DE3427156A1 - Schmiedeverfahren - Google Patents
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Description
3427151
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Genauschmieden von mit einer Kurzverzahnung versehenen Synchronbauteilen
in Schaltgetrieben, wobei die Zähne jeweils mit ihrer
radial inneren Seite an einer gemeinsamen Zylinderfläche
angesetzt und mit ihrem Fuß auf eine gemeinsame untere Planfläche aufgesetzt sind, und wobei die Kupplungsflächen bildenden Zahnflanken unter Verbreiterung des
Zahnkopfes schief verlaufen.
Ein derartiges Verfahren zur Herstellung von der Kraftübertragung dienenden Kupplungsteilen mit Klauen bzw. Taschen
ist aus der DE Al 31 34 857 bekannt. Dort werden beim
Vorschmieden Klauen erzeugt, deren Kopfflächen wenigstens entlang ihrer mit den Kupplungsflächen gemeinsamen
Kanten mit Aufmaß hergestellt werden. Durch einen nachfolgenden Kalibrierschlag wird die gewünschte Schrägstellung
der Kupplungsflächen erzielt. Beim Kalibrieren können die Klauen dabei zwischen quer zu den Kupplungsflächen verlaufenden Gesenkflächen gestützt werden.
-ι-
Der Anwendung des bekannten Schmiedeverfahrens zur Herstellung von mit einer Kurzverzahnung versehenen
Synchronbauteilen für Schaltgetriebe sind zumindest
bei hohen Genauigkeitsanforderungen bzw. bei sehr kleinen Synchronbauteilen Grenzen gesetzt. Infolge
der freien Verformung der die Kupplungsflächen bildenden
Seitenflanken der Klauen durch Stauchen des Kopfaufmasses
läßt sich die Genauigkeit läßt der Ausbildung der Kupplungsflächen
nicht beliebig steigern.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die uneingeschränkte Anwendung des bekannten
Verfahrens auf Synchronbauteile der eingangs genannten Art zu ermöglichen und dabei eine erhöhte Genauigkeit
bei der Ausbildung der Kupplungsflächen zu erzielen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Patentanspruch 1 gekennzeichneten Verfahrensschritte
a) "Vorschmieden" und b) "Kaltkalibrieren" gelöst. Der Verfahrensschritt a) ist nach dem bekannten Verfahren
ableitbar.
Der Verfahrensschritt b), welcher sich auf einen oder mehrere Kalibrierschläge bezieht, umfaßt eine dreistufige
Verformung durch Kalibrieren, unterscheidet sich also insoweit grundlegend von dem genannten Stand der Technik.
342715
-t-
In einer ersten Stufe aa) werden die mit Übermaß hergestellten Zahnköpfe zunächst vorgestaucht; dabei bleiben
die geraden, d.h. in radialen Ebenen bezüglich der
allen Zähnen gemeinsamen Zylinderfläche verlaufenden
Zahnflanken im wesentlichen noch erhalten. Es kommt zu einer Material verdichtung, die dann in der zweiten
Kalibrierstufe gem. Merkmal bb) zu einer Kaltverfestigung
insbesondere in dem durch die untere Planfläche gestutzten
Fußbereich der Zähne führt. Diese Kaltverfestigung im Fußbereich ist nicht nur sehr wesentlich für die
genaue Ausformung der Zahnfußausrundung; ihre besondere Wirkung besteht darin, daß sie beim anschließenden
Fertigstauchen der Zahnform gem. Merkmal cc) die Schräge der die Kupplungsfläche bildenden Zahnflanken exakt
steuert, ohne daß es dabei einer Abstützung durch die Gesenkform bedarf. Gleichzeitig wird während der dritten
Verformungsstufe die für Kurzverzahnungen charakteristische Dachform der Zahnköpfe fertig ausgebildet.
Es ist grundsätzlich möglich, die drei Verformungsstufen
gemäß Merkmal b) von Patentanspruch 1 mittels eines sog. "vorauseilenden" Gesenks innerhalb eines einzigen
Kalibrierschlags zu verwirklichen. Zweckmäßig ist jedoch
die Anwendung zweier Kalibrierschläge , wobei der erste
die Verformungsstufen aa) und bb) verwirklicht, der zweite schließlich die Verformungsstufe cc).
Die Praxis hat gezeigt, daß nach diesem Verfahren hergestellte
Synchronbauteile eine allen Anforderungen für
Schaltgetriebe in Kraftfahrzeugbau genügende Kurzverzahnung aufweisen.
Im Rahmen einer Ausgestaltung der Erfindung ist bei der Herstellung des Halbzeugs von Bedeutung, daß die
Zylinderfläche im Bereich der Zahnköpfe durch eine obere Planfläche begrenzt ist, über welche die Zahnköpfe
des Halbzeugs mit wenigstens einem Teil ihres Aufmaßes
hinausragen und daß beim Fertigstauchen die Zähne derartig verformt werden, daß die Zahnköpfe in oder unterhalb
der oberen Planfläche enden.
Der Verformungsgrad beim Stauchen der Zahnköpfe ist dabei so zu steuern, daß spätestens während des Fertigstauchens
die am Halbzeug ausgebildeten Zähne in einem zwischen oberer Planfläche und fertiger Zahnkopfform
liegenden Bereich von der Zylinderfläche abgeschert
werden. Es ist in diesem Zusammenhang leicht vorstellbar, daß das abgescherte Material unter Ausbildung der schrägen
Zahnflanken in Richtung der Zahnlücke hin ausgeformt wird; dabei bildet die allen Zähnen gemeinsame Zylinderfläche
eine wirksame, die Verformung nicht behindernde Stützfläche, die mit dem Zahnim Bereich der größten
Zahnbreite unverbunden sein kann.
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Im folgenden wird die Herstellung eines Synchronbauteils
anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen axialen Halbschnitt durch ein Synchronbauteil,
Fig. 2 einen perspektivischen Abschnitt des
Synchronbauteils in der Seitenansicht mit Zähnen in unterschiedlichen Verformungs
stufen und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Zahnes in drei unterschiedlichen Verformungsstufen.
Der in Fig. 1 dargestellte Halbschnitt durch ein an einer Vielzahl möglicher Varianten ausgewähltes Synchronbauteil
1 mit Mittel bohrung 2 zeigt einen mit schraffiertem
Querschnitt dargestellten Ringkörper 3, an welchem zwischen einer oberen Planfläche 4 und einer unteren
Planfläche 5 eine Zylinderfläche 6 ausgebildet ist.
An der Zylinderfläche 6 sind die Zähne 7 einer Kurzverzahnung
angesetzt, wobei über den Umfang des Synchronbauteils
1 verteilt insgesamt vier Segmente 8 mit jeweils
fünf daran angesetzten Zähnen vorgesehen sind.
-0-
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem derartigen Segment 8 mit einem fertig geformten Zahn 7 und zwei
weiteren Zähnen, welche Durchgangsstadien des Herstellungsverfahrens
darstellen. Der rechte Zahn mit der Bezeichnung aa) entspricht der Zahnform des nach
dem Warmschmiedeverfahren hergestellten Halbzeugs. Dieser Zahn besitzt, bezogen auf das Segment 8, längs
Radi al ebenen verlaufende Zahnflanken 9 sowie einen
dachartig geformten Zahnkopf 10, wobei die Dachform etwa oberhalb der oberen Planfläche 4 des Segments
8 zu liegen kommt. Links ist ein mit cc) bezeichneter fertiger Zahn 7 dargestellt, allerdings mitstark übertrieben
gezeichneter Neigung seiner Kupplungsflächen bildenden Zahnflanken 9. Dieser Zahn ist gegenüber dem rechts
dargestellten Zahn der Verformungsstufe aa) in seiner Höhenabmessung deutlich verkürzt, und zwar als Ergebnis
zweier Stauchvorgänge nämlich aus der Schmiedeform aa) in die in Fig. dargestellte Zwischenform bb) und
danach in die Endform cc). Die beiden letztgenannten Verformungsstufen bb) und cc) werden bevorzugt durch
zwei nacheinander erfolgende Kalibrierschläge verwirklicht.
Gemäß Fig. 2 fällt die Spitze des Zahnkopfs des fertigen Zahns 7 etwa mit der Planfläche 4 zusammen. Dieser
geometrische Zusammenhang ist jedoch nicht zwingend. Der Zahnkopf kann bei anderen Synchronbauteilen geringfügig
sowohl über die obere Planfläche 4 hinausragen als auch darunterliegen.
342715! 5-
Die mittlere Zahndarstellung gem. Fig. 2 zeigt übereinandergezeichnet einen fertigen Zahn 7 (in durchgezogenen
Linien) und einen geschmiedeten Zahn (in gestrichelten Linien), gemäß der rechten Form cc) des
Halbzeugs. Die mittlere Zahndarstellung soll den Verformungsgrad
vom Vorschmieden zum Fertigkalibrieren demonstrieren.
Dies geht besonders deutlich auch aus der Darstellung gem. Fig. 3 hervor. Gemäß Fig. 3 ist die
zylindrische Fläche 6, in die Ebene projeziert, zwischen zwei strichlierten Linien dargestellt. Auch hier ist
die jeweilige Verformung von der Verformungsstufe aa) für Vorschmieden zu bb) für Vorstauchen und weiter
zu cc) für Fertigstauchen zur Vedeutlichung der Verhältnisse
übertrieben dargestellt. Die beiden letztgenannten Verfahrensstufen finden innerhalb des Kalibriervorgangs
statt und zwar durch ein oder mehrere Kalibrierschläge.
Wesentlich ist dabei, daß in der Verformungsstufe bb) eine Kaltverfestigung innerhalb der Zonen 11 um die
Fußausrundung 12 der Zähne erzielt wird. Diese Kaltverfestigung ist wesentliche Ursache dafür daß die die
Kupplungsflächen bildenden Zahnflanken 9 des fertig
kalibrieren Zahnes 7 eine ebene Fläche bilden, die in der jeweils gewünschten Schräge zur Verbreiterung
des Zahnkopfes hin nach oben verläuft.
Mittels eines nicht dargestellten , an sich bekannten vorlaufenden Gesenks, ist es beim Kalibrieren in der
Verformungsstufe bb) möglich, zuerst die Fußausrundung 12 durch Vorstauchen des Zahnes aus der Verformungsstufe
aa) in die Verformungsstufe bb) zu erzeugen. Dabei kommt es in der Verformungsstufe bb) zu einer kaumerkennbaren
Schrägstellung der Zahnflanken 9. Erst
beim Fertigstauchen innerhalb der Verformungsstufe cc ) erhalten diese die gewünschte Schrägstellung.
Ein VErgleich der links dargestellten Verformungsstufe aa) mit der rechts dargestellten Endstufe cc) läßt
auf der Zylinderfläche 6 den schraffiert dargestellten
Scherbereich 13 erkennen, innerhalb welchem ein Werkstofftransport stattfindet, der im Ergebnis die Kopfverbreiterung
des fertigen Zahnes ermöglicht. Die Zahnformen der Fig. 2 und 3 sind im wesentlichen
schematisch dargestellt. In Wirklichkeit sind die Kanten insbesondere der Zwischenformen aa) und bb) etwas gerundet
und die Schrägstenung der Zahnflanken in der Endform
cc) ist deutlich geringer. Nach dem ersten Kalibrierschritt (Form bb) können die die Zahnflanken in Kopfnähe leicht
konvex, darunter geringfügig konkav verlaufen, wie in Fig. 3 durch eine strichlierte Linie gezeigt.
Claims (3)
1. Verfahren zum Genauschmieden von mit einer Kurzverzahnung versehenen Synchronbauteilen (1) in Schaltgetrieben,
wobei die Zähne (7) jeweils mit ihrer radial inneren Seite an einer gemeinsamen Zylinderfläche
(6) angesetzt und mit ihrem Fuß auf eine gemeinsame untere Planfläche (5) aufgesetzt sind, und wobei
die Kupplungsflächen bildenden Zahnflanken (9) unter
Verbreiterung des Zahnkopfes (10) schief verlaufen, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
a) Durch Vorschmieden wird ein Halbzeug hergestellt, dessen Kurzverzahnung Zähne mit jeweils in Radi alebenen
verlaufenden Zahnflanken (9) und mit einem den fertigen Zahnkopf überhöhendem Aufmaß aufweist.
b) Durch einen oder mehrere nachfolgende Kalibrierschläge
wird auf das kalte Halbzeug derart eingewirkt, daß
aa) zunächst die Zahnköpfe (10) vorgestaucht werden, wobei die Zähne an ihren radial äußeren
Seiten gesenkseitig abgestützt werden,
bb) nach oder gleichzeitig mit dem Vorstauchen durch Ausrundung der Zahnflanken (9) zur
unteren Planfläche (5) eine Kaltverfestigung
jeweils im Fußbereich der Zähne (7) erzeugt wird,
cc) und schließlich die Zahnköpfe unter Ausbildung einer Dachform fertiggestaucht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zylinderfläche (6) im Bereich der Zahnköpfe
durch eine obere Planfläche (4) begrenzt ist, über welche die Zahnköpfe des Halbzeugs mit wenigstens
einem Teil ihres Aufmaßes hinausragen und daß beim Fertigstauchen diq Zähne (7) derart verformt werden,
daß die Zahnköpfe in Höhe oder unterhalb der oberen Planfläche (4) enden.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß beim Stauchen der Zahnköpfe, spätestens während des Fertigstauchens, die am Halbzeug ausgebildeten
Zähne in einem zwischen oberer Planfläche (4) und fertiger Zahnkopfform liegenden Bereich (13) von
der Zylinderfläche (6) abgeschert werden.
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