Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

WO2006063608A1 - Verfahren zur herstellung rotationssymmetrischer, hinterschnittener konturen - Google Patents

Verfahren zur herstellung rotationssymmetrischer, hinterschnittener konturen Download PDF

Info

Publication number
WO2006063608A1
WO2006063608A1 PCT/EP2004/014369 EP2004014369W WO2006063608A1 WO 2006063608 A1 WO2006063608 A1 WO 2006063608A1 EP 2004014369 W EP2004014369 W EP 2004014369W WO 2006063608 A1 WO2006063608 A1 WO 2006063608A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
workpiece
tool
contour
undercut
speed
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/014369
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralph Bernhardt
Matthias Prussak
Original Assignee
Cdp Bharat Forge Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cdp Bharat Forge Gmbh filed Critical Cdp Bharat Forge Gmbh
Priority to PCT/EP2004/014369 priority Critical patent/WO2006063608A1/de
Priority to MX2007006953A priority patent/MX2007006953A/es
Priority to US11/721,699 priority patent/US20080273936A1/en
Priority to BRPI0519660-4A priority patent/BRPI0519660A2/pt
Priority to JP2007545892A priority patent/JP2008524482A/ja
Priority to CNB2005800422680A priority patent/CN100475383C/zh
Priority to CA002588931A priority patent/CA2588931A1/en
Priority to EP05819234A priority patent/EP1833627A1/de
Priority to PCT/EP2005/012995 priority patent/WO2006063710A1/de
Priority to KR1020077013283A priority patent/KR20070086113A/ko
Publication of WO2006063608A1 publication Critical patent/WO2006063608A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/18—Making machine elements pistons or plungers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/06—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B21J5/063—Friction heat forging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/18—Making machine elements pistons or plungers
    • B21K1/185—Making machine elements pistons or plungers with cooling channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K21/00—Making hollow articles not covered by a single preceding sub-group
    • B21K21/12—Shaping end portions of hollow articles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T409/00—Gear cutting, milling, or planing
    • Y10T409/30—Milling
    • Y10T409/303752—Process
    • Y10T409/303808—Process including infeeding

Definitions

  • the present invention relates to a method for chipless production of substantially rotationally symmetrical, undercut contours on a workpiece, as well as a workpiece produced by the method.
  • Such undercut contours can in particular be formed on portions of workpieces produced by forging, casting or machining.
  • the object of the present invention is to develop a method for producing substantially rotationally symmetrical, undercut contours, which allows a simpler, and thus faster and more cost-effective, machining.
  • a workpiece to be machined with the method has at least one partial region to be formed with a substantially symmetrical, preferably rotationally symmetrical, starting contour, e.g. a polygonal, cylindrical or circular tapered shaft, and a rotation axis about which the workpiece can be rotated during machining.
  • the portion of the workpiece to be reshaped can be made either solid or hollow.
  • the workpiece is first clamped to a non-deformable first end portion in a receptacle, e.g. by form and / or adhesion. With the recording, the workpiece can then be moved back and forth relative to a tool.
  • the tool is applied to a to be formed, substantially symmetrical, preferably rotationally symmetrical second end portion of the workpiece, which rotates at a constant or variable speed about a central axis relative to the workpiece.
  • Under axial pressure of the tool on the second end part undercut contours can thus be produced without cutting in the forming step.
  • undercut contours can be made easier to process extent by the inventive method, so that to obtain the final product only a final mechanical finishing is required. This allows a faster and thus cheaper production.
  • the succession-to-movement of workpiece and tool associated with the forming step is a feed motion which applies the axial pressure necessary for forming.
  • This feed movement can be performed by the workpiece with recording, by the tool, or by an opposite movement.
  • the undercut contour to be formed in the forming step can be oriented rotationally symmetrically inwards or outwards relative to the starting contour of the workpiece part region to be formed.
  • inward or outward-oriented contours are here to call internal or external cooling channels of diesel engine pistons, which were previously produced by cutting.
  • Outwardly oriented undercut contours can also be found, for example, on front axle housings, which have hitherto also been produced by machining.
  • the inventive method makes it possible to produce both types of contour structurally more stable.
  • the tool used in the method according to the invention can have a symmetrical or asymmetrical tool contour.
  • the tool rotates at a first speed
  • the workpiece rotates at a second speed different from the first speed selectable.
  • the speed of the tool can deviate up to 30% from that of the workpiece.
  • the drive of the tool and / or the receptacle is equipped with a freewheel, the first and / or the second speed can be changed. This results in an exceptionally uniform material flow with consequently improved properties of the final product.
  • the axis of rotation of the portion to be reshaped and the center axis of the tool may be in alignment.
  • the axis of rotation of the portion to be reshaped and the center axis of the tool by an amount of eccentricity e differ.
  • the amount of eccentricity can be adjusted by rotating the rotary tool in an axially oscillating manner about the central axis of the workpiece area to be formed. This axial oscillation is achieved, for example, by a radial feed movement of the tool.
  • the reduction of the friction surface also has the advantage that due to the only partial contact less force and thus energy is required for forming.
  • the entire workpiece is supplied to the process with a temperature distribution determined from preliminary processes, or in a Process upstream step heated, for example, to a material corresponding forging temperature.
  • the yield stress (Umformfesttechnik) of the material is lowered and facilitates the transformation of the rotationally symmetrical workpiece part area.
  • the exact shape of the undercut outer contour can be determined.
  • the undercut outer contour to be produced during the forming step is defined by the pressing of one or more loose or driven tools.
  • the attachment of an additional tool for example a swiveling tool, serves to define a gap formed by the contour of the undercut to be formed. In this way, complicated undercut contours can be precisely tailored.
  • a workpiece produced by the method according to the invention is characterized by a continuous and uninterrupted fiber course that is substantially parallel to the formed undercut contour.
  • Such a fiber profile increases the material load capacity, life and freedom from errors and thus overall the quality of the workpiece.
  • the finished workpiece is produced in a much shorter time, which has a positive effect on the cost-benefit ratio.
  • the workpieces that can be processed by the presented process can consist of a large number of materials.
  • steel for example, steel for
  • Heavy-duty commercial vehicle engines are used, while aluminum-silicon alloys are used for lower-compression car engines.
  • Figure 1 shows schematically the arrangement of the process-related components, wherein a steel piston is selected as a workpiece.
  • FIG. 2 shows a forming sequence according to claim 1 using the example of a forged steel piston as the starting workpiece.
  • FIG. 3 shows the optional dimensional shaping of the outer contour by means of a driven or freely supported tool as well as the gap spacing by means of a pivotable tool.
  • FIG. 4 shows, as a further example, a section through a front axle housing, on which the outer contour to be formed is shown before and after the forming process.
  • a rotationally symmetrical, undercut outer contour is formed on a forged steel piston, as used in high-performance diesel engines.
  • the inventive method is carried out by means of a device shown in Figure 1, which has a receptacle 11 for clamping a workpiece 13, a tool 12 for forming the workpiece and a device, not shown, for delivering the recording with the workpiece 13 to the tool 12.
  • the tool 12 here has a circumferential edge of the edge, which serves to radially limit the material flow arising during the forming process.
  • the steel piston used in the embodiment as a workpiece 13 has a hollow, rotationally symmetrical portion 14 which forms the end of the steel piston to be formed. At this portion of the forming tool 12th applied, wherein the necessary for forming axial pressure is applied by the feed movement.
  • the receptacle 11 can be rotated about an axis of rotation 15 together with the clamped workpiece 13, while the tool 12 is rotatable about its central axis 16.
  • Both recording and tool include a rotary drive, not shown, each of which may have a freewheel and the speed of each can be adjusted separately via a speed control.
  • the central axis 16 of the tool can on the one hand coincide with the rotational axis 15 of the receptacle, or be offset from it in parallel (eccentricity amount e> 0).
  • the friction occurring between the tool 12 and the portion 14 of the workpiece to be reshaped arises solely by a difference between the peripheral speeds of the tool 12 and the receptacle 11, and is thus determined by the speed control.
  • very soft workpiece materials such as As a result, aluminum can limit this friction to a minimum, in order to avoid any loss of material that could be caused by excessive friction.
  • harder materials e.g.
  • FIG. 2 shows an exemplary forming sequence in which a cooling channel 22 is attached to a forged steel piston 21 as an undercut outer contour.
  • exploits the freewheel of the tool rotary drive so that automatically adjusts the rotational speed of the tool, n u , the rotational speed of the forming at the contact surface of the tool and workpiece fitting
  • Piston subregion Under further axial feed pressure, progressive material flow leads to everting / flanging of the contour and can then be radially limited by the edge upstand 17 of the tool 12 so as to form the undercut outer contour of the piston to be achieved.
  • FIG. 3 shows two further forming measures which serve to better define the undercut contour to be formed.
  • an additional, here cylindrically shaped tool 31 is delivered under radial pressure from a feed mechanism 32 on the outer surface of the newly formed outer contour and thus limits the radially outward material flow, which is formed during the forming.
  • the outer diameter 33 of the newly formed outer contour is brought to the required value.
  • the additional tool either be mounted freely or driven at a speed of, for example 133 750 min ⁇ l can.
  • the dimensional shaping of the gap spacing 34 of the cooling channel can be further effected by a pivotable tool 35.
  • This is L-shaped, wherein the long arm 36 rests against the axially facing the feed direction surface of the everted, undercut contour.
  • the short arm 37 engages from the outside into the gap and is located on the radially inwardly facing surface of the everted, undercut contour.
  • the pivotable tool 35 limits the flow of material both radially inwardly and axially against the feed direction of the recording of the piston when needed.
  • a front axle housing (38) is shown in section in FIG. 4, on which the partial area to be formed is illustrated before (39) and after (40) the forming step.
  • the outer contour which was cylindrical prior to forming was converted by the method according to the invention into the desired outwardly oriented outer contour with an undercut area (41).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung im Wesentlichen rotationssymmetrischer, hinterschnittener Konturen an zum Beispiel durch Schmieden oder Gießen hergestellten Werkstücken (13), die mindestens einen umzuformenden Teilbereich (14) mit im Wesentlichen symmetrischer Ausgangskontur aufweisen. Das Werkstück (13) wird an seinem nicht umzuformenden Ende in einer Aufnahme (11) eingespannt und in dieser Aufnahme (11) mit seinem umzuformenden Teilbereich (14) durch Zustellen an ein Werkzeug (12) angelegt. Das Werkzeug (12) rotiert hierbei mit konstanter oder veränderlicher Geschwindigkeit gegenüber dem umzuformenden Teilbereich (14) des Werkstücks (13). Unter axialem Druck wird auf diese Weise eine hinterschnittene Kontur auf dem Teilbereich des Werkstücks (13) durch spanlose Umformung erzeugt.

Description

Verfahren zur Herstellung rotationssymmetrischer, hinterschnittener Konturen
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur spanlosen Erzeugung im Wesentlichen rotationssymmetrischer, hinterschnittener Konturen an einem Werkstück, sowie ein mit dem Verfahren hergestelltes Werkstück. Derartige hinterschnittene Konturen können insbesondere an Teilbereichen von durch Schmieden, Gießen oder spanende Erzeugung hergestellten Werkstücken geformt werden.
Stand der Technik
Mit bisherigen, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren werden rotationssymmetrische, hinterschnittene Konturen, wie z.B. Kühlkanäle an Kolben für NKW-Dieselmotoren, durch spanende Bearbeitung hergestellt. Das heißt, dass ein z.B. durch Schmieden oder Gießen hergestelltes Ausgangswerkstück zur Erstellung einer hinterschnittenen Kontur unter Entfernung von Material bearbeitet wird, wie z.B. durch Drehen, Fräsen oder Schneiden.
Nachteile der bekannten Verfahren sind einerseits der hohe Grad an mechanischer Zerspanung, insbesondere bei komplett zu bearbeitenden Innenkonturen von Großserienteilen wie z.B. Kolben, und andererseits die damit verbundene Unterbrechung des Faserverlaufs im konventionell gefertigten Produkt. Eine derartige Unterbrechung führt zu strukturell schwächeren Werkstücken und wirkt sich somit ungünstig auf Verschleißfestigkeit, Lebensdauer und Kosten des Endprodukts aus . Darstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzeugung im Wesentlichen rotationssymmetrischer, hinterschnittener Konturen zu entwickeln, welches eine einfachere, und damit schnellere und kostengünstigere Bearbeitung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen folgen aus den Unteransprüchen.
Ein mit dem Verfahren zu bearbeitendes Werkstück weist mindestens einen umzuformenden, Teilbereich mit im Wesentlichen symmetrischer, vorzugsweise rotationssymmetrischer Ausgangskontur, z.B. einen polygonalen, zylindrischen oder kreiskegelförmigen Schaft, und eine Rotationsachse auf, um welche das Werkstück bei der Bearbeitung gedreht werden kann. Hierbei kann der umzuformende Teilbereich des Werkstücks entweder massiv oder hohl ausgeführt sein. Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Werkstück zunächst an einem nicht umzuformenden, ersten Endteil in einer Aufnahme eingespannt, z.B. durch Form- und/oder Kraftschluss . Mit der Aufnahme kann dann das Werkstück auf ein Werkzeug hin- und relativ dazu bewegt werden. Daraufhin wird an einem umzuformenden, im Wesentlichen symmetrischen, vorzugsweise rotationssymmetrischen zweiten Endteil des Werkstücks das Werkzeug angelegt, das mit konstanter oder veränderlicher Drehzahl um eine Mittelachse gegenüber dem Werkstück rotiert . Unter axialem Druck des Werkzeugs auf den zweiten Endteil können so im Umformschritt hinterschnittene Konturen spanlos erzeugt werden.
Des weiteren können hinterschnittene Konturen durch das erfindungsgemäße Verfahren einfacher auf Bearbeitungsausmaß gebracht werden, so dass zur Erlangung des Endprodukts lediglich eine abschließende mechanische Feinbearbeitung erforderlich ist. Dies ermöglicht eine schnellere und somit kostengünstigere Herstellung.
Vorzugsweise ist die mit dem Umformschritt verbundene Aufeinander-zu-Bewegung von Werkstück und Werkzeug eine Zustellbewegung, welche den zur Umformung nötigen axialen Druck aufbringt. Diese Zustellbewegung kann vom Werkstück mit Aufnahme, vom Werkzeug , oder durch eine gegenläufige Bewegung ausgeführt werden.
Vorteile gegenüber den oben beschriebenen herkömmlichen Verfahren ergeben sich daraus, dass bei dem erfindungsgemäßen Umformschritt kein Material weggefräst, weggeschnitten oder anderweitig entfernt wird, wodurch durchgängige und ununterbrochene, im Wesentlichen parallel zur angeformten Hinterschnittkontur verlaufende Fasern im Material erzeugt werden. Dies erhöht maßgeblich die Werkstofffestigkeit und Lebensdauer des fertigen Produkts. Ebenso werden mögliche Fehler im Endprodukt durch die komplette Umformung des bearbeiteten Werkstückbereichs weiter reduziert.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann die im Umformschritt anzuformende hinterschnittene Kontur bezogen auf die Ausgangskontur des umzuformenden Werkstückteilbereichs rotationssymmetrisch nach innen oder außen orientiert sein. Als konkrete Beispiele für nach innen beziehungsweise außen orientierte Konturen sind hier innere beziehungsweise äußere Kühlkanäle von Dieselmotorkolben zu nennen, die bisher durch spanendes Fräsen erzeugt wurden. Nach außen orientierte Hinterschnittkonturen finden sich zum Beispiel auch an Vorderachsgehäusen, die ebenso bisher durch spanendes Bearbeiten hergestellt wurden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, beide Arten von Kontur strukturell stabiler herzustellen. Das im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Werkzeug kann je nach zu bearbeitendem Werkstück eine symmetrische oder asymmetrische Werkzeugkontur aufweisen. Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass sich das Werkzeug mit einer ersten Drehzahl dreht, und das Werkstück sich mit einer von der ersten Drehzahl verschieden wählbaren, zweiten Drehzahl dreht. Hierbei kann die Drehzahl des Werkzeugs bis zu 30% von der des Werkstücks abweichen. Wenn zudem der Antrieb des Werkzeugs und/oder der Aufnahme mit einem Freilauf ausgestattet ist, kann die erste und/oder die zweite Drehzahl verändert werden. Dies führt zu einem außergewöhnlich gleichmäßigen Werkstofffluss mit folglich verbesserten Eigenschaften des Endprodukts .
Für Anwendungen, in denen es erwünscht ist die zwischen dem umzuformenden, im Wesentlichen symmetrischen Teilbereich des Werkstücks und dem Werkzeug befindliche Reibfläche hoch zu halten, können sich die Rotationsachse des umzuformenden Teilbereichs und die Mittelachse des Werkzeugs in Flucht befinden. Wenn jedoch eine niedrigere Reibung, das heißt geringere Reibfläche gewünscht wird, wie zum Beispiel bei Werkstücken mit massiv ausgeführtem umzuformenden Teilbereich, können entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die Rotationsachse des umzuformenden Teilbereichs und die Mittelachse des Werkzeugs um einen Exzentrizitätsbetrag e voneinander abweichen. Der Exzentrizitätsbetrag kann dadurch eingestellt werden, dass sich das rotierende Werkzeug axial oszillierend um die Mittelachse des umzuformenden Werkstückbereichs dreht . Diese axiale Oszillation wird zum Beispiel durch eine radiale Zustellbewegung des Werkzeugs erzielt. Die Verminderung der Reibfläche hat zudem den Vorteil, dass aufgrund des nur partiellen Kontakts weniger Kraft und damit Energie zur Umformung benötigt wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das gesamte Werkstück dem Verfahren mit einer aus Vorprozessen bestimmten Temperaturverteilung zugeführt, oder in einem dem Verfahren vorgeschalteten Schritt erwärmt, zum Beispiel auf eine dem Werkstoff entsprechende Schmiedetemperatur. Dadurch wird die Fließspannung (Umformfestigkeit) des Werkstoffs gesenkt und die Umformung des rotationssymmetrischen Werkstückteilbereichs erleichtert.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner die exakte Form der hinterschnittenen Außenkontur bestimmt werden. Hierzu wird die beim Umformschritt zu erzeugende hinterschnittene Außenkontur durch das Andrücken eines oder mehrer loser oder angetriebener Werkzeuge definiert . Ebenso dient das Anbringen eines zusätzlichen Werkzeugs, zum Beispiel eines einschwenkbaren Werkzeugs, der Definition eines von der anzuformenden Hinterschnittkontur gebildeten Spalts. Auf diese Weise können komplizierte Hinterschnittkonturen präzise maßgeformt werden.
Ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Werkstück ist demnach durch einen zur angeformten Hinterschnittkontur im Wesentlichen parallelen, durchgängigen und nicht unterbrochenen Faserverlauf gekennzeichnet. Ein solcher Faserverlauf erhöht die Materialbelastbarkeit, Lebensdauer und Fehlerfreiheit und somit insgesamt die Qualität des Werkstücks. Zudem wird das fertige Werkstück in einer wesentlich kürzeren Zeit hergestellt, was sich positiv auf das Kosten-Nutzen-Verhältnis auswirkt .
Die vom vorgestellten Verfahren bearbeitbaren Werkstücke können aus einer Vielzahl von Materialen bestehen. Im Falle von Dieselmotorkolben wird zum Beispiel Stahl für
Hochleistungsmotoren von Nutzfahrzeugen verwendet, während für niedriger verdichtende PKW-Motoren Aluminium-Silizium Legierungen zum Einsatz kommen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß den Figuren 1 bis 3 erläutert.
Figur 1 zeigt schematisch die Anordnung der verfahrensbedingten Komponenten, wobei als Werkstück ein Stahlkolben gewählt ist.
Figur 2 zeigt eine Umformsequenz gemäß Anspruch 1 am Beispiel eines geschmiedeten Stahlkolbens als Ausgangswerkstück.
Figur 3 zeigt das optionale Maßformen der Außenkontur durch ein angetriebenes oder frei gelagertes Werkzeug sowie des Spaltabstandes durch ein einschwenkbares Werkzeug.
Figur 4 zeigt als weiteres Beispiel einen Schnitt durch ein Vorderachsgehäuse, an dem die umzuformende Außenkontur vor und nach dem Umformprozess dargestellt ist.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Mit dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Verfahren wird an einem geschmiedeten Stahlkolben, wie er in Hochleistungsdieselmotoren verwendet wird, eine rotationssymmetrische, hinterschnittene Außenkontur angeformt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mittels einer in Figur 1 dargestelltem Vorrichtung durchgeführt, die eine Aufnahme 11 zum Einspannen eines Werkstücks 13, ein Werkzeug 12 zur Umformung des Werkstücks sowie eine nicht gezeigte Einrichtung zum Zustellen der Aufnahme mit dem Werkstück 13 an das Werkzeug 12 aufweist. Das Werkzeug 12 weist hier eine umlaufende Randaufkantung auf, die dazu dient, den bei der Umformung entstehenden Materialfluss radial zu begrenzen. Der im Ausführungsbeispiel als Werkstück 13 verwendete Stahlkolben weist einen hohl ausgebildeten, rotationssymmetrischen Teilbereich 14 auf, der das umzuformende Ende des Stahlkolbens bildet . An diesen Teilbereich wird das Umformwerkzeug 12 angelegt, wobei der zur Umformung nötige axiale Druck durch die Zustellbewegung aufgebracht wird.
Die Aufnahme 11 kann um eine Rotationsachse 15 zusammen mit dem eingespannten Werkstück 13 gedreht werden, während das Werkzeug 12 um seine Mittelachse 16 drehbar ist. Sowohl Aufnahme als auch Werkzeug umfassen einen nicht gezeigten Drehantrieb, die jeweils einen Freilauf aufweisen können und deren Drehzahl jeweils über eine Drehzahlsteuerung getrennt eingestellt werden kann.
Die Mittelachse 16 des Werkzeugs kann einerseits mit Rotationsachse 15 der Aufnahme zusammenfallen, oder ihr gegenüber parallel versetzt sein (Exzentrizitätsbetrag e > 0) . Im ersten Fall entsteht die zwischen dem Werkzeug 12 und dem umzuformenden Teilbereich 14 des Werkstücks auftretende Reibung allein durch eine Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten von Werkzeug 12 und Aufnahme 11, und wird also von der DrehzahlSteuerung bestimmt. Insbesondere bei sehr weichen Werkstückmaterialien, wie z.B. Aluminium kann diese Reibung demzufolge auf ein geringes Maß begrenzt werden, um eventuellen Materialverlust, der bei zu starker Reibung entstehen könnte, zu vermeiden. Werden jedoch härtere Materialien, wie z.B. Stahl verwendet, ist häufig eine reduzierte Reibung zwischen Werkzeug 12 und umzuformendem Werkstückteilbereich 14 wünschenswert, um eine Begrenzung der resultierenden Kräfte und Momente zu erreichen. Zu diesem Zweck ist es möglich die Versetzung der Drehachsen von Werkstück und Werkzeug, das heißt den Exzentrizitätsbetrag, einzustellen.
In Figur 2 ist eine beispielhafte Umformsequenz gezeigt, bei der an einem geschmiedeten Stahlkolben 21 ein Kühlkanal 22 als hinterschnittene Außenkontur angebracht wird. Der in der Aufnahme eingespannte Kolben wird dazu mit seiner durch das Schmiedeverfahren bestimmten Temperaturverteilung, das heißt im Wesentlichen mit seiner Schmiedetemperatur, mit einer Drehzahl von beispielsweise n^ = 1000 min"1 angetrieben. Das Werkzeug wird ebenfalls in Drehung versetzt, jedoch mit einer anfänglich geringeren Drehzahl 1x2 (0) < n, zum Beispiel 212(0) = 750 min"-'-. Zum Umformen wird der Kolben unter axialem Druck auf das Werkzeug zugestellt . In diesem Ausführungsbeispiel wird der Freilauf des Werkzeugdrehantriebs ausgenutzt, so dass sich die Drehzahl des Werkzeugs, nu, der Drehgeschwindigkeit des sich an der Kontaktfläche von Werkzeug und Werkstück bildenden Formstücks automatisch anpasst . Durch den sich ergebenden gleichmäßigen Materialfluss entsteht so zunächst eine flanschartige Aufweitung 23 des umzuformenden
Kolbenteilbereichs. Unter weiterem axialen Zustelldruck führt fortschreitender Materialfluss zum Umstülpen/Umbördeln der Kontur und kann dann durch die Randaufkantung 17 des Werkzeugs 12radial begrenzt werden, um so die zu erzielende hinterschnittene Außenkontur des Kolbens zu bilden.
In Figur 3 sind zwei weitere Umformmaßnahmen gezeigt, die der besseren Definition der anzuformenden Hinterschnittkontur dienen. Um eine möglichst maßgenaue Kontur der Kolbenaußenwand zu erzielen, wird ein zusätzliches, hier zylindrisch ausgebildetes Werkzeug 31 unter radialem Druck von einem Zustellmechanismus 32 auf die Mantelfläche der neu entstandenen Außenkontur zugestellt und beschränkt so den radial nach außen gerichteten Materialfluss, der bei der Umformung entsteht. Dadurch wird der Außendurchmesser 33 der neu entstandenen Außenkontur auf den erforderlichen Wert gebracht. Zur Steuerung der Reibung zwischen Werkzeug und Außenkontur des Kolbens kann das zusätzliche Werkzeug entweder frei gelagert oder mit einer Drehzahl 133 von z.B. 750 min~l angetrieben sein.
Die Maßformung des Spaltabstands 34 des Kühlkanals kann des Weiteren durch ein einschwenkbares Werkzeug 35 erfolgen. Dieses ist L-förmig ausgebildet, wobei der lange Arm 36 an der axial gegen die Zustellrichtung gewandten Oberfläche der umgestülpten, hinterschnittenen Kontur anliegt. Der kurze Arm 37 hingegen greift von außen in den Spalt ein und liegt an der radial nach innen gewandten Oberfläche der umgestülpten, hinterschnittenen Kontur. Auf diese Weise beschränkt das einschwenkbare Werkzeug 35 bei Bedarf den Materialfluss sowohl radial nach innen als auch axial gegen die Zustellrichtung der Aufnahme der Kolbens. Durch eine Kombination der Werkzeuge 31 und 35 kann somit ein Kühlkanal an einen Kolben maßgenau mit oder ohne Bearbeitungszugabe angeformt werden.
Als weiteres Beispiel ist in Figur 4 ein Vorderachsgehäuse (38) im Schnitt gezeigt, an dem der umzuformende Teilbereich vor (39) und nach (40) dem Umformschritt veranschaulicht ist. Die vor der Umformung zylindrische Außenkontur wurde durch das erfindungsgemäße Verfahren zur gewünschten, nach außen orientierten Außenkontur mit Hinterschnittbereich (41) umgeformt .
Das in den folgenden Patentansprüchen offenbarte Verfahren ermöglicht es, durch spanloses Umformen rotationssymmetrische hinterschnittene Konturen an geschmiedeten, gegossenen oder anderweitig hergestellten Werkstücken herzustellen. Der Fachmann wird zweifelsfrei weitere vorteilhafte Ausführungsformen anhand des hier dargestellten Beispiels erkennen können, die ebenso im Umfang dieser Erfindung liegen.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung im Wesentlichen rotationssymmetrischer, hinterschnittener Konturen an einem Werkstück,
welches mindestens einen umzuformenden Teilbereich mit im Wesentlichen symmetrischer Ausgangskontur und einer Rotationsachse aufweist, wobei der Teilbereich massiv oder hohl ausgeführt sein kann, folgende Schritte umfassend:
(A) Einspannen des Werkstücks an seinem nicht umzuformenden, ersten Endteil in einer Aufnahme;
(B) Aufeinander zu Bewegen des Werkstücks mit Aufnahme relativ zu einem Werkzeug;
(C) Anlegen des mit konstanter oder veränderbarerer Drehzahl gegenüber dem Werkstück rotierenden Werkzeugs an den im Wesentlichen symmetrischen, zweiten Endteil des Werkstücks; und
(D) Spanloses Erzeugen einer hinterschnittenen Kontur durch Umformen des zweiten Endteils.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei das Aufeinander zu Bewegen des Schrittes B eine Zustellbewegung ist.
3. Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei die in Schritt D anzuformende hinterschnittene Kontur bezogen auf die Ausgangskontur des umzuformenden Werkstückteilbereichs im Wesentlichen rotationssymmetrisch nach innen oder außen orientiert sein kann.
4. wobei das in Schritt C und D verwendete Werkzeug eine symmetrische oder asymmetrische Werkzeugkontur aufweist.
5. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in Schritt D sich das Werkzeug mit einer ersten Drehzahl dreht, und das Werkstück mit einer von der ersten verschieden wählbaren, zweiten Drehzahl dreht .
6. Verfahren gemäss Anspruch 5, wobei die erste und/oder die zweite Drehzahl veränderlich ist.
7. Verfahren gemäss eines der Ansprüche 1 bis 6, wobei sich im Schritt C und D die Rotationsachse des umzuformenden, im Wesentlichen symmetrischen Werkstückbereichs und die Mittelachse des Werkzeugs miteinander in Flucht befinden.
8. Verfahren gemäss eines der Ansprüche 1 bis 6, wobei sich im Schritt C und D die Rotationsachse des umzuformenden, im Wesentlichen symmetrischen Werkstückbereichs und die Mittelachse des Werkzeugs um einen Exzentrizitätsbetrag e voneinander abweichen.
9. Verfahren gemäss Anspruch 8, wobei der Exzentrizitätsbetrag dadurch eingestellt werden kann, dass sich das rotierende Werkzeug axial oszillierend um die Mittelachse des umzuformenden Werkstückbereichs dreht.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das gesamte Werkstück mit einer aus Vorprozessen bestimmten Temperaturverteilung dem Schritt A des Verfahrens zugeführt wird oder in einem dem Schritt A vorgeschalteten Schritt im umzuformenden Werkstückbereich ganz oder teilweise erwärmt wird.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner folgenden Schritt umfassend:
(E) Andrücken eines oder mehrerer loser oder angetriebener Werkzeuge in radialer Richtung gegen das Werkstück zur Definition einer Außenkontur eines am Werkstück anzuformenden Hinterschnitts .
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner folgenden Schritt umfassend:
(F) Anbringen eines zusätzlichen Werkzeugs, um einen von einer anzuformenden Hinterschnittkontur gebildeten Spalt zu definieren.
13. Mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestelltes Werkstück, dadurch gekennzeichnet, dass es zur angeformten Hinterschnittkontur im Wesentlichen parallele, durchgängige und nicht unterbrochene Fasern aufweist
PCT/EP2004/014369 2004-12-16 2004-12-16 Verfahren zur herstellung rotationssymmetrischer, hinterschnittener konturen WO2006063608A1 (de)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2004/014369 WO2006063608A1 (de) 2004-12-16 2004-12-16 Verfahren zur herstellung rotationssymmetrischer, hinterschnittener konturen
MX2007006953A MX2007006953A (es) 2004-12-16 2005-12-05 Metodo para producir contornos socavados rotativamente simetricos.
US11/721,699 US20080273936A1 (en) 2004-12-16 2005-12-05 Method for Producing Rotationally Symmetrical, undercut Contours
BRPI0519660-4A BRPI0519660A2 (pt) 2004-12-16 2005-12-05 processo para a produÇço de contornos rebaixados, com rotaÇço simÉtrica
JP2007545892A JP2008524482A (ja) 2004-12-16 2005-12-05 回転対称なアンダーカット付き外形形状を製造するための方法
CNB2005800422680A CN100475383C (zh) 2004-12-16 2005-12-05 生产旋转对称的下切轮廓的方法
CA002588931A CA2588931A1 (en) 2004-12-16 2005-12-05 Method for producing rotationally symmetrical, undercut contours
EP05819234A EP1833627A1 (de) 2004-12-16 2005-12-05 Verfahren zur herstellung rotationssymmetrischer, hinterschnittener konturen
PCT/EP2005/012995 WO2006063710A1 (de) 2004-12-16 2005-12-05 Verfahren zur herstellung rotationssymmetrischer, hinterschnittener konturen
KR1020077013283A KR20070086113A (ko) 2004-12-16 2005-12-05 축대칭 홈윤곽제작방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2004/014369 WO2006063608A1 (de) 2004-12-16 2004-12-16 Verfahren zur herstellung rotationssymmetrischer, hinterschnittener konturen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006063608A1 true WO2006063608A1 (de) 2006-06-22

Family

ID=34960033

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2004/014369 WO2006063608A1 (de) 2004-12-16 2004-12-16 Verfahren zur herstellung rotationssymmetrischer, hinterschnittener konturen
PCT/EP2005/012995 WO2006063710A1 (de) 2004-12-16 2005-12-05 Verfahren zur herstellung rotationssymmetrischer, hinterschnittener konturen

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2005/012995 WO2006063710A1 (de) 2004-12-16 2005-12-05 Verfahren zur herstellung rotationssymmetrischer, hinterschnittener konturen

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20080273936A1 (de)
EP (1) EP1833627A1 (de)
JP (1) JP2008524482A (de)
KR (1) KR20070086113A (de)
CN (1) CN100475383C (de)
BR (1) BRPI0519660A2 (de)
CA (1) CA2588931A1 (de)
MX (1) MX2007006953A (de)
WO (2) WO2006063608A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102319920B (zh) * 2011-06-10 2013-06-19 江西昌河航空工业有限公司 非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面的偏心铣削加工方法
KR101999569B1 (ko) * 2011-12-08 2019-07-15 테네코 인코퍼레이티드 개선된 연소 보울 림 영역을 가진 원피스형 피스톤 및 그 제조 방법

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4470281A (en) * 1980-06-26 1984-09-11 Kramotorsky Industrialny Institut Method of forming end face wall having concentric recess in tubular workpiece
US4662047A (en) * 1985-01-24 1987-05-05 Berchem & Schaberg Gmbh Method of making a one-piece piston for an internal-combustion engine
JPH07275987A (ja) * 1994-04-01 1995-10-24 Reizu Eng:Kk 回転鍛造装置及びこれを用いた自動車用ホイールの製造方法
DE4431517C1 (de) * 1994-08-11 1996-02-08 Manfred Klever Verfahren zum Formen von Endstücken an rohrförmigen Werkstücken aus Metall
DE19607010C1 (de) * 1996-02-24 1996-12-12 Gfu Ges Fuer Umformung Und Mas Vorrichtung zum Formen eines Endstückes an einem rohrförmigen Werkstück aus Metall und damit hergestellter Druckbehälter
DE19953525A1 (de) * 1999-11-05 2001-05-17 Gfu Ges Fuer Umformung Und Mas Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines metallischen Rohrformstückes

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH230566A (de) * 1942-03-24 1944-01-15 Mahle Kg Verfahren zur Herstellung von geschmiedeten Kolben für Brennkraftmaschinen.
DE1103698B (de) * 1959-10-23 1961-03-30 Schmidt Gmbh Karl Durch Schmieden oder Pressen hergestellter Kolben, vorzugsweise aus einer Aluminium-legierung fuer Brennkraftmaschinen und Kompressoren
DE3713191C1 (en) * 1986-12-24 1988-07-14 Mahle Gmbh Method for the manufacture of a forged head of a two-part piston for internal combustion engines
CN1223416C (zh) * 2002-06-03 2005-10-19 蒋国语 柴油机输油泵用活塞冷冲压加工方法
JP4253644B2 (ja) * 2004-06-28 2009-04-15 理研鍛造株式会社 内燃機関用ピストンの製造方法
US7104183B2 (en) * 2004-07-07 2006-09-12 Karl Schmidt Unisia, Inc. One-piece steel piston

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4470281A (en) * 1980-06-26 1984-09-11 Kramotorsky Industrialny Institut Method of forming end face wall having concentric recess in tubular workpiece
US4662047A (en) * 1985-01-24 1987-05-05 Berchem & Schaberg Gmbh Method of making a one-piece piston for an internal-combustion engine
JPH07275987A (ja) * 1994-04-01 1995-10-24 Reizu Eng:Kk 回転鍛造装置及びこれを用いた自動車用ホイールの製造方法
DE4431517C1 (de) * 1994-08-11 1996-02-08 Manfred Klever Verfahren zum Formen von Endstücken an rohrförmigen Werkstücken aus Metall
DE19607010C1 (de) * 1996-02-24 1996-12-12 Gfu Ges Fuer Umformung Und Mas Vorrichtung zum Formen eines Endstückes an einem rohrförmigen Werkstück aus Metall und damit hergestellter Druckbehälter
DE19953525A1 (de) * 1999-11-05 2001-05-17 Gfu Ges Fuer Umformung Und Mas Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines metallischen Rohrformstückes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1996, no. 02 29 February 1996 (1996-02-29) *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101072650A (zh) 2007-11-14
WO2006063710A1 (de) 2006-06-22
CA2588931A1 (en) 2006-06-22
US20080273936A1 (en) 2008-11-06
CN100475383C (zh) 2009-04-08
JP2008524482A (ja) 2008-07-10
KR20070086113A (ko) 2007-08-27
MX2007006953A (es) 2007-08-06
BRPI0519660A2 (pt) 2009-03-03
EP1833627A1 (de) 2007-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2029318B1 (de) Verfahren zur herstellung eines einteiligen kolbens
DE68912874T4 (de) Verfahren zum Fliessdrücken, Fliessdrückvorrichtung, Fliessdrücken von Rohmaterial, Fliessdrückverfahren und -vorrichtung für ein Fahrzeugrad.
DE102008006065B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Tellerfeder
EP1108483B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Drückwalzen
DE2624854A1 (de) Verfahren zum herstellen becherfoermiger rohteile aus blech fuer riemenscheiben
DE102015221714A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung nicht zylindrischer Bohrungen mit mindestens einer Aussparung durch Honen
DE102009044544A1 (de) Umformvorrichtung und Einrichtverfahren zum Einbringen einer Innen- und Außenverzahnung in ein zylindrisches Werkstück
WO1999024197A1 (de) Kurbelwelle spanen + härten + spanen + finishen
WO2001058616A1 (de) Verfahren und drückwalzvorrichtung zum herstellen eines hohlkörpers
EP0099490B1 (de) Spanlos geformter Offenend-Spinnrotor sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Offenend-Spinnrotors
DE10300070A1 (de) Axialkolbenmaschine, Rückzugplatte und Verfahren zum Herstellen einer Rückzugplatte
DE102011102288B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Stirnrads mit einer Schrägverzahnung
EP3246104B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines umformteils
WO2006063608A1 (de) Verfahren zur herstellung rotationssymmetrischer, hinterschnittener konturen
DE19849981C5 (de) Verfahren zum Formen eines scheibenförmigen Teiles mit Nabe und Drückrolle für das Verfahren
EP0997210B1 (de) Verfahren zum Formen eines scheibenförmigen Teiles mit Nabe und Umformrolle für das Verfahren
EP2828035A1 (de) Maschinengehäuse mit einer bohrung für eine brennkraftmaschine
EP3676495B1 (de) Herstellungsverfahren, kolbenrohling, kolben sowie axialkolbenmaschine mit dem kolben
DE4000602A1 (de) Verfahren zur herstellung eines scheibenfoermigen maschinenelementes sowie scheibenfoermiges maschinenelement
DE4240613C2 (de) Topfförmiges Werkstück mit einer axialen Innenverzahnung und einer radialen Stirnverzahnung, Verfahren zur Herstellung des Werkstücks und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102014225164B4 (de) Feinbearbeitungsverfahren zum Herstellen einer rotationssymmetrischen Bohrung mit axialem Konturverlauf
DE102009059265A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Innenverzahnung eines Getriebeteiles
EP1362652B1 (de) Verfahren und Drückwalzmaschine zum spanlosen Anformen einer Nabe
DE102016215277A1 (de) Verfahren zur Bearbeitung eines Kolbens einer Brennkraftmaschine
EP1382404B1 (de) Verfahren, Rolle und Drückwalzmaschine zum spanlosen Anformen einer zylindrischen Nabe

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 04803980

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1