EP2148752B1 - Verfahren zur herstellung von hohlwellengrundkörpern - Google Patents
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- EP2148752B1 EP2148752B1 EP08758076A EP08758076A EP2148752B1 EP 2148752 B1 EP2148752 B1 EP 2148752B1 EP 08758076 A EP08758076 A EP 08758076A EP 08758076 A EP08758076 A EP 08758076A EP 2148752 B1 EP2148752 B1 EP 2148752B1
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- preform
- hollow shaft
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- forging process
- incremental forming
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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
- B21K1/06—Making machine elements axles or shafts
- B21K1/10—Making machine elements axles or shafts of cylindrical form
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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
- B21J5/10—Piercing billets
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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
- B21K1/06—Making machine elements axles or shafts
- B21K1/063—Making machine elements axles or shafts hollow
Definitions
- EP 1 745 870 A1 discloses a method for producing hollow shaft main bodies, this method being characterized in that in a first step, the outer surface of a cylindrical starting material is machined by forming to obtain at least a predetermined diameter transition in the longitudinal direction of a base body. During this first step, namely by means of a cross wedge rolling process, a hole should also be formed by means of one or two dome. Thereafter, in a further method step, namely by incremental forming, the outer and / or inner surface of the base body is produced.
- the present invention has for its object to overcome these disadvantages and to ensure a simpler and cheaper production and to further optimize the conservation of resources.
- expensive developments of tools are to be avoided, furthermore the productivity is to be significantly improved and, moreover, to provide a preform with optimum quality for the subsequent processing steps to be performed.
- the production of the hole should be made so that for most applications, a reworking of the same is no longer necessary, because in the manufacturing method of the invention described below, holes can be created so that a subsequent alignment of the bore is no longer required because of a dome.
- the blanks By producing a preform or a blank by a forging process in a multi-stage tool, the blanks can be made in simple tools and also provided with a bore and then serve as a raw material for the next step.
- the bore can either only partially be introduced into the body or be continuous. Even with continuous drilling only a small amount of waste is present through the appropriately for forging process belonging punching the Butzens.
- Forging tools By the use of forging tools a particularly favorable mass production is possible.
- the previously mentioned punching the Butzens can also be done in a separate operation in a tool outside of a forging tool.
- the forming into a preform can also be done in a forming process, the half-warm or - z. B. depending on the required degree of deformation or application - is carried out cold.
- the preform thus produced is further reshaped, namely the inner and / or outer surface is reshaped, is suitable in particularly favorable manner the so-called rotary swaging, which may be application or product-related cold or Halbwarmrundkneten.
- rotary swaging which may be application or product-related cold or Halbwarmrundkneten.
- the preform during the first step of producing the preform, it is provided with an undercut. This is done by using a pusher tool at one of the forging stages during the forging process which consists of several segments which can be moved onto the body to be forged and which are moved together during the pressing process and moved apart again to eject the part.
- FIGS. 1 and 2 merely serve to explain sub-steps of the erfindungsgeze ⁇ en method.
- the preform 1a has a shank portion 2a and a flange portion 3a and a through hole 4a.
- the shaft region as well as the bore may be cylindrical or conical.
- the preform 1a is made by a forging process, which is performed in a multi-stage mold.
- One of the consequences of the bore 4a is introduced to a slug 5.
- This slug is either punched out in a next station or can be punched out in a tool outside the forging tool.
- the preform 1a is converted into the hollow shaft main body 1b, in particular incrementally, in particular by swaging, while the flange region 3a can be largely retained and the incremental deformation carried out in the region adjoining the region 3b.
- a cylindrical or profiled dome can be inserted in sections from the side facing away from the flange region 3a by corresponding preforming of the regions 2b and 2b '.
- FIG. 2 shows a further form, wherein the upper portion 11 a of FIG. 2 represents the preform and the lower portion in turn the hollow shaft main body 11b.
- the introduced in the forging process bore 12a extends only partially through the blank 11a, the area generated by incremental forming is denoted by 13.
- the preform 21a produced by forging is provided with an undercut 22 which, like the blank 21a, is made by forging.
- the at the bottom of the FIG. 3 illustrated hollow shaft main body 21 b is formed in the region 23 by swaging.
- the region 23 may be supported by a mandrel during the forming process depending on the desired inner shape.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Forging (AREA)
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
Description
- Durch die
EP 1 745 870 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Hohlwellengrundkörpern bekannt geworden, wobei sich dieses Verfahren dadurch auszeichnet, dass in einem ersten Schritt die äußere Oberfläche eines zylindrischen Ausgangsmaterials durch Umformen bearbeitet wird, um wenigstens einen vorbestimmten Durchmesserübergang in der Längsrichtung eines Grundkörpers zu erhalten. Während dieses ersten Schrittes, nämlich mittels eines Querkeilwalz-Prozesses, soll auch eine Bohrung mittels eines oder zweier Dome eingeformt werden. Danach wird in einem weiteren Verfahrensschritt, nämlich durch inkrementelles Umformen, die äußere und/oder innere Oberfläche des Grundkörpers hergestellt. - Abgesehen davon, dass die gleichzeitige Durchführbarkeit des Querkeilwalzens sowie das Einbringen mindestens eines Domes von wenigstens einer Seite zur Erzeugung wenigstens einer Bohrung zweifelhaft erscheint, ist das dort beschriebene Verfahren mit erheblichen Nachteilen behaftet, insbesondere sind teure und entwicklungsaufwendige Werkzeuge zur Durchführung des Querkeilwalzens erforderlich und die erzielbaren Taktzeiten sind hoch, d. h. es sind nur geringe Stückzahlen pro Zeiteinheit zu verwirklichen. Das in der EP OS angeführte Argument einer Ressourcenschonung mag bei der als alternativ angeführten Möglichkeit der Herstellung der Bohrung durch Fließpressen noch gelten (beim Fließpressen fällt lediglich ein relativ kleiner Butzen als Abfall an). Jedoch ist das Querkeilwalzen selbst hinsichtlich einer Ressourcenschonung nicht optimal, denn wie bekannt, muss am Ende eines jeden Querkeilwalz-Prozesses an den beiden Wellenenden der beim Querwalzen über die aktive Werkzeug-Länge hinaus gedrückte Materialanteil anschließend abgeschert werden und liegt dann als Abfall vor. Verschlechtert wird die Ressourcensituation darüber hinaus noch, wenn - wie als weitere mögliche Lösung angeführt - die Bohrung vor oder nach dem Querkeilwalz-Prozess spangebend hergestellt wird (wobei unklar bleibt, ob dieser Prozess als weiterer Schritt zu werten ist).
- Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, diese angeführten Nachteile zu beseitigen und eine einfachere und preiswertere Herstellung zu gewährleisten sowie die Ressourcenschonung weiter zu optimieren. Darüber hinaus sollen teure Entwicklungen von Werkzeugen vermieden werden, weiterhin soll die Produktivität deutlich verbessert werden und darüber hinaus, für die nachfolgend durchzuführenden Bearbeitungsschritte eine Vorform mit optimaler Qualität zur Verfügung zu stellen. Außerdem soll die Herstellung der Bohrung so erfolgen, dass für die meisten Anwendungsfälle eine Nachbearbeitung derselben nicht mehr erforderlich ist, denn beim nachstehend beschriebenen Herstellverfahren der Erfindung können Bohrungen so erzeugt werden, dass ein nachträgliches Ausrichten der Bohrung wegen Verlaufen eines Domes nicht mehr erforderlich ist.
- Das Verfahren zur Herstellung von mit mindestens einer Hohlwellengrundkörpern gemäß der Erfindung zeichnet sich nun durch die in Anspruch 1 definierten Schritte aus.
- Durch die Herstellung eines Vorformlings bzw. eines Rohlings durch einen Schmiedeprozess in einem Mehrstufenwerkzeug können die Rohlinge in einfachen Werkzeugen hergestellt und auch mit einer Bohrung versehen werden und dienen sodann als Ausgangserzeugnis für den weiteren Schritt. Die Bohrung kann dabei entweder nur teilweise in den Grundkörper eingebracht werden oder auch durchgehend sein. Selbst bei durchgehender Bohrung ist lediglich ein geringer Abfall durch das zweckmäßigerweise zum Schmiedeprozess hinzugehörende Ausstanzen des Butzens vorhanden. Durch die Anwendung von Schmiedewerkzeugen ist eine besonders günstige Großserienherstellung ermöglicht. Das vorhin erwähnte Ausstanzen des Butzens kann aber auch in einem separaten Arbeitsgang in einem Werkzeug außerhalb eines Schmiedewerkzeuges erfolgen. Das Umformen zu einem Vorformling kann aber auch in einem Umformprozess erfolgen, der halbwarm oder - z. B. je nach erforderlichem Umformgrad oder Anwendungsfall - auch kalt durchgeführt wird.
- Als weiterer Schritt, bei dem der so erzeugte Vorformling weiter umgeformt wird, nämlich die innere und/oder äußere Oberfläche umgeformt wird, eignet sich in besonders günstiger Weise das sogenannte Rundkneten, welches anwendungs- oder produktbedingt ein Kalt- oder Halbwarmrundkneten sein kann. Dadurch lässt sich in besonders preiswerter Weise und bei maximaler Materialausnutzung eine endkontumahe Geometrie erzeugen. Weiterhin liegt dadurch ein optimaler und ungeschnittener Faserverlauf vor, wodurch die Belastbarkeit günstig beeinflusst wird. Während dieses zweiten Arbeitsschrittes kann in besonders vorteilhafter Weise die Bohrung wenigstens eines der hohlen Wellenenden durch das inkrementelle Verfahren verschlossen werden.
- Weiterhin wird erfindungsgemäβ während des ersten Schrittes zur Erzeugung des Vorformlings dieser mit einem Hinterschnitt versehen. Dies erfolgt dadurch, dass während des Schmiedevorganges an einer der Schmiedestufen ein Schieberwerkzeug eingesetzt wird, das aus mehreren auf den zu schmiedenden Körper zubewegbaren Segmenten besteht, die beim Pressvorgang zusammengefahren sind und zum Auswerfen des Teiles wieder auseinander bewegt werden.
- Anhand der
Figuren 1-3 sei die Erfindung näher erläutert, wobei dieFiguren 1 und2 lediglich der Erläuterung von Teilschritten des erfindungsgemäβen Verfahrens dienen. - Dabei zeigen die oberen Hälften der
Figuren 1-3 jeweils den Vorformling und die unteren Hälften, die daraus hergestellten Hohlwellenkonturen. - In
Figur 1 weist der Vorformling 1a einen Schaftabschnitt 2a und einen Flanschabschnitt 3a auf sowie eine durchgehende Bohrung 4a. Der Schaftbereich als auch die Bohrung können zylindrisch oder konisch ausgebildet sein. - Der Vorformling 1a ist durch einen Schmiedevorgang hergestellt, welcher in einem Mehrstufenwerkzeug durchgeführt wird. Einer der Folgen wird die Bohrung 4a bis zu einem Butzen 5 eingebracht. Dieser Butzen wird entweder in einer nächsten Station ausgestanzt oder kann in einem Werkzeug außerhalb des Schmiedewerkzeuges ausgestanzt werden.
- In einem zweiten Schritt wird der Vorformling 1a zu dem Hohlwellengrundkörper 1b umgearbeitet und zwar inkrementell wie insbesondere durch Rundkneten, dabei kann der Flanschbereich 3a weitgehend erhalten werden und die inkrementelle Umformung im sich an den Bereich 3b anschließenden Bereich durchgeführt werden. Je nach gewünschter Innenkontur 4b, kann durch entsprechendes Vorformen der Bereiche 2b und 2b' abschnittsweise ein zylindrischer oder profilierter Dom von der dem Flanschbereich 3a abgekehrten Seite her eingeschoben werden.
- Der Bereich 2b' kann am Ende auch durch inkrementelles Umformen derart verkleinert werden, so dass die Bohrung 4b an ihrem Endbereich verschlossen ist.
-
Figur 2 zeigt eine weitere Form, wobei der obere Bereich 11 a derFigur 2 den Vorformling darstellt und der untere Bereich wiederum den Hohlwellengrundkörper 11b. Hier reicht die im Schmiedeprozess eingebrachte Bohrung 12a nur teilweise durch den Rohling 11a hinein, der durch inkrementelles Umformen erzeugte Bereich ist mit 13 bezeichnet. - In
Figur 3 ist der durch Schmieden hergestellte Vorformling 21a mit einem Hinterschnitt 22 versehen, der, ebenso wie der Rohling 21 a, durch Schmieden hergestellt ist. - Der im unteren Bereich der
Figur 3 dargestellte Hohlwellengrundkörper 21 b ist im Bereich 23 durch Rundkneten umgeformt. Der Bereich 23 kann je nach gewünschter Innenform während des Umformprozesses durch einen Dorn abgestützt sein.
Claims (7)
- Verfahren zur Herstellung von mit einer Bohrung versehenen HohlwellenGrundkörpern, umfassend:- einen ersten Schritt, in welchem die äußere Oberfläche eines zylindrischen Ausgangsmaterials durch Umformen in einem Schmiedeprozess in einem Mehrstufenwerkzeug zu einem Vorformling (1a; 11a; 21a), welcher einen Schaftabschnitt (2a) und einen Flanschabschnitt (3a) aufweist, bearbeitet wird, wobei in einer der Folgen wenigstens ein vorbestimmter Durchmesserübergang in Längsrichtung des Vorformlings sowie eine sich zumindest teilweise hindurch erstreckende Bohrung (4a; 12a) erzeugt wird, wobei der Vorformling in einer der Schmiedestufen über ein Schieberwerkzeug, welches aus mehreren auf den zu schmiedenden Körper zubewegbaren Segmenten besteht, während des ersten Schrittes mit einem Hinterschnitt (22) versehen wird, indem die Segmente während des Pressvorgangs zusammengefahren sind,wobei zum Auswerfen des Vorformlings die Segmente auseinander bewegt werden,
und- einen zweiten Schritt, in welchem der Vorformling (1a; 11a; 21a) durch Umformen der äußeren und/oder inneren Oberfläche des Vorformlings inkrementell zu dem Hohlwellengrundkörper (1b; 11b; 21b) umgeformt wird, wobei der Flanschabschnitt (3a) des Vorformlings weitgehend erhalten bleibt und die inkrementelle Umformung an dem sich an den Flanschabschnitt anschlieβenden Schaftabschnitt (2b; 13, 23) des Vorformlings durchgeführt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schritt ein Rundkneten ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen zu einem Vorformling in halbwarmem Zustand erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen zu einem Vorformling in kaltem Zustand erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das inkrementelle Umformen in halbwarmem Zustand erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das inkrementelle Umformen kalt erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Hohlenwellenenden des Vorformlings durch inkrementelles Umformen wieder verschlossen wird.
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