DE3001267C2

DE3001267C2 - Verfahren zum Herstellen einer vorgeschmiedeten Kurbelwange und Preßeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE3001267C2
Application number: DE3001267A
Authority: DE
Inventors: Erik Gentofte Hansen
Original assignee: B & W Diesel Koebenhavn/kopenhagen AS; MAN B&W Diesel AS
Current assignee: MAN B&W Diesel AS
Priority date: 1979-01-22
Filing date: 1980-01-15
Publication date: 1985-01-24
Also published as: DE3001267A1; NO149949B; YU14380A; GB2040755A; IT1128219B; BR8000366A; SE8000283L; GB2040755B; FR2446950B1; FR2446950A1; PL135377B1; NO794163L; NL186744C; FI70160C; SE444521B; ES487908A0; IN153883B; IE49132B1; CH642574A5; ES8100923A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer vorgeschmiedeten Kurbelwange für geschweißte Kurbelwellen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Preßeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 3.

Aus einem in der Zeitschrift »Werkstattechnik und Maschinenbau« 43. Jg, Heft 4, April 1953, Seiten 147 bis 151) veröffentlichten Artikel von H. Haller mit dem Titel »Das Schmieden von Kurbelwellen« ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs bekannt, bei dem als Preßdorn ein Lochstempel verwendet wird, der quer durch das Werkstück gedrückt wird. Hierdurch erzeugt der Stempel ein zentrales durchgehendes Loch in dem durch die gleichzeitige axiale Dehnung bzw. Verlängerung des ursprünglichen Ansatzes cr/ciiglcn Zapfen. Heim LoL'hvorgiing werden die M;ilei'i:ilfasern im Werkstück, die von Anfang an hauptsächlich in Richtung der parallelen Oberfläche des flachen Ausgangswerkstückes verliefen, durchgeschert. Da das die Umformung begleitende plastische Fließen des um den Lochstempel herum verbleibenden Materials überwiegend rein axial, d. h. in der Preßrichtung, erfolgt vermag der Lochvorgang in dem hohlen Zapfen nur in einem kleinen Ausmaß einen für die Festigkeitseiger^chaften der fertigen Kurbelwelle wünschenswerten achsparallelen Faserverlauf zu erzeugen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß die Materialfasern in den Lager- und Kurbelzapfen mit größerer Annäherung als bisher parallel zu den Zapfenoberflächen verlaufen und zwar in der gesamten Zapfenlängc, um so eine Verbesserung der Festigkeitseigenschaften der fertigen Kurbelwelle zu erzielen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Zum Durchführen des Verfahrens wird die Preßeinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 3 durch die Merkmale im Kennzeichen dieses Anspruches weitergebildet

Die Wirkung der beanspruchten Maßnahmen besteht darin, daß während des Eindrückens des Preßdornes in das vorgeformte Werkstück das zentrale Amboßteil durch seine Anlage gegen die Stirnfläche des vorgeformten Ansatzes ein axial gerichtetes Verdrängen des Materials in der Kernzone des Ansatzes verbindet Somit wird dieses Material gezwungen, gemeinsam mit dem die Kernzone umgebenden Material des Ansatzes in dem ringförmigen Raum zwischen dem Amboßteil und der Gesenkausnehmung sowohl axial als auch radial nach außen gegen die Innenseite der Ausnehmung zu fließen. Das kombinierte radiale und axiale Fließen des Materials führt vor allem dazu, daß im fertig gepreßten Zapfen eine besonders gute Annäherung an den wünschenswerten, der Oberfläche parallelen Faserverlauf über die volle Zapfenlänge erreicht wird. Bei dem Preßvorgang wird kein Material vom Werkstück entfernt. Dadurch erreicht man im Vergleich zu dem bekannten Verfahren zusätzlich eine wesentliche Materialersparnis, so daß bei gegebenen Abmessungen des Werkstükkes und der Gesenkausnehmung eine größere Zapfenlänge erzielbar ist

Das kombinierte radiale und axiale Fließen des Materials im Ansatz wisd noch begünstigt, wenn man das Verfahren in der bevorzugten Weise nach Anspruch 2

so durchführt.

Mit der neuen Preßeinrichtung lassen sich die Vorteile des neuen Verfahrens auf sehr einfache Weise und mit einfachen Mitteln erreichen.
Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der Außendurchmesser des Ambosses 40% bis 60% des Innendurchmessers der ihn umgebenden Gesenkausnehmung beträgt.

Die Preßeinrichtung wird zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß der Preßdorn einen konkaven Umfangsabschnitt aufweist, dessen Längsprofil als Kreisbogen geformt ist, wobei der Preßdorn daran anschließend zum freien Ende des Domes hin einen konischen Zapfenabschnitt von abnehmendem Durchmesser aufweist.
Durch den konkaven Umfangsabschnitt wird erreicht,

b5 daß die Faserrichtung einen entsprechend gekrümmten Verlauf längs der Oberfläche des Zapfens zeigt, wodurch ein günstigerer gleichmäßiger Übergang zu den Faserriehlungen in der fertigen Kurbelwange zwischen

den Kurbel- und. Hauptlagerzapfen erzielt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand scnematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen lotrechten Schnitt durch eine AusfOhrungsform einer Preßeinrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

F i g. 2 bis 4 in ähnlicher Darstellung wie F i g. 1 die Preßeinrichtung in aufeinanderfolgenden Phasen der Umformung des flachen Ausgangswerkstückes in eine Kurbelwange.

F ig. 3 einen senkrechten Schnitt durch die vorgeschmiedete Kurbelwange nach ihrer spanabhebenden Bearbeitung zur Vorbereitung des Verschweißen zu einer geschweißten Kurbelwelle und

Fig.6 in Draufsicht das untere Preßwerkzeug mit einem zugehörigen Halter für das flache Werkstück.

Die Preßeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus zwei relativ zueinander bewegbaren Preßwerkzeugen 1 und 2, von denen jeweils nur die zugehörigen auswechselbaren Teile gezeigt sind Im dargestellten Beispiel ist angenommen, daß das untere Preßwerkzeug 1 stationär angeordnet ist, während das obere Preßwerkzeug 2 demgegenüber auf und ab bewegbar ist Die Preßeinrichtung weist ferner einen ringförmigen Halter 4 auf, in den das auf Schmiedetemperatur erwärmte flache Ausgangswerkstück eingelegt wird.

Das untere Preßwerkzeug 1 weist in einem Gesenkabschnitt 6 eine Gesenkausnehmung 9 auf, in die ein am Außenumfang konisch und innen kreiszylindrischer, aus drei gleichen Segmenten 8 zusammengesetzter Tragring 7 eingelegt ist Dieser bildet an seiner kreiszylindrischen Innenfläche einen axial vorspringenden rippenförmigen Formabschnitt 10, der außen über eine kegelstumpfförmige Schräge in eine mit der Stirnfläche 12 des Gesenkabschnittes 6 bündig liegende Ringfläche 11 übergeht. Ein in die Stirnfläche 12 eingesenkter Stützzapfen 13 liegt mit dem axial äußersten Punkt seiner abgerundeten Stirnfläche in der gleichen Höhe wie der Kamm der Formrippe 10. Der Mittenabstand zwischen Stützzapfen 13 und Ringteil 7 ist gleich dem gewünschten Kurbelradius. Bei Beginn des Preßvorganges (F i g. 1) liegen Zapfen 13 und Fonnrippe 10 gleichermaßen an der ebenen Fläche des Werkstückes 5 an.

Die lichte Innenkontur 14 des Halters 4 entspricht der gewünschten Kontur der vorgeschmiedeten Kurbelwange. Seine axiale Dicke entspricht der Dicke des Werkstückes. Der Halter 4 läßt sich mit Hilfe eines Ansatzes 15 hantieren.

Nach Erhitzen auf die Schmiedetemperatur läßt sich das Werkstück 5, das durch Brennschneiden aus einer geschmiedeten oder gewalzten Stahlplatte mit entsprechender Kontur ausgeschnitten ist, leicht in den Halter 4 einlegen. Wird das Werkstück 5 durch Schmieden erhalten, findet der letzte Schmiedevorgang nach Einlegen des Werkstückes in den Halter 4 statt.

Das obere Preßwerkzeug 2 weist eine ebene Stirnfläche 16 auf, aus der ein Preßdorn 17 vorspringt, dessen Durchmesser etwa dem Durchmesser der zylindrischen Innenfläche des Ringteils 7 entspricht. Zentral in der Gesenkausnehmung 9 ist axial fluchtend mit dem Preßdorn 17 ein Amboßteil 20 mit kleinerem Durchmesser als der der Gesenkausnehmung 9 angeordnet. Dieser ist an einem Einsatzteil 18 ausgebildet, der einen das Amboßteil 20 umgebenden Flansch 19 aufweist, der in das Ringteil 7 eingesetzt ist. Die Stirnfläche des Amboßteils 20 ist mit 21 bezeichnet.

F i g. 2 zeigt das Werkstück nach einem Teilschmiedevorgang bei dem sich die Stirnfläche 16 des oberen Preßwerkzeuges auf die obere Flachseite des Werkstükkes aufgelegt hat, während der Preßdorn 17 eine entsprechende Vertiefung 22 in die Oberseite des Werk-Stückes eingeformt hat Der Zapfen 13 und die Formrippe 10 sind in die Unterseite des Werkstückes eingedrungen, wobei das dabei verdrängte Material einen Ansatz 24 bildet, der in die Gesenkausnehmung 9 ragt und sich an die Stirnfläche 21 des Amboßteils 20 anlegt

ίο Das vorgeformte Werkstück nach Fig.2 wird ncch öffnen der Preßeinrichtung mit Hilfe des Halters um 180° gedreht und gewendet so daß die gemeinsame Achse der Vertiefung 22 und des Ansatzes 24 mit der Achse des Zapfens 13 fluchten, worauf der gleiche Preß-Vorgang, wie er anhand F i g. 2 beschrieben worden ist, wiederholt wird. Das Werkstück erhält dann die aus F i g. 3 ersichtliche Form. Hierbei wird in der ursprünglichen Oberseite des Werkstückes eine entsprechende Vertiefung 25 und auf der gegenüberliegenden Seite fluchtend dazu ein entsprechender A> ;.tz 26 ausgebildet. Die Ansätze 24 und 26 sind jeweils a->. ihrem Fuß von einer in die Werkstückoberfläche eingeprägten ringförmigen Vertiefung 23 bzw. 27 umgeben. Das in dieser Zwischenform vorliegende Werkstück ist in F i g. 3 mi': 28 bezeichnet

Das auswechselbare Teil des oberen Preßwerkzeuges 2 wird gegen ein Teil 3 ausgetauscht das eine ringförmige Stirnfläche 29 aufweist, von der ein rotationssymmetrischer Preßdorn 30 axial vorspringt der in Richtung auf seine freie Stirnseite einen in vorbestimmter Weise abnehmenden Durchmesser aufweist Im Bereich seines Ansatzes an die ringförmige Stirnfläche 29 weist der Preßdorn 30 einen schwach konischen Basisteil 31 auf, der über einen in radialer Richtung konvex gekrümmten Abschnitt 32 in einen konkaven Umfangsabschnitt 33 übergeht der seinerseits in einem abschließenden schwach konischen Zapfenabschnitt 34 endet. Die Längsprofile des konvexen Abschnittes 32 und den äonkaven Umfangsabschnitte 33 sind jeweils als Kreisbogen geformt

Das zuvor beschriebene obere Preßwerkzeug gemäß Fig.3 wirkt mit dem auch bei den ersten Schmiedeschritten verwendeten unteren stationären Frsßwerkzeug 1 zusammen, um das Werkstück 28 in zwei gleichen Schritten, entsprechend den Schritten der F i g. 2 und 3 in die Werkstückform nach F i g. 4 umzuformen. Jeder dieser beiden Umformungischritte endet, wenn sich die freien Stirnflächen des oberen und unteren Preßwerkzeuges jeweils an die zugewandte Flachseite des Werkstückes anlegen, wie dies in F i g. 4 dargestellt ist.

Das beim Eindrücken des Preßdornes 30 in das Material des .Ansatzes 24 bzw. 26 verdrängte Material wird in den aus der Gesenkausnehmung 9 und dem darin angeordneten Amboßteil 20 gebildeten Ringraurr.· eingedrückt. Da im zentralen Bereich der Gesenkausnehmung 9 das Amboßteil 20 ein weiteres Fließen des Kernbereiches des Materials in axialer Richtung verhindert, wird das Material in diesem Bereich radial nach außen verdrängt, so daß die beiden Ansätze 24 bzw. 26 nicht nur verlängert werden, sondern auch über den größten Teil der Höhe der dabei entstehenden Zapfen 35 bzw. 36 eine kreiszylindrische Zapferiform mit der Oberfläche nach paral\*lem Faserverlauf erhalten. Dieser Faserverlauf wird auch am Fuß der Zapfen und an den Übergangssteilen zur Wange sichergestellt durch die zuvor eingeprägten ringförmigen Vertiefungen 23 und 27.

Der Mittelpunkt des Kreisbogens, der das Längsprofil des konkaven Umfcingsabschnittes 33 des Preßdornes 30 bestimmt, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform so angeordnet, daß er in der aus F i g. 4 ersichtlichen Endlage der PreBwerkzeuge mit dem Mittelpunkt des Kreisbogens zusammenfällt, der stirnseitig den rippenförmigen Formabschnitt 10(vergl. Fig. 1)begrenzt.

Die Ringflächen 16 bzw. 29 an dem oberen Preßwerkzeug sollen die Stirnfläche 11 des Ringteils 7 soweit als möglich überlappen. Der Umriß der Ringflächen kann der im Fig.6 strichpunktiert eingezeichneten Linie 38 entsprechen. Die im wesentlichen zylindrischen Umfangsabschnitte der Zapfen 35 und 36 bewirken, daß beim Trennen der Pnaßwerkzeuge das Ringteil 7 von den Zapfen mitgenommen wird. Aufgrund des segmentartigen Aufbaus des Ringteils 7 löst sich dieses leicht vom Zapfen und fällt in die Gesenkausnehmung zurück.

ihrem Umriß durch die strichpunktierte Umrißlinie 37 wiedergegeben. Sie wind abschließend spanabhebend so bearbeitet, daß das durch voll ausgezogene Linie wiedergegebene Werkstück übrigbleibt, welches zwei hohle Zapfen 41,42 mit jeweils ebener Stirnfläche 39 bzw. 40 aufweist und das mit mehreren identischen Kurbelwangen zu einer Kurbelwelle zusammengeschweißt werden kann. Die durch spanabhebende Bearbeitung zu entfernende Materialmenge ist vergleichsweise gering. Gleichzeitig wird in der fertigen Kurbelwange ein besonders günstiger Fasexverlauf und damit ein Optimum an Festigkeitseigenschaften erzielt.

Die in F i g. 4 gezeigten ringförmigen Vertiefungen 23 bzw. 27 um die jeweiligen Zapfen herum können auch nur teilringförmig ausgebildet und jeweils auf dem Umfangsbereich des Zapfens angeordnet sein, der dem zweiten Zapfen zugewandt ist. In diesen Bereichen sind die Materialspannungen bei Beanspruchung der Kurbelwelle bekanntlich besonders hoch. Die teilringförmigen Vertiefungen sind zweckmäßigerweise jeweils symmetrisch zu der in F i g. 6 eingezeichneten Mittellinie 43 angeordnet Die Umfangserstreckung der Vertiefung sollte beiderseits der Mittellinie 43 über einen Winkel von jeweils mindestens 60° gehen. Bei dieser Ausführungsform ist die Menge des durch Spanabhebung zu entfernenden Materials geringer als bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel.

Da für die Einformung der ringförmigen Vertiefungen 23 bzw. 27 eine relativ große Preßkraft erforderlich
ist, wenn sich die Vertiefungen über den vollen Umkreis
erstrecken, kann das Einpressen auch sukzessive in Teilumfangsabschniticn erfolgen. so

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer vorgeschmiedeten Kurbelwange für geschweißte Kurbelwellen mit hohlem Lager- und Kurbelzapfen, bei dem von einem auf Schmiedetemperatur erwärmten flachen Werkstück ausgegangen wird, an dem an den Stellen der späteren Zapfen vorspringende Ansätze ausgeformt und gleichzeitig an den den Ansätzen gegenüberliegenden Flächen Vertiefungen eingeformt werden, und anschließend der mit seinem Umfang in einer Ausnehmung des Gesenkes gehaltene Ansatz durch Eindrücken eines Preßdornes in die Vertiefung zum Hohlzapfen ausgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Eindrücken des Preßdornes (30) das Material des Ansatzes (24) in einen aus der Ausnehmung des Gesenkes (9) und einem darin angeordneten Amboßteil (;20) gebildeten Ringi^iiii eingedrückt wird.

2. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze des Werkstückes an die Stirnfläche des Amboßteils (20) heranreichen, bevor die Ansätze (24) zu den Hohlzapfen (36) verlängert werden.

3. Verrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, bestehend aus zwei relativ zueinander bewegbaren Preßwerkzeugen, von denen das eine eine Gesenkausnehmung für den Zapfen und das andere einen dazu axial fluchtenden vorspringenden Preßdorn aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zentral ^:ji der Cesenkausnehmung (9) ein Amboßteil (2C) mit kleinerem Durchmesser als der der Gesenkausnehmung (?: angeordnet ist und der Preßdorn (30) in Richtung auf seine freie Stirnseite einen abnehmenden Durchmesser aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des; Ambosses (20) 40% bis 60% des Innendurchmessers der ihn umgebenden Gesenkausnehmung (9) beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßdorn (30) einen konkaven Umfangsabschnitt (33) aufweist, dessen Längsprofil als Kreisbogen geformt ist, und daß der Preßdorn daran anschließend zum freien Ende des Dornes hin einen konischen Zapfenabschnitt (34) von abnehmendem Durchmesser aufweist.