EP0189447A1 - Schmiedeverfahren. - Google Patents

Schmiedeverfahren.

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EP0189447A1
EP0189447A1 EP85903281A EP85903281A EP0189447A1 EP 0189447 A1 EP0189447 A1 EP 0189447A1 EP 85903281 A EP85903281 A EP 85903281A EP 85903281 A EP85903281 A EP 85903281A EP 0189447 A1 EP0189447 A1 EP 0189447A1
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EP
European Patent Office
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teeth
tooth
finished
flanks
undercut
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EP85903281A
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Inventor
Anton Schmid
Georg Tauschek
Andreas Sedlmeier
Peter Pollok
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BLW Praezisionsschmiede GmbH
Original Assignee
Bayerische Leichtmetallwerk Graf Bluecher Von Wahlstatt KG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/06—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B21J5/12—Forming profiles on internal or external surfaces
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49462—Gear making
    • Y10T29/49467—Gear shaping
    • Y10T29/49474—Die-press shaping

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a synchronous component with short teeth with undercut teeth for manual transmissions by precision forging, the teeth, each of which is attached to a common cylinder surface with its radially inner side and with its foot on a common lower plane surface are placed, first manufactured with parallel tooth flanks and then finished upset.
  • Such a method for producing clutch parts with claws or pockets for power transmission is known from DE AI 31 34857.
  • claws are produced during the forging process, the top surfaces of which are produced with oversize at least along their edges common to the coupling surfaces.
  • the desired inclination of the coupling surfaces is achieved by a subsequent calibration stroke.
  • the claws can be supported between die surfaces running transversely to the coupling surfaces.
  • the present invention has for its object to enable the unrestricted application of the known method to synchronous components of the type mentioned and to achieve increased accuracy in the formation of the coupling surfaces.
  • Process step a) can be carried out by cold or hot forging; Equivalent cold extrusion is also an option.
  • Method step b which relates to one or more calibration strokes, comprises a three-stage deformation by calibration, so it differs fundamentally from the prior art mentioned.
  • a first stage aa the tooth heads produced with an oversize in the direction of the tooth length are first pre-compressed; the straight tooth flanks, that is to say in radial planes with respect to the cylinder surface common to all teeth, are essentially retained.
  • This strain hardening in the foot area is not only very important for the precise shaping of the tooth root curve; their special effect is that, when they are subsequently dipped, the tooth form according to. Feature cc) controls the slope of the tooth flanks forming the coupling surface exactly. Depending on the tooth height, backmost angle of the tooth flanks and flank shape accuracy, it may be appropriate to support the tooth flanks on the die side. At the same time, during the third deformation stage, the roof shape of the tooth heads, which is characteristic for short toothing, is finished, the tooth flanks receiving their final slope.
  • the cylinder surface in the region of the tooth heads is limited by an upper plane surface over which the semifinished product tooth heads protrude with at least a part of their size and that the teeth are of such a type during the final upsetting are deformed so that the tooth tips end in or below the upper flat surface.
  • the degree of deformation during upsetting of the tooth heads is to be controlled in such a way that the teeth formed on the semifinished product are sheared from the cylinder surface in a region lying between the upper flat surface and the finished tooth head shape at the latest during the finished upsetting. It is easy to imagine in this connection that the sheared material is formed in the direction of the tooth gap, forming the oblique tooth flanks; the cylinder surface common to all teeth forms an effective support surface which does not prevent deformation and which can be unconnected to the tooth in the region of the largest tooth width.
  • the following explains the manufacture of a synchronous component with reference to the drawing. It shows:
  • Fig. 2 shows a perspective section of the
  • Synchronous component in the side looks with teeth in different deformation levels
  • Fig. 3 is a schematic representation of a tooth in three different deformation stages.
  • the half section shown in FIG. 1 through a number of possible variants selected synchronous component 1 with central bore 2 shows an annular body 3 shown with hatched cross section, on which a cylindrical surface 6 is formed between an upper flat surface 4 and a lower flat surface 5.
  • the teeth 7 of a short toothing are attached to the cylindrical surface 6, a total of four segments 8 with five teeth each attached to it being distributed over the circumference of the synchronous component 1.
  • FIG. 2 shows a section of such a segment 8 with a fully formed tooth 7 and two further teeth, which represent the stages of the manufacturing process.
  • the right tooth with the designation aa) corresponds to the tooth shape of the semi-finished product manufactured by the hot forging process.
  • This tooth has, based on the segment 8, tooth flanks 9 running along radial planes and a roof-shaped tooth head 10, the roof shape coming to lie approximately above the upper flat surface 4 of the segment 8.
  • a finished tooth 7 designated cc) is shown on the left, but the tooth flanks 9 forming the coupling surfaces are shown with a greatly exaggerated inclination.
  • This tooth is significantly shorter in length than the tooth of deformation stage aa) shown on the right, as a result of two upsetting processes namely from the forging mold aa) into the intermediate mold bb) shown in FIG. 3 and then into the final mold cc).
  • the two last-mentioned deformation stages bb) and cc) are preferably implemented by two successive calibration strokes.
  • the tip of the tooth head of the finished tooth 7 coincides approximately with the flat surface 4.
  • this geometric relationship is not essential. With other synchronous components, the tooth head can protrude slightly both above the upper plane surface 4 and lie below it.
  • FIG. 2 shows a finished tooth 7 (in solid lines) and a forged tooth (in dashed lines) according to the right-hand shape cc) of the semi-finished product.
  • the middle tooth representation is intended to demonstrate the degree of deformation from pre-forging to final calibration. This is particularly clear from the presentation acc. Fig. 3 shows. 3, the cylindrical surface 6, projected into the plane, is shown between two dashed lines.
  • the respective deformation from the deformation stage aa) for pre-forging to bb) for pre-upsetting and further to cc) for finished upsetting is exaggerated to illustrate the situation.
  • the latter two process stages take place within the calibration process, namely through one or more calibration strokes.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)
  • Mechanical Operated Clutches (AREA)
  • Structure Of Transmissions (AREA)

Description

Schmiedeverfahreπ
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mit einer Kurzver-zahnung versehenen Synchronbauteils mit hinterschnittenen Zähnen für Schaltgetriebe durch Genauschmieden, wobei die Zähne, welche jeweils mit ihrer radial inneren Seite an einer gemeinsamen Zylinder¬ fläche angesetzt und mit ihrem Fuß auf eine gemeinsame untere Planfläche aufgesetzt sind, zunächst mit parallel verlaufenden Zahnflanken hergestellt und anschließend fertiggestaucht werden.
Ein derartiges Verfahren zur Herstellung von der Kraftüber¬ tragung dienenden Kupplungsteilen mit Klauen bzw. Taschen ist aus der DE AI 31 34857 bekannt. Dort werden beim Vorschmieden Klauen erzeugt, deren Kopfflächen wenigstens entlang ihrer mit den Kupplungsflächen gemeinsamen Kanten mit Aufmaß hergestellt werden. Durch einen nach¬ folgenden Kalibrierschlag wird die gewünschte Schräg- stellung der Kupplungsfl chen erzielt. Beim Kalibrieren können die Klauen dabei zwischen quer zu den Kupplungs¬ flächen verlaufenden Gesenkfl chen gestützt werden.
Ferner ist es bekannt (Deutsche Auslegeschrift 2 040 413), beim Herstellen von KeilZahnrädern mit hinterschnit¬ tenen Zähnen durch Vorpressen Zähne mit parallel verlaufen¬ den Zahnflanken herzustellen, die anschließend unter Ausbildung einer Dachform fertiggestaucht werden. Die Schräge der Zahnflanken zur Erzielung der hinter¬ schnittenen Zahnform wird hier mittels einer besonderen Abschrägungsvotrichtung erzeugt, bei welcher radial bewegliche Stempel in die Zahnlücken eingreifen. Der Anwendung des bekannten Schmiedeverfahrens zur Herstellung von mit einer Kurzverzahnung versehenen Synchronbauteilen für Schaltgetriebe sind zumindest bei hohen Genauigkeitsanforderungen bzw. bei sehr kleinen Synchronbauteilen Grenzen gesetzt. Infolge der freien Verformung der die Kupplungsflächen bildenden Seitenflanken der Klauen durch Stauchen des Kopfaufmasses läßt sich die Genauigkeit der Ausbildung der Kupp¬ lungsfl chen nicht beliebig steigern.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die uneingeschränkte Anwendung des bekannten Verfahrens auf Synchronbauteile der eingangs genannten Art zu ermöglichen und dabei eine erhöhte Genauigkeit bei der Ausbildung der Kupplungsflächen zu erzielen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Patentanspruch 1 gekennzeichneten Verfahrensschritte a) "Vorschmieden" und b) "Kaltkalibrieren" gelöst. Der Verfahrensschritt a) kann durch Kalt- oder Warmschmie¬ den verwirklicht werden; auch äquivalentes Kaltfließpressen kommt in Frage.
Der Verfahrensschritt b), welcher sich auf einen oder mehrere Kalibrierschläge bezieht, umfaßt eine dreistufige Verformung durch Kalibrieren, unterscheidet sich also insoweit grundlegend von dem genannten Stand der Technik. In einer ersten Stufe aa) werden die in Richtung der Zahnlänge mit Übermaß hergestellten Zahnköpfe zunächst vorgestaucht; dabei bleiben die geraden, d.h. in radialen Ebenen bezüglich der allen Zähnen gemeinsamen Zylinder¬ fläche verlaufenden Zahnflanken im wesentlichen noch erhalten. Es kommt zu einer MaterialVerdichtung, die dann in der zweiten Kalibrierstufe gem. Merkmal bb) zu einer Kaltverfestigung insbesondere in dem durch die untere Planfläche gestützten Fußbereich der Zähne führt. Diese Kaltverfestigung im Fußbereich ist nicht nur sehr wesentlich für die genaue Ausformung der Zahnfu߬ ausrundung; ihre besondere Wirkung besteht darin, daß sie beim anschließenden Fertigstauchen der Zahnform gem. Merkmal cc) die Schräge der die Kupplungsfläche bildenden Zahnflanken exakt steuert. Je nach Zahnhöhe, Hinterste!!ungswinkel der Zahnflanken und Flankenformge- nauigkeit kann eine gesenkseitige Abstützung der Zahnflan¬ ken zweckmäßig sein. Gleichzeitig wird während der dritten Verformungsstufe die für Kurzverzahnungen charakte¬ ristische Dachform der Zahnköpfe fertig ausgebildet, wobei die Zahnflanken ihre endgültige Schräge erhalten.
Es ist grundsätzlich möglich, die drei Verformungsstufen gemäß Merkmal b) von Patentanspruch 1 mittels eines sog. "vorauseilenden" Gesenks innerhalb eines einzigen Kalibrierschlags zu verwirklichen. Zweckmäßig ist jedoch die Anwendung zweier Kalibrierschläge , wobei der erste die Verformungsstufen aa) und bb) verwirklicht, der zweite schließlich die Verformungsstufe cc). Die Praxis hat gezeigt, daß nach diesem Verfahren herge¬ stellte Synchronbauteile eine allen Anforderungen für Schaltgetriebe in Kraftfahrzeugbau genügende Kurzver¬ zahnung aufweisen.
Im Rahmen einer Ausgestaltung der Erfindung ist bei der Herstellung des Halbzeugs von Bedeutung, daß die Zylinderfläche im Bereich der Zahnköpfe durch eine obere Planfläche begrenzt ist, über welche die Zahnköpfe des Halbzeugs mit wenigstens einem Teil ihres Auf aßes hinausragen und daß beim Fertigstauchen die Zähne derartig verformt werden, daß die Zahnköpfe in oder unterhalb der oberen Planfläche enden.
Der Verformungsgrad beim Stauchen der Zahnköpfe ist dabei so zu steuern, daß spätestens während des Fertig¬ stauchens die am Halbzeug ausgebildeten Zähne in einem zwischen oberer Planfläche und fertiger Zahnkopfform liegenden Bereich von der Zylinderfl che abgeschert werden. Es ist in diesem Zusammenhang leicht vorstellbar, daß das abgescherte Material unter Ausbildung der schrägen Zahnflanken in Richtung der Zahnlücke hin ausgeformt wird; dabei bildet die allen Zähnen gemeinsame Zylinder¬ fläche eine wirksame, die Verformung nicht behindernde Stützfläche, die mit dem Zahn im Bereich der größten Zahnbreite unverbunden sein kann. I folgenden wird die Herstellung eines Synchronbauteils anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen axialen Halbschnitt durch ein Synchronbauteil ,
Fig. 2 einen perspektivischen Abschnitt des
Synchronbauteils in der Seiten ansieht mit Zähnen in unter schied!ichen Verformungsstufen und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Zahnes in drei unterschiedlichen Verformungsstufen.
Der in Fig. 1 dargestellte Halbschnitt durch ein einer Vielzahl möglicher Varianten ausgewähltes Synchronbauteil 1 mit Mittelbohrung 2 zeigt einen mit schraffiertem Querschnitt dargestellten Ringkörper 3, an welchem zwischen einer oberen Planfl che 4 und einer unteren Planfläche 5 eine Zylinderfläche 6 ausgebildet ist. An der Zylinderfläche 6 sind die Zähne 7 einer Kurzver¬ zahnung angesetzt, wobei über den Umfang des Synchronbau¬ teils 1 verteilt insgesamt vier Segmente 8 mit jeweils fünf daran angesetzten Zähnen vorgesehen sind.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem derartigen Segment 8 mit einem fertig geformten Zahn 7 und zwei weiteren Zähnen, welche Durchgangsstadien des Her¬ stellungsverfahrens darstellen. Der rechte Zahn mit der Bezeichnung aa) entspricht der Zahnform des nach dem Warmschmiedeverfahren hergestellten Halbzeugs. Dieser Zahn besitzt, bezogen auf das Segment 8, längs Radialebenen verlaufende Zahnflanken 9 sowie einen dachartig geformten Zahnkopf 10, wobei die Dachform etwa oberhalb der oberen Planfl che 4 des Segments 8 zu liegen kommt. Links ist ein mit cc) bezeichneter fertiger Zahn 7 dargestellt, allerdings mit stark übertrie¬ ben gezeichneter Neigung die Kupplungsflächen bildenden Zahnflanken 9. Dieser Zahn ist gegenüber dem rechts dargestellten Zahn der Verformungsstufe aa) in seiner Länge deutlich verkürzt, und zwar als Ergebnis zweier Stauchvorgänge nämlich aus der Schmiedeform aa) in die in Fig. 3 dargestellte Zwischenform bb) und danach in die Endform cc). Die beiden letztgenannten Verformungs¬ stufen bb) und cc) werden bevorzugt durch zwei nacheinander erfolgende Kalibrierschläge verwirklicht. Gemäß Fig. 2 fällt die Spitze des Zahnkopfs des fertigen Zahns 7 etwa mit der Planfläche 4 zusammen. Dieser geometrische Zusammenhang ist jedoch nicht zwingend. Der Zahnkopf kann bei anderen Synchronbauteilen geringfügig sowohl über die obere Planfläche 4 hinausragen als auch darunter¬ liegen. Die mittlere Zahndarstellung gem. Fig. 2 zeigt übereinandergezeichnet einen fertigen Zahn 7 (in durchge¬ zogenen Linien) und einen geschmiedeten Zahn (in ge¬ strichelten Linien), gemäß der rechten Form cc) des Halbzeugs. Die mittlere Zahndarstellung soll den Verfor¬ mungsgrad vom Vorschmieden zum Fertigkalibrieren demon¬ strieren. Dies geht besonders deutlich auch aus der Darstellung gem. Fig. 3 hervor. Gemäß Fig. 3 ist die zylindrische Fläche 6, in die Ebene projeziert, zwischen zwei strich!ierten Linien dargestellt. Auch hier ist die jeweilige Verformung von der Verformungsstufe aa) für Vorschmieden zu bb) für Vorstauchen und weiter zu cc) für Fertigstauchen zur Verdeutlichung der Verhält¬ nisse übertrieben dargestellt. Die beiden letztgenannten Verfahrensstufen finden innerhalb des Kalibriervorgangs statt und zwar durch ein oder mehrere Kalibrierschl ge. Wesentlich ist dabei, daß beim Vorstauchen - in der Verformungsstufe bb) -eine Kaltverfestigung innerhalb der Zonen 11 um die Fußausrundung 12 der Zähne erzielt wird. Diese Kaltverfestigung ist wesentliche Ursache dafür, daß die die Kupplungsflächen bildenden Zahnflanken 9 des fertig kalibrieren Zahnes 7 eine formgenaue, ebene Fläche bilden, die in der jeweils gewünschten Schräge zur Verbreiterung des Zahnkopfes hin nach oben verl uft. Mittels eines nicht dargestellten , an sich bekannten vorlaufenden Gesenks, ist es beim Kalibrieren in der Verformungsstufe bb) möglich, zuerst die Fußausrundung 12 durch Vorstauchen des Zahnes aus der Verformungsstufe aa) in die Verformungsstufe bb) zu erzeugen. Dabei kommt es in der Verformungsstufe bb) zu einer kaum¬ erkennbaren Schrägste!!ung der Zahnflanken 9. Erst beim Fertigstauchen innerhalb der Verformungsstufe cc ) erhalten diese die gewünschte Schrägstellung. Ein Vergleich der links dargestellten Verformungsstufe aa) mit der rechts dargestellten Endstufe cc) läßt auf der Zylinderfläche 6 den schraffiert dargestellten Scherbereich 13 erkennen, aus welchem ein Werk¬ stofftransport stattfindet, der im Ergebnis die KopfVer¬ breiterung des fertigen Zahnes ermöglicht. Die Zahnformen der Fig. 2 und 3 sind im wesentlichen schematisch dargestellt. In Wirklichkeit sind die Kanten insbesondere der Zwischenformen aa) und bb) etwas gerundet und die Schrägstenung der Zahnflanken in der Endform cc) ist deutlich geringer. Nach dem ersten Kalibrierschritt (Verformungsstufe bb) können die Zahnflanken in Kopfnähe leicht konvex, darunter geringfügig konkav verlaufen, wie in Fig. 3 durch eine strich!ierte Linie gezeigt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines mit einer Kurzver¬ zahnung versehenen Synchronbauteils mit hinterschnitte¬ nen Zähnen für Schal getriebe durch Genauschmieden, wobei die Zähne, welche jeweils mit ihrer radial inneren Seite an einer gemeinsamen Zylinderfläche angesetzt und mit ihrem Fuß auf eine gemeinsame untere Planfläche aufgesetzt sind, zunächst mit parallel verlaufenden Zahnflanken hergestellt und anschließend fertiggestaucht werden, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
a) Durch Vorschmieden wird ein Halbzeug hergestellt, dessen Kurzverzahnung Zähne (7) mit einem den fertigen Zahnkopf (10) überhöhendem Aufmaß aufweist.
b) Durch einen oder mehrere nachfolgende Kalibrier¬ schläge wird auf das kalte Halbzeug derart einge¬ wirkt, daß aa) zunächst die Zahnköpfe (10) vorgestaucht werden, wobei die Zähne an ihren radial äußeren Seiten gesenkseitig abgestützt werden, bb) gleichzeitig mit dem Vorstauchen oder durch einen weiteren Kalibrierschlag durch Ausrundung der Zahnflanken (9) zur unteren Planfläche (5) eine Kaltverfestigung jeweils im Fußbereich der Zähne (7) erzeugt wird und cc) beim Fertigstauchen die Zahnköpfe eine Dachform und die Zahnflanken die ihrer Hinterschneidung entsprechende Schrägstellung erhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderfläche (6) im Bereich der Zahnköpfe durch eine obere Planfläche (4) begrenzt ist, über welche die Zahnköpfe des Halbzeugs mit wenigstens einem Teil ihres Aufmaßes hinausragen und daß beim Fertigstauchen die Zähne (7) derart verformt werden, daß die Zahnköpfe in Höhe oder unterhalb der oberen Planfläche (4) enden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Stauchen der Zahnköpfe, spätestens während des Fertigstauchens, die am Halbzeug ausgebildeten Zähne in einem zwischen oberer Planfläche (4) und fertiger Zahnkopfform liegenden Bereich (13) von der Zylinderfläche (6) abgeschert werden.
EP85903281A 1984-07-24 1985-07-08 Schmiedeverfahren Expired EP0189447B1 (de)

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JP (1) JPS61502736A (de)
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CS (1) CS259530B2 (de)
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