EP0022154A1 - Vorrichtung zum spanlosen Herstellen von metallischen Kegelzahnrädern - Google Patents

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EP0022154A1
EP0022154A1 EP80102323A EP80102323A EP0022154A1 EP 0022154 A1 EP0022154 A1 EP 0022154A1 EP 80102323 A EP80102323 A EP 80102323A EP 80102323 A EP80102323 A EP 80102323A EP 0022154 A1 EP0022154 A1 EP 0022154A1
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die
diameter
control sleeve
cylindrical
outlet
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Herbert Dipl.-Ing. Leykamm
Siegfried Knabel
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KM Kabelmetal AG
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KM Kabelmetal AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/28—Making machine elements wheels; discs
    • B21K1/30—Making machine elements wheels; discs with gear-teeth

Definitions

  • the invention relates to a device for the non-cutting production of metallic Kegrlzahnraden from cylindrical raw parts, for example made of steel, consisting of a die containing the conical tooth form, a press die and a coaxially surrounding the press die by the die-filling material of the blank, which can be pressed back into the Has a penetrating approach.
  • a device according to the preamble is known from DE-PS 24 46 413.
  • the diameter of the press ram is selected so that it is approximately the same Penetration circle of partial cone and small truncated cone surface with a maximum Ab softening of 20% corresponds.
  • the control sleeve has a truncated cone-shaped projection which projects into the interior of the die and corresponds to the envelope of the conical tooth heads of the die.
  • the punch diameter also determines the diameter of the cylindrical blank to be used. This sits according to the teaching of DE-PS 24 46 413 on the tooth flanks of the die, which leads to increased wear of the die.
  • the present invention is based on the object of specifying a device for the non-cutting production of bevel gears which does not have such increased tool wear and which makes it possible to produce a largely finished bevel gear in one work step, without taking into account a preform of the raw part which is to be specially manufactured.
  • the toothing of the die in the area of the large bevel gear diameter shows a cylindrical spline-like outlet and the shoulder of the control sleeve has a cylindrical part and then a conical part, the diameter of the cylindrical part being slightly smaller than the diameter of the spline-like outlet and the cone angle of the cylindrical part approximately corresponds to the angle of the tooth flanks of the die forming the tooth root cone of the bevel gear.
  • the shoulder of the control sleeve can penetrate deep into the interior of the die form and thus ensure a material flow which ensures that the die is completely filled.
  • the main advantage of the device according to the invention can be seen in the fact that its characteristic design not only results in a largely fully formed wheel in one forming step, but also only on the wheel side with the large diameter slight excess of material must be deposited and thus raw parts of lower weight can be used.
  • the inner diameter of the control sleeve In a device in which the inner diameter of the control sleeve, the outer diameter of the ram and the outer diameter of the blank are almost the same, it has proven to be advantageous to choose the inner diameter of the control sleeve approximately equal to the outer diameter of the smallest tooth root circle. Of course, the diameter of the control sleeve can also be selected to be smaller.
  • the buckling load of the unmachined part is to be regarded as the lower limit of the diameter.
  • the length of the spline-like outlet should correspond at least to the length L, (Fig. 1) measured on the gear.
  • control sleeve is supported by springs over the entire pressing process and is rigidly connected to the latter at the end of the pressing process.
  • the control sleeve protrudes into the cavity of the die almost throughout the entire pressing process, namely until the main amount of the material mass making up the gear body is predistributed.
  • the control sleeve is pushed back by the spring-flowing material under pretension of the springs, up to a stop, in order then to be rigidly connected to the press ram in order to form the gearwith true to the contour.
  • Fig. 1 shows a tool structure according to the teaching of the and 4 invention
  • Fig. 2 shows a detail
  • Fig. 3 shows a section through the spline-like outlet.
  • FIG. 1 shows the state before the start of the pressing
  • the right half of the figure shows the state towards the end of the pressing process.
  • the pressing tool essentially consists of parts 1 and 2, which are referred to below as the upper tool and lower tool, but part 1 can also be used as a lower tool and part 2 as an upper tool.
  • Part 1 - the die - carries the toothing 3 for a bevel gear and has a bore 4 in which an ejector (not shown) is arranged.
  • the tooth shape 3 of the die 1 has a cylindrical spline-like outlet 5.
  • the tool part 2 consists of the press ram 6, which is fixedly attached to the tool part 2 and the control sleeve 7, which is slidably attached to the press ram 6 via springs 8 on the tool part 2.
  • the control sleeve 7 carries an extension 9, which consists of a cylindrical part 10 and a conical part 11.
  • the tool parts 1 and 2 are moved against one another, the attachment 9 on the control sleeve 7 penetrating into the mold cavity of the die 1. (See left half of FIG. 1)
  • the material of the blank 12 is pressed radially outward and penetrates into the toothing 3.
  • the stop surfaces 13 move towards one another other to. After the two stop surfaces 13 have touched (see right half of FIG. 1), the now rigid tool is moved against one another until the workpiece has reached its intended shape.
  • the shoulder 9 presses on the preformed bevel gear and presses the material into areas of the tooth shape 3 that may not yet have been filled. Any excess material emerges between the teeth of the spline-shaped shoulder 5. Since the finished bevel gear must be machined on the dashed line 14 anyway, the exit of any excess material at this point means no special operation.
  • Fig. 2 shows another embodiment of the approach 9, and in this embodiment the approach 9 carries a toothing 15 penetrating into the toothing 3, the outer diameter of which is slightly smaller than the maximum inner diameter of the toothing 3.
  • the shoulder can be conical or cylindrical. be flat, it can also be designed according to the back of the gear (see Fig. 4 dashed lines).

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Abstract

Bei dieser Vorrichtung ist eine die Kegelzahnform enthaltende Matrize (1), sowie ein Preßstempel (6) vorgesehen, der von einer Steuerhülse (7) koaxial umgeben ist, die durch den die Matrize (1) ausfüllenden Werkstoff (12) zurückgedrückt wird und einen in den Matrizenraum eindringenden Ansatz (9) besitzt. Zwecks Verringerung des Werkzeugverschleißes und um ein maßgenaues Kegelzahnrad ohne besondere Rücksichtnahme auf die Rohteilform in einem Arbeitsgang herstellen zu können, besitzt die Verzahnung (3) der Matrize (1) im Bereich des großen Kegelzahnraddurchmessers einen zylindrischen keilwellenähnlichen Auslauf (5) und weist der Ansatz (9) der Steuerhülse (7) einen zylindrischen Teil (10) und daran anschließend einen konisch verlaufenden Teil (11) auf. Der Durchmesser des zylindrischen Teils (10) ist geringfügig kleiner als der Durchmesser des Auslaufes (5) und der Konuswinkel des Teils (11) entspricht in etwa dem Winkel der die Zahnfußkegel des Kegelrades bildenden Verzahnungsflanken der Matrize (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum spanlosen Herstellen von metallischen Kegrlzahnrädern aus zylindrischen Rohteilen, beispielsweise aus Stahl, bestehend aus einer die Kegelzahnform enthaltenden Matrize, einem Preßstempel und einer den Preßstempel koaxial umgebenden durch den die Matrize ausfüllenden Werkstoff des Rohteiles zurückdrückbaren Steuerhülse, die einen in den Matrizenraum eindringenden Ansatz besitzt.
  • Eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff ist aus der DE-PS 24 46 413 bekannt. Um zu erreichen, daß zylindrische Rohteile ohne weitere vorbereitende Maßnahmen zu einem vollständigen Kegelrad gepreßt werden können, wobei ein Ausfüllen des kleinen Verzahnungsbereiches der Matrize mit Preßwerkstoff bei vertretbaren Preßdrücken mit Sicherheit gewährleistet wird, ist der Durchmesser des Preßstempels so ausgewählt, daß er in etwa dem Durchdringungskreis von Teilkegel und kleiner Kegelstumpffläche mit einer maximalen Abweichung von 20 % entspricht. Des weiteren besitzt die Steuerhülse einen in den Innenraum der Matrize hineinragenden kegelstumpfförmigen Ansatz, der der Einhüllenden der Kegelzahnköpfe der Matrize entspricht. Der Preßstempeldurchmesser bestimmt auch den Durchmesser des einzusetzenden zylindischen Rohteiles. Dieses sitzt entsprechend der Lehre der DE-PS 24 46 413 auf den Zahnflanken der Matrize auf, was zu einem erhöhten Verschleiß der Matrize führt.
  • Der vorliegende.Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum spanlosen Herstellen von Kegelzahnrädern anzugeben, die einen solchen erhöhten Werkzeugverschleiß nicht aufweist und es möglich macht, in einem Arbeitsschritt ein weitgehend fertiggeformtes Kegelzahnrad herzustellen, ohne Berücksichtigung einer besonders herzustellenden Vorform des Rohteils.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung die Verzahnung der Matrize im Bereich des großen Kegelzahnraddurchmessers einen zylindrischen keilwellenähnlichen Auslauf zeigt und der Ansatz der Steuerhülse einen zylindrischen Teil und daran anschließend einen konisch verlaufenden Teil aufweist, wobei der Durchmesser des zylindrischen Teils geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des keilwellenähnlichen Auslaufes und der Konuswinkel des zylindrisch verlaufenden Teils in etwa dem Winkel der die Zahnfußkegel des Kegelrades bildenden Verzahnungsflanken der Matrize entspricht. Durch die erfindungsgemLße Ausgestaltung des Preßwerkzeugs kann der Ansatz der Steuerhülse tief in das Innere der Matrizenform eindringen und somit für einen Stofffluß sorgen, der eine vollständige Ausfüllung der Matrize gewährleistet. Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß durch ihre kennzeichnende Ausgestaltung nicht nur in einem Umformarbeitsschritt ein weitgehend fertiggeformtes Rad entsteht, sondern daß auch auf der Radseite mit dem großen Durchmesser eine nur geringfügige Stoffübermenge angelagert werden muß und somit Rohteile von geringerem Gewicht eingesetzt werden können.
  • Die gleichen Vorteile können mit einer Vorrichtung erzielt werden, bei der in Abänderung der Ansatz der Steuerhülse eine in den keilwellenähnlichen Auslauf eindringende Verzahnung aufweist.
  • Bei einer Vorrichtung, bei welcher der Innendurchmesser der Steuerhülse,der Außendurchmesser des Preßstempels und der Außendurchmesser des Rohteils nahezu gleich sind, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Innendurchmesser der Steuerhülse annähernd gleich dem Außendurchmesser des kleinsten Verzahnungsfußkreises zu wählen. Selbstredend kann der Durchmesser der Steuerhülse auch kleiner gewählt werden. Als untere Begrenzung des Durchmessers ist die Knicklast des Rohteils anzusehen. Die Länge des keilwellenahnlichen Auslaufes sollte mindestens der Länge L, (Fig.1), am Zahnrad gemessen entsprechen.
  • Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, daß die Steuerhülse nahezu während des gesamten Preßvorganges gegenüber dem Preßstempel über Fe-dern gelagert ist und gegen Ende des Preßvorganges starr mit diesem verbunden ist. Die Steuerhülse ragt mit ihrem Ansatz nahezu während des gesamten Preßvorganges in den Hohlraum der Matrize hinein, und zwar so lange, bis die Hauptmenge der den Zahnradkörper ausmachenden Werkstoffmasse vorverteilt ist. Gegen Ende des Umformvorganges wird die Steuerhülse durch den rückwürtsfließenden Werkstoff unter Vorspannung der Federn zurückgedrückt, und zwar bis zu einem Anschlag, um dann starr mit dem Preßstempel verbunden, das Zahnrad konturgetreu zu formen.
  • Die Erfindung ist anahnd des in den Figuren 1 bis 4 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Die Fig. 1 zeigt einen Werkzeugaufbau gemäß der Lehre der und 4 Erfindung, die Fig. 2 einen Detailausschnitt und die Fig. 3 einen Schnitt durch den keilwellenähnlichen Auslauf.
  • Die linke Hälfte der Fig. 1 zeigt den Zustand vor Beginn des Pressens, die rechte Hälfte der Figur den Zustand gegen Ende des Preßvorgangs.
  • Das Preßwerkzeug besteht im wesentlichen aus den Teilen 1 und 2, die im nachfolgenden als Oberwerkzeug und Unterwerkzeug bezeichnet sind, wobei jedoch auch das Teil 1 als Unterwerkzeug und das Teil 2 als Oberwerkzeug verwendet werden können. Das Teil 1 - die Matrize - trägt die Verzahnung 3 für ein Kegelzahnrad und weist eine Bohrung 4 auf, in welcher ein nicht mehr dargestellter Auswerfer angeordnet ist. Die Zahnform 3 der Matrize 1 weist einen zylindrischen keilwellenähnlichen Auslauf 5 auf.
  • Das Werkzeugteil 2 besteht aus dem Preßstempel 6, der fest an dem Werkzeugteil 2 befestigt ist und der Steuerhülse 7, die über Federn 8 an dem Werkzeugteil 2 verschieblich zu dem Preßstempel 6 befestigt ist. Die Steuerhülse 7 trägt einen Ansatz 9, welcher aus einem zylindnisch verlaufenden Teil 10 sowie einem konisch verlaufenden Teil 11 besteht.
  • Nach dem Einlegen des Rohteils 12 werden die Werkzeugteile 1 und 2 gegeneinandergefahren, wobei der Ansatz 9 an der Steuerhülse 7 in den Formhohlraum der Matrize 1 eindringt. (s. linke Hälfte der Fig. 1) Beim weiteren Gegeneinanderfahren der Werkzeugteile 1 und 2 wird der Werkstoff des Rohteils 12 radial nach außen gepreßt und dringt dabei in die Verzahnung 3 ein. Wenn der Gesenkraum und die Verzahnung 3 so weit gefüllt sind, daß die auf die Stirnfläche des Ansatzes 9 wirkende Kraft die auf sie wirkende dosierte Federkraft überwinden kann, bewegen sich die Anschlagflächen 13 aufeinander zu. Nachdem sich die beiden Anschlagflächen 13 berührt haben, (s. rechte Hälfte der Fig. 1) wird das nunmehr starre Werkzeug noch so weit gegeneinandergefahren, bis das Werkstück seine vorgesehene Form erreicht hat. Dabei drückt der Ansatz 9 auf das vorgeformte Kegelzahnrad und drückt den Werkstoff in unter Umständen noch nicht ausgefüllte Bereiche der Zahnform 3. Ein etwa vorhandener Werkstoffüberschuß tritt zwischen den Zähnen des keilwellenförmigen Ansatzes 5 aus. Da das fertig geformte Kegelzahnrad ohnehin an der gestrichelt dargestellten Linie 14 spanend bearbeitet werden muß, bedeutet der Austritt evtl. überschüssigen Werkstoffs an dieser Stelle keinen besonderen Arbeitsgang.
  • Die Fig. 2 zeigt eine andere Ausgestaltung des Ansatzes 9, und zwar tragt bei dieser Ausführungsform der Ansatz 9 eine in de Verzahnung 3 eindringende Verzahnung 15, deren Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der maximale Innendurchmesser der Verzahnung 3. Der Ansatz kann konisch oder zylindrisch-plan sein, er kann auch entsprechend der Rückenpartie des Zahnrades ausgebildet sein (s. Fig. 4 gestrichelte Linien).
  • In der Fig. 3 ist ein Schnitt durch die Matrize 1 im Bereich des zylindrischen Auslaufes 5 dargestellt, anhand der ersichtlich ist, daß im Bereich 5 eine Verzahnung vorhanden ist.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum spanlosen Herstellen von metallischen Kegelzahnrädern aus zylindrischen Rohteilen, beispielsweise aus Stahl, bestehend aus einer die Kegelzahnform enthaltenden Matrize, einem Preßstempel und einer den Preßstempel koaxial umgebenden durch den die Matrize ausfüllenden Werkstoff des Rohteiles zurückdrückbaren Steuerhülse, die einen in den Matrizenraum eindringenden Ansatz besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (3) der Matrize (1) im Bereich des großen Kegelzahnraddurchmessers einen zylindrischen keilwellenähnlichen Auslauf (5) zeigt und der Ansatz (9) der Steuerhülse (7) einen zylindrischen Teil (lo) und daran anschließend einen konisch verlaufenden Teil (11) aufweist, wobei der Durchmesser des zylindrischen Teils (10) geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des keilwellenähnlichen Auslaufes (5) und der Konuswinkel des konisch verlaufenden Teils (11) in etwa dem Winkel der die Zahn- fußkegel des Kegelrades bildenden Verzahnungsflanken der Matrize (1) entspricht.
2. Vorrichtung zum spanlosen Herstellen von metallischen Kegelzahnrädern aus zylindrischen Rohteilen, beispielsweise aus Stahl, bestehend aus einer die Kegelzahnform enthaltenden Matrize, einem Preßstempel und einer den Preßstempel koaxial umgebenden durch den die Matrize ausfüllenden Werkstoff des Rohteiles zurückdrückbaren Steuerhülse die einem in den Matrizenraum eindringenden konischen Ansatz besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (3) der Matrize (1) im Bereich des großen Kegelzahnraddurchmessers einen zylindrischen keilwellenähnlichen Auslauf (5) zeigt und der Ansatz (9) der Steuerhülse (7) eine in den keilwellenähnlichen Auslauf (5) eindringende Verzahnung (15) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der Innendurchmesser der Steuerhülse der Außendurchmesser des Preßstempels und der Außendurchmesser des Rohteils nahezu gleich sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Steuerhülse (7) annähend gleich dem Durchmesser des kleinsten Verzahnungsfußkreises ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des keilwellenähnlichen Auslaufes (5) mindestens der Länge L am Zahnrad gemessen entspricht. (s.Fig.1)
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhülse (7) nahezu wäh-I rend des gesamten Preßvorganges gegenüber dem Preßstempel (6) über Federn (8) gelagert ist und gegen Ende des Preßvorganges starr mit diesem verbunden ist.
EP80102323A 1979-07-05 1980-04-30 Vorrichtung zum spanlosen Herstellen von metallischen Kegelzahnrädern Expired EP0022154B1 (de)

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