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Verfahren und Vorrichtung zum Warmpressen von werkstük-
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ken mit Stirnverzahnung, insbesondere Stirnzahnrädern Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zum Warmpressen von zylindrischen Werkstücken, die
an ihrer Zylinderoberfläche in axialer Richtung ganz oder teilweise gezahnt sind,
insbesondere Stirnzahnräder, aus metallischen Werkstoffen, vorzugsweise Stahllegierungen.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Preßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Das Warmschmieden von Kegelzahnrädern im Gesenk ist aus den DE-ASen
1 048 766 und 1 052 779 bekannt. Die nach diesem Verfahren herstellbaren Werkstücke
sind hinsichtlich ihrer Form so ausgelegt, daß eine Gesenkschräge das Freilegen
des fertigen Werkstückes ermöglicht. Es wird von einem etwa zylindrischen Rohling
aus Stahl ausgegangels, wobei mit einem geringfügigen Materialüberschub gearbeitet
wird, so daß nach dem Auffüllen des Gesenkes am äußeren Rand des Werkstückes ein
schmaler Grat entsteht, der später entfernt werden muß.
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Für Werkstücke mit einer Stirnverzahnung wie Stirnzahnräder oder dergleichen
ist die Anwendung eines ireßverfahrens in der vorstehend beschriebenen Art bisher
nicht bekanntgeworden. Stirnzahnräder werden vielmehr in der weise hergestellt,
daß zunächst ein entsprechendes hohteil geschmiedet wird, welches anschließend durch
Drehen vorgearbeitet und an dem nachfolgend durch Fräsen oder Stoßen die Verzahnung
erzeugt wird. Dieses bekannte Verfahren ist nicht nur wegen des erheblichen Zeit-
und Kostenaufwandes unbefriedigend, sondern hat auch im Ilinblick auf die Festigkeit
der Verzahnung den Nachteil.
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daß der Faserverlauf des Werkstoffes durch die eingefrästen Zahnnuten
unterbrochen wird und somit die Festigkeit am Zahnfuß geschwächt ist. Außerdem muß
des fertige Werkstück so beschaffen sein, daß beim Verzahnungsvor gang ein Auslauf
für die Bearbeitungswerkzeuge vorhanden
ist. Bei einem Werkstück,
bei dem die Stirnverzahnung sich nur über einen Teil der axialen Lunge der Zylinderoberfläche
erstreckt, bereitet die erstellung einer Stirnverzahnung Schwierigkeiten, wenn cer
nicht verzahnte Abschnitt einen größeren Durchmesser als der verzehnte Abschnitt
hat.
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Die Erfindung will hier Abhilfe schaffen. Sie zielt darauf ab, einen
geeigneten Weg anzugeben, der es ermöglicht, zylindrische Werkstücke, die an ihrer
Zylinderoberfläche ganz oder teilweise gezahnt sind, einbaufertig oder mit geringem
Aufmaß in einem Gesenk fertig zu schmieden bzw.
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zu pressen.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in
einer die Zahnform enthaltenden Matrize ein erwärm-ter Rohling mit einem Volumen
entsprechend dem fertigen Werkstück eingelegt wird, daß dieser Rohling durch einen
im Profil mit der Deckfläche des fertigen Werkstückes übereinstimmenden, den Preßraum
in der Matrize abschließenden Stempel in einem Arbeitsschub ausgeschmiedet wird
und daß das fertige Werkstück durch einen axial beweglichen Unterstempel ausgestoßen
wird. Vorzugsweise wird ein im wesentlichen zylindrischer Rohling verwendet.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin
zu sehen, daß der Werkstoff des auf Schmiedetemperatur erhitzten Rohlings weitgehend
in radialer Richtung nach außen in die Zahnlücken der Matrize fließt und diese vom
Fußkreis bis zum Kopfkreis auffüllt. Nach diesem Verfahren lassen sich beispielsweise
Stirnzahnräder entweder einbaufertig oder mit geringem Aufmaß herstellen, sofern
nach dem Harten noch eine geringe Nachbearbeitung durch Schleifen oder Fräsen erwünscht
ist. Gegenüber durch Fräsen hergestellte Stiruzahnräder haben die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Stirnzahnräder den großen Vort-ei'~ daß keine Unterbre-
chung
des Faserverlaufs im Werkstück vorhanden is und folglich bei gleichen Abmessungen
und gleichem Werkstoff eine hönere Zahnfußfestigkeit erzielt wird.
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Zur Durchführung des Verfahrens ist in weiterer kusgestaltung der
Erfindung eine Preßvorrichtung vorgesehen, bei der die den Preßraum umschließende
patrize aus einem Ringstück besteht, welches in einem unten offenen Matrizenhalter
gelagert ist, und bei der den unteren Abschluß des Preßraumes ein mit der unteren
Deckfläche des fertigen Werkstückes übereinstimmender Unterstempel bildet, der zum
Ausstoßen des Werkstückes axial bewegbar ist.
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Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann die Matrize auch
so ausgestaltet sein, daß sich der Offnungsquerschnitt der Innenverzahnung in Ausstoßrichtung
konisch verjüngt. Hierdurch wird auf einfache Weise <Iie Möglich keit geschaffen,
die Verzahnung des Werkstückes gleichzeitig mit dem Ausstoßen aus der Matrize zii
kalibrieren.
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Das Verfahren und die Preßvorrichtung eignen sich auch zur Herstellung
von zylindrischen Werkstücken, die an ihrer Zylinderoberfläche nur auf einem Teil
der axialen Gesamtlänge gezahnt sind. In diesem Fall wird eine Matrize verwendet,
die einen unteren Abschnitt mit Innenverzahnung und einen oberen, im Durchmesser
größeren Abschnitt mit glatter Wandung aufweist oder umgekehrt, wenn der Durchmesser
des Verzahnungsabschnittes größer ist als der des Abschnittes mit der glatten Wandung.
Der Abschnitt mit der glatten Wandung kann auch unterschiedliche Durch messer haben.
Im letztgenannten Fall wird eine Matrize verwendet, bei der der Abschnitt mit der
glatten Wandung einen radial abgestuften Wandungsverlauf hat.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen, auf denen Preßvorrichtungen
als Ausführungsbeispeile dargestellt sind, naher erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen
Ausschnitt einer Preßvorrichtung im Bereich der Matrize in einem Axialachnitt mit
eingelegtem Rohling,
Figur 2 einen Axialschnitt des fertigen Werkstiickes,
Figur 3 eine Preßvorrichtung in einer anderen Ausführungsform zur Herstellung von
Werkstücken, die aus einem Abschnitt mit gezahnter und einem Abschnitt mit ungezahnter
Oberfläche bestehen,und Figur 4 einen Querschnitt eines fertigen Werkstiickes, welches
mit Hilfe der Vorrichtung nach Fig. 3 herstellbar ist.
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Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Warmpressen von Zahnrädern
mit Stirnverzahnung enthält eine als Ringstück ausgebildete Matrize 1 mit einer
innenverzahnung 2, die das Negativ des darin herzustellenden Werkstückes ist.
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Gelagert ist die Matrize 1 in einem Matrizenhalter 3, welcher ebenfalls
ringförmig ausgebildet ist.
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Den unteren Abschluß des Preßraumes bildet ein axial bewegbarer Unterstempel
4, dessen Kopfteil eine Außenverzahnung 5 entsprechend dem fertigen Werkstjjck aufweist
und der mit diesem Kopf axial gleitend in der Matrize 1 geführt ist. Der Unterstempel
4 dient gleichzeitig als Auswerfer des fertigen Werstückes nach beendet ?ffl Preßvorgang.
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Der Oberstempel 6, der in einen nicht dargestellten Oberstempelhalter
der Preßvorrichtung eingesetzt ist, enthält am unteren Ende eine Außenverzahnung
entsprechend dem fertigen Werkstück.
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Für die Elerstellung eines Stirnzahnrades Y, wie es in Fig. 2 abgebildet
ist, wird von einem Rohling 8 in einer im wesentlichen zylindrischen Form ausgegangen,
dessen größter Durchmesser kleiner ist als dej Kopfkreis-Durchmesser der Innenverzahnung
2 der Matrize 1. Der entzlmderte und auf Dchmiedetemperatur erhitzte Rohling 8 wird
auf
die Planfläche des Unterstempels 4 augelegt. Da seine Außenabmessungen zweckmäßigerweise
njr gelvingfügig kleiner gewählt werden als der Durchmesser des Kopfkreises der
Innenverzahnung 2 der Matrize 1 findet beim Einlegen eine selbsttätige Zentrierung
des Rohlings 8 innerhalb der Matrize 1 statt.
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Beim Preßvorgang wird durch den in die Matrize 1 eindringenden Oberstempel
6 der Preßraum vollständig nbgeschlossen, bevor der Oberstempel 6 mit dem Rohling
8 in Berührung kommt.Durch den nachfolgend einsetzenden A1beitsdruck wird der Rohling
8 umgeformt, wobei der Werkstoff überwiegend in radialer Richtung nach außen fließt
und die Zahnlücken der Verzahnung 2 der Matrize 1 bis zum Fußkreis derselben füllt.
Nach Beendigung des Preßvorganges wird der Oberstempel 6 zurückgefahren und das
fertige Werkstück 7 durch den Unterstempel 4 nach oben ausgedrückt.
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Bei Verwendung einer Matrize 1 mit konischer Verengung zur Oberseite
findet mit dem Ausdrücken des Werkstückes 7 gleichzeitig eine zylindrische Kalibrierung
der Verzahnung statt.
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In Fig. 3 ist die Ausgestaltung einer Preßvorrichtung zur Herstellung
von Werkstücken in der äußeren Form nach Fig.
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4 4 veranschaulicht, also von Werkstücken, bei denen sich die Stirnverzahnung
nicht über die ganze axiale Nne der Zylinderoberfläche erstreckt.
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Bei dieser Vorrichtung ist ebenfalls ein Matrizenhalter 3 vorgesehen,
in dem eine als Ringstück ausgebildete Matrize 9 gelagert ist, die nur in ihrem
unteren Abschnitt eine Innenverzahnung 10 entsprechend dem Zahnprofil 11 des fertigen
Werkstückes 12 aufweist. An den Abschnitt mit der Innenverzahnung 10 schließt sich
ein oberer Abschnitt mit glatterinnenwandung 13 an. Der Unterstempel 1/ unter-
scheidet
sich von dem Unterstempel 4 der Vorrichtung nach Fig. 1 nur durch ein anderes Profil
auf seiner Deckfläche.
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Beim Oberstempel 15 dieser Vorrichtung fehlt im Gegensatz zur Vorrichtung
nach Fig. 1 die Außenverzahnung.
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Den Abschluß des Preßraumes in der Matrize 9 bewirkt bei diesem Oberstempel
15 ein am rückwärtigen Ende befindlicher zalindrischer Ansatz ?G, der während des
eigentliches Preßvorganges in der oberen zylindrischen Abschnitt der Öffnung der
Matrize 9 gleitet.
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Wie aus der zeichnerischen Darstellung ferner hervorgeht, ist der
Oberstempel 15 an einem Matrizenhalter 17 befestigt, der in seinem unteren Abschnitt
haubenartig ausgebildet ist und während de Preßvorganges mit seinem Ringteil 18
auf einem Dornsatz 19 des Matrizenhalters 3 axial beweglich geführt ist.
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In der Möglichkeit, auch Werkstücke in einer Formgestaltung entsprechend
Fig. 4 in einem einzigen Arbeitsvorgang fertigpressen zu können, ist ein weiterer
wesentlicher Vorteil es Verfahrens nach der Erfindung zu sehen. Die erforderlichen
Preßdrücke bewegen sich im übrigen in den beim bekannten Warmpressen üblichen Grenzein.
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L e e r s e i t e