-
BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
rohrförmigen
Zahnstange aus einem rohrförmigen
Rohling, wobei der rohrförmige
Rohling in einem Werkzeug gehalten wird, welches auf seiner inneren
Oberfläche
gezahnte Bereiche entlang der Länge
des Werkzeugs aufweist, und wobei ein Dorn mit einer Mehrzahl von
Aufweitköpfen in
den rohrförmigen
Rohling eingeführt
wird, was einen radialen Materialfluss zu dem Werkzeug hin bewirkt,
wodurch auf der äußeren Oberfläche des
rohrförmigen
Rohlings Zähne
gebildet werden, welche zu der Gestalt der gezahnten Bereiche des
Werkzeugs korrespondieren.
-
Die
japanische Auslegeschrift (Kokoku) Nr. 3-5892 offenbart eine Metallformungstechnik
zur Herstellung einer rohrförmigen
Zahnstange als eine Komponente in einer Lenkungsvorrichtung. Gemäß diesem
Patent wird bei einem Metallformungsprozess für eine Zahnstange ein Rohrelement,
welches thermisch erweicht ist, in einem Werkzeug gehalten und einem
Pressvorgang unterworfen, so dass das Rohrelement an einem Ort,
wo eine Zahnstange gebildet werden soll, abgeflacht wird. Sodann
wird ein Werkzeug mit geraden Zähnen
mit dem abgeflachten Teil des Rohrelementes in Kontakt gebracht,
während
ein Dorn in die zentrale Bohrung des Rohrelementes eingeführt wird.
Der Dorn ist mit einem verjüngten
Arbeitsbereich versehen, welcher mit einer in neren Oberfläche des
abgeflachten Bereichs in Kontakt kommt und in die axiale Bohrung
des Rohrelementes hineingedrückt
wird, was einen radialen Materialfluss in die Hohlräume des
Werkzeugs bewirkt, wodurch auf dem abgeflachten Bereich des Rohrelementes
gerade Zähne
gebildet werden, welche zu den gezahnten Bereichen des Formgebungswerkzeugs
korrespondieren.
-
Die
in dem japanischen Patent Nr. 3-5892 offenbarte Metallformungstechnik
ist insofern unzulänglich,
als die Produkte eine verminderte Präzision aufweisen, was es schwierig
macht, die Produkte tatsächlich
für die
Produktion zu nutzen. Ferner ist das Verfahren nach dem Stand der
Technik insofern unzulänglich,
als seine Produktionskosten hoch sind, was einerseits darauf zurückzuführen ist,
dass das Verfahren kompliziert ist, und andererseits darauf, dass
die Kosten für
die Metallformgebungsvorrichtung hoch sind.
-
Ein
Verfahren zum Herstellen einer hohlen Zahnstange ist in
EP 1 020 243 A2 offenbart.
Zunächst
wird durch Kaltflachpressen und dergleichen ein flacher Bereich
an der Peripherie eines Stahlrohrs gebildet. Nach Bildung des flachen
Bereichs wird das Stahlrohr in ein Formgebungswerkzeug platziert, welches
Zahnstangenzähne
aufweist, und ein Dorn mit zwei extrudierenden Bereichen wird unter
Kraftanwendung in das Stahlrohr eingeführt.
-
Im
Hinblick auf das oben Gesagte liegt eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung in der Bereitstellung einer Technik zum Metallformen,
welche die obengenannten Probleme des Standes der Technik überwinden
kann.
-
Die
vorliegende Erfindung ist hinsichtlich des Verfahrens, wie es im
ersten Absatz der vorliegenden Beschreibung beschrieben ist, dadurch
gekennzeichnet, dass das Werkzeug teilbar ist und aufgebaut ist aus
einem ersten Teil, der die gezahnten Bereiche aufweist, und einem
zweiten Teil, der eine gerundete Oberfläche zum Abstützen der
gegenüberliegenden Seite
des rohrförmigen
Rohlings aufweist, dass das Einführen
und Herausziehen des Dorns eine vorgegebene Zahl von Malen wiederholt
wird und dass die Einführungsrichtung
des Dorns alternierend geändert wird.
-
In
Einklang mit der vorliegenden Erfindung ist der Dorn mit einer Mehrzahl
von Arbeitsköpfen versehen
und das Einführen
des Dorns wird eine vorgegebene Zahl von Malen wiederholt. Eine
Folge davon ist, dass der radiale Aufweitvorgang auf einer mehrstufigen
Basis durchgeführt
wird bei einer einzigen kompletten Einführung des Dorns. Eine Folge davon
ist, dass eine erhöhte
Präzision
der Zahnstange erhalten werden kann, ungeachtet der Tatsache, dass
die Zahnstange nach dem Metallformungsprozess geformt wird.
-
Bevorzugt
wird das Werkzeug während
des Metallformungsprozesses geschlossen gehalten, wobei das Werkzeug
daran gehindert wird, einem positiven Abkühlungsvorgang unterworfen zu
werden, so dass Wärme,
wie sie durch den Metallformungsprozess erzeugt wird, aufrechterhalten
wird, so dass die Temperatur des Metalls, welche die sogenannte Verformungsentfestigungserscheinung
erzeugen kann, während
der Durchführung
des Metallformungsprozesses aufrechterhalten wird.
-
Aufgrund
der Tatsache, dass die Temperatur des Metalls, welche die sogenannte
Verformungsentfestigungserscheinung bereitstellen kann, aufrechterhalten
wird, wird eine erhöhte
Fließbarkeit
des Metalls aufrechterhalten, ungeachtet der Tatsache, dass die
Einführung
des Dorns in den rohrförmigen
Rohling wiederholt wird. Somit kann das Metallformungsverfahren
in Einklang mit der vorliegenden Erfindung eine stark erhöhte Präzision der
Zahnstange erzielen, die so fein wie 32 μm sein kann.
-
Bevorzugt überlappen
sich das Einführen des
Dorns an einem Ende des rohrförmigen
Rohlings und das Herausziehen des Dorns am anderen Ende des rohrförmigen Rohlings.
-
Als
eine Folge der alternierend geänderten Richtung
des Einführens
des Dorns in den rohrförmigen
Rohling mit dem Überlappungsbetrieb
wird das Auftreten von Materialsegregationen sowie Zeithärten verhindert,
wodurch eine erhöhte
Präzision
der Zähne
der erzeugten Zahnstange erhalten wird.
-
Bevorzugt
ist eine Mehrzahl von Sätzen
von vertikal versetzten Dornen unterschiedlicher Arbeitsdurchmesser
bereitgestellt und das Einführen
der Dorne wird unter vertikalem Versetzen der Dorne durchgeführt.
-
Als
eine Folge des vertikalen Versetzens des Dornes mit sich allmählich ändernden
Arbeitsdurchmessern wird eine mehrstufige Bearbeitung durchgeführt unter
allmählicher
Veränderung
des Arbeitsdurchmessers, wodurch die Präzision der Zahnstange erhöht wird.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte zeichnerische
Darstellung erläutert;
in der Zeichnung zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung
eines Zahnstangenschmiedens durch alternierendes und wiederholtes
Einführen
von Dornen in einen rohrförmigen
Rohling in Einklang mit der vorliegenden Erfindung;
-
2 einen quer verlaufenden
Schnitt einer Werkzeuganordnung, welche in der Vorrichtung von 1 verwendet wird;
-
3 einen Längsschnitt
der Werkzeuganordnung entlang der Linie III-III von 2;
-
4 eine Ansicht von unten
eines oberen geteilten Werkzeugs entlang der Linie IV-IV von 3;
-
5A eine vergrößerte querschnittliche Darstellung
der Werkzeuganordnung, wobei Letztere sich in einem geöffneten
Zustand befindet;
-
5B eine vergrößerte querschnittliche Darstellung
der Werkzeuganordnung, wobei Letztere sich in einem geschlossenen
Zustand zum Abflachen des rohrförmigen
Rohlings befindet;
-
5C eine vergrößerte querschnittliche Darstellung
der Werkzeuganordnung, wobei ein Dorn in einen durch die Werkzeuganordnung
gehaltenen rohrförmigen
Rohling eingeführt
ist;
-
6 einen Graphen, der die
Beziehung zwischen Scherverformung und Scherung zeigt;
-
7 einen Graphen, der die
Beziehung zwischen Temperatur und Formänderungswiderstand eines Kohlenstoffstahls
zeigt;
-
8A ein Materialfließmuster
während
eines Zahnstangenschmiedeprozesses durch Einführen eines Dorns in einen rohrförmigen Rohling
in Einklang mit der vorliegenden Erfindung;
-
8B ein Materialfließmuster
während
eines Zahnstangenschmiedeprozesses durch Einführen eines Dorns in einen rohrförmigen Rohling
in Einklang mit einem Verfahren nach dem Stand der Technik.
-
Wie
in den 2 und 3 gezeigt, ist eine Werkzeuganordnung 10 aufgebaut
aus einem oberen Werkzeug 12 und einem unteren Werkzeug 14. 5A zeigt die Werkzeuganordnung 10 in
einem geöffneten
Zustand, während 5B die Werkzeuganordnung 10 in
einem geschlossenen Zustand darstellt. Das obere Werkzeug 12 weist
an seiner inneren Oberfläche
einen sich in Längsrichtung
erstreckenden Rücksprung
auf, an dem gezahnte Bereiche 12-1 mit der Gestalt einer
Zahnstange gebildet sind. Das untere Werkzeug 14 ist an
seiner dem oberen Werkzeug 12 zugekehrten Oberfläche mit
einer sich in Längsrichtung
erstreckenden Oberfläche 14-1 ausgebildet,
welche im Querschnitt eine halbkreisförmige Gestalt aufweist. 5A zeigt einen Zustand,
in dem ein rohrförmiger
Rohling 18 (Werkstück)
auf der gerundeten Oberfläche 14-1 des
unteren Werkzeugs 14 aufliegt.
-
Gemäß den 1 bis 4 weist die Werkzeuganordnung 12 einen
Halter 22 auf. Der Halter ist mit einem rechtwinklig geformten
Rücksprung 24 ausgebildet,
in dem ein gezahntes Werkzeug 26 angeordnet ist. Oben auf
dem Rücksprung 24 des
Halters 22 ist eine Metallverkleidung 27 angeordnet.
Ein Paar Presspassstücke 28 und 30 sind
an den longitudinalen Enden des gezahnten Werkzeugs 26 angeordnet. Wie
in 4 gezeigt, weist
der Rücksprung 24 einen gerundeten
Bereich 24A auf, dessen Durchmesser gleich der Breite des
Rücksprungs 24 ist.
Ferner sind die Presspassstücke 28 und 30 mit
einer gerundeten Querschnittsgestalt ausgebildet, welche zu der
des Rücksprungs 24A korrespondiert.
Ferner ist mindestens eines der Presspassstücke 28 leicht keilförmig ausgebildet,
wodurch das gezahnte Werkzeug 26 in dem rechtwinkligen
Rücksprung 24 des
Halters 22 gehalten werden kann, wenn die Stücke 28 und 30 mit
Presssitz in den Rücksprung 24 gefügt sind.
Ein Presssitz der Stücke 28 und 30 bewirkt,
dass das gezahnte Werkzeug 26 in Axialrichtung mit dem
rechtwinklig geformten Rücksprung 24A in
Eingriff kommt, wodurch das gezahnte Werkzeug 26 fest in
dem Halter 22 gehalten wird.
-
Ausgehend
von einer Offenstellung, wie sie in 5A gezeigt
ist, werden das obere und das untere Werkzeug 12 und 14 gegeneinander
in eine Geschlossenstellung bewegt, wie sie in 5B dargestellt ist. In dieser geschlossenen
Stellung wird der rohrförmige
Rohling, mit seinem oberen Teil 18-1 dem oberen Werkzeug 12 zugekehrt,
in eine unregelmäßige Querschnittsform
abgeflacht. Das abgeflachte Rohr 18 wird sodann einem Metallformungsprozess
unterworfen, um eine Zahnstange zu erhalten.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Ausführungsform,
wie unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 erläutert, wird das Abflachen der
oberen Oberfläche des
rohrförmigen
Rohlings 18, auf der die Zahnstangenzähne gebildet werden sollen,
erhalten, wenn das obere und das untere Werkzeug 12 und 14 zusammengeführt werden,
d.h. wenn die Werkzeuganordnung 10 geschlossen wird. Im
Einzelnen ist nach dem Schließen
der Werkzeuganordnung 10 der gezahnte Bereich 12-1 des
oberen Werkzeugs 12 in einer Entfernung von der unteren
Oberfläche
des Rücksprungs
des unteren Werkzeugs 14 angeordnet, die größer ist
als der halbe Durchmesser des rohrförmigen Rohlings 18.
Eine Folge davon ist, dass der rohrförmige Rohling 18 in
seinem oberen Bereich 18-1 infolge des Kontaktes des gezahnten
Bereichs 12-1 mit dem Rohr 18 kollabiert oder
abgeflacht wird, wie in 5B gezeigt.
Eine Folge davon ist, dass ein nachfolgender Metallformungsprozess
zum Erhalt einer Zahnstange begonnen werden kann, während der
Geschlossenzustand der Werkzeuganordnung 10 beibehalten
wird. Anders ausgedrückt:
erfindungsgemäß kann eine "nahtlose" oder integrierte Bearbeitung
vom Abflachen des Rohres bis zum Formen der Zahnstange realisiert
werden.
-
Es
wird nun erneut auf 1 Bezug
genommen, gemäß welcher
das teilweise abgeflachte Rohr 18, welches zwischen den
geteilten Werkzeugelementen 12 und 14 gehalten
wird, einem Metallformungsprozess in Einklang mit der vorliegenden
Erfindung unterworfen wird. Es wird nun ein Detail der Zahnstangenformung
nach dem Metallformungsprinzip erläutert. Gemäß 1 sitzen an der Werkzeuganordnung 10,
in welcher das teilweise abgeflachte Rohr 18 gehalten wird,
ein Paar von Dornen 20A und 20B, wobei die Dorne
einander in Axialrichtung gegenüberliegen.
Jeder der Dorne 20A und 20B weist eine Gestalt
auf, die – in
einem quer verlaufenden Schnitt – zu der des teilweise abgeflachten
rohrförmigen
Rohlings 18 korrespondiert, wie in 5C gezeigt. Wie in 1 gezeigt ist der Dorn 20A (20B)
an seinem vorderen Ende mit einem Führungsbereich 20-1 versehen,
der ein glattes Einführen
des Dorns in das Rohr 18 unterstützt. Benachbart zu dem Führungsbereich 20-1 weist
der Dorn 20A (20B) einen verjüngten Bereich (Aufweitkopf) 20-2 auf,
an den sich ein erster radial vergrößerter Bereich anschließt. Nach
der Penetration des Dorns 20A (20B) in das Rohr 18 kommt
der verjüngte
Bereich 20-2 mit dem abgeflachten Bereich 18-1 des
Rohres 18 in Kontakt. Eine Folge davon ist, dass eine plastische
Verformung auftritt, so dass das Metall in die Rücksprünge zwischen den gezahnten
Bereichen 12-1 des gezahnten Werkzeugs 26 fließt. Eine
Folge davon ist, dass Zähne,
welche zu den gezahnten Bereichen 12-1 an dem Werkzeug 26 korrespondieren,
an dem abgeflachten Bereich 18-1 des rohrförmigen Rohlings 18 erzeugt
werden. In Einklang mit der vorliegenden Erfindung ist der Dorn 20A (20B)
an einem Ort stromabwärts
des ersten radial vergrößerten Bereichs 20-3 mit
einem verjüngten
Bereich 20-4 ausgebildet, an den sich ein zweiter radial
vergrößerter Bereich 20-5 anschließt. Eine
Folge davon ist, dass mit einer einzigen Penetration des Dorns 20A (20B) sequentielle,
zwei- oder mehrstufige Metallflüsse
erhalten werden.
-
In 1 ist der Dorn 20A auf
der linken Seite in einem Zustand gezeigt, in dem dessen erstmalige Penetration
in den rohrförmigen
Rohling 18 gerade eingeleitet worden ist. Die Penetration
des Dorns 20A wird fortgesetzt, bis ein Zustand erhalten
wird, in dem der zweite radial vergrößerte Bereich 20-5 das Ende
des abgeflachten Bereich 18-1 des rohrförmigen Rohlings 18 auf
der rechten Seite passiert. Sodann führt der Dorn 20A eine
Rücklaufbewegung durch,
bis ein Zustand erreicht ist, in dem der Dorn 20A vollständig aus
dem Rohr 28 herausgezogen ist.
-
Gemäß 1 kann mit dem Einführen des rechten
Dorns 20B in den rohrförmigen
Rohling 18 begonnen werden, bevor die Rücklaufbewegung (Herausziehen)
des linken Dorns 20A aus dem Rohr 18 abgeschlossen
ist. Die Bewegung des rechten Dorns 20B wird fortgesetzt,
bis letzterer das linke Ende des abgeflachten Bereichs 18-1 des
rohrförmigen
Rohlings 18 passiert. Auf ähnliche Weise wie unter Bezugnahme
auf den linken Dorn 20A beschrieben verursacht die Einführbewegung
des Dorns 20B einen Metallfluss, welcher durch die radial
vergrößerten Bereiche
desselben erhalten wird. Sodann führt der rechte Dorn 20B seine
Rücklaufbewegung
durch, in 1 nach rechts.
Vor Beendigung der Rücklaufbewegung
des rechten Dorns 20B setzt die Einführbewegung des linken Dorns 20A ein.
-
Bei
dem obenerwähnten
Betrieb der Dorne 20A und 20B beginnt die Einführbewegung
eines der Dorne 20A und 20B, bevor die Rücklaufbewegung des
jeweils anderen Dorns abgeschlossen ist. In anderen Worten: es gibt
eine "Überlappung" zwischen der Einführbewegung
eines der Dorne 20A und 20B und der Rücklaufbewegung
des jeweils anderen Dorns. Die wechselweisen Einführbewegungen
der Dorne 20A und 20B, wobei die obenerwähnte "Überlappung" bewirkt wird, werden eine vorgegebene
Anzahl von Malen wiederholt.
-
Die
Penetration der Dorne 20A und 20B in den rohrförmigen Rohling 18 bewirkt,
dass das Metall in Hohlräume
zwischen den gezahnten Bereichen 12-1 fließt, wodurch
an dem rohrförmigen
Rohling 18 Zähne
gebildet werden, welche komplementär zu den gezahnten Bereichen 12-1 an
dem Werkzeug 26 sind. Ein derartiger Metallformungs- oder
-schmiedeprozess bewirkt, dass die Wärme gespeichert wird, wodurch
die Temperatur des Materials erhöht
wird. Wie dem Fachmann auf dem Gebiet allgemein bekannt, bewirkt
eine Bearbeitung des Metalls ein Härten des Materials, d.h. es
kommt zum Auftreten eines sogenannten Härtungsphänomens. Im Gegensatz dazu wird
in Einklang mit der vorliegenden Erfindung ein Verformungsentfestigungsphänomen, welches
in einem Temperaturbereich von 200°C auftritt, für die vorliegende
Erfindung genutzt. Im Einzelnen sind in 6 auf der Abszisse eine Scherspannung
und auf der Ordinate eine Scherverformung aufgetragen. Eine Beziehung
zwischen der Scherverformung und der Scherspannung unter einer konstanten
Tempe ratur T1 ist durch eine Linie L1 angegeben. Wie durch die
Linie L1 gezeigt, bewirkt eine
Erhöhung
der Scherverformung anfänglich
einen linearen Anstieg der Scherspannung. Der Spannungsanstieg wird
bei einem Spannungswert von τ1 (sogenannte kritische Scherspannung) verlangsamt
infolge des Auftretens eines Quergleitens. In einem Bereich um die
kritische Scherspannung herum bewirkt ein Anstieg der Temperatur
von T1 nach T2 einen
Spannungsabfall.
-
Schließlich steigt
die Scherspannung entlang der Kurve L2,
welche eine Spannungs-Verformungs-Beziehung bei der Temperatur T2 darstellt. Ein derartiges Phänomen, bei
dem die Spannung mit zunehmender Verformung abnimmt, wird als Verformungsentfestigung
bezeichnet. Gemäß 7 ist – bezogen auf einen Zustand
mit einer Verformungsrate in einem Bereich von 10 bis 100/s – in der
Abszisse die Temperatur abgetragen, während in der Ordinate der Formänderungswiderstand
eines Kohlenstoffstahls abgetragen ist. In einem Bereich R, mit Temperaturen um 200°C, welcher
zu dem Temperaturbereich der Verformungsentfestigung korrespondiert, wird
eine lokale Verminderung des Formänderungswiderstandes erhalten.
In Einklang mit der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur des
Materials in dem Bereich R, wie sie allein während der Durchführung des
Metallformungsprozesses erzeugt wird, aufrechterhalten. Eine Folge
davon ist, dass die Fließbarkeit
des Materials erhöht
wird. Eine Folge davon ist, dass ungeachtet der Herstellung der
Zahnstange nach dem Schmiedeprinzip eine erhöhte Präzision erhalten wird, mit einer
Feinheit im μm-Bereich.
In der vorliegenden Beschreibung wird ein derartiger Metallformungsprozess
in dem Bereich um den Verformungsentfestigungspunkt bei einer Temperatur
von ca. 200°C,
welche allein durch die Durchführung
des Metallformungsprozesses gebildet wird, ohne dass Wärme von
außen
zugeführt
wird, als halbwarmer Bearbeitungsprozess bezeichnet. Der exakte
Bereich der Temperaturwerte, welche geeignet sind zur Durchführung eines
derartigen quasiwarmen Bearbeitungsprozesses, ist selbstverständlich abhängig von
der Art des Materials. Für
ein typisches Stahlmaterial für
die Herstellung einer Zahnstange liegt die Temperatur jedoch um
200°C. Zur
Aufrechterhaltung einer Bedingung für den quasiwarmen Bearbeitungsprozess
ist eine externe Heizvorrichtung unnötig. Eine Maßnahme ist
jedoch unbedingt erforderlich, um zu verhindern, dass die Werkzeuganordnung
sowie der Dorn übermäßig abkühlen. Im
Einzelnen wird – was
die Werkzeuganordnung anbelangt – ein Ausschleusen einer Kühlflüssigkeit
(Schmierflüssigkeit) während der
Durchführung
des Metallformungsprozesses verhindert. Andererseits wird – was den
Dorn betrifft – eine
Zuführung
der Schmierflüssigkeit
nur in dem Wartevorgang nach dem Zurückziehen aus der Werkzeuganordnung
vorgenommen. Als eine Folge einer derartigen begrenzten Schmierung
oder Kühlung
wird das Material bei dem quasiwarmen Bearbeitungsprozess bei der
Temperatur gehalten.
-
Ferner
werden in Einklang mit der vorliegenden Erfindung die Dorne 20A und 20B dem Überlappungsbetrieb
unterworfen. Anders ausgedrückt:
nach Beginn der Rücklaufbewegung
eines der Dorne 20A und 20B, aber noch vor Beendigung
dieser Rücklaufbewegung
wird die Bewegung des anderen Dorns zum Herbeiführen eines Einführungsvorgangs
gestartet. Ein derartiger Überlappungsbetrieb
ist einerseits unter dem Aspekt der Aufrechterhaltung der halbwarmen
Bearbeitungsbedingungen wichtig. Im Einzelnen ergibt sich ein übermäßiger Temperaturabfall,
wenn mit der Einführung
eines Dorns in einer Richtung gewartet wird, bis das Herausziehen
eines zuvor eingeführten
Dorns in der Gegenrichtung abgeschlossen ist. Der Überlappungsbetrieb
in Einklang mit der vorliegenden Erfindung ist ferner unter dem
Aspekt wichtig, dass eine zeitliche Verkürzung erhalten wird, um die
Ausbildung eines Aushärtungsphänomens zu
verhindern. Im Einzelnen bewirkt die Durchführung eines Metallformungsprozesses,
dass das Material üblicherweise
einem Aushärtungseffekt unterworfen
wird. Ein derartiges Aushärten
setzt üblicherweise
innerhalb einer Zeitspanne von nur oder 2 Minuten ein. Bei der üblichen
Konstruktion eines Kraftlenkungsmechanismus für ein Automobil ist die Länge der
Zahnstange in einem Bereich von 600 bis 800 mm angesiedelt. Um eine
derartige Zahnstange zu erzeugen, wird ein Dorn mit einer Länge von
1,000 mm benötigt.
Bei einer solchen Dornlänge
kann ein Aushärtungsphänomen unvermeidlich
auftreten, solange die Einführung
des zweiten Dorns erst beginnt, nachdem das Herausziehen des ersten
Dorns abgeschlossen worden ist. Der obenerwähnte Überlappungsbetrieb der Dorne 20A und 20B kann
das Aushärtungsphänomen, welches
innerhalb einer Zeitspanne von Minuten auftreten kann, wirksam beherrschen.
In Einklang mit der vorliegenden Erfindung wird der Dornüberlappungsbetrieb
mit der quasiwarmen Bearbeitung kombiniert. Eine Folge davon ist, dass
eine erhöhte
Fließbarkeit
des Metalls während der
Durchführung
des Metallformungsprozesses durch die Einführung der Dorne 20A und 20B in
den rohrförmigen
Rohling 18 erhalten wird. Eine derartige erhöhte Fließbarkeit
des Materials wird in Einklang mit der vorliegenden Erfindung kombiniert
mit der wiederholten und alternierenden Einführung der Dorne 20A und 20B in
entgegengesetzten Richtungen. Eine Folge davon ist eine erhöhte Präzision des
Produktes (Zahnstange) mit einer Feinheit in der Größenordnung
von 32 μm,
ungeachtet der Tatsache, dass die erfindungsgemäße Zahnstange im Wesentlichen
ein Schmiedeerzeugnis darstellt.
-
Neben
den Vorteilen des im Vorstehenden definierten halbwarmen Bearbeitungsprozesses
sowie einer Eindämmung
des Aushärtungsphänomens kann
die alternierende Einführung
des linken und rechten Dorns 20A und 20B vorteilhaft
eine Segregation in dem zum Fließen gebrachten Material korrigieren.
Anders ausgedrückt:
durch die wechselweise Einführung
des linken und rechten Dorns 20A und 20B wird
ein gleichmäßig verteilter
Fluss des Metalls in den rückspringenden
Bereichen des gezahnten Werkzeugs 26 erhalten, wodurch
Schmiedeerzeugnisse (Zahnstangen) mit erhöhter Präzision erhalten werden. Die 8A und 8B sind schematische Darstellungen von
Materialfließmustern
während
des Metallformungsprozesses, ausgewertet anhand von Röntgenquerschnittsaufnahmen
eines Zahnes einer Zahnstange, wie sie nach dem erfindungsgemäßen Metallformungsprozess
erhalten wurde. In 8A, wo
der Dorn einem alternierenden Hin- und Hergang unterworfen wird,
wie durch einen Pfeil f1 angezeigt, wird
ein symmetrisches Fließmuster
erhalten. In
-
8B, wo der Dorn einer Einführung in
einer einzigen Richtung unterworfen wird, wie durch den Pfeil f2 angezeigt, ist der Fluss des Materials nicht-symmetrisch, und
es wird ein rollender Fluss des Materials erhalten. Bei dem nicht-symmetrischen Fluss
des Materials wie in 8B gezeigt
ist mit ungleichmäßigen Restspannungen
in der erzeugten Zahnstange zu rechnen, was zu einen von Ort zu
Ort ungleichmäßigen Wert
des Rückfederungsbetrags führt, was
dazu führen
kann, dass sowohl die Präzision
wie auch die Festigkeit der Zähne
gemindert ist.
-
Es
wird nun erneut auf 1 Bezug
genommen, anhand derer nun ein vertikaler Versetzungsvorgang der
Dorne 20A und 20B beschrieben wird. Auf der linken
Seite der Werkzeuganordnung 10 ist ein Satz von vertikal
beabstandeten Dornen vorgesehen, wenngleich in 1 der Einfachheit halber nur zwei Dorne 20A und 20A' gezeigt sind.
In ähnlicher Weise
ist auf der rechten Seite der Werkzeuganordnung 10 ein
Satz von vertikal beabstandeten Dornen 20B und 20B' vorgesehen.
Eine derartige Anordnung von vertikal beabstandeten Dornen dient
einem progressiv ansteigenden Bearbeitungsgrad. Anders ausgedrückt: entlang
der Versetzungsrichtung, d.h. der vertikalen Richtung, sind die
Arbeitsdurchmesser der Dorne progressiv variiert (vergrößert). Diese
Dorne in Versetzungsrichtung (Vertikalrichtung) sind an entsprechenden,
in 1 nicht gezeigten
rechten und linken Ablagen angeordnet, derart, dass eine Bearbeitung
durchgeführt
wird, während
die Dornablagen vertikal versetzt werden. Im Einzelnen wird eine Bearbeitung
der ersten Stufe durchgeführt,
wobei die Dorne 20A und 20B alternierend eingeführt werden. Nach
Abschluss der Bearbeitung der ersten Stufe durch die Dorne 20A und 20B wird
eine Aufwärtsbewegung
von Haltern (nicht gezeigt) der jeweiligen linken und rechten Ablage
durchgeführt,
wie durch Pfeile a gezeigt,
derart, dass die Dorne 20A' und 20B' für die Bearbeitung
der zweiten Stufe zu den rohrförmigen
Rohlingen 18 ausgerichtet werden. Sodann wird die Bearbeitung
der zweiten Stufe durchgeführt,
wobei die Dorne 20A' und 20B' alternierend
in die rohrförmigen
Rohlinge 18 eingeführt
werden. In ähnlicher Weise
werden die Bearbeitungen späterer
Stufen durchgeführt,
wobei ähnliche
vertikale Versetzungen der Dorne durchgeführt werden. Eine derartige
mehrstufige Bearbeitung unter progressiver Veränderung des Arbeitsdurchmessers
ist wünschenswert,
weil ein tief zurückspringendes
Muster mit erhöhter
Präzision
bei einem rohrförmigen
Rohling mit verminderter Wanddicke erhalten werden kann.