DE6805687U

DE6805687U - Gesenkschmiede

Info

Publication number: DE6805687U
Application number: DE6805687U
Authority: DE
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1968-11-07
Filing date: 1968-11-07
Publication date: 1970-10-08

Description

Die Erfindung betrifft eine Gesenkschmiede mit einem Gesenk, welches eine durchgehende Öffnung aufweist und mit einer ein Werkstück tragenden Plattform, die in dieser Öffnung bewegbar ist und mit einem Stempel, der eine Aussparung aufweist, die mit der Gesenkaussparung und mit der Plattform zusammenarbeitet, um einen geschlossenen Gesenkhohlraum zu bilden. Insbesondere betrifft die Erfindung eineGesenkschmiede für Spiral- oder Schraubenzahnräder, bei welcher das Zahnrad aus dem Gesenk freigegeben wird, ehe es vom Stempel freigegeben wird, τ> durch die Spiralzähne geschützt werden.

Ge i/E

Bei derartigen Gesenkschmieden muß einmal ein geschlossener Gesenkhohlraum gebildet werden und gleichzeitig muß für ein richtiges Auswerfen Sorge getragen werden. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die die Bewegung der Plattform vom Stempßl fort abstoppen, wenn das Gesenk geschloss3n ist, um das Werkstück einzuschließen und dadurch, daß die Plattform an einer Stange befestigt ist, die in einem Ilohr gleitbar gelagert ist, welches sich vom Gesenk

aus

nus nnch unten erstreckt und dadurch, daf, eine Feder in dem iiohr vorgesehen ist, welche die Stange umgibt und zwischen einem Bund an der Stange und einem unteren Ende des.Rohres zusammendrückbar ist, ura die Plattform zusammen mit dem Werkstück anzuheben, wenn der Stempel aus dem Gesenk zurückgezogen ist.

Es sind zwar Ausstoßer bekannt, jedoch sei bemerkt, daß es bisher auf diesem speziellen Gebiet nicht bekannt ist, einen Gesenkhohlraum mit festen Abmessungen zu schaffen, wobei das Gesenk einen stationären Gesenkabschnitt aufweist und einen mit diesem stationären Gesenkabschnitt zusammenarbeitenden Auswerfer, der, obwohl er gegenüber diesem Gesenkabschnitt beweglich ist, in seiner Beweglichkeit begrenzt ist, um einen maximalen Abwärtshub einzustellen. Nnch Durchlaufen des maximalen Abwärtshubs legt sich nämlich der Auswerfer gegen eine stationäre Oberfläche an, so daß eine.weitere Bewegung verhindert wird und es kann nunmehr eine Kraft ausgeübt werden, ohne daß eine \veitere Bewegung stattfindet. Dies macht es möglich, daß der Auswerfer nunmehr als Teil des Gesenks wirksam ist, so daß das Werkstück gegen den Auswerfer gedrückt werden kann und zwar genauso wie gegen andere Teile des Gesenks, um das fertige Produkt herzustellen.

Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Rohlings, aus dem.die Zahnräder nach der Erfindung hergestellt werden,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines mit einem Kopf vorsolionen Werkstücks, welches aus dom in Fig.l dargestellten Uohiing hergestellt ist,

Fig. 3

— 3 —

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines fertigen Kegelrads mit Spiralzähnen, welches aus dem in Fig. 2 dargestellten Werkstück gemäß der Erfindung hor&osteilt ist,

Fig. 4 eine Teilschnittansicht der erfindungsgemäßen Ge-Jf senkschmiede, wobei Teile in Seitenansicht dargestellt sind und wobei die Gesenkschmiede in der geöffneten Stellung gezeigt ist und wobei das in Fig. 2 dargestellte Werkstück in das Gesenk der Schmiede eingesetzt ist,

Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 4, wobei die Gesenkschmiede in geschlossener Stellung gezeigt ist,

Fig, 6 eine der Fig. 5 entsprechende Ansicht, wobei die Art und V/eise dargestellt ist, in der das geschmiedete Zahnrad dem Stempel während der Anfaugsstufen der Öffnung der Gesenkpresse folgt,

Fig. 7 eine Schnittansicht, wobei Teile "'in Seitenansicht gezeigt sind und zwar des automatischen Auswerfnechanismus der Erfindung,

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung des Stempels, wobei die die Spiralzähne formenden Aussparungen dargestellt sind, die die Nase des Stempels umgeben
und

Fig. 9 eine Ouerschnittansicht des fertigen Zahnrads, genommen längs der Linie IX-IX der Fig. 3, wobei die Kornflußlinien dargestellt sind, die im Metall durch das Schmieden ausgebildet werden..

In Fig. 1 ist mit lO im allgemeinen eine Länge einer Metallstange von zylindrischer Form dargestellt, die eine gut polierte, fertig bearbeitete Oberfläche aufweist und die aus einemlcarbonisierten Stahl, wie beispielsweise

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AlSI 931U besteht. Der Durchmesser D der Stange iO ist im allgemeinen kleiner als der Durchmesser des Zahnrads, welches aus dieser Stange hergestellt werden soll und die Lunge L dieser Stange ist wesentlich größer als die Liingo cics fertigen Zahnrads und Schaftes.

Die Stange 10 wird schnell erhitzt und zwar vorzugsweise in einer inerten Atmosphäre oder durch eine Induktionserhitzung und zwar auf Schmiedetemperaturen, die im Dereich von etwa 980 C liegen. Die Stange wird dann an einem Ende gestaucht, um das in Fig. 2 dargestellte Werk-· stück 11 zu fertigen. Dieses V;erkstück weist einen leicht konisch verlaufenden Schaftab schnitt 12 und einen verbreiterten, kegelstumpfförmigen Kopf 13 auf. Der Durchmesser des Schafts 12 nimmt vom Ende des "Schafts zum Kopf 13 hin zu. Der Kopf 13 weist eine flache Endfläche 14 und eine konisch verlaufende Seite 15 auf, die von der Endfläche 14 aus bis zu einem, maximaler! kreisförmigen Umfang 16 hin divergiert. Von diesem Umfang 16 aus verläuft der Kopf nach innen, wie bei 17 dargestellt, ist schräg und zwar bis zu einer flachen radialen Schulter 18, wie aus Fig. 4 deutlich zu erkennen ist.

Das Werkstück 11, welches in Fig. 2 dargestellt ist, wird, während es noch auf Schniiedeteraperaturen im Bereich von etwa 980° C erhitzt ist, vermittels eines einzigen Schlages geschmiedet und zwar in der Vorrichtung 19, die in den Fig. 4-6 dargestellt ist, um das fertige Zahnrad 20 auszubilden, welches in Fig. 3 dargestellt ist. Dieses Zahnrad 20 weist einen konischen Schaft 21 auf, der genauere Abmessungen hat als der Schaft 12 und weist ferner einen Tiegelzahnradkopf 22 mit Spiralzähnen 23 auf, die den Kopf umgeben unä die eine eingedrückte Endfläche 24 umgeben. Die Zähne 23 folgen vom Umfang 25 der Endfläche 24 bis zu einer Kreisbasis 26 hin einem schraubenförmigen

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Weg. Die Umfange 25 und 26 entsprechen im allgemeinen dem Umfang der Endfläche 14 und dem ringförmigen Umfang 16 des V/ericstücks 11.

Nachdem das Zahnrad 20 von der erfindungsgemäßen Schmiede 19 gesenkgeschnieclet ist, wird es mittels Luft gekühlt und auf Temperaturen von etwa 840° C für eine Stunde in einer inerten Atmosphäre erhitzt, ölgekühlt und dann bei etwa 590 C getempert und zwar etwa zwei Stunden lang, woran _ich eine Luftkühlung anschließt.

Die Gesenkschmiede 19, in der die Zahnräder 20 hergestellt werden, weist, wie die Fig. 4-6 zeigen, ein festes Bett 30 mit einer Gesenkausnehmung 31 auf. Dieses Bett weist im Boden eine Öffnung 32 auf, welche ein Rohr 33 aufnimmt, das ein geflanschtes Ende 34 hat, welches in einer Gegenbohrung sitzt. Eine Distanzscheibe 35 ist am Boden der Ausnehmung 31 angeordnet und erstreckt sich über cias geflanschte Ende des Rohrs 33. Diese Distanzscheibe weist eine Bohrung 36 auf, die mit der Mitte des Rohrs fluchtet. Die Distanzscheibe 35 bildet eine End- oder Anlageschulter 37 gegenüber der Innenseite des Rohrs. Eine zweite Distanzscheibe 38 liegt auf der Distanzscheibe 35 und waist eine Öffnung 39 auf, die einen größeren Durchmesser aufweist als die Öffnung 36 der Distanzscheibe 35. Eine Gesenkform 40 stützt sich auf der Distanzscheibe auf und weist ein oberes Ende 41 mit verminderten Durch- · messer auf, wobei sich dieses Ende über die Oberseite des Bettes 30 hinaus erstreckt. Eine radiale Schulter 42 schließt im wesentlichen mit der Oberseite das Bettes ab, ein Spannring 43 umgibt den Abschnitt 41 und liegt über der Schulter 42, um die Gesenkform 40 im Bett festzuhalten. Schraubenbolzen 44 erstrecken sich durch den

lüng 43 hindurch und sind in das Bett 30 eingeschraubt, um den tting an Bott festzuziehen. Der Ring 43 weist eine oben offene zylindrische Aussparung 45 auf, die einen flachen Boden 46 hat, der in einer Höhe etwa unterhalb der Oberseite der Gesenkform 40 liegt.

Die Gesenkform 40 weist eine konische Bohrung 47 auf, die von einer flachen, oben offenen Aussparung 48 bis zur Üistanzscheibe 38 hin konvergiert. Die Aussparung 48 weist einen flachen radialen Boden 49 und eine divergierende Seitenwandung 50 auf, um die Endwandung 18 und die abgeschrägte Seite 17 des Kopfs 13 des Werkstücks 11 aufzunehmen und zu formen. Das kleine linde der konischen Bohrung 47 entspricht der Bohrung 39 in der Distanzscheibe 38 und die Bohrung divergiert nach 'oben und außen bis zur Mitte der radialenV/andung 49 der* Aussparung 48.

Ein Bär 51 trägt auf seiner Unterseite eine Adapterplatte 52, von der aus sich ein Steinpeladapter 53 nach unten erstreckt. Der Stempel 54 ist an der Bodenfläche des Adapters 53 mittels Schrauben 55 befestigt und Beilagscheiben

56 sind zwischen dem Boden des Adapters 53 und der Oberseite des Stempels 54 angeordnet, um den Stempel relativ zum Gesenk genau anordnen zu können. Der Stempel 54 kann mit Gleit sitz in die Aussparung 45 des Einspannrings eingreifen und die Beilagscheiben 56 können die genaue Lage des Stempels am unteren Totpunkt seines Hubs einstellen, wie es in Fig. 5 dargestellt ist.

Der Stempel 54 ist praktisch ebenfalls ein Gesenk und weist eine Gesenkaussparung 57 mit offenem Boden auf. Diese Gesenkaussparung 57 ist von Spiralzahnformungsrippen 53 umgeben, v.-ie es Fig. 8 zeigt. Die Aussparung

57 konvergiert von der Bodenseite des Stempels und zwar

im

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im gloichen Winkel wie die Seitenwandung 15 dos Kopfs 13 des Werkstücks 11. Der Stempel 54 weist eine zylindrische Mittülbohrung 50 auf, die am unteren Ende in eine geneigte Sohultor üborgoht, die zur oberen Seite der Aussparung hin konvergiert. Eine Kontorbohrung 61 ist an der Oberseite der Bohrung 59 vorgesehen. Ein lösbarer Nasenbauteil G2 sitzt in der bohrung 59 und weist einen Flansch 63 auf, der in der Konterbohrung 61 sitzt. Die Beilagschciben 56 liegen über der Oberseite der Nase 62 und arbeiten mit duri Schraubenbolzen 55 zusammen, um die Nase in der Bohrung 59 zwischen den Beilagtcheiben und der Schulter 60 am **oden der Konterbohrung 61 einzuspannen. Die Nase 62 weist ein abgerundetes vorderes Ende 64 auf, welches sich in die Mitte der Aussparung 67 hinein erstreckt. Dadurch wird ein konvexer Boden für diese Aussparung gebildet.

Die schraubenförmigen Zähne 58, welche die schraubenförmigen Zähne 23 des fertigen Zahnrads 20 bilden, erstrekken sich über die ^odenfläche 65 des Stempels 54 hinaus, wie es in Fig. 4 gezeigt ist und weisen geneigte Endkanten 66 von dreieckförmiger Konfiguration auf, wie es am besten aus Fig. 8 zu erkennen ist. Die Zahnkonfiguration in der Gesenkausspnrung 57 kann durch eine Elektroerosion hergestellt werden, wobei die Elektrode'ein Zahnrad von exakter Zahnkontur entsprechend dem herzustellenden Zahnrad ist und eine Elektroerosion kann das Metall konform zur Zahnradelektrode abtragen. Das /erfahren wird in einem Ölbad ausgeführt. Selbstverständlich kann das Stempelgesenk auch spanabhebend hergestellt werden, wobei es von Hand fertig bearbeitet wird. Eine Fertigpolierungsbearbeitung ist für das Stempel^ ->k vorgesehen, so daß die Zähne 23 des Zahnrads 20 l ^tS ohne zusätzliches

Polieren

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Polieren oder Bearbeiten gebrauchsfertig sind. Das Nasenstiick 62 ist austauschbar oder ersetzbar} die Kontur des vorderen Endes 64 der Nase kann in gewünschter V/eise verändert werden, um die richtige Verdrängung des Metalls zu erzielen, damit der Kopf 13 des Werkstücks vollständig den Stempel- und Gesenkhohlraum füllt.

Wenn sich das Stempelgesenk 54 in der in Fig. 5 dargestellten geschlossenen Lage befindet, so ist die ^Bodenflache 65 des Stempels 54 sehr dicht beim oberen Ende des Gesenks 40 angeordnet, wobei lediglich ein sehr schmaler Spalt 68 belassen wird, der ein Austreten von Graten ernlöglicht. Es sei bemerkt, daß die vorspringenden Enden 66 der Zähne 58 in der Aussparung 48 des Gesenks aufgenommen werden, wobei deren Kanten gegen die konische Seitenwandung 50 dieser Aussparung anliegen.

Das üohr 33 trägt gleitbar.den erfindungsgeneßen Feder-Plattforrnmechanisiüus 70, welcher das Werkstück 11 in einer angehobenen Stellung trägt, wenn das Gesenk offen ist. Dieser Mechanismus 70 weist eine Stange 71 mit einem unteren Abschnitt auf, der gleitbar in einem Lager 72 am unteren Ende des Rohrs 33 geführt ist und ferner einen Bund 73, der gleitbar im oberen Abschnitt des Rohrs geführt ist. Die Stange erstreckt sich von diesem Bund 73 aus frei nach oben durch die Öffnung 36 in der Distanzscheibe 35 hindurch und zwar in die Öffnung 39 der ^istanzscheibe 38 hinein. Das obere Ende der Stange weist ein Gewinde auf und dieses Gewinde nimmt einen Kopf 74 auf, der frei glcitbar in der Bohrung 39 sitzt und der in den unteren Abschnitt dor konischen Bohrung 47 des Gesenks 40 hineingleiten kann.

Eine

Eine Schraubenfeder 75 ist im Rohr 33 um die Stange 71 herum angeordnet und stützt sich mit einem Ende am Iiohr ab und wirkt auf den Bund 73 ein, um die Stange in die in Fig. 4 dargestellte Lage anzuheben, wobei der Bund 73 gegen die Distanzscheibe 35 anliegt. In dieser Lage trägt die Stange den Kopf 74 bis zu einer Höhe, in der sich dieser Kopf in den Hohlraum 47 hinein erstreckt, so daß, wenndas Werkstück 11 in das Gesenk 40 eingesetzt ist, sich dieses am Kopf 7Ί abstützt und der Kopf 13 des Werkstücks liegt oberhalb der Aussparung 48 des Gesenks. In dieser Stellung ist das Werkstück 11 frei im Gesenk angeordnet.

Wenn der Stempel 54 zur geschlossenen Stellung hin bewegt wird, die in Fig. 5 dargestellt ist, so berührt das vordere Ende 64 der Stempelnase 62 die flache Endwandung 14 des Werkstückkopfs, um das Werkstück in das Gesenk hineinzudrücken. Dadurch wird die Föder 75 zusammengedrückt und der Kopf 74 wird in die Bohrung 39 der Distanzscheibe 38 hineinbewegt, wobei sich der Kopf 74 dann an der Distanzscheibe 35 abstützt, wie.es in Fig. 5 dargestellt ist. Auf diese Weise wird der Kopf 74 zu einem festen Stopfen oder Verschluß, der den Boden der Gesenkbohrung 47 bündig mit dem Boden des Gesenks 40 abschließt, Wenn das Schließen des Gesenks weiter fort schreitet, drückt das vordere Ende 64 der Nase 62 sich in die Endwandung 40 des Werkstückkopfs hinein und bewirkt, daß das Metall vollständig konform in den Gesenkhohlraum hineinfließt, der durch die Gesenkaussparung 48 und die Sten'.pelaussparung 57 gebildet wird. Die Zähne 23 des fertigen Zahnrads werden auf diese Weise dadurch gebildet, daß die Spiralnuten zwischen den Formzähnen 58 der Aussparung gefüllt werden. Da, wie oben dargelegt, der

einzige

einzige Austrittsweg für das eingeschlossene Metall derjenige durch den sehr schmalen Spalt 68 zwischen der Oberseite des Gesenks und dem ^üoden 65 des Stempels ist und da dieser Austrittsweg sich am äußeren Umfang 16 des Werkstüclckopfs befindet, kann jeder sich bildende Grat leicht entfernt werden und dieser Grat liegt außerhalb des Umfangs des Zahnrads.

Nach der Vollendung des Schmiedehubs der Schmiede 19 wird der Bär 51 angehoben, wonach die zusammengedrückte Feder 75 den Kopf 74 nach oben drückt, damit das fertige Zahnrad 20 dem Stempel 54 folgen kann, bis der Bund 73 gegen die Distanzschoibe 35 anliegt. In dieser Höhe ist das fertige Kegelzahnrad 20 vollkommen von den Gesenkoberflächen frei und kann gedreht werden, um beispielsweise von den Spiralzahnformrippen im Steinpelhohlraum 57 abgeschraubt zu werden. Das fertige Zahnrad ist frei und kann unter Aufnähme einer Drehbewegung vom Stempel frei herunterfallen eier, falls das fertige Zahnrad in Eingriff mit dem Stenpel verbleibt, kann das Bedienungspersonal den Schaft 21 in einfacher Weise drehen, um das Zahnrad vom Stempel zu lösen.

V/ie Fig, 9 zeigt, erzeugt die Bearbeitung des Metalls, ausgehend von der ursprünglichen zylindrischen Stange 10, über das Zwischenproduktenwerkstück 12 zum fertigen Zahnrad 20, kreisförmige Kornflußlinien mit ame hin end era Durchmesser. Die äußerenKornflußlinien sind von der Längsachse des Zahnrads nach außen gewölbt, wobei der Kopfbereich des Zahnrads und die Zahnobcrflachen lediglich durch die' Seiten der Kornflußlinien gebildet werden. Die Kornflußlinien verlaufen im allgemeinen koaxial zur Mitte des Zahnrads und sind radial kreisförmig in Kreisen angeordnet, v.'oboi diese Kreise in don Yüirzelbereichen dor

Zahnradzähne

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Z;i:!iu-;ul/,iihne zusumr.ongequetscht sind. Dadurch wird die /alii^koit und Festigkeit dor Zähne in den hoch-spr.nnungs- | beanspruchten Teilen desZahnrnds erhöht, ^ic ilnden dieser Linien sind keinem Verschleiß ausgesetzt und eine sLoüXeste Ausbildung nit platten oberfi:ichcn wird erzeugt.^ ^Vie dargestellt, erstrecken sich die I-Iornfluillinien G im | all'icrieineu axial durch den Schaft 21 des Zahnrads und sind im Kopfberoich nach außen gewölbt und bilden dann die Oberflachen des Kopfs und die Oberflächen der Zähne, die den Kopf umgeben und zwar lediglich mit ihren Seiten. _lt

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Claims

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Schut za-nspriiche

1,Gesenkschmiede mit einem Gesenk, welches eine durchgehende öffnung aufweist und mit einer ein Y/erkstück tragenden Plattform, die in dieser Öffnung bewegbar ist und mit einem Stempel, der eine Aussparung aufweist, die mit dsr Gcsenkausspnrung und mit der Plattform zusammenarbeitet, um einen geschlossenen Gesenkhohlraum zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daü Einrichtungen (35) vorgesehen sind, die die Bewegung der Plattform (74) vom Stempel (54) fort abstoppen, wenn, das Gesenk geschlossen ist, um das Yierkstück (12) einzuschließen, und daß die Plattform (74) an einer Stange (7l) befestigt ist, die in einen Rohr (33) gleitbär gelagert ist, welches sich vom Gesenk aus nach unten erstreckt, und daß eine Feder (75) in dem Rohr (33) vorgesehen ist, welche die Stange (71) umgibt und zwischen einem Bund (75) an der Stange und dem unteren Ende des Rohres zusammendrückbar ist, um die Plattform (74) zusammen πit dem Werkstück anzuheben, wenn der Stempel aus dem Gesenk zurückgezogen ist.
2. Gesenkschmiede nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtungen (35) eine stationäre Oberfläche

aufweisen, gegen die sich Teile der Plattform (74) anlegen.