WO1996027460A1 - Herstellung der nocke durch kaltumformung auf fertigmass - Google Patents

Herstellung der nocke durch kaltumformung auf fertigmass Download PDF

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WO1996027460A1
WO1996027460A1 PCT/CH1996/000067 CH9600067W WO9627460A1 WO 1996027460 A1 WO1996027460 A1 WO 1996027460A1 CH 9600067 W CH9600067 W CH 9600067W WO 9627460 A1 WO9627460 A1 WO 9627460A1
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cam
stage
shape
grinding
circumferential
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PCT/CH1996/000067
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Inventor
Karl Mettler
Original Assignee
Karl Mettler
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Publication date
Application filed by Karl Mettler filed Critical Karl Mettler
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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
    • B21K1/12—Making machine elements axles or shafts of specially-shaped cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H53/00—Cams ; Non-rotary cams; or cam-followers, e.g. rollers for gearing mechanisms
    • F16H53/02—Single-track cams for single-revolution cycles; Camshafts with such cams
    • F16H53/025—Single-track cams for single-revolution cycles; Camshafts with such cams characterised by their construction, e.g. assembling or manufacturing features

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a cam according to the preamble of claim 1 and its manufacture.
  • cams such as those be employed in assembled multitr 'ückigen camshafts for internal combustion engines for controlling valves.
  • the invention relates not only to cams which are used in camshafts in internal combustion engines, but can also be used wherever cams are required in large quantities for other purposes and there are cost advantages in terms of production technology.
  • the invention strives, on the one hand, to produce the cam with a low grinding allowance by cold forming without cost disadvantages for the cam, and on the other hand to produce the cam to the finished size by cold forming, in order to avoid regrinding of the cam shape, what According to the invention this enables:
  • a thermal treatment in the protective gas may possibly be necessary, hardening of the cam curve, e.g. by induction hardening, machining the hole in the cam, taking into account the cams without grinding allowance, the stroke () of the hole to the cam! curve 0.025 / 0.06 mm, assembly of the cams on the shaft, then machining cams with oversize cam shape grinding and microfinish. Machining cams without oversize, microfinish.
  • cams produced according to these processes are characterized by high dimensional accuracy, which allows, if necessary, the grinding allowance to be kept within a radius of 0.2 - 0.4 mm depending on the joining process.
  • investments in camshaft grinding machines can be reduced by 25 - 45%.
  • the cam grinding machines are completely eliminated.
  • Fig. 1-3 shows cam versions how they are used for control shafts (Fig. 1 + 3) for drive partner roller or roller rocker arm (Fig. 2) drive partner hydr.
  • FIG. 4 shows a cross section according to the invention through a compression molding die, die cut, stage in the initial state, stage compressed in cam shape, punch in the start position and end position
  • G. 6-15 shows a stage walk shown according to the invention
  • FIG. 17 shows a camshaft section shown according to the invention with four assembled cams, cams microfinish machined
  • FIG. 1-3 shows typical cam shapes, such as those used today in control shafts in internal combustion engines.
  • FIG. 1 and (Fig. 3) have as rocket partners roller rocker arm or rocker arm, the cam elevation (1) and. (3), approx. 3-6 mm.
  • FIG. 3) has a negative elevation radius 4, this cam can not be machined according to (Fig. 3) with the normal cam grinding machines, the cam shape grinding is carried out on a belt grinding machine, this is necessary to enable economical belt grinding that the grinding allowance ⁇ 0.2 mm is held.
  • FIG. 2 has a hydr. Cup tappet, the cam elevation (2) is approx. 8-11 mm, the
  • the cam in its jacket shape has a bevel (12) all the way around in the axial direction.
  • FIG. 1 including the side view, the geometric and surface requirements are shown, which also apply analogously to (Fig. 2) and (Fig. 3).
  • These requirements for the cam apply in the final state, ie cams mounted on the shaft, camshaft ready for installation in the cylinder head.
  • Base radius (5) with tolerance specification, cam elevation curve (6), design according to the table of the motor manufacturer, cam curve tolerance specifications (7), surface roughness (8), cam width (9) results from the specified minimum contact line of the respective driving partner as well as the respective additions for radius (10) required by cam manufacturing processes and the tool-related separation itself Resulting expression of the cam shape (11), the execution of the bore (28) depends on the selected joining process.
  • FIG. 4 shows, according to the invention, a cross section through a compression die (13) with the incorporated shape contours (14) as these are necessary in order to produce the stages (FIG. 11).
  • the width of the shape contour (14), not shown here is at least so wide that the stage width (FIG. 7 or 8) can be inserted without hindrance and removed after the upsetting process.
  • FIG. 11 shows a top view of the stage (FIG. 11) according to the invention, the circumferential shaping contour of the embossing die (26) and the circumferential gap (27) as is given by the outside shape of the stage (FIG. 11) and the
  • 6-16 shows a stage plan according to the invention, in which the operations are shown to produce a cam with a small grinding allowance or a cam without a grinding allowance.
  • the starting material is a round steel bar
  • the material quality is an unalloyed or alloyed tempering steel or induction steel, annealed to the best deformability, the surface free of cracks and no decarburization at the edges the surface roughness requirement depends on the cam stage (FIG. 12), ie (Fig. 12) with a minimum grinding allowance a roughness class N 9 is sufficient, without a grinding allowance roughness N 6 /
  • Fig. 7 shows the stage gripped on both sides (29), the chamfer is designed so that after the embossing on the stage (Fig. 12 / Fig. 13) there is no sharp edge (34).
  • Fig. 8 shows the stage rounded edges on both sides (30), by trowalizing, with the Trowal method, the surface roughness is improved at the same time, which has an advantageous effect in the stage (Fig. 12) or (Fig. 14) without grinding measurement, it can be useful be directly from the stage (Fig. 6), without starting out chamfers loudly (Fig. 7).
  • the stages (FIG. 7) or (FIG. 8) are subjected to a wet treatment, phosphating, greasing as is customary in cold forming.
  • 10 shows a stage on which a surface (31) is formed on both sides, this is always expedient when there are small cam elevations of 3 mm and small cam base radii. The geometry resulting from the shaping on
  • the circumference should be as close as possible to the final shape of the cam of the associated stages (FIG. 12) after the embossing operation.
  • the cylindrical stage (FIG. 9) is transformed into (FIG. 10) on a mechanical or hydraulic press, in that the stage (FIG. 9) is between two flat bodies,
  • Die / punch is compressed free-form with a force acting on the stage (FIG. 9).
  • FIG. 11 shows a stage as it is produced by molding, the generation of the stage according to (FIG. 11), explained under (FIG. 4).
  • FIG. 11 is as follows: the cylindrical stage (Fig. 9) is formed into (Fig. 11) on a mechanical or hydr. Press, the stage (FIG. 9) is inserted into the mold die (13) clamped in the tool block, the die, which is clamped in the vertically movable plunger, moves vertically with an applied force P (25), ie the stamp penetrates into the die (13), and the shaping stamp hits the stage (FIG. 9), so that the forming process of the stage (FIG. 9) to form the stage (FIG. 11) begins. After completing the
  • Fig. 12/13 shows the stage in top view and in side view in section A-A as it is removed after the embossing die has been shaped.
  • the circumferential shape of the cam (32) is either subjected to the required grinding allowance, or the external cam shape (32) of the die is designed such that the required accuracy, as shown in
  • Fig. 1-3 is given, that is, without grinding allowance.
  • the circumferential radius (33) is the in the Embossing die given radius formed.
  • the peripheral edge (34) is formed freely by the material flow.
  • the formation of the edge (34) is influenced by the formation of the edge accordingly (Fig. 7/29) or (Fig. 8/30), which must be designed accordingly, so that no sharp edge is formed on the peripheral edge (34) .
  • a depression (35) can be pressed into the center of the cam.
  • Marking (36) serves to identify the cam type by arranging them geometrically differently.
  • the stages (FIG. 12) are expediently produced on a mechanical toggle press, as is usually used for stamping operations. The workflow runs automatically.
  • Fig. 14 calibrate cam, this operation is only necessary for cams which are manufactured without grinding allowance and only necessary if the quality of the cam (Fig. 12) is not sufficient.
  • Example a calibration of the cam is necessary to improve the surface roughness of the cam curve, respectively. to bring to the required value.
  • the cam is calibrated by ironing by pushing the cam through a drawing die.
  • the drawing die is made of hard metal or steel die with a hard coating.
  • Tolerances can be improved.
  • the operation calibration on a mechanical or hydr. Press can be carried out, expediently this can also be carried out on the toggle press together with transfer with the embossing (FIG. 12).
  • FIG. 15 induction hardened cam shape edge (38) all the way to the width of the cam, the hardness as well as the hardening depth depends on the given requirements.
  • the execution takes place on induction hardening machines, automated.
  • Fig. 16 shows the cam with bore (40). The execution of the hole depends on the joining technology used and should not be explained here.
  • FIG. 17 shows a camshaft section (41) with 4 cams (42), the cams are seated against rotation on the shaft (43), cams which are produced with grinding allowance are the cam curve (44), the cam (42) ready to machine, grind and icrofinish.
  • the cam curve (44), the cam (42) are finished, grinded and microfinish for cams that are manufactured without grinding allowance.
  • the cam cam (44), the cam (42) is ready to be machined by microfinish.
  • the microfinish operation required here improves the surface roughness of the cam curve (44) in accordance with the specifications. At the same time, this operation enables susceptible tolerance deviations such as: parallelism and shape deviation of the cam curve to the cam axis to be processed with tolerance (Fig. 1/7).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellverfahren für die Herstellung der Nocke, deren Nockenkurve (32, 37) durch Kaltumformung auf Fertigmass gefertigt ist, d.h. die Nockenkurve ohne das heute übliche Nockenformschleifen massgerecht hergestellt ist, nach der Montage der Nocken (42) auf den Schaft (43) der Finish der Nockenlaufkurve (44) durch eine Microfinish-Bearbeitung erfolgt.

Description

HERSTELLUNG DER NOCKE DURCH KALTUMFORMUNG AUF FERTIGMASS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Nocke nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ihre Herstellung.
Die nachstehenden Ausführungen beziehen sich auf eine Nocke, wie solche zum Einsatz gelangen bei gebauten mehrst'ückigen Nockenwellen für Verbrennungs-Kraftmaschinen zur Steuerung von Ventilen. Die Erfin¬ dung bezieht sich jedoch nicht nur auf Nocken, welche in Nockenwellen bei Verbrennungs-Kraftmaschinen zur Anwendung gelangen, sondern kann überall dort Verwendung finden, wo Nocken für andere Zwecke in grossen Mengen benötigt werden und sich fertigungstechnisch Kostenvorteile ergeben.
Es zeichnet sich die Tendenz ab, in vermehrtem Masse gebaute Nocken¬ wellen in Verbrennungskraftmaschinen einzusetzen, dies, nachdem mehrere Füge-Verfahren auf dem Markt sind, welche das Fügen von Nocke mit dem Schaft zufriedenstellend gelöst haben. In diesem Zusammenhang kommt dem Herstellverfahren für die Fertigung der Nocke eine grosse kommerzielle Bedeutung zu. Die Fertigungsverfahren, welche für die Nockenfertigung heute angewendet werden, sind:
warmschmieden, Sinterschmieden, diese haben den Nachteil, dass mit relativ grossen Toleranzen für die Nockenform gerechnet werden muss, so dass sich entsprechend grosse Schleifaufmasse im Radius ergeben. Bei Anwendung der Feinstanztechnik für die Nockenherstellung können zwar die Toleranzen enger ausgelegt werden, jedoch sind die Herstell- kosten für den Nocken im Gesamtkostenvergleich zu hoch, insbesondere gegenüber dem Warmschmiede-Verfahren. Eine andere Möglichkeit, die Nockenform mit engeren Toleranzen herzustellen, ist mit Blankstabstahl auf Nockenform gezogen, zu erreichen.
Die Kosten für formgezogenen Blankstabstahl sind jedoch zu hoch, um dieses Verfahren kommerziell zu nutzen. Kleines Aufmass im Radius auf der Nockenform ermöglicht, die Schleifkosten zu minimieren, indem die benötigten sehr teuren Nockenschleifmaschinen reduziert werden können. Neben dem sich ergebenden Schleifaufmass, je nach gewähltem Nockenherstellverfahren, ergeben sich zusätzliche Toleranzen, welche in die Nockenschleifzeiten eingehen und die Anzahl benötigten Schleif- maschinen erhöht. Je nach gewähltem FUgeverfahren ergeben sich zusätz¬ lich zu berücksichtigende Toleranzen für: Mittenversatz Bohrung Nocke zu Nockenform, Schlag vom Schaft, Positionsgenauigkeit, ergeben zusam¬ men mit den Nockenherstelltoleranzen ein Schleifaufmass im Radius von 0,45 - 0,6 mm je nach gewählten Füge- und Nockenherstellverfahren. Diese relativ grossen Schleifaufmasse bei gebauten Nockenwellen er¬ schweren den wirtschaftlichen Einsatz gebauter Nockenwellen, machen doch die Investitionen in Nockenschleifmaschinen für die Herstellung gebauter NW, deren Anteil an den Gesamtinvestitionen für die Herstellung der Nockenwellen ca. 30 % , in Extremfällen bis zu 50 % aus.
Eine Ausnahme ergibt sich, wenn das Fügeverfahren nach (Euro-Patent Nr. 049 42 85) für gebaute Nockenwellen zur Anwendung gelangt. Dieses Fügeverfahren ermöglicht, die Nocken vor dem Montieren auf den Schaft, diese auf Fertig ass zu schleifen, wobei die Nocken im Paket, d.h. 6-8 Nocken in einem Schleifarbeitsgang zusammen bearbeitet werden, was die benötigten Nockenschleifmaschinen erheblich vermindert. Auch bei diesen Verfahren werden die oben beschriebenen Nockenherstellver¬ fahren angewendet.
Von diesem Stand der Technik ausgehend, strebt die Erfindung danach, einerseits die Nocke mit geringem Schleifaufmass durch Kaltumformung herzustellen, ohne dass sich Kostennachteile für die Nocke ergeben, anderseits die Nocke auf Fertigmass durch Kaltumformung herzustellen, um so ein Nachschleifen der Nockenform zu vermeiden, was erfindungs- gemäss dadurch gelingt:
A) Mit Schleifaufmass, dass, ausgehend von einem Rundstab-Abschnitt, welcher auf seine vorbestimmte Länge zugeschnitten ist, beidseitig die umlaufenden Kanten zerspanend angefasst oder im Trowalverfahren gebrochen sind, der Abschnitt einer Nassbehandlungsanlage (Phosphatie¬ ren, Befetten) zugeführt, bei kleinen Nockenerhebungen der Abschnitt anschliessend in einer Presse Freiform gestaucht wird, bei grösseren Nockenerhebungen und unterschiedlichen Nockenerhebungsformen der Ab- schnitt anschliessend in einer Presse die Nockenform annähernd durch Formstauchen angeformt wird, d.h. 0,1 - 2 mm kleiner ist als seine endgültige Nockenform in der Aufsicht, anschliessend der vorgefoπnte Nockenstauchrohling in eine Prägematritze symetrisch eingelegt wird und dann die Nocke durch Prägen, z.B. auf einer Kniehebelpresse auf seine Endform geprägt wird. Die durch dieses Verfahren erhaltene Nockenendform, diese so genau ist, dass diese den Ansprüchen in seiner geometrischen Form der auf Nockenschleifmaschine bearbeiteten Nocke entspricht, im weiteren keine Gratbildung auf der Stirnseite der ge¬ prägten Nocke entsteht, Trennspalt, Stempel / Matritze.
B) Auf Fertigmass, das gleiche Verfahren zur Anwendung gelangt wie A) mit Schleifaufmass, jedoch , da die Ansprüche an die Oberflächenrauhigkeit der Nocken!aufkurve ohne Nockenformschleifen erreicht werden muss, was erfindungsgemäss dadurch gelingt, dass die Oberflächengüte des Rundstahlstabes so beschaffen ist, dass diese den Endansprüchen der Nocke nach dem Prägen/Kalibrieren genügt, die Oberflächenrauhigkeit weiter verbessert werden kann, durch Trowalisie- ren des gefassten Abschnittes, nach dem Prägen, wenn nötig der Präge- rohling einer Kalibrierzieh atritze zugeführt und kalibriert wird, damit eine Verbesserung der Oberflächenrauhigkeit erzielt wird sowie die Nockenformtoleranz sich zusätzlich verbessert. Die so erhaltenen Nocken A (mit Schleifaufmass) B (auf Fertigmass) je nach Endanforderung der Nocke, bezüglich des anzuwendenden Fügeverfahrens evtl. eine thermische Behandlung im Schutzgas erforderlich sein kann, Härten der Nockenkurve, z.B. durch Randinduktionshärten, Bohrung in Nocke bearbeiten, wobei die Nocken ohne Schleifaufmass, der Schlag ( ) der Bohrung zur Nocken!aufkurve 0,025/0,06 mm beachtet werden muss, Montage der Nocken auf den Schaft, anschliessend Nocken mit Aufmass Nockenformschleifen sowie Microfinish bearbeiten. Nocken ohne Aufmass, Microfinish bearbeiten.
Die nach diesen Verfahren gefertigten Nocken zeichnen sich durch hohe Massgenauigkeit aus, was erlaubt, sofern notwendig, das Schleifaufmass im Radius je nach Fügeverfahren 0,2 - 0,4 mm zu halten. Je nach Nockenwellentyp Einsparungen an Investitionen für Nockenwellenschleif- maschinen von 25 - 45 % sich ergeben. Bei der Variante Nocke ohne Schleifaufmass bei entsprechender Fügetechnologie die Nockenschleif¬ maschinen ganz entfallen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgen¬ den Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Aus¬ führungsbeispielen. Es zeigen:
Fig. 1-3 zeigt Nockenausführungen wie diese bei Steuerwellen zum Einsatz gelangen (Fig. 1 + 3) für Trieblingspartner Rollen- oder Rollenschlepphebel (Fig. 2) Trieblingspartner hydr. Tassenstössel
Fig. 4 ein erfindungsgemäss dargestellter Querschnitt durch eine Formstauch-Matritze, Matritze geschnitten, Stadie in Aus¬ gangszustand, Stadie in Nockenform gestaucht, Stempel in Anfangsstellung und Endstellung
Fig. 5 Stadie Nockenform gestaucht, Kontur von Prägematritze
g. 6-15 zeigt einen erfindungsgemäss dargestellten Stadiengang
Fig. 6 Stadie gesägt
Fig. 7 Stadie gefasst
Fig. (8) Stadie trowalisiert
Fig. 9 Stadie befettet
g. (10) Stadie freifoπri gestaucht
Fig. 11 Stadie formgestaucht
g. 12 Stadie geprägt
Fig. 13 Stadie als Schnitt A-A der Stadie 12 Fig. 14 Stadie kalibriert
Fig. 15 Stadie randinduktionsgehärtet
Fig. 16 Stadie im Schnitt dargestellt inklusive Bohrung
Fig. 17 zeigt einen erfindungsgemäss dargestellten Nockenwellenab¬ schnitt mit vier montierten Nocken, Nocken microfinish be¬ arbeitet
Fig. 1-3 zeigt typische Nockenformen, wie diese heute bei Steuerwel¬ len in Verbrennungskraftmaschinen Verwendung finden. (Fig. 1) und (Fig. 3) haben als Trieblingspartner Rollenkipphebel oder -schlepphebel, die Nockenerhebung (1) resp. (3), ca. 3-6 mm beträgt. (Fig. 3) einen negativen Erhebungsradius 4 aufweist, diese Nocke laut (Fig. 3) mit den normalen Nockenschleifmaschinen nicht bearbeitet werden kann, das Nockenformschleifen auf einer Bandschleifmaschine ausgeführt wird, dies bedingt, um ein wirtschaftliches Bandschleifen zu ermöglichen, dass das Schleifaufmass< 0,2 mm gehalten wird. (Fig. 2) hat als Trieblingspartner einen hydr. Tassen- stössel , die Nockenerhebung (2) ca. 8-11 mm beträgt, die
Nocke in seiner Mantelform umlaufend in der Achsrichtung eine Schräge (12) aufweist.
(Fig. 1) inklusive Seitenansicht sind die geometrischen und Oberflächen-Anforderungen dargestellt, welche analog auch für (Fig. 2) und (Fig. 3) gelten. Diese Anforderungen für die Nocke gelten im Endzustand, d.h. Nocken auf Schaft montiert, Nockenwelle bereit für Einbau in Zylinderkopf. Basisradius (5) mit Toleranzangabe, Nockenerhebungskurve (6), Ausführung nach Tabelle der Motorhersteller,Nockenkurve Toleranzangaben (7), Oberflächenrauhigkeit (8), Nockenbrei¬ te (9) ergibt sich aus der vorgegebenen minimalen Berüh- rungslinie der jeweiligen Trieblingspartner sowie den je nach Nockenherstellverfahren notwendigen Zuschlägen für Radius (10) sowie durch die werkzeugbedingte Trennung sich ergebende Ausprägung der Nockenform (11), die Ausführung der Bohrung (28) sich nach dem gewählten Fügeverfahren richtet.
Fig. 4 zeigt erfindungsgemäss einen Querschnitt durch eine Stauch- matritze (13) mit den eingearbeiteten Formkonturen (14) wie diese notwendig sind, um die Stadie (Fig. 11) zu erzeu¬ gen. Die hier nicht dargestellte Breite der Formkontur (14) ist mindestens so breit, dass die Stadienbreite (Fig. 7 oder 8) ohne Behinderung eingelegt und nach dem Stauchvor¬ gang entnommen werden kann. Im weiteren wird dargestellt ein Stempel (15), welcher in die Matritze (13) eintaucht, in der Stellung (16) Beginn des Umformvorganges sowie der eingearbeiteten Formkontur (18), die hier nicht dargestel- lte Breite des Stempels (15) im formgebenden Bereich (19) ist mindestens so breit, dass die ganze Stadie (Fig. 11) beidseitig überlappt, der Stempel (16) im nicht formgeben¬ den Bereich zylindrisch ist, im weiteren zeigt es die Stadie (Fig. 9) mit dem Durchmesser D wie diese im eingelegten Zustand in der Matritze (13) einliegt vor der Umformung, mit (20) ist das notwendige Volumen dargestellt, welches vor der Umformung bis Ende der Umformung verformt werden muss, mit (21) und (22) wird das Volumen dargestellt, wel¬ ches von seiner zylindrischen Ausgangsform in seine Endform umgeformt wird, wobei der Volumenanteil (21) weitgehend formgebend durch die Matritze (13) und durch den Stempel (15) gegeben Ist, der Volumenanteil (22) nur teilweise von Matritze (13) / Stempel (15) gegeben ist, die übrige Formge¬ bung durch freien Stofffluss erfolgt, mit (23/24) sind die Zonen bezeichnet, in welcher ein freier Stofffluss erfolgen kann, die Ausbildung der Formkontur (14/18) von Matritze (13) / Stempel (15) so erfolgt, dass die Endform der Stadie (Fig. 12) nach der Operation Prägen gegeben ist, die Stirn¬ flächen der Stadie (Fig. 11) leicht bombiert sind nach der Umformung. Fig. 5 eine erfindungsgemäss dargestellte Aufsicht der Stadie (Fig. 11), die umlaufende formgebende Kontur der Prägema- tritze (26) sowie der umlaufende Spalt (27) wie dieser gege- ben ist von der Aussenform der Stadie (Fig. 11) und der
Kontur der Prägematritze (26), der umlaufende Spalt (27) möglichst gleichmässig verteilt ist.
Fig. 6-16 zeigt erfindungsgemäss einen Stadienplan, in welchem die Operationen dargestellt sind, um eine Nocke mit geringem Schleifaufmass oder eine Nocke ohne Schleifaufmass herzu¬ stellen.
Fig. 6 zeigt eine Stadie, welche durch Sägen erzeugt wird, das Ausgangsmaterial ein Rundstabstahl ist, die Werkstoffgüte je nach Anforderung ein unlegierter oder legierter Vergü- tungsstahl oder Induktionsstahl ist, auf beste Verformbar¬ keit geglüht, die Oberfläche frei von Rissen sowie keine Randentkohlung aufweist, die Oberflächenrauhigkeitsanforde¬ rung sich nach der Nockenstadie (Fig. 12) richtet, d.h. (Fig. 12) mit minimalem Schleifaufmass eine Rauhigkeits- klasse N 9 genügt, ohne Schleifaufmass Rauhigkeit N 6 /
N 7 erforderlich ist.
Fig. 7 zeigt die Stadie beidseitig angefasst (29), die Fase ist so angelegt, dass nach dem Prägen an der Stadie (Fig. 12/ Fig. 13) keine scharfe Kante (34) entsteht.
Fig. 8 zeigt die Stadie beidseitig Kanten gerundet (30), durch Trowalisieren, mit dem Trowalverfahren, wird gleichzeitig die Oberflächenrauhigkeit verbessert, was sich vorteilhaft auswirkt bei der Stadie (Fig. 12) oder (Fig. 14) ohne Schleifaufmass, es kann zweckmässig sein, direkt von der Stadie (Fig. 6), ohne Fasen laut (Fig. 7) auszugehen.
Fig. 9 die Stadie (Fig. 7) oder (Fig. 8) werden einer Nassbehand¬ lung unterzogen, Phosphatieren, Befetten wie dies in der Kaltumformung üblich ist. Fig. 10 zeigt eine Stadie, an der beidseitig eine Fläche ( 31) an¬ geformt ist, dies ist immer dann zweckmässig, wenn kleine Nockenerhebungen 3 mm und kleine Nockenbasisradien vorlie- gen. Die durch die Umformung sich ergebende Geometrie am
Umfang, soll möglichst nahe der Nockenendform der zugehören¬ den Stadie (Fig. 12) nach der Prägeoperation sein. Die Um¬ formung der zylindrischen Stadie (Fig. 9) zur (Fig. 10) erfolgt auf einer mechanischen oder hydraulischen Presse, indem die Stadie (Fig. 9) zwischen zwei ebenen Körpern,
Matritze/Stempel) mit einer auf die Stadie (Fig. 9) einwir¬ kenden Kraft freiform gestaucht wird.
Fig. 11 zeigt eine Stadie, wie diese durch Formstauchen erzeugt wird, die Erzeugung der Stadie laut (Fig. 11), unter (Fig.4) erleutert ist. Die Arbeitsfolge für die Erzeugung der Stadie
(Fig. 11) ist wie folgt: die Umformung der zylindrischen Stadie (Fig. 9) zur (Fig. 11) erfolgt auf einer mechanischen oder hydr. Presse, die Stadie (Fig. 9) wird in die im Werk¬ zeugblock festgespannte Formmatritze (13) eingelegt, der Formstempel , welcher im senkrecht beweglichen Stössel einge¬ spannt ist, bewegt sich vertikal mit einer eingeleiteten Kraft P (25) nach unten, d.h. der Stempel dringt in die Matritze (13) ein, und der Formstempel trifft auf die Stadie (Fig. 9), damit beginnt der Umformvorgang der Stadie (Fig.9) zur Ausformung der Stadie (Fig. 11). Nach Beendigung der
Umformung, während des Rücklaufes des Stempels, wird die Stadie (Fig. 11) aus der Matritze (13) entnommen. Der Pro- zess läuft automatisiert ab.
Fig.12/ 13 zeigt die Stadie in der Aufsicht sowie in der Seitenansicht im Schnitt A-A, wie diese nach dem Formprägen der Prägema- tritze entnommen wird. Die Nockenaussenform (32) umlaufend entweder mit dem benötigten Schleifaufmass beaufschlagt ist, oder die Nockenaussenform (32) die Matritze so ausge- legt ist, dass die geforderte Genauigkeit, wie diese in
(Fig. 1-3) dargestellt ist, gegeben ist, d.h. ohne Schleif¬ aufmass. Der umlaufende Radius (33) ist durch den in der Prägematritze gebildeten Radius gegeben. Die umlaufende Kante (34) bildet sich durch den Materialfluss frei aus.
Die Ausbildung der Kante (34) wird beeinflusst durch die Kantenausbildung entsprechend (Fig.7/29) oder (Fig.8/30), diese ist entsprechend auszubilden, so dass bei der umlau¬ fenden Kante (34) keine scharfe Kante gebildet wird. Im Zentrum der Nocke kann eine Vertiefung (35) eingepresst werden. Markierung (36) dient zur Kennzeichnung der Nocken- type, indem diese geometrisch unterschiedlich angeordnet sind. Die Herstellung der Stadie (Fig. 12) erfolgt zweck- mässigerweise auf einer mechanischen Kniehebelpresse, wie diese üblicherweise für Prägeumformungen zur Anwendung ge¬ langen. Der Arbeitsablauf automatisiert abläuft.
Fig. 14 Nocke kalibrieren, diese Operation ist nur für Nocken not¬ wendig, welche ohne Schleifaufmass hergestellt werden und nur insofern notwendig, wenn die Qualität der Nocke laut (Fig. 12) nicht genügt. Z. Beispiel ein Kalibrieren der Nocke notwendig ist, um die Oberflächenrauhigkeit der Nockenkurve zu verbessern, resp. auf den geforderten Wert zu bringen. Das Kalibrieren der Nocke erfolgt durch Abstreckziehen, indem die Nocke durch eine Ziehmatritze gestossen wird. Die Ziehmatritze aus Hartmetall oder Stahl- matritzen mit Hartbeschichtung besteht. Mit dem Kalibrieren der Nocke auch die geometrischen Masse und deren zulässigen
Toleranzen sich verbessern lassen. Die Operation Kalibrieren auf einer mechanischen oder hydr. Presse ausgeführt werden kann, zweckmässigerweise kann dies auch auf der Kniehebel¬ presse zusammen im Transfer mit dem Prägen (Fig. 12) ausge- führt werden.
Fig. 15 Nockenformrand induktionsgehärtet (38) umlaufend auf Breite der Nocken, die Härte sowie die Einhärtetiefe richtet sich nach den gegebenen Anforderungen. Die Ausführung erfolgt auf Induktionshärtemaschinen, automatisiert. Fig. 16 zeigt die Nocke mit Bohrung (40). Die Ausführung der Bohrung ist von der benutzten Fügetechnology abhängig und soll hier nicht erläutert werden.
Fig. 17 zeigt einen Nockenwellenabschnitt (41), mit 4 Nocken (42), die Nocken sitzen verdrehsicher auf dem Schaft (43), Nocken, welche mit Schleifaufmass hergestellt sind, ist die Nocken¬ kurve (44), der Nocke (42) fertig zu bearbeiten, schleifen und icrofinish. Nocken, welche ohne Schleifaufmass herge- stellt sind, ist die Nockenkurve (44), der Nocke (42) fertig zu bearbeiten, schleifen und microfinish. Nocken, welche ohne Schleifaufmass hergestellt sind, ist die Nockenkurve (44), der Nocke (42) fertig durch Microfinish zu bearbeiten. Die hier notwendige Microfinish-Operation verbessert die Oberflächenrauhigkeit der Nockenkurve (44) entsprechend den Vorgaben, gleichzeitig ermöglicht diese Operation an¬ fällige vorhandene Toleranzabweichungen wie: Parallelität und Formabweichung der Nockenkurve zur Nockenaxe, toleranz- haltig zu bearbeiten (Fig. 1/7).

Claims

P A T E N T A N S P R U E C H E
1. Herstellverfahren einer Nocke auf Fertigmass der Nockenkurve 32/37 oder geringem Schleifaufmass auf der Nockenkurve (32) durch Kaltum- formung, Arbeitsgang nach Stadienplan I, ausgehend von einer zylin¬ drischen Stadie (Fig. 6), abgetrennt von einem Rundstabstahl, Kan¬ ten angefasst (29/39), trowalisiert, oberflächenbehandelt, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Stadie (Fig. 9) vorzugsweise für kleine Nockenerhebungen (1,2,3) 3 mm und kleinen Nockenabmes- sungen, die Stadie (Fig. 9) durch Freistauchen die Stadienform (Fig. 10/31) erhält oder für grössere Nockenerhebungen (1,2,3) > 3 mm die Stadie (Fig. 9) durch Formstauchen die Stadienform (Fig. 11) erhält, die Formgebung durch eine formgebende Matritze (13) und Stempel (15) sowie vom freien Stofffluss (22) erfolgt, die umlaufende Nockenform (Fig. 10/31) oder (Fig. 11) so ausgebil¬ det ist, dass ein möglichst gleichbleibender umlaufender Spalt (27) sich zwischen (Fig. 31) oder (Fig. 11) und der formgebenden Präge atritze (26) ergibt, welches dann erlaubt, in einer nachfol¬ genden Prägeoperation die massgetreue umlaufende Nockenform (32) zu erhalten.
2. Nocke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindri¬ sche Stadie (Fig. 7) die beiden umlaufenden Kanten (29) angefasst sind.
3. Nocke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindri- sehe Stadie (Fig. 8) die beiden umlaufenden Kanten (30) durch Tro- walisieren gerundet sind.
4. Nocke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff in seiner Ausgangsform auf beste Umformbarkeit geglüht ist.
5. Nocke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff in seiner Ausgangsform keine Randentkohlung aufweist.
6. Nocke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff in seiner Ausgangsform rissfrei ist.
7. Nocke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werk¬ stoff in seiner Ausgangsform die Oberfläche in seiner Rauhig¬ kei so beschaffen Ist, dass die Nockenlaufkurve (32) ohne schleifende Bearbeitung die geforderte Oberflächenrauhigkeit aufweist.
8. Nocke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Trowalisieren der Stadie (Fig. 7) die umlaufende zylindrische Fläche (45) die Oberflächenrauhigkeit so verbessert wird, dass die Nockenlaufkurve (32) ohne schleifende Bearbeitung die geforderte Oberflächenrauhigkeit aufweist.
9. Nocke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenform (37) durch ein Kalibrieren der Stadie (Fig.32) die Oberflächenrauhigkeit sowie die Geometrie der Nockenform so verbessert wird, dass ein Schleifen der Nockenform (37) nicht notwendig ist.
10. Nocke nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass Prägestadie (Fig. 12) die Kante (34) nicht scharfkantig aus¬ gebildet ist.
11. Nocke ohne Schleifaufmass nach Anspruch (1,9,10) dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Nocke (42) auf dem Schaft (43) montiert in seiner Endposition befestigt, die Nockenlaufkurve (44) durch Microfinish-Bearbeitung die geforderte Endqualität in Bezug auf Oberflächenrauhigkeit, Parallelität zur Achse und Formfehler erhält, die den Anforderungen laut (Fig. 1/7) ent¬ spricht.
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