DE7407061U - Vorrichturg zum Verdichten eines Metallpulverpreßlings - Google Patents

Description

Vorrichtung zum Verdichten eines Metallpulverpreßlings

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verdichten und Formen eines Metallpulverpreßlings zu einem eine durchgehende Längsbohrung aufweisenden Erzeugnis, dessen Hauptkörper eine aus einem Stück mit ihm bestehende Nabe aufweist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Differentialkegelrädern von Kraftfahrzeug-Achsgetrieben, wobei diese aus erhitzten MetallpulverpreßlJLngen hergestellten Kegelräder eine hohe Festigkeit aufweisen.

Bekanntlich kann man durch Verdichten eines pulverfb'rmigen eisenhaltigen Metalls Preßlinge erzeugen und diese dann in hocherhitztem Zustande mittels bekannter Einrieb, ungen schmieden. Der Preßling kann dabei auf kaltem Wege durch Verdichten des Pulvers hergestellt werden. Der Preßling hat dann eine ausreichende Festigkeit, um sich bei der nachfolgen-

den Wärmebehandlung leicht handhaben zu lassen. Das Verdichten des Metallpulvers erfolgt mittels bekannter iso-■tatlscher Pressen, wobei der Preßling die gewünschte Gestalt und eine Dichte erhält, die annähernd 75 bis 90 % der theoretischen Dichte dee Metalls beträgt. Dieser Preßling wird dann in einem Ofen gesintert. Das so entstandene metallurgische Zwischenprodukt läßt sich dann in den Gesenkhohlraum einer Schmiede oder anderen Einrichtung einbringen, um die endgültige Formgebung zu erhalten. Dabei wird seine Dichte auf etwa 100 % des theoretischen Wertes erhöht.

Die Verfahren, mit denen das zu schmiedende Zwischenprodukt erzeugt wird, also das Verdichten und die Wärmebehandlung des Metallpulverpreßlings, gehören nicht zur vorliegenden Erfindung.

Diese bezieht sich vielmehr auf die endgültige Form, gebung, bei der das Zwischenprodukt eine hohe Festigkeit, eine hohe Dichte und eine bestimmte Gestalt, z.B. diejenige eines Zahnrades, erhält. Dabei treten mitunter besondere Aufgaben auf. Das ist der Fall, wenn das Zahnrad einen Hauptkörper, einen aus einem Stück damit bestehenden Nabenteil und eine durch den Hauptkörper und durch den Nabentei1 hindurchgehende Längsbohrung erhält, deren Wandung Keilnuten und Keilleisten aufweist. Der Hauptkörper des Erzeugnisses soll bei seiner endgültigen Formgebung einen Kegelradzahnkranz auf einer seiner Flächen erhalten. Ein solches Erzeugnis läßt sich z.B. eis Differentialkegelrad in einem Achsgetriebe eines Kraftfahrzeugs verwenden. Ein Werkstück dieser Gestalt läßt sich nur schwierig formen, weil bei bekannten Verfahren zur Formgebung ein unerwünschter Werkstofffluß zwischen dem Nabenteil und dem Hauptkörper des endgültigen Erzeugnisses erfolgt. Man könnte ein solches Werkstück aus einem verhältnismäßig langen zylindrischen Preßling formen, der dabei an seinem einen Ende durch eine starke Verformung in radialer Richtung

gedehnt werden müßte, um den vergrößerten Hauptkörper an dem einen Ende dor zylindrischen uabe zu bilden. Dieses Maß radialer Dehnung geht aber weit über die Grenzen hinaus, deren Überschreitung bei manchen Eisenmetallen unzulässig ist, wenn das Enderzeugnis eine hohe Bruchfestigkeit aufweisen soll. Bei einem anderen Verfahren wäre es zur Bildung einer Nabe am Hauptkörper des Zahnrades erforderlich, von einem scheibenförmigen Preßling auszugehen und an diesem durch einen Strangpreüvorgang die Nabe zu bilden. Das würde aber eine recht verwickelte Einrichtung und außerordentliche Materialverschiebungen bein Preßvorgang erfordern, um dem Erzeugnis seine Endgestalt zu geben. Das Ergebnis wäre ein Erzeugnis von unzureichender Güte und ein übermäßiger Verschleiß des Gesenkes, mit dessen Hilfe das Erzeugnis seine Formgebung erfährt.

Im Gegensatz zu den erörterten Verfahren verarbeitet die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung einen Preßling, an dessen Hauptkörper die Nabe bereits vorgeformt ist un<! sich durch Körper und Nabe eine Längsbohrung hindurcherstreckt. Die endgültige Formgebung oder das Schmieden dieses Preßlings erfolgt schrittweise, wobei nacheinander erst der Nabenteil verdichtet und gestaltet wird unS dann erst der Hauptkörper seine endgültige Dichte und Gestalt erhält. Dabei wird der Materialfluß zwischen Nabenteil und Hauptkörper so beherrscht, daß erhebliche Verschiebungen des Werkstoffes nicht stattfinden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsforea der Vorrichtung nach der Erfindung erfolgen die schnelle Verdichtung und die Verformung, des erhitzten Metallpulverprelilings bei einem einzigen Hub der Gesenkpresse, die dabei dem Erzeugnis seine endgültige Gestalt und hohe Festigkeit gibt. Bei diesem einzigen Hub wird ein Formwerkzeug, bestehend aus einem ersten

Preßetempel und einem zweiten Preßstempel zur Einwirkung auf versohloder« Teile des erhitzten PreUlings nacheinander in Eingriff mit des Nabenteil und dem Hauptkörper des Preßlings gebracht. Der erste Preßstempel legt eich an den teilweise vorgeformten Nabenteil des erhitzten Preßlings an, um diesen an einen Kerndorn anzudrücken, der sich im geschlossenen Hohlraum des Gesenks befindet. Dieser Kerndorn ist auf seiner Oberfläche mit Keilnuten und Keilleisten versehen. Diese drücken sich dann in radialer Richtung in die Fläche der Längsbohrung des erhitzten Preßlings ein, wenn dieser in den Gesenkhohlraum vorgeschoben wird. Der erste Preßstempel verdichtet den Nabenteil des Preßlings und gibt diesem seine Gestalt, ohne daß dabei eine wesentliche Verschiebung des Werkstoffs zwischen dem Nabenteil und dem Hauptkörper des Preßlings erfolgt. Der zweite Preßstempel verdichtet den Hauptkörper des erhitzten Preßlings und gibt diesem seine Gestalt, nachdem die Verdichtung des Nabenteils durch den ersten Preßstempel stattgefunden hat. Dabei ist eine Einrichtung vorgesehen, die die Wirkung des zweiten Preßstempels solange verhindert, bis der erhitzte Preßling an die geschlossene Endfläche des Gesenks angedrückt und die Verdichtung des Nabenteils im wesentlichen beendet ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind d®r erste Preßstempel und der zweite Preßetempel gleichachsig angeordnet, und jeder Preßstempel ist so angebracht, und gelegen, daß er in Richtung der Längsachse des zu formenden Preßlings hin- und herbeweglich ist. Beide Preßstempel werden von einem gemeinsamen Trägerstempel oder einem anderen Antriebsglied getragen und werden beim formgebenden Hub gleichzeitig in Richtung auf das geschlossene Ende des Gesenks angetrieben, so daß sie den erhitzten Preßling ergreifen und ihn in den Gesenkhohlraum hinein vorschieben. Der zweite Preßstempel ist In seiner Achsrichtung mit Bezug auf den ersten Preßstempel federnd angebracht. Das führt dazu, daß die Anlage des einen

Preßetempels an dem Nabente11 und die Anlage des anderen Preßstempel# ata Hauptkörper dea Preßlinge nacheinander stattfinden. Jeder Preßstempel übt daher eine axiale Kraft auf einen anderen Teil des erhitzten Preßlings aus und die Vortriebsrichtung der axialen Kräfte entspricht der Richtung, in der sich der Trägerstempel oder sein Antrieb beim Schmiedehub vorschieben. Auf diese Art wird bei jedem Schiniedehub des Trägerstempelsi in Schritten der in einer bestimmten Lage im Gesenkhohlraum befindliche erhitzte Preßling verformt.

Vorzugsweise hat dieser Preßling die Gestalt des geschlossenen Endes des Gesenkhohlraums, In den der Preßling eingeführt und in welchem er verformt wird. Handelt es sich um ein Differentialkegelrad für eiSⁿKraftfahrzeugachsantrieb, dann wird der Hauptkörper des Preßlings mit einer im allgemeinen gewölbten Fläche versehen, die sich dem Winkel anschmiegt, der durch die vorspringenden Zähne am geschlossenen Ende des Gesenkhohlraums gebildet wird. Durch diese relative Lage der Teile wird verhindert, daß im Hauptkörper des Preßlings während dessen Verdichtung unerwünschte Werkstoffverschiebungen stattfinden, die zu inneren Spannungen führen würden*

Die Erfindung sei nunmehr anhand eines bevorzugten AttSfUhrungsbeispiels erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:

Flg. 1 einen Axialschnitt durch einen aus verdichtetem Metallpulver bestehenden Preßling, der sich zur Veiterverarbeitung mittels des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung eignet,

Flg. 2 den Preßling der Fig. 1 nach dem ersten Verfahrensschritt,

Flg. 3 den Preßling der Fig. 2 nach den zweiten Verfahrensschritt, bei welchen er seine endgültige Gestalt erhält,

Fig. 4 einen Axialschnitt durch die verhältnismäßig einfache Vorrichtung zun Ausführen des Verfahrens, und zwar in derjenigen Stellung der Teile, bei der die verformende Schniedekraft auf den Nabenteil des in Gesenkhohlraum befindlichen Preßlings ausgeübt wird, und

Flg. 5 einen Axial schnitt durch die Vorrichtung naoh

Fig. k in dem Zustande, in welchem beim zweiten Verfahrensschritt die Schmiedekraft auf den

Hauptkörper des Preßlings im Gesenkhohlraum ausgeübt wird.

In jeder der Figuren 1 bis 3 sind der Hauptkörper 10, der aus einem Stück mit diesem bestehende Nabenteil 12 und die Längsbohrung 14 gezeigt, die sich durch den Hauptkörper und den Nabenteil hindurcherstreckt und anfänglich eine glatte Innenfläche hat, wie es Fig. 1 zeigt. In diese werden dann Keilnuten eingedrückt, so daß sich die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Form ergibt. Fig. 3 zeigt das fertige Kegelrad. Indessen ist die Erfindung auch auf das Schmieden von Erzeugnissen anwendbar, bei denen zwar ebenfalls der Hauptkörper 10, der Nabenteil 12 und die sich durch beide hindurcherstreckende Bohrung 14 vorhanden sind, es sich jedoch nicht um ein Zahnrad handelt.

Zum Schmieden des Zahnrades geht man am besten von dem In Flg. 1 gezeigten Werkstück aus, das durch Verdichten von Metallpulver bei hoher Temperatur entstanden ist. Der vorgeformte Nabenteil 12 und der Hauptkörper 10 des in Fig. 1 gezeigten Preßlings werden durch schrittweise Preßvorgänge weiter verdichtet und zu der in Flg. 3 gezeigten Endgestalt

geformt. In dieser Endgestalt steht die Werks toffmenge des Nabenteils zu derjenigen des Hauptkörpers etwa im selben Verhältnis wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausgangsprodukt des Schmiedeverfahrens nach der Erfindung. Der in Fig. 1 gezeigte Preßling hat eine Vorderfläche 18, die in den Gesenkhohlraum einer Gesenkpresse paßt. Diese Vorderfläche 1st ungefähr halbkugelig gewölbt. Sie kann sich daher fortschreitend an winkelförmige Vorspriinge des Gesenks anlegen, die im Gesenkhohlraum die Zahnprofile des Zahnrades bilden. Bas Ende 16 des Preßlings legt sich an das geschlossene ebene Ende des Gesenkhohlraums. Der Preßling kann an seinem Ende J6 «it einer Erweiterung 19 seiner Bohrung versehen werden. In diese Erweiterung kann ein Auswerfer der Vorrichtung eingreifen* In welchen Beziehungen die Gestalt des Preßlings zu derjenigen des Gesenkhohlraums steht, wird mit Bezug auf die Fig. k und 5 später näher erläutert.

Die Vorrichtung nach der Erfindung zeichnet sich grundsätzlich dadurch aus, daß das in Fig. 1 gezeigte Ausgangserzeugnis schrittweise durch axiale Kräfte verdichtet und geformt wird. Zunächst wird dabei der Nabenteil 12 verdichtet und geformt und dann erst erfolgt die Verdichtung und Verformung des Hauptkörpers 10. Die dazu dienenden Kräfte wirken auf verschiedene Teile des Ausgangserzeugnisses nacheinander, jedoch in derselben Hichtung. Dadurch wird erreicht, daß zwischen dem Nabenteil und dem Hauptkörper keine wesentliche Verschiebung des Werkstoffs stattfindet. Das bietet den Vorteil, daß unerwünschte Spannungen zwischen dem Nabenteil und dem Hauptkörper des Enderzeugnisses verhindert werden. Bei dem gesamten Vorgang unterbleiben große Werkstoffverschiebungen oder ein Werkstofffluß entgegen der Hichtung des Vorschubs der Preßwerkzeuge, die auf den erhitzten Preßling die axialen Kräfte ausüben.

-/..7.74

Beim ersten Schritt der Wirkungsweise wird also die axiale Kraft nur auf die Stirnfläche 20 des NabetitelIs 12 des In Fig. 1 gezeigten erhitzten Preßlia&s ausgeübt, der in den Hohlraum des Gesenks der Schmiedepresse eingebracht ist. Die in Fig. 1 eingezeichneten Pfeile geben dabei die Richtung der axialen Kraft wieder, mit deren Hilfο der Nabenteil verdichtet wird, bevor irgendeine wesentliche Verdichtung des Hauptkörpers 10 erfolgt. Bei diesem ersten Verdichtungsschritt, bei dem der Nabenteil 12 des Preßlings verdichtet wird, wird verhindert, daß eine rückwärtige Fläche 22 des Hauptkörpers in Richtung auf den Nabenteil 12 zu oder von ihm fort verschoben wird. Infolgedessen wird nur der Werkstoff des vorgeformten Nabenteils 12 wesentlich verdichtet, nicht jedoch der Werkstoff des Hauptkörpers 10 des in Flg. 1 gezeigten Preßlings.

Nach der Formung des Nabenteils ergibt sich die in Fig. 2 gezeigte Gestalt des Preßlings. Beim zweiten Verfahrensschritt wird nun zusätzlich zu der auf die Stirnfläche 20 ausgeübten axialen Kraft auch auf die rückwärtige Fläche 22 eine zweite axiale Kraft ausgeübt, und zwar derart, daß der Werkstoff des Hauptkörpers radial nach außen fließt und sich daher der Hauptkörper in den Gesenkhohlraum hinein ausdehnt. Das ist in Fig. 2 ebenfalls durch Pfeile angedeutet. Dieser radiale Fluß des Werkstoffs im Hauptkörper wird also durch einen besonderen Verfahrensschritt ausgelöst, bei welchem auf die rückwärtige Fläche 22 eine zweite axiale Kraft wirkt, und zwar in derselben Richtung, wie die erste axiale Kraft, die nur auf den Nabenteil 12 wirkt. Das führt zu einer vollständigen Verdichtung und Formgestaltung des Hauptkörpers 10. Dabei ist aber der Nabenteil 10 bereits vollständig verdichtet und fertig geformt, bevor die Verformung des Hauptkörpers eingeleitet wird. Infolgedessen sucht der Werkstoff des Hauptkörpers nicht etwa rückwärts in Richtung auf den Nabenteil 12 zu fließen. Mithin werden

Nabenteil und Hauptkörper nacheinander verdichtet und geformt, wobei die Verschiebung des Werkstoffs während der schrittweisen Verformung eines jeden Teils vollständig beherrscht wird.

Das Eindrücken der Keilnuten in die Fläche der Bohrung Ik des erhitzten Preßlings geschieht gleichzeitig mit der einleitenden Verformung des Nabenteils 12. Venn der erhitzte Nabenteil nämlich beim Einschieben des Preßlings in den Gesenkhohlraum durch die auf die Stirnfläche 20 wirkende axiale Kraft eingeführt wird, dann drucken sich die Keilleisten eines im Gesenkhohlraum befindlichen Kerndorns in radialer Richtung in die Fläche der Bohrung 14 ein und bilden dort die Keilnuten durch radiale Verdichtung. Das empfiehlt sich deshalb besonders, weil sich dabei die Fläche der Bohrung 14 besonders voll» tändig und genau formen läßt. Denn beim Einführen in das Gesenk hat der Preßling noch seine höchste Temperatur. Auch ist zum Formen der Bohrung ein verhältnismäßig hoher Druck erforderlich, damit durch radiale Verdichtung des Werkstoffs die Keilnuten eingedrückt werden. Früher hat man versucht, das in einem späteren Stadium bei der Entwicklung des Zahnrades durchzuführen, und dabei ergab sich häufig eine unvollständige und ungenaue Gestalt der Keilnuten.

Eine einfache Form des Schmiedegesenke, mit dem sich das zweistufige Verfahren durchführen läßt, 1st in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Für die Massenfertigung der Zahnräder würde sich eine weniger einfache AusfUhrungsform empfehlen, bei der Einrichtungen für das selbsttätige Ein- und Austragen des hoch erhitzten Werkstücks vorgesehen sind.

Im Hohlraum des Gesenks 30 befindet sich ein Kerndorn 32, der beim Vorschub des in Fig. 1 gezeigten Preßlings in

den Hohlraum hinein in die Bohrung 14 elmdringt. Dementsprechend 1st der Kerndorn 32 über den größten Teil seiner Länge hin mit Keilleisten versehene Nur sein verjüngtes Ende 33 ist glatt ausgeführt, damit es vor dem eigentlichen Schmiedevorgang leicht in den Preßling eindringen und ihn genau ausrichten kann. Die Vorrichtung enthält ferner einen Auswerfer 34, der von einer mit Kellnuten außen auf dem Dorn 32 geführten Buchse gebildet wird und das Ende des Gesenkhohlraums abschließt. Dieser Auswerfer stößt das fertig geschmiedete Erzeugnis aus dem Gesenkhohlraum hinaus· Zu diesem Zweck verschiebt sich der Auswerfer auf dem Kerndorn 32 aufwärts. Beim veranschaulichten Ausfuhrungsbeispiel ist das Gesenk ortsfest. Ihm gegenüber verschiebt sich die Patrize 36 in Richtung auf das offene Ende des Gesenks, ua dieses au verschließen und dabei den im Gesenk befindlichen Preßling zu verformen. Diese Patrize 36 ist nun besonders ausgestaltet, um das oben erläuterte Verfahren durchzuführen. An sich ist es bekannt, eine solche Patrize aus getrennten Preßstempeln aufzubauen, um zunächst ein Metallpulver zu verdichten und dadurch das in Flg. 1 gezeigte Erzeugnis zu fertigen. Die Patrize 36 unterscheidet sich aber von diesen bekannten Patrizen.

Sie ist nämlich mit einem ersten Preßstempel 38 und mit einem zweiten Preßstempel 40 versehen. Der erste Preßstempel 38 übt die axiale Kraft auf die Stirnfläche 20 des vorgeformten Nabenteils 12 aus, nachdem der heiße Preßling auf den Kerndorn 32, Fig. 4, aufgeschoben ist. Der zweite Preßdorn 40 übt die zweite axiale Kraft auf die rückwärtige Fläche 22 des Hauptkörpers 10 aus, nachdem die vollständige Verdichtung des Nabenteils 12 im wesentlichen beendet 1st. Dadurch ist verhindert, daß der Werkstoff im wesentlichen Maße zwischen dem Nabenteil 12 und dem Hauptkörper 10 ins Fließen gerät· Fig. 5 zeigt, wie der zweite Preßstempel 40 wirkt. Die beiden Preßstempel 38 und 40 sind rohrförmig gestaltet und gleichachsig zueinander angebracht, so daß

- it -

sie zusammen den Hohlraun des Gesenkes verschließen, wenn die Patrize 36 in das Gesenk eindringt. Die beiden Preß» stempel 38, 40 sind r.uf einem gemeinsamen Trägerstempel oder einem anderen Antriebsglied angeordnet und werden gleichzeitig in Richtung der Längsachse des Preßlings hin und her angetrieben. Während des Schmiedehubes werden beide Preßstempel nacheinander In Richtung auf das geschlossene Ende, also auf den Boden des Gesenkhohlraums, in Bewegung versetzt. Die schrittweise Verformung des erhitzten Preßlings im Gesenkhohlraum erfolgt dabei bei jedem vollen Schmiedehub· Es ist daher nicht erforderlich, den Preßling durch getrennte formende Hübe zu bearbeiten, um die schrittweise Formgebung nach der Erfindung durehzufUhren.

Der erste Preßstempel 38 hat eine Stirnfläche 44, die auf die Stirnfläche 20, Fig. 1, des zu schmiedenden Preßlings paßt. Ferner ist die Innenfläche der Bohrung 46 des ersten Preßstempele 38 mit Keilleisten versehen, die in die Keilnuten des Keradoms 32 passen unct sie verschließen, uami t nicht etwa durch diese Nuten hindurch der Werkstoff des Preßlings in einom Strangpreßvorgang heraus gepreßt wird.

Der zweite Preßstempel 40 ist in Achsenrichtung federnd gegenüber dem ersten Preßstempel 38 angeordnet. Bei der verhältnismäßig einfachen Ausgestaltung nach Fig. 4 und 5 sind zu diesem Zweck Druckfedern 48 zwischen dem zweiten Preßstempel 40 und dem Trägerstempel 42 eingefügt, welche die Stellung des ersten Prsßstempels 38 so bestimmen, daß die beiden Preßstempel ua» eine begrenzte Strecke relativ zueinander verschiebbar sind. Diese Strecke entspricht der Länge, um die sich der erste Preßstempel 38 nach Anlage an der Stirnfläche 20 verschieben muß, bis der zweite Preßstempel 40 mit der Verdichtung des Hauptkörpers 10 des erhitzten Preßlings beginnt.

Die Wirkungsweise ist folgende:

Zunächst steckt man einen Preßling der In Fig. 1 gezeigten Gestalt in hoch erwärmtem Zustande auf das Ende 33 des Kerndoms 32 auf. Dann setzt man den Vorschub der Patrize 36 in Gang. Infolgedessen bewegt sich der Trägerstempel 42 abwärts und schiebt die beiden Preßstempel 38 und 40 mit ihren freien Enden in das offene Ende der Hohlraum des Gesenks 30 hinein. Diese freien Enden sind in Achsenrichtung gegeneinatd er versetzt, so daß sie gleichzeitig zur Anlage an die Stirnflächen 20 und 22 des Werkstücks gelangen. Beim Vorschub preßt die Matrize 36 das Werkstück auf den Kerndorn 32 auf, und zwar soweit, bis das Werkstück sich am unteren geschlossenen Ende des Gesenkhohlraums an den dort befindlichen Auswerfer 34 anlegt. Dabei drücken sich die Keilleisten des Kerndorns 32 in die Innenfläche der Bohrung des Werkstücks. Bei der weiteren Abwärtsbewegung der Patrize 36 führt die auf die Stirnfläche 20 des Nabenteiles 12 des Werkstücks ausgeübte axiale Kraft dazu, daß dieser Nabenteil zusammengedrückt und verdichtet wird, so daß er von der in Pig* I gezeigten Gestalt in diejenige der Fig. 2 übergeht. Eine axiale Verschiebung des zweiten Preßstempels kO findet dabei nicht statt. Es werden nur die Federn 48 weiter zusammengedrückt. Erst wenn der zweite Preßstempel 40 mit seiner rückwärtigen Stirnfläche 50 zur Anlage an der Stirnfläche 52 des Trägerstempels 42 gelangt, beginnt die Abwärtsbewegung des zweiten Preßstempels Bis dahin dient diese nur dem Zweck, den Werkstoff des Werkstücks des Nabenteils 12 zu umgrenzen, um zu verhindern, daß dieser Werkstoff radial nach außen gedrängt wird. Erst wenn der Nabenteil 12 des Werkstücks vollständig geformt ist, beginnt die Abwärtsbewegung des zweiten Preßstempels 40, der dabei die rückwärtige Fläche 22 des Werkstücks, Flg. 1, herabdrückt. Dabei wird eine axiale Kraft auf den Hauptkörper 10 des Werkstücks ausgeübt. Diese verschiebt den Werkstoff im

Hauptkörper bis zur Anlage an sämtliche Innenflächen des Gesenkhohlraums· Ist dieser Sctraiedehub beendigt, dann nehmen die Teile die in Fig. 5 gezeigte Stellung ein. In dieser hat das Werkstück die Gestalt der Flg. 3 erreicht. Die untere ringförmige Stirnfläche 54 des zweiten Preßetempels 40 formt also die rückwärtige Fläche des fertigen Zahnrades. Nach Beendigung des Schmiedehubes wird der frägerstempel 42 in der entgegengesetzten Richtung zurückgezogen und nimmt dabei alle Teile der Patrize 36 mit und zieht sie aus dom Gesenk heraus. Danach kann der Auswerfer 34 in Betrieb gesetzt werden, so daß or das fertige Zahnrad aus dem Gesenk ausstößt.

Wie ein Vergleich »der Fig. 4 und 5 zeigt, erfährt die gewölbte Stirnfläche 18 des Werkstücks eine fortschreitende Gestaltung, bei der sie sich dem Winkel anpaßt, der durch einen Kranz von zahnförmigen VorsprUngen 56 des Gesenks gebildet wird, die in den Hohlraum des Gesenks hinein an dessen geschlossenem Ende vorspringen und die Zahnflanken und ZahnlUckenböden eines Zahnrades bilden. Dies· Beziehung zwischen der endgültigen Gestalt des vorderen Endes des Werkstücks und des ihn formenden Gesenkteils ist sehr wichtig, weil im Werkstück starke Biegemomep.te und Spannungen entstehen würden, wenn er bei dem schnellen Anpressen an die Wandung des Gesenkhohlraums auf diese Wandung nicht richtig passen würde. Das gilt besonders für den Fall, in welchem das Werkstück anfänglich einen kleineren Durchmesser hat als es der lichten Weite des Gesenkhohlräume entspricht. Denn dann würde der Gesenkhohlraum viel Platz für unerwünschte Werkstoffverschiebungen bieten, bevor das Werkstück seine endgültige Dichte und Gestalt erreicht hätte. Auch hat sich herausgestellt, daß eine tangentiale Anlage der Gesenkzähne 56 an die gewölbte Fläche des Werkstücks wesentlich günstiger 1st, als es einer Anlage dieser Zähne 56 an eine Kegelfläche des Werkstücks wäre, deren Längsschnittprofil nicht gewölbt ist. Denn die gewölbte Gestalt hat die

407061-4.7.74

Wirkung, die In Umfangsrichtung wirkenden Zugverformungen In den Zahnköpfen zu verringern, die entstehen, während in jedem Zahn die dort in Achsenrichtung erfolgende Zusaramendrückung des Werkstoffs zunimmt. Auch hat sich herausgestellt, daß eine Vergrößerung des Durchmessers des Hauptkörpers 10 des Werkstücks eine ähnliche wünschenswerte Wirkung hat, die darin besteht, daß die verdichtende Verformung in der Längsrichtung der Zähne zunimmt (wodurch wiederum die durch Zugspannungen erzeugten WerkstoffVerformungen in der Querrichtung der Zähne wächst, die zulässig ist, bevor ein Bruch eintritt.

Die Erfindung ist auch auf andere Werkstücke als Zahnräder anwendbar, wenn es sich darum handelt, die Zugspannungen und die Werkstoffdichte zwischen Werkstückte11en zu beherrschen, die erheblich unterschiedliche Größen und Formen haben. Auch die Vorrichtung kann anders ausgestaltet sein, mit deren Hilfe sich das Verfahren nach der Erfindung durchführen läßt. So können z.B. getrennte Preßetempel mittels getrennter Antriebe auch getrennt gesteuert werden, wenn man dies wünscht»

Claims (7)

SCHUTZANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Verdichten eines erhitzten Metallpulverpreßlings, der eine in Achsenrichtung hindurchgehende Bohrung (14) aufweist und an seinem teilweise vorgeformten Hauptkörper (lO) eine teilweise vorgeformte Nabe (l2) hat, bestehend aus einem Gesenk (30) mit einem dem Preßling sein£, endgültige Gestalt gebenden Hohlraum, ferner mit einem Kerndorn (32), der in die Längsbohrung des Preßlings eintritt,und mit einem Preßwerkzeug (36), das auf den im Gesenk befindlichen Preßling axiale Kräfte ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug zum Ausüben einer ersten axialen Kraft auf den teilweise vorgeformten Nabenteil (.12) des erhitzten Preßlings nach dessen Aufbringen auf den Kerndorn (32) einen ersten in der Richtung der Längsachse des erhitzten Preßlings hin— und herbeweglichen Preßstempel (38) aufweist, der den erhitzten Preßling an das geschlossene Ende des Gesenkhohlraums drückt und dadurch dessen Nabenteil (12) noch vor der Verdichtung des Hauptkörpers (lO) vollständig verdichtet, und daß zum Ausüben einer zweiten axialen Kraft auf den zum Teil vorgeformten Hauptkörper (iO) des erhitzten Preßlings nach vollständiger Verdichtung seines Nabenteils (l2) ein zweiter Preßstempel (ΊΟ) vorgesehen ist, der in derselben Richtung wie der erste Preßstempel (38) hin- und herbeweglich ist und die zweite axiale Kraft in einer Richtung ausübt, durch die der erhitzte Preßling an die Wände des Gesenkhohlraums angepreßt und dadurch vollständig geformt wird, wobei ein wesentlicher Werkstoffstrom zwischen dem Hauptkörper und dem Nabenteil verhindert ist, und daß der Antrieb (42) des ersten Preßsterapels (38.) und des zweiten Preßstempels (^O) in Richtung auf das Gesenk mit einer Einrichtung (48) versehen ist, die das Ausüben der zweiten axialen Kraft durch den zweiten Preßstempel (40) solange verhindert, bis durch die erste axiale Kraft der Nabenteil des Preßlings im wesentliehen vollständig verdichtet ist.

/407061-4.7.74

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Preßstempel (38) einen rohrförmigen Teil mi L einer Stirnfläche (kk) hat, die im wesentlichen auf die Stirnfläche (20) des Nabenteils (l2) des Metallpulverpreßlings paßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Preßstempel (hO) einen rohrförmigen Teil hat, der den ersten Preßstempel (38) rohrförmig gleichachsig umgibt, und eine Stirnfläche ('$^li) hat, welche eine rückwärtige Fläche (22) des Hauptkörpers (lO) des l.nderzeugnisses bestimmt,

k. Vorrichtung nach Anspruch i, 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndorn (32) auf seiner Außenfläche mit Keilnuten versehen ist und da nor die Bohrung des Preßlings bei dessen Aufpressen auf dui» Kerndorn mit entsprechenden Keilnuten versieht.

3. \orrichtung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Preßstempel (3») auf einer Fläche, die sich auf die Außenfläche des Kerndorns(32) aufschiebt, mit Keilleisten und Keilnuten versehen ist, die zu denen des Kerndorns passen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß der eiste Preßstempel (3B) und der zweite Preßstempel (^tO) auf einem gemeinsamen angetriebenen Trägerstempel (^2) angeordnet und daher zusammen in Richtung auf das Gesenk (30) bei jedem Pressenhub vorschiebbar sind, und üaß der zweite Preßstempel (^0) gegenüber dem ersten Preß— stempel beweglich und abgefedert ist und daher bei seinem Vortrieb nach Auftreffen auf einen Teil (22) des Preßlings verweilt, bis der erste Preßstempel (38) ihn eingeholt und den Nabenteil des Preßlings im wesentlichen vollständig verdichtet ha t.

/407061-/1.7.74

7. Vorrichtung nach -Ynspruch 1 bis b, dadurch gekennzeichnet,

daß der Hohlraum des (Jesenks die Profile von Zahnradzähnen (5b)

aufweist, um bei der Veitichtung den Preßling entsprechend zu LaI ten.

b. Vorrichtung nach einem der Ansprüche l bis 71 dadurch gekennzeichnet, daß der Metallpulverpreßling eine Gestalt aufweist, die sein volles Einschieben in den Formenhuhlraum durch den ersten Preßstempel (3b) gestattet, ohne daß dabei ein Biegemoment auf den Hauptkörper (jü) des Preßlings mil Bezug auf dessen Nabenteil (l2) ausgeübt würde.

/407061-4.7.74