EP1425120B1 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines eine konzentrische nabe aufweisenden formkörpers - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines eine konzentrische nabe aufweisenden formkörpers Download PDF

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EP1425120B1
EP1425120B1 EP02787476A EP02787476A EP1425120B1 EP 1425120 B1 EP1425120 B1 EP 1425120B1 EP 02787476 A EP02787476 A EP 02787476A EP 02787476 A EP02787476 A EP 02787476A EP 1425120 B1 EP1425120 B1 EP 1425120B1
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hub
tool pin
roller
flow
pressure surface
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WF Maschinenbau und Blechformtecknik GmbH and Co KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/26—Making other particular articles wheels or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H1/00—Making articles shaped as bodies of revolution
    • B21H1/02—Making articles shaped as bodies of revolution discs; disc wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H1/00—Making articles shaped as bodies of revolution
    • B21H1/02—Making articles shaped as bodies of revolution discs; disc wheels
    • B21H1/04—Making articles shaped as bodies of revolution discs; disc wheels with rim, e.g. railways wheels or pulleys

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for producing a molded body having a concentric hub according to the preamble of claim 1, and to the preamble of claim 10.
  • Moldings produced by such devices find use in many applications.
  • the known as pressing method chipless production, usually a cold forming is characterized by many advantages, which allows in particular a rational and cost-effective production of standard items, such as those used as transmission parts in the automotive industry.
  • a generic device and a generic method are z. B. from the WO 94/20235 known.
  • a shaped body is produced from a metal blank, that is to say a sheet metal blank having a central opening, with the aid of the pressing method, which is provided with a concentric hub.
  • the follower roller serves on the one hand to prevent bending of the blank during pressing and on the other an exact Anformung to the tool pin perform.
  • the follower roller follows the spinning roller at a short distance.
  • the pressure rollers are formed so that their circumferential pressure surface is parallel to the central longitudinal axis of the tool pin or the Ronde, wherein the pressure surface directly adjoins the pressure plate engageable with the Ronde.
  • the material released from the blank builds up in front of the pressure surface and is displaced into the region of the tool pin, where it flows along it until it reaches a stop which predetermines the height of the hub.
  • the so-called upset material does not flow parallel to or parallel to the tool pin until immediately before contact with the tool pin, whereas it occupies previously the space of a relatively thick bead.
  • the present invention is therefore the object of an apparatus and a method of the generic type in such a way that the loads occurring during pressing are reduced.
  • cam preformed hub is not pressed directly by the spinning roller to the tool pin. This is done by means of the follower roller whose pressure surface is parallel to the central longitudinal axis and with which the previously slightly inclined hub or hitherto about a funnel-shaped shape engaging so presses on the tool pin that results in a cylindrical shape.
  • the follower roll for the end limitation of the hub has a lug on which the hub rests with its free end face during molding.
  • the tool pin also have a stop in the form of a shoulder which limits the height of the hub and in the same plane, parallel to the Ronde runs as the approach of the pressure roller.
  • the width of the neck and the shoulder are preferably the same size, but together maximally according to the wall thickness of the hub.
  • the Hub first funnel-shaped by the pressure roller, based on the central axis of the tool pin, shaped obliquely outward wall and then brought by pressing the wall by means of the follower roller to the tool pin in a cylindrical shape.
  • the single FIGURE shows a partial section through a device according to the invention in a schematic longitudinal section.
  • an apparatus for producing a concentric hub 12 having a molded body 1 which has a rotating tool plate 2 in the form of a chuck, a spinning roller 4, a follower roller 7 and a tool pin 3.
  • the tool plate 2 is provided with a recess in which a Ronde 11 rests, to which by means of the spinning roller 4 and the follower roller 7, the hub 12 can be formed, for which the spinning roller 4 axially and radially, relative to the central axis of the blank 11, can be fed ,
  • This pressure surface 6 is inclined relative to the longitudinal axis of the tool pin 3, starting from the blank 11, to the outside, so that an initially formed about funnel-shaped hub, as shown on the right in the drawing.
  • the inclination angle ⁇ of the pressure surface 6 is preferably 3-5 °.
  • the follower roller 7 follows the spinning roller 4 immediately after, being supported on the correspondingly machined surface of the blank 11.
  • the follower roller 7 has a pressure surface 13, which, however, extends parallel to the central axis of the tool pin 3. Therefore, the initially inclined hub 12 is pressed against the tool pin 3 and comes to rest, so that a concentric cylindrical shape of the hub 12 is formed.
  • the follower roller 7 On its side remote from the blank 11, the follower roller 7 has a projection 8, which constitutes an end limit in the design of the hub 12 and determines its height dimension.
  • the tool pin 3 has a circumferential shoulder 9, which also forms a stop against which the hub 12 rests.
  • the respective abutment surfaces of the shoulder 9 and the neck 8 are in one plane.
  • annular gap 10 is formed between the projection 8 and the tool pin 3, can flow into the excess material in the hub formation, so that an otherwise exact design of the hub 12 is easily possible. This excess part can then be removed in a machining operation.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines eine konzentrische Nabe aufweisenden Formkörpers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
  • Mittels solcher Vorrichtungen hergestellte Formkörper finden in vielen Anwendungsbereichen Verwendung. Die als Drückverfahren bekannte spanlose Herstellung, üblicherweise eine Kaltverformung, zeichnet sich durch vielerlei Vorteile aus, die insbesondere eine rationelle und kostengünstige Herstellung für Serienartikel erlaubt, wie sie beispielsweise als Getriebeteile im Automobilbau eingesetzt werden.
  • Eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein gattungsgemäßes Verfahren sind z. B. aus der WO 94/20235 bekannt. Dabei wird aus einer Metallronde, also einer Blechplatine, die eine Mittelöffnung aufweist, mit Hilfe des Drückverfahrens ein Formkörper hergestellt, der mit einer konzentrischen Nabe versehen ist.
  • Mit Hilfe der Drückrolle wird aus der Ronde durch radiales Zustellen Material herausgedrückt und in Richtung des Werkzeugstiftes geschoben, wo es durch Anformen an diesen Werkzeugstift zu einer Nabe geformt wird. Bei der Materialverschiebung, die auch als ein Fließen bezeichnet werden kann, erfolgt eine Reduzierung der Rondendicke entsprechend des für die Nabenformung notwendigen Materialabtrags.
  • Während mit Hilfe der Drückrolle einerseits das Abtragen des Materials aus der Ronde und andererseits das Schieben des Materials in Richtung des Werkzeugstiftes erfolgt, dient die Nachlaufrolle zum einen dazu, ein Aufbiegen der Ronde während des Drückens zu verhindern und zum anderen eine exakte Anformung an den Werkzeugstift durchzuführen. Dabei folgt die Nachlaufrolle der Drückrolle mit geringem Abstand.
  • Bei den bekannten Vorrichtungen sind die Drückrollen so ausgebildet, daß ihre umlaufende Andruckfläche parallel zur Mittellängsachse des Werkzeugstiftes bzw. der Ronde verläuft, wobei sich die Andruckfläche unmittelbar an die mit der Ronde in Eingriff bringbare Drückkante anschließt.
  • Beim axialen und radialen Zustellen der Drückrolle baut sich das aus der Ronde gelöste Material vor der Andruckfläche auf und wird bis in den Bereich des Werkzeugstiftes verschoben, wo es dort an diesem entlang fließt bis zu einem Anschlag, der die Höhe der Nabe vorgibt.
  • Bei dem genannten Materialaufbau an der Andruckfläche entstehen jedoch sehr hohe Kräfte, die auf die Drückrolle einwirken und nicht nur eine entsprechende Dimensionierung der entsprechenden Maschinenbauteile erfordern, sondern auch zu einem relativ hohen Verschleiß führen.
  • Wie sich gezeigt hat, fließt das sozusagen aufgestauchte Material erst unmittelbar vor der Anlage am Werkzeugstift parallel oder nahezu parallel zu diesem, während es zuvor den Raum eines relativ dicken Wulstes einnimmt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß die beim Drücken auftretenden Belastungen reduziert werden.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist bzw. ein Verfahren gemäß dem Anspruch 10.
  • Wie sich überraschend gezeigt hat, wird hierdurch ein wesentlich geringerer wulstartiger Materialaufbau beim radialen Zustellen der Drückrolle erreicht. Vielmehr fließt das von der Ronde mittels der Drückrolle gelöste Material schon rechtzeitig an der Andruckfläche entlang, wodurch sich naturgemäß eine erheblich geringere Belastung bzw. eine Reduzierung des für das Drücken notwendigen Kraftaufwandes ergibt. Dieser liegt bei einer optimierten Gestaltung der Drückrolle, die nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Neigung von <10°, vorzugsweise 3-5°, vorsieht, um bis zu 40 % niedriger als bei einem Drücken nach dem Stand der Technik.
  • Zwar wird durch die Drückrolle die insoweit vorgeformte Nabe nicht direkt an den Werkzeugstift angedrückt. Dies erfolgt mittels der Nachlaufrolle, deren Andruckfläche parallel zur Mittellängsachse verläuft und mit der die zuvor geringfügig schräggestellte Nabe bzw. die bis dahin etwa eine trichterförmige Gestalt einnehmende an den Werkzeugstift so andrückt, daß sich eine zylindrische Form ergibt.
  • Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, daß die Nachlaufrolle zur Endbegrenzung der Nabe einen Ansatz aufweist, an dem beim Formen die Nabe mit ihrer freien Stirnseite anliegt.
  • Dabei kann der Werkzeugstift ebenfalls einen Anschlag in Form einer Schulter aufweisen, der die Höhe der Nabe begrenzt und in gleicher Ebene, parallel zur Ronde verläuft wie der Ansatz der Andruckrolle.
  • Denkbar ist aber auch, den Werkzeugstift durchgehend glattschaftig auszubilden, so daß hier lediglich die Nachlaufrolle die endseitige Begrenzung der Nabenformung bildet.
  • Für eine Optimierung der Fertigung ist des weiteren vorgesehen, zwischen dem den Anschlag bildenden Ansatz der Nachlaufrolle und dem Werkzeugstift einen geringen Ringspalt zu belassen, in den überschüssiges Material bei der Nabenformung dringen kann, das bei einer nachfolgenden Nabenbearbeitung abgetragen wird.
  • Die Breite des Ansatzes und der Schulter sind bevorzugt gleich groß, zusammen jedoch maximal entsprechend der Wandstärke der Nabe.
  • Bei einem Verfahren zur spanlosen Herstellung des die Nabe aufweisenden Formkörpers aus einer Ronde, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 10, wird die Nabe zunächst durch die Drückrolle trichterförmig mit, bezogen auf die Mittelachse des Werkzeugstiftes, schräg nach außen gestellter Wandung geformt und danach durch Andrücken der Wandung mittels der Nachlaufrolle an den Werkzeugstift in eine zylindrische Form gebracht wird.
  • Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben.
  • Die einzige Figur zeigt einen Teilausschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem schematischen Längsschnitt.
  • In der Figur ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines eine konzentrische Nabe 12 aufweisenden Formkörpers 1 dargestellt, die eine rotierende Werkzeugplatte 2 in Form eines Futters, eine Drückrolle 4, eine Nachlaufrolle 7 sowie einen Werkzeugstift 3 aufweist.
  • Die Werkzeugplatte 2 ist mit einer Ausnehmung versehen, in der eine Ronde 11 einliegt, an die mittels der Drückrolle 4 und der Nachlaufrolle 7 die Nabe 12 anformbar ist, wozu die Drückrolle 4 axial und radial, bezogen auf die Mittelachse der Ronde 11, zustellbar ist.
  • Zur Formgebung wird die zunächst scheibenförmige, mit einem Mittelloch versehene Ronde 11 in die Werkzeugplatte 2 eingelegt und in Rotation versetzt. Mittels einer Drückkante 5 der Drückrolle 4 wird Material der Ronde 11, die zunächst über die Werkzeugplatte 2 hinaus vorsteht, in Richtung des Werkzeugstiftes 3 gedrückt, wobei sich das so weit abgetrennte Material an einer Andruckfläche 6 der Drückrolle 4 abstützt.
  • Diese Andruckfläche 6 ist gegenüber der Längsachse des Werkzeugstiftes 3, ausgehend von der Ronde 11, nach außen hin geneigt, so daß sich eine zunächst etwa trichterförmige Nabe ausbildet, wie sie rechts in der Zeichnung abgebildet ist.
  • Der Neigungswinkel α der Andruckfläche 6 beträgt vorzugsweise 3-5°.
  • Die Nachlaufrolle 7 folgt der Drückrolle 4 unmittelbar nach, wobei sie sich auf der entsprechend bearbeiteten Oberfläche der Ronde 11 abstützt. Auch die Nachlaufrolle 7 weist eine Andruckfläche 13 auf, die allerdings parallel zur Mittelachse des Werkzeugstiftes 3 verläuft. Von daher wird die zunächst geneigte Nabe 12 an den Werkzeugstift 3 gedrückt und kommt dort zur Anlage, so daß sich eine konzentrische zylindrische Form der Nabe 12 herausbildet.
  • Auf ihrer der Ronde 11 abgewandten Seite weist die Nachlaufrolle 7 einen Ansatz 8 auf, der eine Endbegrenzung bei der Ausbildung der Nabe 12 darstellt und deren Höhenabmaß bestimmt.
  • In diesem Sinn weist der Werkzeugstift 3 eine umlaufende Schulter 9 auf, die ebenfalls einen Anschlag bildet, an der die Nabe 12 anliegt. Dabei liegen die jeweiligen Anschlagflächen der Schulter 9 und des Ansatzes 8 in einer Ebene.
  • Wie weiter zu erkennen ist, ist zwischen dem Ansatz 8 und dem Werkzeugstift 3 ein Ringspalt 10 gebildet, in den überschüssiges Material bei der Nabenformung fließen kann, so daß eine im übrigen exakte Ausbildung der Nabe 12 problemlos möglich ist. Dieser überschüssige Teil kann anschließend in einer spanenden Bearbeitung entfernt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Formkörper
    2
    Werkzeugplatte
    3
    Werkzeuggriff
    4
    Drückrolle
    5
    Andruckfläche
    6
    Nachlaufrolle
    7
    Ansatz
    8
    Schulter
    9
    Ringspalt
    10
    Ronde
    11
    Nabe
    12
    Andruckfläche

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Herstellung eines eine konzentrische Nabe (12) aufweisenden Formkörpers (1) aus einer Ronde (11), mit einer rotierenden Werkzeugplatte (2), auf der die Ronde (11) aufliegt, einer axial und/oder radial zustellbaren Fließdrück- (4) und einer Nachlaufrolle (7) zur Anformung der Nabe (12) um einen konzentrisch angeordneten Werkzeugstift (3), wobei die Fließdrückrolle (4) auf ihrer dem Werkzeugstift (3) zugewandten Seite eine Andruckfläche (6) aufweist, an der das beim Fließdrücken abgenommene Rondenmaterial anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckfläche (6), bezogen auf die Mittelachse des Werkzeugstiftes (3), geneigt verläuft, und zwar ausgehend von der Ronde (11) nach außen hin.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Andruckfläche (6) <10°, bezogen auf die Längsachse des Werkzeugstiftes (3), beträgt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Andruckfläche (6) 3-5° beträgt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachlaufrolle (7) einen Ansatz (8) aufweist, an dem die Nabe (12) in Endstellung anliegt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugstift (3) zur Höhenbegrenzung der Nabe (12) eine umlaufende Schulter (9) aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulter (9) und der Ansatz (8) in einer Ebene verlaufen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Schulter (9) und die Breite des Ansatzes (8) gleich groß sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Schulter (9) und des Ansatzes (8) zusammen gleich oder kleiner der Dicke der Wandung der Nabe (12) ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ansatz (8) und dem Werkzeugstift (3) in formender Endstellung der Nachlaufrolle (7) ein Ringspalt (10) gebildet ist.
  10. Verfahren zur spanlosen Herstellung eines eine konzentrische Nabe (12) aufweisenden Formkörpers (1) aus einer Ronde (11), bei dem die gegenüber mindestens einer Fließdrückrolle (4) rotierende Ronde (11) durch Fließdrücken mittels der Fließdrückrolle (4) radial und/oder axial von außen nach innen in ihrer Dicke verringert und das abgetragene Material um einen zentrisch angeordneten, zylindrischen Werkzeugstift (3) zu der Nabe (12) geformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (12) zunächst durch die Fließdrückrolle (4) trichterförmig mit, bezogen auf die Mittelachse des Werkzeugstiftes (3), schräg nach außen gestellter Wandung geformt und danach durch Andrücken der Wandung mittels einer Nachlaufrolle (7) an den Werkzeugstift (3) in eine zylindrische Form gebracht wird.
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