EP3560623A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines endprodukts aus einem zwischenprodukt mittels umformung - Google Patents

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EP3560623A1
EP3560623A1 EP19165551.3A EP19165551A EP3560623A1 EP 3560623 A1 EP3560623 A1 EP 3560623A1 EP 19165551 A EP19165551 A EP 19165551A EP 3560623 A1 EP3560623 A1 EP 3560623A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
forming
intermediate product
product
preform
projection
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19165551.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
André Weiss
Prof. Dr. Mathias Liewald
Alexander Felde
Nadezda Missal
Alexander Weiss
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universitaet Stuttgart
Original Assignee
Universitaet Stuttgart
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universitaet Stuttgart filed Critical Universitaet Stuttgart
Publication of EP3560623A1 publication Critical patent/EP3560623A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/28—Making machine elements wheels; discs
    • B21K1/30—Making machine elements wheels; discs with gear-teeth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/008—Incremental forging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J9/00—Forging presses
    • B21J9/02—Special design or construction
    • B21J9/022—Special design or construction multi-stage forging presses

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an end product from an intermediate product by means of reshaping according to the type defined in greater detail in the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a device for carrying out the method.
  • Gears can be produced using a wide variety of manufacturing processes. Among other things, it is known to use this cold forming process. Such cold forming used in the production of gears often leads to insufficient filling of the mold cavity, so that the desired dimensional stability of the components can not be achieved. If sufficient mold filling is achieved, very high pressing forces are required for this, which in turn leads to a very high surface pressure and thus to a considerable tool stress.
  • such components can also be made by hot working, which may allow for higher mold fillings, but is relatively expensive, since the press tool must be equipped with a device for component heating, which is associated with high costs and also complicates flexible use of the tool. Usually caused by the heat input In addition, a delay, whereby the dimensional accuracy of the components produced deteriorates. Therefore, the gear is usually additionally calibrated cold at the end of processing.
  • the DE 197 50 184 A1 describes a method for the production of internal gears in rotationally symmetrical molds by plastic cold forming and a forming tool for performing this method.
  • the toothing is thereby gradually transformed to reduce the pressing force in the individual forming steps.
  • the process is quite complex and therefore expensive.
  • a spur toothing on a coupling element serves to transmit torques about an axis of rotation, wherein the spur gear engages axially in a corresponding counter-toothing.
  • the spur toothing has teeth made of non-cutting plastically shaped material.
  • a method for producing radial spur gears in workpieces for ball joints for constant velocity joints is from the DE 10 2005 054 023 B3 known.
  • a bearing surface and an end face are machined and the workpiece is received on one of the machined surfaces and the radial spur toothing is formed.
  • the DE 102 13 509 A1 relates to a method for producing an annular part with an internal toothing.
  • the inventive method is based on a targeted pre-distribution of the material of the intermediate product and a corresponding positioning of the intermediate product relative to the forming tool, so that in the subsequent Forming in which the end product is formed from the intermediate product, an at least partially lateral flow of the projection of the final product-forming material, ie the intermediate product forming the preform material, is ensured in the mold cavity.
  • this results in a homogeneous flow of the material into the mold cavity in the lateral direction, ie in a direction deviating from the direction in which the pressing force is applied.
  • the inventive method also allows a reduction in the force necessary for the forming press force, whereby the forming tool is charged much less and thus certain components can be made only purely by forming technology.
  • the method according to the invention also offers great advantages in the production of smaller contours or elevations or depressions, since especially filigree contours can be reliably produced.
  • the intermediate product is positioned relative to the forming tool, that when forming the intermediate product to the end product, the preform first comes into contact with a surface of the forming tool that does not belong to the mold cavity.
  • Another very advantageous embodiment of the invention may consist in that the intermediate product is positioned relative to the forming tool, that the preform is at least approximately completely adjacent and immediately adjacent to the mold cavity.
  • This arrangement of the preform of the intermediate with respect to the mold cavity is one way of ensuring the desired lateral flow into the mold cavity upon subsequent forming of the intermediate product into the final product.
  • a further improvement of the economy of the method according to the invention is obtained when the forming of the final product from the intermediate product in a forming of the intermediate from the blank immediately following forming step is performed, as in this way the individual process steps with one and the same system, for example in a Subsequent tool, can be performed.
  • Such an approach also enables the production of very high strength components.
  • the method according to the invention can be used particularly advantageously if the at least one projection has a tooth form and is part of a tooth system. Especially in the production of gears it has been extremely difficult to produce dimensionally accurate components by means of suitable forming processes, which is why the invention can be used particularly advantageously in this field.
  • a further advantageous embodiment of the invention may consist in that the at least one preform has a shape corresponding to two teeth, wherein two teeth of the toothing are formed from each preform.
  • the method can be used particularly advantageously if the toothing is spur toothing. Namely, the method according to the invention makes possible the first-time forming production of very high, pointed and precisely formed serrations. However, with the method according to the invention, it is also possible to produce conventional toothings arranged on the circumference of a circular body.
  • FIGS. 1 to 6 show various successive steps or phases in the implementation of a method for producing an in Fig. 6 only partially shown end product 1 from a in Fig. 1 only partially represented intermediate 2 by forming.
  • the further FIGS. 7 to 12 and 21 to 26 show similar or identical processes in which different end products 1 are produced from different intermediate products 2.
  • Fig. 13 is an example of a final product 1 and in Fig. 14 exemplified an intermediate 2, from which the end product of FIG. 13 was produced.
  • the FIGS. 15 to 20 show the emergence of the intermediate product 2 of a round material, which is subsequently formed in the figures 21 to 26 to the final product 1.
  • the production of the intermediate product 2 which can preferably take place by means of forming from a blank, not shown, is not shown in the figures.
  • the preparation of the intermediate product 2 by means of deformation from a blank can take place in a manner known per se and easily understandable by the person skilled in the art.
  • the intermediate product 2 could be produced by primary molding, for example casting or sintering, or optionally also by cutting or stamping or punching.
  • the intermediate product 2 is transformed into the final product 1.
  • the end product 1 in each case at least one projection 1a.
  • At least one preform 2a of the projection 2a to be formed on the end product 1 is provided on the intermediate product 2.
  • a mold 3 which has at least one mold cavity 3a for producing the at least one projection 1a.
  • the number of mold cavities 3a corresponds to the number of protrusions 1a to be formed.
  • the intermediate product 2 is positioned opposite the forming die 3 such that the preform 2a is offset from the forming cavity 3a such that in the subsequent forming of the preform 2a to the projection 1a, the material forming the projection 1a at least partially laterally into the mold cavity 3a flows.
  • the intermediate product 2 is positioned relative to the forming tool 3, that when forming the intermediate product 2 to the end product 1, the preform 2a first comes into contact with a surface 3 b of the forming tool 3 which does not belong to the mold cavity 3 a.
  • the surface 3b is a plane surface into which the at least one mold cavity 3a is inserted.
  • the intermediate product 2 is positioned opposite to the forming tool 3 immediately before the forming such that the preform 2 a is arranged at least approximately completely next to and immediately adjacent to the mold cavity 3 a.
  • the preform 2 a is arranged at least approximately completely next to and immediately adjacent to the mold cavity 3 a.
  • the described method has combined characteristics of the transverse extrusion and the backward extrusion in one operation. This can be taken from all the embodiments of the method in a simple manner from the figures.
  • the described method leads to a reduction of the pressing force required for the deformation, which leads to a lower load on the forming tool 3.
  • This reduction in the required pressing force results, in particular, from the design of the preform 2a, which is not formed, as usual, as a flat surface but similar to the projection 1a formed therefrom, as well as the arrangement described above relative to the forming tool.
  • the forming of the end product 1 from the intermediate product 2, which is shown in FIGS. 1 to 6, can be carried out in a forming step immediately following the forming of the intermediate product 2 from the blank.
  • the forming tool 3 can be part of a follow-up tool not shown in its entirety. In such a follower tool precautions should be taken to ensure the above-described positioning of the intermediate product 2 with respect to the forming tool 3. Basic solutions to this can be found in the general state of the art.
  • the projection 1a has a tooth shape and is part of a toothing 4 of the end product 1.
  • the toothing 4 is a spur toothing, as in FIG Fig. 13 exemplified end product 1 is recognizable.
  • spur gears can be used on chassis components of motor vehicles to prevent rotation.
  • the transformation of the intermediate 2 to the final product 1 is carried out in all the methods described herein by means of cold massive forming. In principle, however, it would also be possible to use a hot forming process for the transformation of the intermediate product 2 into the end product 1.
  • each preform 2a leads to exactly one projection 1a
  • each preform 2a has a shape corresponding to two teeth.
  • two projections 1a forming teeth of the teeth 4 are formed from each preform 2a.
  • the positioning of the intermediate product 2 before or during the conversion to the end product 1 in the initial state of Fig. 7 corresponds in principle to the positioning according to Fig. 1 , so that here too, the material 1a forming the projection of the intermediate product 2 at least partially flows laterally into the mold cavity 3a.
  • the material of a preform 2a flows into two mold cavities 3a. As in Fig. 12 can be seen, results in this way, a very good filling of the mold cavities 3a.
  • FIGS. 15 to 20 show the forming process for the production of in Fig. 21 represented preform 2a of a round material.
  • FIGS. 21 to 26 is one of the embodiment of the FIGS. 1 to 6 shown very similar method, wherein it is not a spur toothing, but a arranged on the circumference of the end product 1 gear 4 is in the toothing produced therewith.
  • the preform 2a has a shape corresponding to two teeth, and two teeth of the teeth 4 are formed from each preform 2a.
  • the in the FIGS. 7 to 12 and 21 to 26 illustrated embodiment of the intermediate product 2 is particularly advantageous at a high tooth density of the toothing 4.
  • the projection 1a each has a tooth shape, it is also conceivable with the described method differently shaped end products 1, ie end products 1 with different types of protrusions 1a.
  • the preform 2a on the inner and outer diameters can also be designed differently depending on the desired tooth geometry in order to image the respective tooth over the entire radius profile and to ensure homogeneous mold filling.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Endprodukts (1) aus einem Zwischenprodukt (2) mittels Umformung weist die folgenden Verfahrensschritte auf:- Erzeugen des Zwischenprodukts (2), das wenigstens eine Vorform (2a) wenigstens eines an dem Endprodukt (1) anzuformenden Vorsprungs (1a) aufweist,- Umformen des Zwischenprodukts (2) zu dem den wenigstens einen Vorsprung (1a) aufweisenden Endprodukt (1) mittels eines Umformwerkzeugs (3), das wenigstens einen Formhohlraum (3a) zur Erzeugung des wenigstens einen Vorsprungs (1a) aufweist.Das Zwischenprodukt (2) wird bei der Umformung zu dem Endprodukt (1) so gegenüber dem Umformwerkzeug (3) positioniert, dass die Vorform (2a) gegenüber dem Formhohlraum (3a) derart versetzt ist, dass bei der Umformung der Vorform (2a) zu dem Vorsprung (1a) das den Vorsprung (1a) bildende Material zumindest teilweise seitlich in den Formhohlraum (3a) fließt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Endprodukts aus einem Zwischenprodukt mittels Umformung nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind gattungsgemäße Verfahren und dafür verwendete Vorrichtungen bekannt. Bei den Vorrichtungen handelt es sich meist um Folgewerkzeuge, mit denen aus einem Rohling in mehreren Umformschritten ein Endprodukt hergestellt wird. Auf diese Weise wird ein zu hoher Umformgrad bei den einzelnen Umformschritten vermieden.
  • Verzahnungen können mit Hilfe der unterschiedlichsten Fertigungsverfahren hergestellt werden. Unter anderem ist es bekannt, hierfür Kaltumformverfahren einzusetzen. Eine solche bei der Herstellung von Verzahnungen eingesetzte Kaltumformung führt häufig zu einer nicht ausreichenden Füllung des Formhohlraums, so dass die gewünschte Maßhaltigkeit der Bauteile nicht erreicht werden kann. Wenn eine ausreichende Formfüllung erreicht wird, sind hierzu sehr hohe Presskräfte nötig, was wiederum zu einer sehr hohen Flächenpressung und damit zu einer erheblichen Werkzeugbeanspruchung führt.
  • Alternativ können derartige Bauteile auch mittels Warmumformung hergestellt werden, was gegebenenfalls höhere Formfüllungen ermöglicht, jedoch relativ teuer ist, da das Presswerkzeug mit einer Einrichtung zur Bauteilerwärmung ausgestattet sein muss, die mit hohen Kosten verbunden ist und außerdem einen flexiblen Einsatz des Werkzeugs erschwert. Meist entsteht durch die Wärmeeinbringung außerdem ein Verzug, wodurch sich die Maßhaltigkeit der damit hergestellten Bauteile verschlechtert. Daher wird das Zahnrad am Ende der Bearbeitung meist noch zusätzlich kalt kalibriert.
  • Aus den oben genannten Gründen wird in der Praxis nach dem Umformen meist ein zerspanendes Verfahren eingesetzt, um solche Verzahnungen mit einer ausreichenden Form- und Maßhaltigkeit herstellen zu können. Die zusätzliche zerspanende Bearbeitung oder das kalte Kalibrieren ist jedoch mit teilweise erheblichen Kosten verbunden und verkompliziert die Herstellung der Bauteile.
  • Kleine Konturen bzw. Erhebungen oder Vertiefungen werden häufig auch mittels eines konventionellen Prägeprozesses erzeugt.
  • Die DE 197 50 184 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Innenverzahnungen in rotationssymetrischen Hohlformen durch plastisches Kaltumformen sowie ein Umformwerkzeug zum Durchführen dieses Verfahrens. Die Verzahnung wird dabei schrittweise umgeformt, um die Presskraft bei den einzelnen Umformschritten zu verringern. Allerdings ist das Verfahren recht aufwändig und damit teuer.
  • Aus der DE 10 2005 018 127 A1 ist die Herstellung einer Stirnverzahnung an einem Kupplungselement bekannt. Dieses dient zum Übertragen von Drehmomenten um eine Drehachse, wobei die Stirnverzahnung axial in eine entsprechende Gegenverzahnung greift. Die Stirnverzahnung weist Zähne aus spanlos plastisch geformtem Material auf.
  • DE 10 2005 019 731 A1 beschreibt eine Nabe einer Radlagereinheit mit einem auf der Nabe sitzenden Innenring. Die Nabe weist einen Bund mit einer Verzahnung auf, die anteilig aus dem Material des Innenrings geformt ist.
  • Ein Verfahren zur Herstellung von radialen Stirnverzahnungen in Werkstücken für Kugelschalen für Gleichlaufgelenke ist aus der DE 10 2005 054 023 B3 bekannt. Dabei werden eine Lagerfläche und eine Stirnfläche spanabhebend bearbeitet und das Werkstück wird an einer der spanabhebend bearbeiteten Flächen aufgenommen und die radiale Stirnverzahnung wird eingeformt.
  • In der DE 10 2016 002 542 B3 ist ein Verfahren zur Herstellung von innenverzahnten Schiebemuffen beschrieben, bei dem die Zahnprofile der Innenverzahnung der Schiebemuffenhalbzeuge mittels eines Kaltumformverfahrens hergestellt werden.
  • Die DE 102 13 509 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines ringförmigen Teiles mit einer Innenverzahnung.
  • Aus der EP 2 551 033 B1 ist ein Verfahren zur Formung einer Frontverzahnung auf einem Innenring einer Radnabe mittels plastischer Verformung bekannt.
  • Auch mit den in den genannten Dokumenten beschriebenen Verfahren ist es jedoch nicht möglich, Verzahnungen bzw. allgemein Vorsprünge durch Kaltumformung auf wirtschaftliche Weise und mit einer ausreichenden Maßhaltigkeit der Bauteile herzustellen.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu Herstellung eines wenigstens einen Vorsprung aufweisenden Endprodukts aus einem Zwischenprodukt mittels Umformung herzustellen, das wirtschaftlich betrieben werden kann und eine hohe Form- und Maßgenauigkeit der Bauteile, insbesondere der daran angeformten Vorsprünge gewährleistet.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf einer gezielten Vorverteilung des Materials des Zwischenprodukts und einer entsprechenden Positionierung des Zwischenprodukts relativ zu dem Umformwerkzeug, so dass bei der nachfolgenden Umformung, bei der aus dem Zwischenprodukt das Endprodukt gebildet wird, ein zumindest teilweise seitliches Fließen des den Vorsprung des Endprodukts bildenden Materials, also des beim Zwischenprodukt die Vorform bildenden Materials, in den Formhohlraum gewährleistet ist. Insbesondere kommt es dabei zu einem homogenen Fließen des Materials in den Formhohlraum in seitlicher Richtung, d.h. in einer von der Richtung, in der die Presskraft aufgebracht wird, abweichenden Richtung.
  • Es hat sich für die Erfinder in überraschender Weise herausgestellt, dass ein solches seitliches Fließen des Materials in den Formhohlraum zu einer wesentlich besseren Füllung des Formhohlraums mit dem den Vorsprung bildenden Material führt, weshalb das erfindungsgemäße Verfahren eine gleichermaßen exakte wie wirtschaftliche Herstellung des Endprodukts ermöglicht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht außerdem eine Verringerung der für die Umformung notwendigen Presskraft, wodurch das Umformwerkzeug wesentlich weniger belastet wird und damit bestimmte Bauteile überhaupt erst rein umformtechnisch hergestellt werden können.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet unter anderem auch bei der Herstellung kleinerer Konturen bzw. Erhebungen oder Vertiefungen große Vorteile, da insbesondere auch filigrane Konturen sicher erzeugt werden können.
  • In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Zwischenprodukt so gegenüber dem Umformwerkzeug positioniert wird, dass beim Umformen des Zwischenprodukts zu dem Endprodukt die Vorform als erstes mit einer nicht zu dem Formhohlraum gehörenden Oberfläche des Umformwerkzeugs in Kontakt kommt. Dadurch wird das erfindungsgemäße zumindest teilweise seitliche Fließen des Materials in den Formhohlraum auf sehr zuverlässige Art und Weise gewährleistet, da aufgrund der geringen anfänglichen Kontaktflächen zwischen Werkzeugaktivfläche und Werkstückvorform bereits sehr geringe Kräfte zu den für das Fließen des Materials erforderlichen Spannungen führt.
  • Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass das Zwischenprodukt derart gegenüber dem Umformwerkzeug positioniert wird, dass die Vorform wenigstens annähernd vollständig neben und unmittelbar benachbart zu dem Formhohlraum angeordnet ist. Diese Anordnung der Vorform des Zwischenprodukts gegenüber dem Formhohlraum ist eine Möglichkeit, beim nachfolgenden Umformen des Zwischenprodukts zu dem Endprodukt das gewünschte seitliche Fließen in den Formhohlraum sicherzustellen.
  • Ein sehr wirtschaftliches Verfahren ergibt sich, wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das Zwischenprodukt mittels Umformen aus einem Rohling hergestellt wird.
  • Eine weitere Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich, wenn das Umformen des Endprodukts aus dem Zwischenprodukt in einem dem Umformen des Zwischenprodukts aus dem Rohling unmittelbar nachfolgenden Umformschritt durchgeführt wird, da auf diese Weise die einzelnen Verfahrensschritte mit ein und derselben Anlage, beispielsweise in einem Folgewerkzeug, durchgeführt werden können. Eine solche Vorgehensweise ermöglicht außerdem die Herstellung von Bauteilen mit sehr hoher Festigkeit.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich besonders dann vorteilhaft einsetzen, wenn der wenigstens eine Vorsprung eine Zahnform aufweist und Teil einer Verzahnung ist. Gerade bei der Herstellung von Verzahnungen war es bislang äußerst schwierig, maßgenaue Bauteile mittels geeigneter Umformverfahren herzustellen, weshalb die Erfindung auf diesem Gebiet besonders vorteilhaft einsetzbar ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass die wenigstens eine Vorform eine zwei Zähnen entsprechende Form aufweist, wobei aus jeder Vorform zwei Zähne der Verzahnung gebildet werden. Dies stellt eine Möglichkeit zur Rationalisierung des Verfahrens dar und eignet sich damit besonders gut für eine Serienfertigung.
  • Besonders vorteilhaft lässt sich das Verfahren einsetzen, wenn die Verzahnung eine Stirnverzahnung ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht nämlich die erstmalige umformtechnische Herstellung sehr hoher, spitzer und exakt ausgebildeter Stirnverzahnungen. Jedoch können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch konventionelle, am Umfang eines kreisförmigen Körpers angeordnete Verzahnungen hergestellt werden.
  • Wenn das Umformen des Zwischenprodukts zu dem Endprodukt mittels Kaltumformung durchgeführt wird, so wird eine sehr hohe Oberflächengüte erzielt, wodurch eine spanende Nachbearbeitung gänzlich entfallen kann. Dies erhöht die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wesentlich.
  • In Anspruch 10 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben. Die genannte Vorrichtung lässt sich problemlos zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzen und kann dabei sehr einfach aufgebaut sein.
  • Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1
    einen ersten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform;
    Fig. 2
    einen zweiten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform;
    Fig. 3
    einen dritten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform;
    Fig. 4
    einen vierten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform;
    Fig. 5
    einen fünften Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform;
    Fig. 6
    einen sechsten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform;
    Fig. 7
    einen ersten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform;
    Fig. 8
    einen zweiten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform;
    Fig. 9
    einen dritten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform;
    Fig. 10
    einen vierten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform;
    Fig. 11
    einen fünften Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform;
    Fig. 12
    einen sechsten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform;
    Fig. 13
    ein mit dem Verfahren gemäß der Figuren 7 bis 12 hergestelltes Endprodukt;
    Fig. 14
    ein bei dem Verfahren gemäß der Figuren 7 bis 12 eingesetztes Zwischenprodukt;
    Fig. 15
    einen ersten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung des Zwischenprodukts in einer dritten Ausführungsform;
    Fig. 16
    einen zweiten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung des Zwischenprodukts in einer dritten Ausführungsform;
    Fig. 17
    einen dritten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung des Zwischenprodukts in einer dritten Ausführungsform;
    Fig. 18
    einen vierten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung des Zwischenprodukts in einer dritten Ausführungsform;
    Fig. 19
    einen fünften Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung des Zwischenprodukts in einer dritten Ausführungsform;
    Fig. 20
    einen sechsten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung des Zwischenprodukts in einer dritten Ausführungsform;
    Fig. 21
    einen ersten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung des Endprodukts in einer dritten Ausführungsform;
    Fig. 22
    einen zweiten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung des Endprodukts in einer dritten Ausführungsform;
    Fig. 23
    einen dritten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung des Endprodukts in einer dritten Ausführungsform;
    Fig. 24
    einen vierten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung des Endprodukts in einer dritten Ausführungsform;
    Fig. 25
    einen fünften Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung des Endprodukts in einer dritten Ausführungsform; und
    Fig. 26
    einen sechsten Zustand bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung des Endprodukts in einer dritten Ausführungsform.
  • Die Figuren 1 bis 6 zeigen verschiedene aufeinanderfolgende Schritte bzw. Zustände bzw. Phasen bei der Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines in Fig. 6 nur teilweise dargestellten Endprodukts 1 aus einem in Fig. 1 nur teilweise dargestellten Zwischenprodukt 2 mittels Umformung. Die weiteren Figuren 7 bis 12und 21 bis 26 zeigen ähnliche bzw. identische Verfahren, bei denen aus andersartigen Zwischenprodukten 2 andersartige Endprodukte 1 hergestellt werden. In Fig. 13 ist beispielhaft ein Endprodukt 1 und in Fig. 14 beispielhaft ein Zwischenprodukt 2 dargestellt, aus dem das Endprodukt von Fig. 13 hergestellt wurde. Die Figuren 15 bis 20 zeigen dabei die Entstehung des Zwischenproduktes 2 aus einem Rundmaterial, welches nachfolgend in den Figuren 21 bis 26 zu dem Endprodukt 1 umgeformt wird.
  • Die Erzeugung des Zwischenprodukts 2, die vorzugsweise mittels Umformen aus einem nicht dargestellten Rohling erfolgen kann, ist in den Figuren nicht dargestellt. Die Herstellung des Zwischenprodukts 2 mittels Umformung aus einem Rohling kann jedoch in an sich bekannter und für den Fachmann leicht nachvollziehbarer Art und Weise erfolgen. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Möglichkeiten zur Herstellung des Zwischenprodukts 2 gegeben. Beispielsweise könnte das Zwischenprodukt 2 durch Urformen, beispielsweise Gießen oder Sintern, oder gegebenenfalls auch durch Zerspanen bzw. Scherschneiden oder Stanzen hergestellt werden.
  • In den in sämtlichen der in den Figuren 1 bis 6, 7 bis 12 und 21 bis 26 dargestellten Verfahrensschritten bzw. Zuständen des Verfahrens wird das Zwischenprodukt 2 zu dem Endprodukt 1 umgeformt. Hierbei weist das Endprodukt 1 jeweils wenigstens einen Vorsprung 1a auf. An dem Zwischenprodukt 2 ist wenigstens eine Vorform 2a des an dem Endprodukt 1 anzuformenden Vorsprungs 2a vorgesehen.
  • Zum Umformen des Zwischenprodukts 2 zu dem Endprodukt 1 dient ein Formwerkzeug 3, das wenigstens einen Formhohlraum 3a zur Erzeugung des wenigstens einen Vorsprungs 1a aufweist. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der Formhohlräume 3a der Anzahl der zu erzeugenden Vorsprünge 1a.
  • Am Beginn der Umformung, bei dem Verfahren gemäß der Figuren 1 bis 6 also an dem in Fig. 1 dargestellten Schritt, wird das Zwischenprodukt 2 so gegenüber dem Umformwerkzeug 3 positioniert, dass die Vorform 2a gegenüber dem Formhohlraum 3a derart versetzt ist, dass bei der nachfolgenden Umformung der Vorform 2a zu dem Vorsprung 1a das den Vorsprung 1a bildende Material zumindest teilweise seitlich in den Formhohlraum 3a fließt.
  • Im vorliegenden Fall ist das Zwischenprodukt 2 so gegenüber dem Umformwerkzeug 3 positioniert, dass beim Umformen des Zwischenprodukts 2 zu dem Endprodukt 1 die Vorform 2a als erstes mit einer nicht zu dem Formhohlraum 3a gehörenden Oberfläche 3b des Umformwerkzeugs 3 in Kontakt kommt. Bei der in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungsform des Verfahrens bzw. des herzustellenden Endprodukts 1 handelt es sich bei der Oberfläche 3b um eine Planfläche, in welche der wenigstens eine Formhohlraum 3a eingebracht ist.
  • Des Weiteren ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 6 das Zwischenprodukt 2 unmittelbar vor der Umformung derart gegenüber dem Umformwerkzeug 3 positioniert, dass die Vorform 2a wenigstens annähernd vollständig neben und unmittelbar benachbart zu dem Formhohlraum 3a angeordnet ist. Bei einer andersgearteten Geometrie kann jedoch auch eine zumindest teilweise vorhandene Überschneidung dieser Bereiche vorliegen.
  • Durch diese Positionierung und das anschließende Aufbringen von Kraft in der in Fig. 2 mit "z" bezeichneten Richtung von dem Umformwerkzeug 3 auf das Zwischenprodukt 2 wird das Zwischenprodukt 2 verformt. Durch die beschriebene Positionierung fließt dabei das Material der Vorform 2a zumindest teilweise in der in Fig. 2 mit "x" bezeichneten seitlichen Richtung in den Formhohlraum 3a, was durch die einzelnen Zustände bzw. Phasen der Umformung in den Figuren 2, 3, 4, 5 und schließlich dem Endzustand von Fig. 6 sehr gut erkennbar ist. Hierbei verläuft die Richtung "x" im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung "z".
  • Das beschriebene Verfahren weist dabei Charakteristiken des Quer-Fließpressens und des Rückwaärts-Fließpressens in einer Operation miteinander kombiniert auf. Dies ist sämtlichen Ausführungsformen des Verfahrens in einfacher Weise aus den Figuren zu entnehmen.
  • Das beschriebene Verfahren führt zu einer Verringerung der für die Umformung erforderlichen Presskraft, was zu einer geringeren Belastung des Umformwerkzeugs 3 führt. Diese Verringerung der erforderlichen Presskraft ergibt sich insbesondere durch die Ausgestaltung der Vorform 2a, die nicht - wie üblich - als ebene Fläche sondern ähnlich dem daraus gebildeten Vorsprung 1a ausgebildet ist, sowie deren oben beschriebene Anordnung relativ zu dem Umformwerkzeug.
  • Das Umformen des Endprodukts 1 aus dem Zwischenprodukt 2, das in den Figuren 1 bis 6 dargestellt ist, kann dabei in einem dem Umformen des Zwischenprodukts 2 aus dem Rohling unmittelbar nachfolgenden Umformschritt durchgeführt werden. Das Umformwerkzeug 3 kann dabei Teil eines in seiner Gesamtheit nicht dargestellten Folgewerkzeugs sein. Bei einem solchen Folgewerkzeug sollten Vorkehrungen getroffen werden, die die oben beschriebene Positionierung des Zwischenprodukts 2 gegenüber dem Umformwerkzeug 3 gewährleisten. Grundsätzliche Lösungen hierzu können dem allgemeinen Stand der Technik entnommen werden.
  • Bei den in sämtlichen Figuren dargestellten Ausführungsformen weist der Vorsprung 1a eine Zahnform auf und ist Teil einer Verzahnung 4 des Endprodukts 1. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei der Verzahnung 4 um eine Stirnverzahnung, wie in dem in Fig. 13 beispielhaft dargestellten Endprodukt 1 erkennbar ist. Beispielsweise lassen sich solche Stirnverzahnungen an Fahrwerksbauteilen von Kraftfahrzeugen zur Verdrehsicherung einsetzen.
  • Die Umformung des Zwischenprodukts 2 zu dem Endprodukt 1 wird bei sämtlichen hierin beschriebenen Verfahren mittels Kaltmassivumformung durchgeführt. Grundsätzlich wäre es jedoch auch möglich, für die Umformung des Zwischenprodukts 2 zu dem Endprodukt 1 ein Warmumformverfahren einzusetzen.
  • Während bei der in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungsform jede Vorform 2a zu exakt einem Vorsprung 1a führt, weist bei der Ausführungsform der Figuren 7 bis 12 jede Vorform 2a eine zwei Zähnen entsprechende Form auf. Dabei werden aus jeder Vorform 2a zwei die Vorsprünge 1a bildende Zähne der Verzahnung 4 gebildet. Das in Fig. 13 dargestellte Endprodukt 1 wurde mit dem in den Figuren 7 bis 12 dargestellten Verfahren hergestellt, d.h. entspricht dem Zustand von Fig. 12, und das in Fig. 14 dargestellte Zwischenprodukt 2 wurde als Ausgangsprodukt hierfür eingesetzt, d.h. entspricht dem Zustand von Fig. 7.
  • Die Positionierung des Zwischenprodukts 2 vor bzw. bei der Umformung zu dem Endprodukt 1 im Ausgangszustand von Fig. 7 entspricht dabei im Prinzip der Positionierung gemäß Fig. 1, so dass auch hier das den Vorsprung 1a bildende Material des Zwischenprodukts 2 zumindest teilweise seitlich in den Formhohlraum 3a fließt. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß den Figuren 1 bis 6 fließt jedoch das Material einer Vorform 2a in zwei Formhohlräume 3a. Wie in Fig. 12 zu erkennen ist, ergibt sich auch auf diese Weise eine sehr gute Füllung der Formhohlräume 3a.
  • Die Figuren 15 bis 20 zeigen den Umformprozess zur Herstellung der in Fig. 21 dargestellten Vorform 2a aus einem Rundmaterial. In den Figuren 21 bis 26 ist ein der Ausführungsform der Figuren 1 bis 6 sehr ähnliches Verfahren dargestellt, wobei es sich bei der damit hergestellten Verzahnung nicht um eine Stirnverzahnung, sondern um eine am Umfang eines das Endprodukt 1 darstellenden Zahnrads angeordnete Verzahnung 4 handelt. Wie bei der Ausführungsform der Figuren 7 bis 12 weist die Vorform 2a eine zwei Zähnen entsprechende Form auf und es werden aus jeder Vorform 2a zwei Zähne der Verzahnung 4 gebildet. Die in den Figuren 7 bis 12 und 21 bis 26 dargestellte Ausführungsform des Zwischenprodukts 2 ist insbesondere bei einer hohen Zahndichte der Verzahnung 4 vorteilhaft.
  • Obwohl in den hierin beschriebenen Ausführungsformen der Vorsprung 1a jeweils eine Zahnform aufweist, ist es auch denkbar, mit dem beschriebenen Verfahren andersartig geformte Endprodukte 1, d. h. Endprodukte 1 mit andersartigen Vorsprüngen 1a, herzustellen.
  • In den hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen wird bei der Umformung des Zwischenprodukts 2 zu dem Endprodukt 1 jeweils lediglich die Vorform 2a zu dem Vorsprung 1a umgeformt. Es ist jedoch auch möglich, bei diesem Umformvorgang noch weitere Elemente an dem Zwischenprodukt 2 anzuformen.
  • Bei rohrförmigen Bauteilen kann die Vorform 2a am Innen- und Außendurchmesser abhängig von der gewünschten Zahngeometrie auch unterschiedlich gestaltet sein, um den jeweiligen Zahn über den gesamten Radienverlauf abzubilden und eine homogene Formfüllung zu gewährleisten.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Endprodukts (1) aus einem Zwischenprodukt (2) mittels Umformung, welches die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
    - Erzeugen des Zwischenprodukts (2), das wenigstens eine Vorform (2a) wenigstens eines an dem Endprodukt (1) anzuformenden Vorsprungs (1a) aufweist,
    - Umformen des Zwischenprodukts (2) zu dem den wenigstens einen Vorsprung (1a) aufweisenden Endprodukt (1) mittels eines Umformwerkzeugs (3), das wenigstens einen Formhohlraum (3a) zur Erzeugung des wenigstens einen Vorsprungs (1a) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Zwischenprodukt (2) bei der Umformung zu dem Endprodukt (1) so gegenüber dem Umformwerkzeug (3) positioniert wird, dass die Vorform (2a) gegenüber dem Formhohlraum (3a) derart versetzt ist, dass bei der Umformung der Vorform (2a) zu dem Vorsprung (1a) das den Vorsprung (1a) bildende Material zumindest teilweise seitlich in den Formhohlraum (3a) fließt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Zwischenprodukt (2) so gegenüber dem Umformwerkzeug (3) positioniert wird, dass beim Umformen des Zwischenprodukts (2) zu dem Endprodukt (1) die Vorform (2a) als erstes mit einer nicht zu dem Formhohlraum (3a) gehörenden Oberfläche (3b) des Umformwerkzeugs (3) in Kontakt kommt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Zwischenprodukt (2) derart gegenüber dem Umformwerkzeug (3) positioniert wird, dass die Vorform (2a) wenigstens annähernd vollständig neben und unmittelbar benachbart zu dem Formhohlraum (3a) angeordnet ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Zwischenprodukt (2) mittels Umformen aus einem Rohling hergestellt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Umformen des Endprodukts (1) aus dem Zwischenprodukt (2) in einem dem Umformen des Zwischenprodukts (2) aus dem Rohling unmittelbar nachfolgenden Umformschritt durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der wenigstens eine Vorsprung (1a) eine Zahnform aufweist und Teil einer Verzahnung (4) ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die wenigstens eine Vorform (2a) eine zwei Zähnen entsprechende Form aufweist, wobei aus jeder Vorform (2a) zwei Zähne der Verzahnung (4) gebildet werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verzahnung (4) eine Stirnverzahnung ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Umformen des Zwischenprodukts (2) zu dem Endprodukt (1) mittels Kaltumformung durchgeführt wird.
  10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einem wenigstens einen Formhohlraum (3a) zur Bildung des wenigstens einen Vorsprungs (1a) aufweisenden Umformwerkzeug (3).
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