DE10121546B4

DE10121546B4 - Verfahren und Drückrolle zum Anformen einer Nabe

Info

Publication number: DE10121546B4
Application number: DE2001121546
Authority: DE
Inventors: Gerd Brunschier; Rudolf Jaschka
Original assignee: Leifeld Metal Spinning GmbH
Current assignee: Leifeld Metal Spinning GmbH
Priority date: 2001-05-03
Filing date: 2001-05-03
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2021-05-04
Also published as: DE10121546A1

Abstract

Verfahren zum Anformen einer Nabe, bei dem
– ein rondenförmiges Werkstück (14) auf einer Drückwalzmaschine (10) in Rotation versetzt wird,
– mindestens eine Drückrolle (22) zugestellt wird, die einen Stauchbereich (30) mit einem Außenprofil aufweist, welches zumindest abschnittsweise der Außenkontur der am Werkstück (14) anzuformenden Nabe (34) entspricht, und
– beim Zustellen der Drückrolle (22) ein radialer Bereich des Werkstücks (14) in seiner Wandstärke verringert und das dabei gewonnene Material entlang des Stauchbereiches (30) der Drückrolle (22) zur Nabe (34) geformt wird,
dadurch gekennzeichnet ,
– dass in einem Übergangsbereich des radialen Bereiches des Werkstücks (14) und der Nabe (34) ein Absatz (36) ausgebildet wird und
– dass der Absatz (36) gegenüber der Nabe (34) durchmessergrößer ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anformen einer Nabe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Drückrolle zum Anformen einer Nabe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Ein Verfahren und eine Drückrolle der eingangs genannten Art sind aus der DE 198 49 981 C2 bekannt. Mit diesem bekannten Verfahren können auf besonders wirtschaftliche Weise Getriebeteile mit Nabe hergestellt werden, welche insbesondere zur Drehmomentübertragung dienen. Verfahrensbedingt wird ein Übergangsbereich zwischen der Nabe und einem radialen Werkstückbereich bei der Herstellung besonders beansprucht. Dies kann die Festigkeit des fertigen Getriebeteiles beeinträchtigen.

In der DE 199 16 280 A1 wird eine Vorrichtung zur spanlosen Herstellung einer Nabe eines Getriebeteils aus einer Blechplatine im Drückverfahren beschrieben.

Eine Blechplatine ist an ihrem äußeren Rand durch einen Vorsprung des Werkzeuges festgelegt. Das Mittelloch der Blechplatine wird von einem Vorsetzer durchgriffen. Eine Drückrolle wird auf die Blechplatine abgesenkt und verdünnt die Blechplatine während sie zum Zentrum der Blechplatine hingeführt wird. Die Drückrolle weist unten eine Ausnehmung und oben eine Nase auf, wobei die Abmaße der Ausnehmung den Abmaßen der zu bildenden Nase entsprechen.

Die Profilierung der Außenseite der Nabe wird durch entsprechende Profilierung in der Ausnehmung der Drückrolle erreicht. Die Profilierung der Innenseite der Nabe wird durch entsprechende Profilierung des Vorsetzers erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Drückrolle anzugeben, mit welchen Getriebeteile mit Nabe mit hoher Festigkeit auf einfache und zuverlässige Weise herstellbar sind.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie durch eine Drückrolle mit den Merkmalen nach Anspruch 9.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem abhängigen Ansprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 ist vorgesehen, dass in einem Übergangsbereich des radialen Bereiches des Werkstücks und der Nabe ein Absatz ausgebildet wird und dass der Absatz gegenüber der Nabe durchmessergrößer ist.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass beim Formen des Absatzes ein axialer Materialfluss beim Bilden der Nabe in dem Übergangsbereich gezielt gehemmt wird.

Nachfließendes Material wird so auch in die entgegengesetzte, zu der von der anzuformenden Nabe abgewandten Seite des Werkstücks gedrückt. Dabei wird die Bildung einer Einschnürung an der Rückseite des Werkstücks vollständig oder zumindest weitgehend vermieden. Gleichzeitig wird das Gefüge des Materials aufgrund des geringeren Umformgrades, der durch das zunächst erfolgende Ausformen des durchmessergrößeren Absatzes verursacht ist, weniger beansprucht, so dass das Umformvermögen des Gefüges weniger erschöpft und der Gefahr einer Versprödung vorgebeugt wird.

Um mit der Nabe die Übertragung vergleichsweise hoher Drehmomente zu ermöglichen, wird bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens vorgeschlagen, den Absatz derart umzuformen, dass seine Wandstärke zumindest abschnittsweise größer ist als die Wandstärke der Nabe. Der Übergang des Werkstücks zur Nabe ist so zusätzlich durch eine Materialanhäufung verstärkt. Zu diesem Zweck wird die Drückrolle beim Ausformen der Nabe derart zugestellt, dass der Absatz mit seinen Innenabmessungen zumindest annäherend den Innenabmessungen der Nabe entsprechend geformt wird.

Alternativ kann eine Material- und Gewichtsersparnis erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, dass im Bereich des Ab satzes ein am Innenumfang der Nabe liegender Freiraum ausgebildet wird. Dies kann durch entsprechendes Zustellen der Drückrolle oder durch eine entsprechende Form des Drückdornes erreicht werden.

Um einen sich zumindest abschnittsweise in Richtung der Nabe verjüngenden Absatz auszuformen, kann die Rolle derart zugestellt werden, dass die Berührungslinie, mit welcher der den Absatz anformende Abschnitt des Stauchbereiches das Werkstück berührt, zumindest während des Anformens des Absatzes bezüglich der Rotationsachse des Werkstücks geneigt verläuft.

Damit die Außenkontur der Nabe beim fertigen Werkstück zumindest annähernd parallel zur Symmetrieachse des Werkstücks verläuft, wird die Rolle vorzugswseise derart zugestellt, dass die Berührungslinie, mit der der die Nabe anformende Abschnitt des Stauchbereiches das Werkstück berührt, zumindest während des Anformens der Nabe parallel zur Rotationsachse des Werkstücks verläuft.

Des Weiteren ist es von Vorteil, den axialen Materialfluss entlang des Stauchbereiches durch einen den Stauchbereich abschließenden radialen Vorsprung an der Mantelfläche der Rolle zu begrenzen, so dass die Außenkontur der Nabe durch die Außenkontur der Rolle vorgegeben ist

Bei zusätzlicher Verwendung eines Gegenhalters, mit dem das Werkstück an der Werkstückaufnahme zum Rotieren gesichert ist, ist es alternativ auch möglich, am Gegenhalter einen entsprechenden Vorsprung vorzusehen, mit dem der axiale Materialfluss entlang des Stauchbereiches begrenzt wird.

Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante wird vorgeschlagen, eine Werkstückaufnahme bei der Drückwalzmaschine zu verwenden, an deren Werkstückanlagefläche eine ringförmige Ausnehmung vorgesehen ist. Durch Verwendung einer derart gestalteten Werkstückaufnahme ist es möglich, beim Zustellen der Rolle Material an der Rückseite des Werkstücks, mit der das Werkstück zumindest teilweise an der Werkstückanlagefläche anliegt, in die an der Werkstückanlagefläche ausgebildete Ausnehmung einzuformen. Hierdurch wird eine gezielte Materialverdickung und Verstärkung an der Rückseite des Werkstücks erreicht.

Die Rolle kann beim Anformen der Nabe so zugestellt werden, dass die Nabe im Bereich der an der Werkstückaufnahme ausgebildeten ringförmigen Ausnehmung angeformt wird. Hierdurch kommt es insbesondere in dem durch den Absatz gebildeten Übergangsbereich des Werkstücks zur Nabe zu einer Materialanhäufung, durch die die Bildung von Einschnürungen an der Rückseite des Werkstücks mit hoher Zuverlässigkeit verhindert werden kann.

Gemäß einem weiteren Verfahren der Erfindung nach Anspruch 7 wird vorgeschlagen, das rondenförmige Werkstück vor dem Anformen und/oder während des Anformens der Nabe auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Werkstückmaterials zu erwärmen und vorzugsweise auch auf dieser Temperatur zuhalten. Durch das Erwärmen des Werkstücks auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur wird erreicht, dass sich das Gefüge während des Anformens der Nabe neu bilden kann. Hierdurch werden die den Umformvorgang behindernden Verspannungen im Gefüge kontinuierlich abgebaut, so dass der Werkstoff ein deutlich höheres Umformvermögen zeigt und das Gefüge besonders schonend umgeformt werden kann. Auf diese Weise wird insbesondere eine Versprödung des Werkstoffs durch einen zu hohen Umformgrad verhindert, so dass mit diesem Verfahren insbesondere Werkstücke aus hochfesten Stählen bearbeitet werden können, die aufgrund ihrer Werkstoffeingeschaften zur Übertragung hoher Drehmomente bei gleichzeitig geringem Gewicht geeignet sind. Dieses Verfahren kann auch in Kombination zu den vorausgehend genannten Verfahrensalternativen eingesetzt werden.

Vorzugsweise kann die Werkstückstemperatur so eingestellt werden, dass diese nach einer definierten Teilumformung unter die Rekristallisationstemperatur sinkt. Bei der Durchführung der Restumformung kann dann wieder Kaltverfestigung eintreten, so dass ein definierter Festigkeitszustand einstellbar ist.

Die Erfindung betrifft ferner eine Drückrolle, wie sie in Anspruch 9 definiert ist, die insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 eingesetzt werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Drückrolle weist der Stauchbereich an seinem Eintrittsbereich eine Abstufung auf, durch welche bei einem Anformen der Nabe in einem Übergangsbereich zwischen dem radialen Bereich des Werkstücks und der Nabe ein gegenüber der Nabe durchmessergrößerer Absatz anformbar ist. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Drückrolle wird erreicht, dass sich das von der Drückrolle verdrängte Material des Werkstücks beim Anformen der Nabe im Eintrittsbereich stauen kann und nachfließendes Material in gewissem Umfang in entgegengesetzte Richtung gedrückt wird. Die vorstehend beschriebenen Vorteile des Verfahrens sind somit erreichbar.

Hei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drückrolle schließen der den Eintrittsbereich bildende Mantelabschnitt der Rolle und der sich an diesen anschließende, den Stauchbereich bildende Mantelabschnitt der Rolle einen stumpfen Winkel ein. Auf diese Weise wird erreicht, dass das in den Eintrittsbereich fließende Material sanft, d.h. mit nur einer vergleichsweise geringen Richtungsänderung, in den Stauchbereich geleitet wird.

Der Eintrittsbereich ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Rolle durch einen zylinderförmigen Mantelabschnitt. gebildet, der in einen zumindest abschnittsweise den Stauchbereich bildenden, kegelförmigen Mantelabschnitt der Rolle übergeht. Durch diese Rollenform ist es möglich, die Rolle mit ihrer Rotationsachse geneigt zur Rotationsachse des Werkstücks zuzustellen, so dass das Material des Werkstücks durch den Eintrittsbereich zunächst nur geringfügig verformt wird, während höhere Umformkräfte erst im Stauchbereich am Material angreifen, also beabstandet zum radialen Bereich des Werkstücks auftreten, wodurch insbesondere der Übergangsbereich zwischen Werkstück und Nabe besonders schonend umgeformt wird.

Grundsätzlich kann eine stumpfe Drückrolle verwendet werden. Damit das Material des Werkstücks möglichst gleichmässig und schonend durch die Rolle verformt wird, ist es aber von Vorteil, wenn an der Rolle eine Trennkante ausgebildet ist, die in den Eintrittsbereich übergeht. Die die Trennkante bildenden Mantelflächen der Rolle schließen vorzugsweise einen spitzen Winkel ein, wodurch die Trennkante eine Keilform besitzt. Insbesondere durch die Keilform wird erreicht, dass die Drückrolle mit vergleichsweise geringer Zustellkraft in das Material des Werkstücks eindringen kann.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, den Stauchbereich der Rolle durch einen umlaufenden radialen Vorsprung zu begrenzen, um den axialen Materialfluß im Stauchbereich beim Anformen der Nabe zu stoppen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von mehreren bevorzugten Varianten des Verfahrens und der Drückrolle unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter erläutert. Darin zeigen in ausschnittsweiser Schnittdarstellung:
1 eine schematische Seitenansicht einer Drückwalzmaschine beim Anformen einer Nabe nach einer ersten Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Drückrolle;
2 eine schematische Seitenansicht einer Drückwalzmaschine beim Anformen einer Nabe nach einer zweiten Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
3a–e Schnittansichten eines Werkstücks, in denen fünf verschiedene Verfahrensstadien beim Anformen der Nabe nach dem in 2 gezeigten Verfahren dargestellt sind;
4 eine schematische Seitenansicht einer Drückwalzmaschine zu Beginn des Anformens einer Nabe nach einer dritten Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei an der Werkstückaufnahme der Drückwalzmaschine eine ringförmige Ausnehmung vorgesehen ist;
5 eine schematische Seitenansicht der Drückwalzmaschine während des Anformens der Nabe nach der dritten Verfahrensvariante;
6 eine schematische Seitenansicht der Drückwalzmaschine nach dem Anformen der Nabe gemäß der dritten Verfahrensvariante;
7 eine schematische Seitenansicht einer Drückwalzmaschine nach dem Anformen einer Nabe gemäß einer vierten Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
8 Schnittansichten eines Werkstücks, in denen die drei verschiedene Verfahrensstadien beim Anformen der Nabe nach der in 7 gezeigten vierten Verfahrensvariante dargestellt sind;
9 eine schematische Seitenansicht einer Drückwalzmaschine nach dem Anformen einer Nabe gemäß einer fünften Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
10 eine schematische Seitenansicht einer Drückwalzmaschine beim Anformen einer Nabe nach einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren; und
11 eine schematische Seitenansicht einer Drückwalzmaschine beim Anformen einer Nabe.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass unter bestimmten Umständen, etwa ab einem bestimmten Verfestigungsgrad, beim Anformen einer Nabe ein Einschnüreffekt auftreten kann, welcher nachfolgend mit Bezug auf 11 erläutert wird.
In 11 ist in schematischer Seitenansicht eine Drückwalzmaschine 210 gezeigt, die unter Verwendung einer Drückrolle 212 eine Nabe 214 an einem rondenförmigen Werkstück 216 anformt. Die Drückrolle 212 wird zu diesem Zweck radial zugestellt, so dass ein radialer Bereich des Werkstücks 216 in seiner Wandstärke verringert wird. Das dabei gewonnene Material fließt entlang eines an der Drückrolle 212 ausgebildeten Stauchbereiches 218 und wird dabei zur Nabe 214 geformt.
Hei dieser eingesetzten Drückrolle 212 bildet die Stirnseite 220 und die den Stauchbereich 218 bildende Mantelfläche der Drückrolle 212 eine Trennkante. Verfahrensbedingt wird das Material hohen Belastungen und Umformkräften ausgesetzt.
Dies kann dazu führen, dass es an der der Nabe 214 abgewandten Rückseite des Werkstücks 216 zur Bildung einer Einschnürung 222 kommt. Dies bedeutet eine Materialschwächung, durch welche die Festigkeit des fertigen Getriebeteiles erheblich herabgesetzt wird. Zudem können in diesem Bereich verstärkt Mikrorisse entstehen. Ferner besteht die Gefahr, dass die Nabe 214 während des Anformens abreißt.
In 1 ist in schematischer Darstellung eine Drückwalzmaschine 10 in Seitenansicht gezeigt. Die Drückwalzmaschine 10 weist eine Werkstückaufnahme 12 auf, an der ein rondenförmiges Werkstück 14 gehalten ist. Das rondenförmige Werkstück 14 hat in seiner Mitte eine konzentrische Öffnung 16, durch die der Werkzeugdorn 18 eines Gegenhalters 20 ragt, mit dem das Werkstück 14 gegen die Werkstückaufnahme 12 gedrückt und so drehfest eingespannt ist.
Des Weiteren weist die Drückwalzmaschine 10 eine Drückrolle 22 auf, die um eine Werkzeugachse W drehbar gelagert und bezüglich der Rotationsachse R des Werkstücks 14 radial und axial verstellbar ist. Eine in 1 links dargestellte Stirnseite 24 der Drückrolle 22 geht in eine Trennkante 26 über, wobei die die Trennkante 26 bildenden Mantelflächen der Drückrolle 22 einen spitzen Winkel einschließen. Zur Bildung einer Abstufung 31 schließt sich an die Trennkante 26 ein zylindrischen Eintrittsbereich 29 sowie ein schräg verlaufender Absatzstauchbereich 28 an, wobei die den Absatzstauchbereich 28 bildende Mantelfläche bezüglich der Rotationsachse R in einem schrägen Winkel von bis zu 90° verlaufen kann. Der Absatzstauchbereich 28 geht seinerseits in einen Stauchbereich 30 über, der durch einen radialen Vorsprung 32 in axialer Richtung begrenzt ist.
Nachfolgend wird eine erste Verfahrensvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
Um eine Nabe 34 an dem Werkstück 14 anzuformen, wird die Drückrolle 22 zunächst axial und gleichzeitig radial soweit in Richtung der Werkstückaufnahme 12 zugestellt, bis die Trennkante 26 in den radialen Bereich des um die Rotationsachse R rotierenden Werkstücks 14 teilweise eindringt. Die Drückrolle 22 wird dabei so mit ihrer Werkzeugachse W eingestellt, dass die an die Trennkante 26 angrenzende Mantelfläche und die den Stauchbereich 30 bildende Mantelfläche der Drückrolle 22 zumindest annähernd parallel zur Rotationsachse R des Werkstücks 14 verlaufen. Die den Absatzstauchbereich 28 bildende Mantelfläche ist geneigt zur Rotationsachse R ausgerichtet ist, während der radiale Vorsprung 32 zumindest annähernd rechtwinklig zur Rotationsachse R verläuft.
Nachdem die Trennkante 26 ein vorgegebenes Maß in die Werkstückoberfläche eingedrungen ist, wird die Drückrolle 22 nur mehr radial in Richtung der Roationsachse R zugestellt, wobei das durch die Trennkante 26 abgenommene Material von der Trennkante 26 in den Absatzstauchbereich 28 der Drückrolle 22 geleitet und von diesem in den Stauchbereich 30 weitergeleitet wird, in dem der radiale Vorsprung 32 den axialen Materialfluß begrenzt.
Durch den geneigten Verlauf des Absatzstauchbereiches 28 bezüglich der Rotationsachse R des Werkstücks 14 kommt es an dem Absatzstauchbereich 28 zu einem Staudruck des in den Stauchbereich 30 nachfließenden Materials, so dass das Material auch in Richtung der der Nabe 34 abgewandten Rückseite des Werkstücks 12 gedrückt wird, so dass sich, wenn überhaupt, lediglich eine praktisch vernachlässigbare Einschnürung 35 bildet. Die Zustellbewegung der Drückrolle 22 wird soweit fortgesetzt, bis der Spalt zwischen der Drückrolle 22 und dem Gegenhalter 20 vollständig mit Material gefüllt ist. Auf diese Weise wird die in 1 gezeigte Nabe 34 ausgeformt, wobei die Außenkontur der Nabe 34 dem Außenprofil der Drückrolle 22 entspricht, während die Innenkontur der Nabe 34 der Außenkontur des Gegenhalters 20 entspricht.
Da das Material zunächst als Absatz 36 ausgeformt wird, der vom radialen Bereich des Werkstücks 14 ausgehend in die Nabe 34 übergeht und verglichen mit dem Außendurchmesser der Nabe 34 durchmessergrößer ist, wird in dem kritischen Übergangsbereich zur Nabe 34 eine hohe Festigkeit erreicht.
Bei dem zuvor beschriebenen Verfahren wird aufgrund der eingestellten Umformparameter der Absatzstauchbereich 28 beim Anformen der Nabe 34 vollständig ausgefüllt. Der Innendurchmesser des Absatzes 36 entspricht zumindest annähernd dem Innendruchmesser der Nabe 34, wodurch der be sonders gefährte Übergangsbereich vom Werkstück 14 in die Nabe 34 durch Materialanhäufung zusätzlich verstärkt ist.
In 2 ist in Seitenansicht die Drückwalzmaschine 10 gezeigt, wobei das Werkstück 14a in diesem Fall aus einem anderen Werkstoff, beispielsweise einem hochfesteren Stahl, besteht. Die Umformparameter der Drückwalzmaschine 10 werden bei dieser zweiten Verfahrensvariante so eingestellt, dass der nach dem Anformen der Nabe 34a gebildete Absatz 36a zumindest annähernd die Wandstärke der Nabe 34a aufweist, wobei ein Freiraum 37 am Innenumfang verbleibt. Auf diese Weise ist es möglich, ein Werkstück 14a zu fertigen, das verglichen mit einem durch die unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Verfahrensvariante hergestellten Werkstück 14 ein geringeres Gewicht aufweist.
Das so gefertige Werkstück 14a kann anschließend weiter, beispielsweise zu einem Getriebeteil umgeformt werden. Die einzelnen Verfahrensschritte bei der Herstellung eines derartigen Getriebeteils sind in den 3a bis 3e dargestellt. Dabei wird zunächst an dem rondenförmigen Werkstück 14a die Nabe 34a mit dem Absatz 36a angeformt (vgl. 3a und 3b). Anschließend wird das Werkstück 14a auf derselben oder einer weiteren Drückwalzmaschine bearbeitet, wobei die Rückseite des Werkstücks 14a durch Drückwalzen teilweise eingezogen (vgl. 3c) wird. Nach dem Einziehen wird der Außenrand umgelegt (vgl. 3d) und durch Drückwalzen gegen einen nichtdargestellten Werkzeugdorn gewalzt, durch den an der Innenseite des umgelegten Außenrandes Formelemente, hier eine Verzahnung Z, ausgeformt wird.
Die 4 bis 6 zeigen eine Drückwalzmaschine 10b, deren Aufbau im wesentlichen dem der zuvor beschriebenen Drückwalzmaschine 10 entspricht. Wesentlicher Unterschied zur Drückwalzmaschine 10 ist eine Ausnehmung 13b an der Werkstückaufnahme 12b der Drückwalzmaschine 10b.
Mit dieser Drückwalzmaschine 10b ist es möglich, das Werkstück 14b gemäß einer dritten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens umzuformen. Bei dieser dritten Verfahrensvariante wird die Drückrolle 22b so zugestellt, dass das Material beim Anformen der Nabe 34b in die Ausnehmung 13b zumindest teilweise eingeformt wird, wie 5 zeigt.
Die Umformparameter können im Verfahrensablauf so eingestellt werden, dass die Rückseite des Werkstücks einen zumindest annähernd planen Verlauf, wie 6 zeigt, aufweist oder üblicherweise die Ausnehmung 13b zur Bildung einer zusätzlichen Materialverstärkung voll ausfüllt.
7 zeigt eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Drückwalzmaschine nach 1. Die abgewandelte Drückwalzmaschine 10c unterscheidet sich von der Drückwalzmaschine 10 dadurch, dass an der Werkstückaufnahme 12c eine Ausnehmung 13c ausgebildet ist, deren Profil der Kontur der Rückseite des Werkstücks 14c entspricht.
Diese Drückwalzmaschine 10c wird mit einer vierten Verfahrensvariante betrieben, bei der die Umformparameter während des Anformens der Nabe 34c so eingestellt sind, dass die Drückrolle 22c die Rückseite des Werkstücks 14c in die Ausnehmung 13c der Werkstückaufnahme 12c teilweise einformt, während gleichzeitig die Nabe 34c mit Absatz 36c ausgeformt wird. Durch die zusätzliche Verstärkung der Rückseite des Werkstücks 14c wird erreicht, dass der Übergangsbereich zwischen dem radialen Bereich des Werkstücks 14c und der Nabe 34c entsprechend verstärkt ist.
In den 8a bis 8c ist der Verfahrensablauf bei der Herstellung eines Getriebteils gezeigt, bei dem die zuvor beschrieben Drückwalzmaschine 10c unter Einsatz der vierten Verfahrensvariante betrieben wird. Zunächst wird ein geschmiedeter oder gegossener Vorformling des Werkstücks 14c in die Drückwalzmaschine 10c eingesetzt (vgl. 8a). Der Vorformling weist einen verstärkten Mittenbereich an der Vorderseite entsprechend dem Materialbedarf zur Anformung der Nabe 34c auf und an der Rückseite zur ausreichenden Festigkeit gegen eine Einschnürung auf. Anschließend wird die Nabe 34c und der Absatz 36c in der zuvor beschriebenen Weise ausgeformt, wobei die Rückseite des Werkstücks 14c ihre Kontur in der Ausnehmung 13c beibehält (vgl 8b). Anschließend wird der Außenrand des Werkstücks 14c umgelegt und durch Drückwalzen an seiner Außenmantelfläche mit einer Verzahnung Z versehen (vgl. 8c).
In 9 ist eine weitere abgewandelte Ausführungsform der in 1 gezeigten Drückwalzmaschine 10 gezeigt. Bei dieser Drückwalzmaschine 10d wird eine Drückrolle 22d verwendet, die eine Trennkante 26d aufweist, welche unmittelbar in einen Stauchbereich 30d übergeht. Die Drückrolle 22d ist bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren mit ihrer Werkzeugachse W so bezüglich der Rotationsachse R des Werkstücks 14d eingestellt, dass die den Stauchbereich 30d bildende Mantelfläche unter einem vorgegebenen Winkel zur Rotationsachse R des Werkstücks 14d verläuft, so dass ein Freiraum 37d gebildet wird.
Bevor die Nabe 34d angeformt wird, wird das Werkstück 14d zunächst auf eine Temperatur erwärmt, die oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Materials des Werkstücks 14d liegt. Anschließend wird das so erwärmte Werkstück 14d in die Drückwalzmaschine 10d eingesetzt, wobei der Gegenhalter 20d an der Vorderseite des Werkstücks 14d zur Anlage kommt. Danach wird die Drückrolle 22d zugestellt und die Nabe 34d ausgeformt, wobei durch geeignete Heizeinrichtungen (nicht dargestellt) die Temperatur des Werkstück 14d während des Anformens der Nabe 34d oberhalb der Rekristallisationstemperatur gehalten wird.
Durch das Erwärmen des Werkstücks 14d auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur wird erreicht, dass sich das Gefüge während des Anformens der Nabe 34d kontinuierlich neu bildet. Auf diese Weise werden Behinderungen im Gefüge abgebaut, so dass der Werkstoff ein deutlich höheres Umformvermögen zeigt und das Gefüge besonders schonend umgeformt werden kann. Darüber hinaus wird auf diese Weise insbesondere eine Versprödung des Werkstoffs durch einen zu hohen Umformgrad verhindert, so dass mit diesem Verfahren insbesondere Werkstücke aus hochfesten Stählen bearbeitet werden können, die aufgrund ihrer Werkstoffeingeschaften zur Übertragung hoher Drehmomente bei gleichzeitig geringem Gewicht geeignet sind. Durch die schonende Materialbehandlung wird auch die Materialeinschnürungen weitgehend vermieden.
Gemäß 10 ist eine weitere Variante zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens dargestellt. Hierzu wird eine Drückrolle 112, eine Drückwalzmaschine 110 zur Umformung des Werkstücks 116 eingesetzt. Im Gegensatz zu dem Vorbeschriebenen ist die Trennkante rechtwinklig, wobei die Stirnfläche 120 gegenüber dem axial verlaufenden Stauchbereich 118 um den Winkel α, welcher nur wenige Grad beträgt, geneigt ist. Bei der parallelen Anordnung der Drückrollenachse W zur Rotationsachse R wird so eine zuverlässige Materialabnahme bei einem gleichzeitigen guten Abstützen des Werkstücks 116 durch die Drückrolle 112 erreicht.
Die zuvor beschriebenen Verfahrensvarianten stellen nur einige der möglichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verfahren dar. Beispielsweise kann das Werkstück auch bei den unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschriebenen Verfahrensvarianten auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur erwärmt werden, wobei die Temperatur gegebenenfalls auch während des Anformens der Nabe oberhalb der Rekristallisationstemperatur gehalten werden kann. Ferner ist es möglich auch zwei Naben bzw. zylindrische Vorsprünge am Werkstück anzuformen.

Claims

Verfahren zum Anformen einer Nabe, bei dem – ein rondenförmiges Werkstück (14) auf einer Drückwalzmaschine (10) in Rotation versetzt wird, – mindestens eine Drückrolle (22) zugestellt wird, die einen Stauchbereich (30) mit einem Außenprofil aufweist, welches zumindest abschnittsweise der Außenkontur der am Werkstück (14) anzuformenden Nabe (34) entspricht, und – beim Zustellen der Drückrolle (22) ein radialer Bereich des Werkstücks (14) in seiner Wandstärke verringert und das dabei gewonnene Material entlang des Stauchbereiches (30) der Drückrolle (22) zur Nabe (34) geformt wird, dadurch gekennzeichnet , – dass in einem Übergangsbereich des radialen Bereiches des Werkstücks (14) und der Nabe (34) ein Absatz (36) ausgebildet wird und – dass der Absatz (36) gegenüber der Nabe (34) durchmessergrößer ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Absatz (36) in seinen Innenabmessungen zumindest annäherend den Innenabmessungen der Nabe (34) entsprechend geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Absatzes (36) ein am Innenumfang der Nabe (34) liegender Freiraum (37) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Materialfluss entlang des Stauchbereiches (30) durch einen den Stauchbereich (30) abschließenden radialen Vorsprung (32) an der Mantelfläche der Drückrolle (22) begrenzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Material an der Rückseite des Werkstücks (14), mit der das Werkstück (14) zumindest teilweise an einer Werkstückanlagefläche einer Werkstückaufnahme (12) der Drückwalzmaschine (10) anliegt, in eine an der Werkstückanlagefläche ausgebildete ringförmige Ausnehmung (13) eingeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (34) gegenüberliegend zu der ringförmigen Ausnehmung (13) ausgeformt wird.
Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rondenförmige Werkstück (14), welches insbesondere aus einem hochfesten Werkstoff besteht, vor dem Anformen und/oder während des Anformens der Nabe (34) auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Werkstückmaterials erwärmt und auf dieser vorzugsweise gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand des Werkstückes (14) weiter umgeformt, insbesondere verdickt drückgewalzt, profiliert und/oder verzahnt wird.
Drückrolle zum Anformen einer Nabe, mit einem Stauchbereich (30), der ein Außenprofil aufweist, welches einer Außenkontur einer an einem radialen Bereich des Werkstücks ( 14) anzuformenden Nabe (34) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchbereich (30) an seinem Eintrittsbereich (29) eine Abstufung (31) aufweist, durch welche bei einem Anformen der Nabe (34) in einem Übergangsbereich zwischen dem radialen Bereich des Werkstücks (14) und der Nabe (34) ein gegenüber der Nabe (34) durchmessergrößerer Absatz (36) anformbar ist.
Drückrolle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich an den Eintrittsbereich (29) anschließender Absatzstauchbereich (28) mit dem sich an diesen anschließenden Stauchbereich (30) einen stumpfen Winkel einschließt.
Drückrolle nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittsbereich (29) zylinderförmig und der angrenzende Absatzstauchbereich (28) kegelförmig ausgebildet sind.
Drückrolle nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, – dass an einem freien Ende des Eintrittsbereiches (29) eine Trennkante (26) ausgebildet ist und – dass die die Trennkante (26) bildenden Mantelflächen einen Winkel zwischen 10° und 90° einschließen und vorzugsweise eine scharfkantige Trennkante (26) bilden.
Drückrolle nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchbereich (30) durch einen umlaufenden radialen Vorsprung (32) begrenzt ist.