DE2439957A1

DE2439957A1 - Verfahren und vorrichtung zum kaltwalzen von parallelen profilen z.b. von zahnprofilen aus dem vollen material

Info

Publication number: DE2439957A1
Application number: DE19742439957
Authority: DE
Inventors: Hans Krapfenbauer
Original assignee: GROB KALTWALZMASCH ERNST
Current assignee: GROB KALTWALZMASCH ERNST
Priority date: 1974-08-20
Filing date: 1974-08-20
Publication date: 1976-03-04
Also published as: FR2282305A1; FR2282305B1; DD121041A5; JPS5149148A; SU584745A3

Description

tentanwälte

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Or..!ng.R.BEETZ Jr.
München 22, Ste.nsdorf.tr. 10

262-23 -072P(23

20. August I974

Ernst Grob, Kaltwalzmaschinen, Mannedorf (Schweiz)

Verfahren und Vorrichtung zum Kaltwalzen von parallelen Profilen z. B₀ von Zahnprofilen aus dem vollen Material

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kaltwalzen von parallelen Profilen, z. B. von Zahnprofilen, aus dem Vollen, bei dem das Werkstück durch regelmäßige, schlagartige Walzvorgänge von in angetriebenen Walzköpfen drehbar gelagerten Profilwalzen schrittweise und in kleinen Profilabschnitten aus dem Profilgrund zur Werkstückoberfläche verdrängt wird«

Bei diesem in der DT-PS 1 016 222 beschriebenen Walzverfahren werden die Profilnuten durch frei drehbare Walzen

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erzeugt, die in umlaufenden Walzkopfen gelagert sind. Die Profilwalzen laufen somit auf einer Kreisbahn um und verformen das Werkstück in einer Vielzahl von Teilwalzvorgängen, bei denen der Werkstoff bis über seine Fließgrenze hinaus belastet und vom Profilgrund aus in Richtung der Profilzähne verdrängt wird. Vor Beginn des Walzvorganges werden die Walzköpfe auf die gewünschte Profiltiefe frei, d. h. ohne Eingriff in das Material, eingestellt. Die umlaufenden Profilwalzen dringen von der Stirnkante des Werkstückes aus langsam entsprechend ihrer kreisförmigen Bewegungsbahn nacheinander in das Material ein. Das Profil ist bis zu seiner vollen Tiefe und endgültigen Form eingewalzt, wenn sich die Stirnkante des Werkstückes senkrecht unter der Drehachse des Walzenkopfes befindet» Soll z. B. ein Zahnrad oder eine Zahnwellcj hergestellt werden, dann wird das eingespannte Werkstück entweder absatzweise oder kontinuierlich verdreht und gleichzeitig langsam in axialer Richtung vorgeschoben, so daß dann nacheinander in einer schraubenförmigen Verformungszone des Werkstückes die nebeneinanderliegenden Profile aus dem vollen Material gewalzt werden.

Bei den nach diesem Verfahren herzustellenden Werkstükken reicht in den allermeisten Fällen das Verzahnungsprofil fast oder ganz bis an das eine Ende des Werkstückes. Die manchmal vorkommenden kurzen Zapfen am Ende der Verzahnung, welche kleiner sind als der Fußkreisdurchmesser des Werkstücks, reichen weder in der Länge noch im Durchmesser zum einwandfreien Einspannen aus_s Erstens benötigt der Durchmesser des Rollkopfes einen gewissen Abstand von der Spanneinrichtung bis zum Ende der Verzahnung, und zweitens muß der Spannzapfen im Durchmesser möglichst größer sein als der Durchmesser der Verzahnung um die großen auftretenden Verdrehkräfte durch einen möglichst großen Hebelarm am Spanndurchmesser aufneh-

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men zu können. Unter den vielen hundert Werkstücken, d±e bis jetzt nach diesem Verfahren verzahnt wurden, waren höchstens 1-2 Teile, welche eine Verzahnung in der Mitte aufwiesen, so daß sie im Ziehen gewalzt werden konnten, indem man sie am kleineren Durchmesserende einspannte.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Kaltwalzen von parallelen Profilen, insbesondere Zahnprofilen aufzuzeigen, bei dem auch Werkstücke ohne Stirnkanten, Eindrehungen oder Bunde bearbeitet werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Beginn des Walzvorganges durch synchrones Zustellen von jeweils zwei gegenüberliegenden Walzköpfen in das volle Werkstück bis auf Profiltiefe eingestochen wird.

Wenn dieser Einstechvorgang ohne gleichzeitige Einschaltung des Werkstückvorschubes erfolgt, ist die Umformarbeit für jeden einzelnen Uniformschritt sehr groß, weil immer ganze kreisbogenförmige Segmente umgeformt werden müssen. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, beim Einstechen gleichzeitig den Werkstückvorschub einzuschalten und das Werkstück geradlinig zu bewegen. Dadurch sind die einzelnen Umf arm s ehr it te kleiner, etwa kommaf öi'iriig, so daß bei jedem Teilwalz-Vorgang ein wesentlich geringerer Widerstand überwunden werden muß, wodurch Maschine und Werkzeug geschont und die Genauigkeit des Werkstückes verbessert werden.

Muß bei bestimmten, mit einem Bund versehenen Werkstükken das Zahnprofil bis nahe an diesen Bund herangeführt werden, dann ist es zweckmäßig, das Einstechen im Stoßen durchzuführen. Dabei wird das Werkstück von seinem unbearbeiteten Ende her durch die Bearbeitungs- bzw. Walzzone geschoben. Würden derartige Werkstücke im Ziehen gewalzt, bei dem der

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Werkstück-Vorschub am bearbeiteten Werkstückende angreift und es durch die Bearbeitungszone hindurchzieht, dann würde die zum Eindringen der einstechenden Walzen auf Profiltiefe notwendige Vorschubstrecke als volles Zahnprofil verlorengehen. Bei Werkstücken, bei denen es auf einen kurzen Auslauf der Zahnprofile ankommt, wird daher die zum Einstechen benötigte Vorschubstrecke (ca. 5-10 mm je nach Werkstück) im Stoßen zurückgelegt. Nach Erreichen der vollen Zahntiefe kehrt sich der Vorschub um und das Werkstück wird auf seiner ganzen Länge irn Ziehen gewalzt.

Das Kaltwalzen im Ziehen ist vorteilhafter, weil dadurch auf unterschiedlich große Materialdrücke zu beiden Seiten jedes Walzenprofils zurückzuführende Zahnrichtungsfehler vermieden werden, wie unten ausführlich beschrieben.

Der Einstechvorgang kann auch zur Herstellung von 01-taschen und zur Erzeugung von balligen Zahnprofilen herangezogen werden» Das Zustellen oder Abheben der Walzköpfe bewirkt in Abhängigkeit vom Vorschub sowohl im Zahnfuß als auch an den Flanken eine entsprechende Balligkeit.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 a, b eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Kaltwalzen von Zahnprofilen in eine Vollstange,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Walzvorganges im Stoßen,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Walzvorganges im Ziehen,

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Fig. k eine schema tische Darstellung der Teilwalzvorgänge beim Einstechen,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Teilwalzvorgänge beim Einstechen mit vorgeschobenem Werks tück,

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Einstechvorganges bei einem Werkstück mit Bund,

Fig. 7 eine Seitenansicht einer teilbearbeiteten VoIlstange.

Die in Fig. 1 dargestellte, an sich bekannte Walzvorrichtung enthält zwei synchron angetriebene Walzköpfe 1 und 2, die an den gegenüberliegenden Seiten eines in einer Aufnahme 3 eingespannten Werkstückes h angeordnet sind. Jeder der Walzenköpfe besteht aus einem auf einer Antriebswelle 5, 5' fest aufgezogenen Träger 6, 6', in dem Profilwalzen 7, 7' frei drehbar gelagert sind. Beide Walzköpfe 1 und 2 laufen in Richtung der Pfeile 8, 8¹ um. Das Werkstück k wird in Richtung des Pfeiles 9 vorgeschoben und um seine Achse B in Richtung des Pfeiles 10 gedreht.

In der Fig. 2 ist ein Walzvorgang im Stoßen und in Fig. 3 ein Walzvorgang im Ziehen dargestellt, wobei jeweils der Getriebezug breiter eingezeichnet ist« Beim Walzen im Stoßen befindet sich die Umformzone U stets innerhalb des vom Walzkopf 1 über das Getriebe 11 und den Spindelstock 12 zum Werkstück verlaufenden Getriebezuges. Beim Walzen im Ziehen nach Fig. 3 liegt dagegen die Umformzone U stets außerhalb des Getriebezuges.

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Soll beispielsweise in Vollstangen das eingewalzte Zahnprofil bis zu einem Ende der Stange verlaufen, dann muß im Stoßen gearbeitet werden, weil keine Möglichkeit zum Einspannen des Werkstückes für eine Bearbeitung im Ziehen ohne Umspannen gegeben ist. Lediglich Werkstücke, insbesondere Vollstangen, die eine Eindrehung am Ende der Verzahnung aufweisen, können im Ziehen gewalzt werden, da die Walzköpfe ungehindert vor Walzbeginn auf Zahntiefe in dieser Eindrehung zugestellt werden, können.

Das Walzen im Stoßen führt jedoch zu Zahnrichtungsfehlern aufgrund einer Verdrehung des noch unbearbeiteten Werkstückteiles. In Fig. 7 ist ein Zahnprofil einer Vollstange mit einer Vorschubstufe des Zahnauslaufes von S/2 dargestellt. Pro Drehung wird das Werkstück um den Vorschub S in Längsrichtung vorgeschoben, Da jedoch zwei Walzköpfe vorgesehen sind, beträgt die Vorschubstufe jeweils S/2„ Beim Umformen um den jeweils nächsten Teilschritt S/2 ist der Widerstand des Werkstoffes auf der Seite A der Umformzone kleiner als auf der Seite B, weil auf letzterer noch das volle Material vorhanden ist, während auf der Seite A nur die zwischen den Zahnlücken verbliebene Zahnrippe Widerstand bietet. Durch diesen unterschiedlich großen Widerstand zu beiden Seiten des Werkzeugeingriffes weicht der Werkstoff bei der Umformung einseitig aus, und zwar um so mehr, je größer der Vorschub S bzw. S/2 ist. Dieses Ausweichen des Werkstoffes bewirkt eine Verdrehung des Zahnprofils bzw» einen Zalinrichtungsfehler,

Das Ausweichen des Werkstoffes tritt bei beiden Verfahren gleichermaßen auf, hat jedoch eine völlig unterschiedliche Wirkung. Beim Walzen im Stoßen, bei dem die

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Umformzone innerhalb des Getriebezuges liegt, geht die Materialverschiebung voll in die Zahnrichtung ein, d. h. es entsteht der Zahnrichtungsfehler. Da beim Walzen im Ziehen jedoch die Umformzone außerhalb des Getriebezuges liegt, kann die eintretende Werkstoffverschiebung nicht in die Zahnrichtung eingehen, weil bei jedem neuen Walzvorgarig auf das bereits verschobene Material gewalzt wird. Zwar entsteht auch beim Walzen im Ziehen eine Verdrehung der bereits gewalzten Stange, diese führt jedoch nicht zu einem Zahnrichtungsfehler, weil das außerhalb des Getriebezuges liegende Material zwar verdreht, das Zahnprofil aber auf das verdrehte Material aufgewalzt wird. Die Zahnrichtung beim -Walzen im Ziehen ist dadurch immer einwandfrei gerade, so daß angestrebt wird, alle Werkstücke im Ziehen zu walzen»

Wie oben bereits dargelegt, ist das Kaltwalzen von Werkstücken im Ziehen, deren Zahnprofil bis zu einem Werkstückende durchläuft, nach dem bekannten Verfahren nur dann möglich, wenn die Werkstücke zuvor eine Eindrehung erhalten haben« Durch den in Fig. 4 schematisch dargestellten Einstechvorgang gemäß der Erfindung können auch Werkstücke im Ziehen gewalzt werden, ohne daß zuvor in einem gesonderten Arbeitsgang eine Ringausnehmung oder Eindrehung eingearbeitet werden muß. Beim Einstechen der Walzen ohne Werkstück-Vorschub wird das Material in durch den Radius des Walzkopfes bestimmten Kreisbögen 13» 14 schrittweise verdrängt, wodurch die Umformarbeit jedes einzelnen Teilwalzvorganges außerordentlich groß ist. Sie kann erheblich gesenkt werden, wenn gleichzeitig mit dem Einstechen der Werkstück-Vorschub betätigt wird (vgl. Fig. 5), weil dabei nicht mehr Kreisbogen-Segmente, sondern kleinere, kommaförmige Segmente

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bei jedem Teilwal zvorgang lierausgearbei tet werden müssen.

In Fig, 6 ist der Einstechvorgang bei einem mit einem Bund 15 versehenen Werkstück 16 dargestellt, bei welchem das Zahnprofil vom Stirnende 17 bis möglichst nahe an den Bund heranreichen soll. Die Bearbeitung dieses Werkstückes im Stoßen würde zu dem oben beschriebenen Zahnrichtungsfehler führen. Um jedoch ein Walzen im Ziehen zu ermöglichen, muß durch Zustellen der beiden Walzen 7> 7¹ in Richtung der Pfeile E eingestochen werden. Da das Einstechen im Ziehen jedoch einen unerwünscht langen Zahnauslauf ergibt, wird im Stoßen unter gleichzeitigem Heranführen des Bundes 15 bis an die Bewegungsbahnen der Walzköpfe eingestochen und nach Erreichen der vollen Zahntiefe dann im Ziehen gewalzt. Der beim Einstechen entstandene Zahnrichtungsfehler der Zahnprofile wird durch den nachfolgenden, überlagerten Walzvorgang im Ziehen ausgeglichen»

Die Möglichkeit des Einstechen^ eröffnet ein großes Spektrum an Anwendungen für das Kaltwalzen von Präzisions-Zahnprofilen und ermöglicht das Kaltwalzen einer Vielzahl von Werkstücken, die bisher gefräst werden mußten.

Ein Musterbeispiel für die Notwendigkeit des Walzens im Ziehen mit Einstechen sind G-elenkwellen-Endstücke mit SAE-Profilen. Solche Teile kommen in großen Mengen und verschiedenen Größen

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Claims

Pa tentansprüche

[ 1,^Verfahren zum Kaltwalzen von parallelen Profilen, z, B„ von Zahnprofilen, aus dem Vollen, bei welchem der Werkstoff durch regelmäßige, schlagartige Vaizvorgänge von in angetriebenen Walzköpfen drehbar gelagerten Profilwalzen schrittweise und in kleinen Profilabschnitten aus dem Profilgrund zur Werkstückoberfläche verdrängt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beginn des Walzvorganges in das volle Werkstück durch synchrones Zustellen von jeweils zwei gegenüberliegenden Walzköpfen bis auf Profil tiefe eingestochen wird,

2o Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück beim Einstechen geradlinig verschoben wird=

3 η Verfahren zum Kaltwalzen von parallelen Profilen, Zc B, Zahriprof il en, in ein Werkstück mit einem Bund, wobei die Profile von einem Werkstückende bis dicht an den Bund heranreichen, nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ζ e i c h net, daß im Stoßen bis dicht an den Bund eingestochen und nach Erreichen der Profiltiefe im Ziehen gewalzt wird. ..

4„ Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 j dadurch gekennzeichnet., daß zur Herstellung von Prof il Vertiefungen und Balligkeiten die Walzen in Abhängigkeit vom Vorschub pulsierend synchron zugestellt werden,

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach

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einem der Ansprüche 1 bis k, mit zwei an gegenüberliegenden Seiten des Werkstückes angreifenden Walzköpfen, in denen mindestens eine Profilwalze frei drehbar gelagert ist und mit einem drehgetriebenen Werkstück-Vorschub, g e k e η nzeichnet durch einen"Antrieb zum synchronen Zustellen der Walzenköpfe 1 und 2,

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