WO2006066525A1 - Verfahren zur herstellung von längsnuten in zylindrische werkstücke - Google Patents

Verfahren zur herstellung von längsnuten in zylindrische werkstücke Download PDF

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    • B21K1/28—Making machine elements wheels; discs
    • B21K1/30—Making machine elements wheels; discs with gear-teeth

Definitions

  • the invention relates to a method for producing longitudinal grooves in cylindrical workpieces, in which the actual rolling-in process is preceded by a preforming stage.
  • profile bodies such as disk carriers of clutches, toothed belt pulleys or similar workpieces with a cylindrical basic structure
  • high accuracies and precision are often required. In particular, it depends on the accuracy and the surface quality.
  • the workpieces described are mass products that are produced in large quantities. Thus, in addition to the qualitative characteristics, the costs and the output are important criteria in a production plant for such workpieces.
  • a special rolling tool makes it possible to produce the workpiece from a blank having a smooth outer contour by means of a press, wherein each press stroke forms a workpiece from a blank.
  • each press stroke a rolling process takes place in which the profile rollers press the desired outer profile into the lateral surface of the workpiece.
  • the profile rollers are arranged in a lower tool along the circumference of the workpiece to be machined. If the workpiece is pressed between the rollers by means of an upper tool fastened to the plunger of the press, these are supported on support rollers with appropriate mounting.
  • the lower tool can be built rotationally symmetrical, wherein the profile of the workpiece generating individual profile rollers are distributed regularly and at a uniform angle to each other along the ümfanges of the workpiece.
  • the individual grooves produced by the respective profile rolls are practically identical to one another.
  • a paragraph-free outer contour is achieved.
  • the disadvantage of this method is that, for example, during roll forming an external toothing, when retracting the profile roller in the material, a zone is formed in which the tooth flank is not completely formed. This effect is technologically conditioned and can not be avoided by changing process parameters.
  • the invention has for its object to develop a method for forming a rotationally symmetrical, - cup-shaped blank, in which a high degree of filling of the generated tooth flank and thus an increase in the usable tooth length is achieved in the bottom area.
  • the method should be inexpensive and integrated into an automatic forming process line.
  • This object is based on a forming method according to the preamble of claim 1 by the characterizing
  • the preforming or also the presentation of the blank material for the corresponding shaping in the tooth region is used selectively in coordination with the result to be achieved for the further roll forming.
  • the goal is, on the one hand, to realize the degree of deformation of thick sheets and to optimize the degree of preforming of the teeth.
  • the type of preform or the accumulation of material must be individually tailored to the corresponding component and adapted to achieve an optimal result for the gearing.
  • the material is accumulated in the preforming stage, preferably at the upper end, in the end region of the pot-shaped blank, where in the roll forming stage the profile rolls begin the material engagement.
  • the amount and the shape of the material accumulation are decisive for the later forming result. Particularly in the case of external gear teeth, the preform is of particular importance.
  • the material accumulation must be designed in such a way that the degree of filling of the tooth flank after the roll forming is as high as possible. That is, the effect of entering the blank material when the profile rolls are immersed, namely that the formed material on the first forming piece is pushed in front of the profile rolls, is compensated for by accumulating just the right amount of material before the immersion phase of the profile rolls. Ideally, the tooth flank is completely filled.
  • the shape of the preformed blank can both cor ⁇ putergeClasse calculation methods as are also ⁇ empirically determined by tests. Various methods can be used to make the preform. For example, embossing, pre-upsetting or roll forming in the opposite direction are conceivable.
  • FIG. 7 Reshaped workpiece after rolling Description of an embodiment
  • the blank 1 is seen in the state as it is fed to the method according to the invention. In this stage, the blank 1 already has several machining operations behind it. After cutting out of a molding board, a cup-shaped, rotationally symmetric blank was produced by subsequent drawing and drawing, as shown in FIG. This has corners in the area where there are still non-tangential transitions. In addition, there is too little material in the corner area 2 to achieve a good result in a subsequent forming process. In the method according to the invention, the blank 1 is first reshaped by upsetting so that material is accumulated in the corner region 2.
  • a preformed blank 6 is formed, as can be seen in FIG. Both in the corner 2 and in the inner corner 8 segments 7 have been stamped. These embossed segments 7 are of crucial importance for the subsequent rolling process and for the formation of the grooves.
  • the preformed blank 6, as shown in Figure 4 can be seen, the actual forming stage of a rolling device 9 is now fed.
  • FIG. 6 the structure of this rolling device 9 is shown.
  • the preformed blank 6 is moved along the profile rollers 11 during a press stroke by a tappet, not shown here, in the direction of the arrow 10.
  • the profile rollers 11 are arranged rotationally symmetrically along the circumference of the blank 6 to be recalculated.
  • These profile rollers 11 are held and supported by a cage 13.
  • the outer contour 14 of the profile rollers 11 corresponds to the desired negative profile of the formed blank, the workpiece 15. This profile is pressed into the blank 6 by the profile rollers 11 during the engagement.
  • the desired final contour is achieved.
  • the press return stroke the workpiece 15 is moved out again along the profile rollers 11 against the arrow 10 from the rolling device 9.
  • FIG. 7 shows the workpiece 15 produced by the method according to the invention.
  • the continuous tooth flank 16 of the external toothing which was produced by the roll forming process, can be clearly seen. Decisive with this toothing is the design in the region of the tooth flank beginning 17.
  • a tooth flank 16, 17 with a very high degree of prefilling that is to say dents. H . the usable tooth flank length is increased.
  • the invention is not limited to the illustrated and described embodiment. It also includes all expert developments within the scope of the inventive concept.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Längsnuten in zylindrischen Werkstücken unter Verwendung eines Rollumformverfahrens mit vorgeschaltetem Vorformverfahren.

Description

"Verfahren zur Herstellung von Längsnuten in zylindrische Werkstücke"
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Längsnuten in zylindrische Werkstücke, bei dem dem eigentlichen Einrollvorgang eine Vorformstufe vorgeschaltet ist .
Stand der Technik
Bei der Fertigung von Profilkörpern, wie beispielsweise Lamellenträger von Kupplungen, Zahnriemenscheiben oder ähnlichen Werkstücken mit einer zylindrischen Grundstruktur, werden häu- fig hohe Genauigkeiten und Präzision gefordert . Insbesondere kommt es auf die Genauigkeit und die Oberflächenqualität an .
Bei den beschriebenen Werkstücken handelt es sich um Masseartikel, die in großer Stückzahl hergestellt werden . Somit sind neben den qualitativen Merkmalen auch die Kosten und die Ausbringung wichtige Kriterien bei einer Produktionsanlage für solche Werkstücke .
In der DE 25 49 230 Al ist ein Verfahren offenbart, mit dem Teile, wie sie oben beschrieben wurden, hergestellt werden können . Dieses Verfahren ist in der Umformtechnik und in der Werkzeugbaubranche als „Grob-Verfahren" ein Begriff . Bei die- sem Verfahren kann man bei einem relativ dünnwandigen hohlen Werkstück sowohl ein Innen- als auch ein Außenprofil erzeugen . Dazu wird der Rohling auf einen dem Innenprofil entsprechenden Dorn aufgezogen . Das Werkstück erfährt in diesem Zustand einen Vorschub, bei welchem es entlang seiner Werkstückachse verschoben und um die Werkstückachse gedreht wird. Während dieses Werkstückvorschubes wird das Werkstück von außen mit ringartigen profilierten Walzen bearbeitet, wobei diese Walzen, abgestimmt auf die Profilteilung und den Werkstückvorschub, in ra- scher Folge schlagartige Einzelwalzvorgänge ausführen. Diese Einzelwalzvorgänge werden im gleichen und hauptsächlich in Profillängsrichtung verlaufenden Drehsinn ausgeführt . Die in Profillängsrichtung in der gleichen Zahnlücke aufeinander folgenden Einzelwalzvorgänge überdecken sich hinsichtlich ihres Eingriffes am Werkstück. Der Nachteil dieses Grob-Verfahrens ist, dass sich dieses nicht in eine Bearbeitungslinie mit weiteren Umformoperationen integrieren lässt . Eine Mechanisierung im Takt der anderen Umformstufen ist nicht möglich.
Ein alternatives Verfahren wird in der DE 20 17 709 Al beschrieben. Ein spezielles Rollwerkzeug ermöglicht es, das Werkstück aus einem Rohling mit glatter Außenkontur mittels einer Presse herzustellen, wobei jeder Pressenhub aus einem Rohling ein Werkstück ausformt . Bei j edem Pressenhub läuft ein Walzvorgang ab, bei dem die Profilrollen das gewünschte Außenprofil in die Mantelfläche des Werkstückes eindrücken. Die Profilrollen sind dabei in einem Unterwerkzeug entlang des Um- fanges des zu bearbeitenden Werkstückes angeordnet . Wird das Werkstück mittels eines am Stößel der Presse befestigten Ober- Werkzeuges zwischen die Rollen gepresst, stützen sich diese an Stützrollen mit entsprechender Lagerung ab. Das Unterwerkzeug lässt sich rotationssyπunetrisch aufbauen, wobei die das Profil des Werkstückes erzeugenden einzelnen Profilrollen regelmäßig und mit einheitlichem Winkel zueinander entlang des ümfanges des Werkstückes verteilt sind. Infol- ge dessen und infolge der sich ergebenden rotationssymmetrischen Kräfteaufteilung während eines Umformvorganges sind die einzelnen von den j eweiligen Profilrollen hergestellten Nuten untereinander praktisch gleich . Es wird insbesondere eine absatzfreie Außenkontur erreicht .
Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass beispielsweise beim Rollumformen einer Außenverzahnung, bei Einfahren der Profilrolle in das Material eine Zone entsteht, in der die Zahnflanke nicht vollständig ausgebildet ist . Dieser Effekt ist tech- nologisch bedingt und lässt sich auch durch Verändern von Prozessparametern nicht vermeiden.
Aufgabe und Vorteil der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Umformen eines rotationssymmetrischen,- topfförmigen Rohlings zu entwickeln, bei dem ein hoher Verfüllungsgrad der erzeugten Verzahnungsflanke und damit eine Vergrößerung der nutzbaren Verzahnungslänge im Bodenbereich erreicht wird. Darüber hinaus soll das Verfahren kostengünstig und in eine automatische Umformprozesslinie integrierbar sein .
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Umformverfahren nach dem Oberbegriff, des Anspruches 1 durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruches 1 gelöst . In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Transportvorrichtung angegeben. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Rollumformergebnis dadurch zu verbessern, dass in einer Vorformstufe Material an einer Stelle des Rohlings angehäuft wird, an der bei der eigentlichen Rollumformung die Profilrollen in das Material eintauchen. Durch dieses Vorformen des Rohlings im Bereich der Verzahnung wird erreicht, dass bislang nicht erreichbare Profiltraganteile und entsprechende Blechdicken für das anschließende Rollumformverfahren erzielt werden können .
Das Vorformen oder auch das Vorlegen des Rohlingmaterials für die entsprechende Ausformung im Zahnbereich wird gezielt in Abstimmung mit dem zu erreichenden Ergebnis für die weitere Rollumformung angewendet . Das Ziel ist es einerseits den Ver- formungsgrad bei dicken Blechen zu realisieren, sowie den Vorfüllungsgrad der Verzahnung zu optimieren. Die Art der Vorform bzw. die Materialanhäufung muss individuell auf das entsprechende Bauteil abgestimmt und angepasst werden, um ein optimales Ergebnis für die Verzahnung zu erreichen. Das Material wird in der Vorformstufe vorzugsweise am oberen Ende, im Endbereich des topfförmigen Rohlings angehäuft , dort wo in der Rollumformstufe die Profilrollen mit dem Materialeingriff beginnen . Die Menge und die Form der Materialanhäufung sind entscheidend für das spätere Umformergebnis . Insbesondere bei Au- ßenverzahnungen kommt der Vorform eine besondere Bedeutung zu. Die Materialanhäufung muss so gestaltet werden, dass der Ver- füllungsgrad der Zahnflanke nach der Rollumformung möglichst hoch ist . Das heißt , der Effekt der beim Eintauchen der Profilrollen in das Rohlingmaterial eintritt, nämlich dass das umgeformte Material auf dem ersten Umformstück vor den Profilrollen hergeschoben wird, wird dadurch kompensiert, dass genau die richtige Menge an Material vor der Eintauchphase der Profilrollen angehäuft wird. Im Idealfall wird die Zahnflanke da- durch komplett gefüllt . Die Gestalt des vorgeformten Rohlings kann sowohl durch corαputergestützte Rechenverfahren als auch ■ empirisch durch Versuche ermittelt werden. Zur Herstellung der Vorform können verschiedene Verfahren eingesetzt werden . Denk- bar sind zum Beispiel Prägen, Vorstauchen oder auch Rollumformen in entgegengesetzter Richtung . Bei der Auswahl des Vor- formverfahrens ist es vorteilhaft, wenn dieses ebenso wie das Rollumformen in eine automatisierte Umformpressenlinie integriert werden kann . Gerade darin liegt ein entscheidender Vor- teil des Rollumformens gegenüber konkurrierender Verfahren . Während das Rollumformen auf einer gängigen Umformpresse erfolgt, müssen bei anderen Verfahren, wie zum Beispiel beim Grob-Verfahren eigenständige Umformmaschinen beschafft werden, welche sich mit einem automatisierten Werkstücktransport einer Umformlinie nicht ohne weiteres koppeln lassen .
Weitere Einzelteile und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem, anhand der Zeichnungen, dargestellten Ausführungsbeispiels .
Es zeigen: ■
Figur 1 Rohling im Halbschnitt
Figur 2 Rohling nach dem Stauchen in Halbschnitt Figur 3 Rohling nach dem Anprägen in Halbschnitt
Figur 4 Rohling nach dem Anprägen der Segmente
Figur 5 Rollvorrichtung in einer Schnittdarstellung
Figur 6 Rollvorrichtung in einer Draufsicht
Figur 7 Umgeformtes Werkstück nach dem Rollen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
In Figur 1 ist der Rohling 1 in dem Zustand zu sehen, wie er dem erfindungsgemäßen Verfahren zugeführt wird. In diesem Sta- dium hat der Rohling 1 bereits mehrere Bearbeitungsgänge hinter sich. Nach dem Ausschneiden aus einer Formplatine, wurde durch nachgeschaltetes Ziehen und Abstrecken ein topfförmiger, rotationssymetrischer Rohling erzeugt, wie er in Figur 1 abgebildet ist . Dieser weist im Eckbereich noch Stellen auf, an denen unstehte nicht tangentiale Übergänge vorhanden sind. Außerdem befindet sich im Eckbereich 2 zu wenig Material um bei einem späteren Umformvorgang ein gutes Ergebnis zu erzielen . In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun zunächst der Rohling 1 durch Stauchen so umgeformt, dass in dem Eckbereich 2 Material angehäuft wird.
In Figur 2 ist dieser Zustand nach dem Stauchvorgang zu sehen . Es ist deutlich erkennbar, dass beim gestauchten Rohling 3 im Eckbereich 2 mehr Material vorhanden ist als dies vor dem Stauchen der Fall war . Dem Stauchen folgt eine weitere Umformung, das so genannte Anprägen. Dabei wird bei dem gestauchten Rohling 3 durch einen Prägevorgang Material durch eine Prägung in den Eckbereich 2 verlagert . Der angeprägte Rohling 4 ist in Figur 3 abgebildet .
Nach einem weiteren Prägevorgang entsteht ein vorgeformter Rohling 6 wie er in Figur 4 zu sehen ist . Sowohl im Eckbereich 2 als auch im inneren Eckbereich 8 sind Segmente 7 angeprägt worden . Diese angeprägten Segmente 7 sind für den anschließen- den Rollvorgang und für die Ausbildung der Nuten von entscheidender Bedeutung . Der vorgeformte Rohling 6, wie er in Figur 4 zu sehen ist, wird nun der eigentlichen Umformstufe einer Rollvorrichtung 9 zugeführt .
In Figur 5 und Figur 6 ist der Aufbau dieser Rollvorrichtung 9 dargestellt . Beim Rollvorgang wird der vorgeformte Rohling 6 während eines Pressenhubs von einem hier nicht dargestellten Stößel in Richtung des Pfeils 10 an den Profilrollen 11 entlang bewegt . Wie in Figur 6 zu sehen ist, sind die Profilrollen 11 rotationssymetrisch entlang des Urαfanges des urnzufor- rαenden Rohlings 6 angeordnet . Gehalten und abgestützt werden diese Profilrollen 11 von einem Käfig 13. Die Außenkontur 14 der Profilrollen 11 entspricht dem gewünschten negativen Profil des umgeformten Rohlings , dem Werkstück 15. Dieses Profil wird während des Eingriffs von den Profilrollen 11 in den Roh- ling 6 eingedrückt .
Nachdem das Werkstück 15 aus dem Eingriff der Profilrollen 11 herausgefahren wurde ist die gewünschte Endkontur erreicht . Mit dem Pressenrückhub wird das Werkstück 15 wieder entlang der Profilrollen 11 entgegen des Pfeils 10 aus der Rollvorrichtung 9 herausgefahren.
In Figur 7 ist das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Werkstück 15 dargestellt . Die durchgehende Zahnflanke 16 der Außenverzahnung, welche durch den Rollumformvorgang erzeugt wurde, ist deutlich zu erkennen . Entscheidend bei dieser Verzahnung ist die Ausgestaltung im Bereich des Zahnflankenanfangs 17. Durch die oben beschriebenen Vorformverfahren einsteht beim anschließenden Rollumformen eine Zahnflanke 16, 17 mit einem sehr hohen Vorfüllungsgrad, d. h . die nutzbare Zahnflankenlänge wird erhöht . Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt . Sie umfasst auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Gedan- kens .
Bezugszeichenliste :
1. Rohling
2. Eckbereich
3. gestauchter Rohling
4. angeprägter Rohling
5. Prägung
6. vorgeformter Rohling
7. angeprägte Segmente
8. innerer Eckbereich
9. RollVorrichtung
10. Richtungspfeil
11. Profilrolle
12. Öffnung
13. Käfig
14. Außenkontur
15. Werkstück
16. Zahnflanke
17. Zahnflankenanfang

Claims

Ansprüche :
1. Verfahren zum Herstellen von Längsnuten in zylindrischen Werkstücken unter Verwendung eines Rollumformverfahrens, bei dem mittels konzentrisch angeordnete Profilrollen ein Profil am Umfang des Werkstückes erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Umformen in einer Rollvorrichtung ( 9) mindestens ein Vorformverfahren vorgeschaltet ist, und dass mittels diesem Vorformverfahren Materialanhäufungen in den Eckbereichen (2 , 8 ) des Rohlings ( 1) realisierbar sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorformverfahren ein Prägeverfahren einsetzbar ist .
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorformverfahren ein Stauchverfahren einsetzbar ist .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prägeverfahren und ein Stauchverfahren zur Vorformung einsetzbar sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, dass durch das Vorformverfahren der Verfüllungsgrad der Zahnflanke beeinflussbar ist .
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, dass durch das Vorformen bei vorgegebenen Verformungsgrad die Blechdicke der umzuformenden Rohlinge 1 erhöhbar ist .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Rollumformverfahren, als auch das Vorformverfahren auf Pressen gleicher Gattung ausführbar sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollumformverfahren und das Vorformverfahren im gleichen Pressentakt ausführbar sind.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Rollumformverfahren als auch das Vorformverfahren in einer Pressenlinie integrierbar und automatisierbar ist .
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem automatisierten Werk- stücktransport das Eintragen der Werkstücke in die Vorformstu- fe, das Austragen der Werkstücke aus der Vorformstufe, das Eintragen der Werkstücke in die Rollumformstufe und das Austragen der Werkstücke aus der Rollumformstufe mit der gleichen Werkstücktransportvorrichtung ausführbar sind.
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