CN111347003A - 用于生产鼓形齿轮部分的方法和成形设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过旋转成形来生产齿轮部分的方法和成形***。根据本发明，设置在于，在预成形步骤中，使旋转对称的工件围绕其中心轴线旋转，并且至少通过轴向进给和至少一个成形辊的经过来实施拉伸流动成形，其中，使具有限定的目标壁厚的圆柱形圆周壁成形，所述目标壁厚小于工件的基础壁厚。随后，在精加工成形步骤中，将预成形的工件夹持到具有外齿的内芯轴上并使其旋转，并且径向地进给至少一个仿形带齿辊，通过该仿形带齿辊，圆柱形圆周壁成形到内芯轴的外齿中，同时基本上保持目标壁厚，其中，使具有花键齿的鼓形带齿区域成形。

Description

用于生产鼓形齿轮部分的方法和成形设备

技术领域

本发明涉及一种通过旋转成形来生产鼓形齿轮部分的方法。

本发明还涉及一种成形***，该成形***特别设计成用于实施用于生产鼓形齿轮部分的方法。

背景技术

从现有技术已知用于鼓形齿轮部分、特别是离合器板支架的若干种生产方法。取决于可利用的齿的类型、片的数量和离合器板支架的尺寸，在大量片的情况下基本上提供在压力机上的轴向轧制。在较少数量的片的情况下，根据待传递的扭矩或部件要求，使用增量成形方法，特别是分阶段的流动成形、仿形或轴向轧制。

在车辆制造中对减少NO_x和节省CO₂的需求要求甚至齿轮传动装置和齿轮部件的重量逐渐减少，并且因此离合器板支架也是如此。在此，材料要求进一步向更高强度材料转变。

然而，对成品部分不断增加的要求使当前现有的加工方法达到其极限，并且通常需要额外的成形步骤或后加工步骤。

为了生产离合器板支架，长期以来已知所谓的花键齿加工。在该方法中，通常将杯形深拉部分放置到仿形机上的工具芯轴和压力盘之间，并使其旋转。工具芯轴拥有待生产的部件齿的负形。然后将具有对应带齿轮廓的带齿辊进给到工件，使得在工具芯轴和带齿辊之间的工件中，在内侧和外侧上形成带齿轮廓，由此产生类似折叠的齿。

发明内容

本发明基于提供一种方法和一种成形***的目的，利用该方法和成形***，可以高效地生产具有特别灵活和需求导向的部件设计的齿轮部分。

根据本发明，一方面通过具有权利要求1的特征的方法并且另一方面通过具有权利要求9的特征的成形***实现该目的。在相应的从属权利要求中陈述了本发明的优选实施例。

根据本发明的方法的特征在于，在预成形步骤中，使旋转对称的工件围绕其中心轴线旋转，并且至少通过轴向进给和至少一个成形辊的经过实施拉伸流动成形，其中，使具有限定的目标壁厚的圆柱形圆周壁成形，该限定的目标壁厚小于工件的基础壁厚，并且其特征在于，随后在精加工成形步骤中，将预成形的工件夹持到具有外齿的内芯轴上并使其旋转，并且径向进给至少一个仿形带齿辊，通过该辊，圆柱形圆周壁成形到内芯轴的外齿中，同时在基本上保持目标壁厚，其中，使具有花键齿的鼓形带齿区域成形。

本发明的基础思想在于使用具有均匀的基础壁厚的片材金属工件作为基础部分的事实。在预成形步骤中，为了第一次重量优化，在圆柱形圆周壁区段中实施壁厚减小，其中通过流动成形来设定限定的目标壁厚。同时，以期望的方式轴向地拉长工件。在工件的局部区域中，特别是在径向延伸的毂区域中，可以保持工件的基础壁厚。

在随后的精加工成形步骤中，可以重新夹持工件，并且可以使花键齿成形到设置有限定的目标壁厚的圆柱形圆周壁区域中。为此目的，将工件夹持到在对应仿形的内芯轴中，并且将具有对应带齿轮廓的至少一个带齿辊从外部径向进给，由此以类似折叠的方式使圆周壁成形。通过花键齿，应理解齿（其中齿在内侧和外侧上两者都成形），其中先前设定的目标壁厚在圆柱形外圆周壁的类似折叠成形的过程中保持几乎相同。

在本发明的含义内，术语“齿”应以宽泛的意义理解，并且特别地不限于啮合齿轮齿。实际上，在本发明的含义内，术语“齿”还包括其它类似齿的形状，诸如凹槽或锥形凹槽轮廓，其可以例如设置在离合器板支架中作为用于扭矩传递的径向止动元件。

通常，可以使用平面的片材金属部分或深拉部分、锻造或铸造部分作为基础工件。根据本发明的进一步扩展，尤其有利的是，使用圆形坯料或杯形预成形件作为基础工件，其中使毂区域预成形。毂区域基本上横向于或径向于圆柱形圆周壁延伸。毂区域可以设置有凹部和/或结构以及套筒形毂。

根据本发明的另一有利实施例变型，优选的是，在同一工件夹持中以若干分步骤实施预成形步骤和/或精加工成形步骤。例如，预成形步骤可以初始地存在于平面圆形片材金属坯料的外部区域的近似矩形的折叠部中，并且存在于随后的流动成形或拉伸流动成形中，其中片材金属部分的基础壁厚被减小到期望的目标壁厚。

同样，在精加工成形步骤中，也可以设置若干个分步骤，这些分步骤各自通过在若干个阶段中径向进给不同的带齿辊来实施。

通过这种在若干个分步骤或阶段中成形，可以防止工件材料的过度应变，并因此防止材料中出现裂纹。

根据本发明的另外的方法变型，优选的是，在花键齿的成形期间，工件在其与径向延伸的毂区域相对的开口端部处的边缘区域中被轴向地和/或径向地保持。通过在工件的开口边缘处保持，防止了工件直径在边缘区域中的不期望的膨胀。总之，从而也提高了花键齿的品质。

在这一点上，尤其优选的是，以灵活的方式、特别是以压力相关的方式进行轴向保持，其中，补偿工件的长度公差或体积公差。因此，根据本发明的这个变型，不是提供刚性保持，而是提供例如当超过预定极限压力或极限力时可以释放或至少部分释放的保持。为此，保持装置可以设置有合适的弹簧装置或液压阻尼元件。这允许工件上的尺寸或材料公差在一定程度上得到补偿，使得在边缘区域中产生过量的材料，同时花键齿可以以高精度成形。然而，如果基础材料的公差小，也可以设置对开口端部的刚性保持。

基本上，所述至少一个带齿辊在单个径向进给运动中被进给到工件。带齿辊可以具有对应于待引入的花键齿的轴向长度的轴向长度。优选的方法变型可以在于如下事实：在径向进给期间或在成形加工期间，所述至少一个带齿辊在至少两个步骤中轴向移位或径向进给，所述至少两个步骤在彼此轴向错开的位置中实施。因此，也可以利用较短长度的带齿辊来生产相对长的花键齿。这样，可以在成形加工中实现更大的灵活性。

为了良好地加固工件的开口边缘，根据本发明的另外优选的实施例变型有利的是，在工件的边缘区域中设计优选地具有更大壁厚的加固区域。早在包括流动成形或拉伸流动成形的预成形步骤中，就可以设定大壁厚的加固区域，使得成形辊在边缘区域的端部之前停止。在此，材料加固部可以是工件的基础壁厚。替代地，通过在拉伸流动成形期间移动的材料，也可在边缘区域中产生额外的材料增厚。

根据本发明的成形***，其特别设计成用于实施先前描述的方法中的一种，该成形***包括：至少第一成形站，其具有可旋转驱动的主轴、可相对轴向地进给的至少一个成形辊和被设计成用于将工件夹持在主轴上的第一夹持元件；至少第二成形站，其具有带有外齿的可旋转驱动的内芯轴、可径向进给的至少一个带齿辊和被设计成用于将工件夹持在内芯轴上的第二夹持元件；以及操作站，其布置在第一成形站和第二成形站之间，并被设计成用于在第一成形站中的预成形之后将工件转移到第二成形站以进行精加工成形。第一成形站和第二成形站可以是相同的，因为在一个站中以两种设置来生产工件。

通过根据本发明的成形***，可以获得结合该方法预先描述的优点。成形站可以布置在联合机床上。操作站优选地是多轴机器人，其在成形站之间和递送或移除工件。

根据本发明的成形***的优选实施例在于如下事实：第一成形站被设计成用于旋压和流动成形，并且第二成形站被设计成用于仿形。成形站可以具有水平或优选地竖直的旋转轴线。

根据本发明的进一步扩展，尤其有利的是，第一成形站的主轴和第二成形站的内芯轴平行且竖直地指向。通过这种方式，可以形成具有小支撑表面的整体紧凑的成形***。

此外，根据本发明的进一步扩展，对于高效的方法加工是有利的是，为了将工件夹持在第一成形站上，第一尾座轴被分配给主轴，并且在第二成形站中，第二尾座轴被分配给内芯轴，其中，第一尾座轴和第二尾座轴以可轴向移位的方式被支撑。尾座轴分别与主轴和内芯轴的旋转轴线同轴地布置。轴向移位特别地通过优选液压致动的合适的提升缸来实现。

此外，为了快速转换，特别有利的是，主轴、内芯轴、第一尾座轴和/或第二尾座轴借助于快速更换装置支撑。快速更换装置允许快速交换相应的部件。这在维护方面并且特别是在产品更换的情况下是特别经济的。

此外，根据本发明的进一步扩展，对于成形或夹持，优选的是，操作站被设计成用于递送待成形的工件并用于移除精加工成形的工件。因此，操作站不仅纯粹用作各个成形站之间的转移站，而且还用于将工件递送到***和/或从***移除工件的整体目的。为此，操作站特别地可以具有至少一个多轴机器人，该多轴机器人具有用于抓取工件的对应抓取装置。

根据依照本发明的成形***的实施例变型，实现了特别良好的成形，因为通过同步传动装置或以旋转同步方式控制的驱动装置，所述至少一个带齿辊以与内芯轴旋转角同步的方式被驱动。这确保了带齿辊的齿总是以与内芯轴上的外齿对应且同步的方式布置。带齿辊和内芯轴可以由具有对应的同步传动装置的联合驱动装置驱动。替代地，所述至少一个带齿辊和内芯轴可以各自具有其自己的驱动装置，在这种情况下，所述驱动装置通过电子控制装置以旋转角同步的方式被驱动。

附图说明

在下文中，通过在附图中示意性图示的优选实施例进一步解释本发明，其中示出了：

图1是旋转对称的基础工件的横截面图；

图2是根据本发明生产的鼓形齿轮部分的横截面图；

图3是图2的齿轮部分的透视图；

图4是根据图2和3的工件上的花键齿的放大详细横截面图；

图5是根据本发明的成形***的透视图；

图6是图5的成形***的俯视图；

图7是根据本发明生产的齿轮部分的第二实施例的主视图；

图8是图7的齿轮部分的横截面图；

图9是根据本发明生产的齿轮部分的第三实施例的主视图；

图10是图9的齿轮部分的横截面图；

图11是根据本发明生产的齿轮部分的第四实施例的主视图；

图12是图11的齿轮部分的横截面图；

图13是根据本发明生产的齿轮部分的第五实施例的主视图；

图14是图13的齿轮部分的横截面图；

图15是根据本发明生产的齿轮部分的第六实施例的主视图；

图16是图15的齿轮部分的横截面图；

图17是根据本发明生产的齿轮部分的另外的实施例变型的透视图，其中在花键齿中具有圆形凹部；以及

图18是根据本发明生产的齿轮部分的另外的实施例变型的透视图，其中在花键齿中具有细长孔。

具体实施方式

在图1中图示了呈圆形坯料或板的形状的基础工件5，也称为工件5。其具有径向延伸的毂区域6，毂区域6具有中心凹部。相对于毂区域6以阶梯方式布置的是加厚的圆周区域7。工件5可以通过深拉、锻造、铸造或以其它合适的方式生产。

在未描绘的预成形步骤中，工件5被夹持在可旋转驱动的主轴上，并且借助于至少一个能够轴向进给的成形辊轴向折叠近似90°，其中，通过通常已知的拉伸流动成形加工，工件5的基础壁厚同时成形至期望的圆柱形圆周壁14的限定目标壁厚。

在随后的精加工成形步骤中，然后将这样预成形的工件5精加工成形成图2和3所示的鼓形齿轮部分10。在该精加工成形步骤中，将花键齿20成形到带齿区域16中，同时基本上保持圆柱形圆周壁14的目标壁厚。在与毂区域6轴向地相对的、没有经历进一步成形的开口端部处，由环形边缘区域18界定花键齿20。

图4中示出了根据本发明的设计在齿轮部分10上的花键齿20。为了使花键齿20成形，利用圆柱形圆周壁14将工件5夹持到具有对应外齿的内芯轴上并使其旋转。然后，径向进给至少一个仿形带齿辊，通过该仿形带齿辊，圆柱形圆周壁14成形或折叠到内芯轴的外齿中，同时基本上保持目标壁厚。在这种情况下，在所示实施例中，产生经由倾斜指向的侧面26彼此连接的凹入区域22和凸出区域24。凸出区域24可以具有壁厚t1，侧面26可以具有壁厚t2，并且凹入区域22可以具有壁厚t3，它们彼此略微不同，特别是相差十分之几毫米，而在本发明的意义内，基本上保持先前设定的目标壁厚。

因此，通过本发明，可以生产重量优化的齿轮部分10，其中，与具有基本上不变的壁厚的毂区域6相比，以非切削方式在圆柱形圆周壁14上设定减小的壁厚，然后将期望的花键齿20引入到该圆柱形圆周壁中。

在图5和6中示意性地示出了根据本发明的成形***50。在优选地为多部分设计的机床52上，布置有第一成形站60和第二成形站70。在第一成形站60和第二成形站70之间，设置有具有多轴机器人82的操作站80，其具有用于抓取工件并用于将工件从第一成形站60转移到第二成形站70的抓取装置84。

根据通常已知的流动成形机，第一成形站60设计有可旋转驱动的主轴，在所示实施例中，该主轴设置成用于竖直布置。经由侧向递送装置68（其也可以是带有抓取装置的多轴机器人），基础工件被侧向地递送到第一成形站60中。通过第一尾座轴，被递送的基础工件通过至少在一些区域中为圆柱形的成形芯轴轴向地夹持在主轴上。然后，使主轴与第一尾座轴一起旋转，并且将至少一个成形辊进给到工件。成形辊在基础工件的圆周区域上轴向地经过，使得生产出具有限定的减小壁厚（也称为目标壁厚）的圆柱形圆周壁。目标壁厚符合将在其中成形的花键齿20所需的必要强度条件。

在第一成形站60中的第一预成形步骤之后，再次释放对工件的夹持，并且借助于多轴机器人82将工件从第一成形站60取出并转移到第二成形站70。在第二成形站70中，借助于第二尾座轴将预成形工件轴向地夹持在具有外齿的内芯轴上。工件的中心轴线和内芯轴的旋转轴线也竖直地指向。

在夹持预成形工件之后，通过内芯轴使其旋转，并且然后将至少一个仿形带齿辊径向地进给到工件的圆柱形圆周壁。带齿辊的轮廓与内芯轴上的外齿的轮廓以这样的方式匹配，使得圆柱形圆周壁形成或者说折叠到内芯轴的外齿的凹部中。在这种情况下，先前设定的目标壁厚在很大程度上保持不变。

在完成精加工成形步骤时，通过移除装置78侧向移除已成形的齿轮部分10，该移除装置也可以具有带有抓取装置的多轴机器人。

对于各种驱动装置（其特别是液压或电驱动装置），根据本发明的成形***50具有用于冷却液压流体的冷却和润滑装置54以及液压站56。此外，设置了以控制柜的形式布置的控制装置58。

优选地，操作站80设置有门86，使得可进入操作站以用于操作和维护目的。此外，在成形站50的前侧上，优选地布置有具有监视器和输入端子的操作单元59。

在图7和8中图示了根据本发明生产的齿轮部分10的第二实施例，在这种情况下，在毂区域6中，与中心开口一起引入沿圆周方向延伸的细长孔31。

在根据本发明生产且依照图9和10的齿轮部分10的第三实施例中，压痕32成形到毂区域中。这些压痕可以以径向指向的方式设计，并且用作毂区域6的额外加固部。压痕32可以在预成形步骤之前或在第一成形站60中的夹持期间通过相应设计和成形的主轴成形。

根据本发明且依照图11和12的齿轮部分10第四实施例还示出了成形到毂区域6中并且与第三实施例相比形状更独特的压痕32。

在根据本发明生产且依照图13和14的齿轮部分10的第五实施例中，套筒形的毂34布置在毂区域6中。套筒形的毂34可以通过深拉、铸造或锻造或以其它方式设计在基础工件上。此外，为了在毂区域6中实现额外的重量优化，可以设计在重量和结构空间方面提供进一步优化的环形结构35。

在依照图15和16的第六实施例中，在根据本发明的齿轮部分10中设计了向内指向到带齿区域16的连接毂38。它可以具有较大直径的第一区段41和较小直径的第二区段42，第一区段和第二区段通过阶梯区域彼此连接。在第一区段41的圆柱形壁中可以设置横向孔或横向开口。在圆柱形第二区段42的内侧上，可以设计被构造成形成轴-毂连接的凹槽。

具有第一区段41和第二区段42的连接毂38可以例如通过深拉与基础工件一体地成形，或者可以替代地由两个部分通过焊接生产而成，如图16所示。

除了毂区域6的特殊设计之外，实施例的变型还在于花键齿20的替代设计中，如图17和18所描绘的。例如在根据图17的实施例的花键齿20中，引入了横向孔44，横向孔44在用作离合器板支架时用于传动装置油的通过。

类似地，根据依照图18的实施例，可以将轴向细长孔46引入到花键齿20中。在花键齿20的背对毂区域6的端部处，具有材料加厚的边缘区域18可以被设计成用于形成环形加固区域19。

根据本发明生产的并且在图7至18中图示的齿轮部分10的实施变型可以在其设计变型中以任何期望的方式彼此组合。

Claims (15)

1.一种用于通过旋转成形来生产鼓形齿轮部分的方法，其中

- 在预成形步骤中，使旋转对称的工件围绕其中心轴线旋转，并且至少通过轴向进给和至少一个成形辊的经过来实施拉伸流动成形，其中，使具有限定的目标壁厚的圆柱形圆周壁成形，所述目标壁厚小于所述工件的基础壁厚，并且

- 随后在精加工成形步骤中，将预成形工件夹持到具有外齿的内芯轴上并使其旋转，并且径向地进给至少一个仿形带齿辊，通过所述仿形带齿辊，使圆柱形圆周壁成形到内芯轴的外齿中，同时基本上保持所述目标壁厚，其中，使具有花键齿的鼓形带齿区域成形。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中，

使用圆形坯料或杯形预成形件作为基础工件，其中，使毂区域预成形。

3.根据权利要求1所述的方法，

其中，

在同一工件夹持中以若干个分步骤实施所述预成形步骤和/或精加工成形步骤。

4.根据权利要求1所述的方法，

其中，

在使所述花键齿成形期间，所述工件在其与径向延伸的毂区域相对的开口端部处的边缘区域中被轴向地和/或径向地保持。

5.根据权利要求4所述的方法，

其中，

以灵活的方式、特别是以压力相关的方式进行所述轴向保持，其中，补偿所述工件的长度或体积公差。

6.根据权利要求1所述的方法，

其中，

在径向仿形期间，在至少两个步骤中轴向地移位或径向地进给所述至少一个带齿辊，所述至少两个步骤在彼此轴向地错开的位置中实施。

7.根据权利要求1所述的方法，

其中，

在所述工件的边缘区域中，设计了更大材料厚度的加固区域。

8.根据权利要求1所述的方法，

其中，

通过成形或车削，对所述毂区域进行重量或强度优化。

9.一种成形***，特别是用于实施根据权利要求1所述的方法的成形***，其具有

- 至少第一成形站，其具有能够旋转驱动的主轴、能够相对轴向地进给的至少一个成形辊、以及被设计成用于将工件夹持在所述主轴上的第一夹持元件，

- 至少第二成形站，其具有带有外齿的可旋转驱动的内芯轴、能够相对径向进给的至少一个带齿辊、以及被设计成用于将所述工件夹持在所述内芯轴上的第二夹持元件，以及

- 操作站，所述操作站布置在所述第一成形站与所述第二成形站之间，并且被设计成用于将在所述第一成形站中的预成形后的所述工件转移到所述第二成形站以进行精加工成形。

10.根据权利要求9所述的成形***，

其中，

所述第一成形站被设计成用于旋压和流动成形，

并且

所述第二成形站被设计成用于仿形。

11.根据权利要求9所述的成形***，

其中，

所述第一成形站的所述主轴和第二成形站的内芯轴平行且竖直地指向。

12.根据权利要求9所述的成形***，

其中，

为了将所述工件夹持在第一工具上，第一尾座轴被分配给所述主轴，并且第二尾座轴被分配给作为第二工具的外部带齿的内芯轴，其中，所述第一尾座轴和所述第二尾座轴以可轴向移位的方式被支撑。

13.根据权利要求9所述的成形***，

其中，

所述主轴、所述内芯轴、所述第一尾座轴和/或所述第二尾座轴借助于快速更换装置被支撑。

14.根据权利要求9所述的成形***，

其中，所述操作站被设计成用于递送待成形的工件并且用于移除已精加工成形的齿轮部分。

15.根据权利要求9所述的成形***，

其中，

通过同步传动装置或以旋转同步方式控制的驱动装置，所述至少一个带齿辊以与内芯轴旋转角同步的方式被驱动。

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