DE3422354A1 - Process and apparatus for producing hardened toothings - Google Patents

Abstract

A hardened toothing is produced in any way and, if appropriate, is ground. This toothing is then rolled over (without causing any permanent macro-change of shape) in the tooth spaces by means of at least one roller (8) revolving in a planetary manner in a rotating rolling head (7), in such a way that successive rolling operations overlap one another. Stresses are thereby generated in the workpiece (4). The toothings produced according to the invention have, in comparison with conventional hardened toothings, an improvement in the tooth-root alternating-load resistance and in the tooth-flank strength. <IMAGE>

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen gehärteterMethod and apparatus for producing hardened

Verzahnungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens Dabei wird in an sich bekannter Weise eine Verzahnung durch spanende oder sparllose Formgebung hergestellt und gehärtet. Nac dem Härten vorhandene Formungenauigkeiten werden nötigenfalls durch Schleifen korrigiert.Toothings The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a device for performing the method according to the invention Here, in a known manner, a toothing is made by cutting or without cutting Shaping made and hardened. Inaccuracies in shape after hardening are corrected by grinding if necessary.

Die in bekannter Weise hergestellten gehärteten Verzahnungen lassen hinsichtlich ihrer Belastbarkeit Wünsche übrig. Let the hardened teeth produced in a known manner to be desired in terms of their resilience.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde im Sinne der Ermoglichung höherer Belastbarkeit bei kleinerem oder höchstens gleichem Cewicht der Getriebe, in dieser Hinlicht verbesserte gehärtete Verzahnungen zu schaffen. The invention is based on the object in the sense of making it possible higher load capacity with less or at most the same weight of the gear unit, to create improved hardened gears in this context.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird das im Anspruch 1 definie r L e Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung vorgeschlagen. The method defined in claim 1 is used to solve this problem and a device for its implementation is proposed.

ei der spanlosen Erzeugung von Verzahnungen nach dem bekannten GROB-VERFAHREN (vgl. z.B. DE-PS 1 016 222)ergeben sich gesteigerte Zahnfuss-Wechsellastfestigkeit und Zahnflankenfestigkeit gegenüber einer spanenden Erzeugung einer Verzahnung aus dem gleichen Werkstoff. Beim anschliessenden Härten gehen aber diese gesteigerten Festigkeiten mindestens teilweise wieder verloren, was auf den Rekristallisationsvorgang zurückgeführt wird. ei the non-cutting production of gears using the well-known GROB PROCESS (see e.g. DE-PS 1 016 222) the tooth root resistance to alternating loads is increased and tooth flank strength compared to the machining of a tooth system the same material. During the subsequent hardening, however, these increase Strengths at least partially lost again, which is due to the recrystallization process is returned.

Währen man beliebig erzeugte Verzahnungen im ungehärteten Zustand nach einem GROB-Verfahren besonderer Art überwalzen kann um Formungenauigkeit zu beseitigen, sind dabei erhaltene Verbesserungen der bereits genannten Festigkeitwerte dem Abbau beim Härten ebenfalls unterworfen. While you can create any gears in the unhardened state according to a special type of GROB process can be rolled over in order to reduce shape inaccuracy eliminate, are thereby obtained improvements of the strength values already mentioned also subject to degradation during hardening.

Man hat deshalb versucht, dieses Nachwalzen unter Formkorrektur auch bei gehärteten Verzahnungen vorzunehmen, was aber zur Beschädigung oder Zerstörung der Verzahnungen führte, weil sich die gehärtete äussere Schicht vom weicheren Kern trennte. Attempts have therefore been made to re-roll this with shape correction even to be carried out with hardened gears, but this can lead to damage or destruction of the teeth, because the hardened outer layer is separated from the softer core separated.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass bei dem erfindungsgemässen Kaltwalzv&rgang (ohne Makro-Formveränderung) eine wesentliche Verbesserung der Zahnfuss-Wechsellastfestigkeit und der Zahnflankenfestigkeit erreicht werden kann. It has now surprisingly been found that in the inventive Cold rolling process (without macro-shape change) a significant improvement in the Tooth root alternating load strength and the tooth flank strength can be achieved.

Man wird vorzugsweise die Walzen so auf das Werkstück auftreffen lassen, dass sich lediglich im elastischen Verformungsbereich von weniger als 0,1 mm eine vorübergehende Verformung am Werkstück ergibt. The rollers will preferably hit the workpiece in this way let that only in the elastic deformation range of less than 0.1 mm results in a temporary deformation on the workpiece.

Allenfalls vorhandene Schleifriefen können beim erfindungs gemässen Verfahren geglättet wer den, so dass ein viel ruhigerer Lauf derartiger Verzahnungen erreichbar ist, was man sonst durch eine zusätzliche (und die Festigkeit nicht verbessernde) aufwendige Behandlung zu erreichen sucht. Any sanding marks that may be present can be used in accordance with the fiction The process is smoothed out, so that such gears run much more smoothly what can otherwise be achieved by an additional (and not improving the strength) seeks to achieve costly treatment.

Es ist vorteilhaft, wenn man eine Zahnlücke vollständig durchwalzt bevor das Werkstück so weitergedreht wird, dass man eine andere Zahnlücke mit den Walzen des gleichen Walzkopfes walzen kann. Dabei kann man nämlich mit einer hohen Walzkopfdrehzahl und vielen Walzen im Walzkopf arbeiten, was entsprechend hohe Vorschubgeschwindigkeiten des Werkstückes erlaubt. Die Drehbewegung nach dem Beenden des Walzens einer Zahnlücke kann dann gewissermassen geruhsam erfolgen, ohne einen nennenswerten Unterbruch zu erbringen. Man kann dann das Werkstück im umgekehrten Vorschubsinne in der nächsten Zahnnut überwalzen, oder (wenn das für günstig erachtet würde) auch das Werkstück in Ausgangslage längs zurückführen und im gleichen Walzsinne überwalzen. Beim Hin-und-her-Walzen kann man mit gleichsinnig laufende Walzkopf oder unter Drehsinnumkehr des Walzkopfes arbeiten. It is advantageous to roll through a tooth gap completely before the workpiece is rotated further so that another tooth gap can be found with the Rolling the same roller head can roll. You can with a high The roller head speed and many rollers in the roller head work, resulting in correspondingly high feed speeds of the workpiece. The rotational movement after finishing rolling a tooth gap can then be carried out more leisurely, without a noticeable interruption to provide. You can then feed the workpiece in the opposite direction to the next Roll over the tooth groove, or (if that would be considered favorable) also the workpiece Return to the starting position lengthways and roll over in the same rolling direction. When rolling back and forth can be done with the roller head running in the same direction or by reversing the direction of rotation of the roller head work.

Man kann aber auch nach der grundsätz li ehen Methode des GROB-Verfahrens vorgehend arbeiten, wobei man nach jedem Walzenangriff nicht nur längs vorschiebt, sondern auch eine Drehung des Werkstockes vornimmt. But you can also use the basic method of the GROB method work ahead, one after each Roll attack not only feeds lengthways, but also makes a rotation of the work stick.

Die Einwirkung der Walze am Werkstück kann besonders günstig gestaltet werden, wenn man praktisch nur die Walze mit der ihr innewohnenden kinetischen Energie auf das Werkstück einwirken lässt. Dabei kann die Kraftwirkung nach Erfordernls angehoben oder gesenkt werden, indem die Drehzahl der Walzkopf angehoben oder gesenkt wird. Man kann auch eine elastische bzw. dämpfende Abstützung der Walze am Walzkopf so vorsehen, dass die Walze vom Werkstück zurückweicllen kann. Sonst könnten schon relativ kleine Ungenauigkeiten der Verzahnung, welche im Betrieb nicht stören, zu einem übermässigen Verformen des Werkstückes Anlass geben, wenn man die Zustellung des Walzkopfes so vornimmt, dass auch tiefe Stellen noch erreicht werden. The action of the roller on the workpiece can be designed to be particularly favorable be when you practically only the roller with its inherent kinetic energy can act on the workpiece. The force effect can be as required can be increased or decreased by increasing or decreasing the speed of the roller head will. An elastic or damping support of the roller on the roller head can also be used Provide so that the roller can roll back from the workpiece. Otherwise you could relatively small inaccuracies in the toothing, which do not interfere with operation give rise to excessive deformation of the workpiece when the infeed of the roller head in such a way that even deep spots can still be reached.

Wenn man gehärtete Verzahnungen einer Härte von z.B. If hardened gears with a hardness of e.g.

t)8 bis c,3 IRE (Rockwell) nach der Erfindung überwalzt, wird mari vorteilhaft Walzen verwenden, deren Härte im Bereich von z.B. 64 bis 68 IRE liegen kann. Es kann sich um Walzen aus HSS-Stahl (Schnellstahl, legierter Werkzeugstahl) und/ oder aus Harzmaterialen, wie Hartmetallen handeln.t) 8 to c, 3 IRE (Rockwell) rolled over according to the invention, becomes mari It is advantageous to use rollers with a hardness in the range of e.g. 64 to 68 IRE can. It can be rollers made of HSS steel (high-speed steel, alloyed tool steel) and / or from resin materials, such as hard metals.

Zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens eignet sich eine Vorrichtung, welche am Maschinengestell eine entlang einer Achse verschiebliche und um diese Achse drehbare Werkstückhalterung aufweist, wobei die Antriebe zum Verschieben und Drehen unabhängig oder synchron gekoppelt sein können, je nachdem ob man die eine oder die andere Variante des Verfahrens ausüben will. Ferner hat die Vorrichtung wenigstens einen Walzkopf, der drehbar antreibbar ist, wobei auch hier eine Synchronisation zu den Werkstückantrieben im erforderlichen Masse vorgesehen sein kann. In jedem Walzkopf ist wenigstens eine Walze drehbar gelagert, so dass sie im wesentlichen in radialer Richtung des Walzkopfs zwischen einem peripheren (äusseren) und einem inneren Anschlag begrenzt beweglich ist. A device is suitable for carrying out the method according to the invention, which on the machine frame a displaceable along an axis and around this Has axis rotatable workpiece holder, the drives for moving and Rotation can be independently or synchronously coupled, depending on whether you have one or wants to practice the other variant of the procedure. The device also has at least one roller head which can be rotatably driven, with a synchronization here as well can be provided to the workpiece drives to the required extent. In each The roller head is at least one roller rotatably mounted so that it is essentially in the radial direction of the roller head between a peripheral (outer) and a inner stop has limited mobility.

Es können mehrere Walz köpfe und in jedem Walzkopf eine Vielzahl von Walzen vorgesehen sein, letzteres insbesondere für die Verfahrensvariante mit Durchwalzen jeder Zahnlücke von tnde zu Ende. There can be several roller heads and one in each roller head Variety be provided by rollers, the latter in particular for the process variant with Roll through each tooth gap from end to end.

Ilan sorgt also bei der Vorrichtung dafür, dass die Walze(n) beim Werkstückkontakt nicht starr in das Werkstück hineingetrieben wird, sondern zurückweichen, d.h. z.B. abprallen kann, wobei elastische oder dämpfende Mittel hierfür vorgesehen sein können. Man will also die Kraftübertragung nie im vollen Masse über das Maschinengestell erzwingen, weil dies zu unerwünschten Materialverdrängungen im plastischen Bereich führen könnte. So Ilan ensures with the device that the roller (s) when Workpiece contact is not driven rigidly into the workpiece, but rather retreats, i.e., for example, can rebound, elastic or damping means being provided for this purpose could be. So you never want the power to be fully transmitted via the machine frame force, because this leads to undesirable material displacements in the plastic area could lead.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der rein schematischen Zeichnung beispielsweise erörtert. Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Vorrichtung, Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 vergrösserte Lagerung einer Walze im Walzkopf, und Fig. 3 bis 5 je eine gleichartige Zahnlückenkontur mit darin eingezeichneter Walzenkontur verschiedener Art. The invention is explained below with reference to the purely schematic drawing for example discussed. The figures show: FIG. 1 a plan view of an inventive device Device, FIG. 2 shows an enlarged mounting of a roller in the roller head compared to FIG. 1, and FIGS. 3 to 5 each have a similar tooth gap contour with a contour drawn therein Various types of roller contours.

Man erkennt in Fig. 1 ein Maschinengestell 1, auf welchem ein Einspannschlitten 2 durch eine motorisch antreibbare Schraubenspindel 3 entlang der Werkstückachse A verschieblich ist. Das Werkstück 4 (hier ein gehärtetes Zahnrad) ist durch die Spannvorrichtung 5 gehaltert. Die Spannvorrichtung 5 ist im Spannschlitten 2 über ein Getriebe 6 drehbar gelagert. Die Antriebe der Spindel 3 und der Spannvorrichtung 5 können (müssen aber nicht) miteinander und/ oder dem Antrieb der Walzköpfe 7 synchronisiert sein. Dagegen ist eine gewisse Abstimmung des Antriebs der Spindel 3 mit der Drehzahl und Walzenzahl der Walzköpfe 7 erforderlich, damit die einzelnen Walzvorgänge sich ausreichend überlappen können. One recognizes in Fig. 1 a machine frame 1 on which a clamping slide 2 by a motor-driven screw spindle 3 along the workpiece axis A is movable. The workpiece 4 (here a hardened gear) is through the Clamping device 5 supported. The clamping device 5 is in the clamping slide 2 over a gear 6 rotatably mounted. The drives of the spindle 3 and the clamping device 5 can (but do not have to) be synchronized with one another and / or the drive of the roller heads 7 be. In contrast, there is a certain coordination of the drive of the spindle 3 with the speed and the number of rolls of the roll heads 7 required so that the individual rolling processes can be carried out can overlap sufficiently.

Jeder Walzkopf 7 enthält eine Vielzahl drehbar gelagerte Walzen 8 (auf deren drehbare Lagerung noch bezugnehmend t Ig. 2 eingetreten wird). Jeder Walzkopf 7 ist in seinem Walzkopfschlitten 9 gelagert, wobei der Walzkopfschlitten über seine Hydraulik 10 zum Werkstück 4 hin oder davon weg gestellt werden kann. Damit kann die theoretisch maximal mögliche Eingriffstiefe der Walzen 8 in das Werkstück 4 eingestellt werden, während sich die tatsächliche Eingriffstiefe wegen der Lagerung der Walzen 8 in den Schlitzen 11 (Fig. 2) praktisch nur durch deren kinetische Energie ergibt. I)ie Walzen werden durch den in Fig. 2 angedeutexten Führungsring 12, der stationär am Walzkopfschlitten 9 befestig ist, daran gehindert aus den Schlitzen 11 herauszufliegerl. Dabei erhalten die Walzen 8 durch Abrollen ihrer Achsschenkel 80 am Führungsring 12 eine Drehung, so dass sie am Werkstück rollend ankommen und nicht erst vom Werkstück it Isolation versetzt werden. Diese Rollbewegung wirkt bei der gezeigten Führung der Walzen-Achsstummel 80 in den Schlitzen 11 auch stabilisierend. Each roller head 7 contains a plurality of rotatably mounted Rollers 8 (with reference to the rotatable mounting of which Ig. 2 is entered). Everyone The roller head 7 is mounted in its roller head slide 9, the roller head slide can be placed towards the workpiece 4 or away from it via its hydraulic system 10. This allows the theoretically maximum possible depth of engagement of the rollers 8 in the workpiece 4 can be adjusted while the actual depth of engagement is due to the storage of the rollers 8 in the slots 11 (FIG. 2) practically only through their kinetic energy results. I) he rollers are indicated by the guide ring 12 indicated in FIG is stationary on the roller head slide 9, prevented from coming out of the slots 11 out to fly. The rollers 8 are thereby obtained by rolling their stub axles 80 a rotation on the guide ring 12 so that they arrive rolling at the workpiece and not only be offset by the workpiece with insulation. This rolling movement works also stabilizing in the shown guidance of the roller stub shaft 80 in the slots 11.

Wenn man die kinetische Energie der Walzen für ungenügend hält, kann man in den Schlitzen 11 auch z.B. Federn einbauen, welche dann zusätzlich einen Teil der Energie des Walzkopfes 7 auf die Walzen 8 und von diesen auf das Werkstück 4 iibertragen können. Wesentlich ist aber, dass keine Makro-Formveränderung im Werkstück bleibend erfolgen darf. Das Glätten von Schleifriefen darf dabei nicht als Makro-Formveränderung gewertet werden. If you consider the kinetic energy of the rollers to be insufficient, you can e.g. springs can also be installed in the slots 11, which then additionally have a Part of the energy of the roller head 7 on the rollers 8 and from these on the workpiece 4 can be transferred. However, it is essential that no macro-shape change in the workpiece may take place permanently. The smoothing of grinding grooves must not be considered a macro-shape change get ranked.

Je nachdem, welche Oberflächenteile der Zahnlücke 40 überwalzt werden sollen, kann man z.B. eines der drei in Fig.3 bis \> gezeichneten Walzenprofile 81, 82, 83 oder andere Walzenprofile einsetzen. Dies kann auch von Bedeutung sein, wenn man mit einem Walzenprofil nicht alle gewünschten Teile gleichzeitig nach der Erfindung überwalzen kann, weil sonst lokale Ueberbeanspruchung und/oder zu geringe Bearbeitung erfolgen kann. Depending on which parts of the surface of the tooth gap 40 are rolled over you can e.g. one of the three roller profiles shown in Fig. 3 to \> Use 81, 82, 83 or other roller profiles. This can also be important if you do not have all the desired parts with a roller profile at the same time after the Invention can roll over because otherwise local overstressing and / or too little Editing can be done.

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Claims (9)

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zum Herstellen gehärteter Verzahnungen, bei welchem eine Verzahnung spanend oder spanlos erzeugt, gehärtet und gegebenenfalls geschliffen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass man ein Werkstück mit der gehärteten Verzahnung, gegebenenfalls nach dem Schleifen, entlang seiner Achse bewegt und dabei mit mindestens einer ringartig profilierten, in einem rotierend angetriebenen Walzkopf planetenartig umlaufenden Walze von aussen bearbeitet, wobei man mit jeder Walze in rascher Folge schlagartige Einzelwalzvorgänge im gleichen und hauptsächlich in Längsrichtung der Zahnung verlaufenden Richtungssinne in we-nigstens einer Zahnlücke derart durchführt, dass in der gleichen Zahnlücke aufeinanderfolgend geführte Walzvorgänge sich hinsichtlich ihres Angriffs am Werkstück überlappen, wobei man in allen Zahnlücken ausserhalb des Makroverformungsbereiches Druckspannungen im Werkstück erzeugt. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Process for producing hardened Toothings in which a toothing is produced by cutting or non-cutting, hardened and, if necessary, it is sanded, that a workpiece with the hardened toothing, if necessary after grinding, moved along its axis and with at least one ring-like profiled, in a rotating roller head that revolves like a planet from the outside machined, with each roller in rapid succession abrupt individual rolling processes in the same and mainly in the longitudinal direction of the teeth directional sense in at least one tooth gap in such a way that in the same tooth gap successive rolling processes with regard to their attack on the workpiece overlap, with all tooth gaps outside the macro-deformation area Compressive stresses generated in the workpiece. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Schleifen erzeugten Schleifriefen dabei eglättet werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that the by Grinding grooves produced by grinding are smoothed out. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Eingriffstiefe der Walze ins Werkstückmaterial weniger als 0,1 mm beträgt. 3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that that the radial depth of engagement of the roller in the workpiece material is less than 0.1 mm. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Werkstückoberfläche beim Auftreffen der Walze auf das Werkstück innerhalb des elastischen Verformungsbereiches vorübergehend verformt. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that the workpiece surface when the roller hits the workpiece within of the elastic deformation area temporarily deformed. ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Wanzens einer bestimmten Zahnlücke das Werkstück rotationsfrei längs verschoben wird, worauf nach Beendigung des Walzens dieser Zahnlücke, eine Werkstückdrehung erfolgt und dann eine andere Zahnlücke gewalzt wird, während das Werkstück rotationsfrei längs verschoben wird, wobei so fortgefahren wird bis alle Zahn lücken gewalzt sind. ). Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that that the workpiece does not rotate while a certain tooth gap is being wagged is shifted longitudinally, whereupon after completion of the rolling of this tooth gap, a Workpiece rotation takes place and then another tooth gap is rolled while the Workpiece is moved lengthways without rotation, and this is continued until all Tooth gaps are rolled. 6. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück während des Walzens längs verschoben und gedreht wird, so dass aufeinanderfolgende Walzvorgänge, welche mit Walzen des gleichen Walzkopfes geführt werden, auf einer Schraubenlinie am Werkstück angeordnet werden. 6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that the workpiece is displaced and rotated longitudinally during rolling, so that successive rolling processes, which are carried out with rolls of the same roller head are arranged on a helical line on the workpiece. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftwirkung jeder Walze auf das Werk 3 Lück jbe rwi egend aus der kinetischen Energie der Walze selbst abgegeben wird. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that that the force of each roller on the work 3 gap jbe rwi egend from the kinetic Energy of the roller itself is given off. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kraftwirkung jeder Walze auf das Werkstück mindestens teilweise in Abhängigkeit von der Drehzahl des Walzkofes festlegt. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that that the force of each roller on the workpiece is at least partially in Depending on the speed of the rolling mill. 9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welche an einem Maschinengeslell (1) ein entlang einer Achse (A) verschiebliche und um diese Achse (A) willkürlich drehbare Werkstückhalterung (5) sowie wenigstens einen bezüglich dieser Achse (A) verstellbaren, rotierend antreibbaren Walzkopf (7) und wenigstens eine in Walzkopf (7) drehbar gelagerte Walze (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (8) im Wa'knf (7) im wesentlichen in radialer Richtung begrenzt weglich gelagert ist 1.1. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Walzen (8) in jedem Walzkopf (7) entlang einer gemeinsamen Flugbahn angeordnet sind. 9. Device for performing the method according to one of the claims 1 to 8, which on a machine frame (1) a displaceable along an axis (A) and about this axis (A) arbitrarily rotatable workpiece holder (5) and at least a rotatingly drivable roller head adjustable with respect to this axis (A) (7) and at least one roller (8) rotatably mounted in the roller head (7), thereby characterized in that the roller (8) in the Wa'knf (7) essentially in the radial direction is limited movable 1.1. Device according to claim 9, characterized in that a plurality of rollers (8) in each roller head (7) are arranged along a common trajectory.