CH364474A - Verfahren und Vorrichtung zum spanlosen Formen von Längsnuten zylindrischer Metallkörper - Google Patents

Description

  Verfahren und Vorrichtung zum     spanlosen    Formen von Längsnuten     zylindrischer        Metallkörper       Die Erfindung richtet sich auf das     spanlose    For  men von am Umfang zylindrischer Werkstücke gleich  mässig verteilter Längsnuten, zum Beispiel     Keil-          wellen,    Kerbverzahnungen,     Stirnrädern    usw.

       mittels     Rollwerkzeugen, welche in Planetenbahnen     umlaufen,     deren Achsen zur     Werkstückachse    quer stehen, wobei  die Rollwerkzeuge bezüglich jeder Nut nacheinander  Kerben in das Werkstück     einwalzen,    welche in ihrer  Gesamtheit die gewünschten Längsnuten ergeben.  



  Diesem Verfahren, welches in der     spanlosen    For  mung von     Zahnrädern    bis jetzt die genauesten und  besten Ergebnisse gebracht hat, wird mit der vor  liegenden Erfindung ein erweiterter Anwendungs  bereich geschaffen.  



  Das Verfahren nach der     Erfindung    besteht darin,  dass zum Formen der Längsnuten mehr als zwei     Roll-          werkzeuge    verwendet werden, die gleichmässig ver  teilt um die     Werkstückachse    herum angeordnet sind,  wobei jeweils mindestens zwei     Werkzeuge    gleichzeitig  am Werkstück verformend     angreifen,        derart,    dass sich  die     Verformungs-Querkräfte    am Werkstück gegen  seitig aufheben.  



  Hierdurch wird erreicht, dass das Werkstück gegen  seitliches Verbiegen und Ausfedern ringsum     gesichert     ist, dass durch gleichzeitiges Arbeiten     mehrerer    Form  rollen die Arbeit beschleunigt wird bei gleichbleiben  der Arbeitsgüte und dass bei geringer     Anzahl    von       We.rkstücknuten    diese ohne Verdrehen des Werk  stückes eingearbeitet werden können, was gegebenen  falls eine wesentliche Vereinfachung der     betreffenden     Maschine bedeutet.  



  Es ist zwar schon versucht worden, mit stern  förmig um das Werkstück herum     angeordneten,    frei  drehbaren, aber nicht planetenbewegten Formrollen  ähnliche Werkstücke zu formen. Es hat sich aber ge  zeigt, dass die sich dabei ergebende, am     ganzen        Werk-          stüekumfang    gleichzeitig auftretende     kontinuierliche       Verformung, ähnlich derjenigen bei einer Ziehdüse,  sehr hohe Kräfte     erfordert,

      welche im     allgemeinen     den ganzen Querschnitt des Werkstückes     zum        Fliessen     bringen und dass dann die     erforderlichen    Genauig  keiten des Endpunktes     und    dessen     Werkstoffstruktur     nicht mehr beherrscht werden können.

   Demgegenüber  bringt das neue Verfahren, welches mehr einem       Hämmern    als einem     Formziehen    gleicht,     eine    Unter  teilung des Formvorganges in mehr oder weniger  kleine     Einzelverformungen,    welche sich mehr auf die  Oberfläche des Werkstoffes beschränken und nur  noch einen Bruchteil an     Verformungskräften    erfor  dern. Eine weitere     Herabsetzung    der     Verformungs-          kräfteergibt    sich aus der Beschreibung zu den     Fig.    2  bis 4.  



  Zur     Erläuterung    des Verfahrens     sind    nachfolgend  einige Beispiele desselben und Vorrichtungen     zu        ihrer          Ausführung    beschrieben.  



  Es zeigen:       Fig.        1-4    je einen     Werkstück-Querschnitt    mit den  diesen erzeugenden Rollwerkzeugen, letztere sche  matisch dargestellt, und zwar     dient          Fig.    1 zur     Erläuterung    von     Unteranspruch    1,       Fig.    2     zur    Erläuterung von Unteranspruch 2,       Fig.    3 zur     Erläuterung    der Unteransprüche 3  und 5,       Fig.    4 zur     Erläuterung    der     Unteransprüche    3  und 4,

         Fig.    5-12 Vorrichtungen zur     Ausführung    von  Beispielen des     Verfahrens    nach der     Erfindung,    und  zwar zeigt       Fig.    5     einen    Schnitt quer,       Fig.    6 einen     Schnitt    längs der     Werrkstückachse          einer    Vorrichtung nach     Unteranspruch    9, wobei     dieser     Schnitt nach     der        Linie        A-A    in     Fig.    5 gelegt ist,

         Fig.    7 einen     Schnitt    quer zur     Werkstückachse     einer Vorrichtung nach Unteransprüchen 10 und 11,           Fig.    8 eine vergrösserte     Darstellung    eines     Teiles     der Vorrichtung nach der     Fig.    7,       Fig.    9-12 eine Maschine nach den Unteransprü  chen 10 und 12, und zwar zeigt       Fig.    9 einen Querschnitt,       Fig.    10 eine Stirnansicht, beide in Richtung der       Werkstückachse,

            Fig.    11 eine vergrösserte     Darstellung    eines Aus  schnittes aus     Fig.    9,       Fig.    12 eine Seitenansicht der gesamten Ma  schine, quer     zur        Werkstückachse.     



  Ein     zylindrisches    Werkstück mit     rundem    Quer  schnitt wird zum Querschnitt w     (Fig.    1) in der Weise  verformt, dass vier Rollwerkzeuge     la-ld    verwendet  werden, die in Planetenbahnen umlaufen,

   deren  Achsen 2     senkrecht    zur     Werkstückachse    gelegt     sind.     Dabei kommen sie bezüglich     jeder    Nut     mit    dem  Werkstück wiederholt in und ausser     Eingriff.    Der  Aussendurchmesser des     Werkstückrohlings    liegt etwa  in     der    Mitte zwischen dessen     Fertig-Kern-    und     Fertig-          Aussendurchmesser.    Die in das Werkstück eindringen  den Rollwerkzeuge     la-ld    erzeugen im Werkstück  Nuten und der     verdrängte    Werkstoff wird in die  Lücken zwischen den 

  Rollwerkzeugen gepresst und  wächst dadurch in     radialer    Richtung bis zum ge  wünschten Aussendurchmesser     an.    Durch Vorschub  des Werkstückes w in Achsrichtung werden die durch  die Rollwerkzeuge bezüglich jeder Nut nacheinander       erzeugten        gewalzten    Kerben und die zwischen diesen       hochgeprägten    Stollen zu einer     Sternkeilwelle    ver  längert.

   Da     alle    vier     Rollwerkzeuge    gleichzeitig am  Werkstück angreifen und zwischen sich je gleiche  Winkel einschliessen, heben sich alle auf das Werk  stück einwirkenden     Verfonnungs-Querkräfte    gegen  seitig auf und halten es     im    Augenblick des verformen  den Eingriffes genau     zentrisch.     



  Dasselbe gilt für den Fall nach     Fig.    2. Hier greifen  die drei Rollwerkzeuge l a,<B><I>l e,</I></B><I> 1 e</I> gleichzeitig ein     und     zu dieser Gruppe zeitlich versetzt die     Gruppe    der  Rollwerkzeuge<B><I>l b, l d,</I></B><I> 1</I>     f   <I>;</I> letztere     wiederum    gleich  zeitig.  



  In den Beispielen nach     Fig.    1 und 2 wird das  Werkstück nur durch     axiale    Verschiebung desselben  in die gewünschte Fertigform     gewalzt.    Ist die Zahl  der Nuten am Werkstück grösser als die Zahl der  Rollwerkzeuge, welche samt dem zugehörigen Antrieb  für die Planetenbewegung um das Werkstück     herum     angeordnet werden kann, so wird nur für jede zweite,  dritte,     vierte   <B>...</B>     Werkstückrille    ein Rollwerkzeug vor  gesehen     (Fig.    3 und 4),

   und in den Pausen zwischen  den     einzelnen        verformenden        Eingriffen    der     Rollwerk-          zeuge    1 wird das Werkstück um je     eine        Zahnteilung     weitergedreht.

   Auch hier wird wegen der entsprechen  den Anordnung der     Rollwerkzeuge    zur Werkstück  achse das Werkstück im     Augenblick    der     Verformung     genau zentrisch gehalten.     Das        Weiterdrehen    des Werk  stückes von Zahn zu Zahn kann dabei in gleichsinnig       aufeinanderfolgenden    Schritten erfolgen (Pfeile in       Fig.4),    oder die Teilbewegung kann im Hin- und  Hergang erfolgen (Pfeile in     Fig.    3).

      Die Anordnung der Rollwerkzeuge mit dazwi  schenliegenden     Formlücken    nach     Fig.    2-4 hat den  weiteren     Vorteil    eines geringeren Kraftbedarfes für  die Verformung und einer geringeren Beanspruchung  der     Rollwerkzeuge.    Aus dem Gebiet des     Gewinde-          walzens    weiss man nämlich, dass der Werkstoff viel  williger fliesst, sobald man ihm die     Möglichkeit    gibt,  gleichzeitig     mit    der plastischen Verformung sich, wenn  auch nur in ganz geringen Grenzen, zu verbiegen.

    Diese Möglichkeit ist ihm genommen, sobald er ge  zwungen ist, zwischen zwei     benachbarten        Rillen-          flanken    zweier benachbarter Rollwerkzeuge nach       Fig.    1     hochzufliessen.    Er übt dabei einen grossen  Druck auf die genannten     Werkzeugflanken    aus, wel  cher     erfahrungsgemäss    vielfach zum Bruch von     Ge-          windewalzwerkzeugen    führt.

   Da im vorliegenden Falle  der ganze     Verformungsvorgang    aufgeteilt ist in kleine       Einzelverformungen,    welche in Richtung der Werk  stücknuten     hintereinanderliegen,    so ist das nach     Fig.    2  bis 4 zu erwartende geringe Verbiegen der     Werkstück-          Zahnstollen    und Verengern der dazwischen liegenden       Werkstücknuten    ohne Belang, weil ja die nachfolgen  den     Verformungen    diesen Fehler wieder ausgleichen.  



  Eine Form der     Synchronisiereinrichtung    für alle  gleichzeitig am Werkstück angreifenden     Rollwerk-          zeuge    1 zeigen die     Fig.    5 und 6. Die sechs Nuten des  Werkstückes w werden     erzeugt    durch sechs     Rollwerk-          zeuge    1, welche je in einer Planetenbahn um     eine     Achse 2 umlaufen und angetrieben sind durch je  einen Motor 3.

   Diese Motoren sind achsparallel zum  Werkstück auf einem     gemeinsamen    Rahmen 4 ge  lagert und treiben je über die Stirnräder 5, 6, 7, das       Kegelradpaar    8, 9 und die     Stirnräder    10, 11, welch  letzteres das entsprechende Rollwerkzeug 1 um die  Planetenachse 2 herum bewegt. Um nun das genau  gleichzeitige Angreifen     aller    Rollwerkzeuge oder der  Werkzeuge einzelner     Gruppen    (z. B. nach     Fig.    2) am  Werkstück zu erzwingen, trägt jeder der Antriebs  motoren 3 ein weiteres Stirnrad 12 und alle diese  Stirnräder 12 treiben gemeinsam auf einen Zahn  kranz 13, welcher um die Achse des Werkstückes  umläuft.  



  Nach den     Fig.    7 und 8 trägt jedes     Rollwerkzeug    1  auf einer     Planetenbahnachse    2 an deren beiden Stirn  enden je ein Kegelrad 14a bzw. 14b     (Fig.    8), und  diese     greifen    je in das zunächst gelegene Kegelrad des       Nachbar-Rollwerkzeuges    ein     (Fig.7),    so dass auch  hier die     Synchronisierung    der     Bewegung    aller     Roll-          werkzeuge    1 erzwungen ist.

   Der Antrieb der     Roll-          werkzeuge    geschieht von je einem Motor 3 aus über  Keilriemenantrieb 15 und     Stirnräderpaar    10, 11. Um  eine Feinzustellung der Rollwerkzeuge in Richtung  auf das Werkstück zu (zur Regelung der     Nutentiefe     am letzteren) zu     ermöglichen,    sind die     Synchronisier-          Kegelräder    (14a, 14b,     Fig.    8) in Richtung der Achse  2 in engen Grenzen federnd gelagert, sie sind aber  gegenüber dem Drehkörper 16 des Rollwerkzeuges 1  gegen Verdrehung gesichert.  



  Eine     weitere    Ausführung der Synchronisierung  mit erweiterten Anwendungsmöglichkeiten     zeigt    eine      Maschine nach den     Fig.    9-12. Analog     Fig.    8 ist hier       (Fig.    11) jede der     Planetenbahnachsen    2 von je     einem     Motor 3 über einen. Keilriemenantrieb 15 angetrieben.  Die an beiden Seiten jedes     Rollwerkzeuges    ange  ordneten Kegelräder 14a, 14b sind hier aber auf  Achse 2 in weiten Grenzen verstellbar, um eine Zu  stellung der Rollwerkzeuge 1 in Richtung auf Werk  stück w für verschieden grosse     Werkstückdurchmesser     zu ermöglichen.  



  Das Kegelrad 14b ist     hier    mittels     einer    spann  zangenartigen     Konus-Klemmung    17, 17' auf dem Um  fang der     Planetenbahnachse    bzw. Welle 2     axial    ver  schiebbar festgelegt. Das Kegelrad 14a ist mit     seiner     Nabe in einer     Bohrung    der Achse 2 verschiebbar ge  lagert und ist in einer Spindel 18 eingeschraubt, wel  che vom gegenüberliegenden Ende der Achse 2 aus  mittels Sechskant 19 betätigt werden kann und durch       Überwurfmutter    20 festgelegt wird.

   Die     Kegelräder     14a, 14b sind hierbei durch die Einlegefedern 21       resp.    22 mit der Welle 2 urdrehbar verbunden.  



  Falls die Bearbeitung des Werkstückes in der  Weise erfolgt, dass es während der Arbeit schritt  weise hin und her oder     kontinuierlich    (Unteransprüche  3 und 6) um seine Längsachse gedreht wird, so muss  diese Drehbewegung wiederum mit den Planetenbewe  gungen der Rollwerkzeuge in zeitlicher     übereinstim-          mung    geschehen. Eine hierfür vorgesehene     Synchro-          nisiereinrichtung    zeigt     Fig.    11 am rechten Ende der  Welle 2, und zwar teilweise um 90  in die Zeich  nungsebene geschwenkt.

   Die Welle 2 trägt zu diesem  Zweck an ihrem rechten Ende ein weiteres Kegelrad  14c     aufgekeilt,        welches    mit Kegelrad 14d kämmt und  letzteres ist über Gelenkwelle 23 urdrehbar verbunden  mit der Vorrichtung zum Drehantrieb des Werk  stückes.  



  Das Zusammenwirken der     vorbeschriebenen    Ein  zelheiten     zeigt    als Beispiel die     Darstellung        einer        Roll-          maschine    nach den     Fig.    9, 10 und 12.  



  Auf einem     Maschinenbett    24 ist, .senkrecht zur  horizontalen     Werkstückachse    29, der Rahmen 25 ge  lagert, welcher, um die     Werkstückachse        herum    stern  förmig angeordnet, die Rollwerkzeuge trägt. Das  Werkstück wird eingespannt, vorgeschoben und ge  dreht durch Support 27, letzterer in     Richtung    der       Werkstückachse    verschiebbar auf dem Führungsbett  26     gelagert.    Zur     We:rkstückabstützung    ist     ein    Gegen  halterarm 28 vorgesehen.

   In einem Getriebekasten 30  sind die Elemente für Erzeugung der     Werkstück-          drehung    und des     Werkstückvorschubes    mit je einem  eigenen Motor untergebracht. Die     Werkstückdrehung     wird über     Sternkeilwelle    31, der     Werkstückvorschub          über    die     Gewindespindel    32 zum Support 27 über  tragen. Die Synchronisierung zwischen den     Roll-          werkzeugen    und dem Drehantrieb des Werkstückes  erfolgt durch Winkelantrieb 14c, d über     Gelenkwelle     23 und Welle 33.  



  Alle bewegten Teile der Maschine, welche syn  chronisiert laufen müssen, besitzen je einen eigenen  Antriebsmotor, so dass die Elemente der Synchroni  sierung von der eigentlichen Arbeit entlastet sind und         nur    Ungenauigkeiten im Lauf auszugleichen haben.  Der gleiche Zweck lässt sich auch mit einer elektri  schen Welle erreichen, welche alle     voneinander    bewe  gungsabhängigen Motoren     miteinander        verbindet.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zum sparlosen Formen von am Um fang zylindrischer Werkstücke gleichmässig verteilten Längsnuten durch Rollwerkzeuge, welche in Plane tenbahnen umlaufen, deren Achsen quer zur Werk stückachse liegen, wobei die Rollwerkzeuge bezüglich jeder Nut nacheinander Kerben in das Werkstück ein- walzen, die in ihrer Gesamtheit die gewünschten Längsnuten ergeben, dadurch gekennzeichnet,

   dass zum. Formen der Nuten mehr als zwei Rollwerkzeuge verwendet werden, die gleichmässig verteilt um die Werkstückachse herum angeordnet sind, wobei min destens zwei Werkzeuge gleichzeitig am Werkstück verformend angreifen, derart, dass sich Verformungs- Querkräfte am Werkstück gegenseitig aufheben.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass alle, den Längsnuten zugeordneten Werkstückpartien von allen Rollwerkzeugen gleich zeitig beaufschlagt werden und das Werkstück nur eine Vorschubbewegung längs seiner Achse, aber keine Drehbewegung ausführt. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Bearbeitung des Werkstückes durch mindestens zwei Gruppen von Rollwerkzeugen erfolgt, wobei die Rollwerkzeuge jeder dieser Gruppen gleichmässig verteilt um die Werkstückachse herum angeordnet sind und gleichzeitig das Werkstück be- aufschlagen. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch I, zum Be arbeiten von Werkstücken, deren Nutenzahl ein Mehr faches der verwendeten Rollwerkzeuge ist, dadurch gekennnzeichnet, dass nach jedem verformenden Ein- griff der Rollwerkzeuge das Werkstück in den Pausen zwischen den Eingriffen um mindestens eine Nuten teilung um seine Längsachse schrittweise gedreht wird. 4. Verfahren und Patentanspruch I und Unter anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teil bewegungen des Werkstückes im gleichen Sinne fort schreiten. 5.

   Verfahren und Patentanspruch I und Unter anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teil bewegungen des Werkstückes aus hin und her gehen den Bewegungen bestehen. 6. Verfahren nach Patentanspruch I, zur Bearbei tung von Werkstücken, deren Nutenzahl ein Mehr faches der verwendeten Rollwerkzeuge ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück ununterbrochen gedreht wird und diese Drehbewegung mit der Plane tenbewegung der Rollwerkzeuge derart synchronisiert ist, dass eine Werkstücknut jeweils dann dem ent sprechenden Rollwerkzeug gegenübersteht, wenn die ses in die Werkstücknut eintaucht.

   7. Verfahren nach Patentanspruch I und Unter anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Rollwerk- zeuge verwendet werden, deren Planetenbahnachsen um den Betrag aus der Senkrechten zur Werkstück achse herausgeschwenkt sind, welcher notwendig ist, damit jedes Rollwerkzeug während der Eintauchzeit in die Werkstücknut der Drehung des Werkstückes folgt.

   PATENTANSPRUCH II Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch Mittel, wel che die zeitliche Übereinstimmung des Bewegungs ablaufes zwischen den Rollwerkzeugen unter sich erzwingen. UNTERANSPRÜCHE B.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe der Rollwerkzeuge als Einzelantriebe ausgeführt sind, so dass die Syn- chronisierungsmittel zwischen diesen Einzelantrieben von der eigentlichen Arbeitsleistung entlastet sind. 9.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unter anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Syn- chronisierungsmittel einen um die Werkstückachse umlaufenden, von je einem Ritzel jedes Einzelantrie- bes der Werkzeuge angetriebenen Zahnkranz auf weisen. 10.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Rollwerkzeug-Planetenbahnachse ein Kegelradpaar aufweist, dessen Einzel-Kegelräder je in eines der Kegelräder der Nachbar-Rollwerkzeuge eingreifen. 11. Vorrichtung nach Patentanspruch 1I und Unteransprüchen 8 und 10, gekennzeichnet durch eine axiale Federung der Kegelräder. 12.

   Vorrichtung nach Patentanspruch 1I und Unteransprüchen 8 und 10, gekennzeichnet durch eine axiale Einstellmöglichkeit der Kegelräder, wobei auf jeder Planetenbahnachse das eine der Kegelräder am Umfang dieser Achse festgeklemmt ist und das andere durch die hohlgebohrte Achse hindurch von deren einer Stirnseite aus axial verstell- und fest stellbar ist. 13.

   Vorrichtung nach Patentanspruch 1I und Unteranspruch 8, mit Mitteln zur Synchronisierung der Bewegung der Rollwerkzeuge mit der Werk stückdrehung, gekennzeichnet durch ein Kegelräder- paar, welches eine der Planetenbahnachsen mit dem Antrieb für die Werkstückachse verbindet. 14.

   Vorrichtung nach Patentanspruch 1I und Unteranspruch 8, gekennzeichnet durch eine Synchro- nisierungseinrichtung, welche aus einer elektrischen Welle besteht, welche alle am Verformungsvorgang beteiligten Motoren verbindet.