DE19723073C2 - Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Werkstücks - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen WerkstücksInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
rotationssymmetrischen Werkstücks aus einer Blechronde, an
der ein verdickter, im wesentlichen radial verlaufender Um
fangsbereich ausgebildet wird.
Ein gattungsgemäßes Verfahren geht beispielsweise aus der
DE 38 06 024 C1 hervor. Bei diesem bekannten Verfahren wird
an den Randbereich einer rotierenden Blechronde eine
Stauchrolle zugestellt, welche an ihrem Umfang eine halb
kreisförmig ausgebildete Stauchnut aufweist. Mittels der
Stauchrolle wird der Randbereich der Blechronde gestaucht,
wobei durch die Stauchnut ein im Querschnitt etwa trop
fenförmiger verdickter Randbereich ausgeformt wird. Inner
halb des verdickten Randbereichs entsteht eine ungleich
mäßige Gefügestruktur des Werkstoffs. Bei diesem bekann
ten Verfahren kann eine Materialverdickung nur an einem
relativ schmalen Bereich ausgeformt werden. Zudem ist beim
radialen Stauchen das Umformvermögen des Werkstoffs relativ
schnell erschöpft, so daß keine größere Materialansammlung
erzeugt werden kann. Schließlich ist die Ausführung dieses
Verfahrens auf eine Drückwalzmaschine beschränkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen
Werkstücks aus einer Blechronde anzugeben, welches einfach
ausführbar ist, und bei dem eine definierte Materialver
dickung bei einer weitgehend gleichmäßigen Gefügestruktur
erzielbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß
den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei dem erfindungsge
mäßen Verfahren ist kennzeichnend, daß der Umfangsbereich
der Blechronde unter gleichzeitiger Verringerung des Außendurchmessers der Blechronde von einem
ersten Durchmesser auf einen zweiten Durchmesser in einer axialen Richtung aus der Ebene der
Blechronde heraus umgeformt wird, wobei der umgeformte Umfangsbereich
in der axialen Richtung hinterschneidungsfrei ist,
daß der umgeformte Umfangsbereich der Blechronde un
ter Beibehaltung des zweiten Durchmessers in axialer Rich
tung zu der Ebene der Blechronde hin flachgedrückt wird und
daß dabei der umgeformte Umfangsbereich zu einer radial
verlaufenden Materialverdickung umgeformt wird.
Zur Erzeugung einer Verdickung in der Blechronde bedarf es
lediglich einer Axialbewegung. Das erfindungsgemäße Verfah
ren kann daher sowohl auf einer Presse als auch auf einer
Drückwalzmaschine ausgeführt werden. Zudem kann eine Mate
rialverdickung in einem relativ breiten Umfangsbereich ein
gestellt werden, wobei über den gesamten Bereich eine
gleichmäßige Kaltverfestigung und somit eine nahezu homoge
ne Gefügestruktur erzielt wird.
Eine besonders hohe Materialverdickung kann erfindungsgemäß
dadurch erreicht werden, daß das Umformen und das Flach
drücken in axialer Richtung mehrfach hintereinander ausge
führt wird und dabei die Materialverdickung weiter verdickt
wird. Nachdem der umgeformte Bereich der Blechronde zur
Materialverdickung flachgedrückt wurde, wird der verdickte
Bereich wieder wie oben umgeformt. Dieser Bereich wird dann
erneut flachgedrückt, wobei sich die Materialdicke des Um
fangsbereichs erhöht. Der Außendurchmesser der Blechronde
nimmt dabei weiter ab, d. h., Material aus dem Randbereich
dient zum Bilden der Materialverdickung. Dieser Vorgang
kann beliebig oft wiederholt werden, bis die gewünschte
Wandstärke an der Blechronde erreicht ist.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens besteht darin, daß das Werkstück vor einem erneu
ten Umformen und Flachdrücken in axialer Richtung wärmebe
handelt wird. Somit wird verhindert, daß das Umformvermö
gen des Werkstoffs erschöpft wird und es zu einer Rißbil
dung kommen kann. Auf diese Weise kann nahezu unabhängig
von den Werkstoffeigenschaften der Blechronde in dem zu
verdickenden Umfangsbereich eine Wandstärke eingestellt
werden, welche ein Mehrfaches der Ausgangswandstärke der
Blechronde ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vor
gesehen, daß als Profil ein Kreisbogen oder eine Anwinke
lung geformt wird. Das im Querschnitt kreisbogenförmige
Profil kann beispielsweise die Form eines Viertel- oder
Halbkreisbogens aufweisen. Selbstverständlich ist auch jede
andere beliebige Kurvenform möglich, welche in axialer
Richtung hinterschneidungsfrei ist.
Um den zu verdickenden Umfangsbereich mit einer definierten
Form zu erzeugen, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, daß
die zu bildende Materialverdickung an ihrer radial innen
liegenden Seite durch einen Niederhalter begrenzt wird,
welcher beim Flachdrücken zentrisch auf die Blechronde ge
drückt wird. Der zumeist scheibenförmig ausgebildete Nie
derhalter verhindert einen unerwünschten Materialfluß ra
dial nach innen, so daß die Blechronde in dem Bereich des
Niederhalters ihre ursprüngliche Wandstärke beibehält.
Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist es von
Vorteil, daß in die Materialverdickung ein Nut- oder Ver
zahnungsprofil eingeformt wird. So kann aus der Blechronde
beispielsweise ein Kettenrad mit materialverstärkten Ket
tenzähnen oder ein anderes Getriebeteil gefertigt werden.
In bevorzugter Weise ist das erfindungsgemäße Verfahren da
durch weitergebildet, daß die radial verlaufende Material
verdickung zum Bilden einer im wesentlichen zylindrischen
Wandung umgelegt wird. Dieser Umformschritt kann sowohl auf
einer Presse als auch auf einer Drück- oder Drückwalzma
schine durchgeführt werden. Es entsteht so ein topfförmiges
Werkstück, welches in vielfältiger Weise zur Fertigung ei
nes Getriebeteiles verwendet werden kann.
Besonders bevorzugt ist, daß an eine Außen- und/oder Innen
seite der zylindrischen Wandung ein Nut- oder Verzahnungs
profil eingeformt wird. So gefertigte Getriebeteile werden
insbesondere als Riemenscheiben mit umlaufenden oder axial
gerichteten Nuten für Poly-V-Riemen bzw. Zahnriemen einge
setzt.
Es ist erfindungsgemäß, daß zumindest das Flachdrücken auf
einer Drückwalzmaschine ausgeführt wird. Auf der Drückwalz
maschine kann dann auch das Einformen eines Nut- oder Ver
zahnungsprofils und gegebenenfalls ein Umformen der ver
dickten Blechronde zu einem zylindrischen Werkstück durch
geführt werden. Das Formen des profilierten Umfangsbereichs
kann grundsätzlich auch auf einer Drückwalzmaschine durch
radiales Zustellen einer konturierten Drück- oder Bordier
rolle erzeugt werden. Ist jedoch bei der Blechronde eine
Umformung auch im Nabenbereich durch eine Preß- oder Stanz
bearbeitung notwendig, so kann diese zusammen mit der Pro
filierung in einem ersten Arbeitsschritt ausgeführt werden.
Die Erfindung wird anhand von bevorzugten Ausführungsbei
spielen weiter erläutert, welche in den Zeichnungen schema
tisch dargestellt sind.
In den Zeichnung zeigen:
Fig. 1 bis 6 Verfahrensschritte bei der Herstellung einer
Poly-V-Riemenscheibe gemäß der Erfindung;
Fig. 7 bis 13 Verfahrensschritte bei einer mehrfachen Wand
stärkenverdickung gemäß der Erfindung;
Fig. 14 bis 20 Verfahrensschritte bei der Fertigung einer
Poly-V-Riemenscheibe nach einer Variante der Er
findung;
Fig. 21 bis 26 Verfahrensschritte bei der Fertigung einer
Poly-V-Riemenscheibe gemäß einer weiteren Vari
ante der Erfindung;
Fig. 27 bis 32 Verfahrensschritte bei der Fertigung einer
Poly-V-Riemenscheibe nach einer weiteren er
findungsgemäßen Verfahrensvariante; und
Fig. 33 eine schematische Teilquerschnittsansicht durch
eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungs
gemäßen Verfahrens.
Mit Bezug auf die Fig. 1 bis 6 wird die Fertigung einer
Poly-V-Riemenscheibe 20 erläutert, welche aus einer ebenen
Blechronde 10 gefertigt wird. Die kreisscheibenförmige
Blechronde 10 mit einer Mittenachse 11 wird mit einem pro
filierten Umfangsbereich 12 versehen. Durch diese Umformung
wird eine Anwinkelung in einem spitzen Winkel zur Ausgangs
ebene der Blechronde 10 erzeugt. Die Wandstärke des Um
fangsbereichs 12 bleibt beim Umformen nahzu unverändert und
der Außendurchmesser des Werkstücks wird reduziert.
Gleichzeitig kann mit der Ausbildung der geraden Anwinke
lung ein zylindrischer Nabenbereich 13, beispielsweise dur
ch Stanzen und Tiefziehen, geformt werden.
Unter Beibehaltung des verringerten Außendurchmessers wird
der angewinkelte Umfangsbereich 12 parallel zur Mitten
achse 11 zurück in Richtung der Ausgangsebene der Blech
ronde 10 gestaucht. Bei diesem Stauchvorgang entsteht eine
definierte Materialverdickung 14, wie sie aus Fig. 3 zu
ersehen ist. Abhängig von der Ausbildung der verwendeten
Werkzeuge kann die erzeugte Materialansammlung nur an einer
Seite des Ausgangsmaterials hervorstehen, wie es in Fig. 3
gezeigt ist. Alternativ kann eine Materialverdickung 14a
gemäß Fig. 3a vorgesehen werden, wobei die Materialansamm
lungen zu beiden Seiten des Ausgangsmaterials ausgebildet
sind.
Das so verdickte Werkstück wird bei dem gezeigten
Ausführungsbeispiel zu einer Poly-V-Riemenscheibe 20 span
los umgeformt. Hierzu wird die Materialverdickung 14 im we
sentlichen rechtwinklig zu einer zylindrischen Wandung 15
umgelegt. Diese zylindrische Wandung 15 weist gegenüber dem
radial innenliegenden Nabenbereich 13 eine deutlich erhöhte
Wanddicke auf. Die zylindrische Wandung 15 kann mittels
Drückrollen und einem entsprechend ausgebildeten Drückfut
ter an einer Drückwalzmaschine zu einer Riemenaufnahme
fläche 16 umgeformt werden, in die anschließend ein Nut
profil 17 zur Fertigstellung der Poly-V-Riemenscheibe 20
eingeformt wird.
Eine besonders hohe Wandstärkenverdickung wird mit der Ver
fahrensvariante gemäß den Fig. 7 bis 13 erreicht. Hier
bei wird die Blechronde 10 entsprechend den zuvor beschrie
benen Verfahrensschritten nach den Fig. 1 bis 3 zu einem
Werkstück geformt, welches neben einem Nabenbereich 13 eine
erste Materialverdickung 14 aufweist. Diese erste Material
verdickung 14 wird entsprechend dem vorausgegangenen Ver
fahrensschritt nochmals zu einer Anwinkelung 21 umgeformt,
wobei sich der Außendurchmesser des Werkstücks weiter ver
ringert. Diese zweite Anwinkelung 21 wird dann erneut in
axialer Richtung in die Ebene der Ausgangsblechronde ge
staucht, wobei eine noch stärkere zweite Materialver
dickung 22 gebildet wird. Um noch mehr Material im Umfangs
bereich anzusammeln, wird das Werkstück in seinem Umfangs
bereich nochmals zu einer dritten Anwinkelung 23 umgeformt,
welche dann erneut in axialer Richtung zu einer dritten,
noch stärkeren Materialverdickung 24 gestaucht wird. Die
Verfahrensschritte können so lange wiederholt werden, bis
die gewünschte Wandstärke im Umfangsbereich erreicht ist.
In den Fig. 9a, 11a und 13a sind jeweils alternative
Ausformungen der jeweiligen Materialverdickungen 14, 22, 24
gezeigt.
In den Fig. 14 bis 20 ist eine Verfahrensvariante darge
stellt, bei der die Blechronde 10 mit einem Umfangsbereich
12b versehen wird, welcher im gezeigten Halbschnitt vier
telkreisbogenförmig ausgebildet ist. Durch axiales Flach
drücken des kreisbogenförmigen Umfangsbereichs wird eine
gewünschte Materialverdickung 14b im Randbereich der Blech
ronde 10 erzeugt. Auch hierbei kann die Materialansammlung
zu beiden Seiten des Ausgangswerkstücks entsprechend Fig.
14a erfolgen. Die so verdickte Blechronde 10 wird an
schließend einer Tiefzieh- und Stanzbearbeitung unterwor
fen, um einen gewünschten Nabenbereich 13b zu erzeugen. Die
Verfahrensschritte gemäß den Fig. 18 bis 20 zur Erzeu
gung einer Poly-V-Riemenscheibe 20b verlaufen entsprechend
den Verfahrensschritten, die im Zusammenhang mit den
Fig. 4 bis 6 bereits erläutert wurden.
Eine weitere Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens
geht aus den Fig. 21 bis 26 hervor. In einem Randbereich
der ebenen Blechronde 10c wird ein Umfangsbereich 12c ein
geformt, welcher im Querschnitt ein nahezu halbkreisförmi
ges Profil aufweist. Der Umfangsbereich 12c erstreckt sich
von der Randkante bis zu einem Durchmesser, an welchem die
Blechronde 10c unverformt ist. Zwischen diesem Durchmesser
und der Randkante wird durch Flachdrücken des profilierten
Umfangsbereichs 12c eine Materialverdickung 14c erzeugt.
Mögliche Querschnittsformen dieser Materialverdickung 14c
sind den Fig. 23 und 23a zu entnehmen. Zur Herstellung
einer Poly-V-Riemenscheibe 20c wird die Materialverdickung
14c etwa rechtwinklig zu einer zylindrischen Wandung 15c
umgebogen, welche anschließend zur Bildung einer Riemen
aufnahmefläche 16c weiter umgeformt wird. Im Gegensatz zu
den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen kann ein
Nabenbereich 13c mit einem definierten Lochbild erst dann
ausgeformt werden, wenn die Blechronde 10 bereits zu einer
topfförmigen Vorform mit einer verdickten zylindrischen
Wandung 15c geformt ist. Das Ausbilden eines Nutprofils 17c
zur Fertigstellung der Poly-V-Riemenscheibe 20c erfolgt
entsprechend dem vorher beschriebenen.
Die Fertigung einer Riemenscheibe 20b, bei der ein Nut
profil 17d nur an einem Teilbereich einer zylindrischen
Wandung ausgebildet ist, wird in Verbindung mit den
Fig. 27 bis 32 erläutert. Die ebene Blechronde 10d wird
zunächst in einem Tiefzieh- und Stanzschritt zu einer Vor
form bearbeitet, welche in Fig. 28 dargestellt ist. Diese
Vorform weist einen topfförmigen Nabenbereich 13d mit einer
zur Mittenachse 11d koaxialen Nabenwandung 18d auf. An die
se Nabenwandung 18d schließt sich ein radial verlaufender
Bereich an, welcher in den profilierten Umfangsbereich 12d
mündet. Der Umfangsbereich 12d ist mit einem im Querschnitt
viertelkreisbogenförmigen Profil ausgebildet, wobei die
axiale Länge der Vorform durch die Länge der Nabenwandung
18d bestimmt ist. Nach einer Erzeugung der Materialver
dickung 14d durch ein vorbeschriebenes Flachdrücken wird
die Materialverdickung 14d zur Bildung der zylindrischen
Wandung 15d umgelegt. Die zylindrische Wandung 15d wird da
bei gestuft zur der topfförmigen Nabenwandung 18d ausgebil
det, wobei beide Wandungen über einen radial verlaufenden
Steg 19d miteinander verbunden sind. Die Wandstärke des
Stegs 19d entspricht der Ausgangswandstärke der Blechronde
10d. Die verdickte zylindrische Wandung 15d wird, wie zuvor
bereits beschrieben, mit einem Nutprofil 17d versehen, um
die Riemenscheibe 20d fertigzustellen.
Eine Vorrichtung 30 zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist in Fig. 33 gezeigt. Ein Drückfutter 31 ist
an einer rotierbaren Spindel 32 befestigt. Die Frontseite
des Drückfutters 31 ist zur Aufnahme einer vorgeformten
Blechronde 10 mit einem profilierten Umfangsbereich 12 aus
gebildet. Mittels eines scheibenförmigen Niederhalters 33
wird die vorgeformte Blechronde 10 an dem Drückfutter 31
kraftschlüssig gehalten. Der Außendurchmesser des schei
benförmigen Niederhalters 33 dient gleichzeitig zur inne
ren Begrenzung der zu bildenden Materialverdickung 14.
Eine Rondenaußenführung 34 ist über ein Keilnutprofil 35 an
dem Druckfutter 31 drehfest, aber axial verschiebbar ange
gebracht. Eine Federeinrichtung 36 ist vorgesehen, welche
die Rondenaußenführung 34 von der Spindel 32 in eine vor
dere Position drückt, wie in der linken Seite der Fig. 33
dargestellt ist. Die Rondenaußenführung 34 dient zur Zen
trierung der vorgeformten Blechronde 10 sowie zur Außenbe
grenzung der zu bildenden Materialverdickung 14. In der
Ausgangsposition liegt die Außenkante der vorgeformten
Blechronde 10 mit dem profilierten Umfangsbereich 12 an der
Innenseite der Rondenaußenführung 34 an.
Zur Verdickung wird an die mit dem Drückfutter 31 rotieren
de Blechronde 10 eine Drückwalzeinrichtung 37 axial zuge
stellt. Die Drückwalzeinrichtung 37 umfaßt mehrere kegel
stumpfförmige Glattwalzrollen 38. Diese sind über zur Ro
tationsachse 40 angewinkelte Rollenachsen 39 gegenüber
einem Rahmen der Drückwalzeinrichtung 37 drehbar gelagert.
Die Kegelstumpfform der Glattwalzrollen 38 und die Schräg
stellung der Rollenachsen 39 sind so aufeinander abge
stimmt, daß die Glattwalzrollen 38 den profilierten Um
fangsbereich 12 der vorgeformten Blechronde 10 parallel zur
radial verlaufenden Frontseite des Drückfutters 31 flach
drücken und glattwalzen. Bei einer axialen Zustellung der
Drückwalzeinrichtung drückt diese die Rondenaußenführung 34
entgegen der Wirkung der Federeinrichtung 36 zum Drückfut
ter 31. Der profilierte Umfangsbereich 12 wird dabei flach
gedrückt und verdichtet. Nach Erzeugung der Materialverdic
kung 14 zwischen dem Innendurchmesser der Rondenaußenfüh
rung 34 und dem Außendurchmesser des Niederhalters 33 wer
den die Drückwalzeinrichtung 37 und der Niederhalter 33 in
ihre Ausgangsstellung zurückgefahren und die verdickte
Blechronde 10 kann entnommen werden.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen
Werkstücks aus einer Blechronde (10), an der ein ver
dickter, im wesentlichen radial verlaufender Umfangs
bereich ausgebildet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Umfangsbereich der Blechronde (10) unter gleichzeitiger Verringerung des Außendurchmessers der Blechronde (10) von einem ersten Durchmesser auf einen zweiten Durchmesser in einer axialen Richtung aus der Ebene der Blechronde (10) heraus umgeformt wird, wobei der umgeformte Umfangsbereich (12) in der axialen Rich tung hinterschneidungsfrei ist,
daß der umgeformte Umfangsbereich (12) der Blechronde (10) unter Beibehaltung des zweiten Durchmessers in axialer Richtung zu der Ebene der Blechronde (10) hin flachgedrückt wird, und
daß dabei der umgeformte Umfangsbereich (12) zu einer radial verlaufenden Materialverdickung (14) umgeformt wird.
daß der Umfangsbereich der Blechronde (10) unter gleichzeitiger Verringerung des Außendurchmessers der Blechronde (10) von einem ersten Durchmesser auf einen zweiten Durchmesser in einer axialen Richtung aus der Ebene der Blechronde (10) heraus umgeformt wird, wobei der umgeformte Umfangsbereich (12) in der axialen Rich tung hinterschneidungsfrei ist,
daß der umgeformte Umfangsbereich (12) der Blechronde (10) unter Beibehaltung des zweiten Durchmessers in axialer Richtung zu der Ebene der Blechronde (10) hin flachgedrückt wird, und
daß dabei der umgeformte Umfangsbereich (12) zu einer radial verlaufenden Materialverdickung (14) umgeformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Umformen und das Flachdrücken in axialer
Richtung mehrfach hintereinander ausgeführt wird und
dabei die Materialverdickung (14) weiter verdickt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkstück vor einem erneuten Umformen und
Flachdrücken in axialer Richtung wärmebehandelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Profil ein Kreisbogen oder eine Anwinkelung
geformt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zu bildende Materialverdickung (14) an ihrer
radial innenliegenden Seite durch einen Niederhalter
(33) begrenzt wird, welcher beim Flachdrücken auf die
Blechronde (10) gedrückt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß in die Materialverdickung (14) ein Nut- oder
Verzahnungsprofil eingeformt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die radial verlaufende Materialverdickung (14) zum
Bilden einer im wesentlichen zylindrischen Wandung
(15) umgelegt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß an eine Außen- und/oder Innenseite der zylindri
schen Wandung (15) ein Nut- oder Verzahnungsprofil
(17) eingeformt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest das Flachdrücken auf einer Drückwalz
maschine ausgeführt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1997123073 DE19723073C2 (de) | 1997-06-02 | 1997-06-02 | Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Werkstücks |
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DE1997123073 Expired - Fee Related DE19723073C2 (de) | 1997-06-02 | 1997-06-02 | Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Werkstücks |
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