this material and does not have any axial movement executes, and

Fig. 4 ein' Schema der Formung einer mit GewindeFigure 4 is a schematic of the formation of a threaded one

versehenen Öffnung, bei sich nicht drehendem Kern.provided opening, when not rotating Core.

In den Fig. lc, ld, le stehen die Backen'2 und j5 im Kontakt mit der Hülse 1 und bearbeiten dieselbe plastisch infolge, gegenseitiger Relativbewegung. In den Fig. la, Ib, If sind die erwähnten Backen auseinandergeschoben und in dieser Phase kann der Längsvorschub der Welle um die Größe eines Hubes erfolgen. Im Ergebnis der unmittelbaren Einwirkung . der Backen erfolgt die Formung der Außenfläche mit gleichzeitigem Fließen des Materials in ,der Öffnung, die die Form des vorher eingelegten Kern's annimmt.In FIGS. 1c, 1d, 1e the jaws 2 and 5 are in contact with the sleeve 1 and process the same plastically as a result, mutual relative movement. In Figs. La, Ib, If are the mentioned jaws pushed apart and in this phase the longitudinal advance of the shaft by the size of a Hubes take place. As a result of the immediate impact. of the jaws, the shaping of the outer surface takes place at the same time Flow of material in, the opening that the Assumes the shape of the previously inserted core.

Die Fig. 2a - f veranschaulichen verschiedene Schemen zur Materialformung. In den Fig. 2a, 2b, 2c, 2f verschiebt sich das zu bearbeitende Werkstück 1 zusammen mit dem in ihm befindlichen Kern 4 in Längsrichtung um die Größe einesFIGS. 2a-f illustrate various schemes for material shaping. In Figs. 2a, 2b, 2c, 2f shifts the workpiece to be processed 1 together with the core 4 located in it in the longitudinal direction by the size of a

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Hubes im Äugenblick, in welchem die Backen 2 und jj den Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstück verlieren. In den Fig. 2d, 2e wird das zu bearbeitende Werkstück 1 zusammen mit dem Kern 4 zwischen die Backen 2, 3 vor deren Betätigung angebracht und die Formung erfolgt gleichzeitig auf der ganzen Länge des Werkstückes. Hubes at the moment in which the jaws 2 and jj lose contact with the workpiece to be machined. In FIGS. 2d, 2e, the Workpiece 1 together with the core 4 is attached between the jaws 2, 3 prior to their actuation and the forming takes place simultaneously over the entire length of the workpiece.

In den Fig. 2a, 2e hat daa zu formende Material des Werkstückes 1 die Möglichkeit, axial in beiden Richtungen zu fließen.In FIGS. 2a, 2e, the material to be molded has Workpiece 1 the ability to flow axially in both directions.

In den Fig. 2b, 2f hat das zu formende Material des Werkstückes 1 die Möglichkeit, axial in einer Richtung zu fließen.In FIGS. 2b, 2f, the material of the workpiece 1 to be shaped has the option of axially in one direction flow.

In den Fig. 2c, 2d hat das zu formende Material des Werkstückes 1 keine Möglichkeit, axial zu fließen; es kann lediglich in radialer Richtung, zur Mitte des zu formenden Werkstückes fließen.In FIGS. 2c, 2d, the material of the workpiece 1 to be shaped has no possibility of flowing axially; it can only flow in the radial direction towards the center of the workpiece to be formed.

In der Fig. 3 dreht sich der Kern 4 zusammen mit dem zu formenden Material des Werkstückes 1, führt jedoch keine axiale Bewegung aus. In den sukzessiven Zyklen, wenn die Backen 2, 3 den Kontakt mit dem Material verlieren·, wird das Material um die Größe eines Hubes vorgeschoben-. Die Länge des Arbeitsteiles des Kernes 4 ist kürzer a-ls die Länge der zu formenden öffnung. Wie in der Fig. 4 veranschaulicht, erfolgt im Ergebnis der Abwälzung des Materials des Werkstückes 1 auf den Innenflächen der Werkzeuge 2 und 3 eine Verringerung des Außendurchmessers mit gleichzeitiger Verengung des Materials auf dem sich nicht drehenden Kern 4. Infolge der Drehung des Werkstückes 1 mit demIn FIG. 3, the core 4 rotates together with the material of the workpiece 1 to be shaped, but does not lead axial movement. In the successive cycles, when the jaws 2, 3 lose contact with the material · will the material advanced by the size of a stroke. The length of the working part of the core 4 is shorter a-ls the Length of the opening to be formed. As illustrated in Fig. 4, takes place as a result of the rolling of the material of the workpiece 1 on the inner surfaces of the tools 2 and 3 a reduction in the outer diameter with a simultaneous constriction of the material on the non-rotating one Core 4. As a result of the rotation of the workpiece 1 with the

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zu formenden Innengewinde im Verhältnis zur Schraubenlinie des sich nicht drehenden Kernes,- erfolgt eine axiale Verschiebung des Kernes, die das elastische Element 5 ' ermöglicht. Im Moment des Verlustes de's Kontaktes der ■Werkzeuge 2 Lind 5 mit dem Material 1, erfolgt infolge der Wirkung des elastischen Elementes 5 der automatische Vorschub des Materials (Arbeitsvorschub). Der Prozeß erfolgt in vielen sukzessiv sich wiederholenden Zyklen infolge, der durch die Bewegung der Backen' 2, 5 verursachten Drehung des Materials des Werkstückes 1 im Verhältnis zum sich nicht drehenden, mit Gewinde versehenen Kern, wird· der Arbeitsvorschub erlangt. -Internal thread to be formed in relation to the helix of the non-rotating core, - there is an axial thread Displacement of the core which the elastic element 5 ' enables. At the moment of the loss of contact between the tools 2 and 5 with the material 1, this occurs as a result the action of the elastic element 5, the automatic feed of the material (work feed). The process takes place in many successively repeating cycles as a result, caused by the movement of the jaws' 2, 5 rotation of the material of the workpiece 1 in relation to the non-rotating, threaded core, the working feedrate is achieved. -

Das Formungsverfahren dient auch zur plastischen Bearbeitung von nichtmetallischen Materialien,· die sich plastisch formen lassen.The molding process is also used for plastic processing of non-metallic materials that can be shaped plastically.

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Claims

( 1.) Process for the production of internal shapes in metal objects ^ with smooth or toothed outer surfaces of revolution, by plastic deformation of the workpiece in successively repeating cycles in such a way that in the first phase of each cycle the rolling of the workpiece on the forming inner surface of each Tool, which forms a segment of a smooth or toothed cylindrical surface and is internally tangential to the outer surface of the workpiece to be machined, is executed, while in the second phase of each cycle an axial advance of the workpiece by the size of one stroke at the moment is caused, in which the workpiece loses contact with the tools, according to patent (patent application P 19 05 9 ^ 9 · 5) 1 characterized in that, at the same time as the external shaping, the narrowing of the material of the workpiece (1) on the core ( ¹ O is made, which is attached to the material to be molded beforehand e opening has been inserted.

2. The method according to claim 1, characterized in that g e k e η η that in the first phase of a cycle the outer surface and the inner surface or only at the same time the outer surface of the workpiece (1) is formed over its entire length or on any part thereof.

3. The method according to claim 1, modified for the production of internal threads, characterized that the axial advance of the workpiece to be formed (1) caused by its turning in relation to the helix of the thread of the non-rotating core (4) will.

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