DE2458291B2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schmiedeverfahren zum Herstellen eines Wertstücks aus zwei vor dem Schmieden in Art einer .Uohrung-Zapfen-Verbindung formschlüssig ineinandergreifend!: , formschlüssig ineinandergreifenden, unabhängig und aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellten Teilen, die zuerst erhitzt und dann durch gemeinsames Verformen in einem Schmiedegesenk miteinander verbunden werden.

Bei einem bekannten Verfahren (GB-PS 12 65 137) werden zwei, aus unterschiedlichen Metallen bestehende Werkstücke, von denen eines eine Welle, das andere ein Zahnkranz ist, zusammengeschmiedet, d. h. metallurgisch miteinander verbunden. Die jeweils auf schmelzmetallurgische Weise hergestellten Werkstücke werden zum Schmieden erhitzt, wobei die Schmelztemperatur des Wellenmaterials oberhalb der Schmiedetemperatur für den mit der Welle zu verbindenden Zahnkranz, zu liegen hat.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Anwendungsbereich für das Zusammenspiel von Teilen aus unterschiedlichen Werkstoffen zu erweitern, wobei es unter anderem auf eine bestimmte Abstimmung der Schmelztemperaturen der zu verbindenden Schmiedeteile nicht mehr ankommen soll.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe bei einem Schmiedeverfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß eines der Teile ein pulvermetallurgisch hergestellter Formkörper, das andere Teil ein schmelzmetallurgisch hergestelltes Formstück ist und daß Formkörper und Formstück an gleichartig konischen Berührungsflächen während des Schließens der das Schmiedegesenk bildenden Gesenkhälften zusammengestaucht werden, wobei das Formstück in Art eines Preßstempels ganz oder teilweise in den Formkörper hineingepreßt wird.

Durch das formschlüssige Ineinandergreifen im Bereich ihrer konischen Berührungsflächen wird eine besonders innige Verbindung von Formkörper und Formstück erzielt. Bei ihrer Verformung fließen die Werkstoffe der ineinander gefügten Teile im Verbindungsbereich über deren Begrenzungen hinaus, so daß sich eine verzahnte Verbindungsteile ausbildet Darüber hinaus haben die gleichartig konischen Berührungsflächen die Wirkung, daß von einander abweichende Schmelztemperaturen bzw. Schmiedetemperaturen von Formkörper und Formstück toleriert weiden, ggf.

"> sogar vorteilhaft, ausnutzbar sind, weil dabei eine besonders starke axiale Stauchung erzielbar ist, welche eine besonders hohe Verdichtung der Formteile ermöglicht

Bei der Herstellung von Zahnradteilen ist es bekannt,

mehrere Formteile aus unterschiedlichen Werkstoffen miteinander zu verbinden. Beispielsweise werden ungehärtete Zahnräder auf Wellen aufgepreßt (»TZ für praktische Metallbearbeitung«, Heft 11/1968, Seite 557), oder bei Zahnrädern mit mehreren Zahnkränzen, von denen einer Kupplungszwecken dient also besonders stark beansprucht ist diesen als pulvermetallurgisches Teil herzustellen und mit einem weiteren Zahnradkörper durch Schweißen oder Kleben zu verbinden (US-PS 36 78 557).

Das erfindungsgemäße Verfahren schafft eine Erweiterung der Technik des Verbindens zweier Formteile aus unterschiedlichen Materialien, von denen eines ein pulvermetallurgisch hergestelltes Teil ist während das andere auf schmelzmetallurgischem Wege hergestellt

M ist. Durch die unter Schmiedehitze erzielte Materialformung wird eine besonders innige und dichte Verbindung der beiden Formteile erzielt, wobei das für die Massenproduktion billige Schmiedeverfahren zur Anwendung kommt. Besonders vorteilhaft kann dabei die

^J5 Verbindung der beiden Formteile in einem Schmiedeschlag im geschlossenen, zweckmäßig gratfreien Gesenk erfolgen.

Das erfindungsgemäße Verfahren findet nicht nur Anwendung bei zusammengesetzten Werkstücken, von denen eines einem besonders hohen Verschleiß ausgesetzt ist, wobei aus Kostengründen lediglich das Verschleißteil aus hartem pulvermetallurgischem Werkstoff besteht; ein wichtiger Anwendungsbereich betrifft Werkstücke, die neben einer einfachen Form auch einen kompilizierten Formabschnitt aufweisen, der deshalb vorteilhaft auf pulvermetallurgischem Weg hergestellt und mit der einfachen Form zusammengeschmiedet wird.

Ein Ausführungibeispiel der Erfindung wird im

folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. I einen vertikalen Schnitt durch das Schmiedegesenk und

Fig. 2 einen teilweisen Längsschnitt durch ein Achskegelzahnrad.

Fig. I zeigt einen vertikalen Schnitt durch ein Schmiedegesenk, bestehend aus oberer Gesenkhälfte 1 und unterer Gesenkhälfte 2. In einer Bohrung 3 der unteren Gesenkhälfte 2 ist ein Stabstahl aufgenommen, der den Schaft 4 des fertigen Kegelzahnrads bildet. In ihrem unteren Bereich 5 ist die Bohrung 3 im Durchmesser geringfügig erweitert. An der unteren Stirnfläche 6 des Schafts 4 liegt der Auswerfer 7 an. Die obere Gesenkhälfte ist in zwei Stellungen gezeichnet. Die linke Hälfte gemäß Fig. I zeigt die Ausgangsstel lung vor dem Schmiedeschlag; die rechte Hälfte zeigt die Endstellung nach dem Schmiedeschlag. Die obere Gesenkhälfte ist zusammengesetzt aus dem Schrumpfring 8, in welchem zentrisch die eigentliche Matrize 9

aufgenommen ist. Die Lage beider Teile ineinander wird durch die am Schrumpfring befestigte Führungsplatte 10 gesichert, deren innere Umfangsfläche 11 gleichzeitig als FQhrungsfläche gegenüber einer entsprechenden Führungsfläche 12 der unteren Gesenkhälfte dient Der Schaft 4 ist in seinem über die Bohrung 3 in der unteren Gesenkhälfte hinausragenden Bereich 13 nach oben hin konisch zugespitzt Seine obere Stirnfläche ist gegen die untere Stirnfläche eines Zentrierbolzens 14 abgestützt Der Kopf 15 des Zentrierbolzens 14 ist mit seiner Umfangsfläche in einer Bohrung 16 des Schrumpfrings in der Schiießrichtung gemäß Pfeil P des Gesenks geführt Seine obere Stirnfläche ist mittels einer Tellerfeder 17 an der Unterseite eines die Bohrung 16 nach außen verschließenden Deckrings 18 abgestützt Der Deckring 18 ist in einer entsprechenden Eindrehung des Schrumpfrings 3 angeordnet und am Schrumpi'ring befestigt Aus Verschleißgründen ist der den Zentrierbolzen 14 führende Teil der Matrize 9 durch einen von dieser gesonderten Druckring 19 gebildet.

Auf den konischen Bereich 13 des Schafts 4 ist der gesinterte Zahnkranz 20, der die Form eines ionischen Rings aufweist, aufgesteckt. Die Darstellung der rechten Hälfte der oberen Gesenkhälfte zeigt, daß nach dem Herabfahren der oberen Gesenkhälfte unter entsprechender Verformung der Tellerfeder 17 die Höhe des gesinterten Zahnkranzes um die eingezeichnete Hublänge gegenüber der auf der linken Hälfte dargestellten Ausgangsstellung verringert ist. Die damit verbundene Volumenverkleinerung entspricht der erzielten Verdichtung des Materials des Zahnkranzes.

Der damit verbundene Materialfluß in Verbindung mit der Schmiedehitze bewirkt die innige Verbindung des Zahnkranzes 20 mit dem Schaft 4 im Bereich seines konischen Abschnitts 13. Vor dem Schmieden werden Zahnkranz und oberer Bereich des Schafts, bevorzugt durch induktive Erwärmung, auf eine Schmiedetemperatur von etwa 1000 bis 1300° C gebracht. Zur Erhaltung der blanken Metalloberfläche erfolgt die Erwärmung zweckmäßig unter Schutzgas, Demgegenüber schwankt die Temperatur der Gesenkteile etwa zwischen 100 und 300° C, Selbstverständlich wird in die Gravur der Gesenke vor jedem Schmiedevorgang in der üblichen Weise ein Schmiermittel eingebracht Das Schmieden erfolgt in einem einzigen Schmiedeschlag. Das gewählte

ίο geschlossene Gesenk verhindert die Ausbildung eines Grats. Nachdem Abheben der oberen Gesenkhälfte 1 wird das fertige Werkstück mittels des Auswerfcrs 7 aus der unteren Gesenkhälfte 2 entfernt.

Fig.2 zeigt ein Beispiel für die Ausbildung eines

'⁵ Achskegelrads. Die linke Hälfte zeigt einen Schnitt durch die ineinandergefügten Teile vor dem Schmieden, die rechte Hälfte einen Schnitt durch das fertiggeschmiedete Werkstück. Der Schaft besteht aus einem schmelzmetallurgisch hergestellten Stabstahl; er bildet, im Sinne der Patentansprüche das -lon bezeichnete Formstück. Ein Ende des Schafts trägt den pulvermetallurgisch hergestellten nach dem Schmieden die Verzahnung aufweisenden Zahnkranz 20; er bildet den sog. Formkörper im Sinne der Patentansprüche.

Ein konisches Ende des Schafts 4 tritt in eine entsprechend konische Bohrung 28 im Zahnkranz 20 ein. Anhand von Schliffbildern wurde eine Verbindungslinie 29 zwischen den beiden Formteilen sichtbar gemacht, die etwa von der Innenschulter 30 des

JO fertiggeschmiedeten Werkstücks aus senkrecht zur dem Schaft 4 zugewandten Rückenfläche 31 des Zahnkranzes 20 verläuft. Durch diesen Verlauf der Verbindungslinie 29, die an keiner Stelle außerhalb der Innenschulter 30 an die Oberfläche des Werkstücks mündet, kann die

^J5 Bildung eines Anrisses im Verbindungsbereich der beiden Formteile praktisch vermieden werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schmiedeverfahren zum Herstellen eines Werkstücks aus zwei vor dem Schmieden in Art einer Bohrung-Zapfen-Verbindung formschlüssig ineinandergreifenden, unabhängig und aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellten Teilen, die zuerst erhitzt und dann durch gemeinsames Verformen in einem Schmiedegesenk miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Teile ein pulvermetallurgisch hergestellter Formkörper, das andere Teil ein schmelzmetallurgisch hergestelltes Formstück ist und daß Formkörper und Formstück an gleichartig konischen Berührungsflächen während des Schließens der das Schmiedegesenk bildenden Gesenkhälften (1, 2) zusammengestaucht werden, wobei das Formstück in Art eines Preßstempels ganz oder teilweise in den Formkörper hineingepreßt wird.

2. Schmiedeverfahren nach Anspruch 1, zum Herstellen eines Achskegelrads, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schließen des Gesenks der in der oberen Gesenkhälfte 1 angeordnete, den Zahnkranz 20 des Kegelrads bildende Formkörper gegen das in der unteren Gesenkhälfte 2 aufgenommene, den Schaft 4 des Kegelrads bildende Formstück bewegt wird.