DE3333845C2

DE3333845C2 - Method of making a master wheel

Info

Publication number: DE3333845C2
Application number: DE19833333845
Authority: DE
Inventors: Otto Dr.-Ing. 5630 Remscheid Voigtländer; Dieter Dr.-Ing. 7505 Ettlingen Wiener
Original assignee: THYSSEN INDUSTRIE AG SCHMIEDETECHNIK/BERGBAUTECHNIK 5630 REMSCHEID DE
Current assignee: THYSSEN INDUSTRIE AG SCHMIEDETECHNIK/BERGBAUTECHNIK 5630 REMSCHEID DE
Priority date: 1983-09-20
Filing date: 1983-09-20
Publication date: 1986-10-02
Also published as: DE3333845A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen bogen- bzw. spiralverzahnter Kegelräder für Laufverzahnungen mittels Massivumformung in einem Gesenk, wobei zunächst ein Meisterrad hergestellt und dieses zum Fertigen des Gesenkes benutzt wird. Erfindungsgemäß wird aufgezeigt, wie ein präzisionsgeschmiedetes Kegelrad durch Schleifen nach bestimmten Verfahren fertigbearbeitet werden kann.The invention relates to a method for producing curved or spiral-toothed bevel gears for running gears by means of massive forming in a die, whereby a master wheel is first produced and this is used to produce the die. According to the invention it is shown how a precision-forged bevel gear can be finish-machined by grinding according to certain methods.

Description

worin bedeuten:where mean:

Po E aPo E. a

maximale Kontaktspannung
Elastizitätsmodul
halbe Zahnbreitemaximum contact voltage
modulus of elasticity
half face width

laufende Koordinate in Zahnbreitenrichtung, wobei die Korrektur der elastischen Gesenkdeformation z. B. 0,01 bis 0,1 mm beträgt, korrigiert um den Temperaturschrumpf, besonders durch die Änderung des Spiralwinkels der Bogen- bzw. Spiralverzahnung auf der Grundlage der geometrischen Bedingungen der Kegelräder, hergestellt wird.running coordinate in the direction of the face width, the correction being the elastic Die deformation z. B. 0.01 to 0.1 mm, corrected for the temperature shrinkage, especially by changing the spiral angle of the curved or spiral toothing on the basis of the geometric Conditions of the bevel gears.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Meisterrades unter Berücksichtigung von Korrekturen zur Herstellung eines Schmiedegesenkes, in dem bogen- bzw. spiralverzahnte Kegelräder für Laufverzahnungen mittels Massivumformungen hergestellt werden.The invention relates to a method for manufacturing a master wheel, taking corrections into account for the production of a forging die in which spiral or spiral bevel gears for running gears can be produced by means of forging.

Bogen- bzw. spiralverzahnte Kegelräder werden überwiegend durch spanende Fertigungsverfahren wie z. B. Wälzfräsen, hergestellt. Diese Verfahren haben den Nachteil des zerschnittenen Faserverlaufs und einer teilweise ungünstigen Zahnfußrundung der geringen Variationsmöglichkeit der Schnittbedingungen, der Beeinflussung der Flankenform, des erhöhten Werkstoffverlustes und einer teilweise eingeschränkten Genauigkeit und Oberflächengüte.Curved or spiral bevel gears are predominantly made by machining processes such as z. B. hobbing manufactured. These methods have the disadvantage of the cut fiber course and one partially unfavorable tooth root rounding the low possibility of variation of the cutting conditions, the influence the flank shape, the increased material loss and a partially limited accuracy and surface finish.

Diese Faktoren haben zur Folge, daß gegenwärtig zur Herstellung von bogenverzahnten Rädern für Kfz-Achsantriebe die Grundverzahnung durch Vorfräsen und Fertigfräsen, anschließendes Härten und nachfolgendes Läppen zur Beseitigung des Härteverzuges und einer entsprechenden Laufruhe hergestellt werden müssen. Derartige Radsätze können daher nur paarweise eingesetzt werden und besitzen in Richtung Drehmomentübertragung kein optimales Tragbild.As a result of these factors, the production of spiral-toothed wheels for motor vehicle final drives is currently being used the basic toothing through rough milling and finish milling, subsequent hardening and subsequent Lapping to eliminate the hardening delay and a corresponding smoothness must be made. Such wheel sets can therefore only be used in pairs and have a torque transmission direction no optimal contact pattern.

Diese Nachteile waren Veranlassung dazu, Verzahnungen auch durch Ur- bzw. Umformverfahren herzustellen. In bezug auf die obengenannten bogen- bzw. spiralverzahnten Kegelräder sind Versuche zur einbaufertigen Herstellung an den hohen Genauigkeits- und Belastbarkeits-Anforderungen gescheitert.These disadvantages prompted the production of gears using primary or forming processes. With regard to the above-mentioned spiral-toothed bevel gears, attempts are being made to prepare them for installation Manufacturing failed due to the high accuracy and load capacity requirements.

Nur bei einem Zahnradtyp, den geradverzahnten Kegelrädern, ist es bisher gelungen, größere Stückzahlen wirtschaftlich einbaufertig präzisionszuschmieden. Neben der damit möglichen Herstellung einer ausreichenden Ven-dhnungsqualität sind weitere Vorteile dieses Verfahrens die höhere Wirtschaftlichkeit, die größere Zahnfußfestigkeit aufgrund des ungeschnittenen Faserverlaufes und das geringere Verzugsverhalten nach dem Härten.Only one type of gear, the straight-toothed bevel gears, has so far been successful in producing larger quantities Precision forging economically ready for installation. In addition to the possible production of a sufficient Re-use quality are further advantages of this Process, the higher economic efficiency, the greater tooth root strength due to the uncut fiber course and the lower warpage behavior after hardening.

Während für die Massivumformung geradverzahnter Kegelräder in der Literatur eine Reihe von Lösungsmöglichkeiten und Fertigungseinrichtungen angegeben sind, werden zur Herstellung bogen- bzw. spiralverzahnter Kegelräder durch Massivumformung für die Praxis keine brauchbaren Informationen gegeben. Zum Beispiel unterscheidet sich das Schrumpf-Verhalten bogenverzahnter Kegelräder wesentlich von dem geradverzahnter Kegelräder. Beim geradverzahnten Kegelrad liegen die Zahnflanken auf radialen Strahlen, so daß der Temperaturschrumpf über ein einziges Meisterrad ohne Verzahnungskorrektur bei der Gesenkherstellung, sowohl für das Warmschmiedegesenk als auch für das evtl. erforderliche Kaltkalibriergesenk berücksichtigt werden kann.While for the massive forming of straight bevel gears in the literature, a number of possible solutions and manufacturing facilities are given are, for the production of curved or spiral bevel gears by massive forming for the No useful information given in practice. For example, the shrinkage behavior differs with spiral teeth Bevel gears differ significantly from straight-toothed bevel gears. With straight-toothed bevel gears the tooth flanks lie on radial rays, so that the temperature shrinkage over a single master wheel without tooth correction during die production, both for the hot forging die and for the any required cold calibration die can be taken into account.

Die spezielle Flanken- bzw. Zahnform bei bogen- bzw. spiralverzahnten Rädern führt zu folgenden Problemen, die beim konventionellen Umformen im Gesenk zu unbefriedigenden Ergebnissen geführt haben:The special flank or tooth shape of spiral or spiral toothed wheels leads to the following problems: which have led to unsatisfactory results with conventional forming in the die:

Erstens führt der Temperaturschrumpf zu einer entscheidenen Änderung des Spiralwinkels für das Meisterrad und Gesenk.First, the temperature shrinkage leads to a decisive change in the spiral angle for the master wheel and die.

Zweitens ist es erforderlich, die Wirkung des Temperaturschrumpfes auf die veränderte Lage des Bogenzahnmittelpunktes zu berücksichtigen. Dazu gehört auch die Berücksichtigung der bereits bisher erkannten Durchmesseränderung.Second, it is necessary to take the effect of temperature shrinkage to take into account the changed position of the center of the curved tooth. That includes also taking into account the previously recognized change in diameter.

Drittens ist es erforderlich, die elastischen Deformationen am Gesenk in entsprechender Größe zu berück sichtigen. Thirdly, it is necessary to take into account the elastic deformations on the die in an appropriate size.

Diese Verhältnisse sind insgesamt so kompliziert, daß es bisher nicht gelungen ist, derartige Räder wirtschaftlich einbaufertig massiv umzuformen.
Aus der DD-PS 52 605 ist ein Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches vorbekannt, das zum Herstellen von Gravuren an Gesenken bzw. Gesenkeinsätzen zum Schmieden von Kegelrädern durch Warmeinsenken geschieht. Dabei soll vor dem Warmeinsenken in die der späteren Einsenkung gegenüberliegende Fläche des Gesenkes bzw. Gesenkeinsatzes eine von Form- und Volumenverdrängung der Einsenkung abhängige, beispielsweise halbkugel- oder kegelstumpfförmige Vertiefung eingebracht und diese während des Warmeinsenkens ganz oder teilweise mit Gesenkwerkstoff ausgefüllt werden. Hiermit ist es jedoch nicht möglich, bogen- bzw. spiralverzahnte Kegelräder durch Massivumformung herzustellen. Die DE-Z. Fertigungstechnik 2. Jg., Heft 5, Mai 1952, S. 1945-1949 beschreibt das Herstellen von Gesenken auf spanlosem Wege durch Schmieden, wobei auch das sogenannte »Meister«-Verfahren angesprochen wird.Overall, these relationships are so complicated that it has so far not been possible to massively reshape such wheels economically and ready for installation.
From DD-PS 52 605 a method according to the generic term of patent claim is previously known, which is done by hot countersinking for the production of engravings on dies or die inserts for forging bevel gears. In this case, a hemispherical or frustoconical depression, for example hemispherical or frustoconical, should be made in the surface of the die or die insert opposite the subsequent depression before the subsequent depression and this depression should be completely or partially filled with die material during the hot depression. However, this does not make it possible to produce curved or spiral-toothed bevel gears by massive forging. The DE-Z. Manufacturing technology 2nd year, Issue 5, May 1952, pp. 1945-1949 describes the manufacture of dies by non-cutting means by forging, whereby the so-called "master" method is also addressed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches so auszugestalten, daß die besonderen geometrisehen Verhältnissen bei bogen- bzw. spiralverzahnten Kegelrädern berücksichtigt werden.The invention is based on the object of a method according to the generic term of the patent claim to be designed in such a way that the special geometrical conditions in the case of spiral or spiral teeth Bevel gears are taken into account.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch beschriebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the features described in the patent claim.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erstma-Hg für bogen- bzw. spiralverzahnte Kegelräder ein Weg zur wirtschaftlichen Herstellung durch Massivumformung aufgezeigt.
Ein besonderer Vorteil der angegebenen Verfahrens-With the method according to the invention, Erstma-Hg shows a way to economically manufacture spiral or spiral bevel gears by means of massive forming.
A particular advantage of the specified process

weise ist unter anderem die Verbesserung der Tragfähigkeit. Über das angegebene Verfahren ist es möglich, eine Verzahnung mit neuer Auslegungsphilosophie für das Tragbild und damit Tragverhalten zu generieren. Über eine gewoilte Tragbüdsonderform mit entsprechender Höhen- und Seitenballigkeit der Zahnflanken, über die Berücksichtigung des Wärmeschrumpfes mit all seinen räumlichen Auswirkungen und über die Einbeziehung der elastischen Gesenkdeformation wird beim Schmieden und anschließendem Fertigschleifen ein Radsatz erzeugt, der durch minimale Flächenpressung im Bereich des Tragbildes ohne Kantentragen und ohne Spannungsspitzen gekennzeichnet ist. Dadurch wird die Übertragung von bis zu dreifachen Drehmomenten möglich, im Prinzip kann diese erhöhte Flankentragfähigkeit aber nur effektiv genutzt werden, wenn gleichzeitig eine Erhöhung der Zahnfußfestigkeit erreicht ist. Beim Schmieden der Verzahnung wird im Vergleich zur konventionellen zerspanenden Herstellung der metallurgisch vorhandene Faserverlauf nicht unterbrochen, sondern in Richtung der Hauptbeanspruchung orientiert Gleichzeitig kann beim Schmieden im Gegensatz zum Zerspanen eine optimale Fußausrundung erzeugt werden, die sich oberflächenmäßig durch einen nachfolgenden Schleifprozeß noch verbessern läßt. In Verbindung mit einem verbesserten Geräuschverhalten ist über diesen Weg die Übertragung erhöhter Drehmomente bei verbessertem Wirkungsgrad möglich.Among other things, it is wise to improve the load-bearing capacity. Using the specified procedure, it is possible to create a toothing with a new design philosophy for to generate the contact pattern and thus the load-bearing behavior. With a special curved support frame with a corresponding Height and side crowning of the tooth flanks, taking into account the heat shrinkage all of its spatial effects and on the inclusion of the elastic die deformation is a wheel set is generated during forging and subsequent finish grinding, which by means of minimal surface pressure is marked in the area of the contact pattern without edge wear and without stress peaks. Through this the transmission of up to three times the torque is possible, in principle this increased flank load capacity but can only be used effectively if the tooth root strength is increased at the same time is reached. When forging the gearing is compared to conventional machining the metallurgically existing fiber course is not interrupted, but in the direction of the main stress oriented At the same time, in forging, in contrast to machining, an optimal rounding of the foot can be achieved can be generated, which improve the surface by a subsequent grinding process leaves. In connection with an improved noise behavior, the transmission is increased in this way Torques possible with improved efficiency.

Die mit dieser Verfahrenweise erreichbaren Genauigkeiten liegen im Bereich von IT 2 bis IT 6.The accuracies that can be achieved with this procedure range from IT 2 to IT 6.

Zusätzlich zu diesen Vorteilen wird in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht, daß der in jedem Fall auftretende Härteverzug beseitigt und damit austauschbare Radsätze (Tellerrad und Ritzel) erzeugt werden. Das ist besonders für Achsantriebe der KTz-Industrie von entscheidender Bedeutung.In addition to these advantages, it is achieved in connection with the method according to the invention that the in Any hardening distortion that occurs in each case is eliminated and interchangeable gear sets (crown wheel and pinion) are created will. This is particularly important for axle drives in the KTz industry.

Das erfindungsgemäß hergestellte Meisterrad wird zur Fertigung des Gesenkes benutzt.The master wheel manufactured according to the invention is used to manufacture the die.

Das Meisterrad kann in Teilform- oder Teilwälzverfahren mit einer um eine Schleifachse rotierend antreibbaren Topfschleifscheibe nachgearbeitet werden, wobei der Schleifachse eine zyklische Zusatzbewegung auf einer geschlossenen Bewegungsbahn in Form eines Kreiskegelschnittes erteilt wird und die Zusatzbewegung auf einer elliptischen Bewegungsbahn durchgeführt wird. Das so hergestellte Meisterrad wird zur Fertigung des Warmschmiedegesenkes benutzt. Das darin erzeugte Schmiedestück wird z. B. ebenfalls im Teilform- oder Teilwälzverfahren wie das Meisterrad nachgearbeitet.The master wheel can be driven in a partial form or partial rolling process with a rotating about a grinding axis Cup grinding wheel can be reworked, with the grinding axis a cyclical additional movement on a closed trajectory in the form of a circular conic section is issued and the additional movement on an elliptical trajectory is carried out. The master wheel produced in this way is used to manufacture the Hot forging die used. The forging produced therein is z. B. also in partial form or Partial hobbing process like the master wheel reworked.

Es ist aber auch möglich, daß ein erfindungsgemäß hergestelltes Meisterrad zum Schleifen der bogen- bzw. spiralförmigen Zähne durch ein auf einer umlaufenden Spindel befindlichen topfförmigen Schleifscheibe bearbeitet wird, die mit zwei einen Kegel bildenden Schleifflanken und mit dem Meisterrad in eine Wälzbewegung — einer oszillierenden Drehbewegung — führenden Welle ausgerüstet ist, und zumindest die Zähne der zu beiden Seiten einer Zahnlücke liegenden Zahnflanken des Meisterrades erzeugt werden, derart, daß die Schleifscheibe um ihre Achse in einer zusätzlichen zyklischen Bewegung geringer Exzentrizität angetrieben ist. Das so hergestellte Meisterrad wird ebenfalls zur Fertigung des Warmschmiedegesenkes benutzt, wobei die darin hergestellten Schmiedestücke ebenfalls wie bei der Feinbearbeitung des Meisterrades fertiggeschliffen werden.But it is also possible that a master wheel manufactured according to the invention for grinding the curved or Spiral teeth machined by a cup-shaped grinding wheel located on a rotating spindle with two grinding flanks forming a cone and with the master wheel in a rolling motion - An oscillating rotary movement - leading shaft is equipped, and at least the teeth of the to Both sides of a tooth gap lying tooth flanks of the master wheel are generated in such a way that the Grinding wheel is driven around its axis in an additional cyclical movement with little eccentricity. The master wheel produced in this way is also used to manufacture the hot forging die, whereby the Forgings produced in it are also finish-ground as in the fine machining of the master wheel will.

Die Werkstücke können nach der Entnahme aus dem anhand von erfindungsgemaßen Meisterrädern herzustellenden Warmgesenken kalibriert werden.The workpieces can be produced after removal from the master wheels according to the invention Hot dies are calibrated.

Grundsätzlich sind Schleifverfahren wie sie hei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Meislerrades zur Anwendung gelangen können aus der DE-OS 29 45 483 vorbekannt.In principle, grinding processes such as those used in the manufacture of a Meisler wheel according to the invention are used Application can come from DE-OS 29 45 483 previously known.

Claims

Claim:

Method for manufacturing a master wheel, taking into account corrections for manufacturing a forging die in which spiral or spiral bevel gears for running gears are manufactured by means of massive forming, characterized in that the master wheel, corrected by a grinding allowance of z. B. 0.05 mm to 0.3 mm, corrected for an elastic Die deformation after the relationship

V = -^- (α² - Y²) V = - ^ - (α ² - Y ² )