WO1996003235A1 - Process for producing conical gears and a device for carrying out said process - Google Patents
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- WO1996003235A1 WO1996003235A1 PCT/EP1995/002914 EP9502914W WO9603235A1 WO 1996003235 A1 WO1996003235 A1 WO 1996003235A1 EP 9502914 W EP9502914 W EP 9502914W WO 9603235 A1 WO9603235 A1 WO 9603235A1
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- B21K1/00—Making machine elements
- B21K1/28—Making machine elements wheels; discs
- B21K1/30—Making machine elements wheels; discs with gear-teeth
Definitions
- the present invention relates to a method for producing bevel gearwheels with ready-to-install teeth. It also relates to a device for carrying out the method.
- the known manufacturing processes are limited in their productivity. Usual production rates for forging are about 20 workpieces per minute; in cold forming there are about twice as many.
- the object of the present invention is to provide a method for the production of bevel gears with ready-to-install toothing which allows a significantly higher production rate and thereby a reduction in the production costs for corresponding bevel gears.
- the tooth flank shape should have at least the same quality compared to known manufacturing processes.
- an essential feature of the present invention is thus that the toothing is shaped by transverse extrusion within a multi-stage forming process carried out in a vertically closing multi-stage press.
- the manufacturing rate can be increased significantly compared to known methods.
- the use of the vertically closing multi-stage press, which has not previously been used to form gears, is made possible in that the surface hardness of the dies is at least 50 Rockwell; depending on the geometry of the engraving hard metal dies or dies coated with hard metal or dies made of ceramic materials are used in particular.
- a further basic prerequisite is the cooling of the die engraving adapted to the die geometry to ensure a balanced temperature balance, and the attachment and design of die vents to improve the filling of the teeth with a reduction in the die internal pressure.
- the die life can be further increased in order to reduce the manufacturing costs of the bevel gearwheels by the transverse extrusion press tool used to form the toothing is designed to form a variable radius from tooth to heel of the toothing.
- the same result also contributes if the transverse extrusion die is designed to form one or more transition radii to the active tooth flank of the toothing.
- Another advantage, which results from the two features specified above, is an increase in the load-bearing capacity of the finished gear.
- the production rate can be increased further by the cross extrusion forming the toothing beginning before the tool halves are closed. It has turned out to be particularly favorable if the transverse extrusion to form the toothing begins after about 75% of the closing movement of the tool halves. With such a method, there is generally an optimal value from time saving on the one hand and manufacturing accuracy on the other.
- the transverse extrusion for shaping the toothing begins before the mold half is completely closed. Rather, the transverse extrusion for shaping the toothing can be initiated by a mandrel displacing the material even when the tool is completely closed.
- the inventive method can be in the range of normal forging temperature of 1000 ° - 1250 ° C, in the same manner ( ⁇ C 600 ° -950) be carried out at room temperature or in the semi-warm temperature range.
- the use of a vertically closing multi-stage press leads to a particularly wide range of possible sequences of Forming stages.
- the method according to the invention is thus characterized by a particularly high degree of flexibility and is suitable in this way for the production of bevel gears of the most varied designs.
- one or more preforming steps can be carried out after the blank has been sheared off and before the transverse extrusion to form the toothing.
- the workpiece can also be perforated before or after the transverse extrusion.
- the following sequence of steps is also possible: scissors-preforming-cup-perforating-cross extrusion.
- the number of deformation stages can be selected as a function of the required gear quality. With a corresponding number of deformation stages, for example, a tooth quality of at least 9 according to DIN 3965 can be achieved.
- the closing gap on the rear tool is expediently designed such that the horizontal force component in the punch caused by the spherical calotte shape is compensated.
- the stamp shape is designed so that the edge does not break away. In other words, the dimensioning of the stamp is matched to the horizontal forces caused by the spherical spherical shape.
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Abstract
In the proposed process for producing conical gears with built-in toothing, the gears are shaped in a multistage process in a vertically closing multistage press in which the dies have a surface hardness of at least 50 (RHN). The teeth are formed by lateral extrusion, preferably before the tool halves are closed.
Description
Verfahren zur Herstellung von KegelZahnrädern und Vorrichtung zur Durchführung des Method for producing bevel gears and device for carrying out the
VerfahrensProcedure
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfah¬ ren zur Herstellung von KegelZahnrädern mit einbaufertiger Verzahnung. Sie betrifft des¬ weiteren eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method for producing bevel gearwheels with ready-to-install teeth. It also relates to a device for carrying out the method.
Es ist bekannt, Kegelzahnräder durch Schmieden im halbwarmen oder warmen Zustand herzustel¬ len. Ein derartiges Schmiedeverfahren, bei dem die Kegelradform in einem Arbeitsgang in einem Schmiedegesenk erzeugt wird, ist beispiels¬ weise in der europäischen Patentanmeldung 275561 beschrieben. Auch das Herstellen von Kegelzahnrädern durch Kaltumformen ist bekannt. Bekannt sind schließlich auch Verfah¬ ren, bei denen Schmieden und Kaltumformen miteinander kombiniert sind.It is known to produce bevel gears by forging in the semi-warm or warm state. Such a forging process, in which the bevel gear shape is produced in one operation in a forging die, is described, for example, in European patent application 275561. The production of bevel gears by cold forming is also known. Finally, processes are also known in which forging and cold forming are combined with one another.
Die bekannten Herstellungsverfahren sind hinsichtlich ihrer Produktivität begrenzt. Übliche Herstellungsraten beim Schmieden sind etwa 20 Werkstücke pro Minute; beim Kaltumfor¬ men sind es etwa doppelt so viele.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Kegelzahnrädern mit einbaufertiger Verzahnung zu schaffen, das eine deutlich höhere Herstellungsrate und hierdurch eine Senkung der Herstellungskosten für entsprechende Kegelzahnräder zuläßt. Dabei soll die Zahnflankenausformung verglichen mit bekannten Herstellungsverfahren mindestens die selbe Qualität aufweisen.The known manufacturing processes are limited in their productivity. Usual production rates for forging are about 20 workpieces per minute; in cold forming there are about twice as many. The object of the present invention is to provide a method for the production of bevel gears with ready-to-install toothing which allows a significantly higher production rate and thereby a reduction in the production costs for corresponding bevel gears. The tooth flank shape should have at least the same quality compared to known manufacturing processes.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Herstellverfahren für Kegelzahnräder gelöst. Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist somit, daß die Ausformung der Verzahnung durch Querfließpressen innerhalb eines mehrstufigen, in einer vertikal schlie¬ ßenden Mehrstufenpresse durchgeführten Umform¬ verfahrens erfolgt. Durch die Verwendung einer axial schließenden Mehrstufenpresse zur Her¬ stellung der Kegelzahnräder mit einbaufertiger Verzahnung läßt sich die Herstellungsrate gegenüber bekannten Verfahren bedeutend steigern. Die Verwendung der bisher zur Ausformung von Verzahnungen nicht verwendeten vertikal schließenden Mehrstufenpresse wird dabei dadurch ermöglicht, daß die Oberflächen¬ härte der Gesenke mindestens 50 Rockwell beträgt; je nach Geometrie der Gravur können
dabei insbesondere auch Hartmetallgesenke oder mit Hartmetall beschichtete Gesenke oder Gesenke aus keramischen Werkstoffen zum Einsatz kommen. Eine weitere Grundvorausset¬ zung ist die an die Gesenkgeometrie angepaßte Kühlung der Gesenkgravur zur Sicherstellung eines ausgeglichenen Temperaturhaushaltes, sowie die Anbringung und Gestaltung von Gesenkentlüftungen zur Verbesserung der Verzahnungsfüllung mit Erniedrigung des Gesenkinnendruckes. Die Gesenklebensdauer läßt sich dabei zur Senkung der Herstellkosten der Kegelzahnräder weiter steigern, indem das der Ausformung der Verzahnung dienende Querfließ- Preßwerkzeug zur Ausformung eines variablen Radius von Zahn zur Ferse der Verzahnung aus¬ gebildet ist. Zu dem gleichen Ergebnis trägt auch bei, wenn das Querfließ-Preßwerkzeug zur Ausformung eines oder mehrerer Übergangsradien zur aktiven Zahnflanke der Verzahnung ausge¬ bildet ist. Ein weiterer Vorteil, der sich durch die beiden vorstehend angegebenen Merk¬ male ergibt, ist eine Zunahme der Tragfähig¬ keit des fertigen Zahnrades.According to the present invention, this object is achieved by the manufacturing method for bevel gears specified in claim 1. An essential feature of the present invention is thus that the toothing is shaped by transverse extrusion within a multi-stage forming process carried out in a vertically closing multi-stage press. By using an axially closing multi-stage press to manufacture the bevel gears with ready-to-install teeth, the manufacturing rate can be increased significantly compared to known methods. The use of the vertically closing multi-stage press, which has not previously been used to form gears, is made possible in that the surface hardness of the dies is at least 50 Rockwell; depending on the geometry of the engraving hard metal dies or dies coated with hard metal or dies made of ceramic materials are used in particular. A further basic prerequisite is the cooling of the die engraving adapted to the die geometry to ensure a balanced temperature balance, and the attachment and design of die vents to improve the filling of the teeth with a reduction in the die internal pressure. The die life can be further increased in order to reduce the manufacturing costs of the bevel gearwheels by the transverse extrusion press tool used to form the toothing is designed to form a variable radius from tooth to heel of the toothing. The same result also contributes if the transverse extrusion die is designed to form one or more transition radii to the active tooth flank of the toothing. Another advantage, which results from the two features specified above, is an increase in the load-bearing capacity of the finished gear.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung läßt sich die Herstellungsrate weiter steigern, indem das die Verzahnung ausformende Querfließpressen beginnt, bevor
die Werkzeughälften geschlossen sind. Als besonders günstig hat sich dabei herausge¬ stellt, wenn das Querfließpressen zur Ausfor¬ mung der Verzahnung nach etwa 75 % der Schließbewegung der Werkzeughälften beginnt. Bei einer derartigen Verfahrensführung ergibt sich im allgemeinen ein Optimalwert aus Zeitersparnis einerseits und Fertigungsgenau¬ igkeit andererseits.According to a preferred development of the invention, the production rate can be increased further by the cross extrusion forming the toothing beginning before the tool halves are closed. It has turned out to be particularly favorable if the transverse extrusion to form the toothing begins after about 75% of the closing movement of the tool halves. With such a method, there is generally an optimal value from time saving on the one hand and manufacturing accuracy on the other.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es jedoch keineswegs zwingend, daß das Quer¬ fließpressen zur Ausformung der Verzahnung beginnt, bevor die Werkzeughälfte vollständig geschlossen sind. Vielmehr kann das Querflie߬ pressen zur Ausformung der Verzahnung auch bei vollständig geschlossenem Werkzeug durch einen das Material verdrängenden Dorn eingeleitet werden.In the context of the method according to the invention, however, it is in no way imperative that the transverse extrusion for shaping the toothing begins before the mold half is completely closed. Rather, the transverse extrusion for shaping the toothing can be initiated by a mandrel displacing the material even when the tool is completely closed.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann im Bereich der üblichen Schmiedetemperatur von 1000°- 1250°C, in gleicher Weise bei Raumtemperatur oder aber im halbwarmen Temperaturbereich (ca. 600°-950βC) durchgeführt werden.The inventive method can be in the range of normal forging temperature of 1000 ° - 1250 ° C, in the same manner (β C 600 ° -950) be carried out at room temperature or in the semi-warm temperature range.
Die Verwendung einer vertikal schließenden Mehrstufenpresse führt zu einer besonders großen Bandbreite von möglichen Abfolgen von
Umformstufen. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich somit durch eine besonders hohe Flexibilität aus und eignet sich auf diese Weise zur Herstellung von Kegelzahnrädern unterschiedlichster Gestaltungen. Insbesondere können nach dem Abscheren des Rohlings und vor dem Querfließpressen zur Ausformung der Ver¬ zahnung ein oder mehrere Vorformschritte durchgeführt werden. Vor oder nach dem Quer¬ fließpressen kann das Werkstück darüberhinaus gelocht werden. Auch ist, bei einer besonders bevorzugten Weiterbilung des Verfahrens, die folgende Schrittfolge möglich: Scheren-Vorfor- men-Napfen-Lochen-Querfließpressen. Die Zahl der Verformungsstufen kann bei dem erfindungs- gemäβen Verfahren in Abhängigkeit von der geforderten Verzahnungsqualität gewählt werden. Durch eine entsprechende Anzahl von Verformungsstufen läßt beispielsweise eine Verzahnungsgualität von mindestens 9 nach DIN 3965 erreichen.The use of a vertically closing multi-stage press leads to a particularly wide range of possible sequences of Forming stages. The method according to the invention is thus characterized by a particularly high degree of flexibility and is suitable in this way for the production of bevel gears of the most varied designs. In particular, one or more preforming steps can be carried out after the blank has been sheared off and before the transverse extrusion to form the toothing. The workpiece can also be perforated before or after the transverse extrusion. In a particularly preferred further development of the method, the following sequence of steps is also possible: scissors-preforming-cup-perforating-cross extrusion. In the method according to the invention, the number of deformation stages can be selected as a function of the required gear quality. With a corresponding number of deformation stages, for example, a tooth quality of at least 9 according to DIN 3965 can be achieved.
Bei der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten axial schließenden Mehrstufenpresse ist der Schließspalt am rück¬ seitigen Werkzeug zweckmäßigerweise derart gestaltet, daß der durch die sphärische Kalot¬ tenform verursachte horizontale Kraftanteil im Stempel kompensiert wird. Die Stempelform ist
dabei so ausgebildet, daß die Kante nicht weg¬ bricht. Mit anderen Worten, die Dimensionie¬ rung des Stempels ist auf die durch die sphärische Kalottenform verursachten horizon¬ talen Kräfte abgestimmt.
In the axially closing multi-stage press used to carry out the method according to the invention, the closing gap on the rear tool is expediently designed such that the horizontal force component in the punch caused by the spherical calotte shape is compensated. The stamp shape is designed so that the edge does not break away. In other words, the dimensioning of the stamp is matched to the horizontal forces caused by the spherical spherical shape.
Claims
1. Verfahren zur Herstellung von Kegelzahn¬ rädern mit einbaufertiger Verzahnung, bei dem die Zahnräder durch eine mehrstufige Umformung in einer vertikal schließenden Mehrstufenpresse mit einer Oberflächen¬ härte der Gesenke von mindestens 50 Rock¬ well geformt werden und bei dem die Aus¬ formung der Verzahnung durch Querflie߬ pressen erfolgt, das bevorzugt beginnt, bevor die Werkzeughälften geschlossen sind.1. A process for the production of bevel gears with ready-to-install gearing, in which the gears are shaped by a multi-stage forming in a vertically closing multi-stage press with a surface hardness of the dies of at least 50 Rockwell and in which the shaping of the gearing is carried out by transverse extrusion, which preferably begins before the mold halves are closed.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Querfließpressen zur Ausformung der Verzahnung bei etwa 3/4-geschlossenen Werkzeughälften beginnt.2. The method according to claim 1, characterized in that the transverse extrusion for forming the toothing begins at about 3/4 closed tool halves.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Querfließpressen zur Ausformung der Verzahnung bei geschlossenem Werkzeug durch einen Dorn eingeleitet wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the transverse extrusion for forming the toothing is initiated by a mandrel when the tool is closed.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Gestaltung des Schließspalts am rückseitigen Werkzeug der durch die sphärische Kalottenform verur¬ sachte horizontale Kraftanteil im Stempel kompensiert wird.4. The method according to claim 1, characterized in that by appropriate design of the closing gap on the rear tool the spherical calotte shape compensates for the horizontal force component in the punch.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformung bei kaltem oder halbwar¬ mem Material erfolgt.5. The method according to claim 1, characterized in that the forming takes place with cold or semi-warm material.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Querfließpressen mindestens ein Vorformschritt vorausgeht.6. The method according to claim 1, characterized in that the transverse extrusion is preceded by at least one preforming step.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelräder in einer Zwischenstufe gelocht werden.7. The method according to claim 1, characterized in that the bevel gears are perforated in an intermediate stage.
8. Verwendung einer axial schließenden Mehr- stufenpresse zum Herstellen eines Kegel¬ zahnrades mit einbaufertiger Verzahnung durch mehrstufige Umformung.8. Use of an axially closing multi-stage press for producing a bevel gear with ready-to-install teeth by multi-stage forming.
9. Axial schließende Mehrstufenpresse zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Querfließ-Preßwerkzeug zur Ausfor¬ mung einer Verzahnung, deren Fußausrun- dungsradius von dem Modul abhängt, ausge¬ bildet ist.9. Axially closing multi-stage press for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the transverse extrusion press tool for Ausfor¬ formation of a toothing, the Ausrundrun- depends on the module, is formed.
10. Axial schließende Mehrstufenpresse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Querfließ-Preßwerkzeug zur Ausfor¬ mung eines variablen Radius von Zahn zur Ferse der Verzahnung ausgebildet ist.10. Axially closing multi-stage press according to claim 9, characterized in that the transverse extrusion press tool is designed to form a variable radius from tooth to heel of the toothing.
11. Axial schließende Mehrstufenpresse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Querfließ-Preßwerkzeug zur Ausfor¬ mung eines oder mehrerer Übergangsradien zur aktiven Zahnflanke der Verzahnung aus¬ gebildet ist.11. Axially closing multi-stage press according to claim 9, characterized in that the transverse extrusion die for Ausfor¬ formation of one or more transition radii to the active tooth flank of the toothing is formed.
12. Axial schließende Mehrstufenpresse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Querfließ-Preßwerkzeug in der Verzahnungsgravur an jeder Zahnform eine oder mehrere Entlüftungsbohrungen aufweist, dergestalt, daß Gase und Kühl- mittelreste entweichen können, aber kein Austritt des Werkstoffes oder eine Abbil¬ dung der Entlüftung am Werkstück erfolgt. 12. Axially closing multi-stage press according to claim 9, characterized in that the cross-flow pressing tool in the tooth engraving has one or more vent holes on each tooth shape in such a way that gases and coolant residues can escape, but no leakage of the material or an image venting takes place on the workpiece.
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