EP0907437B1 - Verfahren zum walzen von kegelrädern auf einer axial-gesenkwalzmaschine und werkzeuganordnung zu dessen durchführung - Google Patents

Verfahren zum walzen von kegelrädern auf einer axial-gesenkwalzmaschine und werkzeuganordnung zu dessen durchführung Download PDF

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EP0907437B1
EP0907437B1 EP97922945A EP97922945A EP0907437B1 EP 0907437 B1 EP0907437 B1 EP 0907437B1 EP 97922945 A EP97922945 A EP 97922945A EP 97922945 A EP97922945 A EP 97922945A EP 0907437 B1 EP0907437 B1 EP 0907437B1
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rolling
closing device
workpiece
contour
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Werner Sczesny
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WDB Ringwalztechnik GmbH
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    • B21J9/025—Special design or construction with rolling or wobbling dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21H5/04—Making gear wheels, racks, spline shafts or worms bevel gears
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J13/00—Details of machines for forging, pressing, or hammering
    • B21J13/08—Accessories for handling work or tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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 method according to the preamble of Claim 1 and an apparatus for performing this method according to the preamble of claim 5.
  • From DE-OS 26 11 568 is a method for manufacturing ring-shaped workpieces with a strongly profiled cross section and a Rolling mill known for its implementation, two against each other adjustable and inclined rollers at a fixed angle, from which is driven at least one, the negative of the to be rolled Have profiles.
  • the angle is fixed by the machine and naturally there is no adjustment device for adjusting the Angle of inclination.
  • AGW axial die rolling
  • the invention has for its object a generic Method and device for carrying out this method to propose, in which the shaping of the profiling to be generated, especially in the edge areas or corners of the tooth tips improved and the cycle times reduced.
  • the inventive application of the AGW method with tools inclined against each other for the production of ring-shaped workpieces with tangential profiling on the top allows only a part of the ring surface of the Workpiece is applied, so that significantly lower contact forces are to be applied.
  • the tangential profiling is exclusive generated by the fact that the material predominantly axially into the tangential profiled upper tool flows.
  • the workpiece is preferred in the method according to the invention only partially heated in the forming area and by remote control Clamping device secured against tipping and turning.
  • the warming of the workpiece takes place outside the rolling station in such a way that a continuous operation without waiting for heating is possible.
  • the rolling station is loaded directly from the integrated Heating device and always the same length of time for loading required time so that fluctuations in the process result are minimized become.
  • the heating device is loaded precisely to the cycle fully automatically from one used as a buffer line Transport device out.
  • the upper tool 3 and the closing device is 4.5 ⁇ m the angle ⁇ arranged inclined, the feed direction 8 of the upper Tool with the line of symmetry of the upper bearing unit matches.
  • the angle ⁇ is ensures that the rolling line of the machine (generating rolling line) at any time with the operating rolling line of the profile to be generated matches.
  • the tool 3 combs with the generated profile on the workpiece comparable to a known one Bevel gear toothing.
  • the closing device 4 closes for example the tooth gaps of the upper tool 3, the Infeed 7 of the inner bandage 4 of the closing device in the direction the feed direction 8 is such that ideally without touching the Workpiece 10 in the infeed direction during forming Relative movement to the upper tool 3 arises.
  • the outer bandage 5 the locking device is firmly connected to the lower tool that again is not axially delivered.
  • the deformation of the workpiece 10 is determined by the profile of the tool 3 which is in the feed direction 8 is moved towards the tool 2 until the final shape of the Workpiece 10 is reached and the material in predominantly axial Direction has flowed into the cavities of the tool 3.
  • the Clamping device 1 with the feed direction 9 protrudes from the tool 2 out and keeps the workpiece 10 in a central position, at the same time thus a tilting of the workpiece 10 or a relative twisting the tools prevented.
  • the unloading of the rolling station with rotating Tools are carried out with a conventional unloading device.
  • the rolling station W is corresponding to FIG. 1 schematically shown, a loading device 15 and a Unloading device 17 for the rolling station W are arranged. Outside the rolling station W is in the access area of the loading device 15 the heating device 13, which in turn via the stations B1 and the loading device 12 is loaded.
  • the heating device 13 has one or more Heating stations 14, under which the workpieces after they have been picked up correctly by one or more holders, one after the other, for example by turning the transport level above the delivery device 18.
  • the number of warming stations 14 results from the required heating time and the cycle time of the Machine. If necessary, the execution of the Heating device 13 heating in a closed Space, for example under protective gas.
  • the heater 13 upstream is a transport device 11 for those to be heated Workpieces 10.
  • the setting of the generating gear line of the machine to the The operating weighing line of the profiling to be generated takes place around the Pivot 22 in such a way that different angles ⁇ in the adjustment range ⁇ can be set, the device for generating the Infeed direction 8 of the upper tool 3 is simultaneously adjusted. As a result, the feed force always acts in the direction of the line of symmetry upper tool.
  • the upper exchange unit 21 contains the tool 3 and the Locking device 4.
  • the lower exchange unit 20 includes this Tool 2, the clamping device 1 and the closing device 5.
  • the rolling station 16 is driven by at least one rotary drive such that an uninterrupted kinematic coupling of the two around the angle ⁇ to each other at a certain inclined axes Gear ratio of the speeds of the upper and lower Tool axis is done.
  • a mechanical coupling takes place, for example, with a drive by arranging a crown wheel in the pivot point 22, into which Lines of symmetry of the upper and lower tool axes following Combing pinion shafts.
  • An electrical coupling naturally takes place with separate drives for the upper and lower tool axis.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß Oberbegriff des Anspruches 5.
Aus der DE 35 26 796 C2 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Werkstücke durch Zustellen des oberen Werkzeuges in Richtung der durch die Maschine fest vorgebene Neigung des oberen Werkzeuges erfolgt. Naturgemäß fehlt eine Verstellvorrichtung für den Neigungswinkel. Die radiale Begrenzung des Materialflusses erfolgt durch starr angebundene Bandagen. Die Synchronisation der Werkzeudrehzahlen erfolgt mit verzahnten Synchronisatoren im Werkzeugraum, wobei die Zahnräder unter Last gemäß dem Walzvorschub verstellt werden müssen, was naturgemäß mit entsprechendem Verschleiß verbunden ist.
Aus der DE-OS 26 11 568 ist weiterhin ein Verfahren zum Herstellen von ringförmigen Werkstücken mit stark profiliertem Querschnitt und ein Walzwerk zu dessen Durchführung bekannt, wobei zwei gegeneinander zustellbare und im festen Winkel gegeneinander geneigte Walzen, von denen zumindest eine angetrieben ist, das Negativ des zu walzenden Profiles aufweisen. Der Winkel ist durch die Maschine fest vorgegeben und naturgemäß fehlt eine Verstellvorrichtung zur Einstellung des Neigungswinkels. Bei diesem sogenannten axialen Gesenkwalzen (AGW) ist allerdings nicht die Herstellung einer tangentialen Profilierung auf der Stirnseite des Werkstückes vorgesehen und es fehlen naturgemäß Werkzeuge entsprechender Profilierung sowie eine Schließvorrichtung und die kinematische Kopplung der Werkzeuge.
Aus der DE-AS 18 12 423 ist darüber hinaus eine Maschine zum Rollen oder Anwalzen von Zähnen an Kegelrädern bekannt, wobei das Zahnrollwerkzeug auf einer fortschreitend verschiebbaren Spindel befestigt ist, die mit einer den Rohling tragenden Spindel zusammenwirkt und in der eine der Spindeln um ein Gelenk schwenkbar ist, dessen Achse rechtwinkling auf der Ebene steht, die durch die Spindelachsen geht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorzuschlagen, bei dem die Ausformung der zu erzeugenden Profilierung, insbesondere in den Randbereichen bzw. Ecken der Zahnköpfe verbessert und die Taktzeiten verringert werden.
Die Lösung der Aufgabe ist im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 5 angegeben. Die Unteransprüche 2 bis 4 und 6 bis 9 enthalten sinnvolle Ergänzungen dazu.
Die erfindungsgemäße Anwendung des AGW-Verfahrens mit gegeneinander schräggestellten Werkzeugen zur Herstellung von ringförmigen Werkstücken mit tangentialer Profilierung auf der Oberseite ermöglicht es, daß beim Walzen jeweils nur ein Teil der Ringfläche des Werkstückes beaufschlagt wird, so daß erheblich geringere Anpreßkräfte aufzubringen sind. Die tangentiale Profilierung wird ausschließlich dadurch erzeugt, daß der Werkstoff überwiegend axial in das tangential profilierte Oberwerkzeug fließt. Mit Zustellen des Oberwerkzeuges wird gleichzeitig mindestens die innere Bandage der Schließeinrichtung zurückgezogen, um die Ausformung der zu erzeugenden Profilierung dadurch sicherzustellen, daß eine Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und der Schließvorrichtung stattfindet. Durch die damit verbesserten Reibungsverhältnisse wird Werkstoff in die Ecken "gezogen". Die innere Bandage wird parallel zur Drehachse des Oberwerkzeuges verschoben. in die AGW wird ein vorgeformter Rohling gelegt, der bis auf den Bereich der Verzahnung im wesentlichen dem fertiggewalzten Kegelrad entspricht. Bei Zustellung des Oberwerkzeuges setzt die innere Bandage auf dem Steg des Kegelrades auf und bildet gemeinsam mit der äußeren Bandage, die durch das axial nicht verschiebbare Unterwerkzeug gebildet wird, einen geschlossenen Raum für die Umformung. Anschließend dringt die Matrize in den Rohling ein und formt die Verzahnung aus. Durch den Vorschub der Matrize (Oberwerkzeug) zur feststehenden äußeren Matrize (Unterwerkzeug) als auch zur durch einen mitrotierenden Hydraulikzylinder rückziehbaren inneren Bandage (ebenfalls Oberwerkzeug) kommt es zu Relativbewegungen zwischen Bandagen und Matrize, die zu einer verbesserten Formfüllung in den Ecken führen.
Das Werkstück wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise nur partiell im Umformbereich erwärmt und durch eine fernbetätigte Klemmvorrichtung gegen Kippen und Drehen gesichert. Die Erwärmung des Werkstückes erfolgt außerhalb der Walzstation derart, daß ein kontinuierlicher Betrieb ohne Wartezeit auf die Erwärmung möglich wird. Die Beladung der Walzstation erfolgt direkt aus der integrierten Erwärmungvorrichtung und mit immer gleich langer zur Beladung erforderlichen Zeit, so daß Schwankungen im Prozeßergebnis minimiert werden. Die taktgenaue Beladung der Erwärmungsvorrichtung erfolgt vollautomatisch von einer als Pufferstrecke genutzten Transporteinrichtung aus.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren 1 bis 3 beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1
zeigt beispielhaft im Schnitt die erfindungsgemäße Walzstation
Fig. 2
zeigt schematisch in der Draufsicht das Beladen (B), Walzen
(W)
und Entladen (E)
Fig. 3
zeigt eine Seitenansicht zu Fig. 2
Gemäß Fig. 1 ist das Oberwerkzeug 3 und die Schließvorrichtung 4,5 um den Winkel α geneigt angeordnet, wobei die Zustellrichtung 8 des oberen Werkzeuges mit der Symmetrielinie der oberen Lagereinheit übereinstimmt. Durch veränderbare Einstellung des Winkels α ist sichergestellt, daß die Wälzlinie der Maschine (Erzeugungswälzlinie) jederzeit mit der Betriebswälzlinie des zu erzeugenden Profiles übereinstimmt. Beim Ende des Walzvorganges kämmt das Werkzeug 3 mit dem erzeugten Profil am Werkstück vergleichbar mit einer bekannten Kegelrad-Verzahnung. Die Schließvorrichtung 4 verschließt beispielsweise die Zahnlücken des Oberwerkzeuges 3, wobei die Zustellung 7 der inneren Bandage 4 der Schließvorrichtung in Richtung der Zustellrichtung 8 derart erfolgt, daß idealerweise ohne Berührung des Werkstückes 10 in Zustellrichtung während der Umformung eine Relativbewegung zum Oberwerkzeug 3 entsteht. Die äußere Bandage 5 der Schließvorrichtung ist fest mit dem unteren Werkzeug verbunden, das wiederum axial nicht zugestellt wird. Die Verformung des Werkstückes 10 wird bestimmt durch das Profil des Werkzeuges 3, das in Zustellrichtung 8 auf das Werkzeug 2 zubewegt wird, bis die endgültige Form des Werkstückes 10 erreicht ist und der Werkstoff in überwiegend axialer Richtung in die Hohlräume des Werkzeuges 3 geflossen ist. Die Klemmvorrichtung 1 mit der Zustellrichtung 9 ragt aus dem Werkzeug 2 heraus und hält das Werkstück 10 in zentrischer Lage, gleichzeitig wird damit ein Ankippen des Werkstückes 10 oder ein relatives Verdrehen zu den Werkzeugen verhindert. Das Entladen der Walzstation bei drehenden Werkzeugen erfolgt mit einer üblichen Entladevorrichtung.
In den Fig. 2 und Fig. 3 ist die Walzstation W entsprechend Fig. 1 schematisch dargestellt, wobei eine Beladevorrichtung 15 und eine Entladevorrichtung 17 für die Walzstation W angeordnet sind. Außerhalb der Walzstation W befindet sich im Zugriffsbereich der Beladevorrichtung 15 die Erwärmungseinrichtung 13, die ihrerseits über die Stationen B1 und die Beladevorrichtung 12 beladen wird.
Darüber hinaus besitzt die Erwärmungseinrichtung 13 eine oder mehrere Erwärmungsstationen 14, unter die die Werkstücke, nachdem sie lagerichtig von einem oder mehreren Haltern aufgenommen worden sind, nacheinander, zum Beispiel durch Drehen der Transportebene oberhalb der Zustelleinrichtung 18, gelangen. Die Anzahl der Erwärmungsstationen 14 ergibt sich aus der erforderlichen Erwärmungszeit und der Taktzeit der Maschine. Bei Erfordernis ermöglicht die Ausführung der Erwärmungseinrichtung 13 die Erwärmung in einem geschlossenen Raum, beispielsweise unter Schutzgas. Der Erwärmungseinrichtung 13 vorgeschaltet ist eine Transporteinrichtung 11 für die zu erwärmenden Werkstücke 10.
Die Einstellung der Erzeugungswälzlinie der Maschine auf die Betriebswäzlinie der zu erzeugenden Profilierung erfolgt um den Drehpunkt 22 derart, daß im Verstellbereich β verschiedene Winkel α eingestellt werden können, wobei die Einrichtung zur Erzeugung der Zustellrichtung 8 des oberen Werkzeuges 3 gleichzeitig mit verstellt wird. Dadurch wirkt die Zustellkraft stets in Richtung der Symmetrielinie des oberen Werkzeuges.
Die obere Wechseleinheit 21 beinhaltet das Werkzeug 3 und die Schließvorrichtung 4. Die untere Wechseleinheit 20 beinhaltet das Werkzeug 2, die Klemmvorrichtung 1 und die Schließvorrichtung 5. Der Antrieb der Walzstation 16 erfolgt mit mindestens einem Drehantrieb derart, daß eine ununterbrochene kinematische Kopplung der beiden um den Winkel α zueinander geneigten Achsen bei einem bestimmten Übersetzungsverhältnis der Drehzahlen von oberer und unterer Werkzeugachse erfolgt.
Eine mechanische Kopplung erfolgt beispielsweise mit einem Antrieb durch Anordnung eines Kronenrades im Drehpunkt 22, in das den Symmetrielinien der oberen und unteren Werkzeugachsen folgende Ritzelwellen kämmen. Eine elektrische Kopplung erfolgt naturgemäß mit getrennten Antrieben für die obere und untere Werkzeugachse.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren finden im wesentlichen folgende Arbeitabläufe statt:
  • 1. Das Werkstück wird in der Beladestation B1 aufgenommen und auf die Beladestation B2 umgesetzt. Es durchläuft die Erwärmungseinrichtung 13 derart, daß vorzugsweise nur die auf der Stirnseite umzuformenden Bereiche des Werkstückes erwärmt werden.
  • 2. Anschließend wird das Werkstück von der Beladestation B2 auf die Beladestation B3 umgesetzt und gelangt anschließend in die Walzstation 16. Mit der Klemmvorrichtung 1 wird der innere Durchmesser des Werkstückes 10 zentrisch zum Werkzeug 2 geklemmt. Mit Zustellung des Werkzeuges 3 während des Walzvorganges wird die Schließvorrichtung 4 zurückgezogen. Nach Beendigung des Walzvorganges und Aufeinanderfahren der Werkzeuge fährt die Entladevorrichtung 17 in die Walzstation und die Klemmvorrichtung 1 wird gelöst.
  • 3. Nach dem Ausschwenken der Entladevorrichtung 17 wird das Werkstück der Entladestation übergeben.
    • Bezugszeichenliste:
    1
    Klemmvorrichtung für 10
    2
    unteres Werkzeug (ohne Zustellung)
    3
    oberes Werkzeug
    4
    innere Bandage der Schließvorrichtung
    5
    äußere Bandage der Schließvorrichtung
    7
    Zustellrichtung für 4
    8
    Zustellrichtung von 3 (senkrecht zu 2)
    9
    Zustellrichtung von 1
    10
    Werkstück
    11
    Transporteinrichtung für 10
    12
    Beladevorrichtung für 13
    13
    Erwärmungseinrichtung für 10
    14
    Erwärmungsstationen für 10
    15
    Beladevorrichtung für 16
    16
    Walzstation
    17
    Entladevorrichtung für 16
    18
    Zustelleinrichtung für 14
    20
    Träger von 1 und 2, untere Wechseleinheit
    21
    Träger von 3 und 4, obere Wechseleinheit
    22
    Drehpunkt für 3
    23
    Verstelleinrichtung für α
    α
    Winkel zwischen 8 und ½ β
    β
    Verstellbereich für α
    W
    Walzstation
    B1, B2
    Beladestation von 13
    B3
    Beladestation von 16
    E
    Entladestation von 16

    Claims (9)

    1. Verfahren zum Ringwalzen der Verzahnung von Kegelrädern, vorzugsweise Kegelrädern mit Hypoidverzahnung, in einem geschlossenen Gesenk, wobei
      von einem vorbehandelten Rohteil ausgegangen wird, dessen außerhalb des Umformbereiches der profilierten Werkzeuge (2, 3) liegende Kontur bereits im wesentlichen der Fertigkontur entspricht,
      vor dem Walzen die umzuformende Kontur erwärmt wird,
      das profilierte Werkzeug (2, 3) zusammen mit mindestens einer sich mitdrehenden Schließvorrichtung (4, 5) einen hinsichtlich der erwärmten Kontur des Werkstückes (10) geschlossenen Raum bildet,
      das Umformen zwischen zwei rotierenden Werkzeugen (2, 3) geschieht und
      das geneigte obere Werkzeug (3) in Richtung seiner Symmetrielinie zugestellt wird, dadurch gekennzeichnet,
      daß die Schließvorrichtung (4, 5) während des Walzvorganges in Zustellrichtung (8) relativ zum oberen profilierten Werkzeug (3) verschoben wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Bandage (4) der Schließvorrichtung (4, 5) während der Zustellung des oberen Werkzeuges (3) entgegen der Zustellrichtung (8) dieses Werkzeuges zurückgezogen wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe der beiden rotierenden Werkzeuge (2, 3) außerhalb des Werkzeugraumes mechanisch oder elektrisch gekoppelt werden.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Rohteile vor dem Walzen außerhalb der Walzvorrichtung (W) erwärmt werden.
    5. Werkzeuganordnung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche bestehend aus zwei rotierenden Werkzeugen (2, 3), die entsprechend den Konturen des zu erzeugenden Kegelrades zueinander geneigt angeordnet sind, wobei das obere profilierte Werkzeug (3) in Richtung seiner Symmetrielinie axial zustellbar ist und die umzuformende Kontur des Werkstücks (10) während des Walzvorganges in einem geschlossenen Raum angeordnet ist, der von dem oberen profilierten Werkzeug (3) und mindestens einer sich mitdrehenden Schließvorrichtung (4, 5) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließvorrichtung aus einer inneren (4) und einer äußeren (5) Bandage besteht, die während des Walzvorganges in Zustellrichtung relativ zu dem oberen profilierten Werkzeug (3) verschiebbar sind.
    6. Werkzeuganordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die innere Bandage (4) der Schließvorrichtung eine mechanische oder hydraulisch wirkende Verstelleinrichtung besitzt.
    7. Werkzeuganordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließvorrichtung (4,5) mindestens die Zahnlücken des oberen Werkzeuges (3) umschließt.
    8. Werkzeuganordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Bandage (4) sich zu Walzbeginn auf dem Werkstück (10) abstützt.
    9. Werkzeuganordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Bandage (5) fest mit dem unteren Werkzeug (2) verbunden ist.
    EP97922945A 1996-05-02 1997-05-02 Verfahren zum walzen von kegelrädern auf einer axial-gesenkwalzmaschine und werkzeuganordnung zu dessen durchführung Expired - Lifetime EP0907437B1 (de)

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    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE19617531 1996-05-02
    DE19617531 1996-05-02
    PCT/EP1997/002255 WO1997041982A1 (de) 1996-05-02 1997-05-02 Verfahren zum walzen von kegelrädern auf einer axial-gesenkwalzmaschine und werkzeuganordnung zu dessen durchführung

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP0907437A1 EP0907437A1 (de) 1999-04-14
    EP0907437B1 true EP0907437B1 (de) 2001-10-17

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    EP (1) EP0907437B1 (de)
    JP (1) JP3299974B2 (de)
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