DE3219674A1

DE3219674A1 - Werkzeug zum kaltrollen und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3219674A1
Application number: DE19823219674
Authority: DE
Inventors: Robert Roy 48054 Pontiac Mich. Ridley
Original assignee: Ex-Cell-O Corp
Current assignee: Ex-Cell-O Corp
Priority date: 1981-06-01
Filing date: 1982-05-26
Publication date: 1982-12-16
Also published as: FR2506601A1; FR2506601B1; JPS57202934A; IT8248419A0; GB2099347B; US4414729A; IT1147896B; CA1173279A; GB2099347A

Description

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HOEGER, STELLRECHT & PARTNER

PATENTANWÄLTE. UHLANDSTRASSE 14 c - D 7000 STUTTGART 1

A 45 129 b Anmelder: Ex-Cell-0 Corporation

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10. Mai 1982 Troy, Michigan 48084

USA

Werkzeug zum Kaltrollen und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein zahnstangenförmiges Werkzeug zum Kaltrollen einer Balligvi.-rzahnung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Werkzeugs.

Es ist eine Reihe von Vorschlägen bekannt geworden, die sich mit der Herstellung der Zahnungen von zahnstangenförmigen Werkzeugen befassen, welche dazu dienen, durch Kaltrollen eine entsprechende Außenverzahnung an einem Werkstück herzustellen. Beispielsweise ist in der US-PS 3 115 052 eine Kaltrollvorrichtung beschrieben, bei der auf beiden Seiten eines um seine feststehende Achse frei drehbaren Werkstücks jeweils eine Zahnstange vorgesehen ist, wobei die beiden Zahnstangen das Werkstück bei ihrer linearen Bewegung zum Formen der Außenverzahnung zu einer Drehbewegung antreiben. Die Zähne an den Zahnstangen verlaufen dabei im Abstand voneinander quer zur Längsrichtung der Zahnstangen und besitzen ausgehend vom vorderen Ende der Zahnstangen eine zunehmend größere Tiefe bzw. Höhe, so daß die Zahnung am Werkstück während

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des Rollvbfganges zunehmend stärker eingeprägt wird. Auf diese Weise wird am Umfang des Werkstücks durch Kaltrollen und ohne einen Materialabtrag eine Zahnung mit geraden Zähnen erzeugt.

In einigen Fällen ist es wünschenswert, beim Kaltformen am Werkstück eine Außenverzahnung in Form einer Balligverzahnung zu erhalten.

Die US-PS 4 208 773 beschreibt eine Kaltrollvorrichtung mit einem einzigen Zahnstangenpaar oder auch mit einem Paar von geteilten Zahnstangen, die auf beiden Seiten des Werkzeughalters unter einem Winkel bezüglich der Mittelachse des zu bearbeitenden Werkstücks angeordnet sind. Mit dieser Anordnung kann man eine "unechte" Balligverzahnung erhalten , bei der die Zähne der Außenverzahnung des Werkstücks an einem oder an beiden Enden eine konische Anordnung bilden.

Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug anzugeben, welches einerseits relativ einfach und billig herstellbar ist und mit dessen Hilfe andererseits an einem Werkstück eine echte Balligverzahnung hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein zahnstangenförmiges Werkzeug zum Kaltrollen einer Balligverzahnung gelöst, welches durch einen Werkzeugträger und einen daran raon-

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tierten Werkzeugeinsatz mit einer durch lineares Schleifen und durch Wölben des Werkzeugeinsatzes hergestellten Zahnung, deren Zahnform zur Zahnform der Balligverzahnung komplementär ist, gekennzeichnet ist.

Zum Herstellen eines derartigen Werkzeugs hat sich ein Verfahren bewährt, welches durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

man erzeugt an einem Werkzeugeinsatzrohling eine Zahnung mit geraden Zähnen und man spannt den Werkzeugeinsatzrohling während der Erzeugung der Zahnung und/ oder den mit der Zahnung versehenen WErkzeugeinsatz
im Gebrauch derart gewölbt ein, daß sich an d em fertigen Werkzeug aus einem Werkzeugträger und dem daran montierten Werkzeugeinsatz eine zur Zahnform der Balligverzahnung komplementäre Zahnform der Zahnung des Werkzeugeinsatzes ergibt.

Der entscheidende Vorteil von Werkzeug und Verfahren
gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Zahnung am Werkzeugeinsatz mit Hilfe eines längs einer geraden
Linie bewegten Schleifwerkzeugs hergestellt werden
kann, wobei die zur Balügverzahnung komplementäre Zahnform so erhalten werden kann, daß man den Werkzeugeinsatz für das Schleifen der Zähnung so einspannt, ,
daß seine von der mit der Zahnung zu versehenden
Oberseite abgewandte Unterseite konkav gewölbt wird.
Wenn die Zahnung dann fertiggestellt ist und wenn die

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Einspännung für den Werkzeugeinsatz¹ gelöst wird, dann nimmt die Unterseite des Werkzeugeinsatzes aufgrund der Elastizität des Werkzeugmaterials wieder ihre ursprüngliche ebene Form ein, während auf der mit der Zahnung versehenen Oberseite des Werkzeugeinsatzes eine konkave Form erhalten wird, wobei es sich versteht, daß die Längsachse der Wölbung quer zur Längsachse der Zähne verlaufen muß, wenn eine Balligverzahnung hergestellt werden soll.

Eine zweite Möglichkeit für die Herstellung eines Werkzeugs bzw. eines Werkzeugeinsatzes gemäß der Erfindung besteht darin, daß der zunächst auf seinen beiden Hauptflächen ebene, plattenfÖrmige Werkzeugeinsatz, nachdem er durch lineares Schleifen mit einer Zahnung versehen wurde, an einem Werkzeugträger so eingespannt wird, daß seine Längskanten gegenüber seinem Mittelteil angehoben werden, so daß wieder eine konkave Gestalt der gezahnten Fläche und damit der einzelnen Zähne erhalten wird. Das Wölben des Werkzeugeinsatzes beim Einspannen desselben am zugeordneten Werkzeugträger kann dabei in der Weise erfolgen, daß unt.er die Längskanten des Werkzeugeinsatzes Keile gelegt werden, während der mittlere Teil des Werkzeugeinsatzes, insbesondere mittels Schrauben, relativ dicht gegen die Oberseite des Werkzeugträgers gezogen wird. Gegebenenfalls kann die Spannfläche am Werkzeugträger auch von vornherein durch Schleifen oder Fräsen usw. eine konkav gekrümmte Form erhalten, an die die Unterseite des

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Werkzeugeinsatzes angeschmiegt wird. Außerdem besteht die Möglichkeit, beide Maßnahmen zu kombinieren/ d.h. einen beim Schleifen nach oben gewölbten Werkzeugeinsatz derart am Werkzeugträger einzuspannen, daß seine Unterseite nicht eben, sondern konvex gewölbt ist.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Unterseite des Werkzeugexnsatzes so zu bearbeiten, daß s^.ch zunächst eine konvexe Wölbung ergibt ur,d den Einsatz dann derart am Werkzeugträger festzuspannen, daß er im Gebrauch mit einer flachen Unterseite an einer ebenen Fläche des Werkzeugträgers anliegt. Bei dieser Ausführungsform könnte man auch von angeformten Keilen an den Längsseiten des Werkzeugexnsatzes sprechen.

In Ausgestaltung der Erfindung kann ferner der Werkzeugträger selbst mit einer Zahnung versehen sein, welche durch die Zahnung des Werkzeugexnsatzes, der in einer Vertiefung am Werkzeugträger montiert ist, verlängert wird. Auf diese Weise erhält man eine durchgehende Zahnstange, deren Zahnung teilweise direkt am Werkzeugträger angeformt ist und im übrigen durch die Zahnung am Werkzeugeinsatz gebildet wird, wobei die Zahntiefe der Zahnung am Werkzeugträger und gegebenenfalls auch am Werkzeugeinsatz in üblicher Weise ausgehend von dem vorderen Ende des so gebildeten zahnstangenförmigen Werkzeugs bis zu dessen hinterem Ende zunehmen kann. Dabei ist unter dem vorderen Ende des Werkzeugs dasjenige Werkzeugende zu verstehen, welches

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bei einem Kalt.rollvorgang zuerst in Kontakt mit der zu verformenden Umfangsfläche des Werkstücks gebracht wird.

Einzelheiten einer •Zahnstangen-Kaltrollvorrichtungr die mit erfindungsgemäßen zahnstangenförmigen Werkzeugen ausgerüstet werden kann, finden sich in der bereits eingangs erwähnten OS-PS 3 115 052.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von ünteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines zahnstangenförmigen Werkzeugs gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Stirnansicht des linken Endes des Werkzeugs gemäß Fig. 1;

Fig. 2A eine vergrößerte Teile-Seitenansicht eines Werkzeugeinsatzes des Werkzeugs gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Stirnansicht eines Werkzeugeinsatzes eines Werkzeugs gemäß der Erfindung, wobei der Werkzeugeinsatz für

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das Schleifen der Zahnung in einer Spannvorrichtung in gewölbter Form eingespannt ist;

Fig. 4 eine Stirnansicht des Werkzeugeinsatzes gemäß Fig. 3 nach der Fertigstellung der Zahnung und nach dem Lösen des Einsatzes aus der Spannvorrichtung ;

Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform eines mit einem Einsatz versehenen ζahnstangenförmigen Werkzeugs gemäß ■?er Erfindung;

Fig. 6 eine Stirnansicht einer abgewandelten Äusführungsforiii eines Werkzeugeinsatzes eines Werkzeugs gemäß der Erfindung;

Fig. 7 eine Seitenansicht eines mit einer

Balligverzahnung versehenen zylindrischen Werkstücks, wie es mit einem erfindungsgemäSen Werkzeug herstellbar ist und

Fig. 8 eine Stirnansicht des rechten Endes des Werkstücks gemäß Fig. 7.

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Im einzelnen zeigt Fig. 1 ein ζ ahnstangenf örmiges Werkzeug bzw. eine Zahnstange 10 mit einem hinteren Ende und einem vordere.;., in Fig. 1 rechts dargestellten Ende 14. Ausgehend ν'tu der hinteren Stirnfläche 18 der Zahnstange 10 i:" in dieser eine Aussparung vorgesehen, die eine τ' flachen Boden 16 besitzt und an einer dazu senkrechten Stirnwand bzw. Stirnfläche 20 endet,. Der Boden 16 dient der Abstützung eines Einsatzes 20, welcher erfindungsgemäß so ausgebildet ist, daß mit seiner Hilfe ausgehend von einer m.it Hilfe der Zahnstange 10 vorgeformten Stirnverzahnung eine Balligverzahnung an einem Werkstück herstellbar ist.

Wie aus Fig. 1 und 2 deutlich wird, -besitzt der Einsatz 22 zwei parallele Seitenwände 24, 26 und eine Stirnfläche 28, welche an der Stirnfläche 20 anliegt, so daß der Einsatz 22 bezüglich der Zahnstange 10 in Längsrichtung derselben positioniert ist. Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel ist der Einsatz 22 am hinteren Ende 12 der Zahnstange 10 mittels zweier in Längsrichtung voneinander vorgesehener Schrauben 3ö, 32 befestigt, welche öffnungen im Bereich des hinteren Endes 12 der Zahnstange 10 durchgreifen und von unten her in Gewindebohrungen 34, 36 des Einsatzes 22 eingeschraubt sind.

An der Obersfii te bzw. der Arbeitsfläche 40 des Einsatzes 22 ist eine Zahnung mit in Längsrichtung der Zahnstange 10 im Abstand voneinander angeordneten

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Zähnen 42 vorgesehen, die der Kaltverformung eines Werkstücks dienen. Jeder der Zähne 42 besitzt gemäß Fig. 2A eine Spitze 44 und einen Fuß 46/ die über eine vordere und eine hintere Zahnflanke 43 bzw. 50 miteinander verbunden sind.

Die Herstellung des Werkzeugeinsatzes 22 kann erfindungsgemäß/ wie dies Fig. 2 zeigt, in der Weise erfolgen, daß man an einem flachen, plattenförmigen Einsatzrohling mit ebenen Hauptflächen durch lineares Schleifen eine Zahnung mit geraden Zähnen erzeugt und den Einsatz dann so an der Zahnstange 10 befestigt, daß sich für das Arbeiten mit dem Werkzeug die gewünschte, zu einer Balligverzahnung komplementäre Form der Zähne 42 ergibt. Dies geschieht gemäß Fig. 2 in der Weise, daß die Längsseiten 24, 26 des Einsatzes 22 mit in Längsrichtung der Zahnstange 10 verlaufenden Keilen 54, 56 unterlegt werden und daß dann die Schrauben 30/ 32 angezogen werden, wobei sich der Einsatz 22 derart durchbiegt bzw. wölbt, daß sich die gewünschte ballige bzw. tonnenfönaige Form der Zähne 42 mit der in Fig. 2 durch die Linie 52 angedeuteten Krümmung der Zahnspitzen 44 ergibt. Bei dieser Form des Einsatzes 22 erhält man beim Kaltrollen mit dem Werkzeug 10 an einem zunächst zylindrischen Werkstück 62 Zähne 60 mit einer ballig ausgebildeten Zahnspitze 58, wie dies in Fig. 7 und 8 gezeigt ist, wo die Zahnflanken mit den Bezugszeichen 64 und 66 bezeichnet sind. Dabei erfolgt das Vorformen der Zähne, die

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schließlich durch die Zahnung des Einsatzes 22 ihre ballige Form erhalten, mittels einer normalen Zahnstangenzahnung 69, die am vorderen Ende 14 der Zahnstange beginnt und an der Anschlagfläche 20 endet.

Gemäß Fig. 3 der Zeichnung kann die Herstellung eines Werkzeugeinsatzes gemäß der Erfindung auch so erfolgen, daß der Rohling des Werkzeugeinsatzes 70 in gewölbter Form in einer Spannvorrichtung eingespannt wird, welche eine Basis 72 und Spannschienen 82, 84 aufweist, welche mit Spannklauen 86, 88 in Spannnuten 74, 76 an den Längsseiten des Einsatzes 70 eingreifen. Dabei ist auf der Spannfläche der Basis 72 ein Keil 94 angeordnet, der beim Festziehen der Spannschienen 82, 84 mittels Schrauben 90, 92 dafür sorgt, daß die Unterseite 96 des Einsatzes 70 konkav gewölbt wird, wobei die elastische Verformbarkeit des Materials des Einsatzes 70 ausgenutzt wird. Nach dem Einspannen des Rohlings kann an dessen Oberseite die Zahnung mittels eines Schleifwerkzeugs bzw. einer Schleifscheibe 100 hergestellt werden, die längs, einer geraden, zur Spannfläche der Basis 72 parallelen Linie 102 bewegt wird, wobei Zähne 104 erhalten werden, deren Teile parallel zu einer geraden Linie 98 verlaufen. Wenn der fertige Einsatz 70 dann aus der Spannvorrichtung gelöst wird, nimmt seine Unterseite 96 aufgrund der Elastizität des Materials wieder eine ebene Form an, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, während die Zähne 104 derart gekrümmt werden, daß ihre Zahnspitzen auf

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gekrümmten Linien 106 liegen. Auf'diese Weise wird eine insgesamt konkave Zahnung des Werkzeugeinsatzes 70 erhalten/ ohne daß eine der Krümmung der Zähne entsprechende Kurvensteuerung für das Schleifwerkzeug 100 erforderlich wäre.

Unabhängig davon, ob die Krümmung der Zahnung beim Einspannen des fertigen Einsatzes erfolgt (Fig. 2) oder durch Einspannen des Einsatzrohlings vor dem Schleifen der Zahnung (Fig. 3) liegt die Balligkeit des Werkzsugeinsatzes im Gebrauch in der Größenordnung von etwa 2,5 bis 5 um. Die Balligkeit ist also im allgemeinen relativ gering und in den Zeichnungsfiguren zur Verdeutlichung des Erfindungsgedankens etwas übertrieben stark dargestellt.

Bei der Herstellung eines Werkzeugeinsatzes in einer Spannvorrichtung gemäß Fig. 3 kann beim Lösen des Einsatzes 70 aus der Spannvorrichtung eine gewisse konkave Krümmung der Unterseite 96 des Einsatzes zurückbleiben. In diesem Fall kann die Unterseite 95 ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 mittels entsprechender Keile in eine ebene Form gebracht werden. Gegebenenfalls kann die Unterseite 96 mit Hilfe von Keilen auch so auf die Zahnstange 10 aufgespannt werden, daß sie konvex gekrümmt wird, um eine entsprechend stärkere Krümmung der Zähnung zu erreichen. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 gezeigt, wo die Unterseite 114 eines Einsatzes 70 an den Längskanten mit

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Keilen 116 und 118 abgestützt ist und mittels Schrauben 120, deren Gewinde 122 in eine Gewindebohrung 124 des Einsatzes 70 eingreift/ festgespannt ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist die Unterseite 128 eines Werkzeugexnsatzes 126 konkav geschliffen. Bei einem darartigen Einsatz,der in einer Spannvorrichtung gemäß Fig. 3 hergestellt werden kann, wird die Unterseite 128 mittels Schrauben gegen den flachen Boden der Aussparung der Zahnstange 10 gezogen, derart, daß die Randbereiche 130, 132 praktisch als angeformte Keile wirken. Auch dabei werden wieder Zähne 136 erhalten, deren Zahnspitzen längs gekrümmter Linien 134 verlaufen.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß erfindungsgemäß ein Werkzeugeinsatz bzw· ein zahnstangenförmiges Werkzeug geschaffen wird, welches einfach und billig herstellbar ist und welches zum Kaltformen einer Balligverzahnung an einem Werkstück geeignet ist. Dahei wird trotz eines linearen Schleifens der Zahnung des Einsatzes letztlich eine gekrümmte Zahnung desselben erhalten, welche die Herstellung einer echten Balligverzahnung gestattet, bei der an dem kaltgerollten Werkstück beide Enden der Zähnung ballig ausgebildet sind, und zwar nicht nur hinsichtlich der Spitzen der Zähne, sondern auch hinsichtlich der Zahnwurzeln. Trotzdem kann aber auf eine teure Kurvensteuerung für das Schleifwerkzeug verzichtet werden, da die Krümmung

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der Zähnung des Werkzeugeinsafezes durch Einspannen desselben bei seiner Herstellung und/oder im Gebrauch desselben hervorgerufen wird.

Claims

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Patentansprüche

Zahnstangenformiges Werkzeug zum Kaltrollen einer Balligverzahnung, gekennzeichnet durch einen Werkzeugträger (10) und einen daran montierten Werkzeugeinsatz (22) mit einer durch lineares Schleifen und durch Wölben des Werkzeugeinsatzes (22) hergestellten Zahnung (40), deren Zahnform zur Zahnform der Balligverzahnung (60) kocipi.smentär ist.
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugeinsatz (22) an dem Werkzeugträger (10) derart montiert ist, daß seine im unbelasteten Zustand ebene Unterseite (38) in Richtung auf den Werkzeugträger (10) konvex gewölbt ist.
3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugeinsatz (22) an seinen Längskanten (24, 26) durch Keile (54, 56) abgestützt und in seinem mittleren Teil mittels Schrauben .(30) gegen den Werkzeugträger (10) gezogen ist.

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4. Verfahren zur Herstellung eines zahnstangenförmigen Werkzeugs nach, einem der Ansprüche 1 bis 3 für das Kaltrollen ei-ier Balikverzahnung, gekennzeichnet durch folge, ίβ Verfahrensschritte:

man c-i ^eugt an einem Werkzeugeinsatzrohling eine Zahnung mit geraden Zähnen und man spannt de -ι Werkzeugeinsatz.roh.ling während der Erzeugung der Zahnung und/oder den mit der Zahnung versehenen Werkzeugeinsatz im Gebrauch derart gewölbt ein, daß sich an dem fertigen Werkzeug aus einem Werkzeugträger und dem daran montierten Werkzeugeinsatz eine zur Zahnform der Balligverzahnung komplementäre Zahnform der Zahnung des Werkzeugeinsatzes ergibt.