WO2007006340A1 - Verfahren zur herstellung rotationssymmetrischer werkstücke mit oder ohne verzahnungsprofil - Google Patents

Verfahren zur herstellung rotationssymmetrischer werkstücke mit oder ohne verzahnungsprofil Download PDF

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

Definitions

  • Object of the present invention is therefore to develop a method for generating substantially rotationally symmetrical plant tücke, in particular with tooth profiles, which allows easier, and thus faster and more cost-effective processing.
  • the inventive method for producing substantially rotationally symmetrical workpieces by forming a starting material uses a forming die and a rotatable tool, wherein the die has a bore along their central axis.
  • the starting material is introduced through, the bore of the die and pressed between the die and the rotating tool, so that the .Ausgangsmaterial the contour of the die accordingly flows from the central axis to the outside.
  • the workpiece is thus manufactured in a single operation.
  • mechanical reworking or calibrations are possible.
  • As a result of the flow of material in the die and the rotation of the tool in comparison to conventional methods, only slight forming forces occur, so that the demands on the tools and thus the cost expenditure are reduced. Since the forming takes place without cutting, the resulting chamfering of the finished workpiece is also advantageous and gives the workpiece better mechanical properties.
  • the method is further advantageously characterized in that the starting material can be introduced continuously and in a controlled manner into the space between the die and the tool.
  • the amount of material to be formed per time unit can be optimally matched to the selected one
  • the required conversion forces are limited.
  • the die is fixedly mounted.
  • the deformation is thus determined solely by the feed rate of the material and the speed of rotation of the tool, so that simple, cost effective control of the process can be used.
  • the matrix Ikann but preferably also rotatably mounted about a rotation axis, which opens up new Möglichke_ _iten for controlling the deformation, but without j but the control to significantly complicate.
  • the die speed is independently controlled by the speed of the "" tool, but the die can also co-rotate with the rotating tool, thus controlling the friction between the material and the tool what an exceptionally smooth
  • the rotational speed n of the tool and / or the distance a of the tool from the die are set during the forming. In this way, the forming can be adapted to the conditions occurring, even when the method is already running.
  • the center axis of the die and the axis of rotation of the tool may be aligned.
  • the amount of eccentricity can preferably be adjusted so that the rotating tool rotates in an oscillating manner about the central axis of the workpiece area surrounding the workpiece.
  • the eccentricity is adapted to the material to be formed or the outer dimensions of the workpiece to be produced.
  • the oscillation is achieved, for example, by a radial advancing movement of the curler.
  • the reduction of the frictional surface has the advantage that due to the only partial contact, less force and thus energy is required for forming.
  • the Matri_ze a, preferably profiled, boundary.
  • the method is therefore erfind ⁇ _ ⁇ ng sdorfe yakungsprofilen in particular for the chip-free Hers "division of workpieces with Ver" advantageous.
  • Duz ⁇ rch the uniform Materialf luss and the mold filling in I matrix during the forming is therefore an accurate in side profiling of the workpiece, eg a Stirnv- ⁇ rz hint allows.
  • the starting material is heated at the time of insertion or injection.
  • Characterized ⁇ ver the flow properties of the material can be further reduced thereby forming forces -crestn.
  • the tool has a symmetrical or asymmetrical tooling. While the one Se. ⁇ te of finished workpiece is determined by the shape or contour of the die, the possibility is given by the use of a tool with symmetrical or asymmetrical contour to influence the shape of the other side varied.
  • a workpiece produced by the method according to the invention which is characterized by a non-cutting process, is accordingly characterized by a continuous and uninterrupted fiber path which is substantially parallel to the molded-on surface contour.
  • Such a fiber profile increases the material load capacity, life and freedom from errors and thus overall the quality of the workpiece.
  • the finished workpiece is produced in a much shorter time, which has a positive effect on the cost-benefit ratio.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a die and a tool used in the method according to the invention, wherein the material contact is indicated.
  • a schematic tool structure which shows a die 1 and a tool 2 arranged above.
  • the die has a bore 11 through its central axis and a Konturr in the form of a Veriereungs- profiling 12, and a boundary 13 on the side facing the tool on.
  • the tool is rotated at a speed n and the distance a zwi_ see tool and die can be adjusted by a feed movement _.
  • the starting material 3 is mean s of a punch (not shown) continuously with a speed Zuglassges introduced into the bore 11 (arrow S), from where it is pressed into the space between the contour 12 of the die and the tool 2.
  • the material By pressing in and rotating the work die acting on the material, the material flows radially outward along the contour of the die until, due to the boundary 13, material eventually fills the mold and produces the finished workpiece.
  • the distance a of the amount of material in the die is adjusted.
  • the material supply is controlled so that only as much material is pressed in "as is necessary for forming under the given conditions.

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Abstract

In einem Verfahren zur Herstellung im Wesentlichen rotationssymmetrischer Werkstücke durch Umformung eines Ausgangsmaterials (3) mithilfe einer formgebenden Matrize (1) und eines drehbaren Werkzeugs (2), wobei die Matrize (1) eine Bohrung (11) entlang ihrer Mittelachse aufweist, werden die folgenden Schritte durchgeführt: Einführen des Ausgangsmaterials (3) durch die Bohrung (11) der Matrize (1), und Einpressen des Ausgangsmaterials (3) zwischen die Matrize (1) und das sich drehende Werkzeug (2), so dass das Ausgangsmaterial (3) der Kontur der Matrize (1) entsprechend von der Mittelachse nach außen fließt.

Description

Verfahren zur Herstellung rotationssymmetrischer Werkstücke mit oder ohne Verzahnungsprofil
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur spanlose=sn Erzeugung von im Wesentlichen rotationssymmetrische=sn
Werkstücken, insbesondere von Werkstücken mj t
Verzahnungsprofil, sowie ein mit dem Verfahren hergestellte=ss Werkstück.
Stand der Technik
Bisherige, aus dem Stand der Technik bekannte Verfahrenen, welche durch spanlose Umformung rotationssymmetriscbaae Werkstücke wie z.B. Tellerräder erzeugen, sind vor allem durcr-zh die benötigten kostenintensiven Werkzeuge gekennzeichnet. SSo treten bei den Umformprozessen hohe Umformkräfte auf, welch_j-.e in den Werkzeugen Spannungen mit zum Teil extreme=≤n
Kerbspannungsspitzen hervorrufen, was sich negativ auf■'•'•• -dd e
Lebensdauer der Werkzeuge und daher auf deren Kosten auswirkt
Als Beispiel eines solchen herkömmlichen Verfahrens ist da s
Axialgesenkwalzen zu nennen. Hierbei muss das gesamt _e umzuformende Materialvolumen von Beginn zwischen di _e Formwerkzeuge platziert werden und muss dementsprechen_i.d vorgeformt werden, was den Arbeitsaufwand zusätzlic—=h vergrößert. Auch müssen beim Axialgesenkwalzen . de =r Anstellwinkel des Werkzeugs in einem genau kontrollierte =n Bereich gehalten sowie weitere Parameter wi e
Walzgeschwindigkeit beachtet werden, was die Herstellun g natürlich weiter verkompliziert. Darstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Erzeugung im Wesentlichen rotationssymmetrischer Werks tücke, insbesondere mit Verzahnungsprofilen zu entwickeln, welches eine einfachere, und damit schnellere und kostengünstigere Bearbeitung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen folgen aus den Unterransprüchen .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung im Wesentlichen rotationssymmetrischer Werkstücke durch Umformung eines Ausgangsmaterials verwendet eine formgebende Matrize und eine drehbares Werkzeug, wobei die Matrize eine Bohrung entlang ihreitr Mittelachse aufweist . Hierbei wird das Ausgangsmaterial durch, die Bohrung der Matrize eingeführt und zwischen die Matrize und das sich drehende Werkzeug eingepresst, so dass das .Ausgangsmaterial der Kontur der Matrize entsprechend von der Mittelachse nach außen fließt. Das Werkstück wird somit in einem einzigen Arbeitsgang gefertigt. Je nach Anforderungen an die Maßhaltigkeit und Oberflächengüte sind mechanische Nachbearbeitungen oder Kalibrierungen möglich. Durch den Materrialfluss in der Matrize und die Rotation des Werkzeugs entstehen hierbei im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren nur geringe Umformkräfte, so dass die Anforderungen an die Werkzeuge und somit der Kostenaufwand reduziert werden. Da die Umformung spanlos erfolgt, ist auch der resultierende Fase;trverlauf des fertigen Werkstücks vorteilhaft und verleiht dem Werkstück bessere mechanische Eigenschaften.
Das Verfahren ist weiter in vorteilhafter Weise dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial kontinuierlich und kont-trolliert in den Raum zwischen die Matrize und das Werkzeug eingeführt werden kann. Dadurch kann die umzuformende Mate.r;ialmenge pro Zeiteinheit optimal an die gewählten üitif ornabedingung en angepasst werden, was zusätzl ich die benötigten Umfo rmkräfte in Grenzen hält .
Nach einer vorteilhaften Aus führungs form ist die Matrize feststehend gelagert . Die Umformung wird somit lediczrjlich von der Zufuhrrate des Materials und der Drehge schwind icz^f keit des Werkzeugs best immt , so dass eine einfache , kostene f f iziente Steuerung des Verfahrens verwendet werden kann .
Die Matrize Ikann aber bevorzugt auch drehbar um eine Rotationsachse gelagert sein, was neue Möglichke_ _iten zur Steuerung der Umformung eröffnet , ohne j edoch die Steuerung wesentlich zu verkomplizieren .
Um weiter Steuerungsmöglichkeiten zu erhalten, wird " Ibevorzugt die Drehzahl der Matrize von der Drehzahl des " "Werkzeugs unabhängig gesteuert ; die Matrize kann aber auch mit dem sich drehenden Werkzeug zwangfrei mitlaufen . So kann die zwischen dem Material und dem Werkzeug auftretende Reibung kon trolliert werden, was zu einem außergewöhnlich glei - chmäßigen
Werkstoff fluss mit folglich verbesserten Eigenscha_-tf ten des Endprodukts führt .
In einer bevor; zugten Ausführungsform wird die Drehz^ahl n des Werkzeugs und/oder der Abstand a des Werkzeugs von de= r Matrize während des Umformens eingestellt . Damit lässt sich die Umformung auch bei bereits laufendem Verf ah—^ren den auftretenden Gegebenheiten anpassen .
Für Anwendungen, in denen es erwünscht ist die -witschen dem umzuformenden Werkstück in der Matrize und dem Werkzeug befindliche Reibfläche hoch zu halten, können sich die Mittelachse de:r Matrize und die Rotationsachse des Werkzeugs in Flucht bef-Lnden . Wenn j edoch eine niedrigere ReilTIbung, das heißt geringer/e Reibfläche gewünscht wird, wie zum Beispiel bei massiven Werkstücken, können entsprechend einer weiteren bevorzugten Aixs führungs form die Drehachse des Werk-zzeugs mit einer Exzentrizität e zur Mittelachse der Matrize v<=^rsetzt werden. Der Exzentrizitätsbetrag kann bevorzugt cräadurch eingestellt werden, dass sich das rotierende We=arkzeug oszillierend um die Mittelachse des umzi_αfo_ϊ-zrinenden Werkstückbereichs dreht. Die Exzentrizität wird c3.a.b<»oi dem umzuformenden Ausgangsmaterial bzw. den Außenabmess- iingsen des zu fertigenden Werkstücks angepasst. Die Oszillation^ wϊird zum Beispiel durch eine .cradiale Zustellbewegung des Wenzckzeugs erzielt. Die Verminderung der Reibfläche hat sudesm den Vorteil, dass aufgrund des nur partiellen Kontakt s -««weniger Kraft und damit Energie zur Umformung benötigt wird.
Um eine optimale Formftillung der Matrize zu erreichten,.^. weist in einer bevorzugten Ausführungsform die Matri_ze eine, vorzugsweise profilierte, Berandung auf. Das erfindτι_αng sgemäße Verfahren ist daher insbesondere für die spanfreie Hers" Teilung von Werkstücken mit Ver"zahnungsprofilen vorteilhaft. Duzαrch den gleichmäßigen Materialf luss und die Formfüllung in de≡r I Matrize während der Umformung wird daher eine genaue st irn seitige Profilierung des Werkstücks, z.B. eine Stirnv-^rz ahnung, ermöglicht .
Bevorzugt wird das Ausgangsmaterial beim Sch*_rit_3t des Einführens oder des Einpressens erwärmt. Dadurch ~ver -bessern sich die Fließeigenschaften des Materials, wodurch Umformungskräfte weiter reduziert werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich nicπ:ht nur massive, sondern auch Ihohle Ausgangsmaterialien umfcurrin.» en . Das heißt, dass bevorzugt das Ausgangsmaterial massi"5^ oder rohrförmig durch die Bohrung def Matrize und_ nzLn den Zwischenraum zwischen Matrize und Werkzeug eingeftährt-c wird. Bei Rohmaterial ist damit auch eine Umkehr der FIi eßrτrichtung in der Matrize möglich.
Vorteilhafterweise weist das Werkzeug eine symmetrzlsc-Qie oder asymmetrische Werkzeugkiontur auf. Während die eine Se. ±te des fertigen Werkstücks durch die Form oder Kontur der Matrize bestimmt wird, ist durch den Einsatz eine Werkzeugs mit symmetrischer oder asymmetrά- scher Kontur die Möglichkeit gegeben, die Form der anderen Seite vielfältig zu beeinflussen.
Ein mit dem erfindungscjemäßen, spanlosen Verfahren hergestelltes Werkstück ist demnach durch einen zur angeformten Oberflächenkontur im Wesentlichen parallelen, durchgängigen und nicht unterbrochenen Faserverlauf gekennzeichnet. Ein solcher Faserverlauf erhöht die Materialbelastbarkeit, Lebensdauer und Fehlerfreiheit und somit insgesamt die Qualität des Werkstücks. Zudem wird das fertige Werkstück in einer wesentlich kürzeren Zeit hergestellt, was sich positiv auf das Kosten-Nutzen-Verhältnis auswirkt .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1 beschrieben.
Figur 1 zeigt eine schematisctαe perspektivische Ansicht einer im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Matrize und eines Werkzeugs, wobei der MaterialfZLuss angedeutet ist.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In Fig. 1 ist ein schematischer Werkzeugaufbau dargestellt, der eine Matrize 1 und ein darüber angeordnetes Werkzeug 2 zeigt. Die Matrize weist eine Bohrung 11 durch ihre Mittelachse und eine Konturr in Form einer Verzahnungs- Profilierung 12, sowie eine Berandung 13 an der zum Werkzeug hingewandten Seite auf. Das Werkzeug wird mit einer Drehzahl n gedreht und der Abstand a zwi_ sehen Werkzeug und Matrize kann durch eine Zustellbewegung _ eingestellt werden. Das Ausgangsmaterial 3 wird mittel s eines Stempels (nicht gezeigt) kontinuierlich mit einer Zuführges chwindigkeit in die Bohrung 11 eingeführt (Pfeil S) , von wo es in den Zwischenraum zwischen der Kontur 12 der Matrize und dem Werkzeug 2 eingepresst wird. Durch das Einprressen und die Rotation des auf das Material wirkenden Werkizeugs fließt das Material radial der Kontur der Matrize entlang nach außen, bis es aufgrund der Berandung 13 schließlich Material die Form der Matrize ausfüllt und das fertige Werkstück erzeugt. Hierbei wird auch der Abstand a der Materialmenge in der Matrize angepasst . Die Materialzufuhr wird so gesteuert, dass nur soviel Material eingepresst wird "wie zur Umformung unter den gegebenen Bedingungen notwendig ist .
Das in den folgenden Patentansprüchen offenbarte Verfahren ermöglicht es, durch spanloses Umformen rotationssymmetrische Werkstücke, mit oder ohne Verzahnungsprofil aus massivem oder rohrförmigem Ausgangsmaterial herzustellen. Der Fachmann wird zweifelsfrei weitere vorteilhafte Ausführungsformen anhand des hier dargestellten Beispiels erkennen können, die ebenso im Umfang dieser Erfindung liegen.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung im Wesentlichen rotationssymmetrisoher Werkstücke durch Umformung eines Ausgangsmaterials (3) mithilfe einezr formgebenden Matrize (1) und eines drehbar-en Werkzeugs (2) , wobei die Matrize eine Bohrung (11) entlang ihrer Mittelachse aufweist, d±e folgenden Schritte umfassend :
Einführen des Ausgangsmaterials durch die Bohrung der
Matrize
Einpresserα des Ausgangsmatearials zwischen die Matrize und das sich drehende Werkzeug, so dass das
Ausgangsmsiterial der Kontur (12) der Matrize entsprechend von der Mittelachse nach außen fließt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausgs.ngsmaterial kontinuierlich und kontrolliert eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei «die Matrize feststehend gelagert ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Matrize drehbar um eine Rotationsachse gelagert ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Drehzahl der Matrize von der Drehzahl des Werkzeugs unabhängig gesteuert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Matrize τnit dem sich drehenden Werkzeug zwangfrei mitläuft.
7. Verfahren nach einem der vorherrgehenden Anspxüche, wobei die Drehzahl n des Werkzeugs uncl/oder der Abstand a des Werkzeugs von der: Matrize während des Umformens eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drehachse des Werkzeugs mit einer Exzentrizität e zur Mittelachse der Matrize versetzt sein kann.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Exzentrizitätsloetrag dadurch eingestellt wizrd, dass das rotierende Wenrkzeug oszillierend um die Mittelachse der Matrize gedreht wird.
10. Verfahren nach einem, der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Matrize eine vorzugsweise profilierte Berandung (13) aufweist .
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausgangsmaterial beim Schritt des Einführens oder des Einpressens erwärmt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausgangsmaterial massiv oder rohrförmig eingeführt wzLrd.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkzeug eine symmetrische oder asymmetrische Werkzeugkontur aufweist .
14. Mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestelltes Werkstück, dadurch gekennzeichnet, dass es zu den angeformten Oberfläctienkonturen im Wesentlichen parallele, durchgängige und nicht unterbrochene Fasern aufweist.
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