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Die
vorliegende Erfindung betrifft generell ein Verfahren zum Formen
eines Umfangsabschnittes eines Werkstücks in der Form einer kreisförmigen Platte,
um den Umfangsabschnitt zu verdicken, genauer gesagt ein solches
Verfahren, das eine gewünschte
Verdickung des Umfangsabschnittes mit einer vergleichsweise einfachen
Steuerung einer zwischen dem Umfangsabschnitt und einer Walzbacke
wirkenden Kraft ermöglicht,
während
ein Ausknicken oder Falten des Umfangsabschnittes vermieden wird:
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Die
Veröffentlichung
WO-A-98/01246, die der US-A-5 904 060 entspricht, offenbart ein
Verfahren gemäß Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
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Bei
Kraftfahrzeugen findet eine Antriebsscheibe, wie ein Schwungrad,
Verwendung, die mit einer Kurbelwelle eines Motors verbunden ist.
In herkömmlicher
Weise besteht eine solche Antriebsscheibe aus einer kreisförmigen Platte
und einem Ringrad, das fest an der Umfangsfläche der kreisförmigen Platte
montiert ist. Um neueren Anforderungen in Bezug auf eine weitere
Verringerung der Herstellkosten der Antriebsscheibe gerecht zu werden, wurde
eine einstöckige
Antriebsscheibe vorgeschlagen, die aus einer kreisförmigen Platte
besteht, deren äußerer Umfangsabschnitt
als integrierter gezahnter Abschnitt ausgebildet ist. Um eine erhöhte Schock- oder
Stoßfestigkeit
sowie mechanische Festig keit zu erreichen, ist es erwünscht, die
Antriebsscheibe so zu formen, daß sie eine größere Dicke
an ihrem Umfangsabschnitt als an ihrem radial inneren Abschnitt aufweist.
Bei einem Beispiel eines Verfahrens zum Verdicken des Umfangsabschnittes
eines Werkstücks
in der Form einer kreisförmigen
Platte findet eine Walzvorrichtung bzw. Drehgesenkschmiedevorrichtung
Verwendung, die umfaßt:
(a) eine drehbar gelagerte Walzbacke mit einer ringförmigen Formnut, die
in ihrer äußeren Umfangsfläche offen
ist und einen im wesentlichen V-förmigen Querschnitt in einer Ebene
besitzt, die die Drehachse S1 der Walzbacke enthält, so daß die axiale Abmessung der
Formnut, gemessen in Axialrichtung der Walzbacke, in Radialrichtung
der Walzbacke nach außen
zunimmt, (b) eine Werkstückhaltevorrichtung,
die um eine Drehachse S2 derselben gedreht wird und das Werkstück so hält, daß dieses
koaxial zur Werkstückhaltevorrichtung
angeordnet ist, sowie einen Umfangsabschnitt aufweist, der sich
von der Werkstückhaltevorrichtung über eine
vorgegebene radiale Distanz radial nach außen erstreckt, und (c) eine
Antriebsvorrichtung zum Drehen der Walzbacke und der Werkstückhaltevorrichtung
um ihre entsprechenden Achsen S1 und S2, so daß das Werkstück an seiner äußeren Umfangsfläche in Walzkontakt
mit einer Bodenfläche der
Formnut der Walzbacke gepreßt
gehalten wird, wodurch der Umfangsabschnitt des Werkstücks der Querschnittsform
der Formnut folgend verdickt wird.
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Die
JP-A-9-10885 zeigt ein derartiges Verfahren, bei dem die Drehachsen
S1, S2 der Walzbacke und der Werkstückhaltevorrichtung parallel
zueinander angeordnet sind und das Werkstück von der Werkstückhaltevorrichtung
so gehalten wird, daß es in
Axialrichtung der Walzbacke und der Werkstückhaltevorrichtung im wesentlichen
zu der Formnut in der Walzbacke ausgerichtet ist, und bei dem die Walzbacke
und die Werkstückhaltevorrichtung
in Radialrichtung aufeinander zubewegt werden, so daß der Umfangsabschnitt
des Werkstücks 104 in
einen verdickten Abschnitt 100 verformt wird, wie in 6A gezeigt. Dieser verdickte
Abschnitt 100 wird im wesentlichen symmetrisch sowohl auf
der Oberseite als auch auf der Unterseite verdickt, so daß er die
Form eines Pfeiles im Querschnitt in einer Ebene parallel zur Dickenrichtung
des Werkstückes
besitzt. Der Umfangsabschnitt des Werkstücks wird in zwei Schritten zu
dem verdickten Abschnitt 100 verformt, der dann nahezu
unter rechten Winkeln von einer Walzbacke 102 gebogen oder
gefaltet wird, so daß das
Werkstück
einen zylindrischen Umfangsabschnitt 108 aufweist, der
sich von einer der gegenüberliegenden Flächen eines
radial inneren ebenen Abschnittes 106 des Werkstücks 104 in
Axialrichtung aus erstreckt, wie in den 6A–6C gezeigt.
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Bei
dem herkömmlichen
Verfahren zum Verformen des Umfangsabschnittes des Werkstücks muß der Umfangsabschnitt
des Werkstücks
gegen die Bodenfläche
der Formnut der Walzbacke gepreßt werden,
so daß der
Umfangsabschnitt im wesentlichen symmetrisch auf den gegenüberliegenden
Seiten des Werkstücks
verdickt wird, während
das Werkstück
im wesentlichen flach gehalten wird, mit der Ausnahme, daß der radial äußerste Teil
verdickt wird. Der Umfangsabschnitt des Werkstücks neigt jedoch zum Ausknicken,
sobald die zwischen dem Werkstück
und der Walzbacke in Radialrichtung der Walzbacke wirkende Kraft
einen vorgegebenen kritischen Wert übersteigt. Es ist ziemlich
schwierig, diese Radialkraft so zu steuern, daß der Umfangsabschnitt ohne
Ausknicken verdickt wird. Ferner wird der verdickte Umfangsabschnitt 100,
der durch das vorstehend beschriebene Verformen geformt wird, im wesentlichen
um 90° von
der Walzbacke 102 verbogen oder gefaltet, um den zylindrischen
Umfangsabschnitt 108 zu bilden, wie vorstehend beschrieben. Daher
leidet der zylindrische Abschnitt 108 unter unerwünschten
Falten (Haar nadelbiegung), wie mit A in 6C gezeigt. Diese Falten A beeinflussen
in nachteiliger Weise einen nachfolgenden Schmiede- oder Bearbeitungsvorgang
am zylindrischen Umfangsabschnitt 108, um einen mit einer Verzahnung
versehenen Abschnitt zu bilden. Dieser mit einer Verzahnung versehene
Abschnitt kann während
des Einsatzes einer mit einem solchen verzahnten Abschnitt an ihrem Umfang
versehenen Antriebsscheibe keine ausreichend hohe Haltbarkeit und
mechanische Festigkeit besitzen.
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Die
JP-A-9-66330 zeigt ein anderes Verfahren zum Verdicken des Umfangsabschnittes
eines Werkstücks
in Form einer kreisförmigen
Platte, bei dem der Umfangsabschnitt des Werkstücks in Gleitkontakt mit einer
von gegenüberliegenden
Seitenflächen
gebracht wird, die teilweise eine in einer Walzbacke ausgebildete
Formnut bilden, so daß die äußere Umfangsfläche des
Umfangsabschnittes in Stoßkontakt
mit der anderen Seitenfläche
der Formnut gebracht wird, um den Umfangsabschnitt in einen im wesentlichen
L-förmigen
verdickten Umfangsabschnitt zu verformen. Dieses Verfahren hat ebenfalls den
Nachteil, daß der
Umfangsabschnitt des Werkstücks
in Richtung auf die vorstehend erwähnte andere Seitenfläche der
Formnut ausbeult bzw. ausknickt, wenn die zwischen dem Werkstück und der Walzbacke
wirkende Kraft einen kritischen Wert übersteigt. Auch bei diesem
Verfahren ist es schwierig, die Kraft für eine gewünschte Verdickung des Umfangsabschnittes
des Werkstückes
ohne Ausbeulen zu steuern. Wenn der Verdickungsvorgang nach dem
Ausbeulen fortgesetzt wird, besitzt der Umfangsabschnitt des Werkstücks einen
mäandrierenden
alternierenden Materialfluß während des
Verdickungsvorganges, wie bei fM in 7 angedeutet
ist, wodurch eine Falte zwischen alternierenden Kurven des Materialflusses
erzeugt wird. 7 entspricht der
Schnittansicht der 6C.
Dieser alternierende Materialfluß wird durch das anfängliche
Ausbeulen des Umfangs abschittes des Werkstücks von der vorstehend erwähnten einen
Seitenfläche
der Formnut aus in Richtung auf die andere Seitenfläche und
das nachfolgende Ausbeulen des Umfangsabschnittes in umgekehrte
Richtung zur vorstehend erwähnten
einen Seitenfläche
als Reaktion des anfänglichen
Ausbeulens erzeugt. Wenn der Winkel ß einer Seitenfläche 110 einer
Formnut in Radialrichtung der Walzbacke größer ist als 15°, wie in 8 angedeutet, wird ein Werkstück 112 in
der Form einer kreisförmigen Platte
an seinem Umfangsabschnitt in Richtung auf die andere Seitenfläche 114 der
Formnut ausgebeult, wie bei B in 8 gezeigt,
ohne daß der
Umfangsabschnitt verdickt wird. In diesem Fall findet daher nur ein
eingeschränkter
Verdickungsvorgang statt.
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Formen eines Umfangsabschnittes eines Werkstücks, das die Form einer kreisförmigen Platte
besitzt, um diesen Umfangsabschnitt zu verdicken, zu schaffen, mit
dem mindestens eines der vorstehend aufgezeigten Probleme des Standes der
Technik verringert oder eliminiert wird.
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Dieses
Ziel kann mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden, die ein
Verfahren zum Formen eines Umfangsabschnittes eines Werkstücks, das
die Form einer kreisförmigen
Platte besitzt, um diesen Umfangsabschnitt zu verdicken, zur Verfügung stellt, welches
die folgenden Schritte umfaßt:
Vorsehen einer Walzbacke, die drehbar um eine Achse derselben gelagert
ist und eine äußere Umfangsfläche sowie
eine ringförmige
Formnut aufweist, die in der äußeren Umfangsfläche offen
ist und eine erste Seitenfläche,
eine zweite Seitenfläche,
die von der ersten Seitenfläche
in Axialrichtung der Walzbacke beabstandet ist, und eine Bodenfläche aufweist,
die abgerundete Endabschnitte besitzt, die auf glatte Weise die
erste und zweite Seiten fläche
miteinander verbinden; Vorsehen einer Werkstückhaltevorrichtung, die eine
Drehachse und eine äußere Umfangsfläche besitzt
und die das Werkstück
hält; Halten
des Werkstücks
an der Werkstückhaltevorrichtung
derart, daß das
Werkstück
koaxial zur Werkstückhaltevorrichtung
angeordnet ist und sich der Umfangsabschnitt von der äußeren Umfangsfläche über eine
vorgegebene radiale Distanz radial nach außen erstreckt; Drehen des Werkstücks um die
Achse der Werkstückhaltevorrichtung
derart, daß das
Werkstück
an einer äußeren Umfangsfläche desselben
in Preßkontakt
mit der Bodenfläche
der ringförmigen
Formnut der Walzbacke gehalten wird, so daß der äußere Umfangsabschnitt des Werkstücks der
Form der Formnut folgend in einem Schnitt in einer Ebene, die die Achse
der Walzbacke enthält,
verdickt wird; Formen der ersten Seitenfläche und Positionieren der Walzbacke
relativ zur Werkstückhaltevorrichtung
derart, daß die
erste Seitenfläche
unter einem Winkel al, der größer ist
als 0°,
zu einer Radialrichtung der Werkstückhaltevorrichtung geneigt
wird, so daß die
axiale Distanz zwischen der ersten und zweiten Seitenfläche in Axialrichtung
der Werkstückhaltevorrichtung
in einer radial nach außen
weisenden Richtung der Walzbacke zunimmt; und Steuern einer Kraft,
die zwischen der äußeren Umfangsfläche des
Werkstücks
und der Bodenfläche
der Formnut wirkt, während
der Drehung des Werkstücks
in Preßkontakt
mit der Bodenfläche
derart, daß der äußere Umfangsabschnitt
des Werkstücks
in einem in eine konvexe Form der ersten Seitenfläche folgend
durchgebogenen Zustand gehalten und ein radial äußerster Teil des äußersten
Umfangsabschnittes in entgegengesetzte Richtungen zur ersten und
zweiten Seitenfläche
hin verdickt wird, während
der äußere Umfangsabschnitt
im Abstand von der ersten und zweiten Seitenfläche gehalten und an einem Ausknicken
innerhalb der Formnut gehindert wird.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Verfahren der vorliegenden Erfindung
werden die erste Seitenfläche
der ringförmigen
Formnut geformt und die Walzbacke relativ zur Werkstückhaltevorrichtung
(relativ zum Werkstück)
so angeordnet, daß die
erste Seitenfläche
unter einem Winkel al, der größer ist
als 0°,
relativ zu einer Geraden senkrecht zur Achse der Werkstückhaltevorrichtung,
d. h. relativ zur Radialrichtung der Werkstückhaltevorrichtung, geneigt wird,
so daß die
axiale Distanz zwischen der ersten und zweiten Seitenfläche in Axialrichtung
der Werkstückhaltevorrichtung
in radialer Richtung der Walzbacke nach außen zunimmt. Ferner wird die
Kraft, die zwischen der äußeren Umfangsfläche des
Werkstücks
und der Bodenfläche
der Formnut wirkt, während
der Drehung des Werkstücks
in Preßkontakt
mit der Bodenfläche
so gesteuert, daß der äußere Umfangsabschnitt
des Werkstücks,
der sich von der Werkstückhaltevorrichtung
radial nach außen
erstreckt, in einem in eine konvexe Form der ersten Seitenfläche folgend
durchgebogenen Zustand gehalten wird, während der äußere Umfangsabschnitt im Abstand
von der ersten und zweiten Seitenfläche gehalten und an einem Ausbeulen
bzw. Ausknicken innerhalb der Formnut gehindert wird, wodurch der radial äußerste Teil
des äußeren Umfangsabschnittes
des Werkstücks
in entgegengesetzten Richtungen zur ersten und zweiten Seitenfläche hin
verdickt werden kann, ohne daß der äußere Umfangsabschnitt
ausbeult bzw. ausknickt. Beispielsweise kann die Kraft in einfacher
Weise so eingestellt werden, daß eine
wirksame Verdickung des radial äußersten Teiles
des Werkstücks
unter Vermeidung von dessen Ausbeulen erreicht wird, indem der Zustand
er Biegeverformung des äußeren Umfangsabschnittes
des Werkstücks überwacht
wird.
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Da
die Verdickung des radial äußersten
Teiles des Werkstücks
so durchgeführt
wird, daß ein Kontakt
des äußersten
Umfangsabschnittes des Werkstücks
mit der ersten und zweiten Seitenfläche der Formnut verhindert
wird, können
die Querschnittsformen oder Konfigurationen der Seitenflächen, die
die Form des verdickten radial äußersten Teiles
oder extremen Umfangsteiles des Werkstücks bestimmen, mit einem hohen
Freiheitsgrad ausgebildet werden, da die Seitenflächen das
Verbiegen des äußeren Umfangsabschnittes
des Werkstücks
während
des Verdickungsvorganges nicht nachteilig beeinflussen.
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Das
vorliegende Verfahren kann in geeigneter Weise zur Herstellung eines
Zwischenproduktes durchgeführt
werden, das zu einer Antriebsscheibe für ein Kraftfahrzeugt weiter
verarbeitet wird, wobei diese Antriebsscheibe einen verzahnten äußeren zylindrischen
Abschnitt mit einer relativ großen
Wanddicke besitzt. Das vorliegende Verfahren kann jedoch auch zur
Herstellung von diversen anderen Elementen Anwendung finden, die
einen äußeren zylindrischen
Abschnitt mit einer relativ großen
Wanddicke besitzen.
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Obwohl
bevorzugt wird, daß beide
Neigungswinkel α1
und α2 der
ersten und zweiten Seitenfläche
der ringförmigen
Formnut der Walzbacke größer sind
als 0°,
so daß die
axiale Distanz zwischen den beiden Seitenflächen in radialer Richtung der
Walzbacken nach außen
zunimmt, kann der Neigungswinkel α2
der zweiten Seitenfläche
0° betragen oder
sogar einen negativen Wert besitzen. Wenn der Winkel α2 negativ
ist, ist die zweite Seitenfläche
relativ zu einer Linie senkrecht zur Drehachse der Werkstückhaltevorrichtung
auf der Seite der ersten Seitenfläche geneigt. Die erste und
zweite Seitenfläche können zwei
oder mehr radiale Abschnitte mit entsprechenden unterschiedlichen
Winkeln oder bogenförmig
gekrümmte
Abschnitte besitzen, wenn nur die erste Seitenfläche generell zur Radialrichtung
der Werkstückhaltevorrichtung
geneigt ist.
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Bei
einer ersten bevorzugte Ausführungsform
der vorliegen den Erfindung ist die Bodenfläche der ringförmigen Formnut
so geformt, daß sie
einen geradlinigen Zwischenabschnitt besitzt, der zwischen den abgerundeten
Endabschnitten angeordnet ist und eine Abmessung aufweist, die im
wesentlichen der Dicke "t" des Werkstücks entspricht,
so daß der geradlinige
Zwischenabschnitt dazu dient, die äußere Umfangsfläche des
Werkstücks
in Axialrichtung der Walzbacke bei einem Kontakt zwischen der äußeren Umfangsfläche und
dem geradlinigen Zwischenabschnitt zu positionieren.
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Bei
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung besitzt die Bodenfläche der ringförmigen Formnut
einen solchen Neigungswinkel α3
relativ zur Drehachse der Werkstückhaltevorrichtung,
daß die
Distanz zwischen der Drehachse der Werkstückhaltevorrichtung und der
Bodenfläche
an einer Umfangsstelle der Bodenfläche, an der die Bodenfläche die äußere Umfangsfläche des
Werkstücks
kontaktiert, in Axialrichtung der Werkstückhaltevorrichtung von der
zweiten Seitenfläche
zur ersten Seitenfläche
hin zunimmt.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung kann
der äußere Umfangsabschnitt
des Werkstücks
mit hoher Stabilität
der Form der ersten Seitenfläche
folgend in eine konvexe Form durchgebogen werden, da die Bodenfläche der Formnut
unter einem Winkel von α3
zur Drehachse der Werkstückhaltevorrichtung
geneigt ist, so daß die Distanz
zwischen der Drehachse der Werkstückhaltevorrichtung und dem
Kontaktpunkt der Bodenfläche
mit dem Werkstück
in Radialrichtung der Werkstückhaltevorrichtung
in Axialrichtung der Werkstückhaltevorrichtung
von der zweiten Seitenfläche
zur ersten Seitenfläche
hin zunimmt.
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Bei
einer dritten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird das Werkstück
von der Werkstückhaltevorrichtung
so gehalten, daß es
im wesentlichen zur ersten Seitenfläche der ringförmigen Formnut
in Axialrichtung der Werkstückhaltevorrichtung ausgerichtet
wird, bevor das Werkstück
in Preßkontakt
mit der Walzbacke gebracht wird. Das Verfahren dieser Ausführungsform
der Erfindung umfaßt
des weiteren einen Schritt des Bewegens der Werkstückhaltevorrichtung
und der Walzbacke relativ zueinander in Radialrichtung der Werkstückhaltevorrichtung, während das
Werkstück
um seine Achse gedreht wird, so daß der äußere Umfangsabschnitt des Werkstücks verdickt
wird.
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Gemäß der dritten
bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung wird das Werkstück
anfangs zur ersten Seitenfläche
in Axialrichtung der Werkstückhaltevorrichtung
(des Werkstücks)
ausgerichtet, und das Werkstück
und die Walzbacke werden danach relativ zueinander bewegt, genauer
gesagt in radialer Richtung der Werkstückhaltevorrichtung relativ
zueinander bewegt. Bei dieser Anorndung folgt der anfänglichen
Verdickung des radial äußersten
Teiles des äußeren Umfangsabschnittes,
die anfangs in entgegengesetzten Axialrichtungen zur ersten und
zweiten Seitenfläche
hin stattfindet, eine nachfolgende Verdickung, die asymmetrisch
an der ersten und zweiten Seitenfläche stattfindet. Mit anderen
Worten, nachdem der radial äußerste Teil
des äußeren Umfangsabschnittes
bis zur anfänglichen
Axialposition des von der Werkstückhaltevorrichtung
gehaltenen Werkstücks
verdickt worden ist, findet die Verdickung primär auf der Seite der zweiten
Seitenfläche
statt, so daß der
verdickte Umfangsabschnitt in geeigneter Weise auf die Seite der
zweiten Seitenfläche
versetzt werden kann, ohne daß der äußere Umfangsabschnitt
in der ringförmigen
Formnut gefaltet wird.
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Bei
einer vorteilhaften Anordnung der vorstehend beschriebenen dritten
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besitzt die Bodenfläche der ringförmigen Formnut
einen solchen Neigungswinkel α3
in bezug auf die Drehachse der Werkstückhaltevorrichtung, daß die Distanz
zwischen der Drehachse der Werkstückhaltevorrichtung und der
Bodenfläche
an einer Umfangsposition der Bodenfläche, an der die Bodenfläche mit
der äußeren Umfangsfläche des
Werkstücks
in Kontakt steht, in Axialrichtung der Werkstückhaltevorrichtung von der
zweiten Seitenfläche
zur ersten Seitenfläche
hin zunimmt, und wird der Neigungswinkel α3 der Bodenfläche so festgelegt,
daß ein
Winkel α5,
der auf der Seite der ersten Seitenfläche zwischen der Bodenfläche und
einer Linie L, die die Punkte P1 und P2 bei einem Kontakt der äußeren Umfangsfläche des
Werkstücks
mit der Bodenfläche
verbindet, gebildet wird, nicht kleiner ist als 90°, wobei der
Punkt P1 der Mittelpunkt der Dicke des Werkstücks, der auf der äußeren Umfangsfläche der
Werkstückhaltevorrichtung
liegt, und Punkt P2 der Mittelpunkt der Bodenfläche, gemessen in Dickenrichtung
des Werkstücks,
sind.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Anorndung wird der Neigungswinkel α3 der Bodenfläche zur
Drehachse der Werkstückhaltevorrichtung
so festgelegt, daß der
Winkel α5,
der auf der Seite der ersten Seitenfläche zwischen der Bodenfläche der Nut
und der vorstehend erwähnten
Linie L beim Kontakt der äußeren Umfangsfläche des
Werkstücks
mit der Bodenfläche
gebildet wird, 90° oder
größer ist,
so daß die äußere Umfangsfläche des
Werkstücks
so mit der Bodenfläche
in Kontakt gebracht wird, daß die Dickenmittellinie
des Werkstücks
an dessen radial äußersten
Teil des äußeren Umfangsabschnittes
des Werkstücks
im wesentlichen senkrecht zur Bodenfläche oder geringfügig geneigt
zu einer Linie senkrecht zur Bodenfläche auf der Seite der ersten
Seitenfläche verläuft, um
eine anfängliche
asymmetrische Verdickung des radial äußersten Teiles des Werkstücks und
damit einen größeren Fluß des Werkstückmateriales
zur zweiten Seitenfläche
hin zu verhindern.
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Wenn
die Bodenfläche
der ringförmigen Formnut
unter einem Winkel α3
relativ zur Achse der Werkstückhaltevorrichtung
geneigt ist, kann der Winkel α3
so festgelegt werden, daß die
Dickenmittellinie des Werkstücks
an einem radial äußersten
Teil des äußeren Umfangsabschnittes
des Werkstücks
nahezu senkrecht zur Bodenfläche
verläuft,
wenn der radial äußerste Teil
des Werkstücks
der ersten Seitenfläche
folgend in die konvexe Form durchgebogen wird, wobei die äußere Umfangsfläche des
Werkstücks
in Preßkontakt
mit der Bodenfläche
der Formnut gehalten wird. In diesem Fall wird die von der äußeren Umfangsfläche des
Werkstücks
von der Bodenfläche
der Formnut aufgenommene Reaktionskraft nahezu gleichmäßig auf
den gegenüberliegenden
Seiten des Werkstücks
zur ersten und zweiten Seitenfläche
der Formnut hin verteilt, wodurch der radial äußerste Teil des Werkstücks auf
wirksame und stabile Weise in den entgegengesetzten Richtungen zu
den zwei Seitenfläche
hin verdickt werden kann.
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Die
Walzbacke und die Werkstückhaltevorrichtung
können
so relativ zueinander angeordnet werden, daß die Drehachsen der Walzbacke
parallel zueinander angeordnet sind und die Walzbacke und die Werkstückhaltevorrichtung
relativ zueinander in Radialrichtung der Werkstückhaltevorrichtung entlang
einer Geraden bewegt werden, die die Achsen miteinander verbindet.
Alternativ dazu können
die Walzbacke und die Werkstückhaltevorrichtung
relativ zueinander so angeordnet werden, daß die Achsen relativ zueinander
in einer Ebene geneigt sind, die die Achsen enthält, und die Walzbacke und die
Werkstückhaltevorrichtung
werden relativ zueinander entlang einer Geraden bewegt, die die
Achsen in der vorstehend genannten Ebene verbindet, oder entlang
einem Kreisbogen, der den Außenumfang
des Werkstücks
und den Außenumfang
der ringförmigen Formnut
in der vorstehend erwähnten
Ebene passiert. Wenn die Drehachsen der Walzbacke und der Werkstückhaltevorrichtung
parallel zueinander angeordnet sind, können die Walzbacke und die
Werkstückhaltevorrichtung
näher beieinander
angeordnet werden als in einem Fall, in dem die Achsen relativ zueinander
geneigt sind.
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Die
Verdickung des äußeren Umfangsabschnittes
des Werkstücks
wird am extremen Ende des Werkstücks
benachbart zur äußeren Umfangsfläche initiiert,
unmittelbar nachdem die äußere Umfangsfläche des
Werkstücks
in Kontakt mit der Bodenfläche
der ringförmigen
Formnut gebracht wordern ist. Die Verdickung des äußeren Umfangsabschnittes
wird nicht nur durch die zwischen der äußeren Umfangsfläche und
der Bodenfläche
wirkende Kraft, sondern auch durch die Rotationsgeschwindigkeit
der Walzbacke, den Reibungskoeffizienten der Flächen der Formnut, den Elastizitätsmodul
des Werkstücks,
das Vorhandensein oder Fehlen eines Schmiermittels auf den Kontaktflächen des
Werkstücks
und der Formnut und die Raumtemperatur und Feuchtigkeit beeinflußt. Wenn
die Verdickung des äußeren Umfangsabschnittes
des Werkstücks fortschreitet,
wird die radiale Distanz des äußeren Umfangsabschnittes,
der sich von der äußeren Umfangsfläche der
Werkstückhaltevorrichtung
radial nach außen
erstreckt, verringert und die Wahrscheinlichkeit zum Ausbeulen oder
Ausknicken des äußeren Umfangsabschnittes
wird geringer, so daß die zwischen
dem Werkstück
und der Walzbacke wirkende Kraft vergrößert werden kann, wenn die
Rotationsgeschwindigkeit der Walzbacke und die anderen Werkstückverdickungsbedingungen
unverändert bleiben.
Es ist daher wünschenswert,
daß die
zwischen dem Werkstück
und der Formnut wirkende Kraft, während der äußere Umfangsabschnitt des Werkstücks im durchgebogenen
Zustand der konvexen Form der ersten Seitenfläche der Formnut folgend gehalten
wird, auf der Basis eines Ausgangssignales eines Verschiebungs sensors,
der den Zustand der Biegeverformung des äußeren Umfangsabschnittes detektieren
kann, so gesteuert wird, daß ein
optimaler Zustand der Biegeverformung des äußeren Umfangsabschnittes aufrechterhalten
wird, um die Effizienz der Verdickung des äußeren Umfangsabschnittes zu
maximieren, während
ein Ausbeulen bzw. Ausknicken desselben oder ein Kontakt mit den Seitenflächen der
Formnut verhindert wird. Die zwischen dem Werkstück und der Walzbacke wirkende Preßkraft kann
auf einem durch Versuche ermittelten Optimalwert gehalten oder in
Abhängigkeit
von einem vorgegebenen, durch Versuche erhaltenen Schema verändert werden.
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Wenn
die Werkstückhaltevorrichtung
und die Walzbacke über
eine Antriebsvorrichtung einschließlich eines Elektromotors relativ
zueinander bewegt werden, kann die Preßkraft durch Steuern des Drehmomentes
des Elektromotors gesteuert werden. Wenn die Relativbewegung zwischen
der Werkstückhaltevorrichtung
und der Walzbacke von einem strömungsmittelbetätigten Zylinder,
beispielsweise einem hydraulisch betätigten Zylinder, bewirkt wird, kann
die Preßkraft
gesteuert werden, indem der Druck des für den Zylinder verwendeten
Arbeitsmittels gesteuert wird. Ferner kann die Preßkraft gesteuert
werden, indem die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen der
Werkstückhaltevorrichtung und
der Walzbacke gesteuert wird.
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Bei
dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird der radial äußerste Teil
des äußeren Umfangsabschnittes
des Werkstücks
verdickt, während der äußere Umfangsabschnitt
in einem über
einen gewünschten
Betrag durchgebogenen Zustand gehalten und an einem Ausbeulen sowie
einem Kontakt mit der ersten und zweiten Seitenfläche der
ringförmigen
Formnut gehindert wird. Der äußere Umfangsabschnitt
muß jedoch
nicht während
der gesamten Verdickungsperiode des radial äußersten Teiles des Werkstücks im Abstand
von der ersten und zweiten Seitenfläche gehalten werden. Er muß vielmehr
mindestens während
eines Anfangsabschnittes oder einer ersten Hälfte des Verdickungsvorganges
im Abstand von den Seitenflächen
gehalten werden, in dem bzw, in der der äußere Umfangsabschnitt vergleichsweise
einfach ausbeulen kann. In der zweiten oder letzten Hälfte des
Verdickungsvorganges, in der die Wahrscheinlichkeit eines Ausbeulens
des äußeren Umfangsabschnittes
vergleichsweise gering ist, kann der äußere Umfangsabschnitt mit der
ersten Seitenfläche
so in Kontakt gehalten werden, daß die Verdickung hauptsächlich in
Richtung auf die zweite Seitenfläche
oder an dieser stattfindet.
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Wie
vorstehend beschrieben, wird die Verdickung des radial äußersten
Teiles des Werkstücks durchgeführt, während das
Werkstück
in Preßkontakt mit
der Bodenfläche
der Formnut gedreht wird. Es ist wünschenswert, entweder nur die
Walzbacke oder nur die Werkstückhaltevorrichtung
relativ zum anderen Teil zu drehen, indem eine geeignete Drehvorrichtung
aktiviert wird, während
das andere Teil von einer geeigneten Drehhaltevorrichtung drehbar
gelagert wird, so daß das
vorstehend erwähnte
erste Teil von der Walzbacke und der Werkstückhaltevorrichtung in Walzkontakt
mit dem Werkstück
gedreht wird. Diese Anordnung ist wünschenswert im Hinblick auf eine
graduelle Verringerung des Außendurchmessers
der kreisförmigen
Platte, wenn die Verdickung des radial äußersten Teiles fortschreitet.
Es können jedoch
auch sowohl die Walzbacke als auch die Werkstückhaltevorrichtung gedreht
werden.
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Zur
Vereinfachung der Konstruktion der Vorrichtung zur Durchführung des
vorliegenden Verfahrens ist es wünschenswert,
entweder nur die Walzbacke oder nur die Werkstückhaltevorrichtung relativ zum
anderen Teil zu bewegen, indem eine Vorschubvorrichtung aktiviert
wird. Es können
jedoch auch sowohl die Walzbacke als auch die Werkstückhaltevorrichtung
relativ zueinander bewegt werden.
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Obwohl
der Neigungswinkel α3
der Bodenfläche
der Formnut relativ zur Drehachse der Werkstückhaltevorrichtung vorzugsweise
in der vorstehend beschriebenen Weise im Hinblick auf eine vorteilhafte
Anordnung der dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
der vierten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung festgelegt wird, erfordert die zweite bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung lediglich, daß der
Winkel α3
größer als
0° sein
muß.
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Bei
der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform der Erfindung, bei
der das Werkstück
anfangs im wesentlichen mit der ersten Seitenfläche der Formnut in Axialrichtung
ausgerichtet wird, kann das Werkstück von der Werkstückhaltevorrichtung
so gehalten werden, daß es
im wesentlichen zur Position eines radial äußeren Endes der ersten Seitenfläche der
ringförmigen
Formnut in Axialrichtung der Werkstückhaltevorrichtung ausgerichtet
wird, bevor der äußere Umfangsabschnitt
des Werkstücks
in Kontakt mit der ersten Seitenfläche gebracht wird, so daß der äußere Umfangsabschnitt über einen
Gleitpreßkontakt
am Umfangsrand desselben mit der ersten Seitenfläche durchgebogen wird, wenn
die Werkstückhaltevorrichtung
und die Walzbacke relativ zueinander bewegt werden. Alternativ dazu
kann das Werkstück
von der Werkstückhaltevorrichtung
so gehalten werden, daß es
im wesentlichen zur Position der Bodenfläche der ringförmigen Formnut
in Axialrichtung der Werkstückhaltevorrichtung
in Ausrichtung gehalten wird, bevor die äußere Umfangsfläche des
Werkstücks
in Kontakt mit der Bodenfläche
gebracht wird. Das Verfahren umfaßt des weiteren einen Schritt
der Bewegung des Werkstücks
oder der Walzbacke in Axialrichtung des
Werkstücks,
während
die äußere Umfangsfläche in Preßkontakt
mit der Bodenfläche gehalten
wird, um den äußeren Umfangsabschnitt
des Werkstücks
der ersten Seitenfläche
folgend in die konvexe Form zu biegen.
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Bei
der vorstehend beschriebenen dritten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung findet die Verdickung primär auf der Seite der zweiten
Seitenfläche
statt, nachdem der radial äußerste Teil
des Werkstücks
bis in die anfängliche
axiale Position des von der Werkstückhaltevorrichtung gehaltenen
Werkstücks
verdickt worden ist, so daß der
verdickte Umfangsabschnitt zu einer der gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks, die
der zweiten Seitenfläche entspricht,
versetzt wird. Die Verdickung des radial äußersten Teiles des Werkstücks kann
jedoch auch symmetrisch auf den gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks in Richtung
der ersten und zweiten Seitenfläche
der Formnut stattfinden.
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Die
obigen und wahlweisen Ziele, Merkmale, Vorteile und technische und
industrielle Bedeutung dieser Erfindung werden besser verständlich durch Lesen
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsformen der
Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Hiervon zeigen:
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1 eine schematische Ansicht
eines Beispieles einer Drehvorrichtung, mit der das Verfahren zum
Formen eines Umfangsabschnittes eines Werkstücks in der Form einer kreisförmigen Platte
zur Erhöhung
der Dicke des Umfangsabschnittes gemäß der vorliegenden Erfindung
durchgeführt
werden kann;
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2 eine Teilansicht im Schnitt,
die den Umfangsabschnitt des Werkstücks zeigt, wenn die äußere Umfangsfläche des
Umfangsabschnittes mit der Bodenfläche einer in der äußeren Umfangsfläche der
Walzbacke der Vorrichtung der 1 ausgebildeten
Formnut in Kontakt steht;
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3A–3G Teilschnittansichten
von aufeinanderfolgenden Walzschnitten, die von der Vorrichtung
der 1 am Umfangsabschnitt
des Werkstücks
durchgeführt
werden;
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4A eine Ansicht einer durch
Walzen des Werkstücks
durch die Vorrichtung der 3 erhaltenen
Platte;
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4B eine Ansicht einer durch
Ausbilden eines äußeren verzahnten
Abschnittes am Umfangsabschnitt der Platte der 4A ausgebildeten Antriebsplatte bzw.
Antriebsscheibe;
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5 eine Drehvorrichtung,
die bei einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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6A, 6B und 6C Teilschnittansichten
von aufeinanderfolgenden Schritten, die bei einem herkömmlichen
Walzverfahren durchgeführt
werden, bei dem der Umfangsabschnitt des Werkstücks, der mit symmetrischen
Materialflüssen
auf der oberen und unteren Seite verdickt worden ist, gefaltet wird,
so daß der
Umfangsabschnitt eine zylindrische Form besitzt;
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7 den mäandrierenden Materialfluß an einem
Um fangsabschnitt des Werkstücks
während eines
herkömmlichen
Walzverfahrens, bei dem ein Ausbeulen und Falten des Umfangsabschnittes
stattfindet; und
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8 eine Ansicht eines weiteren
herkömmlichen
Walzverfahrens.
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Wie
in 1 gezeigt, kann man
mit der schematisch in der Figur dargestellten Walzvorrichtung ein
Verfahren zum Formen eines Umfangsabschnittes eines Werkstücks in der
Form einer kreisförmigen Platte
durchführen.
Die Walzvorrichtung 10 umfaßt eine Haltevorrichtung 12 für ein drehbares
Werkzeug, die ein geeignetes Lager aufweist, und eine Walzbacke 14,
die von der Haltevorrichtung 12 so gelagert wird, daß sie um
eine Drehachse 51 drehbar ist, die sich im wesentlichen
in vertikaler Richtung erstreckt. Die Walzvorrichtung 10 besitzt
ferner eine Werkstückhaltevorrichtung
18 zum Halten eines Werkstücks 16 in
der Form einer kreisförmigen
Platte, eine Werkstückdrehvorrichtung 20 zum
Drehen der Werkstückhaltevorrichtung 18 um
eine Achse S2 parallel zur Achse S1 und eine Vorschubvorrichtung 22 zum
linearen Bewegen der Werkstückdrehvorrichtung 20 in
Radialrichtung der Walzbacke 14.
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Die
Werkstückhaltevorrichtung 18 ist
so angeordnet, daß sie
das Werkstück 16 so
hält, daß dieses
als kreisförmige
Platte koaxial zur Werkstückhaltevorrichtung 18 angeordnet
ist, d. h. sich in radialer Richtung der Werkstückhaltevorrichtung 18 erstreckt. Die
Werkstückdrehvorrichtung 20 besitzt
einen Elektromotor, der an die Werkstückhaltevorrichtung 18 angeschlossen
ist, zum Drehen der Werkstückhaltevorrichtung 18 und
des Werkstücks
16 um die Achse S2. Die Werkstückdrehvorrichtung 20 ist
an der Vorschubvorrichtung 22 so montiert, daß sie und
die Werkstückhaltevorrichtung 18 von
der Vorschubvorrichtung 22 in radialer Richtung der Walzbacke 14 linear
bewegt werden, so daß die
Drehachse S2 der Werkstückhaltevorrichtung 18 und
das Werkstück 16 in
Richtung auf die Achse S1 der Walzbacke 14 und von dieser
weg bewegt werden.
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Die
Walzbacke 14 kann mit einer geeigneten Drehvorrichtung,
beispielsweise einem Elektromotor, mit einer geeigneten Geschwindigkeit
um ihre Achse S1 gedreht werden. Obwohl die Vorschubvorrichtung 22 bei
der vorliegenden Ausführungsform
so angeordnet ist, daß sie
das Werkstück 16 relativ
zur Walzbacke 14 bewegt, kann eine entsprechende Vorschubvorrichtung
vorgesehen sein, um die Walzbacke 14 relativ zum Werkstück 16 (Werkstückhaltevorrichtung 18)
zu bewegen. Ferner können
sowohl die Walzbacke 14 als auch das Werkstück 16 (Werkstückhaltevorrichtung 18) über entsprechende
Vorschubvorrichtungen oder eine einzige Vorschubvorrichtung relativ
zueinander bewegt werden.
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Bei
den 3A–3G handelt es sich um Schnittansichten
in einer Ebene, die die vorstehend erwähnten Achsen S1 und S2 enthält, während 2 eine vergrößerte Ansicht
von 3D ist. In 2 ist auf eine Schraffierung
der Schnittebene verzichtet worden, um die Deutlichkeit der hier
verwendeten Bezugszeichen zu vergrößern.
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Die
Walzbacke 14 besitzt eine ringförmige Formnut 26,
die in ihrer äußeren Umfangsfläche 24 offen
ist. Die ringförmige
Formnut 26 hat einen im wesentlichen V-förmigen Querschnitt
in einer Ebene, die die Achse S1 der Walzbacke 14 enthält. Wie
in 2 gezeigt ist, nimmt
die axiale Abmessung der Formnut 26, in Axialrichtung der
Walzbacke 14 gemessen, in Radialrichtung der Walzbacke 14 nach
außen
zu. Genauer gesagt, die Formnut 26 wird von einer ringförmigen ersten
oder oberen Seitenfläche 28,
einer ringförmigen zweiten
oder unteren Seitenfläche 30, die
der ersten Seitenfläche 28 generell
gegenüberliegt,
und einer im wesentlichen zylindrischen Bodenfläche 32 gebildet, die
auf glatte Weise an ihren axial gegenüberliegenden Endabschnitten
mit den radial inneren Enden der ersten und zweiten Seitenfläche 28, 30 verbunden
ist. Die Endabschnitte der Bodenfläche 32 sind in geeigneter
Weise abgerundet oder gekrümmt.
Die erste und zweite Seitenfläche 28, 30 besitzen
entsprechende Neigungswinkel α1
und α2 in
bezug auf eine Gerade, die senkrecht zur Achse S1 verläuft, d.
h. in bezug auf eine Gerade, die sich in Radialrichtung der Walzbacke 14 erstreckt,
welche größer als
0° sind.
Die erste und zweite Seitenfläche 28, 30 sind
in bezug auf die vorstehend erwähnte
Gerade unter den entsprechenden Winkeln α1 und α2 auf den gegenüberliegenden
Seiten der Gerade in der Ebene der 2 geneigt.
Durch diese Neigungen der ersten und zweiten Seitenfläche 28, 30 kann die
durch Reibung zwischen diesen Flächen 28, 30 und
dem Werkstück 16 an
einem relativ radial äußeren Abschnitt
der Walzbacke 14, an dem die Umfangsgeschwindigkeit höher ist
als an einem relativ radial inneren Abschnitt der Walzbacke 14,
erzeugte Wärmemenge
verringert werden. Daher kann mit den Neigungen eine Veränderung
der Eigenschaften des Materiales des Werkstücks infolge der erzeugten Wärme verhindert
werden, um auf diese Weise eine nachteilige Beeinflussung des Walz-
oder Verdickungsvorganges, der am Werkstück 16 durchzuführen ist,
durch die Wärme
zu vermeiden. Die Bodenfläche 32 besitzt
einen geradlinigen Zwischenabschnitt, dessen Abmessung im wesentlichen
der Dicke t des Werkstücks 16 entspricht
und der dazu dient, den Umfang oder die äußere Umfangsfläche des
Werkstücks 16 in
Axialrichtung der Walzbacke 14 beim Kontakt der äußeren Umfangsfläche des
Werkstücks 16 mit
der Bodenfläche 32 zu
positionieren. Der geradlinige Abschnitt der Bodenfläche 32 besitzt einen
solchen Neigungswinkel α3
in bezug auf die Achsen S1 und S2, daß die radiale Distanz zwischen dem
geradlinigen Abschnitt und der Achse S1 in Axialrichtung von der
zweiten Seitenfläche 30 zur
ersten Seitenfläche 28 hin
abnimmt.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform,
bei der die Drehachse S1 der Walzbacke 14 und die Drehachse 52 des
Werkstücks 16 (Werkstückhaltevorrichtung 18)
parallel zueinander angeordnet sind, verläuft die vorstehend erwähnte Gerade,
die sich senkrecht zur Achse S1 erstreckt und als Bezugslinie für die Winkel α1 und α2 dient,
parallel zu einer Geraden, die sich senkrecht zur Achse S2 erstreckt.
Daher können
die obigen Definitionen der Winkel α1 und α2 unter Verwendung der Achse
S1 als Bezugsachse zur Definition der Winkel α1 und α2 unter Verwendung der Achse
S2 als Bezugsachse Verwendung finden. Die Definition des Winkels α3 unter Verwendung
der Achse S1 als Bezugsachse findet jedoch keine Anwendung zur Definition
des Winkels α3
unter Verwendung der Achse S2 als Bezugsachse. Mit anderen Worten,
der geradlinige Abschnitt der Bodenfläche 32 ist unter dem
Winkel α3
relativ zur Achse 52 so geneigt, daß die Distanz zwischen der
Achse S2 und dem geradlinigen Abschnitt der Bodenfläche 32 an
einer Umfangsposition der Bodenfläche, bei der die Bodenfläche das
Werkstück 16 kontaktiert,
in Axialrichtung des Werkstücks 16 von
der zweiten Seitenfläche 30 zur
ersten Seitenfläche 28 zunimmt.
Es versteht sich, daß die
Umfangsposition, bei der die Bodenfläche 32 die äußere Umfangsfläche des Werkstücks 16 kontaktiert,
auf der rechten Seite der Achse S1 der 1 und 2 liegt.
Die Definition des Winkels α3
unter Verwendung der Achse S2 ist auf eine zweite Ausführungsform
der 5 anwendbar, bei
der die Achsen S1 und S2 nicht parallel verlaufen und die nachfolgend
beschrieben wird.
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Die
Werkstückhaltevorrichtung 18 besitzt
ein Paar von zylindrischen Druckelementen 34, 36 mit
im wesentlichen dem gleichen Durchmesser. Das obere und untere Druckelement 34, 36 sind
so angeordnet, daß sie
dazwischen einen radial inneren oder mittleren Abschnitt der kreisförmigen Platte 16 so
halten, daß sich
ein Umfangsabschnitt oder radial äußerer Abschnitt 16a des
Werkstücks 16 von
der äußeren Umfangsfläche der
Werkstückhaltevorrichtung 18 um eine
vorgegebene anfängliche
radiale Überhangdistanz
a radial nach außen
erstreckt, wie in 1 gezeigt.
Die Werkstückhaltevorrichtung 18 ist
relativ zur Walzbacke 14 in Axialrichtung der Haltevorrichtung 18 so
angeordnet, daß das
Werkstück 16 nahezu zum
radial äußeren oder
offenen Ende oder offenen Endabschnitt der ringförmigen ersten Seitenfläche 28 in
Axialrichtung der Haltevorrichtung 18 ausgerichtet ist.
Mit anderen Worten, das Werkstück 16 wird
von der Werkstückhaltevorrichtung 18 in
Axialrichtung so positioniert, daß es anfangs an seiner Oberseite 16b gegen
den radial äußeren Endabschnitt
der ersten Seitenfläche 28 stößt, wie
in 3B gezeigt, wenn das
Werkstück 16 von
der Vorschubvorrichtung 22 zusammen mit der Werkstückhaltevorrichtung 18 in Richtung
auf die Walzbacke 14 bewegt wird, wie in den 3A–3G gezeigt.
Das Werkstück 16 wird nach
einer weiteren Bewegung desselben an seiner äußeren Umfangsfläche mit
der Bodenfläche 32 in Kontakt
gebracht, wie in 3D gezeigt,
wobei seine Oberseite 16b (oberer Umfangsrand) in Gleitkontakt mit
der ersten oder oberen Seitenfläche 28 gehalten wird,
wie in 3C gezeigt. Wenn
das Werkstück 16 mit
seiner Oberseite 16b in Gleitkontakt mit der Seitenfläche 28 bewegt
wird, wird der Umfang des Werkstücks 16 nach
unten in Richtung auf die Bodenfläche 32 verschoben
und wird der äußere Umfangsabschnitt 16a des
Werkstücks 16,
der sich von der Haltevorrichtung 18 radial nach außen erstreckt,
in eine aufwärts
konvexe Form durchgebogen.
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Der
Neigungswinkel α3
des geradlinigen Abschnittes der Bodenfläche 32 wird so festgelegt,
daß ein
Winkel α5,
der auf der Seite der ersten Seitenfläche 28 zwischen dem
geradlinigen Abschnitt und einer Linie L, die die Punkte P1 und
P2 in 2 miteinander
verbindet, gebildet wird, beim Kontakt der äußeren Umfangsfläche des
Werkstücks 16 mit
der Bodenfläche 32 90° oder größer ist.
Dieser Punkt P1 ist ein Mittelpunkt der Dicke t des Werkstücks 16,
das an der äußeren Umfangsfläche der
Werkstückhaltevorrichtung 18 liegt,
während
der Punkt P2 ein Mittelpunkt des geradlinigen Abschnittes der Bodenfläche 32,
in Richtung der Dicke des Werkstücks 16 gesehen,
ist. Bei dieser Anordnung verläuft
die Dickenmittellinie des Werkstücks 16 in
dessen radial äußerstem
Teil oder äußeren Endteil
des äußeren Umfangsabschnittes 16a nahezu
senkrecht zum geradlinigen Abschnitt der Bodenfläche 32, wenn der radial äußerste Teil
des Werkstücks
der ersten Seitenfläche 28 folgend
in eine aufwärts
konvexe Form gebogen ist. Ferner wird der Winkel α3 so festgelegt,
daß ein Winkel α4, der zwischen
dem geradlinigen Abschnitt der Bodenfläche 32 und der ersten
Seitenfläche 28 gebildet
wird, etwa 90° beträgt.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
umfaßt
die Vorschubvorrichtung 22 einen Elektromotor, eine Spindel
in der Form einer Kugelschraube, die mit dem Elektromotor verbunden
ist, und eine Kugelmutter, die an der Werkstückdrehvorrichtung 20 fixiert
ist und mit der Kugelschraube in Eingriff steht. Bei einer Betätigung des
Elektromotors wird die Werkstückdrehvorrichtung 20 zusammen
mit der Werkstückhaltevorrichtung 18 und
dem Werkstück 16 relativ
zur Walzbacke 14 in Radialrichtung der Walzbacke linear
bewegt, wenn ein Walzvorgang am äußeren Umfangsabschnitt 16a des
Werkstücks 16 mit
der Walzbacke 14 durchgeführt wird, um auf diese Weise
die Dicke am radial äußersten
Teil zu vergrößern, wobei
das Werkstück 16 an
seiner äußeren Umfangsfläche gegen
die Bodenfläche 32 der
in der Walzbacke 14 ausgebildeten Formnut 26 gepreßt wird.
Das Drehmoment des Elektromotors der Vorschubvorrichtung 22,
das eine zwischen der Bodenfläche 32 und
dem Werkstück 16 wirkende
Kraft F erzeugt, wird von einer nicht gezeigten Steuervorrichtung
beispielsweise in Abhängigkeit
von einem durch Versuche festgelegten vorgegebenen Schema gesteuert,
so daß der
radial äußerste Teil
des Werkstücks 16 auf
wirksame Weise in die entgegengesetzten Richtungen zur ersten und
zweiten Seitenfläche 28, 30 hin
verdickt werden kann, während
der äußere Umfangsabschnitt 16a im
Abstand von der ersten und zweiten Seitenfläche 28, 30 gehalten
und an einem Ausbeulen oder Verbiegen in Richtung auf die zweite
Seitenfläche 30 gehindert
wird. Der Elektromotor der Vorschubvorrichtung 22 kann
auch so gesteuert werden, daß die
Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks 16 anstelle der
vorstehend erwähnten
Kraft F (Drehmoment des Motors) in Abhängigkeit von einem vorgegebenen
Schema gesteuert wird. Das Drehmoment des Elektromotors oder die
Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks 16 können mittels
Rückkopplung
gesteuert werden, so daß die Betätigung zur
Verdickung des radial äußersten
oder extremen Umfangsteiles des äußeren Umfangsabschnittes 16a durchgeführt wird,
während
der Zustand der Biegeverformung des äußeren Umfangsabschnittes 16a in
geeigneter Weise auf der Basis von Ausgangssignalen eines geeigneten
Verschiebungssensors gesteuert wird, der die Verformung des äußeren Umfangsabschnittes 16a detektieren kann.
Dieser Verschiebungssensor kann von einem kontaktfreien Typ sein.
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Die
Werkstückdrehvorrichtung 20 kann
so angeordnet und gesteuert sein, daß sie die Werkstückhaltevorrichtung 18 und
das Werkstück 16 während sämtlicher
Schritte des Walz- oder
Verdickungsvorganges, die in 3A–3G gezeigt sind, mit einer
vorgegebenen Geschwindigkeit dreht. Die Drehgeschwindigkeit des
Werkstücks 16 kann
jedoch auch in geeigneter Weise in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Schema
gesteuert werden. Die Walzbacke 14 wird um ihre Achse S1
in Reibwalzkontakt mit dem Werkstück 16 gedreht, das
von der Werkstückdrehvorrichtung 20 gedreht
wird.
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Bei
dem in 3D gezeigten
Schritt, bei dem die äußere Umfangsfläche des
Werkstücks 16 in Kontakt
mit der Bodenfläche 32 gebracht
wird, wirkt die Kraft auf die Bodenfläche 32 in einer Richtung senkrecht
zur Bodenfläche.
Wenn die Oberseite 16b die erste Seitenfläche 28 kontaktiert,
wirkt eine Kraft auf die erste Seitenfläche 28 in einer Richtung
senkrecht zur Fläche 28,
wodurch eine Reaktionskraft auf den äußeren Umfangsabschnitt 16a in
einer Richtung zur zweiten Seitenfläche 30 hin wirkt und
dazu neigt, ein Ausbeulen des äußeren Umfangsabschnittes 16a in
Richtung auf die zweite Seitenfläche 30 zu verursachen.
In diesem Sinne ist es erforderlich, die Kraft F zwischen der Bodenfläche 32 und
der äußeren Umfangsfläche des
Werkstücks 16 so
zu steuern, daß ein
Kontakt der äußeren Umfangsfläche 16a mit der
ersten Seitenfläche 28 verhindert
wird. Die äußere Umfangsfläche des
Werkstücks 16,
die die Reaktionskraft von der Bodenfläche 32 aufnimmt, ist
infolge einer Bewegung der äußeren Umfangsfläche relativ zur
Bodenfläche 32 einer
dynamischen Reibung ausgesetzt, so daß Materialflüsse zwischen
der äußeren Umfangsfläche des
Werkstücks 16 und
der Bodenfläche 32 auftreten.
Infolgedessen wird der radial äußerste Teil
des äußeren Umfangsabschnittes 16a des
Werkstücks 16 in
den entgegengesetzten Richtungen von der oberen und unteren Fläche 16b, 16c in
Richtung auf die erste und zweite Seitenfläche 28, 30 verdickt,
wie in 3E gezeigt.
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In
den in den 3F und 3G gezeigten nachfolgenden
Schritten wird der anfangs verdickte radial äußerste Teil des Umfangsabschnittes 16a allmählich weiter
verdickt, wenn der Umfangsabschnitt 16 weiter in die Formnut 26 bewegt wird,
so daß ein Zwischenprodukt 40 erhalten
wird, dessen äußerer Umfangsabschnitt
der Querschnittsform der Formnut 26 folgend verdickt wird.
Die Verdickung des äußeren Umfangsabschnittes 16a des
Werkstücks 16 durch die
Walzbacke 14 wird von diversen Faktoren gesteuert und beeinflußt. Hierzu
zählen:
die Kraft F, die zwischen der äußeren Umfangsfläche des
Werkstücks 16 und
der Bodenfläche 32 der
Formnut 32 wirkt; die Drehgeschwindigkeit der Walzbacke 14,
die Reibungskoeffizienten der Flächen 28, 30, 32 der Formnut 26;
der Elastizitätsmodul
des Werkstücks 16;
die Abwesenheit oder das Vorhandensein eines Schmiermittels zwischen
den Kontaktflächen
des Werkstücks 16 und
der Formnut 26 und die Raumtemperatur und Feuchtigkeit.
Nachdem die Verdickung des Werkstücks 16 initiiert worden
ist, wird die Dicke t des Werkstücks 16 allmählich reduziert,
und die Wahrscheinlichkeit eines Ausbeulens des äußeren Umfangsabschnittes 16a wird
gering, so daß die Kraft
F oder die Geschwindigkeit der Bewegung des Werkstücks 16 in
die Formnut 26 erhöht
werden kann, um das nachfolgende Verdicken des Werkstücks 16 zu
fördern.
Wenn das Ausbeulen des äußeren Umfangsabschnittes 16a zur
zweiten Seitenfläche 30 hin
im Schritt der 3D verhindert
werden kann, nimmt die Möglichkeit
des Ausbeulens des Umfangsabschnittes 16a ab, wenn die
Verdickung am radial äußersten
oder extremen Umfangsteil fortschreitet.
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In
den Schritten der 3B und 3C wird der äußere Umfangsabschnitt 16a des
Werkstücks 16 in die
Formnut 26 bewegt, wobei die Oberseite 16b (der obere
Umfangsrand) des Werkstücks 16 in
Gleitkontakt mit der ersten Seitenfläche 28 gehalten wird,
so daß der
Abschnitt 16a geringfügig
nach unten verschoben und der ersten Seitenfläche 28 folgend in eine
aufwärts
konvexe Form durchgebogen wird, wenn sich die äußere Umfangsfläche des
Werkstücks 16 mit
der Bodenfläche 32 der
Formnut 26 in Kontakt befindet. Auf diese Weise kann ein
abwärts gerichtetes
Ausknicken des äußeren Umfangsabschnittes 16a zur
zweiten Seitenfläche 30 hin
verhindert werden. Das Ausmaß der
aufwärts
gerichteten Durchbiegung des äußeren Umfangsabschnittes 16a wird
vom Material des Werkstücks 16 und
von anderen Faktoren bestimmt. Obwohl die vorliegende Ausführungsform
so ausgebildet ist, daß der äußere Umfangsabschnitt 16a in
die Formnut 26 in Gleitkontakt mit der ersten Seitenfläche 28 eingesetzt
wird, so daß der
Abschnitt 16a im Schritt der 3D in
Richtung auf die erste Seitenfläche 28 nach
oben konvex ist, kann die äußere Umfangsfläche des
Werkstücks 16 auch
direkt ohne einen Kontakt der Oberseite 16b mit der ersten
Seitenfläche 28 mit
der Bodenfläche 32 in
Kontakt gebracht werden. In diesem Fall wird entweder die Walzbacke 14 oder
die Werkstückhaltevorrichtung 18 (Werkstück 16)
in ihrer Axialrichtung (entlang der Achse S1 oder S2) vertikal bewegt,
während
die äußere Umfangsfläche des
Werkstücks 16 in
Rollkontakt mit der Bodenfläche 32 gehalten
wird, so daß der äußere Umfangsabschnitt 16a entweder nach
oben in Richtung auf die erste Seitenfläche 28 oder nach unten
in Richtung auf die zweite Seitenfläche 30 konvex ist.
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Das
in 3G gezeigte Zwischenprodukt 40,
das einen verdickten Umfangsabschnitt 40a besitzt, wird
von der Walzbacke 14 weg bewegt. Zu diesem Zeitpunkt wird
der verdickte Umfangsabschnitt 40a aufgrund eines Zurückfederungseffektes
mehr oder weniger nach oben verschoben. Der verdickte Umfangsabschnitt 40a bleibt
jedoch nach unten versetzt vom radial inneren Abschnitt des Zwischenproduktes 40.
Dieses Zwischenprodukt 40 dient zur Herstellung eines Endproduktes
in der Form einer in 4B gezeigten
Antriebsplatte 44, die in einem Kraftfahrzeug verwendet
wird. Mit anderen Worten, das Zwischenprodukt 40 wird zu
der in 4A gezeigten
Platte 42 geformt, indem eine Walzbacke verwendet wird,
die eine ringförmige
Formnut mit einer rechteckigen Quer schnittsform besitzt. Die Platte 42 besitzt
einen dickwandigen zylindrischen Umfangsabschnitt 42a,
der einem Walz- oder Bearbeitungsvorgang unterzogen wird, um einen
Zahnabschnitt 42b an der Antriebsplatte 44 auszubilden,
wie in 4B gezeigt. Somit
wird schließlich
die gewünschte
Antriebsplatte 44 mit dem Zahnabschnitt oder das Ringrad 42b hergestellt.
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Beispielsweise
kann die vorstehend erwähnte
Formwalzbacke zum Formen des Zwischenproduktes 40 drehbar
angeordnet sein, so daß diese Formwalzbacke
und die Verdickungswalzbacke 14 in entsprechenden zwei
Positionen angeordnet sind, die diametral in Bezug auf die Werkstückhaltevorrichtung 18 einander
gegenüberliegen,
so daß das
von der Werkstückhaltevorrichtung 18 gehaltene
Zwischenprodukt 40 von der Vorschubvorrichtung 22 in 1 nach rechts bewegt wird,
um den verdickten Umfangsabschnitt 40a des Zwischenproduktes 40 in die
rechteckige Formnut der Formwalzbacke einzusetzen.
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Die
Antriebsplatte 44 wird in einem Kraftfahrzeug so installiert,
daß der
Zahnabschnitt 42b mit einem Ritzel kämmt, das von einem Startermotor
gedreht wird, und so, daß die
Antriebsplatte 44 an ihrem inneren oder zentralen ebenen
Abschnitt mit Bolzen an einer Kurbelwelle des Kraftfahrzeuges befestigt wird,
so daß der
Motor durch den Startermotor über die
Antriebsplatte 44 gestartet werden kann. Alternativ dazu
wird die Antriebsplatte 44 zwischen der Kurbelwelle und
einem Drehmomentwandler eines Automatikgetriebes angeordnet, um
eine geringfügige Axialbewegung
oder Vibration der Kurbelwelle infolge einer Vibration des Motors
oder eines Fehlers in der Axialposition des Drehmomentwandlers relativ zur
Kurbelwelle zu absorbieren. Die in den 4A und 4B dargestellte
Platte 42 ist in Bezug auf die Orientierung des in 3G gezeigten Zwi schenproduktes 40 umgekehrt
angeordnet.
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Bei
der erfindungsgemäß verwendeten Walzvorrichtung
(Gesenkschmiedevorrichtung) 10 wird die zwischen der Walzbacke 14 und
dem Werkstück 16 wirkende
Kraft F so eingestellt, daß der äußere Umfangsabschnitt 16a des
Werkstücks 16,
der sich von der Werkstückhaltevorrichtung 18 radial nach
außen
erstreckt, der ersten Seitenfläche 28 folgend
in eine aufwärts
konvexe Form durchgebogen wird, während der äußere Umfangsabschnitt 16a im Abstand
von der ersten und zweiten Seitenfläche 28, 30 gehalten
und daran gehindert wird, in der Formnut 26 auszuknicken
oder sich dort zu verbiegen, so daß auf diese Weise der radial äußerste Teil
des Abschnittes 16a auf wirksame Weise in entgegengesetzte
Richtungen zur ersten und zweiten Seitenfläche 28, 30 hin
ohne Ausknicken des äußeren Umfangsabschnittes 16a verdickt
werden kann.
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Da
die Verdickung durchgeführt
wird, um einen Kontakt des äußeren Umfangsabschnittes 16 mit der
ersten und zweiten Seitenfläche 28, 30 zu
verhindern, können
die Querschnittsformen oder Konfigurationen dieser Flächen 28, 30,
die die Querschnittsform des verdickten Umfangsabschnittes 40a des Zwischenproduktes 40 bestimmen,
mit einem hohen Freiheitsgrad ausgebildet werden, es sei denn, die Flächen 28, 30 beeinflussen
die Durchbiegung des äußeren Umfangsabschnittes 16a während des Walz-
oder Verdickungsvorganges nachteilig.
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Des
weiteren kann der äußere Umfangsabschnitt 16a des
Werkstücks 16 mit
hoher Stabilität der
ersten Seitenfläche 28 folgend
in eine konvexe Form gebogen werden, da der gerade Abschnitt der Bodenfläche 32 der
Formnut 26 unter einem vorgegebenen geeigneten Winkel α3 relativ
zur Achse S1 geneigt ist, so daß der
radiale Abstand zwischen der Bodenfläche 32 und der Achse
S1 in Axialrichtung von der zweiten Seitenfläche 30 zur ersten
Seitenfläche 28 hin
abnimmt.
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Das
vorliegende Verfahren zum Formen des Werkstücks 16 besitzt einen
weiteren Vorteil aufgrund der anfänglichen Ausrichtung des Werkstücks 16 mit
dem radial äußeren Ende
der ersten Seitenfläche 28 in
Axialrichtung der Werkstückhaltevorrichtung 18 und
aufgrund der nachfolgenden Bewegung des Werkstücks 16 (der Werkstückhaltevorrichtung 18)
in Richtung auf die Walzbacke 14 in Radialrichtung des
Werkstücks 16 (der
Walzbacke 14). Gemäß dieser
Anordnung folgt der anfänglichen
Verdickung des radial äußersten
Teiles des Abschnittes 16a, die in entgegengesetzten Richtungen
zur ersten und zweiten Seitenfläche 28, 30 hin
stattfindet, wie in den 3E und 3F angedeutet, eine nachfolgende
Verdickung, die asymmetrisch auf der ersten und zweiten Seitenfläche 28, 30 stattfindet.
Mit anderen Worten, nachdem der radial äußerste Teil des äußeren Umfangsabschnittes 16a bis
zu der anfänglichen
axialen Position des von der Werkstückhaltevorrichtung 18 gehaltenen
Werkstücks 16 verdickt
wurde, findet die Verdickung hauptsächlich auf der Seite der zweiten Seitenfläche 30 statt,
so daß der
verdickte Umfangsabschnitt 40a des Zwischenproduktes 40 in
geeigneter Weise auf die Seite der unteren Fläche 16c des äußeren Umfangsabschnittes 16a des
Werkstücks 16 versetzt
werden kann, ohne den Abschnitt 16a zu falten, wie in 3G gezeigt. Folglich kann
die Platte 42 mit dem zylindrischen verdickten Umfangsabschnitt 42a,
der sich von einer Fläche
des inneren ebenen Abschnittes aus erstreckt, wie in 4A gezeigt, aus dem Zwischenprodukt 40 erhalten
werden, das den versetzten verdickten Umfangsabschnitt 40a aufweist.
Da der verdickte Umfangsabschnitt 40 des Zwischenproduktes 40 keine
unerwünschten
Haarnadelfaltungen oder Biegungen aufweist, wie bei A in 6C gezeigt, besitzt der
durch Walzen oder Bearbeiten des Umfangsabschnittes 42a der
Platte 42 geformte Zahnabschnitt 42b eine erhöhte mechanische Festigkeit
und Haltbarkeit.
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Die
vorliegende Walzvorrichtung (Gesenkschmiedevorrichtung) 10,
bei der sich die Drehachsen S1, S2 der Walzbacke 14 und
der Werkstückhaltevorrichtung 18 parallel
zueinander erstrecken, kann mit einem kleineren Abstand zwischen
der Haltevorrichtung 12 für das Drehwerkzeug und der
Drehvorrichtung 20 für
das Werkstück
kleiner gemacht werden als die in 5 gezeigte
Walzvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung, bei der die Drehachse S1 einer Walzbacke 50 relativ
zur Drehachse S2 der Werkstückhaltevorrichtung 18 geneigt
ist. Die Walzvorrichtung der 5 kann
ebenfalls die Dicke des äußeren Umfangsabschnittes 16a des
Werkstücks 16 vergrößern, während der
Abschnitt 16a in eine nach oben gerichtete konvexe Form
durchgebogen wird, und besitzt daher im wesentlichen die gleichen
Vorteile wie die Vorrichtung der ersten Ausführungsform. Die Walzbacke 50 besitzt
eine ringförmige
Formnut 52, die so geformt ist, daß ihre Querschnittsform auf
der rechten Seite der Achse S1, in 5 gesehen
(auf der Seite, die mit dem Werkstück 16 in Eingriff
steht), die gleiche ist wie die der Formnut 26, wenn die
Walzbacke 50 installiert wird, wobei ihre Achse S1 unter
einem vorgegebenen Winkel relativ zur Achse S2 geneigt ist.
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Die
dargestellten Ausführungsformen
ermöglichen
eine stabile Verdickung des radial äußersten Teiles des äußeren Umfangsabschnittes 16a des Werkstücks 16 in
entgegengesetzten Richtungen zur ersten und zweiten Seitenfläche 28, 30 aufgrund
des Neigungswinkels α3
des geraden Abschnittes der Bodenfläche 32 der Formnut 26, 52 relativ
zur Achse S1, wobei dieser Winkel α3 so festgelegt wird, daß sich der
gerade Abschnitt im wesentlichen senkrecht zum Umfangsteil des äußeren Umfangsabschnittes 16a des
Werkstücks 16 erstreckt,
der sich in der Nähe
der äußeren Umfangsfläche befindet,
während der äußere Umfangsabschnitt 16a der
ersten Seitenfläche 28 folgend
durchgebogen wird, wobei die äußere Umfangsfläche des
Werkstücks 16 in
Walzkontakt mit der Bodenfläche 32 gehalten
wird, so daß die von
der äußeren Umfangsfläche des
Werkstücks
16 vom geraden Abschnitt der Bodenfläche aufgenommene Reaktionskraft
nahezu gleichmäßig auf
die gegenüberliegenden
Seiten des Werkstücks 16 verteilt wird.
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Vorstehend
wurden die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
dieser Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen lediglich zu
Darstellungszwecken im einzelnen erläutert. Es versteht sich jedoch,
daß die
Erfindung auch mit diversen Änderungen,
Modifikationen und Verbesserungen verwirklicht werden kann, die
für die
Fachmann offensichtlich sind und im durch die nachfolgenden Patentansprüche festgelegten
Umfang der vorliegenden Erfindung liegen.