DE4225367A1 - Verfahren zur umformenden Herstellung von rotationssymmetrischen Hohlkörpern mit Außenprofil - Google Patents

Description

Die Erfindung findet vorzugsweise in der metallverarbei­ tenden Industrie bei der Herstellung von rotationssymme­ trischen Hohlkörpern mit Außenprofil aus massivem Halb­ zeug Anwendung.

Bei dem Massivumformverfahren "Bohrungsdrücken" gem. DD PS 2 45 827 erfolgt das Eindringen eines mit Kraft beauf­ schlagten Formstempels in das massive Halbzeug durch gleichzeitig axial fortschreitende Durchmesserreduzierung mittels Rollen oder Kugeln. Der abfließende Werkstoff wird durch die Wirkung der Rollen oder Kugeln zur Wand des Hohlkörpers ausgeformt. Dieses Massivumform-verfahren zeichnet sich durch hohe Flexibilität aus, hat jedoch den Nachteil, daß der Innen- und Außendurchmesser des herge­ stellten Hohlteiles eine ungenügende Form- und Maßgenau­ igkeit aufweist, die sich insbesondere in einer Durchmes­ sererweiterung nach den Rollen äußert und unter anderem durch den tangentialen Werkstofffluß an der Werkstücko­ berfläche im Rollenbereich hervorgerufen wird. Die Her­ stellung von Hohlkörpern mit Außenprofil ist mit diesem Verfahren nicht möglich.

Bei bekannten Umformverfahren ist eine wesentliche Vor­ aussetzung für die Erzeugung genauer Verzahnungsprofile ein sehr eng tolerierter Außendurchmesser des massiven Halbzeuges. Beim Außenverzahnen von Hohlwellen tritt durch die Krafteinwirkung des Verzahnungswerkzeuges und die ungenügende Stabilität der Hohlwelle eine unerwünsch­ te Querschnittsdeformation auf, wodurch eine ungenügende Fertigungsqualität erzielt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein flexibles Umformverfah­ ren zu schaffen, welches es ermöglicht, in einem Uniform­ vorgang aus einem massiven Halbzeug einen rotationssymme­ trischen Hohlkörper mit Außenprofil in hoher Qualität herzustellen, wobei keine besonderen Anforderungen an die Genauigkeit des Vorarbeitsdurchmessers gestellt werden, und gleichzeitig die Form- und Maßgenauigkeit des Innen­ durchmesers im Vergleich zum Bohrungsdrücken gemäß DD WP 245 827 zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in das Ausgangswerkstück in Form eines massiven Halbzeuges, welches rotierend zwischen einem Formstempel und einem Gegenstempel oder Spannfutter angeordnet ist, der Form­ stempel mit einer Axialkraft F in das Werkstück eindringt und daß gleichzeitig axial fortschreitend das Außenprofil erzeugt wird. Dabei liegen die Umformzonen, die durch den Formstempel und die das Außenprofil bildenden formgeben­ den Werkzeuge erzeugt werden, radial annähernd in einer Ebene, wodurch eine Überlagerung und funktionelle Ver­ schmelzung der Umformzonen erfolgt. Überraschenderweise wird durch die Überlagerung beider Verfahren ein eng tolerierter Ausgangsdurchmesser für das Verzahnen nicht mehr benötigt, da der Werkstofffluß in das Zahnprofil begünstigt wird. Ein weiterer nicht vorhersehbarer Vor­ teil besteht darin, daß die Form- und Maßgenauigkeit der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Bohrung wesentlich verbessert wird. Die Durchmessererweiterung, die beim herkömmlichen Bohrungsdrücken unerwünscht auf­ tritt, wird hierbei gezielt für die Profilausbildung genutzt. Der tangentiale Werkstofffluß an der Werkstücko­ berfläche wird durch das Verzahnungswerkzeug unterbro­ chen. Die erstmalig mögliche gleichzeitige Herstellung einer Hohlwelle während der Durchführung des Verzahnungs­ verfahrens ermöglicht eine hohe Materialeinsparung und ist vorteilhaft für den Leichtbau. Infolge der Erfassung aller Querschnittsbereiche durch den Umformvorgang wird deren Festigkeit gleichmäßig erhöht. Das Verzahnungswerk­ zeug weist vorteilhafterweise in Richtung der Vorschubbe­ wegung eine Schräge mit einem Arbeitswinkel α auf. Zur Herstellung von außenverzahnten Hohlwellen mit partiell massivem Werkstückbereich kann das Eindringen des Form­ stempels und das Verzahnen gleichzeitig von beiden Enden des Werkstücks aus durchgeführt werden. Dabei bildet jeder Formstempel den Gegenstempel zum gegenüberliegenden Formstempel. Dadurch kann eine sehr grobe Teilevielfalt hergestellt werden. Insbesondere bei Anwendung des WPM- Walzverfahrens ist es vorteilhaft, wenn die Stempelkraft jeweils nur wirkt, wenn auch eine Krafteinwirkung durch das Verzahnungswerkzeug erfolgt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein sehr genau tolerierter Ausgangsdurchmesser für das Verzahnen nicht mehr erforderlich. Es ist erstmalig möglich, gleichzeitig eine Reduzierung des Außendurchmesssers mit einhergehen­ der Verzahnung desselben durchzuführen, wobei eine größe­ re Genauigkeit erzielt und das verdrängte Material in axiale Richtung fließt und die Bauteillänge vergrößert. Durch die Spannungsüberlagerung beider Umformverfahren wird der Kraftbedarf für das Außenverzahnen wesentlich verringert.

Mit dem erfindungsgemäßen Umformverfahren ist es möglich, in einem Arbeitsgang aus einem massiven Halbzeug ein Werkstück mit Bohrung und Außenverzahnung, bei Anwendung eines profilierten Formstempels mit Außen- und Innenver­ zahnung, herzustellen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: Darstellung des erfindungsgemäßen Umformver­ fahrens unter Verwendung eines glatten Formstem­ pels und eines Verzahnungswerkzeuges,

Fig. 2: Darstellung des Umformvorganges von beiden Enden aus gleichzeitig, unter Verwendung von jeweils zwei Verzahnungswerkzeugen sowie eines glatten und eines profilierten Stempels.

In Fig. 1 und 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren wäh­ rend der Herstellung eines Hohlkörpers mit Außenprofil aus einem massiven Halbzeug dargestellt. Das Werkstück ist rotierend zwischen Gegenstempel 2 und Formstempel 3 angeordnet. Das Verzahnungswerkzeug 4 erzeugt das Augen­ profil und weist eine Schräge 5 mit einem Arbeitswinkel α auf. Die Umformzonen, die durch den Formstempel 3 und das Verzahnungswerkzeug 4 erzeugt werden, liegen radial annähernd in einer Ebene. Durch die Vorschubbewegung des Werkstücks 1 wird axial fortschreitend gleichzeitig das Außenprofil und eine Bohrung erzeugt.

Durch die Schräge mit dem Arbeitswinkel α wird der Aus­ gangsdurchmesser des Werkstücks abgestreckt und der abfließende Werkstoff zusätzlich für die Profilausbildung genutzt. Bei speziellen Werkstückformen, die einen massi­ ven Kern aufweisen und beidseitig hohl sind, kann das Eindringen des Stempels 3 und das Außenprofilieren gleichzeitig von beiden Enden des Werkstücks 1 aus durch­ geführt werden (siehe Fig. 2). Dabei bildet jeder Form­ stempel 3 den Gegenstempel 2 zum jeweils gegenüberliegen­ den Formstempel 3. Eine Formstempel 3 ist profiliert ausgebildet, so daß auf einer Werkstückseite gleichzeitig Augen- und Innenprofil hergestellt wird.

Claims (4)

1. Verfahren zur umformenden Herstellung von rotations­ symmetrischen Hohlkörpern mit Außenprofil unter Anwendung eines Formstempels und eines Gegenstempels, wobei der Formstempel das Werkstück in einen definierten Spannungs­ zustand versetzt, dadurch gekennzeichnet, daß während des axial fortschreitenden Eindringens des Formstempels (3) in das Werkstück (1) axial fortschreitend das Außenprofil durch mindestens ein Verzahnungswerkzeug (4) hergestellt wird, wobei die Umformzonen, die durch Formstempel (3) und Verzahnungswerkzeug (4) erzeugt werden, radial annä­ hernd in einer Ebene liegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Verzahnungswerkzeug (4) in Richtung der Vorschubbewegung eine Schräge mit einem Arbeitswinkel (α) aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eindringen des Formstempels (3) und das Verzahnen gleichzeitig von beiden Enden des Werkstücks (1) aus durchgeführt wird, wobei jeder Formstempel (3) den Gegen­ stempel zum gegenüberliegenden Formstempel (3) bildet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Anwendung des WPM-Verfahrens die Stempel­ kraft (F) jeweils nur wirkt, wenn auch eine Krafteinwir­ kung durch das Verzahnungswerkzeug (4) erfolgt.