DE102008036226B4

DE102008036226B4 - Method for producing a hollow shaft

Info

Publication number: DE102008036226B4
Application number: DE102008036226.3A
Authority: DE
Inventors: Dr. Rüsch Sönke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-08-02
Filing date: 2008-08-02
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2028-08-03
Also published as: DE102008036226A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle (1) aus Halbzeugen (9) mit den folgenden Schritten:- Herstellen einer Vorform durch Schmieden;- Durchführen einer Wärmebehandlung der Vorform;- Umformen der Vorform in eine zumindest teilweise hohle Zwischenform (5) durch Bohrungsdrücken; und- Rundkneten der Zwischenform (5) zu einer Hohlwelle (1) mit einer im Verlauf der Hohlwelle (1) im Wesentlichen gleichen Wandstärke.Method for producing a hollow shaft (1) from semi-finished products (9) comprising the following steps: - producing a preform by forging - performing a heat treatment of the preform - forming the preform into an at least partially hollow intermediate form (5) by drilling pressure; and - rotary swaging the intermediate mold (5) to a hollow shaft (1) with a in the course of the hollow shaft (1) substantially the same wall thickness.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle aus Halbzeugen.The invention relates to a method for producing a hollow shaft of semi-finished products.

Bei der Herstellung von Getrieben für Kraftfahrzeuge ist es wünschenswert, das Gesamtgewicht des Getriebes bei steigendem Leistungsvermögen des Getriebes so gering wie möglich zu halten. Eine Möglichkeit zur Gewichtseinsparung kann beispielsweise durch die Gestaltung einer Getriebewelle als Hohlwelle erreicht werden. Durch den Einsatz einer oder mehrerer im Getriebe vorhandenen Wellen als Hohlwellen wird das Leistungsgewicht des Getriebes erhöht, d.h. bei gleichem übertragbarem Drehmoment sinkt das Gesamtgewicht des Getriebes. Damit reduziert sich auch das Gesamtgewicht eines Kraftfahrzeuges, in welches das Getriebe eingebaut wird, wodurch der Kraftstoffverbrauch verringert wird.In the manufacture of automotive transmissions, it is desirable to keep the overall weight of the transmission as low as possible as the performance of the transmission increases. One way to save weight can be achieved for example by designing a gear shaft as a hollow shaft. The use of one or more shafts in the transmission as hollow shafts increases the power-to-weight ratio of the transmission, i. at the same transmittable torque decreases the overall weight of the transmission. This also reduces the total weight of a motor vehicle, in which the transmission is installed, whereby the fuel consumption is reduced.

Die technische Notwendigkeit, eine oder mehrere Wellen in einem Getriebe als Hohlwelle auszuformen, kann auch konstruktive Gründe haben. Eine zunehmende Wellenanzahl in einem Kraftfahrzeuggetriebe führt zu einer Erhöhung des Getriebegewichtes, so dass im Rahmen von Ressourcenschonung, wie beispielsweise Material- und Kraftstoffeinsparung und Umweltverträglichkeit (Emissionsminderung), Maßnahmen zur Gewichtsreduktion der einzelnen Getriebewellen ergriffen werden müssen. Bei einem Welle-in-Wellegetriebe, beispielsweise bei einem Doppelkupplungsgetriebe, ist es sogar erforderlich, die Wellen teilweise oder vollständig hohl auszuführen.The technical need to form one or more shafts in a transmission as a hollow shaft, may also have constructive reasons. An increasing number of shafts in a motor vehicle transmission leads to an increase in the transmission weight, so that measures must be taken to reduce the weight of the individual transmission shafts in the context of resource conservation, such as material and fuel economy and environmental compatibility (emission reduction). In a shaft-in-shaft transmission, for example in a dual-clutch transmission, it is even necessary to make the waves partially or completely hollow.

Gemäß einem bereits bekannten Verfahrensablauf wird die Hohlwelle durch Kombination von zwei Verfahrensschritten hergestellt. In einem ersten Schritt wird ein massives Ausgangsmaterial durch einen Umformprozess, beispielsweise Gesenkschmieden, zu einem Grundkörper geformt. In einem nachfolgenden Bearbeitungsvorgang wird dann zur Herstellung der Hohlwelle eine Bohrung in Längsrichtung des Grundkörpers spanabhebend hergestellt. Durch diesen spanabhebenden Verfahrensschritt wird ein erheblicher Teil des eingesetzten Materials nicht genutzt. Dieses als Tieflochbohren bezeichnete Verfahren erfordert spezielle Maschinen und Werkzeuge (Tieflochbohrer) und bringt somit erhöhte Herstellungskosten mit sich. Mit den oben beschriebenen Verfahren ist es ferner nicht möglich, Hinterschnitte in der Bohrung, d.h. entlang der inneren Oberfläche der hergestellten Hohlwelle zu erzeugen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist aus heutiger Sicht, dass das Erfordernis der Ressourcenschonung aufgrund der spanabhebenden Bearbeitung nicht erfüllt wird.According to an already known method sequence, the hollow shaft is produced by combining two method steps. In a first step, a solid starting material is formed by a forming process, such as drop forging, to a basic body. In a subsequent machining operation, a bore in the longitudinal direction of the base body is then machined to produce the hollow shaft. By this machining step, a significant portion of the material used is not used. This process, known as deep hole drilling, requires special machinery and tools (deep hole drills) and thus brings with it increased manufacturing costs. Further, with the methods described above it is not possible to have undercuts in the bore, i. along the inner surface of the hollow shaft produced. A disadvantage of this method is from today's point of view that the requirement of resource conservation due to the machining is not met.

Aus der EP 1745 870 ist eine nachfolgend beschriebene Verfahrenabfolge bekannt. Zunächst wird ein zylindrisches Ausgangsmaterial in einem ersten Schritt durch Querkeilwalzen zu einem Grundkörper umgeformt. Das Ausgangsmaterial wird zwischen den zwei profilierten Walzen oder Backen einer Querkeilwalzvorrichtung positioniert. Die auf diesen Walzen oder Backen vorhandenen Profile werden während des Umformens auf das Ausgangsmaterial übertragen. Nach der Umformung durch Querkeilwalzen weist der Grundkörper ein gewünschtes äußeres Oberflächenprofil auf. D.h., durch die Querschnittsänderung mittels Querkeilwalzens weist der Grundkörper eine konturierte Aussenumfangsfläche mit vorbestimmten kontinuierlichen Durchmesserübergängen auf, an deren Übergangsstellen Radien ausgebildet sind. So werden Kerben vermieden, welche die Festigkeit der Welle ungünstig beeinflussen können. Das Einbringen einer axialen Bohrung in den Grundkörper erfolgt während des beschriebenen Querkeilwalzens. Zusätzlich zu der radialen und tangentialen Umformung, die durch das Querkeilwalzen verursacht ist, wird über einen Dorn eine axiale Kraft in Längsrichtung des Ausgangsmaterials auf das Werkstück ausgeübt. Hierdurch kann eine Bohrung mit konstantem Durchmesser erzeugt werden. Der Dorn kann beim Querkeilwalzen entweder axial beweglich geführt werden oder ortsfest angeordnet sein.From the EP 1745 870 a method sequence described below is known. First, a cylindrical starting material is converted in a first step by cross wedge rolling into a base body. The stock material is positioned between the two profiled rolls or jaws of a cross wedge rolling apparatus. The existing on these rolls or jaws profiles are transferred during the forming of the starting material. After forming by cross wedge rolling, the base body has a desired outer surface profile. That is, by the cross-sectional change by means of cross wedge rolling, the base body has a contoured outer peripheral surface with predetermined continuous diameter transitions, at the transition points radii are formed. This avoids notches, which can adversely affect the strength of the shaft. The introduction of an axial bore in the body takes place during the described cross wedge rolling. In addition to the radial and tangential deformation caused by the cross wedge rolling, an axial force in the longitudinal direction of the starting material is exerted on the workpiece via a mandrel. As a result, a bore with a constant diameter can be generated. The mandrel can be performed either axially movable during cross wedge rolling or be arranged stationary.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Verfahren weiterzubilden und eine Abfolge von Prozessschritten anzugeben, die es ermöglicht, eine Hohlwelle in einer Großserienfertigung in Bezug auf Fertigungszeit, Material-, und Ressourceneinsatz als auch Investitionsaufwand optimal herzustellen.Object of the present invention is to develop the known methods and to provide a sequence of process steps, which makes it possible to optimally produce a hollow shaft in a large-scale production in terms of production time, material, and resource use as well as investment.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1.

Die erfindungsgemäße Verfahrensfolge zur Herstellung einer Hohlwelle beispielsweise für Kraftfahrzeuggetriebe aus Halbzeugen, beinhaltet die folgenden Schritte:

- Herstellen einer Vorform durch Schmieden;
- Durchführen einer Wärmebehandlung der Vorform;
- Umformen der Vorform in eine zumindest teilweise hohle Zwischenform durch Bohrungsdrücken; und
- Rundkneten der Zwischenform zu einer Hohlwelle mit einer im Verlauf der Hohlwelle im Wesentlichen gleichen Wandstärke.

The method sequence according to the invention for producing a hollow shaft, for example for motor vehicle transmissions from semi-finished products, comprises the following steps:

- making a preform by forging;
- performing a heat treatment of the preform;
- Forming the preform in an at least partially hollow intermediate form by drilling pressures; and
- Rotary kneading of the intermediate form to a hollow shaft with a substantially uniform in the course of the hollow shaft wall thickness.

In einem ersten Schritt erfolgt die Herstellung einer Vorform einer Welle durch einen Schmiedevorgang. Dazu wird aus einem Halbzeug ein zur Herstellung der Welle benötigtes Teilstück bzw. Rohling abgetrennt und durch einen Schmiedevorgang in eine für die weiteren Verfahrensschritte erforderliche Vorform gebracht. Diese Vorform wird dann einer für das ausgewählte Material geeigneten Wärmebehandlung unterzogen, um sie für den weiteren Fertigungsprozess vorzubereiten. In vorteilhafter Weise erfolgt im Anschluss an die Wärmebehandlung das Umformen der Vorform in eine zumindest teilweise hohle Zwischenform durch Bohrungsdrücken als Basis für die weitere Fertigungsfolge. Das Bohrungsdrücken ist unter anderem aus der DE 103 08 849 A1 bekannt. Beim Bohrungsdrücken handelt es sich um ein partielles, inkrementelles Druckumformverfahren zur Herstellung einer axialsymmetrischen Hohlwelle aus massiven Halbzeugen. Die Vorform wird dazu in einer Spanneinrichtung an einer Spindel aufgenommen und rotiert um ihre Längsachse. Das Material der Vorform wird, durch die von den zum Einsatz kommenden Drückrollen und einen gleichzeitig axial wirkenden Drückstempel eingeleitete Kraft verdrängt und fließt entgegen der Vorschubrichtung des Drückstempels. Der Drückstempel dreht sich synchron zu der Spindel und der Vorform und führt eine, mit den Drückrollen gemeinsame synchrone, axiale Bewegung aus. Dadurch entsteht aus der massiven Vorform die zumindest teilweise hohl ausgestaltete Zwischenform.In a first step, the production of a preform of a shaft by a forging process takes place. For this purpose, a required for the production of the shaft section or blank is separated from a semi-finished and by a forging process in one for the further process steps required preform brought. This preform is then subjected to a heat treatment suitable for the selected material to prepare it for the further manufacturing process. In an advantageous manner, following the heat treatment, the forming of the preform into an at least partially hollow intermediate form takes place by means of bore pressures as the basis for the further production sequence. The Bohrungsdrücken is among others from the DE 103 08 849 A1 known. Bore Pressing is a partial, incremental pressure forming process for producing an axially symmetric hollow shaft made from solid semi-finished products. The preform is added to a spindle in a clamping device and rotated about its longitudinal axis. The material of the preform is displaced by the force applied by the pressing rollers used and a simultaneously acting thrust stamp force and flows counter to the feed direction of the spinning punch. The punch rotates synchronously with the spindle and the preform and performs synchronous axial movement common to the spinning rollers. This creates from the massive preform the at least partially hollow intermediate form.

Ein wesentlicher Vorteil des Bohrungsdrückens gegenüber dem bekannten Verfahren des Tieflochbohrens ist der weit höhere Grad der Materialausnutzung durch die reine Umformung von Material. Das Verfahren lässt sich deshalb besonders vorteilhaft zur Herstellung einer Hohlwelle aus preisintensiven Werkstoffen einsetzen, da der auftretende Materialverlust bei einem Umformprozess sehr gering ist. Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft dieses Verfahrens liegt darin, dass der Zeitaufwand zur Herstellung einer Hohlwelle deutlich unterhalb des Aufwandes beim Tieflochbohren liegt. Diesem Vorteil kommt besonders im Rahmen einer Fertigung mit hohen Stückzahlen eine große Bedeutung zu.A significant advantage of the Bohrungsdrückens over the known method of deep hole drilling is the far higher degree of material utilization by the pure transformation of material. The method can therefore be used particularly advantageously for producing a hollow shaft made of cost-intensive materials, since the material loss occurring in a forming process is very low. Another advantageous feature of this method is that the time required to produce a hollow shaft is well below the cost of deep hole drilling. This advantage is particularly important in the context of a production with high quantities of great importance.

Nach der Herstellung der hohlen Zwischenform durch Bohrungsdrücken kommt als weiterer Verfahrensschritt zur Gestaltung der äußeren Wellenkontur ein Rundkneten zum Einsatz. Das Rundkneten ist unter anderem aus der DE 10 2005 036 681 A1 bekannt.After the production of the hollow intermediate form by drilling pressure comes as a further process step for the design of the outer wave contour, a rotary swaging used. The swaging is among others from the DE 10 2005 036 681 A1 known.

Auch bei dem Rundkneten handelt es sich um ein inkrementelles Umformverfahren, bei dem die Umformung in vielen kleinen Einzelschritten vollzogen wird. Gegenüber bekannten kontinuierlichen Verfahren besteht der Vorteil darin, dass eine homogenere Werkstoffumformung erfolgt. Dies wiederum ermöglicht hohe Umformgrade, da das Formänderungsvermögen des Werkstoffs im gesamten Bauteilquerschnitt gleichmäßig ausgenutzt wird. Das Rundkneten ermöglicht einen ununterbrochenen Verlauf der Materialfasern im Werkstück, was gegenüber spanend bearbeiteten Wellen zu besseren mechanischen Eigenschaften führt. Weiterhin erhöht eine, durch die Umformung, eingebrachte Kaltverfestigung des Werkstoffs beispielsweise die Bauteilfestigkeit. Das Verfahren des Rundknetens zeichnet sich weiter durch eine hohe Genauigkeit aus. Damit ist es möglich für die Abmessungen ein enges Toleranzfeld einzuhalten, sodass sich eine spanende Nachbearbeitung der Hohlwelle zumeist erübrigt. In vorteilhafter Weise kann dadurch Werkstoff eingespart und die Prozesskette verkürzt werden, was sich bei einer Großserienproduktion vorteilhaft auf die Stückkosten des einzelnen Bauteiles auswirkt.Also in rotary swaging is an incremental forming process in which the forming is performed in many small steps. Compared to known continuous processes, the advantage is that a more homogeneous material transformation takes place. This in turn allows high degrees of deformation, since the material's ability to change its shape is utilized equally throughout the entire component cross-section. The rotary swaging allows a uninterrupted flow of material fibers in the workpiece, which leads to better mechanical properties compared to machined shafts. Furthermore, a work hardening introduced by the forming, for example, increases the strength of the component. The method of rotary kneading is further characterized by a high accuracy. This makes it possible to maintain a narrow tolerance range for the dimensions, so that machining of the hollow shaft is usually superfluous. Advantageously, thereby material can be saved and the process chain can be shortened, which has an advantageous effect on the unit cost of the individual component in a large-scale production.

Bei der Auswahl eines Halbzeuges zur Herstellung einer Hohlwelle spielen neben der Verfügbarkeit des entsprechenden Werkstoffes in der gewünschten Ausgangsform auch wirtschaftliche Belange eine entscheidende Rolle. Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorzugsweise die Verwendung eines zylindrischen Stangenmaterials als Ausgangshalbzeug für die Hohlwelle. Dieses Halbzeug hat gegenüber anderen Halbzeugen den Vorteil, dass es beispielsweise günstiger zu beschaffen ist als ein rohrförmiges Halbzeug.When selecting a semifinished product for producing a hollow shaft in addition to the availability of the corresponding material in the desired starting shape and economic issues play a crucial role. An advantage of the method according to the invention is preferably the use of a cylindrical rod material as a starting semi-finished product for the hollow shaft. This semi-finished product has the advantage over other semi-finished products that it is, for example, cheaper to obtain than a tubular semi-finished product.

Um das Material für den Schmiedeprozess vorzubereiten, wird das Halbzeug auf eine Temperatur von vorzugsweise 1000°C bis 1200°C erwärmt. Nach dieser Erwärmung wird durch einen Abschervorgang ein Materialrohling vom stangenförmigen Halbzeug abgetrennt, welcher dann für die weitere Verfahrensfolge in der benötigten Größe zur Verfügung steht. Alternativ besteht die Möglichkeit den Materialrohling von einem nicht erwärmten Halbzeug auf die benötigte Größe abzuscheren und erst danach für den folgenden Schmiedevorgang zu erwärmen.In order to prepare the material for the forging process, the semi-finished product is heated to a temperature of preferably 1000 ° C to 1200 ° C. After this heating a material blank is separated from the bar-shaped semifinished product by a shearing process, which is then available for the further process sequence in the required size. Alternatively, it is possible to shear the material blank from a non-heated semi-finished product to the required size and then to heat it for the following forging process.

Ist der Rohling in der benötigten Größe vorhanden, so wird in der erfindungsgemäßen Verfahrensfolge der Schmiedeprozess durchgeführt. Dieser erfolgt in vorteilhafter Weise als Warmschmiedevorgang, bei dem das Material eine Temperatur von etwa 1000° C bis 1200° C aufweist. Insbesondere vorteilhaft ist ein Gesenkschmieden.If the blank is present in the required size, the forging process is carried out in the process sequence according to the invention. This takes place in an advantageous manner as a hot forging process, in which the material has a temperature of about 1000 ° C to 1200 ° C. Particularly advantageous is a drop forging.

Das Gesenkschmieden ermöglicht es, der Vorform durch die Kontur eines Gesenkes die wesentlichen Geometrieparameter der späteren Hohlwelle aufzuprägen. In diesem Verfahrensschritt werden der Vorform schon die notwendigen Materialanhäufungen für eine spätere Bearbeitung angeformt, um diese dann beispielsweise zu Bunden oder Lagersitze fertig zu bearbeitenDrop forging makes it possible to impress the preform by the contour of a die, the essential geometry parameters of the later hollow shaft. In this process step, the preform already formed the necessary accumulations of material for later processing, to then finish this example, to coils or bearing seats finished

Der gesamte Schmiedevorgang weist in vorteilhafter Weise die Hauptarbeitschritte Stauchen, Vorformen und Fertigformen auf, mit denen der Rohling in die Geometrie der Vorform überführt wird. Falls es notwendig ist, kann dem Schmiedevorgang noch ein Abgraten nachgeschaltet werden, um die Außenkontur von eventuell vorhandenen Überständen, beispielsweise eines Schmiedegrates, zu befreien.The entire forging process advantageously has the main working steps of upsetting, preforming and finish forming, with which the blank is transferred into the geometry of the preform. If necessary, the forging process can be followed by a burring to the Outer contour of any existing supernatants, such as a Schmiedegrates to liberate.

Während des Schmiedevorganges kann es erforderlich sein, zur Verbesserung der Fließeigenschaften des verwendeten Materials einen Kühlschmierstoff aufzubringen, um die Materialeigenschaften an die Erfordernisse des Schmiedeprozesses anzupassen.During the forging process, it may be necessary to apply a cooling lubricant to improve the flow properties of the material used in order to adapt the material properties to the requirements of the forging process.

Das Schmieden wird beispielsweise auf einer horizontalen Schmiedepresse durchgeführt, die bevorzugt mit einer Hubzahl bis zu 80 Hüben pro Minute betrieben werden kann. Diese Ausführungsform der Presse ermöglicht es, den Schmiedevorgang unter optimalen Randbedingungen hinsichtlich Präzision des Produktes als auch Ausbringung von Bauteilen pro Zeiteinheit durchzuführen.The forging is carried out, for example, on a horizontal forging press, which can preferably be operated with a stroke rate of up to 80 strokes per minute. This embodiment of the press makes it possible to carry out the forging process under optimum boundary conditions with regard to precision of the product as well as application of components per unit of time.

Nach dem Schmiedevorgang kann die Vorform aus der Schmiedehitze zur Weiterverarbeitung gesteuert abgekühlt werden, um in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Ausgangsmaterials bestimmte Gefüge und damit auch bestimmte Werkstückeigenschaften der Vorform einzustellen. Als Variante zur gesteuerten Abkühlung ist auch eine Abkühlung an der Luft denkbar. Diese Variante hat aber hinsichtlich des sich während des Abkühlvorganges ausbildenden Materialgefüges den Nachteil, dass hier möglicherweise Gefüge entstehen, die für eine Weiterbearbeitung in einem nachfolgenden Umformungsprozess nur bedingt geeignet sind. Dem Vorgang des Schmiedens und dem nachfolgenden Abkühlen kann ein Strahlprozess folgen, um falls erforderlich die Vorform von vorhandenem Zunder zu befreien.After the forging process, the preform can be cooled controlled from the forging heat for further processing to adjust certain microstructure and thus certain workpiece properties of the preform depending on the properties of the starting material. As a variant for the controlled cooling and cooling in the air is conceivable. However, this variant has the disadvantage, with regard to the material structure forming during the cooling process, that microstructures possibly arise here which are only of limited suitability for further processing in a subsequent shaping process. The process of forging and subsequent cooling may be followed by a blasting process to free the preform of existing scale, if necessary.

Vor den weiteren Umformungsschritten wird zur Verbesserung der Materialeigenschaft ein Wärmebehandlungsprozess in Form eines Glühprozesses durchgeführt. Hierbei können verschiedene Formen eines Normalglühens zum Einsatz kommen. Vorzugsweise kommt hier ein BF Glühen zum Einsatz. Bei diesem Glühverfahren handelt es sich um ein Glühen zur Erzielung einer bestimmten Zugfestigkeit. Es weist ein Erwärmen der Vorform auf etwa 850 - 950°C mit einem anschließendem Abkühlen und nachfolgendem Anlassen bei ca. 500 - 550°C auf. Vorteilhaft bei dieser Art der Wärmebehandlung ist eine geringe Prozesszeit, die dieses Verfahren besonders wirtschaftlich werden lässt. Als alternatives Glühverfahren kann auch ein BG Glühen zum Einsatz kommen. Das BG Glühen erfolgt bei etwa 900 - 1000°C mit anschließender geregelter Abkühlung zur Erzeugung eines Ferrit-Perlit-Gefüges. Schließlich ist auch der Einsatz eines GKZ Glühens mit dem Ziel, möglich ein Gefüge aus kugeligen Carbiden zu erzeugen, da dieses Verfahren die Kaltumformbarkeit des Materials verbessert.Before the further forming steps, a heat treatment process in the form of an annealing process is performed to improve the material property. In this case, different forms of Normalglühens can be used. Preferably, a BF annealing is used here. This annealing process is annealing to achieve a certain tensile strength. It has a heating of the preform to about 850 - 950 ° C with a subsequent cooling and subsequent tempering at about 500 - 550 ° C. An advantage of this type of heat treatment is a short process time, which makes this process particularly economical. As an alternative annealing method, a BG annealing can also be used. The BG annealing is carried out at about 900-1000 ° C with subsequent controlled cooling to produce a ferrite-pearlite microstructure. Finally, the use of GKZ annealing with the goal of being able to produce a structure of spherical carbides is also possible, since this method improves the cold workability of the material.

Nachdem der Wärmebehandlungsprozess abgeschlossen ist, erfolgt erfindungsgemäß das Umformen der Vorform in eine zumindest teilweise hohle Zwischenform durch Bohrungsdrücken. Vorzugsweise wird das Bohrungsdrücken als Warmumformungsverfahren mit einer erwärmten Vorform durchgeführt. Die Temperatur der Vorform liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 400°C bis 800°C. Es ist auch eine Anwendung des Bohrungsdrückens als Kaltumformverfahren denkbar. Das Bohrungsdrücken selbst kann sowohl von einer Seite als auch von beiden Seiten des Werkstückes bzw. der Vorform durchgeführt werden. Für die Entscheidung welche Prozessvariante zum Einsatz kommen soll, können Parameter wie Bauteilgröße, Bauteilform u.a. Berücksichtigung finden.After the heat treatment process has been completed, according to the invention, the preform is converted into an at least partially hollow intermediate form by means of bore pressures. Preferably, the bore pressing is performed as a hot forming process with a heated preform. The temperature of the preform is preferably in a range of about 400 ° C to 800 ° C. It is also an application of the Bohrungsdrückens as Kaltumformverfahren conceivable. The hole pressing itself can be performed both from one side and from both sides of the workpiece or preform. For the decision which process variant should be used, parameters such as component size, component shape u.a. Consideration.

Zur Optimierung des Bohrdrückprozesses ist es vorteilhaft, ein Schmiermittel auf die Vorform und/oder das Werkzeug aufzutragen. Das Schmiermittel ermöglicht eine Verbesserung der Oberflächengüte der entstehenden Bohrung in der Zwischenform und führt zu einer Erhöhung der Werkzeugstandzeiten, was den Prozess hinsichtlich seiner Wirtschaftlichkeit verbessert. Der Auftrag dieses Schmiermittels kann zum einen derart erfolgen, dass das Schmiermittel in flüssiger Form während des Bohrdrückprozesses auf das Werkstück aufgesprüht wird. Zum anderen ist auch ein Auftrag des Schmiermittels auf das Werkstück vor dem Bohrungsdrückprozess in Form von Tauchen oder ähnlichem denkbar. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass das Schmiermittel nach dem Auftrag trocknen sollte, um sicherzustellen, dass es während der Umformung auch an den gewünschten Stellen zur Verfügung steht.To optimize the Bohrdrückprozesses it is advantageous to apply a lubricant to the preform and / or the tool. The lubricant makes it possible to improve the surface quality of the resulting hole in the intermediate mold and leads to an increase in tool life, which improves the process in terms of its efficiency. The order of this lubricant can on the one hand be such that the lubricant is sprayed in liquid form during the Bohrdrückprozesses on the workpiece. On the other hand, an application of the lubricant to the workpiece before the Bohrungsdrückprozess in the form of diving or the like is conceivable. However, it should be noted that the lubricant should dry after application to ensure that it is available at the desired locations during forming.

Vor den weiteren Umformungsschritten kann es zur Verbesserung der Materialeigenschaft vorteilhaft sein, erneut einen Wärmebehandlungsprozess in Form eines Glühprozesses durchzuführen. Auch hier stehen die vorstehend erläuterten Glühverfahren zur Auswahl. Die Entscheidung, ob und welches der Verfahren zum Einsatz kommt, ist von den Materialeigenschaften und dem Verformungsgrad der Zwischenform abhängig und kann für jeden Prozess neu festgelegt werden.Before the further forming steps, to improve the material property, it may be advantageous to carry out again a heat treatment process in the form of an annealing process. Again, the above-mentioned annealing process to choose from. The decision as to which and which of the methods is used depends on the material properties and the degree of deformation of the intermediate form and can be redefined for each process.

Das Fertigformen der Getriebewelle aus der Zwischenform erfolgt dann durch Rundkneten. Dieser Verfahrensschritt kann direkt nach dem Bohrungsdrücken oder nach dem vorgenannten zusätzlichen Wärmbehandlungsprozess erfolgen.The finished forming the gear shaft from the intermediate form is then done by rotary swaging. This process step can take place directly after the bore pressure or after the aforementioned additional heat treatment process.

Bei dem Verfahrenschritt des Rundknetens entsteht eine Hohlwelle mit optimaler Wandstärke, geringen Wandstärkenunterschieden und einem für die Bauteilfestigkeit optimalen Faserverlauf. Vorzugsweise wird das Rundkneten zur Erstellung der Hohlwelle als Warmumformverfahren mit einer erwärmten Zwischenform durchgeführt. Die Temperatur der Zwischenform liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich von etwa 400°C bis 800°C. Alternativ ist der Einsatz des Rundknetens als Kaltumformungsverfahren vorgesehen.In the process step of rotary kneading creates a hollow shaft with optimum wall thickness, small differences in wall thickness and an optimal fiber resistance for component strength. Preferably, the rotary kneading is performed to create the hollow shaft as a hot forming process with a heated intermediate form. The Temperature of the intermediate form is preferably in a range of about 400 ° C to 800 ° C. Alternatively, the use of rotary kneading is provided as a cold forming process.

Erfolgt das Rundkneten bei erwärmter Zwischenform, wird das fertige Bauteil vor der Weiterverarbeitung gesteuert abgekühlt, um je nach Eigenschaften des Ausgangsmaterials bestimmte Gefüge und damit auch bestimmte gewünschte Eigenschaften des Werkstückes einzustellen. Als Verfahrensvariante zur gesteuerten Abkühlung ist eine Abkühlung an der Luft denkbar. Diese Variante kann, wie vorstehend erläutert, Nachteile hinsichtlich des sich während des Abkühlvorganges ausbildenden Materialgefüges haben. Das dabei entstehende Gefüge ist für eine Weiterbearbeitung im folgenden Fertigungsprozess möglicherweise nur bedingt geeignet. Gegebenenfalls wirkt sich das Gefüge auch störend auf die Eigenschaften des fertigen Bauteiles aus.If the rotary kneading with heated intermediate form, the finished component is controlled cooled before further processing to adjust depending on the properties of the starting material certain microstructure and thus certain desired properties of the workpiece. As a variant of the method for controlled cooling, cooling in air is conceivable. This variant can, as explained above, have disadvantages with regard to the material structure forming during the cooling process. The resulting structure may only be suitable for further processing in the following manufacturing process. Optionally, the structure also has a disturbing effect on the properties of the finished component.

In der vorstehenden Beschreibung werden die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte zur Herstellung einer einstückigen Getriebehohlwelle beschrieben. Sollte es aus Gründen der geometrischen Anforderungen erforderlich sein, eine Welle zwei oder mehrstückig auszuführen, so kann der erfindungsgemäße Verfahrensablauf um einen Verfahrensschritt Fügen, beispielsweise ein Schweißen, ergänzt werden. In diesem Verfahrensschritt werden zwei oder mehr Teilwellenabschnitte zu einer Gesamtwelle verbunden. Dabei kann die Gestaltung der Vorformen derart sein, dass diese in dem Bereich der Fügestelle mit einer Vertiefung, beispielsweise einer Bohrung, versehen sind. Diese Bohrungen bilden nach dem Fügevorgang einen innenliegenden Hohlraum in der Zwischenform.In the above description, the method steps according to the invention for producing a one-piece gear hollow shaft are described. If, for reasons of geometric requirements, it is necessary to design a shaft in two or more parts, the method sequence according to the invention can be supplemented by a method step joining, for example welding. In this method step, two or more partial wave sections are connected to form a total wave. In this case, the design of the preforms can be such that they are provided in the region of the joint with a depression, for example a bore. These holes form after the joining process an internal cavity in the intermediate form.

Hier findet als Fügeverfahren bevorzugt ein Reibschweißen Anwendung. Der Einsatz anderer Fügeverfahren, beispielsweise Pressen, Löten oder auch anderer Schweißverfahren ist ebenfalls denkbar.Here is preferably used as a joining method, a friction welding. The use of other joining methods, for example pressing, soldering or other welding methods is also conceivable.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer Ausführungsform unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert, von denen:

1: eine schematische Schnittdarstellung einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hohlwelle zeigt;
2: eine schematische Schnittdarstellung einer Zwischenform nach dem Bohrungsdrücken zeigt; und
3: eine symbolische Darstellung des Verfahrensablaufes zeigt.

The method according to the invention will be explained in more detail below by way of example with reference to the accompanying drawings, of which:

1 : shows a schematic sectional view of a hollow shaft produced by the method according to the invention;
2 Fig. 3 shows a schematic sectional view of an intermediate mold after the bore presses; and
3 : shows a symbolic representation of the procedure.

Die 1 zeigt eine Hohlwelle 1, die den gesamten erfindungsgemäßen Verfahrensablauf durchlaufen hat. Die Darstellung zeigt deutlich, dass die Stärke der Wandung 2 über die gesamte Länge der Hohlwelle 1 nahezu konstant ist. Auch im Bereich von Durchmesseränderungen verändert sich die Stärke der Wandung 2 nur unwesentlich. Eine Materialanhäufung 3, beispielsweise ein Bund, findet sich in den Bereichen, in denen im weiteren Fertigungsprozess beispielsweise eine Verzahnung oder ein Lagersitz aufgebracht wird, um das für die weitergehende zumeist spanabhebende Bearbeitung notwendige Material vorzuhalten. Die dargestellte Hohlwelle ist durchgängig mit einer Bohrung 4 versehen.The 1 shows a hollow shaft 1 which has undergone the entire process sequence according to the invention. The illustration clearly shows that the strength of the wall 2 over the entire length of the hollow shaft 1 is almost constant. Also in the range of changes in diameter, the strength of the wall changes 2 only insignificant. A material accumulation 3 , For example, a covenant is found in the areas in which, for example, a toothing or a bearing seat is applied in the further manufacturing process in order to maintain the necessary material for the further machining mostly. The illustrated hollow shaft is continuous with a bore 4 Mistake.

In 2 wird eine Zwischenform 5 dargestellt. Diese Zwischenform 5 hat lediglich die Verfahrensschritte bis zum Bohrungsdrücken durchlaufen. Dargestellt ist die durch Gesenkschmieden hergestellte Schmiedekontur 6 und die durch das Bohrungsdrücken eingebrachten Bohrungen 4' und 4". In der dargestellten Zwischenform 5 wurden die Bohrungen 4' und 4" von beiden einander entgegen gesetzten Wellenenden aus eingebracht. In etwa der Mitte der Zwischenform 5 wurde zum Beispiel eine erste Materialanhäufung 7a im Bereich zwischen den Bohrungen 4' und 4" und eine zweite Materialanhäufung 7b im etwa mittigen Außenumfangsbereich der Schmiedekontur 6 zurückgelassen. Die Materialanhäufung 7a kann nach dem Bohrungsdrücken durch die Einleitung einer zusätzlichen Axialkraft und einem Vorschub des Drückstempels in axialer Richtung entfernt werden.In 2 becomes an intermediate form 5 shown. This intermediate form 5 has only gone through the process steps to the hole pressures. Shown is the forging contour produced by drop forging 6 and the holes introduced by the bore press 4 ' and 4 ' , In the illustrated intermediate form 5 were the holes 4 ' and 4 ' introduced from both mutually opposite shaft ends. In about the middle of the intermediate form 5 became for example a first material accumulation 7a in the area between the holes 4 ' and 4 ' and a second accumulation of material 7b in the approximately central outer peripheral region of the forging contour 6 left behind. The material accumulation 7a can be removed in the axial direction after the hole pressing by the introduction of an additional axial force and a feed of the punch.

Die 3 zeigt in symbolischer Darstellung die einzelnen Verfahrensschritte und deren Reihenfolge. Der Verfahrensablauf beginnt in einer Wärmeanlage 8 zum Erwärmen eines stangenförmigen Halbzeuges 9, an welchen sich dann eine Abschervorrichtung 10 zum Abscheren eines Rohlings 11 von dem Halbzeug 9 anschließt. Danach wird der Rohling 11 einer Schmiedepresse 12 zugeführt, wo er in einem Gesenk 13 zur Vorform geschmiedet wird. Nach dem Gesenkschmieden wird die Vorform einem ersten Glühofen 14a zugeführt, in dem ein erster Glühprozess erfolgt. Nach dem Glühprozess kann die Vorform in einer entsprechenden Kühlvorrichtung (nicht dargestellt) gesteuert angekühlt werden. Der Wärmebehandlung in dem Glühofen 14a ist eine Maschine 15 zum Bohrungsdrücken nachgeschaltet. Nach dem Bohrungsdrücken in der entsprechenden Maschine 15 wird eine so erhaltene Zwischenform 5 in einen zweiten Glühofen 14b gegeben und einem zweiten Glühprozess unterzogen. Zum Abschluss der dargestellten Prozesskette wird in einer geeigneten Anlage 16 ein Rundkneten der Außenkontur durchgeführt, um als fertiges Endprodukt die Hohlwelle 1 zu erhalten. Schließlich kann die Hohlwelle 1 in einer entsprechenden Kühlvorrichtung (nicht dargestellt) gesteuert abgekühlt werden.The 3 shows a symbolic representation of the individual process steps and their sequence. The process starts in a thermal plant 8th for heating a rod-shaped semi-finished product 9 , to which then a shearing device 10 for shearing a blank 11 from the semifinished product 9 followed. Then the blank is 11 a forging press 12 fed where he is in a die 13 forged to preform. After swaging, the preform becomes a first annealing furnace 14a fed, in which a first annealing process takes place. After the annealing process, the preform may be cooled in a controlled manner in a corresponding cooling device (not shown). The heat treatment in the annealing furnace 14a is a machine 15 downstream of the bore press. After drilling press in the appropriate machine 15 becomes an intermediate form thus obtained 5 in a second annealing furnace 14b given and subjected to a second annealing process. At the end of the illustrated process chain is in a suitable plant 16 a rotary swaging of the outer contour carried out to the finished end product, the hollow shaft 1 to obtain. Finally, the hollow shaft 1 be cooled controlled in a corresponding cooling device (not shown).

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Hohlwellehollow shaft
22: Wandungwall
33: Materialanhäufungmaterial accumulation
4, 4', 4"4, 4 ', 4 ": Bohrungdrilling
55: Zwischenformintermediate form
66: Schmiedekonturwrought contour
7a, 7b7a, 7b: Materialanhäufungmaterial accumulation
88th: Wärmeanlageheating system
99: HalbzeugWorkpiece
1010: Abschervorrichtungshearing
1111: Rohlingblank
1212: Schmiedepresseforging press
1313: Gesenkdie
14a, 14b14a, 14b: Glühofenannealing furnace
1515: Maschine zum BohrungsdrückenMachine for drilling press
1616: Maschine zum RundknetenMachine for rotary kneading

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle (1) aus Halbzeugen (9) mit den folgenden Schritten: - Herstellen einer Vorform durch Schmieden; - Durchführen einer Wärmebehandlung der Vorform; - Umformen der Vorform in eine zumindest teilweise hohle Zwischenform (5) durch Bohrungsdrücken; und - Rundkneten der Zwischenform (5) zu einer Hohlwelle (1) mit einer im Verlauf der Hohlwelle (1) im Wesentlichen gleichen Wandstärke.Method for producing a hollow shaft (1) from semi-finished products (9) with the following steps: - making a preform by forging; - performing a heat treatment of the preform; - Forming the preform in an at least partially hollow intermediate mold (5) by drilling pressures; and - Rotary kneading of the intermediate mold (5) to a hollow shaft (1) with a in the course of the hollow shaft (1) substantially the same wall thickness.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (9) vor dem Schmieden stangenförmig ist.Method according to Claim 1 , characterized in that the semi-finished product (9) is rod-shaped before forging.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (9) vor dem Schmieden auf etwa 1000°C bis 1200°C erwärmt wird.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that the semi-finished product (9) is heated to about 1000 ° C to 1200 ° C before forging.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmieden ein Warmschmieden ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the forging is a hot forging.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmieden ein Gesenkschmieden ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the forging is a drop forging.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geschmiedete Vorform eine oder mehrere Materialanhäufungen (3) aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the forged preform has one or more accumulations of material (3).

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiedevorgang die Schritte Stauchen, Vorformen, Fertigformen und/ oder Abgraten aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the forging process comprises the steps upsetting, preforming, finish forming and / or trimming.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schmiedens ein Kühlschmierstoff aufgebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the forging a cooling lubricant is applied.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmieden auf einer Schmiedepresse (12) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the forging takes place on a forging press (12).

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubzahl der Schmiedepresse (12) bis zu 80 Hübe pro Minute beträgtMethod according to Claim 9 , characterized in that the stroke rate of the forging press (12) is up to 80 strokes per minute

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorform nach dem Schmieden gesteuert abgekühlt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the preform is cooled controlled after forging.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung ein Glühverfahren ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the heat treatment is an annealing process.

Verfahren nach eine der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Vorformen zu einer Zwischenform (5) gefügt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that two or more preforms are joined to form an intermediate mold (5).

Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrerer Formformen mit axialen Bohrungen derart gefügt werden, dass eine Zwischenform (5) mit einem innen liegenden Hohlraum entsteht.Method according to Claim 13 , characterized in that two or more molds are joined with axial bores such that an intermediate mold (5) is formed with an internal cavity.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrungsdrücken bei erwärmter Vorform erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the bore pressing takes place when the preform is heated.

Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Vorform beim Bohrungsdrücken etwa 400°C bis 800°C beträgt.Method according to Claim 15 , characterized in that the temperature of the preform at the hole pressures is about 400 ° C to 800 ° C.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bohrungsdrücken ein Schmiermittel verwendet wird, das vor und/ oder während der Bohrungsdrückens aufgebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the hole pressing a lubricant is used, which is applied before and / or during the Bohrungsdrückens.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bohrungsdrücken ein Wärmebehandlungsprozess erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that after the hole pressing a heat treatment process takes place.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rundkneten bei erwärmter Zwischenform (5) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the rotary kneading takes place with heated intermediate mold (5).

Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Zwischenform (5) beim Rundkneten etwa 400°C bis 800°C beträgt. Method according to Claim 19 , characterized in that the temperature of the intermediate mold (5) in the rotary swaging is about 400 ° C to 800 ° C.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (1) nach dem Rundkneten gesteuert abgekühlt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the hollow shaft (1) is cooled controlled after the rotary swaging.