DE2848091A1 - Verfahren und vorrichtung zum warmpressen von werkstuecken mit stirnverzahnung, insbesondere stirnzahnraedern - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Warmpressen von werkstük-
• ken mit Stirnverzahnung, insbesondere Stirnzahnrädern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Warmpressen von zylindrischen Werkstücken, die an ihrer Zylinderoberfläche in axialer Richtung ganz oder teilweise gezahnt sind, insbesondere Stirnzahnräder, aus metallischen Werkstoffen, vorzugsweise Stahllegierungen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Preßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• Das Warmschmieden von Kegelzahnrädern im Gesenk ist aus den DE-ASen 1 048 766 und 1 052 779 bekannt. Die nach diesem Verfahren herstellbaren Werkstücke sind hinsichtlich ihrer Form so ausgelegt, daß eine Gesenkschräge das Freilegen des fertigen Werkstückes ermöglicht. Es wird von einem etwa zylindrischen Rohling aus Stahl ausgegangels, wobei mit einem geringfügigen Materialüberschub gearbeitet wird, so daß nach dem Auffüllen des Gesenkes am äußeren Rand des Werkstückes ein schmaler Grat entsteht, der später entfernt werden muß.
• Für Werkstücke mit einer Stirnverzahnung wie Stirnzahnräder oder dergleichen ist die Anwendung eines ireßverfahrens in der vorstehend beschriebenen Art bisher nicht bekanntgeworden. Stirnzahnräder werden vielmehr in der weise hergestellt, daß zunächst ein entsprechendes hohteil geschmiedet wird, welches anschließend durch Drehen vorgearbeitet und an dem nachfolgend durch Fräsen oder Stoßen die Verzahnung erzeugt wird. Dieses bekannte Verfahren ist nicht nur wegen des erheblichen Zeit- und Kostenaufwandes unbefriedigend, sondern hat auch im Ilinblick auf die Festigkeit der Verzahnung den Nachteil.
• daß der Faserverlauf des Werkstoffes durch die eingefrästen Zahnnuten unterbrochen wird und somit die Festigkeit am Zahnfuß geschwächt ist. Außerdem muß des fertige Werkstück so beschaffen sein, daß beim Verzahnungsvor gang ein Auslauf für die Bearbeitungswerkzeuge vorhanden ist. Bei einem Werkstück, bei dem die Stirnverzahnung sich nur über einen Teil der axialen Lunge der Zylinderoberfläche erstreckt, bereitet die erstellung einer Stirnverzahnung Schwierigkeiten, wenn cer nicht verzahnte Abschnitt einen größeren Durchmesser als der verzehnte Abschnitt hat.
• Die Erfindung will hier Abhilfe schaffen. Sie zielt darauf ab, einen geeigneten Weg anzugeben, der es ermöglicht, zylindrische Werkstücke, die an ihrer Zylinderoberfläche ganz oder teilweise gezahnt sind, einbaufertig oder mit geringem Aufmaß in einem Gesenk fertig zu schmieden bzw.
• zu pressen.
• Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer die Zahnform enthaltenden Matrize ein erwärm-ter Rohling mit einem Volumen entsprechend dem fertigen Werkstück eingelegt wird, daß dieser Rohling durch einen im Profil mit der Deckfläche des fertigen Werkstückes übereinstimmenden, den Preßraum in der Matrize abschließenden Stempel in einem Arbeitsschub ausgeschmiedet wird und daß das fertige Werkstück durch einen axial beweglichen Unterstempel ausgestoßen wird. Vorzugsweise wird ein im wesentlichen zylindrischer Rohling verwendet.
• Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß der Werkstoff des auf Schmiedetemperatur erhitzten Rohlings weitgehend in radialer Richtung nach außen in die Zahnlücken der Matrize fließt und diese vom Fußkreis bis zum Kopfkreis auffüllt. Nach diesem Verfahren lassen sich beispielsweise Stirnzahnräder entweder einbaufertig oder mit geringem Aufmaß herstellen, sofern nach dem Harten noch eine geringe Nachbearbeitung durch Schleifen oder Fräsen erwünscht ist. Gegenüber durch Fräsen hergestellte Stiruzahnräder haben die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stirnzahnräder den großen Vort-ei'~ daß keine Unterbre- chung des Faserverlaufs im Werkstück vorhanden is und folglich bei gleichen Abmessungen und gleichem Werkstoff eine hönere Zahnfußfestigkeit erzielt wird.
• Zur Durchführung des Verfahrens ist in weiterer kusgestaltung der Erfindung eine Preßvorrichtung vorgesehen, bei der die den Preßraum umschließende patrize aus einem Ringstück besteht, welches in einem unten offenen Matrizenhalter gelagert ist, und bei der den unteren Abschluß des Preßraumes ein mit der unteren Deckfläche des fertigen Werkstückes übereinstimmender Unterstempel bildet, der zum Ausstoßen des Werkstückes axial bewegbar ist.
• Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann die Matrize auch so ausgestaltet sein, daß sich der Offnungsquerschnitt der Innenverzahnung in Ausstoßrichtung konisch verjüngt. Hierdurch wird auf einfache Weise <Iie Möglich keit geschaffen, die Verzahnung des Werkstückes gleichzeitig mit dem Ausstoßen aus der Matrize zii kalibrieren.
• Das Verfahren und die Preßvorrichtung eignen sich auch zur Herstellung von zylindrischen Werkstücken, die an ihrer Zylinderoberfläche nur auf einem Teil der axialen Gesamtlänge gezahnt sind. In diesem Fall wird eine Matrize verwendet, die einen unteren Abschnitt mit Innenverzahnung und einen oberen, im Durchmesser größeren Abschnitt mit glatter Wandung aufweist oder umgekehrt, wenn der Durchmesser des Verzahnungsabschnittes größer ist als der des Abschnittes mit der glatten Wandung. Der Abschnitt mit der glatten Wandung kann auch unterschiedliche Durch messer haben. Im letztgenannten Fall wird eine Matrize verwendet, bei der der Abschnitt mit der glatten Wandung einen radial abgestuften Wandungsverlauf hat.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen, auf denen Preßvorrichtungen als Ausführungsbeispeile dargestellt sind, naher erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen Ausschnitt einer Preßvorrichtung im Bereich der Matrize in einem Axialachnitt mit eingelegtem Rohling, Figur 2 einen Axialschnitt des fertigen Werkstiickes, Figur 3 eine Preßvorrichtung in einer anderen Ausführungsform zur Herstellung von Werkstücken, die aus einem Abschnitt mit gezahnter und einem Abschnitt mit ungezahnter Oberfläche bestehen,und Figur 4 einen Querschnitt eines fertigen Werkstiickes, welches mit Hilfe der Vorrichtung nach Fig. 3 herstellbar ist.
• Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Warmpressen von Zahnrädern mit Stirnverzahnung enthält eine als Ringstück ausgebildete Matrize 1 mit einer innenverzahnung 2, die das Negativ des darin herzustellenden Werkstückes ist.
• Gelagert ist die Matrize 1 in einem Matrizenhalter 3, welcher ebenfalls ringförmig ausgebildet ist.
• Den unteren Abschluß des Preßraumes bildet ein axial bewegbarer Unterstempel 4, dessen Kopfteil eine Außenverzahnung 5 entsprechend dem fertigen Werkstjjck aufweist und der mit diesem Kopf axial gleitend in der Matrize 1 geführt ist. Der Unterstempel 4 dient gleichzeitig als Auswerfer des fertigen Werstückes nach beendet ?ffl Preßvorgang.
• Der Oberstempel 6, der in einen nicht dargestellten Oberstempelhalter der Preßvorrichtung eingesetzt ist, enthält am unteren Ende eine Außenverzahnung entsprechend dem fertigen Werkstück.
• Für die Elerstellung eines Stirnzahnrades Y, wie es in Fig. 2 abgebildet ist, wird von einem Rohling 8 in einer im wesentlichen zylindrischen Form ausgegangen, dessen größter Durchmesser kleiner ist als dej Kopfkreis-Durchmesser der Innenverzahnung 2 der Matrize 1. Der entzlmderte und auf Dchmiedetemperatur erhitzte Rohling 8 wird auf die Planfläche des Unterstempels 4 augelegt. Da seine Außenabmessungen zweckmäßigerweise njr gelvingfügig kleiner gewählt werden als der Durchmesser des Kopfkreises der Innenverzahnung 2 der Matrize 1 findet beim Einlegen eine selbsttätige Zentrierung des Rohlings 8 innerhalb der Matrize 1 statt.
• Beim Preßvorgang wird durch den in die Matrize 1 eindringenden Oberstempel 6 der Preßraum vollständig nbgeschlossen, bevor der Oberstempel 6 mit dem Rohling 8 in Berührung kommt.Durch den nachfolgend einsetzenden A1beitsdruck wird der Rohling 8 umgeformt, wobei der Werkstoff überwiegend in radialer Richtung nach außen fließt und die Zahnlücken der Verzahnung 2 der Matrize 1 bis zum Fußkreis derselben füllt. Nach Beendigung des Preßvorganges wird der Oberstempel 6 zurückgefahren und das fertige Werkstück 7 durch den Unterstempel 4 nach oben ausgedrückt.
• Bei Verwendung einer Matrize 1 mit konischer Verengung zur Oberseite findet mit dem Ausdrücken des Werkstückes 7 gleichzeitig eine zylindrische Kalibrierung der Verzahnung statt.
• In Fig. 3 ist die Ausgestaltung einer Preßvorrichtung zur Herstellung von Werkstücken in der äußeren Form nach Fig.
• 4 4 veranschaulicht, also von Werkstücken, bei denen sich die Stirnverzahnung nicht über die ganze axiale Nne der Zylinderoberfläche erstreckt.
• Bei dieser Vorrichtung ist ebenfalls ein Matrizenhalter 3 vorgesehen, in dem eine als Ringstück ausgebildete Matrize 9 gelagert ist, die nur in ihrem unteren Abschnitt eine Innenverzahnung 10 entsprechend dem Zahnprofil 11 des fertigen Werkstückes 12 aufweist. An den Abschnitt mit der Innenverzahnung 10 schließt sich ein oberer Abschnitt mit glatterinnenwandung 13 an. Der Unterstempel 1/ unter- scheidet sich von dem Unterstempel 4 der Vorrichtung nach Fig. 1 nur durch ein anderes Profil auf seiner Deckfläche.
• Beim Oberstempel 15 dieser Vorrichtung fehlt im Gegensatz zur Vorrichtung nach Fig. 1 die Außenverzahnung.
• Den Abschluß des Preßraumes in der Matrize 9 bewirkt bei diesem Oberstempel 15 ein am rückwärtigen Ende befindlicher zalindrischer Ansatz ?G, der während des eigentliches Preßvorganges in der oberen zylindrischen Abschnitt der Öffnung der Matrize 9 gleitet.
• Wie aus der zeichnerischen Darstellung ferner hervorgeht, ist der Oberstempel 15 an einem Matrizenhalter 17 befestigt, der in seinem unteren Abschnitt haubenartig ausgebildet ist und während de Preßvorganges mit seinem Ringteil 18 auf einem Dornsatz 19 des Matrizenhalters 3 axial beweglich geführt ist.
• In der Möglichkeit, auch Werkstücke in einer Formgestaltung entsprechend Fig. 4 in einem einzigen Arbeitsvorgang fertigpressen zu können, ist ein weiterer wesentlicher Vorteil es Verfahrens nach der Erfindung zu sehen. Die erforderlichen Preßdrücke bewegen sich im übrigen in den beim bekannten Warmpressen üblichen Grenzein.
• L e e r s e i t e

Claims (6)

1. A n 5 p 1 Ü C h e 1. Verfahren zum Warmpressen von zylindrischen Werkstücken, die an ihrer Zylirlderoberfläche in axialer Itich-und ganz oder teilweise gezahnt sind, insbesondere Stirnzahnräder, aus metallischen Werkstoffen, vorzugsweise Stahllegierungen, d a d u r c h g e k e n I1 -z e i c h n e t , daß in einer die Zahnform enthaltenden Matrize ein erwärmter Rohling mit einem Volumen exltsprechend dem fertigen Werkstück eingelegt wird, daß dieser Rohling durch einen im Profil mit der Deckfläche des fertigen-Werkstückes übereinstimmenden, den Preßraum in der Matrize abschließenden Stempel in einem Arbeitsschub ausgeschmiedet wird und daß das fertige Werkstück durch einen axial beweglichen Unterstempel ausgestoßen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen zylindrischer Rohling verwendet wird.
3. 3. Preßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Preßraum umschließende Matrize (1, 9) aus einem Ringstück besteht, welches in einem unten offenen Matrizenhalter (3) gelagert ist, und daß den unteren Abschluß des Preßraumes ein mit der unteren Deckfläche des fertigen Werkstiickes (7, 12) übereinstimmender Unterstempel (4, 14) bi rest, der zum Ausstoßen des Werkstückes (7, 12) axial bewegbar ist
4. 4. Preßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenrlzeich- net, daß der Öffnungsquerschnitt der Innenverzahnung (2) der Patrize (1) in Ausstoßrichtung konisch verjüngt ist.
5. 5. Preßvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (9) im Bereich des Preßraumes einen unteren Abschnitt mit Innenverzahnung (10) und einen oberen, im Durchmesser größeren Abschnitt mit glatter Wandung (13) aufweist.
6. 6. Preßvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize im Bereich des Preßraumes einen unteren Abschnitt mit glatter Wandung und einen oberen, im Durchmesser größeren Abschnitt mit Tnnenverzahnung aufweist.