EP0189447B1

EP0189447B1 - Schmiedeverfahren

Info

Publication number: EP0189447B1
Application number: EP85903281A
Authority: EP
Inventors: Anton Schmid; Georg Tauschek; Andreas Sedlmeier; Peter Pollok
Original assignee: Bayerische Leichtmetallwerk Graf Bluecher Von Wahlstatt KG
Current assignee: BLW Praezisionsschmiede GmbH
Priority date: 1984-07-24
Filing date: 1985-07-08
Publication date: 1988-04-27
Also published as: JPH035251B2; HUT43798A; YU45265B; ES8701549A1; IL75883A0; ES545490A0; ZA855513B; BR8506856A; YU121085A; EP0189447A1; DE3562319D1; HU198139B; IN164593B; US4700446A; CA1249458A; JPS61502736A; CS259530B2; DE3427156C2; DE3427156A1; IL75883A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mit einer Kurzverzahnung versehenen Synchronbauteils mit hinterschnittenen Zähnen für Schaltgetriebe 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.
Ein derartiges Verfahren zur Herstellung von der Kraftübertragung dienenden mit Klauen bzw. Taschen ist aus der DE-A1-3 134 857 bekannt. Dort werden beim Vorschmieden Klauen erzeugt, deren Kopfflächen wenigstens entlang ihrer mit den Kupplungsflächen gemeinsamen Kanten mit Aufmaß hergestellt werden. Durch einen nachfolgenden Kalibrierschlag wird die gewünschte Schrägstellung der Kupplungsflächen erzielt. Beim Kalibrieren können die Klauen dabei zwischen quer zu den Kupplungsflächen verlaufenden Gesenkflächen gestützt werden.
Ferner ist es bekannt (DE-B-2 040 413), beim Herstellen von Keilzahnrädern mit hinterschnittenen Zähnen durch Vorpressen Zähne mit parallel verlaufenden Zahnflanken herzustellen, die anschließend unter Ausbildung einer Dachform fertiggestaucht werden. Die Schräge der Zahnflanken zur Erzielung der hinterschnittenen Zahnform wird hier mittels einer besonderen Abschrägungsvorrichtung 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 Kupplungsflächen 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 Warmschmieden 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 Zylinderfläche 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 Zahnfußausrundung; 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, Hinterstellungswinkel der Zahnflanken und Flankenformgenauigkeit kann eine gesenkseitige Abstützung der Zahnflanken zweckmäßig sein. Gleichzeitig wird während der dritten Verformungsstufe die für Kurzverzahnungen charakteristische 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 hergestellte Synchronbauteile eine allen Anforderungen für Schaltgetriebe im Kraftfahrzeugbau genügende Kurzverzahnung 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 Aufmaßes 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 Fertigstauchens die am Halbzeug ausgebildeten Zähne in einem zwischen oberer Planfläche und fertiger Zahnkopfform liegenden Bereich von der Zylinderfläche 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 Zylinderfläche eine wirksame, die Verformung nicht behindernde Stützfläche, die mit dem Zahn im Bereich der größten Zahnbreite unverbunden sein kann.
Im 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 Seitenansicht mit Zähnen in unterschiedlichen Verformungsstufen und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Zahnes in drei unterschiedlichen Verformungsstufen.

Der in Fig. 1 dargestellte Halbschnitt durch ein aus einer Vielzahl möglicher Varianten ausgewähltes Synchronbauteil 1 mit Mittelbohrung 2 zeigt einen mit schraffiertem Querschnitt dargestellten Ringkörper 3, an welchem zwischen einer oberen Planfläche 4 und einer unteren Planfläche 5 eine Zylinderfläche 6 ausgebildet ist. An der Zylinderfläche 6 sind die Zähne 7 einer Kurzverzahnung angesetzt, wobei über den Umfang des Synchronbauteils 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 Herstellungsverfahrens 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 etwas oberhalb der oberen Planfläche 4 des Segments 8 zu liegen kommt. Links ist ein mit cc) bezeichneter fertiger Zahn 7 dargestellt, allerdings mit stark übertrieben 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 Verformungsstufen 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 darunterliegen.
Die mittlere Zahndarstellung gem. Fig. 2 zeigt übereinandergezeichnet einen fertigen Zahn 7 (in durchgezogenen Linien) und einen geschmiedeten Zahn (in gestrichelten Linien), gemäß der rechten Form cc) des Halbzeugs. Die mittlere Zahndarstellung soll den Verformungsgrad vom Vorschmieden zum Fertigkalibrieren demonstrieren. 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 strichlierten 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 Verhältnisse übertrieben dargestellt. Die beiden letztgenannten Verfahrensstufen finden innerhalb des Kalibriervorgangs statt und zwar durch einen oder mehrere Kalibrierschlag bzw.-schläge. 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 verläuft.
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 kaumerkennbaren Schrägstellung 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 Werkstofftransport stattfindet, der im Ergebnis die Kopfverbreiterung 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 Schrägstellung 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 strichlierte Linie "f" gezeigt.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines miteiner Kurzverzahnung versehenen Snchronbauteils (1) mit hinterschnittenen Zähnen (7) für Schaltgetriebe durch Genauschmieden, wobei die Zähne (7), welche jeweils mit ihrer radial inneren Seite an einer gemeinsamen Zylinderfläche (6) angesetzt und mit ihrem Fuß auf eine gemeinsame untere Planfläche (4) aufgesetzt sind, zunächst mit parallel verlaufenden Zahnflanken (9) 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 Kalibrierschläge wird auf das kalte Halbzeug derart eingewirkt, 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 (11, 12) 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.