DE102011056900B4

DE102011056900B4 - Verfahren und Anordnung zur Herstellung von spanend bearbeiteten Werkstücken

Info

Publication number: DE102011056900B4
Application number: DE201110056900
Authority: DE
Inventors: Marius Berg; Michael Engelmann
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2013-08-29
Anticipated expiration: 2031-12-23
Also published as: DE102011056900A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit den Verfahrensschritten: Verformen des Werkstücks (2); Bearbeitung des verformten Werkstücks (2) mittels eines profilgebenden Werkzeugs zur Erzeugung eines Profils (6); dadurch gekennzeichnet, dass das Verformen des Werkstücks (2) durch Erzeugen eines Temperaturprofils (TP) im Werkstück bewerkstelligt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von spanend bearbeiteten Bauteilen, eine Werkzeuganordnung zur spanenden Bearbeitung von Bauteilen, sowie entsprechend hergestellte Bauteile.
Die Herstellung von Maschinenbauteilen mittels spanender Herstellung ist hinlänglich bekannt. Beispielsweise können Innenprofile von Bauteilen mittels Räumen hergestellt werden. Bei großen Durchmessern werden Innenprofile häufig auch mittels Wälzstoßen erzeugt. Nach der spanenden Bearbeitung können Maschinenbauteile einem Härteverfahren unterzogen werden, um Verschleißfestigkeit und Lebensdauer des Bauteils zu erhöhen.
Aus der US 4 343 563 ist eine innere Keilverzahnung eines Nabenbauteils und die Herstellung einer solchen Keilverzahnung bekannt. Auf einen inneren Kragen des Nabenbauteils werden Axialkräfte ausgeübt, so dass sich das Nabenbauteil insgesamt elastisch verformt. In verformtem Zustand wird das Nabenbauteil geräumt, wobei eine zylindrische Innenverzahnung erzeugt wird. Nach dem Entlasten des Nabenbauteils verformt sich das Nabenbauteil wieder zurück in die Ausgangsstellung, so dass die vormals zylindrische Innenverzahnung konisch wird.
Aus der EP 2 153 925 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Laufrads einer Gasturbine mittels eines Räumwerkzeugs bekannt. Dabei wird ein Bereich des Laufrads mittels eines Lasers erwärmt und während des Erwärmens mittels des Räumwerkzeugs spanend bearbeitet. Auf diese Weise soll die Mikrostruktur der spanend bearbeiteten Werkstückoberfläche verbessert werden.
Aus der DE 10 2009 009 019 B3 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle mit geringer Wandstärke bekannt. Dabei werden die zylindrische Innenfläche und die zylindrische Außenfläche des Rohlings auf ein Bearbeitungsmaß spanend bearbeitet. Der so vorbearbeitete Hohlkörper wird abschließend durch ein Diffusionsverfahren gehärtet, wobei jedes Bearbeitungsmaß so gewählt wird, dass sich das Fertigmaß des Hohlkörpers durch die eintretende Materialausdehnung während des Diffusionsverfahrens einstellt.
Aus der DE 36 21 422 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von genuteten Innenprofilen bei gehärteten Werkstücken und dafür geeignete Räumnadeln bekannt. Dabei wird ein durch Härteverzug entstandenes Untermaß durch Nachräumen mit einer speziellen kurzen Räumnadel beseitigt.
Nachteilig bei bekannten Verfahren zur Herstellung von spanend bearbeiteten Bauteilen ist, dass es aufgrund des Härtens zu Härteverzügen kommen kann. Ein weiterer Nachteil an herkömmlichen spanabhebenden Verfahren mit linearer Vorschubrichtung ist, dass andere als zylindrische Konturen, beispielsweise ballige oder konische Profile nicht herstellbar sind. Ein vorheriges Verformen kommt bei massiven Bauteilen nicht in Frage.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken vorzuschlagen, mit dem ein variables Profil in dem Werkstück erzeugt werden kann und mit dem Werkstücke mit hoher Maßhaltigkeit gut reproduzierbar hergestellt werden können. Dabei soll das Verfahren insbesondere auch zur Herstellung dickwandiger oder massiver Bauteile geeignet sein. Die Aufgabe besteht ferner darin, eine entsprechende Vorrichtung vorzuschlagen, mit der profilgebend bearbeitete Bauteile mit besonders geringen Fertigungstoleranzen herstellbar sind.
Die Lösung besteht in einem Verfahren zur Herstellung von profilgebend bearbeiteten Bauteilen mit den Verfahrensschritten:
Verformen des Werkstücks; und Bearbeitung des verformten Werkstücks mittels eines profilgebenden Werkzeugs zur Erzeugung eines Profils; wobei das Verformen des Werkstücks durch Erzeugen eines Temperaturprofils im Werkstück bewerkstelligt wird.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die nach der profilgebenden Bearbeitung vorliegende Geometrie des Werkstücks durch die vorherige thermische Werkstückverformung gezielt beeinflusst werden kann. Das thermische Verformen wird durch Einbringen eines Temperaturprofils beziehungsweise eines Temperaturgradienten in das Werkstück bewerkstelligt. Hierdurch erhält das Werkstück eine variable Temperaturverteilung in eine oder mehrere Dimensionen, beispielsweise in Längsrichtung und/oder in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung. In Bereichen, in denen das Werkstück eine höhere Temperatur hat, dehnt es sich stärker aus, als in Bereichen, in denen es eine geringere Temperatur hat. Durch eine definierte Temperaturverteilung innerhalb des Werkstücks lassen sich somit gezielte Formänderungen erzielen. Das profilgebende Bearbeiten wird in verformtem Zustand des Werkstücks durchgeführt.
Nach dem profilgebenden Bearbeiten kann das Werkstück entspannen, was durch Annehmen einer einheitlichen Temperatur im Werkstück erfolgt. Dabei nimmt das Werkstück wieder die Ausgangform an oder nähert sich dieser zumindest an. Das Entspannen des Werkstücks erfolgt durch Rückführung des Temperaturprofils auf eine einheitliche Temperatur innerhalb des Werkstücks, wobei die vorher durch Erzeugen des Temperaturprofils eingebrachte Verformung wieder rückgängig gemacht wird. Insofern kann der Prozess des Einbringens des Temperaturprofils auch als thermo-elastisches Verformen bezeichnet werden. Der Prozess ist reversibel.
Das Verfahren eignet sich insbesondere für Fertigungsprozesse, mit denen keine Hinterschneidungen erzeugt werden können, insbesondere Prozesse mit linearer Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug. Dabei kann die Bearbeitung spangebend, aber auch formgebend sein. Zur spangebenden Bearbeitung kommen Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter, aber auch mit geometrisch unbestimmter Schneide in Frage. Als Beispiel für ein Verfahren mit geometrisch bestimmter Schneide sei hier das Räumen genannt. Beispiele für Fertigungsverfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide sind Honen oder diamantbeschichtetes Harträumen, bei dem es sich um ein Linearhonen handelt. Zur formgebenden Bearbeitung kann das Massivumformen beziehungsweise Axialformen mittels Stempel oder Matrize zum Einsatz kommen.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Werkstück nach der spanenden Bearbeitung wärmebehandelt, insbesondere gehärtet wird. Besonders günstig für eine hohe Maßhaltigkeit des fertigen Erzeugnisses ist es, wenn das Temperaturprofil derart einbracht wird, dass die hierdurch bewirkte Verformung im Werkstück einer Verformung aufgrund Härteverzügen entgegenwirkt. Mit anderen Worten bildet die durch das Temperaturprofil bewirkte Verformung im Werkstück einen Vorhalt von Verzügen für die nachfolgende Wärmebehandlung. Dies ist insofern günstig, als Härteverzüge deutlich reduziert beziehungsweise minimiert werden können. Insgesamt lassen sich Werkstücke mit engeren Fertigungstoleranzen herstellen, so dass gegebenenfalls auf aufwendige Nachbearbeitungsschritte, wie Harträumen verzichtet werden kann. Außerdem wird durch den Ausgleich von Härteverzügen ein verbessertes Tragverhalten des durch die profilierende Bearbeitung hergestellten Werkstückprofils erreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für unsymmetrische Werkstücke, die mit einem Innen- oder Außenprofil, zu versehen sind. Das Werkstück kann eine Längsachse aufweisen, wobei sich die Unsymmetrie auf die axiale Richtung und/oder die Umfangsrichtung beziehen kann. Das im Werkstück zu erzeugende Profil ist insbesondere hinterschnittfrei. Das verwendete Verfahren zur Herstellung des Profils erfolgt vorzugsweise durch eine Linearbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück. Beispielsweise kann das Werkstück ein Nabenkörper mit einer Durchgangsöffnung sein, wobei mittels der profilgebenden Bearbeitung ein unrundes Profil in der Durchgangsöffnung erzeugt wird. Das unrunde Profil kann beispielsweise ein Polygon-, Keil- oder Zahnprofil sein und dient insbesondere zur Übertragung eines Drehmoments. Das Werkstück eignet sich insbesondere zur Drehmomentübertragung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs und kann beispielsweise ein Zahnrad oder ein Gelenkinnenteil eines Drehgelenks sein. Mit Drehgelenk sind in diesem Zusammenhang alle Gelenke gemeint, welche eine Drehmomentübertragung bei gleichzeitiger Winkelbewegung ermöglichen. Als Beispiele seien hier Gleichlaufdrehgelenke und Tripodegelenke genannt.
Ist das Werkstück ein Nabenkörper, dessen Durchgangsöffnung mit einem Innenprofil zur Drehmomentübertragung zu versehen ist, wird die Temperaturverteilung im Werkstück vorzugsweise so vorgenommen, dass die die Durchgangsöffnung begrenzende Wandung verformt wird. Je nach Form und Geometrie des Nabenkörpers können unterschiedliche Temperaturprofile bedarfsweise erzeugt werden.
Ist aufgrund der Geometrie des Werkstücks ein ungleicher Härteverzug über der Länge zu erwarten, kann dem durch ein entsprechendes über der Länge des Werkstücks variables Temperaturprofil entgegengewirkt werden. Hierfür ist die Temperaturverteilung im Werkstück so einzustellen, dass ein Temperaturgradient in axialer Richtung erzeugt wird. Beispielsweise kann das Werkstück an einem ersten axialen Ende eine höhere erste Temperatur aufweisen, als an dem axial entgegengesetzten zweiten Ende. Auf diese Weise würde sich eine konische Verformung der Durchgangsöffnung, beziehungsweise der die Durchgangsöffnung umgebenden Wandung ergeben. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass durch entsprechende Wahl des Temperaturgradienten ein balliges Längsprofil der Durchgangsöffnung beziehungsweise Wandung erzeugt wird.
Ist aufgrund der Geometrie des Werkstücks ein ungleicher Härteverzug über dem Umfang zu erwarten, kann dem durch ein entsprechendes in Umfangsrichtung des Werkstücks variables Temperaturprofil entgegengewirkt werden. Beispielsweise kann das Werkstück in ersten Umfangsabschnitten mit einer höheren ersten Temperatur versehen werden, als in zweiten Umfangsabschnitten. Auf diese Weise würde eine unrunde, polygonale Verformung der Durchgangsöffnung, beziehungsweise der die Durchgangsöffnung umgebenden Wandung erzeugt werden. Diese Verformung könnte dann einen Vorhalt für einen Härteverzug mit zu der thermischen Verformung gegenläufiger Verformung bilden. Als Beispiel für eine entsprechende Anwendung sei hier ein Gelenkinnenteil eines Gleichlaufdrehgelenks oder eines Tripodegelenks genannt, das über den Umfang eine variable Masseverteilung aufweist.
Es versteht sich, dass die Erzeugung eines Temperaturprofils beziehungsweise -gradienten nicht auf die beiden genannten Möglichkeiten beschränkt ist. Vielmehr können im Werkstück prinzipiell auch Temperaturprofile mit in axialer und/oder radialer und/oder Umfangsrichtung veränderlicher Temperatur erzeugt werden.
Die Erzeugung des Temperaturprofils im Werkstück kann durch partielles Erwärmen und/oder partielles Abkühlen des Werkstücks erfolgen. Mit partiellem Erwärmen beziehungsweise partiellem Abkühlen ist gemeint, dass – ausgehend von einer einheitlichen Temperaturverteilung in Werkstück – in bestimmte Teilbereiche des Werkstücks gezielt Wärme eingeleitet oder von diesen Wärme abgeführt wird. Dabei erfolgt das Einleiten von Wärme vorzugsweise induktiv, das heißt direkt im Werkstück. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass das Einleiten bzw. Abführen von Wärme über eine Außenfläche des Werkstücks erfolgen kann, die mit einem temperaturgebenden Medium in Kontakt zu bringen ist.
Das partielle Erwärmen des Werkstücks wird vorzugsweise mittels induktiver Erwärmung durchgeführt, wobei andere Methoden zur Erwärmung nicht ausgeschlossen sind. Ein Vorteil der induktiven Erwärmung ist, dass dies ein gut reproduzierbares Verfahren ist, das verhältnismäßig einfach in bestehende Fertigungsprozesse integriert werden kann. Die induktive Erwärmung kann beispielsweise über einen Zeitraum von 3 bis 15 Sekunden, insbesondere von 5 bis 12 Sekunden, beispielsweise etwa 10 Sekunden erfolgen. Dabei können Teilbereiche des Werkstücks auf etwa 150°C bis 250°C erwärmt werden. Die Temperatur für das partielle Erwärmen sollte vorzugsweise kleiner als 700°C, insbesondere kleiner 500°C sein, um Gefügeänderungen im Werkstück zu vermeiden. Es versteht sich, dass die angegebenen Zeiträume zur Erwärmung von verschiedenen Faktoren, wie eingebrachter Wärmeleistung, Haltedauer sowie Geometrie und Werkstoff des Werkstücks abhängig sind. Die genannten Angaben beziehen sich auf einen Stahlwerkstoff. Bei Vorliegen anderer Rahmenbedingungen, das heißt anderer Wärmeleistung, Haltedauer oder Werkstoffe, sind auch auch andere Zeiträume und Temperaturen denkbar.
Das partielle Abkühlen des Werkstücks, welches in Ergänzung oder alternativ zum partiellen Erwärmen durchgeführt werden kann, wird vorzugsweise mittels eines Kühlmediums durchgeführt. Beispielsweise können bestimmte Teilbereiche des Werkstücks gezielt mit Kühlmittel besprüht werden. Alternativ ist auch denkbar, dass ein einheitlich vorgewärmtes Werkstück in einer gekühlten Haltevorrichtung aufgenommen wird, so dass über die mit der Haltevorrichtung in Kontakt stehenden Flächen Wärme aus dem Werkstück entzogen wird.
Vorzugsweise erfolgt die profilgebende, respektive spanende Bearbeitung zumindest teilweise während der Temperaturprofilerzeugung des Werkstücks. Hiermit ist gemeint, dass die beiden genannten Prozesse zumindest teilweise eine zeitliche Überlappung haben. Durch diese Maßnahme erfolgt eine Synchronisierung der Prozesse, so das die Fertigungszeit gering gehalten wird, was zu einer hohen Effizienz bei der Herstellung der Werkstücke führt. Die Zykluszeit für den spanenden bzw. profilgebenden Prozess kann unverändert beziehungsweise kurz gehalten werden. Vorzugsweise erfolgt die Erzeugung des Temperaturprofils im Werkstück zumindest teilweise vor der profilgebenden Bearbeitung. Hierdurch wird erreicht, dass bereits bei Beginn der profilgebenden Bearbeitung ein Temperaturgradient im Werkstück vorliegt, und dadurch bedingt, eine gegenüber dem homogenen Ausgangszustand thermisch verformte Werkstück-Geometrie. Es ist jedoch auch ebenso denkbar, dass die Erzeugung des Temperaturprofils vollständig vor der profilgebenden Bearbeitung durchgeführt wird.
Das Temperaturprofil lässt sich grundsätzlich in verschiedenen Phasen erzeugen. In einer ersten Phase kann eine Initialerwärmung durchgeführt werden, in der das Werkstück in relativ kurzer Zeit erwärmt wird. In einer anschließenden zweiten Phase kann das in der ersten Phase erzeugte Temperaturprofil mit geringerem Wärmeeintrag aufrechterhalten werden; diese zweite Phase kann daher auch als Phase der Gradientenaufrechterhaltung bezeichnet werden. In einer anschließenden dritten Phase kann der Wärmeeintrag reduziert oder auf Null gesetzt werden, so dass das Werkstück wieder abkühlt; insofern kann diese dritte Phase auch als Abkühlphase bezeichnet werden.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die profilgebende Bearbeitung mittels eines Räumwerkzeugs erfolgt. Bei dem Werkstück handelt es sich dabei bevorzugt um einen Nabenkörper, in dessen Durchgangsöffnung durch die spanende Bearbeitung mittels Räumwerkzeug ein unrundes Innenprofil eingearbeitet wird. Das Innenprofil kann beispielsweise ein Polygon-, Keilnaben- und Zahnnabenprofil, das auch als Längsverzahnung oder Steckverzahnung bezeichnet werden kann. Der Nabenkörper kann beispielsweise zur Drehmomentübertragung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verwendet werden und ist insbesondere in Form eines Zahnrads oder eines Gelenkinnenteils eines Drehgelenks gestaltet. Durch die der spanenden Bearbeitung vorgeschalteten thermischen Verformung kann unter Umständen die Länge des unrunden Innenprofils beziehungsweise die Länge des Nabenkörpers verkürzt werden, da das Innenprofil über seine Länge aufgrund der verbesserten Maßhaltigkeit besser trägt. Dadurch reduziert sich die Schnittlänge und damit verbessert sich die Werkzeugstandzeit.
Die Lösung der obengenannten Aufgabe liegt weiter in einer Vorrichtung zur Durchführung des obengenannten Verfahrens, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: eine Haltevorrichtung zur Aufnahme des Werkstücks, eine Temperaturveränderungsvorrichtung, die mit dem Werkstück in Wirkverbindung bringbar ist, um im Werkstück ein Temperaturprofil zu erzeugen, und ein profilgebendes Werkzeug, das linear relativ zum Werkstück bewegbar ist, um am Werkstück ein Profil zu erzeugen. Mit der genannten Vorrichtung lassen sich die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren obengenannten Vorteile erzielen, auf die hier Bezug genommen wird.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Temperaturveränderungsvorrichtung mit der Haltevorrichtung fest verbunden. Durch die Integration der genannten Vorrichtungen in einer Anordnung kann die thermische Behandlung und die profilgebende Bearbeitung zumindest teilweise gleichzeitig erfolgen, was zu einer kurzen Zykluszeit für die Herstellung der Werkstücke führt.
Vorzugsweise sind das Werkstück, die Haltevorrichtung und die Temperaturveränderungsvorrichtung ringförmig gestaltet und weisen eine zentrale Durchgangsöffnung auf. Das profilgebende Werkzeug ist nach einer günstigen Ausgestaltung spangebendes Werkzeug, insbesondere eine Räumnadel, die zur Erzeugung eines Innenprofils im Werkstück durch die Durchgangsöffnungen hindurchführbar ist. Das hiermit erzeugte Innenprofil kann beispielsweise ein Zahnnabenprofil sein.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Dichtvorrichtung vorgesehen, welche einen zwischen dem Werkstück und der Temperaturveränderungsvorrichtung gebildeten Spalt zumindest größtenteils abdeckt. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass während des Bearbeitungsprozesses von außen Kühlmedium zugeführt werden kann, ohne dass dieses jedoch in den Bereich der Temperaturveränderungsvorrichtung eindringt, was zu einer Beeinträchtigung der Wirksamkeit beim Wärmeeintrag in das Werkstück zur Folge hätte.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt:
1 schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks in einer ersten Ausführungsform;
2 beispielhaft ein Werkstück in perspektivischer Ansicht, teilweise geschnitten, mit einem darin erzeugten Temperaturprofil;
3 das Werkstück gemäß 2 in aufgrund des erzeugten Temperaturprofils verformtem Zustand;
4 das Werkstück gemäß den 2 und 3 im Halblängsschnitt mit Verformungsprofil;
5 das Werkstück gemäß den 2 bis 4 im Längsschnitt mit schematischer Darstellung einer Kompensationsgeometrie einerseits und einem Härteverzug andererseits;
6 eine graphische Darstellung von Messergebnissen des Innenprofils eines herkömmlich hergestellten Werkstücks über der axialen Länge nach dem Härten;
7 eine graphische Darstellung einer möglichen Messwertverteilung des Innenprofils eines gemäß der Erfindung hergestellten Werkstücks über der axialen Länge nach dem Härten;
8 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Längsschnitt;
9 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks in einer zweiten Ausführungsform;
10 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks in einer dritten Ausführungsform;
11 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks in einer vierten Ausführungsform;
Die 1 bis 6 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. 1 zeigt allgemein ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit verschiedenen aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten A, B, C, D. Das Werkstück 2 ist in 1 schematisch dargestellt.
Im ersten Verfahrensschritt A wird das Werkstück 2 thermo-elastisch verformt. Dies erfolgt durch Erzeugen eines Temperaturprofils TP im Werkstück. Dabei gilt grundsätzlich, dass sich das Werkstück mit zunehmender Temperatur ausdehnt und bei Temperaturabnahme schrumpft. Vorliegend wird das Temperaturprofil TP dadurch erzeugt, dass ein Bereich des Werkstücks (2) erwärmt wird, was mit einer positiven Wärmemenge Q .(+) symbolisch dargestellt ist (oberer Bereich), und ein anderer Bereich des Werkstücks gekühlt wird, was mit einer negativen Wärmemenge Q .(–) dargestellt ist (unterer Bereich). Durch das Erzeugen eines Temperaturprofils TP mit unterschiedlichen Temperaturen T innerhalb des Werkstücks 2 wird somit erreicht, dass sich erste Bereiche innerhalb des Werkstücks 2 mit einer vergleichsweise höheren Temperatur aufgrund der thermisch bedingten Materialausdehnung stärker ausdehnen, als zweite Bereiche, die eine geringere Temperatur aufweisen.
Es versteht sich, dass das Temperaturprofil auf unterschiedliche Weise in dem Werkstück erzeugt werden kann. Beispielsweise kann das Werkstück, ausgehend von einer vergleichsweise niedrigen Ausgangstemperatur (z. B. Raumtemperatur), partiell erwärmt werden. Es ist auch denkbar, dass das Werkstück, ausgehend von einer vergleichsweise hohen Ausgangstemperatur (z. B. aus der Restwärme eines vorangehenden Fertigungsprozesses), partiell abgekühlt wird. Mischformen der beiden genannten Verfahren sind ebenso möglich, das heißt, dass ein oder mehrere erste Bereiche des Werkstücks erwärmt und ein oder mehrere zweite Bereiche abgekühlt werden.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt B erfolgt eine profilgebende Bearbeitung des Werkstücks 2. Dabei findet die profilgebende Bearbeitung des Werkstücks 2 in thermo-elastisch verformtem Zustand des Werkstücks 2 statt. Als Bearbeitungsprozess kommt insbesondere eine spanende Bearbeitung in Frage, die mit geometrisch bestimmter Schneide oder geometrisch unbestimmter Schneide erfolgen kann. Das profilgebende Bearbeitungsverfahren wird durch Axialbewegung des Werkzeugs 3, welches hier nur schematisch dargestellt ist, relativ zum Werkstück 2 _B hergestellt. Als Beispiel für ein Zerspanungsprozess mit geometrisch bestimmter Schneide sei hier das Räumen genannt. Honen oder diamantbeschichtetes Harträumen sind Beispiele für eine spanende Bearbeitung mit geometrisch unbestimmter Schneide. Prinzipiell kann das profilgebende Bearbeiten aber ein Umformprozess sein. Besonders eignet sich die profilgebende Bearbeitung zur Herstellung eines Nabenkörpers als Werkstück 2 mit einem im Querschnitt unrunden Innenprofil 6. Dabei kann es sich um ein Polygon-, Keil- oder Zahnprofil handeln, welches die Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Werkstück 2 und einer in das Innenprofil 6 eingesteckten Welle ermöglicht.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt C erfolgt ein Rückformen des Werkstücks 2 durch Aufheben des vorher erzeugten Temperaturprofils. Dieser Verfahrensschritt C, der auch als Entspannen des profilgebend bearbeiteten Werkstücks bezeichnet werden kann, vollzieht sich automatisch durch Angleichung der im Werkstück vorherrschenden Temperaturen aneinander bis hin zum Erreichen einer einheitlichen Werkstücktemperatur. Durch das Angleichen der Temperatur im Werkstück 2 ziehen sich vorher stärker erwärmte Bereiche wieder zusammen, während vorher gekühlte Bereiche sich wieder ausdehnen, beziehungsweise weniger stark zusammenziehen. Durch das Angleichen des Temperaturprofils auf eine einheitliche Temperatur im Werkstück wird die im Verfahrensschritt A erzeugte thermische Verformung zumindest weitestgehend wieder rückgängig gemacht. Es handelt sich demnach um einen reversiblen Prozess.
Nach dem Entspannen des Werkstücks 2 erfolgt im nachfolgenden Verfahrensschritt D eine Wärmebehandlung, insbesondere ein Härten des Werkstücks 2. Durch das Härten kommt es im Werkstück 2 _D zu Härteverzügen. Dies ist ein Resultat des bei raschem Abschrecken während des Härtens, bei dem es durch die ungleichmäßige Ankühlung des Werkstücks zu inneren Spannungen kommt. Diese werden äußerlich als Verdrängungen in Maß- und Formgenauigkeit erkennbar. Dabei ziehen sich beim Abkühlen Bereiche des Werkstücks mit geringerer Materialanhäufung stärker zusammen als Bereiche mit größerer Materialanhäufung. Das Härten kann beispielsweise in einem Ofen 4 erfolgen, der in 1 schematisch dargestellt ist.
Insgesamt wird durch die vor der profilgebenden Bearbeitung (Verfahrensschritt B) stattfindenden thermischen Verformung (Verfahrenschritt A) ein Vorhalt für den durch das Härten (Verfahrensschritt D) stattfindenden Härteverzug bereitgestellt. Auf diese Weise können die Maßhaltigkeit beziehungsweise die Fertigungstolleranzen der so hergestellten Werkstücke 2 deutlich verbessert werden. Gegebenenfalls kann auf Nachbearbeitungsschritte, wie Harträumen, verzichtet werden. Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch abgewandelt beziehungsweise durch weitere Schritte ergänzt werden kann. So können vor, zwischen und nach den gezeigten Verfahrensschritten noch weitere Schritte ergänzt werden. Vor Verfahrensschritt A kann beispielsweise ein Schmieden und Innendrehen der Durchgangsöffnung erfolgen. Vor der thermo-elastischen Verformung oder nach dem erneuten Rückformen können weitere oberflächenbearbeitende Schritte vorgesehen sein, wie die Herstellung einer Außenverzahnung oder andere spanende Operationen. Nach dem Härten kann beispielsweise eine Feinbearbeitung folgen, wie Schleifen.
In den 2 bis 4 ist beispielhaft ein Werkstück 2 nach dem thermo-elastischen Verformen (Verfahrensschritt A) und nach dem profilgebenden Bearbeiten (Verfahrensschritt B) gezeigt. Das Werkstück 2 ist im vorliegenden Beispiel in Form eines Zahnrads gestaltet, das zur Drehmomentübertragung in einem Antriebstrang dienen kann. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass als Werkstück 2 ein anderer Nabenkörper hergestellt wird, beispielsweise das Gelenkinnenteil eines Drehgelenks.
In 2 ist das Temperaturprofil TP im Längsschnitt des Werkstücks 2 dargestellt. Im Bereich 12 des ersten Endes 9 liegt die größte Temperatur T9 vor. Diese liegt vorzugsweise zwischen 150°C und 250°C und beträgt vorliegend etwa 170°C. Das zweite Ende 10 hat vorzugsweise eine Temperatur T10 zwischen 0°C und 50°C und kann beispielsweise auf Raumtemperatur gehalten werden. Die Temperatur T innerhalb des Werkstücks 2 nimmt vom zweiten Ende 10 in axialer Richtung zum ersten Ende 9 hin ab. Die im Längsschnitt erkennbaren Linien repräsentieren Temperaturbereiche T mit jeweils einheitlicher Temperatur. Das Zahnrad 2 hat eine Durchgangsöffnung 5 mit einem Innenprofil 6, das in Form einer Längsverzahnung gestaltet ist und zur Drehmomentübertragung auf eine Einsteckwelle dient. Die Durchgangsöffnung 5 wird von einem Wandungsbereich 11 umgeben. Es ist ferner die Verzahnung 16 erkennbar, welche mit einer Gegenverzahnung eines Zahnrads kämmen kann.
Die 3 und 4 zeigen in übertriebener Darstellung die sich aus dem Temperaturprofil TP ergebende Verformung, beziehungsweise das Verformungsprofil VP. Es ist erkennbar, dass sich die Bereiche 13, welche benachbart zum zweiten Ende 10 liegen und insofern eine geringere Temperatur T10 aufweisen, weniger stark verformt sind, als die Bereiche 12, welche benachbart zum ersten Ende 9 liegen, welches eine erhöhte Temperatur T9 aufweist. Die in den 3 und 4 im Längsschnitt dargestellten Linien V repräsentieren Verformungsbereiche mit jeweils einheitlicher Verformung des Werkstücks. Es ist erkennbar, dass sich aufgrund der größeren thermischen Verformung im oberen Bereich 12 des Werkstücks 2 eine insgesamt konische Verformung der Durchgangsöffnung 5 ergibt. Dabei öffnet sich die Durchgangsöffnung 5 in Richtung vom unteren zweiten Ende 10 in Richtung zum oberen ersten Ende 9. Durch die thermische Verformung lässt sich ein Konuswinkel α_C von etwa 2,0’ bis 5,0’, insbesondere von etwa 3,5’ erzeugen.
In 5 sind schematisch die beiden Verformungseffekte gezeigt, welche sich durch das profilgebende Bearbeiten unter thermo-elastischer Verformung und anschließendem Abkühlen einerseits (Verfahrensschritte B, C) und den Härteverzug andererseits (Verfahrensschritt D) ergeben. Dabei ist die Verformung der Durchgangsöffnung 5 beziehungsweise der diese umgebenden Wandung 11 jeweils durch vollflächige Dreiecke 14, 15 gekennzeichnet. Dabei ist die durch thermische Verformung und in verformtem Zustand profilgebend bearbeitete Kontur im Längsschnitt durch helle Dreiecke 14 symbolisiert. Die sich durch den Härteverzug in Richtung der Pfeile ergebende Verformung ist durch dunkle Dreiecke 15 gekennzeichnet. Es ist erkennbar, dass die Flächen der weißen und dunklen Dreiecke 14, 15 in etwa gleich groß ist. Hiermit wird ein hinsichtlich der Maßhaltigkeit optimiertes Arbeitsergebnis erreicht. Die durch das unter thermischer Verformung bearbeitete Werkstück erzeugte Kontur bildet einen Vorhalt für die bei der nachfolgenden Wärmebehandlung entstehenden Härteverzüge. Im Ergebnis können auf diese Weise Fertigungstoleranzen gering gehalten werden und es wird ein verbessertes Tragverhalten des in der Durchgangsöffnung 5 erzeugten Innenprofils 6 erreicht, was sich wiederum günstig auf den Verschleiß des Werkstücks 2 auswirkt. Es ist erkennbar, dass das Temperaturprofil TP derart eingebracht ist, dass die hierdurch bewirkte Verformung im Werkstück einer Verformung aufgrund Härteverzügen entgegenwirkt.
6 zeigt das Ergebnis einer Messreihe an herkömmlich hergestellten Zahnrädern nach dem Härten. Es ist erkennbar, dass der Durchmesser der Innenverzahnung über der Länge abnimmt und zwar von etwa 23,218 mm bis 23,167 mm. Die Punkte repräsentieren die Mittelwerte aller an verschiedenen Zahnrädern durchgeführten Messungen. Die Striche durch die Punkte repräsentieren die Streuung über alle gemessenen Zahnräder. Das Maß Ra gibt die maximale Abweichung zwischen größtem und kleinstem gemessenen Durchmesser an. Es ergibt sich eine maximale Abweichung Ra von 0,051 mm (= 51 µm).
Durch die Abwandlung des herkömmlichen Verfahrens hin zum erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem die profilgebende Bearbeitung unter gleichzeitiger thermischer Verformung durchgeführt wird, kann nach dem anschließenden Härten eine Geometrie erzeugt werden, wie sie in 7 gezeigt ist. Es ist erkennbar, dass die Streuung aller gemessenen Werte über der Höhe des Werkstücks deutlich reduziert ist und zwischen 23,16 mm und 23,185 mm liegt. Das heißt, dass die maximale Abweichung zwischen Maximalwert und Minimalwert lediglich 25 µm beträgt. Hieraus folgt, dass sich gegenüber dem herkömmlich hergestellten Werkstück eine Reduktion der Messstreuung von über 50% ergibt.
8 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Längsschnitt. Die Anordnung 20 weist eine Haltevorrichtung 21 auf mit einer damit verbundenen Temperaturveränderungsvorrichtung 22. Die Temperaturveränderungsvorrichtung 22 ist vorliegend in Form eines Induktors gestaltet, der ein in die Haltevorrichtung eingesetztes Werkstück 2 mittels induktiver Erwärmung erhitzen kann. Zwischen der Haltevorrichtung 21 und dem Induktor 22 ist ein Isolator 23 vorgesehen. Der Induktor 22 ist ringförmig gestaltet und im Bereich der Zähne des Zahnrads 2 angeordnet. Das bedeutet, dass die Wärme über die Zähne in das Zahnrad 2 eingeleitet wird.
Es ist ferner das profilgebende Werkzeug 3 erkennbar, das in Form einer Räumnadel gestaltet ist. Zum Erzeugen des unrunden Innenprofils 6 des Zahnrads 2 wird die Räumnadel 3 von oben durch die Durchgangsöffnung 5 hindurchgezogen, wobei die Zähne 25 der Räumnadel 3 die Innenverzahnung 6 in der Nabe spanend herstellen.
Die Anordnung 20 umfasst ferner eine Dichtungsvorrichtung 26, welche ringförmig gestaltet ist und einen zwischen dem Zahnrad 2 und der Haltevorrichtung 21 gebildeten Spalt 27 zumindest weitestgehend abdeckt. Auf diese Weise wird erreicht, dass Kühlschmiermittel, welches von oben über die Außenfläche 28 des Zahnrads 2 abläuft nicht in den Zwischenraum 27 zwischen Zahnrad 2 und Haltevorrichtung 21 gelangt. Dies hätte nämlich eine Beeinträchtigung der Wärmeeinleitung zur Folge. Der Fließweg des Kühlschmiermittels ist schematisch mit Pfeilen gezeigt, wobei ebenfalls ein Teil des Kühlschmiermittels in den Ringspalt zwischen Räumwerkzeug 3 und Durchgangsbohrung 5 des Werkstücks 2 gelangt und hier beim Zerspanen der Innenverzahnung für eine Kühlung und Schmierung sorgt. Die Dichtungsvorrichtung 26 ist aus einem elastischen Werkstoff hergestellt, wobei beispielsweise Kunststoff als Material zum Einsatz kommen kann. Die Befestigung der Dichtung 26 erfolgt über Schrauben 29, welche über dem Umfang verteilt angeordnet sind und in die Haltevorrichtung 21 eingeschraubt werden.
Für den Teil des Kühlschmiermittels, welcher doch in den Ringspalt 27 zwischen Werkstück 2 und Haltevorrichtung 21 gelangt, sind Bohrungen 30 am unteren Ende vorgesehen, durch welche das Kühlschmiermittel nach unten austreten kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine thermische Verformung des Werkstücks 2 vor beziehungsweise während der profilgebenden Bearbeitung. Auf diese Weise lässt sich in der Durchgangsöffnung 5 ein Längsprofil 6 erzeugen, dass nach Abkühlen des Werkstücks 2 eine von der Zylinderform abweichende Gestalt hat. Hierdurch kann in den mit der erfindungsgemäßen Werkzeuganordnung 20 hergestellten Werkstücken 2 ein Vorhalt von Verzügen für die nachfolgende Wärmebehandlung erzeugt werden.
In den 9 bis 11 sind weitere erfindungsgemäße Verfahren dargestellt, welche nachstehend beschrieben werden. Diese entsprechend weitestgehend dem Verfahren gemäß 1, und sind gegenüber diesem abgewandelt beziehungsweise konkretisiert. Gleiche beziehungsweise abgewandelte Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie in 1. Hinsichtlich der Gemeinsamkeiten wird auf das Verfahren gemäß 1 Bezug genommen. Im Folgenden wird im Wesentlichen auf die Besonderheiten der vorliegenden Ausführungsformen, beziehungsweise die Unterschiede gegenüber dem Verfahren nach 1 erläutert. Die gezeigten Verfahren können mittels einer Vorrichtung gemäß 8 durchgeführt werden.
Das Verfahren gemäß 9 zeigt die Herstellung eines Werkstücks 2, das in Form eines Nabenkörpers gestaltet ist. Der Nabenkörper 2 hat eine Längsachse X und ist in den Abbildungen jeweils im Halblängsschnitt gezeigt. Es kann sich beispielsweise um ein Zahnrad handeln, wie es in den 2 bis 5 gezeigt ist. Dabei entspricht der obere Abschnitt des schematisch gezeigten Werkstücks 2 der verzahnten Seite des Zahnrads, welche auch als Konusseite bezeichnet werden kann, während der untere Abschnitt die Rückseite des Zahnrads ist, welche auch als sphärische Seite bezeichnet werden kann.
Es ist erkennbar, dass der Nabenkörper 2 im Ausgangszustand eine zylindrische Durchgangsöffnung 5 aufweist. Dabei wird der obere Bereich des Werkstücks 2 erwärmt (positive Wärmemenge Q .+), während der untere Bereich gekühlt wird (negative Wärmemenge Q .–). Nach dem Erzeugen des Temperaturprofils im Verfahrensschritt A haben sich erste Bereiche 12, die eine höhere Temperatur aufweisen, stärker nach radial außen verformt, als zweite Bereiche 13, die eine geringere Temperatur aufweisen. Diese Verformung ist durch die Pfeile im Werkstück 2 _A nach dem Verfahrensschritt A dargestellt. Durch die thermische Verformung ist die anfangs zylindrische Wandung 5 zu einer konischen Wandung 5 _A verformt worden.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt B erfolgt die profilgebende Bearbeitung des Nabenkörpers 2 im thermo-elastisch verformten Zustand. Als Bearbeitungsprozess ist hier eine spanende Bearbeitung mittels eines Räumwerkzeugs vorgesehen, welches hier nicht dargestellt ist. Das spanende Bearbeitungsverfahren wird durch Axialbewegung des Räumwerkzeugs relativ zum Nabenkörper 2 _B hergestellt. Als Innenprofil 6 wird eine Längsverzahnung (Splines) in der Durchgangsöffnung 5 erzeugt, wobei eine Besonderheit des vorliegenden Verfahrens darin besteht, dass mittels des Räumprozesses nur die Bereiche der Zahnfüße der Längsverzahnung hergestellt werden. Das heißt, die Oberflächenbereiche der Durchgangsöffnung 5, welche nach dem Räumprozess die Zahnköpfe bilden, bleiben unbearbeitet. Durch diese Bearbeitung wird – unter Aufrechterhaltung des im Werkstück erzeugten Temperaturprofils – ein Zahnprofil erzeugt, bei dem die Zahnfußlinien 8 parallel zur Längsachse X verlaufen, während die Zahnkopflinien 7 einen Konus bilden. Dabei sind die Zahnkopflinien / mit durchgezogener Linie und die Zahnfußlinien 8 mit gestrichelter Linie gekennzeichnet. Das nach dem Räumprozess vorliegende Werkstück ist mit dem Bezugszeichen 2 _B versehen.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt C erfolgt das Rückformen des Werkstücks 2 durch Aufheben des vorher erzeugten Temperaturprofils. Durch das Angleichen der Temperatur innerhalb des Nabenkörpers 2 ziehen sich die vorher erwärmten Bereiche 12 wieder zusammen, während sich vorher gekühlte Bereiche 13 ausdehnen bzw. weniger stark zusammenziehen. Die sich durch das Entspannen ergebende Rück-Verformung ist im Werkstück 2 _C durch Pfeile dargestellt. Es ist erkennbar, dass sich der obere Abschnitt des Nabenkörpers 2 _C stärker nach radial innen zusammenzieht, als der untere Abschnitt. Die Zahnkopflinien 7 _C liegen nach dem Entspannen auf einer kreiszylindrischen Fläche, während die Zahnfußlinien 8 _C auf einer Konusfläche mit sich nach unten öffnendem Konuswinkel liegen. Die Darstellung des Werkstücks 2C repräsentiert den Zustand nach dem Rückformen.
Nach dem Entspannen wird der Nabenkörper 2 im nachfolgenden Verfahrensschritt D gehärtet, was zu Härteverzügen im Nabenkörper 2 _D führt. Durch das Härten verformt sich der untere Abschnitt des Nabenkörpers 2 stärker nach radial innen, als der obere Abschnitt. Dies führt dazu, dass sich die Durchgangsöffnung 5 _D bzw. die die Durchgangsöffnung bildende Wandung 11 _D durch das Härten im unteren Abschnitt stärker verjüngt als im oberen Abschnitt. Es ist erkennbar, dass die Zahnfußlinien 8 _D nach dem Härten parallel zur Längsachse A verlaufen. Demgegenüber verlaufen die Zahnkopflinien 7 _D konisch, mit sich nach oben öffnendem Konus.
10 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer weiteren Ausführungsform. Das vorliegende Verfahren entspricht weitestgehend dem nach 9, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die Beschreibung zu 9, beziehungsweise zu 1 Bezug genommen werden kann. Nachfolgend wird im Wesentlichen auf die Besonderheiten und Unterschiede eingegangen.
Kennzeichnendes Merkmal des Verfahrens gemäß 10 ist, dass im Verfahrensschritt B, in thermo-elastisch verformten Zustand, nicht nur die Zahnfußbereiche geräumt werden, sondern auch die Zahnkopfbereiche. Hieraus entsteht eine zur Längsachse X parallele Innenverzahnung, deren Zahnkopflinien 7 _B und Zahnfußlinien 8 _B jeweils auf Kreiszylinderflächen liegen. Durch das anschließende Entspannen im Verfahrensschritt C ergibt sich eine konische Form der Innenverzahnung 6 _C, wobei sowohl die Zahnkopf- als auch die Zahnfußlinien 7 _C, 8 _C jeweils auf einem sich nach unten öffnenden Konus liegen. Dies ist im Nabenkörper 2C mittels Pfeilen dargestellt. Diese nach dem Entspannen vorliegende Verformung wirkt einer Verformung, welche im Nachfolgenden Härteprozess auftritt, entgegen. Es ist erkennbar, dass der durch das Härten im Verfahrensschritt D auftretende Härteverzug zu einer stärkeren nach radial innen gerichteten Verformung am unteren Ende des Nabenkörpers 2 _D führt, als am oberen Ende, was mit einem Pfeil dargestellt ist. Insgesamt wird mit dem gezeigten Verfahren die Herstellung eines Nabenkörpers 2 ermöglicht, der eine zylindrische Längsverzahnung 6 mit zur Längsachse X parallelen Zahnkopflinien 7 _D und Zahnfußlinien 8 _D aufweist. Die Längsverzahnung 6 des Nabenkörpers 2 ist im Hinblick auf die Maßhaltigkeit optimiert und hat ein besonders gutes Tragverhalten über der Länge.
11 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer weiteren Ausführungsform. Das vorliegende Verfahren entspricht weitestgehend denen nach 9 und 10, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann. Nachfolgend wird im Wesentlichen auf die Besonderheiten und Unterschiede der vorliegenden Ausführungsform eingegangen. Dabei sind gleiche beziehungsweise einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie bei den vorherigen Figuren.
Ausgangspunkt der Ausführungsform gemäß 11 ist ein Nabenkörper 2 mit konischer Durchgangsöffnung 5, und zwar mit sich nach unten öffnendem Konus. Durch das thermo-elastische Verformen im Verfahrensschritt B verformt sich die Durchgangsöffnung 5 _A kreiszylindrisch, das heißt der obere Abschnitt des Nabenkörpers verformt sich stärker nach radial außen als der untere Abschnitt, was im Nabenkörper 2 _A durch die Pfeile dargestellt ist. Beim anschließenden Räumprozess im Verfahrensschritt C werden, wie beim Verfahren gemäß 9, nur die Zahnfußbereiche der Innenverzahnung 6 geräumt, während die Zahnkopfbereiche unbearbeitet bleiben. Nach dem Räumen liegt in noch thermisch verformtem Zustand ein Nabenkörper 2 _B mit zylindrischer Innenverzahnung 6 _B (Splines) vor.
Durch das anschließende Entspannen im Verfahrensschritt C verformt sich der Nabenkörper 2 _C wieder in Richtung Ausgangszustand. Dabei liegen die Zahnkopf- und die Zahnfußlinien 7 _C, 8 _C nach dem Rück-Verformen jeweils auf einem sich nach unten öffnenden Konus. Dieser Rückverformungsprozess, welcher sich durch das Überführen des Temperaturprofils zu einer einheitlichen Temperatur erfolgt, ist im Nabenkörper 2 _C mittels Pfeilen dargestellt. Die nach dem Entspannen vorliegende Form mit konischer Längsverzahnung 6 _C wirkt einer Verformung, welche im Nachfolgenden Härteprozess auftritt, entgegen. Es ist erkennbar, dass der durch das Härten im Verfahrensschritt D auftretende Härteverzug zu einer stärkeren nach radial innen gerichteten Verformung im unteren Bereich 4 _D des Nabenkörpers 2 _D führt, als im oberen Bereich, was mit einem Pfeil dargestellt ist. Mit dem gezeigten Verfahren wird die Herstellung eines Nabenkörpers 2 _D mit zylindrischer Längsverzahnung 6 _D ermöglicht, womit eine hohe Maßhaltigkeit und ein besonders gutes Tragverhalten über der Länge erreicht wird.
Bezugszeichenliste

2: Werkstück
3: profilgebendes Werkzeug
4: Härtevorrichtung
5: Durchgangsöffnung
6: Innenprofil
7: Zahnkopflinie
8: Zahnfußlinie
9: erstes Ende
10: zweites Ende
11: Wandung
12: erster Bereich
13: zweiter Bereich
14: Dreieck
15: Dreieck
16: Verzahnung
20: Anordnung zur Herstellung
21: Haltevorrichtung
22: Temperaturveränderungsvorrichtung
23: Isolator
24: profilgebendes Werkzeug
25: Zähne
26: Dichtvorrichtung
27: Ringspalt
28: Außenfläche
29: Schauben
30: Bohrungen
A: Verfahrensschritt
B: Verfahrensschritt
C: Verfahrensschritt
D: Verfahrensschritt
T: Temperatur
TP: Temperaturprofil
V: Verformung
VP: Verformungsprofil
X: Längsachse

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit den Verfahrensschritten: Verformen des Werkstücks (2); Bearbeitung des verformten Werkstücks (2) mittels eines profilgebenden Werkzeugs zur Erzeugung eines Profils (6); dadurch gekennzeichnet, dass das Verformen des Werkstücks (2) durch Erzeugen eines Temperaturprofils (TP) im Werkstück bewerkstelligt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturprofil (TP) im Werkstück nach der profilgebenden Bearbeitung wieder aufgehoben wird, wobei sich das Werkstück (2) rückverformt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) nach der profilgebenden Bearbeitung und nach dem Rückformen wärmebehandelt wird, insbesondere gehärtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturprofil (TP) derart erzeugt wird, dass die durch das Temperaturprofil (TP) bewirkte Verformung im Werkstück (2) einer Verformung aufgrund Härteverzügen entgegenwirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturprofil (TP) in axiale Richtung und/oder in radiale Richtung und/oder in Umfangsrichtung des Werkstücks (2) variabel ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) eine Durchgangsöffnung (5) aufweist, wobei das Temperaturprofil (TP) derart erzeugt wird, dass eine die Durchgangsöffnung (5) umgebende Wandung (11) über der Länge der Durchgangsöffnung (5) unterschiedlich stark verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturprofil (TP) derart erzeugt wird, dass die die Durchgangsbohrung (5) umgebende Wandung (11) konisch oder ballig verformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturprofil (TP) durch partielles Erwärmen (Q .+), insbesondere mittels induktiver Erwärmung, und/oder partielles Abkühlen (Q .–) des Werkstücks (2) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturprofil (TP) zumindest teilweise vor der profilgebenden Bearbeitung des Werkstücks (2) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die profilgebende Bearbeitung zumindest teilweise während der Erzeugung des Temperaturprofils (TP) des Werkstücks (2) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die profilgebende Bearbeitung eine spanende Bearbeitung ist, die insbesondere mittels eines Räumwerkzeugs (3) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) ein Nabenkörper ist, wobei mittels der profilgebenden Bearbeitung ein unrundes Innenprofil (6) in der Durchgangsöffnung (5) des Nabenkörpers erzeugt wird.
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend eine Haltevorrichtung (21) zur Aufnahme des Werkstücks (2), eine Temperaturveränderungsvorrichtung (22), die mit dem Werkstück (2) in Wirkverbindung bringbar ist, um im Werkstück (2) ein Temperaturprofil (TP) zu erzeugen, und ein profilgebendes Werkzeug (3), das linear relativ zum Werkstück (2) bewegbar ist, um am Werkstück (2) ein Profil (6) zu erzeugen.
Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturveränderungsvorrichtung (22) mit der Haltevorrichtung (21) fest verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2), die Haltevorrichtung (21) und die Temperaturveränderungsvorrichtung (22) ringförmig gestaltet sind und jeweils eine zentrale Durchgangsöffnung (5) aufweisen, und dass das profilgebende Werkzeug (3) eine Räumnadel ist, die zur Erzeugung eines Innenprofils (6) im Werkstück (2) durch die Durchgangsöffnungen (5) hindurchführbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtvorrichtung (26) vorgesehen ist, welche einen zwischen dem Werkstück (2) und der Temperaturveränderungsvorrichtung (22) gebildeten Spalt (27) zumindest größtenteils abdeckt.