CH659414A5

CH659414A5 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen gehaerteter verzahnungen.

Info

Publication number: CH659414A5
Application number: CH419483A
Authority: CH
Inventors: Ernst Grob; Hans Krapfenbauer
Original assignee: Grob Ernst Fa
Priority date: 1983-08-02
Filing date: 1983-08-02
Publication date: 1987-01-30
Also published as: DE3422354A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens.

Dabei wird in an sich bekannter Weise eine Verzahnung durch spanende oder spanlose Formgebung hergestellt und gehärtet. Nach dem Härten vorhandene Formungenauigkei-ten werden nötigenfalls durch Schleifen korrigiert.

Die in bekannter Weise hergestellten gehärteten Verzahnungen lassen hinsichtlich ihrer Belastbarkeit Wünsche übrig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde im Sinne der Ermöglichung höherer Belastbarkeit bei kleinerem oder höchstens gleichem Gewicht der Getriebe, in dieser Hinsicht verbesserte gehärtete Verzahnungen zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird das im Anspruch 1 definierte Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführimg vorgeschlagen.

Bei der spanlosen Erzeugung von Verzahnungen nach den bekannten GROB-VERFAHREN (vgl. z.B. DE-PS 1 016 222) ergeben sich gesteigerte Zahnfuss-Wechsellastfe-stigkeit und Zahnflankenfestigkeit gegenüber einer spanenden Erzeugung einer Verzahnung aus dem gleichen Werkstoff. Beim anschliessenden Härten gehen aber diese gesteigerten Festigkeiten mindestens teilweise wieder verloren, was auf den Rekristallisationsvorgang zurückgeführt wird.

Während man beliebig erzeugte Verzahnungen im ungehärteten Zustand nach einem GROB-Verfahren besonderer Art überwalzen kann, um Formungenauigkeiten zu beseitigen, sind dabei erhaltene Verbesserungen der bereits genannten Festigkeitswerte dem Abbau beim Härten ebenfalls unterworfen.

Man hat deshalb versucht, dieses Nachwalzen unter Formkorrektur auch bei gehärteten Verzahnungen vorzunehmen, was aber zur Beschädigung oder Zerstörung der Verzahnungen führte, weil sich die gehärtete äussere Schicht vom weicheren Kern trennte.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass bei dem erfindungsgemässen Kaltwalzvorgang (ohne Makro-Formveränderung) eine wesentliche Verbesserung der Zahnfuss-Wechsellastfestigkeit und der Zahnflankenfestigkeit erreicht werden kann.

Man wird vorzugsweise die Walzen so auf das Werkstück auftreffen lassen, dass sich lediglich im elastischen Verformungsbereich von weniger als 0,1 mm eine vorübergehende Verformung am Werkstück ergibt.

Allenfalls vorhandene Schleifriefen können beim erfindungsgemässen Verfahren geglättet werden, so dass ein viel ruhigerer Lauf derartiger Verzahnungen erreichbar ist, was man sonst durch eine zusätzliche (und die Festigkeit nicht verbessernde) aufwendige Behandlung zu erreichen sucht.

Es ist vorteilhaft, wenn man eine Zahnlücke vollständig durchwalzt, bevor das Werkstück so weitergedreht wird,

dass man eine andere Zahnlücke mit den Walzen des gleichen Walzkopfes walzen kann. Dabei kann man nämlich mit einer hohen Walzkopfdrehzahl und vielen Walzen im Walzkopf arbeiten, was entsprechend hohe Vorschubgeschwindigkeiten des Werkstückes erlaubt. Die Drehbewegung nach dem Beenden des Walzens einer Zahnlücke kann dann ge-wissermassen geruhsam erfolgen, ohne einen nennenswerten Unterbruch zu erbringen. Man kann dann das Werkstück im umgekehrten Vorschubsinne in der nächsten Zahnnut überwalzen, oder (wenn das für günstig erachtet würde) auch das Werkstück in Ausgangslage längs zurückführen und im gleichen Walzsinne überwalzen. Beim Hin-und-her-Walzen kann man mit gleichsinnig laufendem Walzkopf oder unter Drehsinnumkehr des Walzkopfes arbeiten.

Man kann aber auch nach der grundsätzlichen Methode des GROB-Verfahrens vorgehend arbeiten, wobei man nach jedem Walzenangriff nicht nur längs vorschiebt, sondern auch eine Drehung des Werkstückes vornimmt.

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Die Einwirkung der Walze am Werkstück kann besonders günstig gestaltet werden, wenn man praktisch nur die Walze mit der ihr innewohnenden kinetischen Energie auf das Werkstück einwirken lässt. Dabei kann die Kraftwirkung nach Erfordernis angehoben oder gesenkt werden, indem die Drehzahl der Walzköpfe angehoben oder gesenkt wird. Man kann auch eine elastische bzw. dämpfende Ab-stützung der Walze am Walzkopf so vorsehen, dass die Walze vom Werkstück zurückweichen kann. Sonst könnten schon relativ kleine Ungenauigkeiten der Verzahnung, welche im Betrieb nicht stören, zu einem übermässigen Verformen des Werkstückes Anlass geben, wenn man die Zustellung des Walzkopfes so vornimmt, dass auch tiefe Stellen noch erreicht werden.

Wenn man gehärtete Verzahnungen einer Härte von z. B. 58 bis 63 HRC (Rockwell) nach der Erfindung überwalzt, wird man vorteilhaft Walzen verwenden, deren Härte im Bereich von z. B. 64 bis 68 HRC liegen kann. Es kann sich um Walzen aus HSS-Stahl (Schnellstahl, legierter Werkzeugstahl) und/oder aus Hartmaterialien, wie Hartmetallen handeln.

Zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens eignet sich eine Vorrichtung, welche am Maschinengestell eine entlang einer Achse verschiebliche und um diese Achse drehbare Werkstückhalterung aufweist, wobei die Antriebe zum Verschieben und Drehen unabhängig oder synchron gekoppelt sein können, je nachdem ob man die eine oder die andere Variante des Verfahrens ausüben will. Ferner hat die Vorrichtung wenigstens einen Walzkopf, der drehbar antreibbar ist, wobei auch hier eine Synchronisation zu den Werkstückantrieben im erforderlichen Masse vorgesehen sein kann. In jedem Walzkopf ist wenigstens eine Walze drehbar gelagert, so dass sie im wesentlichen in radialer Richtung des Walzkopfes zwischen einem peripheren (äusseren) und einem inneren Anschlag begrenzt beweglich ist.

Es können mehrere Walzköpfe und in jedem Walzkopf eine Vielzahl von Walzen vorgesehen sein, letzteres insbesondere für die Verfahrensvariante mit Durchwalzen jeder Zahnlücke von Ende zu Ende.

Man sorgt also bei der Vorrichtung dafür, dass die Wal-ze(n) beim Werkstückkontakt nicht starr in das Werkstück hineingetrieben wird, sondern zurückweichen, d.h. z.B. abprallen kann, wobei elastische oder dämpfende Mittel hierfür vorgesehen sein können. Man will also die Kraftübertragung nie im vollen Masse über das Maschinengestell erzwingen, weil dies zu unerwünschten Materialverdrängungen im plastischen Bereich führen könnte.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der rein schematischen Zeichnung beispielsweise erörtert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Vorrichtung,

Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 vergrösserte Lagerung einer Walze im Walzkopf, und

Fig. 3 bis 5 je eine gleichartige Zahnlückenkontur mit darin eingezeichneter Walzenkontur verschiedener Art. s Man erkennt in Fig. 1 ein Maschinengestell 1, auf welchem ein Einspannschlitten 2 durch eine motorisch antreibbare Schraubenspindel 3 entlang der Werkstückachse A verschieblich ist. Das Werkstück 4 (hier ein gehärtetes Zahnrad) ist durch die Spannvorrichtung 5 gehaltert. Die Spannvor-io richtung 5 ist im Spannschlitten 2 über ein Gebriebe 6 drehbar gelagert. Die Antriebe der Spindel 3 und der Spannvorrichtung 5 können (müssen aber nicht) miteinander und/ oder dem Antrieb der Walzköpfe 7 synchronisiert sein. Dagegen ist eine gewisse Abstimmung des Antriebs der Spindel 15 3 mit der Drehzahl und Walzenzahl der Walzköpfe 7 erforderlich, damit die einzelnen Walzvorgänge sich ausreichend überlappen können.

Jeder Walzkopf 7 enthält eine Vielzahl drehbar gelagerte Walzen 8 (auf deren drehbare Lagerung noch bezugneh-2omend auf Fig. 2 eingetreten wird). Jeder Walzkopf 7 ist in seinem Walzkopfschlitten 9 gelagert, wobei der Walzkopfschlitten über seine Hydraulik 10 zum Werkstück 4 hin oder davon weg gestellt werden kann. Damit kann die theoretisch maximal mögliche Eingriffstiefe der Walzen 8 in das Werk-25 stück 4 eingestellt werden, während sich die tatsächliche Eingriffstiefe wegen der Lagerung der Walzen 8 in den Schlitzen 11 (Fig. 2) praktisch nur durch deren kinetische Energie ergibt. Die Walzen werden durch den in Fig. 2 angedeuteten Führungsring 12, der stationär am Walzkopfschlitten 9 befe-30 stigt ist, daran gehindert aus den Schlitzen 11 herauszufliegen. Dabei erhalten die Walzen 8 durch Abrollen ihrer Achsschenkel 80 am Führungsring 12 eine Drehung, so dass sie am Werkstück rollend ankommen und nicht erst vom Werkstück in Rotation versetzt werden. Diese Rollbewegung 35 wirkt bei der gezeigten Führung der Walzen-Achsstummel 80 in den Schlitzen 11 auch stabilisierend.

Wenn man die kinetische Energie der Walzen für ungenügend hält, kann man in den Schlitzen 11 auch z. B. Federn einbauen, welche dann zusätzlich einen Teil der Energie des 40 Walzkopfes 7 auf die Walzen 8 und von diesen auf das Werkstück 4 übertragen können. Wesentlich ist aber, dass keine Makro-Form Veränderung im Werkstück bleibend erfolgen darf. Das Glätten von Schleifriefen darf dabei nicht als Makro-Form Veränderung gewertet werden. 45 Je nachdem, welche Oberflächenteile der Zahnlücke 40 überwalzt werden sollen, kann man z. B. eines der drei in Fig. 3 bis 5 gezeichneten Walzenprofile 81, 82, 83 oder andere Walzenprofile einsetzen. Dies kann auch von Bedeutung sein, wenn man mit einem Walzenprofil nicht alle gewünsch-50 ten Teile gleichzeitig nach der Erfindung überwalzen kann, weil sonst lokale Überbeanspruchung und/oder zu geringe Bearbeitung erfolgen kann.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

659414 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Herstellen gehärteter Verzahnungen, bei welchem eine Verzahnung spanend oder spanlos erzeugt und gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Werkstück mit der gehärteten Verzahnung entlang seiner Achse bewegt und dabei mit mindestens einer ringartig profilierten, in einem rotierend angetriebenen Walzkopf planetenartig umlaufenden Walze von aussen bearbeitet, wobei man mit jeder Walze in rascher Folge schlagartige Einzelwalzvorgänge im gleichen und hauptsächlich in Längsrichtung der Zahnung verlaufenden Richtungssinne in wenigstens einer Zahnlücke derart durchführt, dass in der gleichen Zahnlücke aufeinanderfolgend geführte Walzvorgänge sich hinsichtlich ihres Angriffs am Werkstück überlappen, wobei man in allen Zahnlücken ausserhalb des Makroverformungsbereiches Druckspannungen im Werkstück erzeugt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Schleifen erzeugten Schleifriefen dabei geglättet werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Eingriffstiefe der Walze ins Werkstückmaterial weniger als 0,1 mm beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Werkstückoberfläche beim Auftreffen der Walze auf das Werkstück innerhalb des elastischen Verformungsbereiches vorübergehend verformt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Walzens einer bestimmten Zahnlücke das Werkstück rotationsfrei längs verschoben wird, worauf nach Beendigung des Walzens dieser Zahnlük-ke, eine Werkstückdrehung erfolgt und dann eine andere Zahnlücke gewalzt wird, während das Werkstück rotationsfrei längs verschoben wird, wobei so fortgefahren wird, bis alle Zahnlücken gewalzt sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück während des Walzens längs verschoben und gedreht wird, so dass aufeinanderfolgende Walzvorgänge, welche mit Walzen des gleichen Walzkopfes geführt werden, auf einer Schraubenlinie am Werkstück angeordnet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftwirkung jeder Walze auf das Werkstück überwiegend aus der kinetischen Energie der Walze selbst abgegeben wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kraftwirkung jeder Walze auf das Werkstück mindestens teilweise in Abhängigkeit von der Drehzahl des Walzkopfes festlegt.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welche an einem Maschinengestell (1) eine entlang einer Achse (A) verschiebliche und um diese Achse (A) willkürlich drehbare Werkstückhalterung (5) sowie wenigstens einen bezüglich dieser Achse (A) verstellbaren, rotierend antreibbaren Walzkopf (7) und wenigstens eine im Walzkopf (7) drehbar gelagerte Walze (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (8) im Walzkopf (7) im wesentlichen in radialer Richtung begrenzt beweglich gelagert ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Walzen (8) in jedem Walzkopf (7) entlang einer gemeinsamen Flugbahn angeordnet sind.