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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Metallumformvorgänge, die
eine vertikale Kraft auf ein Werkstück ausüben, und insbesondere die Verwendung
eines Dorns oder Stempels und einer Matrize zum Strangpressen eines
metallischen Werkstücks
ohne Erzeugung eines Hohlraums in den Komponentenzähnen.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Bei
beliebigen Kaltumformprozessen, bei denen ein Stempel oder ein Dorn
vertikal durch ein zylindrisches Werkstück gedrückt wird, verläuft der
natürliche
Fluss des Werkstückmaterials
nach unten zu dem unteren Ende des Werkstück und von dem Ende weg, an
dem der Stempel zuerst in das Werkstück eintritt. Die Richtung des
Materialflusses ist durch die vertikalen Kräfte der Presse und die Bewegungsenergie,
die sie erzeugt, begründet.
Wenn die Zähne durch
den Formungsprozess stranggepresst werden, hinterlässt der
Materialfluss in der Regel einen Hohlraum am offenen Ende des Bereichs,
in dem unvollständige
Zähne erzeugt
werden.
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Die
Ausführung
der Matrize kann einen Gegenstrom erzeugen, der auch als Rückwärtsstrangpressen
bezeichnet wird, aber das Füllen
des Hohlräume
enthaltenden Bereichs in der Nähe
des offenen Endes des Zylinders ist schwieriger, da das Material
nach vorne zum unteren Ende des Zylinders umgeschlagen wird.
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Beim
Strangpressen von Radverzahnung ist es entscheidend, das Werkstückmaterial
tief in den Fuß der
Dornzähne
zu bewegen. Der Rückwärtsstrangpressvorgang
ist in der Nähe
des unteren Endes des Zahnrads sehr effektiv, aber in der Nähe des oberen
Endes gibt es keinen Mechanismus, um das Material lateral zu der
Achse zu bewegen, entlang der sich der Dorn bewegt.
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Es
besteht Bedarf an einer Technik zur Verhinderung des Strangpressens
unvollständiger
Zähne in
dem Werkstück
durch Bewirken des Flusses des Werkstückmaterials zu der mittleren
Achse.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Vorrichtung zum Strangpressen von Zähnen in einem Zylinder enthält eine
Presse, die eine untere Matrizenplatte zum Abstützen des Rohlings darauf und
eine obere Matrizenplatte, die sich entlang einer Achse relativ
zu der unteren Matrizenplatte bewegt, enthält. Ein Dorn, der auf die Achse ausgerichtet
ist, bewegt sich mit der oberen Matrizenplatte entlang der Achse
und enthält
Matrizenzähne. Ein
Anpressring, der sich zwischen der oberen Matrizenplatte und dem
Zylinderrohling befindet, weist eine Öffnung auf, die es gestattet,
dass die Matrizenzähne
des Dorns den Rohling berühren,
und enthält eine
Ringzacke, die Material oben auf der Zylinderkante zu der Achse
drückt,
wenn die obere Matrizenplatte oder der Dorn den Anpressring gegen
den Rohling drückt.
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Die
Erfindung betrachtet ein Verfahren zum Strangpressen von Zähnen in
einem Werkstück,
das eine Presse verwendet, die eine obere Matrizenplatte enthält, die
sich entlang einer Achse relativ zu einer unteren Matrizenplatte
bewegt. Ein Dorn ist auf die Achse ausgerichtet, kann durch die
Presse entlang der Achse bewegt werden und enthält eine mit Matrizenzähnen ausgebildete
Oberfläche.
Das Werkstück wird
auf der unteren Matrizenplatte platziert. Ein Anpressring, der eine
Ringzacke enthält,
die das Werkstück
berührt,
wird zwischen der oberen Matrizenplatte und dem Werkstück platziert.
Die Presse wird dazu verwendet, die Ringzacke gegen das zylindrische
Werkstück
zu drücken,
um Material des Werkstücks
zu der Achse zu drücken
und die Matrizenzähne
in das Werkstück
zu pressen, wenn die obere Matrizenplatte den Anpressring und den
Dorn gegen das Werkstück
drückt.
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Der
Anpressring und seine Ringzacke können auf einfache Weise und
zu geringen Kosten und als Teil der Matrizenwerkzeugausrüstung hergestellt und
verwendet werden. Die Ringzacke bewirkt, dass das Material des Werkstücks zu einem
Hohlraumbereich des Werkstücks
fließt,
wo ansonsten unvollständige
Zähne stranggepresst
werden würden.
Die Verwendung des Anpressrings und seiner Ringzacke bewirkt jedoch vollständige Füllzähne in der
Umrollzone am Ende des Strangpresszyklus, wodurch vollständige Zähne hergestellt
werden.
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Die
Zykluszeit ist verkürzt,
weil ein späteres Beschneiden
und Abgraten unnötig
ist.
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Der
Umfang der Anwendbarkeit der bevorzugten Ausführungsform geht aus der folgenden
ausführlichen
Beschreibung, den Ansprüchen
und den Zeichnungen hervor. Es versteht sich, dass die Beschreibung
und die speziellen Beispiele zwar bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung zeigen, aber nur rein beispielhaft angeführt werden.
Verschiedene Änderungen
und Modifikationen an den beschriebenen Ausführungsformen und Beispielen
werden für den
Fachmann offensichtlich.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird bei Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen leichter verständlich;
darin zeigen:
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1 eine
Vorderansicht eines Strangpresswerkzeugs zum Formen von Innenschrägverzahnung
an einem Zahnradrohling;
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2 einen
Querschnitt am Rand einer Grenzfläche zwischen einem Werkstück und einer Aufnahmeform,
die zum Formen des Werkstücks
verwendet werden;
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3 eine
Vorderansicht eines Teils der Presse von 1, die einen
Dorn, einen Zahnradrohling und einen Anpressring zeigt; und
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4 eine
Vorderansicht eines Teils der Presse von 1, die einen
Dorn, einen Zahnradrohling und einen Anpressring zeigt, die in einem
größeren Maßstab als
dem von 3 gezeichnet sind.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Nunmehr
auf die Zeichnungen Bezug nehmend, enthält eine hydraulische Presse 14 eine
untere Matrizenplatte 16, die auf einem Basisteil 18 der Presse 14 aufliegt,
und eine obere Matrizenplatte 20. Matrizenführungspfosten 24 erstrecken
sich zwischen der oberen Matrizenplatte 20 und der unteren Matrizenplatte 16.
Ein Ende jedes Matrizenführungspfostens 24 ist
an der oberen Matrizenplatte 20 befestigt; das gegenüberliegende
Ende jedes Matrizenführungspfostens 24 weist
einen Kugellagerkäfig 26 auf,
der daran befestigt ist. An der unteren Matrizenplatte 16 befestigt
sind Führungsbuchsen 28,
die auf einen jeweiligen Kugellagerkäfig 26 ausgerichtet sind.
Die Kugellagerkäfige 26 gleiten
teleskopisch in ihre jeweiligen Führungsbuchsen 28,
um eine Axialbewegung der oberen Matrizenplatte 20 relativ
zu der unteren Matrizenplatte 16 zu gestatten, wodurch
Reibung minimiert wird und die beiden Matrizenplatten 16, 20 parallel
zueinander gehalten werden. Die obere Matrizenplatte 20 bewegt
sich translatorisch entlang einer vertikalen Achse 29 auf
die untere Matrizenplatte 16 zu und davon weg.
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Eine
Stützplatte 30,
die auf ihrer Unterseite Führungspfosten 24 enthält, ist
an der oberen Matrizenplatte 20 zur Vertikalbewegung mit
der oberen Matrizenplatte 20 befestigt. Ein Dorn 32 wird
an der oberen Matrizenplatte 20 gestützt und ist daran befestigt.
Der Dorn 32 ist mit äußeren Matrizenzähnen 46,
einer Leitfläche 47 und
einem Übergang 48,
der die Leitfläche
und den Körper
des Dorns verbindet, ausgebildet. Der Schrägungswinkel der Matrizenzähne 46 entspricht
dem, der bei den in einem Werkstückrohling 58,
wie zum Beispiel einem Zahnradrohling, auszubildenden Zähnen gewünscht wird.
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Der
Rohling 58, der auf der unteren Matrizenplatte 16 gestützt wird,
enthält
eine ringförmige Schale
mit einer Innenfläche 53,
die einen genauen Innendurchmesser aufweist, wobei in der Fläche die Innenschrägverzahnung
stranggepresst werden soll. 1 zeigt
einen Rohling 58, der in einem Haltering 60 eingesetzt
worden ist, und eine gehärtete
Hülse 62,
die sich in einem ringförmigen
Raum zwischen dem Werkstück 58 und
dem Haltering befindet. Die Position des Werkstücks 58 wird durch
die Löcher 66, 68,
die in dem Haltring 60 gebohrt sind, konstant gehalten
und auf die Achse 29 und den Formdorn 32 ausgerichtet.
Jedes der Löcher 66, 68 ist
auf ein jeweiliges Loch 70, 72 ausgerichtet, das
in der unteren Matrizenplatte 16 gebohrt ist. Wenn die
obere Matrizenplatte 20 ausreichend abgesenkt worden ist,
treten Stifte 74 in die ausgerichteten Bohrungen 66, 70 ein
und Stifte 76 treten in die ausgerichteten Bohrungen 68, 72 ein.
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Im
Betrieb wird der Zahnradrohling 58 auf der unteren Matrizenplatte 16 gestützt, wobei
sein oberes, offenes Ende zu dem Dorn 32 weist. Die hydraulische
Presse 14 wird aktiviert und drückt die obere Matrizenplatte 20 nach
unten zu der unteren Matrizenplatte 16, wobei sie von den
Matrizenführungspfosten 24 gestützt wird.
Diese axiale Translationsbewegung befördert den Dorn 32 zu
dem Zahnradrohling 58, so dass die Leitfläche 47 in
die mittlere Öffnung 53 in
dem Werkstück 58 eintritt.
Dann werden die Matrizenzähne 46 am
Dorn in das Material an der Innenfläche 53 des Werkstückrohlings 58 gepresst.
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Wenn
sich der Dorn 32 in seiner gewünschten Winkelposition befindet,
wird die hydraulische Presse 14 betätigt, um die axiale Translationsbewegung
der oberen Matrizenplatte 20 weiterzuführen.
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Die
Matrizenzähne 46 am
Dorn 32 nehmen die Innenfläche des Zahnradrohlings 58 in
Eingriff und bewegen sich mit einer schraubenförmigen Bewegung nach unten
in das Material des Werkstücks, wenn
sie in den Rohling gedrückt
werden, wodurch die Schrägverzahnung
geformt wird. Wenn die vorbestimmte Tiefe der fertiggestellten Zähne erreicht
ist, hört
die hydraulische Presse 14 auf, auf die obere Matrizenplatte 20 zu
pressen und zieht die obere Matrizenplatte 20 und den Dorn 32 zurück.
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Das
fertiggestellte Hohlrad wird dann von der Presse 14 genommen,
und ein anderer Rohling 58 wird als Vorbereitung für die Wiederholung
des Formungsprozesses in seine Position eingesetzt.
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2 ist
ein Querschnitt entlang dem Rand 80 einer durch einen sich
entlang der Achse 84 nach unten bewegenden und ein Loch
in einem Werkstück 86 bildenden
Stempel oder Dorn 82 gebildeten Grenzfläche. Ein Umrollen des Werkstückmaterials wird
normalerweise in einer Zone 88 in der Nähe der Stelle erzeugt, wo der
Dorn 82 zuerst in das Werkstück 86 eintritt, und
erstreckt sich um den Umfang des in dem Werkstück gebildeten Lochs herum. Wenn
durch Pressen des Dorns 32 in das Werkstück 58 Zähne erzeugt
werden sollen, dann sind die Zähne
möglicherweise
in dem Bereich der Umrollzone 88 unvollständig.
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Wie
in 3 gezeigt, wird zur Verhinderung unvollständiger Zähne in dem
stranggepressten Rohling 58 ein gehärteter Anpressring 90 so
auf die Oberseite des Werkstücks 58,
der Hülse 62 und
des Halterings 60 platziert, dass eine kreisförmige Ringzacke 92,
die sich von der Unterseite 94 des Anpressrings erstreckt,
die Oberseite des Werkstücks
berührt.
Der Anpressring 90 weist eine mittlere Öffnung 96 auf, die
es dem Dorn 32 gestattet, durch den Anpressring zu passieren,
so dass die Matrizenzähne 46 in
Kontakt mit der Innenfläche 53 des
Rohlings 58 gebracht werden.
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An
oder nahe dem Ende des Hubs des Hydraulikzylinders wird die Ringzacke 92 dahingehend betätigt, Material
in den teilweise geformten Zahnradrohling 58 lateral zu
drücken,
das heißt
radial nach innen zu der Achse 29, wenn die Ringzacke 92 durch die
obere Matrizenplatte 20 in Kontakt mit der Oberseite des
teilweise geformten Rohlings 58 gedrückt wird. Dank dieser Verdrängung des
Werkstückmaterials
kann der Dorn 32 vollständig
geformte Zähne entlang
der ganzen Dicke des Rohlings 58, einschließlich der
Umrollzone 88 oben am Rohling, formen.
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4 zeigt
in einem größeren Maßstab als in 3 den
lateralen Fluss des Zahnradrohlingmaterials 98 um die Spitze
der Ringzacke 92 herum zu der Achse 29, wenn die
Ringzacke in den Werkstückrohling 58 eintritt.
Die Ringzacke 92 weist einen spitzen Winkel von vorzugsweise
etwa 45 Grad zwischen einem im Wesentlichen vertikalen Schenkel 102 und
einem geneigten inneren Schenkel 104 auf, der einen Keil
bildet, welcher Material des Rohlings 58 in die Abwärtsbahn
des Dorns 34 drückt,
wo zusätzlicher
Materialfluss benötigt
wird. Das Material des Rohlings 58 fließt zur Achse 29 und
füllt das
sich oben am Rohling befindende Volumen, wo die Matrizenzähne 46 am
Dorn 32 in die Innenfläche 53 des Rohlings
gepresst werden.
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Obgleich
das Verfahren unter Bezugnahme auf das Formen von Innenschrägverzahnung
im Rohling 58 beschrieben wird, können die Matrizenzähne am Dorn 32 Geradverzahnung
oder Keilverzahnung sein, die sich an einer Außenfläche oder an einer Innenfläche des
Dorns befinden kann. Die in den Rohling 58 gepressten Zähne können eine innere
oder äußere Schrägverzahnung,
eine innere oder äußere Geradverzahnung
oder eine innere oder äußere Keilverzahnung
sein.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
ist gemäß den Vorschriften
der Patentbestimmungen beschrieben worden. Es sei jedoch darauf
hingewiesen, dass alternative Ausführungsformen auch anders ausgeführt werden
können,
als speziell dargestellt und beschrieben wurde. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum
Strangpressen von Zähnen
in einem Werkstück umfasst
die folgenden Schritte:
- (a) Bereitstellen einer
Presse;
- (b) Bereitstellen von Matrizenzähnen an einem Dorn, die auf
die Achse ausgerichtet sind, durch die Presse nach vorne und dann
nach hinten entlang der Achse relativ zum Werkstück bewegt werden können;
- (c) Bereitstellen eines Anpressrings, der eine Ringzacke enthält;
- (d) Verwenden der Presse und des Dorns zum Vorwärtspressen
teilweise geformter Zähne
in das Werkstück
und der Ringzacke zum Drücken
von Material des Werkstücks
zu der Achse, wenn der Dorn rückwärts die
teilweise geformten Zähne
in die vollständig
geformten Zähne
presst.
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Bevorzug
sind dabei weiterhin die folgenden Schritte umfasst:
Anhalten
der Axialbewegung des Dorns in dem Werkstück;
Verwenden der Presse,
um den Dorn axial aus dem stranggepressten Werkstück herauszuziehen.
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Insbesondere
umfasst Schritt (b) den Schritt des Bereitstellens einer Matrizenschrägverzahnung an
einer Außenfläche des
Dorns.
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Alternativ
umfasst Schritt (b) den Schritt des Formens einer Matrizenschrägverzahnung
an einer Innenfläche
des Zahnradrohlings.
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Ein
erfindungsgemäßes Zahnrad
ist durch folgenden Prozess geformt:
Stützen eines hohlen Rohlings
in Ausrichtung auf eine Achse;
Strangpressen einer Radverzahnung
in dem Rohling unter Verwendung eines Dorns mit Matrizenzähnen, die
sich entlang der Achse in den Rohling bewegen und dabei die Radverzahnung
formen, und
Verwenden einer Ringzacke an einem Anpressring zur
Bildung einer Vertiefung in dem Rohling unter Drücken von Material des Rohlings
zu der Achse, wenn der Anpressring gegen den Rohling gedrückt wird.