EP0275561A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kegelrädern - Google Patents

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EP0275561A2
EP0275561A2 EP87119353A EP87119353A EP0275561A2 EP 0275561 A2 EP0275561 A2 EP 0275561A2 EP 87119353 A EP87119353 A EP 87119353A EP 87119353 A EP87119353 A EP 87119353A EP 0275561 A2 EP0275561 A2 EP 0275561A2
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EP
European Patent Office
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die
dies
press ram
blank
mandrel
Prior art date
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Withdrawn
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EP87119353A
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English (en)
French (fr)
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EP0275561A3 (de
Inventor
Bernhard Dipl.-Ing. Adams
Eckart Prof.Dr.-Ing. Doege
Gottfried Dr.-Ing. Hartke
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Original Assignee
Individual
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Publication of EP0275561A2 publication Critical patent/EP0275561A2/de
Publication of EP0275561A3 publication Critical patent/EP0275561A3/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Withdrawn legal-status Critical Current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

Definitions

  • the invention relates to a method for producing bevel gears according to the preamble of patent claim 1 and a corresponding device according to the preamble of patent claim 7.
  • bevel gears which are used in the differential gear of motor vehicles, by precision forging. Such bevel gears are currently only mass-produced for some commercial vehicles and sports cars. Commercial vehicles have a longer service life than bevel gears manufactured by machining; in sports car construction, forged bevel gears allow an increase in vehicle drive power with the same transmission dimensions. Forged bevel gears have so far not been used in series production of passenger cars because they are compared are more expensive to cut wheels. The reason for the higher manufacturing costs is that forged bevel gears still require post-treatment. In differential gears, the bevel gears have spherical back surfaces to achieve a compact size.
  • the material of the blank flows through the closing movement of the dies. This creates a ridge between the back surfaces of the teeth, so that the gaps on the back are closed off by the ridge.
  • the ribs of the dies that produce the tooth gaps are subject to high wear due to the particularly high flow velocities and contact pressures.
  • the gears are forged with an oversize in the tip diameter and in the back taper angle. This excess, the size of which changes as the dies wear out, is removed when the forging burr is subsequently turned off, and the dome-shaped back surface is shaped at the same time.
  • the invention has for its object to provide a method of the type specified in the preamble of claim 1, which enables the dimensional manufacture of bevel gears by forging with little material and rework.
  • the die cavity enclosed by the dies, in which the blank is arranged is closed largely without force. This means that the two dies are placed against one another before the blank is substantially deformed or before any deformation takes place. It is important that the material flow of the blank has not yet reached the closing gap when it is already completely closed. When the closing gap is closed, no material can flow into it, so that any burr formation at the ends of the tooth gaps is avoided. On the other hand, a material flow into the closing gap is avoided as a result of the completely closed closing gap, so that no narrow flow paths arise in which high flow speeds occur, with the result of high wear.
  • the generation of the teeth takes place only after the die cavity has been completely closed.
  • the press ram is advanced after the die is closed.
  • the press ram moves the blank in the direction of the tooth engraving, as a result of which the material of the blank penetrates into all the mold cavities. It is particularly advantageous that the die that contains the press die is largely relieved of the pressure of the blank by the press die. This reduces the frictional shear stresses acting on the die, which makes it easier to fill the engraving and reduces die wear.
  • Claims 2 to 7 relate to advantageous developments of the method according to the invention.
  • the blank provides enough material for filling the die cavity so that this mold cavity can be completely filled and the shape of the bevel gear produced corresponds exactly to that of the die cavity.
  • This not only fills the gearing engraving in the correct shape, but also the back surface of the bevel gear is made to size, so that post-processing is not necessary.
  • Machining may be necessary in the center channel of the bevel gear to prepare it for the assembly of a shaft, e.g. a broaching operation to produce a spline profile.
  • the center channel already has a cross-section suitable for the rotationally fixed reception of a shaft in the region of the blind hole created as a result of the pressing process.
  • the press ram should be advanced so far that its front end lies approximately in the plane in which the die cavity has the largest diameter. In the case of bevel gears with a spherical back surface, this plane is located approximately in the middle of the length of the die cavity. Such a maximum feed position of the press ram ensures that the outermost regions of the die cavity can be completely filled with the material of the blank.
  • the blank is preferably supported with a mandrel in relation to the press ram. Together with the press ram, the mandrel creates a flow gap from which the material of the blank is pressed out laterally.
  • the mandrel is either stationary during the feed movement of the press ram, or it is pushed towards it by a separate drive in addition to the feed movement of the press ram. Its cross-section can be non-round to create a non-circular blind hole (eg spline profile) to receive a shaft in a rotationally fixed manner.
  • the process is preferably carried out as hot pressing, the blank being heated to approximately 1100 ° C. in an inert gas atmosphere.
  • This scale-free heating of the forming, cutting by sintering or casting produces an average roughness depth of less than 8 ⁇ m.
  • the blank is inserted into the die, the blank is briefly exposed to the atmosphere, which forms an oxide film on its surface that acts as a release agent between the tool and the workpiece.
  • a heat treatment can be carried out using the forging heat. By quenching the areas close to the surface and controlled dissipation of the residual heat, the edge zone of the back surface and running gear can be martensitically transformed and the core areas can be kept in a soft structural state.
  • the invention further relates to a device for the production of bevel gears with the features of claim 7.
  • This device offers, in addition to the advantages already mentioned above, the further advantage that the dies do not require any complex and mechanically strong guidance relative to one another, because the main part of the Deformation occurs when the die is completely closed.
  • bevel gears can be produced, the back surface of which has the shape of a spherical cap.
  • Such bevel gears are used, for example, for the differential gear of motor vehicles.
  • the die form consists of a lower die 10 and an upper die 11. Both dies 10, 11 have flat closing surfaces 12, which are pressed flat against each other when the die form is closed and surround the die cavity in an annular manner. Part of the die cavity is formed in the lower die 10. This cavity part 13 has the shape of a spherical cap, which is open to the closing surface 12. The upper die 11 forms the tooth engraving. In its cavity part 14 inwardly projecting ribs 15 are formed, which the tooth gaps between the teeth of the to be manufactured Shape bevel gear. The ribs 15 are frustoconical and their height increases in the direction of the lower die 10.
  • the end faces 15a of the ribs 15 protrude beyond the closing surface 12 of the upper die 11 and have a spherical contour which is matched to that of the wall of the cavity part 13, so that the end faces 15a close and cover the entire surface of the cavity part 13 when the die shape is closed invest.
  • a guide web 16 running annularly around the associated cavity part 14, which can engage in a suitable manner in a guide groove 17 in the closing surface 12 of the lower die 10.
  • the guide web 16 and the guide groove 17 form interlocking guide means to hold the dies 10, 11 in the final phase of the closing movement and in the closed state in a fixed mutual association.
  • the press used to close the die therefore does not need to have a large linear guide.
  • a press ram 19 can be displaced along the central axis of the die cavity 13, 14 and transversely to the closing surfaces 12.
  • a mandrel 21 is displaceable in a channel 20 of the upper die 11 that is axially aligned with the channel 18.
  • the mandrel 21 has essentially the same diameter as the press ram 19, but the diameter of the mandrel 21 can also be somewhat smaller if the base points of the ribs 15 which surround the mandrel 21 make this necessary.
  • the blank 22 is inserted into the lower die.
  • This blank has a frustoconical section 22a with a spherical back surface 22b and a shaft 22c adjoining the back surface 22b.
  • the diameter of the shaft 22c is roughly matched to that of the channel 18 which receives the shaft.
  • the back surface 22b lies completely on the surface of the cavity part 13.
  • the conical part 22a in the present exemplary embodiment is of such a shape and size that it fills the die cavity 13, 14 when the die is closed (FIG. 2), with the exception of the spaces between the Ribs 15.
  • the lateral surface of the conical part 22a therefore bears against the tips of the teeth 15, while the back 22b bears against the wall of the cavity part 13.
  • the front of the blank 22 has a blind hole 22d, into which the front end of the mandrel 21 dips when the mold is closed.
  • the die form 10, 11 can be closed without force when the blank 22 is inserted, that is to say without any deformation of the blank taking place. As a result, the closing gap 23 formed by the closing surfaces 12 is reduced to zero before the start of the deformation of the blank.
  • the press ram 19 is in the retracted position, in which it rests on the end face of the shaft 22c. During the entire process, the mandrel 21 remains in the same position in which its front end projects into the die cavity 13, 14.
  • the press ram 19 is advanced in the direction of the die cavity 13, 14 (FIG. 3), namely deep into the die cavity 13, 14.
  • the front end of the press ram 19 is at a short distance from the front end of the mandrel 21, and between the press ram 19th and mandrel 21, an intermediate base 24 forms inside the bevel gear 25 to be produced.
  • the intermediate floor 24 which results after the end position of the press ram 19 has been reached, is located approximately at the height of the largest diameter of the die cavity. At the level of the intermediate floor 24, a flow sheath is formed, from which the flow directions indicated by arrows in FIG. 3 branch off laterally. At the level of the intermediate floor 24, the material flow has the greatest lateral reach.
  • the die mold is opened and the bevel gear 25 is ejected from the upper die 11 by advancing the mandrel 21.
  • the intermediate base 24 can then be removed in a hole operation and the through hole formed can be processed.
  • an out-of-round press ram and mandrel can also be used, with which blind holes with a spline cross section can be produced, for example, so that the introduction of a spline profile after the intermediate floor has been punched out can be omitted by machining processes.
  • the mandrel 21 penetrates into the blank 22 when the die shape is closed.
  • the blank 22 does not have to be designed in its conical surface so that the die shape can be closed without force. It is only important that the material flow has not yet reached the closing gap 23 when the fully closed state has been reached.
  • the diameter of the channel 18 is significantly smaller than the maximum diameter of the die cavity 13, 14.
  • the high pressing forces exerted by the ram are laterally deflected inside the blank by the mandrel 21.
  • the diameter of the press ram 19 should be a maximum of 0.4 times, preferably 0.3 times the largest diameter of the die cavity.
  • mandrel 21 is fixed during the forging process, its position relative to the upper die 11 should be changeable in order to be able to influence the thickness of the intermediate floor 24 which results and in particular to be able to change the position of the flow sheath. Such changes are useful for optimizing the forging process.
  • the bevel gears manufactured in the die form have received their outer contour from the die shape. Machining the outer contour is no longer necessary.

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

Abstract

Bei den bisherigen Schmiedeverfahren für Kegelräder wird ein Rohling zwischen zwei Gesenken geschmiedet, wobei die Verformung bereits während des Schließvorganges der Gesenkform erfolgt. Dadurch dringt Material in den Schließspalt ein, mit der Folge, daß die Zahnlücken des Kegelrades durch Gratwände begrenzt sind. Außerdem ergeben sich hohe Beanspruchungen der Gesenke. Die Gesenke werden daher so gefertigt, daß ein Übermaß des Gesenkhohlraums entsteht. Dieses Übermaß, das sich mit zunehmender Abnutzung der Gesenke verringert, wird von dem fertigen Kegelrad spanend entfernt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Gesenkform im wesentlichen kraftfrei geschlossen. Ein Preßstempel (19) wird vorgeschoben, um den Rohling (22) in Richtung auf einen Dorn (21) am gegenüberliegenden Gesenk (11) zu drücken. Durch den Preßstempel (19) und den Dorn (21) werden die Gesenke entlastet. Wegen des beim gesamten Preßvorgang geschlossenen Schließspalts entsteht kein Grat. Die Kegelradform wird durch den Schmiedevorgang in einem Arbeitsgang erzeugt, ohne daß eine Nachbehandlung erforderlich wäre.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kegelrädern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine entsprechende Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
  • Es ist bekannt, Kegelräder, die im Differentialgetriebe von Kraftfahrzeugen Verwendung finden, durch Präzi­sionsschmieden herzustellen. Derzeitig werden solche Kegelräder nur für einige Nutzfahrzeuge und Sportwagen serienmäßig hergestellt. Bei Nutzfahrzeugen ergibt sich gegenüber Kegelrädern, die durch Zerspanung hergestellt sind, eine höhere Lebensdauer; im Sportwagenbau er­lauben geschmiedete Kegelräder bei gleichen Getriebe­abmessungen eine Erhöhung der Fahrzeugantriebsleistung. Im Serienbau von Personenwagen finden geschmiedete Kegelräder bisher keine Anwendung, da sie im Vergleich zu spanend hergestellten Rädern teurer sind. Der Grund für die höheren Fertigungskosten liegt darin, daß ge­schmiedete Kegelräder noch einer spanenden Nachbehand­lung bedürfen. In Differentialgetrieben haben die Kegelräder zur Erzielung einer kompakten Baugröße kalottenförmige Rückenflächen. Bei den derzeit ein­gesetzten Schmiedeverfahren auf einfach wirkenden Pres­sen fließt das Material des Rohlings durch die Schließ­bewegung der Gesenke. Hierbei entsteht ein Grat zwi­schen den Rückenflächen der Zähne, so daß die Zahn­lücken rückenseitig durch den Grat abgeschlossen sind. Im Bereich der Gratbahn unterliegen die die Zahnlücken erzeugenden Rippen der Gesenke infolge der hier be­sonders hohen Fließgeschwindigkeiten und Kontaktdrücke einem hohen Verschleiß. Um trotz des Verschleißes eine hohe Standmenge erzielen zu können, werden die Zahn­räder mit einem Übermaß im Kopfkreisdurchmesser und im Rückenkegelwinkel geschmiedet. Dieses Übermaß, dessen Größe sich beim Verschleiß der Gesenke ändert, wird beim anschließenden Abdrehen des Schmiedegrates ent­fernt, wobei gleichzeitig die Formgebung der kalotten­förmigen Rückenfläche erfolgt.
  • Die bekannten Verfahren zum Schmieden von Kegelrädern sind infolge der erforderlichen spanenden Nachbehand­lung aufwending und teuer. Wegen der nachträglich zu entfernenden Materialmengen entsteht Abfallmaterial, wodurch die Kosten noch mehr erhöht werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, das die maßhaltige Herstellung von Kegelrädern durch Schmieden mit geringem Material- und Nacharbeitsaufwand ermöglicht.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 an­gegebenen Merkmalen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der von den Gesenken umschlossene Gesenkhohlraum, in dem der Roh­ling angeordnet ist, weitgehend kraftfrei geschlossen. Dies bedeutet, daß die beiden Gesenke gegeneinander gesetzt werden, bevor eine wesentliche Verformung des Rohlings stattfindet, bzw. bevor überhaupt eine Ver­formung erfolgt. Wichtig ist, daß der Materialfluß des Rohlings den Schließspalt noch nicht erreicht hat, wenn dieser bereits vollständig geschlossen ist. Bei ge­schlossenem Schließspalt kann kein Material in diesen einfließen, so daß jegliche Gratbildung an den Enden der Zahnlücken vermieden wird. Andererseits wird in­folge des völlig verschlossenen Schließspalts ein Materialfluß in den Schließspalt hinein vermieden, so daß keine engen Fließwege entstehen, in denen hohe Fließgeschwindigkeiten mit der Folge hohen Verschleißes eintreten. Die Erzeugung der Zähne, d.h. das Ausfüllen der entsprechenden Zwischenräume zwischen den Rippen des Gesenks, erfolgt erst nach dem vollständigen Schließen des Gesenkhohlraums. Hierzu wird nach dem Schließen des Gesenks der Preßstempel vorgeschoben. Der Preßstempel rückt den Rohling in Richtung auf die Ver­zahnungsgravur, wodurch das Material des Rohlings in sämtliche Formhohlräume eindringt. Besonders vorteil­haft ist, daß durch den Preßstempel dasjenige Gesenk, das den Preßstempel enthält, vom Druck des Rohlings weitgehend entlastet wird. Hierdurch werden die auf das Gesenk einwirkenden Reibungsschubspannungen verringert, wodurch die Füllung der Gravur erleichtert und der Gesenkverschleiß herabgesetzt wird.
  • Die Patentansprüche 2 bis 7 beziehen sich auf vorteil­hafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Mit dem Merkmal des Patentanspruchs 2 wird erreicht, daß der Rohling genügend Material für die Ausfüllung des Gesenkhohlraums bereitstellt, so daß dieser Form­hohlraum vollständig ausgefüllt werden kann und die Form des hergestellten Kegelrades exakt derjenigen des Gesenkhohlraums entspricht. Dadurch wird nicht nur die Verzahnungsgravur formgerecht ausgefüllt, sondern auch die Rückenfläche des Kegelrades maßgerecht hergestellt, so daß sich eine Nachbearbeitung erübrigt. Eine span­abhebende Nachbearbeitung kann allenfalls in dem Mittelkanal des Kegelrades erforderlich sein, um diesen für die Montage einer Welle vorzubereiten, z.B. eine Räumoperation zur Herstellung eines Keilwellenprofiles. Bei Verwendung eines Preßstempels mit unrundem Quer­schnitt (z.B. Keilwellenprofil) besitzt der Mittelkanal bereits infolge des Pressvorganges einen zur drehfesten Aufnahme einer Welle geeigneten Querschnitt im Bereich des erzeugten Sackloches.
  • Der Preßstempel sollte so weit vorgeschoben werden, daß sein vorderes Ende etwa in derjenigen Ebene liegt, in der der Gesenkhohlraum den größten Durchmesser hat. Bei Kegelrädern mit kalottenförmiger Rückenfläche befindet sich diese Ebene etwa in der Mitte der Länge des Gesenkhohlraums. Durch eine solche maximale Vorschub­stellung des Preßstempels wird erreicht, daß die am weitesten außen liegenden Bereiche des Gesenkhohlraums mit dem Material des Rohlings vollständig ausgefüllt werden können.
  • Vorzugsweise ist der Rohling mit einem Dorn gegenüber dem Preßstempel abgestützt. Der Dorn erzeugt zusammen mit dem Preßstempel einen Fließspalt, aus dem das Material des Rohlings seitlich herausgedrückt wird. Der Dorn ist entweder während der Vorschubbewegung des Preßstempels ortsfest, oder er wird mittels eines eigenen Antriebes zusätzlich zur Vorschubbewegung des Preßstempels diesem entgegengeschoben. Sein Querschnitt kann unrund sein zur Erzeugung eines unrunden Sack­loches (z.B. Keilwellenprofil), um eine Welle drehfest aufzunehmen. Durch Verstellen der Endlage des Dornes in Längsrichtung können die seitlichen Fließbewegungen so eingestellt werden, daß sich die Fließscheide etwa in der Ebene der größten seitlichen Ausdehnung des Gesenk­hohlraums verläuft, so daß dieser vollständig aus­gefüllt wird. Andererseits besteht die Möglichkeit, entweder den Dorn oder den Preßstempel als Auswerfer zum Auswerfen des fertigen Werkstücks aus dem ge­öffneten Gesenk zu verwenden. Zwischen dem Dorn und dem Preßstempel entsteht am Werkstück ein Zwischenboden (Spiegel), der zwei auf entgegengesetzten Seiten an­geordnete Sacklöcher voneinander trennt. Bei der End­bearbeitung des Kegelrades braucht lediglich der Zwischenboden in einer Lochoperation durchstoßen zu werden, wobei zusätzlich bei unrunden Sacklöchern an dem dadurch entstehenden Kanal eine dem Profil der Sacklöcher entsprechende Keilnutung o.dgl. angebracht werden kann. Dies kann in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen. Bei dieser I,ochoperation wird nur eine relativ geringe Materialmenge entfernt, weil das Kegel­rad schon an beiden Enden vorgedornt ist. Das er­ findungsgemäße Verfahren eignet sich daher insbesondere zur Fertigung von Kegelrädern mit Innendurchbruch.
  • Das Verfahren wird vorzugsweise als Warmpressen aus­geführt, wobei der Rohling in einer Inertgasatmosphäre auf etwa 1100 °C erwärmt wird. Durch diese zunderfreie Erwärmung der umformend, spanend durch Sintern oder durch Gießen hergestellten Rohlinge wird eine gemit­telte Rauhtiefe von weniger als 8 µm erreicht. Beim Einsetzen des Rohlings in das Gesenk wird der Rohling kurzzeitig der Atmosphäre ausgesetzt, wodurch an seiner Oberfläche ein Oxidfilm gebildet wird, der zwischen Werkzeug und Werkstück als Trennmittel wirkt. Im An­schluß an die Lochoperation zum Ausstoßen des Zwischen­bodens kann eine Wärmebehandlung unter Ausnutzung der Schmiedewärme erfolgen. Durch Abschrecken der ober­flächennahen Bereiche und gesteuertes Abführen der Restwärme können die Randzone von Rückenfläche und Laufverzahnung martensitisch umgewandelt und die Kern­bereiche in weichem Gefügezustand gehalten werden. Da die zu härtenden Bereiche, nämlich Rückenfläche und Verzahnung, nach dem Umformen nicht mehr spanend nach­gearbeitet werden müssen, ist es auch möglich, bei Ver­wendung von Einsatzstahl unter Ausnutzung der Schmiede­wärme eine Einsatzhärtung des Kegelrades durchzuführen. Hierbei ist lediglich eine Abdeckung der ggf. spanend nachzubearbeitenden Lochwandfläche erforderlich.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Her­stellung von Kegelrädern mit den Merkmalen des Patent­anspruchs 7. Diese Vorrichtung bietet außer den oben schon genannten Vorteilen den weiteren Vorteil, daß die Gesenke relativ zueinander keine aufwendige und mecha­nisch starke Führung benötigen, weil der Hauptteil der Verformung bei vollständig geschlossenem Gesenk er­folgt.
  • Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Gesenkform nach dem Einsetzen des Rohlings,
    • Fig. 2 einen Schnitt durch die geschlossene Gesenk­form zu Beginn des Preßvorgangs und
    • Fig. 3 einen Schnitt durch die geschlossene Gesenk­form nach Beendigung des Preßvorgangs.
  • Mit der dargestellten Gesenkform können Kegelräder her­gestellt werden, deren Rückenfläche die Form einer Kugelkalotte hat. Solche Kegelräder werden beispiels­weise für die Differentialgetriebe von Kraftfahrzeugen benutzt.
  • Die Gesenkform besteht aus einem Untergesenk 10 und einem Obergesenk 11. Beide Gesenke 10, 11 haben ebene Schließflächen 12, die beim Schließen der Gesenkform flach gegeneinander gedrückt werden und den Gesenk­hohlraum ringförmig umschließen. Ein Teil des Gesenk­hohlraums ist in dem Untergesenk 10 ausgebildet. Dieser Hohlraumteil 13 hat die Form einer Kugelkalotte, die zur Schließfläche 12 hin offen ist. Das Obergesenk 11 bildet die Verzahnungsgravur. In seinem Hohlraumteil 14 sind nach innen vorstehende Rippen 15 ausgebildet, die die Zahnlücken zwischen den Zähnen des herzustellenden Kegelrades formen. Die Rippen 15 sind kegelstumpfförmig angeordnet, und ihre Höhe nimmt in Richtung auf das Untergesenk 10 zu. Die Stirnflächen 15a der Rippen 15 ragen über die Schließfläche 12 des Obergesenks 11 hin­aus und haben eine kugelförmige Kontour, die derjenigen der Wand des Hohlraumteils 13 angepaßt ist, so daß die Stirnseiten 15a sich beim Schließen der Gesenkform dicht und vollflächig an die Wand des Hohlraumteils 13 anlegen. An der einen Schließfläche 12 ist ein um den zugehörigen Hohlraumteil 14 ringförmig herum verlaufen­der Führungssteg 16 vorgesehen, der in eine Führungs­nute 17 in der Schließfläche 12 des Untergesenks 10 passend eingreifen kann. Der Führungssteg 16 und die Führungsnute 17 bilden ineinandergreifende Führungs­mittel, um die Gesenke 10,11 in der Endphase der Schließbewegung und im Schließzustand in fester gegen­seitiger Zuordnung zu halten. Die zum Schließen des Gesenks benutzte Presse braucht daher keine stark dimensionierte Linearführung aufzuweisen.
  • In einem Kanal 18 des Untergesenks 10 ist ein Preß­stempel 19 längs der Mittelachse des Gesenkhohlraums 13,14 und quer zu den Schließflächen 12 verschiebbar. Ein Dorn 21 ist in einem axial mit dem Kanal 18 aus­gerichteten Kanal 20 des Obergesenks 11 verschiebbar. Der Dorn 21 hat im wesentlichen den gleichen Durch­messer wie der Preßstempel 19, jedoch kann der Durch­messer des Dornes 21 auch etwas kleiner sein, wenn die Fußpunkte der Rippen 15, die den Dorn 21 umgeben, dies erforderlich machen.
  • In das Untergesenk wird der Rohling 22 eingesetzt. Dieser Rohling weist einen kegelstumpfförmigen Ab­schnitt 22a mit kalottenförmiger Rückenfläche 22b und einen sich an die Rückenfläche 22b anschließenden Schaft 22c auf. Der Durchmesser des Schafts 22c ist etwa demjenigen des Kanal 18 angepaßt, der den Schaft aufnimmt. Die Rückenfläche 22b liegt vollflächig an der Fläche des Hohlraumteils 13. Der kegelförmige Teil 22a hat bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine solche Form und Größe, daß er bei geschlossener Gesenk­form (Fig. 2) den Gesenkhohlraum 13, 14 ausfüllt, mit Ausnahme der Zwischenräume zwischen den Rippen 15. Die Mantelfläche des kegelförmigen Teils 22a liegt also an den Spitzen der Zähne 15 an, während der Rücken 22b an der Wand des Hohlraumteils 13 anliegt. Die Vorderseite des Rohlings 22 weist ein Sackloch 22d auf, in das das vordere Ende des Dornes 21 bei geschlossener Gesenkform ausfüllend eintaucht. Die Gesenkform 10, 11 kann bei eingesetztem Rohling 22 kraftfrei geschlossen werden, also ohne daß irgendeine Verformung des Rohlings er­folgt. Als Folge hiervon wird der von den Schließ­flächen 12 gebildete Schließspalt 23 vor dem Beginn der Verformung des Rohlings auf Null reduziert.
  • Zu Beginn des Verformungsvorgangs befindet sich der Preßstempel 19 in der Rückzugsstellung, in der er an der Stirnfläche des Schaftes 22c anliegt. Der Dorn 21 bleibt während des gesamten Vorgangs in derselben Stel­lung, in der sein vorderes Ende in den Gesenkhohlraum 13, 14 hineinragt.
  • Bei dem Verformungsvorgang wird der Preßstempel 19 in Richtung auf den Gesenkhohlraum 13, 14 vorgeschoben (Fig. 3), und zwar bis tief in den Gesenkhohlraum 13,14 hinein. In der Endstellung befindet sich das vordere Ende des Preßstempels 19 in geringem Abstand vom vor­deren Ende des Dornes 21, und zwischen Preßstempel 19 und Dorn 21 bildet sich ein Zwischenboden 24 im Inneren des herzustellenden Kegelrades 25. Durch den Druck zwischen Preßstempel 19 und Dorn 21 weicht während des Vorschubes des Preßstempels 19 das Material des Roh­lings 22 seitlich aus. Es beginnt eine Fließbewegung dieses Materials, wodurch die Lücken zwischen den Rippen 15 ausgefüllt werden. Nicht nur das Material des Schafts 22b, sondern auch Material aus dem Inneren des Rohlings wird nach außen gedrückt, um sämtliche Be­reiche des Gesenkhohlraums 13, 14 vollständig auszu­füllen. An der Gesenkform sind (nicht dargestellte) Entlüftungsbohrungen vorgesehen. Der Zwischenboden 24, der sich nach Erreichen der Endstellung des Preß­stempels 19 ergibt, befindet sich etwa in der Höhe des größten Durchmessers des Gesenkhohlraums. In Höhe des Zwischenbodens 24 entsteht eine Fließscheide, von der die in Fig. 3 durch Pfeile bezeichneten Fließrichtungen seitlich abzweigen. In Höhe des Zwischenbodens 24 hat der Materialfluß die größte seitliche Reichweite.
  • Im Anschluß an den in Fig. 3 dargestellten Schmiede­prozeß wird die Gesenkform geöffnet und das Kegelrad 25 aus dem Obergesenk 11 durch Vorschieben des Dornes 21 ausgestoßen. Anschließend kann in einer Lochoperation der Zwischenboden 24 entfernt und das entstandene Durchgangsloch bearbeitet werden. Abweichend davon, kann auch ein unrunder Preßstempel und Dorn verwendet werden, mit dem z.B. Sacklöcher mit Keilwellen­querschnitt erzeugt werden können, so daß das Ein­bringen eines Keilwellenprofiles nach dem Auslochen des Zwischenbodens durch spanabhebende Verfahren entfallen kann.
  • Abweichend von dem obigen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, einen Rohling 22 ohne das Sackloch 22b zu verwenden. In diesem Fall dringt der Dorn 21 beim Schließen der Gesenkform in den Rohling 22 ein. Der Rohling 22 muß auch in seiner Kegelfläche nicht so aus­gebildet sein, daß die Gesenkform sich kraftfrei schließen läßt. Wichtig ist nur, daß bei Erreichen des vollständigen Schließzustandes der Materialfluß noch nicht bis zum Schließspalt 23 vorgedrungen ist.
  • Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des Kanals 18 wesentlich kleiner als der maximale Durchmesser des Gesenkhohlraums 13,14. Die vom Preßstempel aufgebrachten hohen Preßkräfte werden im Innern des Rohlings von dem Dorn 21 seitlich umgelenkt. Der Durchmesser des Preßstempels 19 sollte maximal das 0,4-fache, vorzugsweise das 0,3-fache des größten Durchmessers des Gesenkhohlraums betragen.
  • Obwohl der Dorn 21 während des Schmiedevorgangs fest steht, sollte seine Position relativ zum Obergesenk 11 veränderbar sein, um die Stärke des sich ergebenden Zwischenbodens 24 beeinflussen zu können und um ins­besondere auch die Lage der Fließscheide verändern zu können. Solche Veränderungen sind für eine Optimierung des Schmiedevorgangs zweckmäßig.
  • Beim Vorschieben des Preßstempels 19 wird die Wand des Hohlraumteils 13 vom Rohling 22 entlastet. Durch diese Druckentlastung werden die Reibschubspannungen ver­ringert.
  • Die in der Gesenkform hergestellten Kegelräder haben ihre Außenkontur durch die Gesenkform erhalten. Eine spanende Nachbearbeitung der Außenkontur ist nicht mehr erforderlich.

Claims (14)

1. Verfahren zum Herstellen von Kegelrädern durch Gesenkschmieden, bei welchem ein Rohling (22) zwischen zwei Gesenken (10,11), von denen eines eine Verzahnungsgravur aufweist, verformt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gesenke (10,11) in die Schließposition gebracht werden, bevor der Materialfluß begonnen oder den Schließspalt (23) zwischen den Gesenken erreicht hat und daß in einem Kanal (18) des einen Gesenks (10) ein Preßstempel (19) vorgeschoben wird, der den Rohling (22) verformend in Richtung auf das andere Gesenk (11) drückt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß ein Rohling (22) verwendet wird, der einen in den Kanal (18) hineinragenden Schaft (22c) aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Preßstempel (19) bis in den von den Gesenken (10,11) umschlossenen Gesenkhohlraum (13,14) hinein vorgeschoben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (22) mit einem Dorn (21) gegenüber dem Preßstempel (19) abgestützt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (21) nach dem Schließen der Gesenke (10,11) in den Gesenkhohlraum (13,14) vorgeschoben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß ein Rohling (22) verwendet wird, der ein Loch (22d) zur Aufnahme des Endes des Dornes (21) aufweist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Her­stellung von Kegelrädern (25) mit kalottenförmigem Rücken, wobei ein Gesenk (11) mit kalottenförmigem Hohlraumteil (13) benutzt wird.
8. Vorrichtung zum Herstellen von Kegelrädern durch Gesenkschmieden, mit zwei gegeneinandersetzbaren Gesenken (10,11), die einen Gesenkhohlraum (13,14) umschließen und von denen das erste Gesenk (11) eine Verzahnungsgravur aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Gesenk (10) eine Gravur aufweist, die der Rückenkontur des herzustellenden Kegel­rades (25) entspricht und daß eines der Gesenke einen Preßstempel (19) aufweist, der in einem in den Gesenkhohlraum (13,14) führenden Kanal (18) verschiebbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­zeichnet, daß das erste Gesenk (11) in axialer Ausrichtung mit dem Preßstempel (19) einen Dorn (21) aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Dorn (21) auf unterschiedliche Positionen zum ersten Gesenk (11) einstellbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßstempel (19) einen Durchmesser hat, der wesentlich kleiner ist als der größte Durchmesser des Gesenkhohlraums (13,14).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßstempel (19) und/oder der Dorn (21) unrunden Querschnitt hat und ein Loch erzeugt, das zum drehfesten Einsetzen eines unrunden Wellenendes geeignet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßstempel (19) bis etwa zur Ebene des Schließspalts (23) in den Gesenkhohlraum (13,14) vorschiebbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß beide Gesenke (10,11) ineinandergreifende Führungsmittel (16,17) auf­weisen.
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