DE102005033188A1 - Method for production of hollow cylinder precision metal parts with external teeth useful in vehicle production, e.g. steering wheel spindles production of a rough part by cutting the bar material to the required length - Google Patents

Abstract

Method for production of hollow cylinder precision metal parts with external teeth involving:(a) production of bar material from the starting material, (b) production of a rough part by cutting the bar material to the required length, turning off of the outer surface jacket and machining of an internal bore, (c) cold pressing of the rough part to give a semifinished part (9) to the required shape and internal and external geometry and with external end teeth (11), and conversion of the semifinished part to the finished part.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von hohlzylindrischen Präzisionsteilen aus Metall mit einer Außenverzahnung.The The invention relates to a method for producing hollow cylindrical precision parts made of metal with an external toothing.

Für viele Anwendungen des Maschinenbaus, insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik werden hohlzylindrische Präzisionsteile aus Metall mit einer Außenverzahnung benötigt. Die Außenverzahnung dient dabei insbesondere zur Übertragung von Drehmomenten. Ein Beispiel für ein solches Präzisionsteil ist die Lenkspindel einer Kraftfahrzeug-Lenkung.For many Applications of mechanical engineering, especially in automotive engineering become hollow cylindrical precision parts made of metal with an external toothing needed. The external toothing serves in particular for transmission of torques. An example for such a precision part is the steering shaft of a motor vehicle steering.

Es ist bekannt, zur Herstellung solcher Präzisionsteile ein rohrförmiges Rohteil durch Rundkneten zu einem Vorfertigteil kalt umzuformen, wobei das Vorfertigteil gegebenenfalls noch einer Fertigbearbeitung unterzogen wird. Der Vorteil dieses Herstellungsverfahrens besteht vor allem darin, dass durch das Rundkneten ein Vorfertigteil mit einer hohen Genauigkeit erhalten werden kann. Das Rundkneten beansprucht allerdings eine verhältnismäßig lange Bearbeitungszeit, so dass dieses Herstellungsverfahren entsprechend kostenaufwendig ist. Das Kaltfließpressen eines rohrförmigen Rohlings zu einem Vorfertigteil kann zwar die Bearbeitungszeit verringern, die erzielbare Genauigkeit des Vorfertigteils ist jedoch geringer. Dies beruht z. B. darauf, dass Herstellungstoleranzen in der Wandstärke des rohrförmigen Rohteils zu Fehlern in der Koaxialität von Außenfläche und Innenfläche des Vorfertigteils führen.It It is known to produce such precision parts a tubular blank cold-formed into a preformed part by rotary swaging, whereby the prefabricated part optionally still undergoes finishing. Of the The advantage of this manufacturing method is mainly that by the swaging a prefabricated part with a high accuracy can be obtained. However, the swaging claimed a relatively long Processing time, so that this manufacturing process accordingly is expensive. The cold extrusion of a tubular blank to a prefabricated part can indeed reduce the processing time, the achievable accuracy of the precast part is lower. This is based z. B. that manufacturing tolerances in the wall thickness of the tubular blank to errors in coaxiality from the outside surface and palm lead the precast part.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchem hohlzylindrische Teile aus Metall kostengünstig und mit hoher Präzision hergestellt werden können.Of the Invention has for its object to provide a method available provide, with which hollow cylindrical parts made of metal cost and with high precision can be produced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs.These The object is achieved by a method having the features of the claim.

Erfindungsgemäß wird als Ausgangsmaterial ein Stangenmaterial verwendet. Aus diesem Stangenmaterial wird ein rohrförmiges Rohteil hergestellt, indem das Stangenmaterial abgelängt wird und an der äußeren Umfangsfläche abgedreht wird. Vorzugsweise wird als Ausgangsmaterial ein Stangenvollmaterial verwendet. In diesem Falle wird das Rohteil im Kern koaxial ausgebohrt. Wird ein rohrförmiges Ausgangsmaterial verwendet, so wird das Innere des Ausgangsmaterials ausgedreht. Auch bei einem Ausbohren eines Stangenvollmaterials kann die Bohrung noch zusätzlich ausgedreht werden.According to the invention as Starting material used a rod material. From this bar material becomes a tubular Blank made by cutting the bar stock and turned off on the outer peripheral surface becomes. Preferably, the starting material is a bar stock material used. In this case, the blank is drilled coaxially in the core. Becomes a tubular Starting material used, so is the interior of the starting material turned out. Even when drilling a rod full material can the hole still in addition be turned off.

Die Verwendung eines Stangenvollmaterials mit anschließendem Ausbohren hat den Vorteil, dass das Stangenvollmaterial im Allgemeinen preisgünstiger ist als ein rohrförmiges Ausgangsmaterial.The Use of a bar stock with subsequent drilling has the advantage that the bar stock material is generally cheaper is as a tubular Starting material.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass das Abdrehen der äußeren Mantelfläche des Rohteils und das Ausbohren und gegebenenfalls Ausdrehen des Rohteils zu einer wesentlichen Verbesserung der Rissfreiheit des Materials führt. Bei der Herstellung von Stangenmaterial ist das Auftreten von Rissbildungen im Wesentlichen auf eine dünne Oberflächenschicht des Materials beschränkt. Bei einem Stangenvollmaterial ist außerdem auch die Mittelachse ein Problembereich in Bezug auf eine mögliche Rissbildung. Durch das Abdrehen der Außenoberfläche und das Ausbohren und gegebenenfalls Ausdrehen des Rohteils werden die für eine Rissbildung problematischen Bereiche des Materials entfernt, so dass ein Rohteil mit äußerst hoher Rissfreiheit erhalten wird. Außerdem wird durch das Abdrehen der Au ßenfläche und das Ausbohren des Kerns ein Rohteil erhalten, bei welchem Außenfläche und Innenbohrung mit hoher Präzision koaxial sind.One The main advantage is that the twisting off the outer surface of the Blank and the drilling and possibly boring of the blank to a substantial improvement of the crack-free material leads. In the production of rod material is the occurrence of cracking essentially on a thin one surface layer of the material. In a full rod material is also the center axis a problem area with respect to possible cracking. By the Twisting the outer surface and The boring and possibly turning out the blank are the for one Cracking problematic areas of the material removed, leaving a blank with extremely high Cracked freedom is obtained. Furthermore is by turning the Au ßenfläche and the boring of the core obtained a blank, in which outer surface and Inner bore with high precision coaxial.

Das Rohteil mit hoher Rissfreiheit und präzise koaxialer Innen- und Außenfläche wird durch Kaltfließpressen in einer oder mehreren aufeinanderfolgenden Stufen zu einem Vorfertigteil umgeformt. Das Kaltfließpressen ist gegenüber dem Rundkneten äußerst wirtschaftlich, da eine erheblich geringere Bearbeitungszeit erforderlich ist. Aufgrund der Präzision des Rohteils wird auch durch das Kaltfließpressen ein Vorfertigteil erhalten, welches eine hohe Präzision aufweist und insbesondere eine präzise Koaxialität von Außenfläche und Innenfläche. Bei dem Kaltfließpressen erhält das Vorfertigteil die gewünschte Form von Außenfläche und Innenfläche. Insbesondere können dabei auch die geforderte Außenverzahnung bzw. mehrere Außenverzahnungen und gegebenenfalls auch Innenverzahnungen hergestellt werden. Die Rissfreiheit des Rohteils bleibt bei dem Kaltfließpressen erhalten, so dass bei der Fertigung der Ausschuss infolge von Rissbildungen stark reduziert wird.The Blank with high crack-free and precise coaxial inner and outer surface is by cold extrusion in one or more successive stages to a prefabricated part reshaped. Cold extrusion is opposite the rotary swaging extremely economical, since a considerably shorter processing time is required. by virtue of the precision of Blank is also by the cold extrusion a prefabricated part which is a high precision and in particular a precise coaxiality of outer surface and Inner surface. In the cold extrusion receives the prefabricated part the desired shape from the outside surface and Inner surface. In particular, you can as well as the required external toothing or more external teeth and optionally also internal gears are produced. The Crack-free of the blank remains in the cold extrusion so that in the production of the committee as a result of cracking is greatly reduced.

Soweit erforderlich kann das Vorfertigteil noch einer weiteren Fertigbearbeitung unterzogen werden, um z. B. feinere Formstrukturen der Oberflächen zu drehen.So far required, the precast part of yet another finishing be subjected to z. B. to finer shape structures of the surfaces rotate.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:in the The invention will be explained below with reference to an embodiment shown in the drawing embodiment explained in more detail. It demonstrate:

1 ein Rohteil im Axialschnitt, 1 a blank in axial section,

2 einen entsprechenden Axialschnitt des Teils nach einem ersten Kaltfließpressvorgang, 2 a corresponding axial section of the part after a first cold extrusion process,

3 eine perspektivische Ansicht des Teils der 2, 3 a perspective view of the part of 2 .

4 einen Axialschnitt des Vorfertigteils nach der Kaltfließpress-Umformung, 4 an axial section of the prefabricated part after the cold extrusion molding,

5 eine perspektivische Ansicht des Vorfertigteils der 4 und 5 a perspective view of the precast part of 4 and

6 eine weitere perspektivische Ansicht des Vorfertigteils der 4. 6 another perspective view of the prefabricated part of 4 ,

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Herstellung einer Lenkspindel aus Stahl für die Lenkung eines Kraftfahrzeugs dargestellt.in the illustrated embodiment is the production of a steel steering shaft for the steering a motor vehicle shown.

Als Ausgangsmaterial dient ein Stangenvollmaterial z. B. ein Mangan-Chrom-Einsatzstahl. Das Stangenmaterial wird auf die erforderliche Länge abgelängt. Die äußere Mantelfläche wird z. B. um etwa 0,2mm abgedreht. Der Kern wird koaxial zur Mantelfläche ausgebohrt und gegebenenfalls anschließend ausgedreht. Auf diese Weise wird ein rohrförmiges Rohteil 1 erhalten, wie dies in 1 im Axialschnitt dargestellt ist. Dieses Rohteil 1 zeichnet sich dadurch aus, dass die Innenbohrung 2 mit hoher Präzision koaxial zur äußeren Mantelfläche 3 ist. Die besonders für Rissbildung anfälligen Bereiche am Mantel und im Kern des Ausgangs-Stangenmaterials sind entfernt.The starting material is a full bar stock z. As a manganese-chromium steel insert. The bar stock is cut to the required length. The outer surface is z. B. turned off by about 0.2mm. The core is drilled coaxially to the lateral surface and optionally subsequently turned out. In this way, a tubular blank 1 get like this in 1 is shown in axial section. This blank 1 is characterized by the fact that the inner bore 2 with high precision coaxial with the outer surface 3 is. The areas most prone to cracking on the cladding and core of the parent bar stock are removed.

Das Rohteil 1 wird dann in mehreren Schritten durch Kaltfließpressen umgeformt. Dabei wird zunächst ein Teil 4 erhalten, wie dies in den 2 und 3 dargestellt ist. Das Teil 4 ist gegenüber dem Rohteil 1 in der Länge gestreckt und im Innen- und Außendurchmesser verformt. Ein Eintrittsbereich 6 ist gegenüber dem Rohteil 1 im Außendurchmesser und im Innendurch messer aufgeweitet. An diesen Eintrittsbereich 6 schließt sich ein mittlerer Bereich 7 mit stufenförmig verengtem Außendurchmesser und Innendurchmesser an. An diesen mittleren Bereich 7 schließt sich ein Endbereich 8 an, der wiederum im Außendurchmesser stufenförmig verengt ist, jedoch den gleichen Innendurchmesser wie der mittlere Bereich 7 aufweist.The blank 1 is then formed in several steps by cold extrusion. It will be a part first 4 get like this in the 2 and 3 is shown. The part 4 is opposite the stock 1 stretched in length and deformed in the inner and outer diameter. An entry area 6 is opposite the stock 1 widened in outside diameter and inside diameter. At this entrance area 6 closes a middle area 7 with stepped constricted outer diameter and inner diameter. At this middle area 7 closes an end area 8th which in turn is narrowed in outer diameter stepwise, but the same inner diameter as the central region 7 having.

Das Teil 4 wird einem weiteren Kaltfließpress-Schritt unterworfen, wodurch das in den 4 bis 6 dargestellte Vorfertigteil 9 erhalten wird. Das Vorfertigteil 9 ist gegenüber dem Teil 4 im Zustand der 2 und 3 in den Abmessungen noch kalibriert. Außerdem ist in den Innenumfang des Eintrittsbereichs 6 eine Mehrkant-Verzahnung 10 eingeformt. Der Außenumfang des Endbereichs 8 ist zu einer Außenverzahnung 11 in Form einer geraden Stirnverzahnung umgeformt.The part 4 is subjected to another cold extrusion step, whereby the in the 4 to 6 prefabricated part shown 9 is obtained. The prefabricated part 9 is opposite the part 4 in the state of 2 and 3 still calibrated in the dimensions. It is also in the inner circumference of the entry area 6 a polygonal toothing 10 formed. The outer circumference of the end area 8th is to an external toothing 11 formed in the form of a straight spur toothing.

Das Vorfertigteil 9 wird dann noch einer Fertigbearbeitung unterworfen, in welcher z. B. feinere Stufenstrukturen in die Oberflächen eingedreht werden können, die Oberflächen fein bearbeitet werden können, radiale Bohrungen eingebracht werden können und Angriffsflächen angefräst werden können.The prefabricated part 9 is then subjected to finishing, in which z. B. finer step structures can be screwed into the surfaces, the surfaces can be finely processed, radial bores can be introduced and attack surfaces can be milled.

Claims (4)

Verfahren zum Herstellen von hohlzylindrischen Präzisionsteilen aus Metall mit einer Außenverzahnung, gekennzeichnet durch folgende Schritte. a) als Ausgangsmaterial wird ein Stangenmaterial verwendet, b) ein Rohteil (1) wird hergestellt, indem das Stangenmaterial abgelängt, an der äußeren Mantelfäche (3) abgedreht und mit einer Innenbohrung (2) versehen wird, c) das Rohteil (1) wird durch Kaltfließpressen umgeformt zu einem Vorfertigteil (9) mit der geforderten Form der Innen- und Außengeometrie und mit wenigstens einer Außenverzahnung (11), d) das Vorfertigteil (9) wird fertig bearbeitet.A method for producing hollow cylindrical precision parts of metal with an external toothing, characterized by the following steps. a) a rod material is used as the starting material, b) a blank ( 1 ) is produced by cutting the bar material to length, on the outer jacket surface ( 3 ) and with an internal bore ( 2 ), c) the blank ( 1 ) is converted by cold extrusion into a prefabricated part ( 9 ) with the required shape of the inner and outer geometry and with at least one outer toothing ( 11 ), d) the prefabricated part ( 9 ) is finished. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem als Ausgangsmaterial ein Stangenvollmaterial verwendet wird und zur Herstellung des Rohteils (1) im Kern koaxial ausgebohrt und gegebenenfalls ausgedreht wird.Process according to Claim 1, in which a bar stock material is used as starting material and for the production of the blank ( 1 ) Is drilled coaxially in the core and optionally rotated. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem in den Innenumfang des Vorfertigteils (9) eine Mehrkantverzahnung (10) eingeformt wird.Method according to claim 1 or 2, in which in the inner periphery of the prefabricated part ( 9 ) a polygonal toothing ( 10 ) is formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem das Präzisionsteil die Lenkspindel einer Kraftfahrzeug-Lenkung ist.Method according to one of claims 1 to 3, wherein the precision part the steering shaft of a motor vehicle steering is.