WO2022218455A1 - Component, and method for producing a component using forming technology - Google Patents

Component, and method for producing a component using forming technology Download PDF

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WO2022218455A1
WO2022218455A1 PCT/DE2022/000028 DE2022000028W WO2022218455A1 WO 2022218455 A1 WO2022218455 A1 WO 2022218455A1 DE 2022000028 W DE2022000028 W DE 2022000028W WO 2022218455 A1 WO2022218455 A1 WO 2022218455A1
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component
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forming
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Daniel Schoener
Holger NAECKEL
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Neumayer Tekfor Engineering Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a component. Furthermore, the invention relates to a method for producing a component by forming.
  • a production sequence known in the state of the art consists of the following steps: hot forming, blasting, soft annealing, blasting, coating, warm forming, machining, case hardening, blasting and hard machining.
  • An alternative process provides: hot forming, soft annealing, blasting, coating, cold forming, machining, case hardening, blasting and hard machining.
  • the object on which the invention is based is to improve the metal forming production of components with regard to the energy balance.
  • the invention solves the problem with a component.
  • the object is achieved by a method for producing a component by forming.
  • the object is achieved according to the invention by a component which has been produced from a blank by forming, the blank having a carbon content greater than 0.2 percent by weight.
  • the blank preferably has a carbon content of between 0.4 percent by weight and 0.7 percent by weight.
  • the blank from which the component has been produced by means of a forming process is therefore not made from a customary or common case-hardening steel because it has a higher carbon content.
  • the component has been produced from the blank in at least the following steps: in a first step, the blank has been heated to a temperature—preferably between 800° C. and 1,050° C.—above a temperature at which austenitization of the blank begins that in a second step the blank heated in the first step has been sheared off and completely formed, and that in a third step the formed blank has been subjected to controlled cooling.
  • a temperature preferably between 800° C. and 1,050° C.
  • the second step comprises warm forging. Due to the semi-hot forming (the temperature is below 1,050 °C) at the beginning of the manufacturing process instead of the hot forming customary in the prior art, the forming steps required in the prior art and, for example - in the case of a blank made of a high-carbon steel - case hardening can also be carried out omitted. In the prior art, for example, it would be necessary to carry out case hardening in the case of a blank made of case-hardening steel during warm forming. This step is not necessary with a blank made of a high-carbon steel.
  • the advantage is a shortened production time and a reduced energy requirement.
  • the invention is thus advantageously characterized by resource efficiency and by the reduction in energy requirements.
  • the semi-hot forming takes place at a temperature above a temperature at which austenitization of the material of the blank begins. This lower temperature value for austenitization depends on the material and is between around 850 °C and 1,050 °C for most materials.
  • Austenitization means that as a result of a heat treatment of iron, ferrite is converted into austenite, i.e. the conversion of a body-centered cubic crystal structure into a mixed crystal consisting of iron and carbon, takes place.
  • the temperature range in which austenitization takes place extends up to the melting point of the respective material. However, the warm working temperature is below the melting point. In one embodiment, the temperature of the semi-hot forming is at most 1,050°C.
  • the component is a differential bevel gear.
  • the peculiarity of this design is that a complex structure like that of a differential bevel gear is created from a material with a high carbon content.
  • One configuration of the component is that the blank is in the form of a rod.
  • the second step is a Netshape forming process.
  • the component is a differential bevel gear
  • the forming above the temperature of the onset of austenitization in combination with the forging of the finished functional geometry in the second step, preferably using netshape forming represents a special feature compared to the prior art
  • the functional geometry is given by the toothing.
  • One configuration of the component provides that the component has such a predetermined core structure in a core area as was produced by cooling in the third step. Through the targeted cooling in the third step, a desired core structure is created in the component. In the third step, the carbon distribution essentially does not change and is essentially constant over the cross section of the component, in particular when using a high-carbon steel for the blank.
  • One configuration of the component is that in the third step a specified core structure has been produced in a core area, and that the specified core structure is related to application characteristics of the component. The application characteristics relate z. B. on the hardness, toughness or fatigue strength that the component has to have for the application.
  • One configuration of the component provides that, before the first step, no heating of the blank that affects the material properties has been carried out.
  • the blank itself may have been heated during its production. However, this would not be part of the manufacturing process of the component according to the invention.
  • the blank is therefore still only characterized by its carbon content of more than 0.2 percent by weight. According to the invention, however, no preheating is required before the first step.
  • One configuration of the component consists in that, in the second step, a running gear has been produced by forming.
  • the running gearing is a functional geometry of the component, which is produced in the second step by forming.
  • One configuration of the component provides that a functional geometry generated in the second step has not undergone any further shape-changing processing.
  • the second step gave the component its final functional geometry. Further forming or machining operations to create the desired functional geometry are no longer required.
  • the functional geometry is the toothing, which is completely created in the second step. Further processing steps, which also produce special geometries, can follow the second step in the different configurations. However, this then refers to other sections of the component and not to the functional geometry.
  • the toothing is not formed or subjected to machining.
  • One configuration of the component is that in the second step the blank has heat at its disposal that was introduced into the blank in the first step. This saves the energy to be expended.
  • the semi-hot forming of the second step is therefore part of an interlinked heat treatment. By combining forming and heat treatment, the result is a very efficient and resource-saving overall process.
  • One configuration of the component provides that a depression has been produced in the blank and that after the third step the depression has been machined.
  • the indentation was produced in the second step and/or by forming.
  • the recess is a through hole. In an alternative embodiment, the recess has a base.
  • One configuration of the component is that after the third step, a side of the blank facing away from the functional geometry produced in the second step is machined.
  • One configuration of the component provides that after the third step, a functional geometry of the blank produced in the second step is at least partially subjected to induction hardening. Induction hardening brings the surface to a desired value and hardness profile in terms of hardness.
  • One configuration of the component is that the component has martensite formation generated by the induction hardening and an initial hardness according to the carbon content on the surface (this is preferably the outside), and that the martensite formation is related to application characteristics - in particular hardness and / or toughness and /or fatigue strength - of the component.
  • One embodiment of the component provides that only teeth of the functional geometry produced in the second step have been subjected to induction hardening. In this configuration, the functional geometry has teeth. In this configuration, the teeth are therefore a special form of the functional surfaces of the functional geometry. Therefore, in a general configuration, only the functional surfaces of the functional geometry produced in the second step have been subjected to induction hardening. The functional surfaces are primarily the sections or areas of the functional geometry that are exposed to the greatest mechanical stress when the component is used.
  • all sections of the component that are subject to mechanical stress, e.g. B. through contact with other components are subject to induction hardening.
  • One configuration of the component is that teeth and intermediate sections between the teeth of the functional geometry produced in the second step have been subjected to induction hardening.
  • One configuration of the component provides that functional surfaces and intermediate sections between the teeth of the functional geometry produced in the second step have been subjected to induction hardening.
  • One embodiment of the component provides that in the second step a functional geometry with teeth has been produced and that the component has a greater penetration depth of hardened material in a head area of the teeth than in the associated foot areas.
  • the flanks of the teeth between the head area and the associated foot areas can have a variable depth of penetration.
  • One configuration of the component consists in the component being at least partially subjected to a surface treatment—in particular blasted—after the third step.
  • One configuration of the component provides that the component has a substantially constant carbon content and that the hardness of the component is higher towards the outside than in a core area.
  • the component thus has a hardness profile that decreases from the outside to the inside and that is comparable to the profile that is produced from blanks made of case-hardening steel according to the prior art.
  • the carbon content is - in contrast to the components according to the prior art
  • One configuration of the component is that the component has been produced without a carburizing process.
  • the invention solves the problem with a method for producing a component—in particular a differential bevel gear—from a blank by metal forming, the blank having a carbon content greater than 0.2 percent by weight
  • the method having at least the following steps: that in a first step the blank is heated to a temperature - preferably between 800 °C and 1,050 °C - above a temperature of the blank in which austenitization takes place, that in a second step the blank heated in the first step is sheared off and completely formed, and that in a third step the formed blank is subjected to controlled cooling.
  • One embodiment of the method is that a netshape forming method is carried out in the second step.
  • a predetermined core structure is produced in a core area in the third step.
  • essentially no change in the carbon distribution is made in the third step. The carbon distribution is essentially constant over the entire cross section of the component, in particular when using a blank made of steel with a higher carbon content.
  • One embodiment of the method consists in that in the second step a running gear is produced by forming.
  • One embodiment of the method provides that heat is introduced into the blank in the first step and that the heat introduced is used in the second step.
  • One embodiment of the method consists in that—preferably in the second step and/or preferably by forming—a depression—in particular a continuous bore—is produced in the blank, and that after the third step the depression is machined.
  • One embodiment of the method provides that after the third step, a side of the blank facing away from the functional geometry produced in the second step is machined.
  • One embodiment of the method consists in that, after the third step, a functional geometry of the blank produced in the second step is at least partially subjected to induction hardening.
  • One embodiment of the method provides that only teeth of the functional geometry produced in the second step are subjected to induction hardening. In an alternative embodiment, teeth and intermediate sections between the teeth of the functional geometry produced in the second step are subjected to induction hardening.
  • One embodiment of the method consists in the component being at least partially subjected to a surface treatment—particularly blasted—after the third step.
  • FIG. 1 shows a section through a blank and a spatial representation of a component produced according to the invention
  • FIG. 5 shows a schematic sequence of the production steps of the method according to the invention.
  • FIG. 1a shows a section through a blank 1, which is circular-cylindrical and is rod material.
  • FIG. 1 b shows a component 2 in the form of a bevel gear produced from such a blank 1 .
  • the outside 25 or surface of the functional geometry 20 that can be seen here has only undergone a hardening treatment after the forming.
  • FIG. 2 shows a section through a blank after forming and before a machining step.
  • the continuous cutout 22 is circular-cylindrical in this example.
  • the recess can be crowned or have a spline.
  • the dashed lines indicate that the recess 22 and the side 23 facing away from the functional geometry are machined. At these points, which are not relevant to the actual function of the component, the geometry is not only generated by forming, but is also created by machining or brought into the desired final state. 3 shows an enlarged section through a tooth 200 of the functional geometry 20, ie the running geometry.
  • the dashed line indicates the course of the hardness from the outside to the core area (cf. FIG. 2). It can be seen that the penetration depth in the head area 201 extends much deeper than in the foot area 202 . Thus, the tip or head of the tooth 200 has been hardened over a larger area than the root area 202 and thus also the valley-shaped areas between the teeth 200.
  • FIG 4 shows the course of the carbon content c in a case-hardened steel (solid line) and a steel used according to the invention with a higher carbon content (dashed line).
  • the values are plotted against the edge distance t. As the enlargement of a tooth makes clear, the edge distance t is measured from the surface of the component in the direction of the core area (cf. Fig. 2).
  • the carbon content has the same value over the entire depth - i.e. over every edge distance t - in steel with a higher carbon content. This is due to the fact that the blank already has a high carbon content and that it is not necessary to increase the carbon content through a machining process. In the prior art, this always leads to the carbon content being higher at the edge than in the core area, since the carbon has been introduced into the component from the surface. This is shown by the solid line for case hardening steel. In the case of case hardening steel, the hardness also decreases from the outside inwards, ie with a larger edge distance t.
  • FIG. 5 shows an embodiment of a flow chart of the forming method according to the invention.
  • the blank is subjected to heating.
  • the blank has a carbon content greater than 0.2 percent by weight.
  • the functional geometry is finished by semi-hot forming. This is preferably done at a temperature above the temperature at which austenitization of the material of the blank takes place, but below 1050°C. The function geometry then does not require any processing that affects the geometry.
  • the formed blank is subjected to controlled cooling, which in one embodiment is followed by machining. In a further treatment, at least part of the functional geometry is induction hardened.

Abstract

The invention relates to a component (2) which is produced from a blank (1) using forming technology, the blank (1) having a carbon content greater than 0.2 wt.%. The component (2) is produced from the blank (1) using the following steps: In a first step (101), the blank (1) is heated to a temperature above a temperature of the blank (1) at which the blank (1) begins to austenitise. In a second step (102), the blank (1) heated in the first step is sheared and undergoes final forming. In a third step (103), the formed blank (1) is subjected to a controlled cooling procedure. The invention also relates to a method for producing a component (2) from a blank (1) using forming technology.

Description

Bauteil sowie Verfahren zum umformtechnischen Erzeugen eines Bauteils Component and method for forming a component
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum umformtechnischen Erzeugen eines Bauteils. The present invention relates to a component. Furthermore, the invention relates to a method for producing a component by forming.
Im Stand der Technik ist es bekannt, Geometrien in metallischen Bauteilen mittels Kaltoder Warmumformung zu erzeugen. Es kann auch eine Kombination von Kalt- und Warmumformung vorgenommen werden, bei der zunächst warm vorgepresst und anschließend kalt fertig gepresst wird. Überdies ist auch die Halbwarmumformung bekannt. Dabei werden Umformvorgänge, die bei einer Temperatur oberhalb 1.000 °C stattfinden, als Warmumformung (im Englischen als hotforging bekannt) bezeichnet. Nach einer Warmum formung ist im Stand der Technik an den Funktionsflächen üblicherweise eine Kaltumfor mung oder eine Zerspanung erforderlich. Bei Temperaturen zwischen 700 °C und 900 °C (gelegentlich auch bis 1.050 °C) handelt es sich um Halbwarmumformungen (im Engli schen: warm forging). Die Kaltumformung führt in der Regel zu einer hohen Genauigkeit, wohingegen bei der Warmumformung geringere Umformkräfte erforderlich sind und sich höhere Umformgrade erzielen lassen. It is known in the prior art to produce geometries in metal components by means of cold or hot forming. A combination of cold and hot forming can also be carried out, in which hot pre-pressing is carried out first and then cold, finish-pressing. Moreover, warm forging is also known. Forming processes that take place at a temperature above 1,000 °C are referred to as hot forming. After hot forming, cold forming or machining is usually required on the functional surfaces in the prior art. Temperatures between 700 °C and 900 °C (occasionally also up to 1,050 °C) are warm forging. As a rule, cold forming leads to a high degree of accuracy, whereas lower forming forces are required for hot forming and higher degrees of forming can be achieved.
Ein im Stand der Technik bekannter Fertigungsablauf ist durch folgende Schritte gegeben: Warmumformen, Strahlen, Weichglühen, Strahlen, Beschichten, Halbwarmumformen, Zerspanen, Einsatzhärten, Strahlen und Hartbearbeiten. A production sequence known in the state of the art consists of the following steps: hot forming, blasting, soft annealing, blasting, coating, warm forming, machining, case hardening, blasting and hard machining.
Ein alternativer Ablauf sieht vor: Warmumformen, Weichglühen, Strahlen, Beschichten, Kaltumformen, Zerspanen, Einsatzhärten, Strahlen und Hartbearbeiten. An alternative process provides: hot forming, soft annealing, blasting, coating, cold forming, machining, case hardening, blasting and hard machining.
Nachteilig am Stand der Technik ist somit, dass die Prozessketten zur Erzeugung von Bauteilen, bei denen eine Warm-/Kalt- oder eine Warm-/Halbwarm-Umformung und eine anschließende Einsatzhärtung stattfinden, viele Einzelschritte aufweisen. Dies führt zu einer entsprechend langen Herstellungszeit, erhöht die Kosten und ist auch in energetischer Hinsicht nachteilig, da für jeden Schritt Energie aufgewendet werden muss. Verfahren zum Herstellen von Bauteilen wie Kegelrädern, Zahnrädern oder Wälzlagerringen offenbaren beispielsweise die DE 100 65 737 A1 , die DE 102012 017525 A1 , die US 2016/0361784 A1 oder die DE 19734563 C1. The prior art therefore has the disadvantage that the process chains for producing components in which hot/cold or hot/warm forming and subsequent case hardening take place have many individual steps. This leads to a correspondingly long production time, increases costs and is also disadvantageous in terms of energy, since energy has to be expended for each step. DE 100 65 737 A1, DE 102012 017525 A1, US 2016/0361784 A1 or DE 19734563 C1, for example, disclose methods for producing components such as bevel gears, gear wheels or roller bearing rings.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die umformtechnische Erzeu gung von Bauteilen im Hinblick auf die Energiebilanz zu verbessern. The object on which the invention is based is to improve the metal forming production of components with regard to the energy balance.
Die Erfindung löst die Aufgabe gemäß einer ersten Lehre durch ein Bauteil. Gemäß einer zweiten Lehre wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum umformtechnischen Erzeugen eines Bauteils gelöst. According to a first teaching, the invention solves the problem with a component. According to a second teaching, the object is achieved by a method for producing a component by forming.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Bauteil, welches umformtechnisch aus einem Rohling erzeugt worden ist, wobei der Rohling einen Kohlenstoffanteil größer als 0,2 Gewichtsprozent aufweist. In einer Ausgestaltung weist der Rohling vorzugsweise einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,4 Gewichtsprozent und 0,7 Gewichtsprozent auf. The object is achieved according to the invention by a component which has been produced from a blank by forming, the blank having a carbon content greater than 0.2 percent by weight. In one embodiment, the blank preferably has a carbon content of between 0.4 percent by weight and 0.7 percent by weight.
Der Rohling, aus dem das Bauteil durch Umformverfahren erzeugt worden ist, besteht somit nicht aus einem üblichen oder gängigen Einsatzhärtestahl, weil er über einen höheren Kohlenstoffanteil verfügt. The blank from which the component has been produced by means of a forming process is therefore not made from a customary or common case-hardening steel because it has a higher carbon content.
Um Stahl härter und somit verschleißfester zu machen, sind verschiedene Wärmebehandlungsmethoden bekannt. Ein bedeutender Einflussfaktor ist der Anteil von Kohlenstoff im Stahl, der durch spezielle Effekte unter Temperatureinwirkung und anschließender Abkühlung den Stahl „härtet“. Dabei kommt im Stand der Technik der sog. Einsatzhärtestahl zur Anwendung. Dabei handelt es sich um Stahl mit einem relativ geringen Kohlenstoffanteil, der typischerweise kleiner als 0,2 Gewichtsprozent ist. Um den Stahl bzw. die Bauteile zu härten, wird Kohlenstoff zugeführt. Dies geschieht über einen längeren Zeitraum und bei entsprechenden Temperaturen in einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre. Der Kohlenstoff diffundiert langsam in das Bauteil bis zu einer gewissen Tiefe ein, die von der Zeitdauer der Behandlung abhängig ist. Durch Temperatur- und Abkühlungseffekte wird das Bauteil an den Stellen gehärtet, zu denen der Kohlenstoff eindiffundiert ist. Bei dem erfindungsgemäßen Bauteil wird für den Rohling ein höherkohlenstoffhaltiger Stahl verwendet, der über einen z. B. für eine Wärmebehandlung ausreichend hohen Kohlen stoffanteil verfügt. Various heat treatment methods are known to make steel harder and thus more wear-resistant. A significant influencing factor is the proportion of carbon in the steel, which "hardens" the steel through special effects under the influence of temperature and subsequent cooling. The so-called case hardening steel is used in the prior art. This is steel with a relatively low carbon content, typically less than 0.2 percent by weight. Carbon is added to harden the steel or the components. This happens over a longer period of time and at appropriate temperatures in a carbonaceous atmosphere. The carbon slowly diffuses into the component to a certain depth, which depends on the duration of the treatment. Due to temperature and cooling effects, the component is hardened at the points to which the carbon has diffused. In the component according to the invention, a high-carbon steel is used for the blank, which has a z. B. has a sufficiently high proportion of carbon for a heat treatment.
Erfindungsgemäß ist das Bauteil zumindest mit folgenden Schritten aus dem Rohling erzeugt worden: dass in einem ersten Schritt der Rohling auf eine Temperatur - vorzugsweise zwischen 800 °C und 1.050 °C - oberhalb einer T emperatur erwärmt worden ist, bei welcher eine Austenitisierung des Rohlings beginnt, dass in einem zweiten Schritt der im ersten Schritt erwärmte Rohling abgeschert und fertig umgeformt worden ist, und dass in einem dritten Schritt der umgeformte Rohling einer kontrollierten Abkühlung unterzogen worden ist. According to the invention, the component has been produced from the blank in at least the following steps: in a first step, the blank has been heated to a temperature—preferably between 800° C. and 1,050° C.—above a temperature at which austenitization of the blank begins that in a second step the blank heated in the first step has been sheared off and completely formed, and that in a third step the formed blank has been subjected to controlled cooling.
Im zweiten Schritt wird insbesondere keine solche Erwärmung ausgeführt, sodass es sich um eine Warmumformung handeln würde. Der zweite Schritt umfasst in einer Ausgestaltung eine Halbwarmumformung. Durch die Halbwarmumformung (die Temperatur liegt unterhalb von 1.050 °C) zu Beginn des Herstellungsverfahrens anstelle der im Stand der Technik üblichen Warmumformung können im Stand der Technik erforderliche Umformschritte und beispielsweise auch - für den Fall eines Rohlings aus einem höherkohlenstoff- haltigen Stahl - ein Einsatzhärten entfallen. So wäre es im Stand der Technik bei einem Rohling aus einem Einsatzstahl bei einer Halbwarmumformung erforderlich, das Einsatzhärten durchzuführen. Dieser Schritt entfällt bei einem Rohling aus einem höherkohlenstoff- haltigen Stahl. Als Vorteil ergibt sich eine verkürzte Fertigungszeit und ein reduzierter Energiebedarf. Die Erfindung zeichnet sich somit vorteilhafterweise durch Ressourceneffizienz und durch die Reduzierung des Energiebedarfs aus. In particular, no such heating is carried out in the second step, so that it would be hot working. In one configuration, the second step comprises warm forging. Due to the semi-hot forming (the temperature is below 1,050 °C) at the beginning of the manufacturing process instead of the hot forming customary in the prior art, the forming steps required in the prior art and, for example - in the case of a blank made of a high-carbon steel - case hardening can also be carried out omitted. In the prior art, for example, it would be necessary to carry out case hardening in the case of a blank made of case-hardening steel during warm forming. This step is not necessary with a blank made of a high-carbon steel. The advantage is a shortened production time and a reduced energy requirement. The invention is thus advantageously characterized by resource efficiency and by the reduction in energy requirements.
Die Halbwarmumformung erfolgt mit einer Temperatur oberhalb einer Temperatur, bei welcher eine Austenitisierung des Materials des Rohlings beginnt. Dieser untere Temperaturwert der Austenitisierung ist dabei materialabhängig und liegt bei den meisten Werkstoffen zwischen ungefähr 850 °C und 1.050 °C. Dabei versteht man unter Austenitisierung, dass infolge einer Wärmebehandlung von Eisen Ferrit zu Austenit gewandelt wird, dass also die Umwandlung einer kubisch-raumzentrierten Kristallstruktur zu einem Mischkristall, der aus Eisen und Kohlenstoff besteht, stattfindet. Der Temperaturbereich, in welchem die Auste nitisierung stattfindet, erstreckt sich dabei bis zum Schmelzpunkt des jeweiligen Materials. Die Temperatur der Halbwarmumformung liegt jedoch unterhalb des Schmelzpunkts. In ei ner Ausgestaltung liegt die Temperatur der Halbwarmumformung bei maximal 1.050 °C. Ein Vorteil einer Halbwarmumformung oberhalb der vorgenannten Temperatur der beginnenden Austenitisierung besteht darin, dass - insbesondere in Verbindung mit einer Wärmebehandlung - komplexe Geometrien im Rohling erzeugt und entsprechende Bauteile gefertigt werden können. The semi-hot forming takes place at a temperature above a temperature at which austenitization of the material of the blank begins. This lower temperature value for austenitization depends on the material and is between around 850 °C and 1,050 °C for most materials. Austenitization means that as a result of a heat treatment of iron, ferrite is converted into austenite, i.e. the conversion of a body-centered cubic crystal structure into a mixed crystal consisting of iron and carbon, takes place. The temperature range in which austenitization takes place extends up to the melting point of the respective material. However, the warm working temperature is below the melting point. In one embodiment, the temperature of the semi-hot forming is at most 1,050°C. One advantage of semi-hot forming above the aforementioned temperature of the onset of austenitization is that—particularly in connection with heat treatment—complex geometries can be produced in the blank and corresponding components can be manufactured.
Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass es sich bei dem Bauteil um ein Differentialkegelrad handelt. Die Besonderheit dieser Ausgestaltung besteht darin, dass eine komplexe Struktur wie die eines Differentialkegelrads aus einem Material mit einem hohen Kohlenstoffgehalt erzeugt wird. One configuration of the component provides that the component is a differential bevel gear. The peculiarity of this design is that a complex structure like that of a differential bevel gear is created from a material with a high carbon content.
Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass der Rohling in Stangenform vorliegt. One configuration of the component is that the blank is in the form of a rod.
Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass der zweite Schritt ein Netshape-Um- formverfahren ist. Handelt es sich bei dem Bauteil um ein Differentialkegelrad, so stellt die Umformung oberhalb der Temperatur der beginnenden Austenitisierung in Kombination mit dem Schmieden der fertigen Funktions-Geometrie im zweiten Schritt vorzugsweise unter Anwendung einer Netshape-Umformung eine Besonderheit im Vergleich mit dem Stand der Technik dar. Die Funktions-Geometrie ist beispielsweise bei einem Kegelrad durch die Verzahnung gegeben. One configuration of the component is that the second step is a Netshape forming process. If the component is a differential bevel gear, the forming above the temperature of the onset of austenitization in combination with the forging of the finished functional geometry in the second step, preferably using netshape forming, represents a special feature compared to the prior art In the case of a bevel gear, for example, the functional geometry is given by the toothing.
Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass das Bauteil ein solches vorgegebenes Kerngefüge in einem Kernbereich aufweist, wie es durch die Abkühlung im dritten Schritt erzeugt worden ist. Durch die gezielte Abkühlung im dritten Schritt wird im Bauteil ein gewünschtes Kerngefüge erzeugt. Die Kohlenstoffverteilung erfährt dabei im dritten Schritt im Wesentlichen keine Änderung und ist insbesondere bei der Verwendung eines höherkoh- lenstoffhaltigen Stahls für den Rohling über den Querschnitt des Bauteils im Wesentlichen konstant. Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass in dem dritten Schritt ein vorgegebenes Kerngefüge in einem Kernbereich erzeugt worden ist, und dass das vorgegebene Kerngefüge bezogen ist auf Anwendungscharakteristika des Bauteils. Die Anwendungscharakte ristika beziehen sich dabei z. B. auf die Härte, die Zähigkeit oder die Dauerfestigkeit, die das Bauteil für die Anwendung aufzuweisen hat. One configuration of the component provides that the component has such a predetermined core structure in a core area as was produced by cooling in the third step. Through the targeted cooling in the third step, a desired core structure is created in the component. In the third step, the carbon distribution essentially does not change and is essentially constant over the cross section of the component, in particular when using a high-carbon steel for the blank. One configuration of the component is that in the third step a specified core structure has been produced in a core area, and that the specified core structure is related to application characteristics of the component. The application characteristics relate z. B. on the hardness, toughness or fatigue strength that the component has to have for the application.
Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass vor dem ersten Schritt keine sich auf Ma terialeigenschaften auswirkende Erwärmung des Rohlings durchgeführt worden ist. Dabei kann der Rohling selbst bei seiner Erzeugung eine Erwärmung erfahren haben. Dies wäre jedoch nicht Teil des Herstellungsverfahrens des erfindungsgemäßen Bauteils. Der Rohling ist somit weiterhin nur durch seinen Kohlenstoffgehalt größer als 0,2 Gewichtsprozent gekennzeichnet. Erfindungsgemäß ist jedoch vor dem ersten Schritt keine Vorerwärmung erforderlich. One configuration of the component provides that, before the first step, no heating of the blank that affects the material properties has been carried out. The blank itself may have been heated during its production. However, this would not be part of the manufacturing process of the component according to the invention. The blank is therefore still only characterized by its carbon content of more than 0.2 percent by weight. According to the invention, however, no preheating is required before the first step.
Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass im zweiten Schritt eine Laufverzahnung umformtechnisch erzeugt worden ist. Die Laufverzahnung ist in dieser Ausgestaltung eine Funktions-Geometrie des Bauteils, die im zweiten Schritt umformtechnisch erzeugt wird. One configuration of the component consists in that, in the second step, a running gear has been produced by forming. In this embodiment, the running gearing is a functional geometry of the component, which is produced in the second step by forming.
Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass eine im zweiten Schritt erzeugte Funktions- Geometrie keine weitere formverändernde Bearbeitung erfahren hat. Durch den zweiten Schritt hat das Bauteil somit seine endgültige Funktions-Geometrie erhalten. Weitere umformtechnische oder spanabhebende Bearbeitungen zur Erzeugung der gewünschten Funktions-Geometrie sind nicht mehr erforderlich. Handelt es sich bei dem Bauteil beispielsweise um ein Kegelrad, so handelt es sich bei der Funktions-Geometrie um die Verzahnung, die im zweiten Schritt vollständig erzeugt wird. Weitere Bearbeitungsschritte, die auch besondere Geometrien erzeugen, können in den unterschiedlichen Ausgestaltungen dem zweiten Schritt folgen. Dies bezieht sich dann jedoch auf andere Abschnitte des Bauteils und nicht auf die Funktions-Geometrie. So wird in dem Beispiel Kegelrad die Verzahnung nicht umgeformt oder einer Zerspanung unterzogen. Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass der Rohling in dem zweiten Schritt über Wärme verfügt, die in den Rohling in dem ersten Schritt eingebracht worden ist. Dies spart die aufzuwendende Energie ein. In dieser Ausgestaltung ist die Halbwarmumformung des zweiten Schritts also Teil einer verketteten Wärmebehandlung. In dem somit Umformung und Wärmebehandlung kombiniert werden, ergibt sich ein sehr effizienter und res sourcenschonender Gesamtprozess. One configuration of the component provides that a functional geometry generated in the second step has not undergone any further shape-changing processing. The second step gave the component its final functional geometry. Further forming or machining operations to create the desired functional geometry are no longer required. For example, if the component is a bevel gear, the functional geometry is the toothing, which is completely created in the second step. Further processing steps, which also produce special geometries, can follow the second step in the different configurations. However, this then refers to other sections of the component and not to the functional geometry. In the case of the bevel gear, for example, the toothing is not formed or subjected to machining. One configuration of the component is that in the second step the blank has heat at its disposal that was introduced into the blank in the first step. This saves the energy to be expended. In this embodiment, the semi-hot forming of the second step is therefore part of an interlinked heat treatment. By combining forming and heat treatment, the result is a very efficient and resource-saving overall process.
Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass eine Vertiefung im Rohling erzeugt worden ist, und dass nach dem dritten Schritt eine spanabhebende Bearbeitung der Vertiefung erfolgt ist. In einer Ausgestaltung ist die Vertiefung im zweiten Schritt und/oder umformtechnisch erzeugt worden. In einer Ausgestaltung ist die Vertiefung eine durchgehende Bohrung. In einer alternativen Ausgestaltung verfügt die Vertiefung über einen Boden. One configuration of the component provides that a depression has been produced in the blank and that after the third step the depression has been machined. In one embodiment, the indentation was produced in the second step and/or by forming. In one embodiment, the recess is a through hole. In an alternative embodiment, the recess has a base.
Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass nach dem dritten Schritt eine spanabhebende Bearbeitung einer von der im zweiten Schritt erzeugten Funktions-Geometrie abgewandten Seite des Rohlings erfolgt ist. In dieser Ausgestaltung wird die Rückseite der Funktions-Geometrie oder z. B. die Unterseite, wenn die Funktions-Geometrie auf der Oberseite angeordnet ist, spanabhebend bearbeitet. One configuration of the component is that after the third step, a side of the blank facing away from the functional geometry produced in the second step is machined. In this embodiment, the back of the functional geometry or z. B. the bottom, if the function geometry is arranged on the top, machined.
Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass nach dem dritten Schritt eine im zweiten Schritt erzeugte Funktions-Geometrie des Rohlings zumindest teilweise einer Induktionshärtung unterzogen worden ist. Durch die Induktionshärtung wird die Oberfläche in Bezug auf ihre Härte auf einen gewünschten Wert und auf einen gewünschten Härteverlauf gebracht. One configuration of the component provides that after the third step, a functional geometry of the blank produced in the second step is at least partially subjected to induction hardening. Induction hardening brings the surface to a desired value and hardness profile in terms of hardness.
Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass das Bauteil eine durch die Induktionshärtung erzeugte Martensitbildung sowie eine Ansprunghärte gemäß dem Kohlenstoffgehalt an der Oberfläche (dies ist vorzugsweise die Außenseite) aufweist, und dass die Martensitbildung bezogen ist auf Anwendungscharakteristika - insbesondere Härte und/oder Zähigkeit und/oder Dauerfestigkeit - des Bauteils. Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass nur Zähne der im zweiten Schritt erzeugten Funktions-Geometrie der Induktionshärtung unterzogen worden sind. In dieser Ausgestal tung verfügt die Funktions-Geometrie über Zähne. Die Zähne sind somit in dieser Ausgestaltung eine besondere Form der Funktionsflächen der Funktions-Geometrie. Daher sind in einer allgemeinen Ausgestaltung nur die Funktionsflächen der im zweiten Schritt erzeugten Funktions-Geometrie der Induktionshärtung unterzogen worden. Die Funktionsflächen sind dabei vor allem die Abschnitte oder Bereiche der Funktions-Geometrie, die in der An wendung des Bauteils der größten mechanischen Belastung ausgesetzt sind. One configuration of the component is that the component has martensite formation generated by the induction hardening and an initial hardness according to the carbon content on the surface (this is preferably the outside), and that the martensite formation is related to application characteristics - in particular hardness and / or toughness and /or fatigue strength - of the component. One embodiment of the component provides that only teeth of the functional geometry produced in the second step have been subjected to induction hardening. In this configuration, the functional geometry has teeth. In this configuration, the teeth are therefore a special form of the functional surfaces of the functional geometry. Therefore, in a general configuration, only the functional surfaces of the functional geometry produced in the second step have been subjected to induction hardening. The functional surfaces are primarily the sections or areas of the functional geometry that are exposed to the greatest mechanical stress when the component is used.
In einer weiteren Ausgestaltung sind alle Abschnitte des Bauteils, die in der Anwendung einer mechanischen Belastung, z. B. durch den Kontakt mit anderen Bauteilen unterliegen einer Induktionshärtung unterzogen worden. In a further embodiment, all sections of the component that are subject to mechanical stress, e.g. B. through contact with other components are subject to induction hardening.
Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass Zähne und Zwischen-Abschnitte zwischen den Zähnen der im zweiten Schritt erzeugten Funktions-Geometrie der Induktionshärtung unterzogen worden sind. One configuration of the component is that teeth and intermediate sections between the teeth of the functional geometry produced in the second step have been subjected to induction hardening.
Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass Funktionsflächen und Zwischen-Abschnitte zwischen den Zähnen der im zweiten Schritt erzeugten Funktions-Geometrie der Induktionshärtung unterzogen worden sind. One configuration of the component provides that functional surfaces and intermediate sections between the teeth of the functional geometry produced in the second step have been subjected to induction hardening.
Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass in dem zweiten Schritt eine Funktions-Geometrie mit Zähnen erzeugt worden ist, und dass das Bauteil jeweils in einem Kopfbereich der Zähne eine höhere Eindringtiefe an gehärtetem Material als in zughörigen Fußbereichen aufweist. Die Flanken der Zähne zwischen dem Kopfbereich und den zugehörigen Fußbereichen kann eine veränderlich Eindringtiefe aufweisen. One embodiment of the component provides that in the second step a functional geometry with teeth has been produced and that the component has a greater penetration depth of hardened material in a head area of the teeth than in the associated foot areas. The flanks of the teeth between the head area and the associated foot areas can have a variable depth of penetration.
Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass das Bauteil nach dem dritten Schritt zumindest teilweise einer Oberflächenbehandlung unterzogen - insbesondere gestrahlt - worden ist. Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass das Bauteil über einen im Wesentlichen konstanten Kohlenstoffgehalt verfügt, und dass eine Härte des Bauteils in Richtung der Außenseite höher als in einem Kernbereich ist. Das Bauteil verfügt somit über einen Verlauf der Härte, der von außen nach innen abnimmt und der vergleichbar mit dem Verlauf ist, wie er gemäß Stand der Technik aus Rohlingen aus Einsatzhärtestahl erzeugt wird. Der Koh lenstoffgehalt ist jedoch - im Gegensatz zu den Bauteilen gemäß dem Stand der TechnikOne configuration of the component consists in the component being at least partially subjected to a surface treatment—in particular blasted—after the third step. One configuration of the component provides that the component has a substantially constant carbon content and that the hardness of the component is higher towards the outside than in a core area. The component thus has a hardness profile that decreases from the outside to the inside and that is comparable to the profile that is produced from blanks made of case-hardening steel according to the prior art. However, the carbon content is - in contrast to the components according to the prior art
- im Wesentlichen konstant über das ganze Bauteil. Dies ist ein deutlicher Unterschied und dies ergibt sich daraus, dass ein Rohling mit einem höheren Kohlenstoffanteil verwendet wird. - essentially constant over the entire component. This is a clear difference and it comes from using a blank with a higher carbon content.
Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass das Bauteil frei von einem Aufkohlungsprozess erzeugt worden ist. One configuration of the component is that the component has been produced without a carburizing process.
Gemäß einer zweiten Lehre löst die Erfindung die Aufgabe durch ein Verfahren zum umformtechnischen Erzeugen eines Bauteils - insbesondere eines Differentialkegelrad - aus einem Rohling, wobei der Rohling einen Kohlenstoffanteil größer als 0,2 GewichtsprozentAccording to a second teaching, the invention solves the problem with a method for producing a component—in particular a differential bevel gear—from a blank by metal forming, the blank having a carbon content greater than 0.2 percent by weight
- vorzugsweise zwischen 0,4 Gewichtsprozent und 0,7 Gewichtsprozent - aufweist, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte aufweist: dass in einem ersten Schritt der Rohling auf eine Temperatur - vorzugsweise zwischen 800 °C und 1.050 °C - oberhalb einer Temperatur des Rohlings erwärmt wird, bei welcher eine Austenitisierung stattfindet, dass in einem zweiten Schritt der im ersten Schritt erwärmte Rohling abgeschert und fertig umgeformt wird, und dass in einem dritten Schritt der umgeformte Rohling einer kontrollierten Abkühlung unterzogen wird. - preferably between 0.4 percent by weight and 0.7 percent by weight -, the method having at least the following steps: that in a first step the blank is heated to a temperature - preferably between 800 °C and 1,050 °C - above a temperature of the blank in which austenitization takes place, that in a second step the blank heated in the first step is sheared off and completely formed, and that in a third step the formed blank is subjected to controlled cooling.
Im vorangehenden und folgenden Text sind Ausgestaltungen des Bauteils und der für die Herstellung des Bauteils ausgeführten Prozessschritte diskutiert. Die dortigen Ausführungen gelten entsprechend auch für das Verfahren, sodass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird. Configurations of the component and the process steps carried out for the production of the component are discussed in the preceding and following text. The explanations given there also apply accordingly to the procedure, so that it is not repeated here.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass im zweiten Schritt ein Netshape- Umformverfahren ausgeführt wird. Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass im dritten Schritt ein vorgegebenes Kerngefüge in einem Kernbereich erzeugt wird. In einer Ausgestaltung wird im dritten Schritt im Wesentlichen keine Änderung der Kohlenstoffverteilung vorgenommen. Die Kohlenstoffverteilung ist dabei insbesondere bei der Verwendung eines Rohlings aus einem Stahl mit einem höheren Kohlenstoffgehalt im Wesentlichen konstant über den gesamten Querschnitt des Bauteils. One embodiment of the method is that a netshape forming method is carried out in the second step. In one embodiment of the method, a predetermined core structure is produced in a core area in the third step. In one configuration, essentially no change in the carbon distribution is made in the third step. The carbon distribution is essentially constant over the entire cross section of the component, in particular when using a blank made of steel with a higher carbon content.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass im zweiten Schritt eine Laufverzah nung umformtechnisch erzeugt wird. One embodiment of the method consists in that in the second step a running gear is produced by forming.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass in dem ersten Schritt Wärme in den Rohling eingebracht wird, und dass die eingebrachte Wärme beim zweiten Schritt verwendet wird. One embodiment of the method provides that heat is introduced into the blank in the first step and that the heat introduced is used in the second step.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass - vorzugsweise im zweiten Schritt und/oder vorzugweise umformtechnisch - eine Vertiefung - insbesondere eine durchgehende Bohrung - im Rohling erzeugt wird, und dass nach dem dritten Schritt die Vertiefung spanabhebend bearbeitet wird. One embodiment of the method consists in that—preferably in the second step and/or preferably by forming—a depression—in particular a continuous bore—is produced in the blank, and that after the third step the depression is machined.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass nach dem dritten Schritt eine von der im zweiten Schritt erzeugten Funktions-Geometrie abgewandten Seite des Rohlings spanabhebend bearbeitet wird. One embodiment of the method provides that after the third step, a side of the blank facing away from the functional geometry produced in the second step is machined.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass nach dem dritten Schritt eine im zweiten Schritt erzeugte Funktions-Geometrie des Rohlings zumindest teilweise einer Induktionshärtung unterzogen wird. One embodiment of the method consists in that, after the third step, a functional geometry of the blank produced in the second step is at least partially subjected to induction hardening.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass nur Zähne der im zweiten Schritt erzeugten Funktions-Geometrie der Induktionshärtung unterzogen werden. In einer alternativen Ausgestaltung werden Zähne und Zwischen-Abschnitte zwischen den Zähnen der im zweiten Schritt erzeugten Funktions-Geometrie der Induktionshärtung unterzogen. Eine Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass das Bauteil nach dem dritten Schritt zumindest teilweise einer Oberflächenbehandlung unterzogen - insbesondere gestrahlt - werden. One embodiment of the method provides that only teeth of the functional geometry produced in the second step are subjected to induction hardening. In an alternative embodiment, teeth and intermediate sections between the teeth of the functional geometry produced in the second step are subjected to induction hardening. One embodiment of the method consists in the component being at least partially subjected to a surface treatment—particularly blasted—after the third step.
Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Bauteil und das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen: In particular, there are a number of possibilities for designing and developing the component according to the invention and the method according to the invention. For this purpose, reference is made on the one hand to the patent claims subordinate to the independent patent claims and on the other hand to the following description of exemplary embodiments in conjunction with the drawings. Show it:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Rohling sowie eine räumliche Darstellung eines erfindungsgemäß erzeugten Bauteils, 1 shows a section through a blank and a spatial representation of a component produced according to the invention,
Fig. 2 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Bauteil, 2 shows a section through a component according to the invention,
Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt eines Schnitts eines Bauteils im Bereich eines Zahns, 3 shows an enlarged detail of a section of a component in the area of a tooth,
Fig. 4 einen schematischen Verlauf des Kohlenstoffanteils entlang der Tiefe des Bauteils von der Außenfläche zum Kernbereich für einen einsatzgehärteten Stahl sowie einen erfindungsgemäß verwendeten Stahl und 4 shows a schematic progression of the carbon content along the depth of the component from the outer surface to the core area for a case-hardened steel and a steel used according to the invention, and
Fig. 5 einen schematischen Ablauf der Herstellungsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens. 5 shows a schematic sequence of the production steps of the method according to the invention.
Die Fig. 1 a) zeigt einen Schnitt durch einen Rohling 1, der kreiszylindrisch ausgestaltet ist und bei dem es sich um ein Stangenmaterial handelt. FIG. 1a) shows a section through a blank 1, which is circular-cylindrical and is rod material.
Die Fig. 1 b) zeigt ein aus einem solchen Rohling 1 entstandenes Bauteil 2 in Form eines Kegelrads. Die Funktions-Geometrie 20, die für die eigentliche Funktion des Bauteils 2 erforderlich ist und die hierfür besonders sorgfältig erzeugt sein muss, besteht aus einer Verzahnung mit einander abwechselnden Zähnen und Tälern. Dies ist insgesamt die Laufverzahnung 21 des Kegelrads 2. 1 b) shows a component 2 in the form of a bevel gear produced from such a blank 1 . The functional geometry 20, which is required for the actual function of the component 2 and which must be produced particularly carefully for this purpose, consists of a toothing with alternating teeth and valleys. Overall, this is the running teeth 21 of the bevel gear 2.
In der Mitte des Bauteils 2 befindet sich eine durchgehende Vertiefung 22 oder Aussparung. Diese Aussparung 22 sowie die von der Funktions-Geometrie 20 abgewandte Rück- oder Unterseite 23 sind dabei teilweise spanend erzeugt oder zumindest nachbearbeitet worden. Dies im Gegensatz zu der Laufverzahnung 21, die einmalig durch einen Umformschritt er zeugt wurde. In the middle of the component 2 there is a continuous recess 22 or recess. This recess 22 and the rear or underside 23 facing away from the functional geometry 20 have been partially machined or at least reworked. This is in contrast to the running teeth 21, which he witnessed once by a forming step.
Die hier zu sehende Außenseite 25 oder Oberfläche der Funktions-Geometrie 20 hat nach der Umformung lediglich eine Härtebehandlung erfahren. The outside 25 or surface of the functional geometry 20 that can be seen here has only undergone a hardening treatment after the forming.
In der Fig. 2 ist ein Schnitt durch einen Rohling nach der Umformung und vor einem spanabhebenden Schritt dargestellt. 2 shows a section through a blank after forming and before a machining step.
Zu erkennen ist hier beispielsweise auf der rechten Seite die Verzahnung, die durch die Umformung erzeugt worden ist. Wie anhand der Längsachse zu erkennen, ist aus der zylindrischen Ursprungsform des Rohlings eine eher ringartige Struktur geworden. For example, on the right-hand side you can see the gearing that was created by the forming. As can be seen from the longitudinal axis, the original cylindrical shape of the blank has become more of a ring-like structure.
Von der Außenseite 25 bis zum Kerngefüge in dem Kernbereich 26 als dem inneren Bereich des Bauteils liegt ein konstanter Kohlenstoffgehalt vor, der bedingt durch die Wahl des Materials des Rohlings oberhalb des Wertes von Einsatzstahl liegt. From the outside 25 to the core structure in the core area 26 as the inner area of the component there is a constant carbon content which, due to the selection of the material of the blank, is above the value of case-hardening steel.
Die durchgehende Aussparung 22 ist in diesem Beispiel kreiszylindrisch ausgeführt. Alternativ kann die Aussparung ballig ausgeführt sein oder über eine Steckverzahnung verfügen. Durch die gestrichelten Linien ist angedeutet, dass die Aussparung 22 und die von der Funktions-Geometrie abgewandte Seite 23 spanabhebend bearbeitet werden. An diesen Stellen, die nicht für die eigentliche Funktion des Bauteils relevant sind, wird somit nicht nur umformtechnisch die Geometrie erzeugt, sondern sie wird spanabhebend erschaffen oder in den gewünschten Endzustand gebracht. Die Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch einen Zahn 200 der Funktions-Geometrie 20, also der Laufgeometrie. The continuous cutout 22 is circular-cylindrical in this example. Alternatively, the recess can be crowned or have a spline. The dashed lines indicate that the recess 22 and the side 23 facing away from the functional geometry are machined. At these points, which are not relevant to the actual function of the component, the geometry is not only generated by forming, but is also created by machining or brought into the desired final state. 3 shows an enlarged section through a tooth 200 of the functional geometry 20, ie the running geometry.
Angrenzend an den Zahn 200 befindet sich rechts und links jeweils ein Abschnitt 203, der auch als Tal beschrieben werden kann. Adjacent to the tooth 200 there is a section 203 on the right and left, which can also be described as a valley.
Die gestrichelte Linie deutet den Verlauf der Härte von der Außenseite zum Kernbereich an (vgl. Fig. 2). Zu erkennen ist, dass sich die Eindringtiefe am Kopfbereich 201 viel tiefer als am Fußbereich 202 erstreckt. Somit ist also die Spitze oder der Kopf des Zahns 200 über einen größeren Bereich gehärtet worden als der Fußbereich 202 und damit auch die talförmigen Bereiche zwischen den Zähnen 200. The dashed line indicates the course of the hardness from the outside to the core area (cf. FIG. 2). It can be seen that the penetration depth in the head area 201 extends much deeper than in the foot area 202 . Thus, the tip or head of the tooth 200 has been hardened over a larger area than the root area 202 and thus also the valley-shaped areas between the teeth 200.
In der Fig. 4 ist der Verlauf des Kohlenstoffanteils c bei einem einsatzgehärteten Stahl (durchgezogene Linie) sowie einem erfindungsgemäß verwendeten Stahl mit höherem Kohlenstoffanteil (gestrichelte Linie) prinzipiell dargestellt. 4 shows the course of the carbon content c in a case-hardened steel (solid line) and a steel used according to the invention with a higher carbon content (dashed line).
Aufgetragen sind dabei die Werte über den Randabstand t. Wie die Vergrößerung eines Zahns verdeutlicht, wird der Randabstand t von der Oberfläche des Bauteils in Richtung des Kernbereichs gemessen (vgl. Fig. 2). The values are plotted against the edge distance t. As the enlargement of a tooth makes clear, the edge distance t is measured from the surface of the component in the direction of the core area (cf. Fig. 2).
Deutlich zu erkennen ist, dass der Kohlenstoffanteil über die gesamte Tiefe - also über jeden Randabstand t - beim Stahl mit höherem Kohlenstoffanteil den gleichen Wert aufweist. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass bereits der Rohling einen hohen Kohlenstoffgehalt aufweist und dass es nicht notwendig ist, durch einen Bearbeitungsprozess den Kohlenstoffgehalt zu erhöhen. Dies führt im Stand der Technik stets dazu, dass der Kohlenstoffgehalt am Rand höher als im Kernbereich ist, da der Kohlenstoff von der Oberfläche her in das Bauteil eingebracht worden ist. Dies zeigt die durchgezogene Linie für Einsatzhärtestahl. Bei dem Einsatzhärtestahl nimmt auch die Härte von außen nach innen, d.h. mit größerem Randabstand t, ab. Bei dem erfindungsgemäß verwendeten Stahl mit höherem Kohlenstoffanteil ergibt sich der Härteverlauf durch das beispielsweise durchgeführte Induktionshärten. Die Fig. 5 zeigt eine Ausführung eines Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Umform verfahrens. Der Rohling wird im ersten Schritt 101 einer Erwärmung unterzogen. Der Rohling hat dabei in einer Variante einen Kohlenstoffanteil größer als 0,2 Gewichtsprozent. Im zweiten Schritt 102 wird die Funktions-Geometrie durch eine Halbwarmumformung fertig erzeugt. Dies er folgt vorzugsweise bei einer Temperatur oberhalb derjenigen Temperatur, bei welcher die Austenitisierung des Materials des Rohlings stattfindet, jedoch unterhalb von 1.050 °C. Die Funktions-Geometrie benötigt anschließend keine die Geometrie beeinflussende Bearbeitung. Im dritten Schritt 103 wird der umgeformte Rohling einer kontrollierten Abkühlung unterzogen, der sich in einer Ausgestaltung eine spanabhebende Bearbeitung anschließt. In einer weiteren Behandlung erfolgt ein Induktionshärten zumindest eines Teils der Funktions-Geometrie. It can be clearly seen that the carbon content has the same value over the entire depth - i.e. over every edge distance t - in steel with a higher carbon content. This is due to the fact that the blank already has a high carbon content and that it is not necessary to increase the carbon content through a machining process. In the prior art, this always leads to the carbon content being higher at the edge than in the core area, since the carbon has been introduced into the component from the surface. This is shown by the solid line for case hardening steel. In the case of case hardening steel, the hardness also decreases from the outside inwards, ie with a larger edge distance t. In the case of the steel with a higher carbon content used according to the invention, the course of hardness results from the induction hardening carried out, for example. FIG. 5 shows an embodiment of a flow chart of the forming method according to the invention. In the first step 101, the blank is subjected to heating. In one variant, the blank has a carbon content greater than 0.2 percent by weight. In the second step 102, the functional geometry is finished by semi-hot forming. This is preferably done at a temperature above the temperature at which austenitization of the material of the blank takes place, but below 1050°C. The function geometry then does not require any processing that affects the geometry. In the third step 103, the formed blank is subjected to controlled cooling, which in one embodiment is followed by machining. In a further treatment, at least part of the functional geometry is induction hardened.

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Bauteil (2), welches umformtechnisch aus einem Rohling (1) erzeugt worden ist, wobei der Rohling (1) einen Kohlenstoffanteil größer als 0,2 Gewichtsprozent - vorzugsweise zwischen 0,4 Gewichtsprozent und 0,7 Gewichtsprozent - aufweist, wobei das Bauteil (2) zumindest mit folgenden Schritten aus dem Rohling (1) erzeugt worden ist: dass in einem ersten Schritt (101) der Rohling (1) auf eine Temperatur - vorzugsweise zwischen 800 °C und 1.050 °C - oberhalb einer Temperatur des Rohlings (1) erwärmt worden ist, bei welcher eine Austenitisierung des Rohlings (1) beginnt, dass in einem zweiten Schritt (102) der im ersten Schritt erwärmte Rohling (1) abgeschert und fertig umgeformt worden ist, und dass in einem dritten Schritt (103) der umgeformte Rohling (1) einer kontrollierten Abkühlung unterzogen worden ist. 1. Component (2) which has been produced from a blank (1) by forming, the blank (1) having a carbon content greater than 0.2 percent by weight - preferably between 0.4 percent by weight and 0.7 percent by weight - wherein the Component (2) has been produced from the blank (1) at least with the following steps: that in a first step (101) the blank (1) to a temperature - preferably between 800 ° C and 1,050 ° C - above a temperature of the blank (1) has been heated, during which austenitization of the blank (1) begins, that in a second step (102) the blank (1) heated in the first step has been sheared off and completely formed, and that in a third step (103 ) the formed blank (1) has been subjected to controlled cooling.
2. Bauteil (2) nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Bauteil (2) um ein Differentialkegelrad handelt. 2. Component (2) according to claim 1, wherein the component (2) is a differential bevel gear.
3. Bauteil (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bauteil (2) ein solches vorgegebenes Kerngefüge in einem Kernbereich (26) aufweist, wie es durch die Abkühlung im dritten Schritt (103) erzeugt worden ist, und wobei das vorgegebene Kerngefüge in dem Kernbereich (26) bezogen ist auf Anwendungscharakteristika - insbesondere Härte und/oder Zähigkeit und/oder Dauerfestigkeit - des Bauteils (2). 3. Component (2) according to claim 1 or 2, wherein the component (2) has such a predetermined core structure in a core region (26) as was produced by the cooling in the third step (103), and wherein the predetermined core structure in the core area (26) relates to application characteristics--in particular hardness and/or toughness and/or fatigue strength--of the component (2).
4. Bauteil (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Bauteil (2) eine durch die Induktionshärtung erzeugte Martensitbildung sowie eine Ansprunghärte gemäß dem Kohlenstoffgehalt an einer Oberfläche aufweist, und wobei die Martensitbildung bezogen ist auf Anwendungscharakteristika - insbesondere Härte und/oder Zähigkeit und/oder Dauerfestigkeit - des Bauteils (2). 4. Component (2) according to one of claims 1 to 3, wherein the component (2) has a martensite formation produced by the induction hardening and an initial hardness according to the carbon content on a surface, and wherein the martensite formation is related to application characteristics - in particular hardness and / or toughness and/or fatigue strength - of the component (2).
5. Bauteil (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in dem zweiten Schritt eine Funktions-Geometrie mit Zähnen (200) erzeugt worden ist, und wobei das Bauteil (2) jeweils in einem Kopfbereich (201) der Zähne (200) eine hö here Eindringtiefe an gehärtetem Material als in zughörigen Fußbereichen (202) auf weist. 5. Component (2) according to one of claims 1 to 4, wherein a functional geometry with teeth (200) has been generated in the second step, and wherein the component (2) is in a head area (201) of the teeth (200 ) has a higher penetration depth of hardened material than in associated foot areas (202).
6. Bauteil (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Bauteil (2) über einen im Wesentlichen konstanten Kohlenstoffgehalt verfügt, und wobei eine Härte des Bauteils (2) in Richtung der Außenseite (25) höher als in einem Kernbereich (26) ist. 6. Component (2) according to one of claims 1 to 5, wherein the component (2) has a substantially constant carbon content, and wherein a hardness of the component (2) in the direction of the outside (25) is higher than in a core area ( 26) is.
7. Verfahren zum umformtechnischen Erzeugen eines Bauteils (2) - insbesondere eines Differentialkegelrad - aus einem Rohling (1), wobei der Rohling (1) einen Kohlenstoffanteil größer als 0,2 Gewichtsprozent - vorzugsweise zwischen 0,4 Gewichtsprozent und 0,7 Gewichtsprozent - aufweist, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte aufweist: dass in einem ersten Schritt (101) der Rohling (1) auf eine Temperatur - vorzugsweise zwischen 800 °C und 1.050 °C - oberhalb einer Temperatur des Rohlings (1) erwärmt wird, bei welcher eine Austenitisierung des Rohlings (1) beginnt, dass in einem zweiten Schritt (102) der im ersten Schritt erwärmte Rohling (1) abgeschert und fertig umgeformt wird, und dass in einem dritten Schritt (103) der umgeformte Rohling (1) einer kontrollierten Abkühlung unterzogen wird. 7. A method for producing a component (2) - in particular a differential bevel gear - by metal forming from a blank (1), the blank (1) having a carbon content greater than 0.2 percent by weight - preferably between 0.4 percent by weight and 0.7 percent by weight - has, wherein the method has at least the following steps: that in a first step (101) the blank (1) to a temperature - preferably between 800 ° C and 1,050 ° C - is heated above a temperature of the blank (1) at which austenitization of the blank (1) begins, that in a second step (102) the blank (1) heated in the first step is sheared off and completely formed, and that in a third step (103) the formed blank (1) undergoes controlled cooling is subjected to.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei in dem ersten Schritt (101) Wärme in den Rohling (1) eingebracht wird, und wobei die eingebrachte Wärme beim zweiten Schritt (102) verwendet wird. The method of claim 7, wherein heat is applied to the blank (1) in the first step (101) and the applied heat is used in the second step (102).
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der zweite Schritt (102) ein Netshape-Umformverfahren ist. 9. The method according to claim 7 or 8, wherein the second step (102) is a netshape transformation process.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei in dem dritten Schritt (103) ein vorgegebenes Kerngefüge in einem Kernbe reich (26) erzeugt wird. 10. The method according to any one of claims 7 to 9, wherein in the third step (103) a predetermined core structure is generated in a core region (26).
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei im zweiten Schritt (102) eine Laufverzahnung (21) umformtechnisch erzeugt wird. 11. The method according to any one of claims 7 to 10, wherein in the second step (102) a running gear (21) is produced by forming.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , wobei - vorzugsweise im zweiten Schritt (102) und/oder vorzugweise umformtechnisch - eine Vertiefung (22) - insbesondere eine durchgehende Bohrung - im Rohling (1) erzeugt wird, und wobei nach dem dritten Schritt (103) die Vertiefung (22) spanabhebend bearbeitet wird. 12. The method according to any one of claims 7 to 11, wherein - preferably in the second step (102) and / or preferably by forming - a depression (22) - in particular a through bore - is produced in the blank (1), and wherein after the third Step (103) the recess (22) is machined.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei nach dem dritten Schritt (103) eine von einer im zweiten Schritt (102) erzeugten Funktions-Geometrie (20) abgewandten Seite (23) des Rohlings (1) spanabhebend bearbeitet wird. 13. The method according to claim 7, wherein after the third step (103) a side (23) of the blank (1) facing away from a functional geometry (20) generated in the second step (102) is machined.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei nach dem dritten Schritt (103) eine im zweiten Schritt (102) erzeugte Funktions-Geometrie (20) des Rohlings (1) zumindest teilweise einer Induktionshärtung unterzogen wird, und wobei nur Zähne (200) oder Zähne (200) und Zwischen-Abschnitte (203) zwischen den Zähnen (200) der im zweiten Schritt (102) erzeugten Funktions-Geometrie (20) der Induktionshärtung unterzogen werden. 14. The method according to any one of claims 7 to 13, wherein after the third step (103) a functional geometry (20) of the blank (1) produced in the second step (102) is at least partially subjected to induction hardening, and wherein only teeth ( 200) or teeth (200) and intermediate sections (203) between the teeth (200) of the functional geometry (20) produced in the second step (102) are subjected to induction hardening.
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