DE60310379T2

DE60310379T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines metallischen bauteils und verfahren zur endbearbeitung eines metallischen bauteils

Info

Publication number: DE60310379T2
Application number: DE60310379T
Authority: DE
Inventors: Neil Walter Ragdale ADCOCK
Original assignee: Adcock Technology Ltd
Current assignee: Adcock Technology Ltd
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: GB0512747D0; DE60310379D1; ATE347947T1; EP1480769B1; AU2003212514A8; GB2412339B; EP1480769A2; GB2412339A; WO2003074209A3; AU2003212514A1; WO2003074209A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bauteils, eine Vorrichtung zur Verwendung in dem Verfahren und ein Verfahren zum Bearbeiten eines metallischen Bauteils.
Gießen ist ein gutes Verfahren zum Herstellen von Metallbauteilen in großen Mengen. Jedoch sind die in Gießverfahren erreichbaren Toleranzen für bestimmte technische Produkte nicht immer geeignet, beispielsweise, wenn die axiale Ausrichtung zwischen Öffnungen entscheidend ist. In einigen Fällen empfiehlt es sich, ein Gussbauteil zu nehmen und das Verfahren durch Bearbeitung eines Gussbauteils abzuschließen. Beispielsweise legt die US-Schrift Nr. 6,598,655 eine Motorblock-Gießbaugruppe offen, die mit Fixationsflächen ausgestattet ist, die das Anordnen der Motorblockform in aufeinanderfolgenden Ausrichtungs- und Bearbeitungsgängen unterstützen. Die Bearbeitungsarbeitsgänge sind jedoch allgemein kostspielig und komplex, und das Bearbeiten eines vorher gegossenen Bauteils nimmt viel von dem Vorteil weg, den das Formen des Bauteils durch ein erstes Gießen bietet.
In der US-Schrift Nr. 3,445,904 wird eine Maschine zum Gießen und Schmieden von Metallstücken beschrieben, in der das Gussmetall mit einem Träger neben der Gießform in Eingriff gebracht wird. Nach dem Trennen des Gussstücks aus der Form dient der Träger dazu, es zum Schmieden zu einer Schmiedestation zu tragen und danach zu einer Trimmstation, um das geschmiedete Teil von dem Trimmteil zu trennen.
Die japanische Schrift Nr. 05,146,841 legt ein Verfahren zum Bearbeiten eines Gussbauteils durch Schmieden offen.
Ein Kern wird in einem Hohlraum angeordnet, um ein Durchgangsloch in dem Bauteil bereitzustellen, und das Bauteil wird in einer Schmiedemaschine geschmiedet.
In der Schrift Nr. WO 98/42460 wird auch ein Verfahren zum Gießen und anschließenden Schmieden offengelegt. Dabei wird das Metallprodukt in einer Form gegossen, um einen Vorformrohling auszubilden, der dann einem Extrusions- oder einem Gesenkschmiedeprozess oder beidem unterzogen wird, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur herzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung metallischer Bauteile bereit, das Folgendes umfasst:
Gießen eines ersten und eines zweiten metallischen Bauteils jeweils mit einer bestimmten Form und Konfiguration, Aneinanderstoßen des ersten und des zweiten metallischen Gussbauteils, wobei die aneinanderstoßenden Bauteile ein erstes Paar ausgerichteter Öffnungen bereitstellen, gekennzeichnet durch Einsetzen eines ersten inneren Gusswerkzeugs durch beide Öffnungen eines ersten Paares ausgerichteter Öffnungen,
Verwenden äußerer Gusswerkzeuge zur Anwendung von Druck ohne externe Erwärmung auf einer Außenfläche jedes Gussbauteilpaares zur Verformung des Metalls der Bauteile und um gleichzeitig einen ersten Innenflächenteil jedes Bauteils gegen das zuvor eingeführte innere Gusswerkzeug zu drücken, wobei beim Verformen des ersten und des zweiten Bauteils die Form und die Konfiguration jeder ersten Innenfläche von dem ersten inneren Gusswerkzeug bestimmt wird, und Zurückziehen des ersten inneren Gusswerkzeugs, nachdem das Anwenden von Druck aufgehoben wurde.
In einem zweiten Gedanken der vorliegenden Erfindung ist ein Getriebe bereitgestellt, das ein Gehäuse aus metallischen Gussbauteilen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass es dann in der vorhergehend beschriebenen Weise verformt wird.
In einem dritten Gedanken stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Herstellung von metallischen Bauteilen nach dem vorhergehend beschriebenen Verfahren bereit, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
Ein erstes Paar ausgerichteter Stößel, wovon einer mit einem sich von seiner vorderen Fläche nach vorn erstreckenden zylindrischen Gusszapfen und einem Gussblatt ausgestattet ist und der andere mit einer Bohrung und einem Schlitz in seiner vorderen Fläche, um jeweils den Gusszapfen und das Gussblatt aufzunehmen,
und ein zweites Paar ausgerichteter Stößel, wovon einer mit einem sich nach vorn erstreckenden zylindrischen Gusszapfen und der andere mit einer Bohrung in seiner vorderen Fläche ausgestattet ist, um den Gusszapfen aufzunehmen, wobei das erste Paar ausgerichteter Stößel nicht mit dem zweiten Paar ausgerichteter Stößel ausgerichtet ist,
und das Gussblatt mit einer Öffnung ausgestattet ist, durch die sich der zylindrische Gusszapfen des Stößels des zweiten Stößelpaares bei Verwendung der Vorrichtung erstrecken kann.
In einem vierten Gedanken stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Nachbearbeitung der ersten und der zweiten metallischen Gussbauteile bereit, die in einem Fertigprodukt miteinander verbunden werden, wobei das Verfahren vor dem Verbinden der Bauteile durchgeführt wird, um das fertige Produkt zu formen, und das Verfahren die folgenden Phasen umfasst:
Zusammenbringen des ersten und des zweiten metallischen Gussbauteils, wobei jedes Bauteil zuvor zu einer gewünschten Form und Konfiguration gegossen wurde, wobei das erste und das zweite metallische Gussbauteil ein erstes Paar ausgerichteter Öffnungen und ein zweites Paar ausgerichteter Öffnungen bereitstellen,
gekennzeichnet durch das Einführen eines ersten inneren Gusszapfens durch das erste Par ausgerichteter Öffnungen, das Einführen eines zweiten inneren Gusszapfens durch das zweite Paar ausgerichteter Öffnungen,
und, mangels externer Erhitzung, Verwendung eines Stößels zur Anwendung einer Kraft durch externe Gusswerkzeuge auf einer Außenfläche des ersten und des zweiten Bauteils, um das Metall der Bauteile zu verformen, während der zuvor eingeführte erste innere Gusszapfen sicherstellt, dass die Öffnungen des ersten Paares ausgerichteter Öffnungen ausgerichtet bleiben und der zuvor eingeführte zweite innere Gusszapfen sicherstellt, dass die Öffnungen des zweiten Paares ausgerichteter Öffnungen ausgerichtet bleiben,
Zurückziehen der inneren Gusszapfen nach dem das Verformen des Metalls beendet ist,
und Trennen des ersten und des zweiten Bauteils, die später beim Zusammenbauen des fertigen Produktes miteinander befestigt werden.
In allen Gedanken stellt die vorliegende Erfindung die Herstellung engtolerierter technischer Produkte aus vorher gegossenen metallischen Bauteilen bereit. Das ermöglicht eine schnelle und kosteneffiziente Herstellung.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand eines Beispiels für ein Verfahren zum Herstellen eines Getriebes und anhand eines Beispiels für eine in diesem Verfahren verwendete Vorrichtung und bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines metallischen Druckgussbauteils.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Paares metallischer Druckgussbauteile mit dem zusammengebauten Bauteil in 1.
3 ist ein Querschnitt durch ein Getriebe mit einem Gehäuse, das aus den zusammengebauten metallischen Bauteilen in 1 und 2 hergestellt ist.
4 ist eine perspektivische Ansicht des Getriebes in 3 von außen.
5 zeigt das Getriebe in 3 und 4 im Gebrauch.
6 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil der Anordnung in 5.
7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 und 15 zeigen aufeinanderfolgende Phasen eines Kaltverformungsverfahrens, das eingesetzt wird, um z.B. das metallische Druckgussbauteil in 1 zu einem Bauteil umzuwandeln, das zum Formen eines Teils des Gehäuses des Getriebes in 3 und 4 geeignet ist.
16 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung, die zum Herstellen eines Getriebes des Getriebegehäuses in 3 und 4 verwendet wird.
17a und 17b zeigen eine Veränderung der Vorrichtung in 16.
1 zeigt ein metallisches Gussbauteil 10 vor seinem Verformen in einem der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Verfahren (im Folgenden zu beschreiben). Das Bauteil ist mit zwei einstöckigen zylindrischen Gusszapfen 11, 12 ausgestattet. Die Gusszapfen 11, 12 erstrecken sich senkrecht von einer ebenen Fläche 13 des Bauteils weg und jeder Gusszapfen, z.B. 11, ist mit einem äußersten Ab schnitt 14 mit einem ersten Durchmesser und einem Wurzelabschnitt 15 mit einem größeren Durchmesser ausgestattet. Die Zapfen sind so ausgelegt, dass sie mit zwei Öffnungen in einem spiegelbildlich ausgeführten Bauteil in Eingriff treten. Das Bauteil 10 ist mit zwei zylindrischen Öffnungen 16 und 17 ausgestattet, um die Zapfen des spiegelbildlich ausgeführten Bauteils aufzunehmen. Jede Öffnung, z.B. 16, ist mit einem ersten Abschnitt 18 mit einem ersten Durchmesser (passend zum Durchmesser eines Wurzelabschnitts eines Zapfens) und einem zweiten Abschnitt mit einem kleineren Durchmesser (passend zum Durchmesser eines äußeren Abschnitts eines Zapfens) ausgestattet. Die Durchmesser der Abschnitte der Öffnungen sind absichtlich kleiner ausgelegt als die Durchmesser der Abschnitte der Zapfen, so dass die Zapfen beim Einsetzen in die Öffnungen verformt werden müssen und einen kraftschlüssigen Eingriff bilden.
2 zeigt das Bauteil 10 im Eingriff mit einem spiegelbildlich ausgeführten Bauteil 20, wobei die Zapfen des einen mit den Öffnungen des anderen in Eingriff stehen. Die Bauteile zusammen bilden zwei Paare ausgerichteter Öffnungen, ein Paar Öffnungen 21 und 22, die miteinander ausgerichtet sind, und ein Paar Öffnungen, umfassend eine Öffnung 23 und eine ausgerichtete Öffnung (in 2 nicht gezeigt, aber in 3 mit der Bezugszahl 25 versehen). Die Aufgabe dieser Öffnungen in einem Getriebe 30 mit einem Gehäuse aus den Bauteilen wird in 3 gezeigt, in der erkennbar ist, dass ein Schneckengetriebe 24 mit Enden versehen ist, die in den Öffnungen 23 und 25 eingesetzt sind. Das Schneckengetriebe 24 passt mit einer drehenden Mutter 27 zusammen, deren Enden in den Öffnungen 21, 22 eingesetzt sind. Das ist am deutlichsten in 4 gezeigt. Somit ist die Ausrichtung der Öffnungen jedes Paares Öffnungen miteinander entscheidend.
5 und 6 zeigt das Getriebe 30 im Gebrauch. Eine Gewindespindel 26 ist an jedem Ende durch eine Klammer, z.B. die Klammer 28 in 6, an einem Schlitten 29 befestigt, der verschiebbar auf einer feststehenden Schiene 31 befestigt ist. Das Getriebe 30 ist in einem Fach in der Schiene befestigt, typischerweise mit einem Elastomer-Band, das das Getriebe 30 umgibt und das Getriebe 30 an seiner Stelle in dem Fach in der feststehenden Schiene 31 sichert, während eine relative Bewegung dazwischen möglich ist, um eine relative Verstellung der Ausrichtungen zu ermöglichen. Die feststehende Schiene 31 wird an einem Boden eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs befestigt, und ein Autositz wird an dem Schlitten 29 befestigt. Die Gewindespindel durchläuft eine Öffnung in der drehenden Mutter 27 (3), und ein Schraubengewinde an der Außenseite der Gewindespindel 26 nimmt das passende Gewinde an der Innenseite der drehenden Mutter 27 in Eingriff. Die Rotation der drehenden Mutter bewirkt eine lineare Bewegung der Gewindespindel und dadurch ein Verschieben des Schlittens 29 und des darauf montierten Sitzes. Eine biegsame Antriebswelle 32 ist in 5 gezeigt. Diese ist an einem Ende mit einem Elektromotor (nicht gezeigt) und an dem anderen Ende mit dem Schneckengetriebe 24 verbunden. Auf diese Weise kann das Schneckengetriebe 24 durch den Elektromotor drehend angetrieben werden und dadurch die drehende Mutter 27 drehend antreiben und die Gewindespindel und den Schlitten 31 linear verschieben.
Die metallischen Gussbauteile, z.B. 10, die den Guss gerade verlassen, sind nicht schon gut genug, um (ohne weitere Bearbeitung) als Teile für das Gehäuse des Getriebes 30 zu dienen. Wie vorhergehend beschrieben, muss die Ausrichtung zwischen den Öffnungen genau bearbeitet werden. Auch die nach innen weisenden Flächen der Öffnungen müssen eine präzise Oberflächenbeschaffenheit haben, um Reibung zwischen ihnen und den Bauteilen zu verringern, die in ihnen eingesetzt sind. Ferner müssen die nach innen weisenden flachen Flächen der Gehäuseteile, z.B. die Fläche 13 des Bauteils 10, als Übertragungsflächen für die Endflächen der drehenden Mutter dienen und daher flach und regelmäßig sein und eine fein bearbeitete Oberfläche aufweisen. Ferner muss der Abstand zwischen den einander zugewandten Flächen eng toleriert sein, wenn bei dem Getriebe auf Abstandhalter, z.B. Unterlegscheiben verzichtet werden soll, die zwischen die drehende Mutter und die Übertragungsflächen gesetzt werden.
Um die erforderlichen Toleranzen und die Oberflächenbeschaffenheiten zu erhalten, wird ein Paar zusammenpassender Spritzgussbauteile, etwa 10, einem Kaltverformungsprozess unterzogen, der im Folgenden anhand der 7 und 15 beschrieben wird. Der Begriff „Kaltverformung" beschreibt, dass der Vorgang ohne Aufbringen einer externen Erwärmung durchgeführt wird, auch wenn die Verformung selbst Wärme erzeugt.
7 zeigt, dass die beiden Druckgussbauteile 10, 20 an der Stelle zusammengebracht werden, an der die Wurzelabschnitte der Zapfen genau die Umfänge der passenden Öffnungen in Eingriff nehmen. Die zusammengebauten Bauteile 10, 20 werden dann von zwei Paaren gefederter Blöcke 40, 41 und 42, 43 in Eingriff genommen. Jedes Paar Blöcke ist mit einer Feder 44, 45 ausgestattet, die zwischen ihnen wirkt. Zunächst wird jeder Block jedes Paares unter der Wirkung eines Paares hydraulischer Stößel, entweder 47, 48 oder 49, 50, zusammengebracht und dann drücken sie die Federn 44, 45 auseinander, um die einander zugewandten Flächen der beiden Bauteile 11, 20 in Eingriff zu bringen. Die gefederten Blöcke sind auf Schienen, z.B. 46, angeordnet und werden an den Schienen der beiden Bauteile 10, 20 entlang verschoben. Die gefederten Blöcke sind auf Schienen, z.B. 46, montiert und werden mit Hilfe hydraulischer Betätigungselemente in eine Arbeitsposition geschoben, in der sie von Riegeln in Eingriff genommen werden. Die hydraulischen Stößel drücken die gefederten Blöcke zusammen, um die Bauteile 10, 20 zu lösen, und die gefederten Blöcke werden an den Schienen entlang zurückgezogen, um das nächste Paar Gussbauteile aufzunehmen.
Als nächstes wird, wie in 8 gezeigt, ein Paar hydraulischer Stößel 51, 52 zusammengebracht. Der Stößel 51 ist von ihm vorstehend mit einem Gusszapfen in der Form einer zylindrischen Stange 53 ausgestattet, die durch die ausgerichteten Öffnungen 23, 25 der Bauteile vorgeschoben wird und in eine passende zylindrische Bohrung 54 in einer Endfläche 55 des Stößels 52 eingreift. Der Stößel 51 ist von ihm vorstehend auch mit einem Gussblatt in der Form einer Platte 56 ausgestattet, die durch den Zwischenraum vorgeschoben wird, der zwischen diesen Teilen des Bauteils 10, 20 definiert ist, die zusammen die Öffnungen 21, 22 ausbilden. Die Platte 56 tritt mit einem passenden Schlitz in der Endfläche 55 des Stößels 52 in Eingriff. Die Platte 56 ist mit einer Öffnung 57 ausgestattet, die mit den Öffnungen 21, 22 ausgerichtet ist, wenn die Platte 56 vollständig vorgeschoben ist. Die Endfläche 58 des Stößels 51 ist mit flachen Abschnitten ausgestattet, die so ausgelegt sind, dass sie mit den flachen Endabschnitten der zugewandten Endfläche des Bauteils 10 in Eingriff stehen, und der Stößel 51 ist mit gebogenen Abschnitten ausgestattet, um mit einem gebogenen Abschnitt der zugewandten Endfläche des Bauteils 10 in Eingriff zu stehen. In ähnlicher Weise ist die Endfläche des Stößels 52 mit flachen Abschnitten, die so ausgelegt sind, dass sie mit den flachen Endabschnitten der zugewandten Endfläche des Bauteils 20 in Eingriff stehen, und einem gebogenen Abschnitt ausgestattet, der so ausgelegt ist, dass er mit der gebogenen zugewandten Endfläche des Bauteils 20 in Eingriff steht. Die Platte 56 ist ein feinstbearbeitetes Gussblatt, das sehr engtoleriert bearbeitet wurde. Die Stange 53 ist ein feinstbearbeiteter Gusszapfen, der ebenfalls sehr engtoleriert bearbeitet wurde.
9 zeigt Abschnitte von zwei hydraulischen Stößeln 60, 61. Der Stößel 61 ist mit einem Gusszapfen in der Form einer zylindrischen Stange 62 ausgestattet, die von ihm vorsteht. Wenn die beiden Stößel 60, 61 zusammengebracht werden, erstreckt sich die Stange 62 durch die Öffnungen 21 und 22 und auch durch die Öffnung 57 in der Platte 56, die zuvor in den Zwischenraum zwischen den Rahmen eingesetzt wurde, die die Öffnungen 21, 22 ausbilden. Die zylindrische Stange 62 erstreckt sich in eine Bohrung in einer Endfläche des Stößels 60. Die Stößel 60, 61 sind mit flachen Endflächen ausgestattet, die mit den flachen Endflächen der Bauteile 10, 20 in Eingriff stehen. Die zylindrische Stange 62 ist ein feinstbearbeiteter Gusszapfen, der engtoleriert bearbeitet wurde.
10 ist eine Ansicht von unten und zeigt, wie die beiden Paare hydraulischer Stößel 51, 52 und 61, 62 verwendet werden. Der Stößel 51 wird zunächst in die gezeigte Position vorgeschoben, wobei die Platte 56 (in 10 gezeigt) und die Stange 53 (in 10 nicht gezeigt) durch die Öffnungen in den zusammengebauten Beiteilen 10, 20 eingesetzt werden. Dann wird der Stößel 52 in die Stellung vorgeschoben, in der er an das Bauteil 20 stößt, wobei die Platte 56 in einen Schlitz in der Endfläche des Stößels 52 und die Stange 53 in eine Bohrung gleiten. Dann wird der Stößel 61 vorgeschoben, wobei die Stange 62 die Öffnungen in den zusammengebauten Bauteilen 10, 20 und die Öffnung 57 in der Platte 56 durchläuft. Schließlich wird der Stößel 60 in den Eingriff mit den Bauteilen 10, 20 vorgeschoben, wobei sich die Stange 62 in die Bohrung in der Endfläche des Stößels 60 schiebt.
11 zeigt, dass die hydraulischen Stößel 60, 61 zunächst verwendet werden, um gleichen und entgegengesetzten Druck zum Verformen der Bauteile 10, 20 aufzubringen, so dass ihre nach innen gerichteten Flächen mit den Flächen des Gussblattes 56 in Eingriff treten und Form und Abstände annehmen, die durch das Gussblatt 56 begrenzt sind. Dann werden die hydraulischen Stößel 51, 52 eingesetzt, um gleichen und entgegengesetzten Druck auf die Bauteile 10, 20 aufzubringen. Das Material der Bauteile 10, 20 wird verformt, so dass die Zapfen, z.B. 11, 12, eines Bauteils, z.B. 10, in die passenden Öffnungen des anderen Bauteils, z.B. 20, gedrückt werden. Das wird am deutlichsten in 10 gezeigt. Das Material im Bereich des Gusszapfens 62 verformt sich, um die Form des Zapfens 62 anzunehmen und von diesem begrenzt zu werden und dadurch Bundlager für die drehende Mutter auszubilden. Dieses Verfahren erbringt einen sehr guten Toleranzbereich für die Bundlager. Die planaren Endflächen werden ebenfalls verformt, um die Form der zugewandten Stößelflächen anzunehmen, und erhalten eine hohe dimensionale Toleranz in dem Verfahren und eine bessere Oberflächenbeschaffenheit und Oberflächenhärte. Die Kontaktbereiche zwischen den Stößeln 51, 52 und den Bauteilen 10, 20 müssen präzise proportioniert sein, damit eine lokale Verformung der planaren Flächen 70, 71, 72 und 73 (siehe 12) möglich ist, während eine vollständige Verformung und ein Materialfluss beim Bilden der Bundlager möglich ist.
Ein Paar hydraulischer Stößel dient dazu, Druck auf die Bauteile 10, 20 aufzubringen, und dann wird das andere Paar verwendet, um wiederholt Druck aufzubringen, wobei zwischen den Stößelpaaren wiederholt über mehrere Arbeitsgänge gewechselt wird.
13 zeigt eine nächste Phase in dem Verfahren. In dieser Phase wird der Stößel 60 von den Bauteilen 10, 20 zurückgezogen. Ein weiterer kleiner Stößel 80 ist in der Bohrung in dem Stößel 60 verschiebbar, der das Ende des Gusszapfens 62 aufnimmt. Der weitere Stößel 80 und der Gusszapfen 62 sind beide mit konkav ausgeführten Endflächen ausgestattet. Eine Karbidkugel 81 wird aus einem Kugellager in die Ausrichtung mit dem Stößel 80 und dem Zapfen 62 hochgehoben und dann durch sie in Eingriff genommen. Die Karbidkugel 81 weist einen Durchmesser auf, der etwas größer ist als der Durchmesser der Öffnungen 21, 22 (aber kleiner als der Durchmesser der Öffnung 57). Die Kugel 81 wird von dem hydraulischen Stößel 80 durch die Öffnungen 21, 22 gedrückt. Die Karbidkugel 81 poliert die Bundlager, die von den umfänglichen Flächen der Öffnungen 21, 22 bereitgestellt sind, und verleiht den Flächen eine bessere Oberfläche und eine bessere Härte. Nachdem sie die Öffnungen 21, 22 durchlaufen hat, wird die Kugel 82 gelöst und fällt in das Kugellager zurück.
14 zeigt die vorletzte Phase in dem Verfahren, in dem der Stößel 52 aus dem Eingriff mit den Bauteilen 10, 20 zurückgezogen wird. Ein Stößel 90 ist in der Bohrung in dem Stößel 52 verschiebbar, die den Gusszapfen 53 aufnimmt. Das Ende des Stößels 90 wie auch das Ende des Gusszapfens 53 sind konkav ausgebildet. Eine Karbidkugel 91 wird aus einem Kugellager in Ausrichtung mit dem Stößel 90 und dem Gusszapfen 53 angehoben. Der Stößel 90 wird vorgeschoben, um die Karbidkugel 91 zwischen dem Stößel 90 und dem Gusszapfen 53 festzuhalten. Der Stößel 90 wird dann weiter vorgeschoben (wobei der Gusszapfen 53 gleichzeitig zurückgezogen wird), so dass die Kugel 91 durch die Öffnungen 23, 25 gedrückt wird. Die Kugel ist mit einem Durchmesser ausgestattet, der etwas größer ist als der Durchmesser der Öffnungen 23, 25. Die Karbidkugel poliert die Lagerflächen der Öffnungen, um die Oberflächenbeschaffenheit und die Oberflächenhärte zu verbessern.
Schließlich, gezeigt in 15, werden die hydraulischen Stößel 51, 52 und 60, 61 alle zurückgezogen und die Bauteile 10, 20 gewaltsam getrennt. In dieser Phase eignen sich die Bauteile zur Verwendung als die beiden Hälften des Getriebegehäuses. Die Ausrichtung der Öffnungen 23, 25 wurde durch die Verformung des Metalls auf dem Gusszapfen 53 sichergestellt. Die Durchmesser der Öffnungen 23, 25 sind sehr eng toleriert. Die Innenflächen der Öffnungen werden poliert, bis eine sehr gute Oberflächenbeschaffenheit erreicht ist und stellen dadurch gute Lagerflächen zur Aufnahme der Enden des Schneckengetriebes 24 bereit. Der Abstand zwischen den beiden Innenflächen des Gehäuses, die als die Druckflächen für die drehende Mutter 27 dienen, ist durch die Verformung der Flächen gegen das Gussblatt 56 sehr eng toleriert. Die Durchmesser der Öffnungen 21, 22 sind durch die Verformung des Materials gegen den Gusszapfen 62 mit engen Toleranzen begrenzt. Die Innenflächen der Öffnungen 21, 22 sind poliert und stellen eine gute Oberflächenbeschaffenheit und Oberflächenhärte bereit und ergeben dadurch gute Bundlager für die Enden der drehenden Mutter 27.
Das Schneckengetriebe 24 und die drehende Mutter sind mit einem geeigneten Schmiermittel zwischen den beiden verformten Bauteilen 10, 29 angeordnet, und die Bauteile werden dann miteinander befestigt, wobei die Zapfen jeweils mit den Öffnungen in der anderen in Eingriff treten.
Die engen dimensionalen Toleranzen und die gute Oberflächenbeschaffenheit der Gehäuseteile ermöglichen den Bau eines siebenteiligen Getriebes. Das Getriebe ist ein Reduktionsgetriebe, das die Drehzahl von z.B. 3200 U/min eines Elektromotors auf eine niedrigere Drehzahl der Gewindespindel absenkt.
Bei der Verformung des Materials der Bauteile 10, 20 handelt es sich um eine plastische Verformung. Jedoch verformen sich im Verformungsprozess verschiedene Bauteile, etwa die Stößeloberflächen, die Gusszapfen und der Blattzapfen elastisch. Diese elastische Verformung muss berücksichtigt werden, wenn diese Bauteile erzeugt werden, um sicher zu stellen, dass eine Genauigkeit in den Abmessungen der Fertigteile erhalten wird.
Das vorhergehend beschriebene Verfahren wird ohne Aufbringen von Wärme auf die Bauteile 10, 20 durchgeführt und ist im Wesentlichen ein Kaltverformungsprozess. Interne Belastungen können sich in den Bauteilen 10, 20 aufbauen. Um diese Belastungen zu vermeiden, die Ermüdungsprobleme in dem Fertigprodukt erzeugen, kann es wünschenswert sein, die Bauteile zu härten.
Während das beschriebene Verfahren an Gussbauteilen durchgeführt wird, kann es auch zum Endbearbeiten von Bauteilen eingesetzt werden, die zunächst aus einem Raumetall hergestellt wurden.
16 zeigt eine Vorrichtung zum Formen einer drehenden Mutter 27, die in dem vorhergehend beschriebenen Getriebe verwendet werden kann. Die Mutter 27 wird hergestellt, indem zunächst ein Stahlrohling bearbeitet wird, um ein Bauteil auszubilden, das mit einer Zylinderwelle ausgestattet ist, wobei sich ein einstöckiges Getrieberad radial von einem Wellenmittelpunkt erstreckt. Die Außenzähne werden auf der umfänglichen Fläche des Getrieberades gewalzt. Eine Bohrung wird durch die Zylinderwelle bearbeitet und angezapft und einer Einsatzhärtung unterzogen. Alternativ und vorzugsweise wird das Innengewinde in der Bohrung durch die Welle einem Flow-Forming-Verfahren unterzogen. Das Getrieberad ist mit einem Paar allgemein planar ausgebildeter Seitenflächen ausgestattet, die mit sich radial erstreckenden Einkerbungen bereitgestellt sind.
Der bearbeitete Rohling wird als nächstes zwischen ein Paar Stahl- oder Bronzeunterlegscheiben 107, 108 gelegt und die Anordnung von Rohling und Unterlegscheiben befindet sich an einem konisch ausgeführten Endanschlag 100, der in den axialen Durchgang vorsteht, der durch das Bauteil 27 läuft. Ein zweiter konisch ausgeführter Endan schlag 101 ist an einem Federelement 102 bereitgestellt, der verschiebbar in einem Stößel 103 angeordnet ist. Das gefederte Element wird durch eine Feder 104 vor den Stößel vorgespannt. Beim Vorschieben des Stößels 103 tritt der konisch ausgeführte Endanschlag 101 mit dem Bauteil 27 in Eingriff, indem er in eine Öffnung in einer Endfläche eingreift, die sich zum Innendurchgang öffnet. Die beiden konisch ausgeführten Endanschläge 100 und 101 bewirken das genaue Zentrieren des Bauteils 27 an seiner Stelle in dem Maschinenwerkzeug.
Der hydraulische Stößel 103 bewegt sich weiter vor, wobei sich das Federelement 102 gegen die Vorspannkraft der Feder 104 in den Stößel 103 zurückzieht. Schließlich nimmt ein Werkzeug 105, das an dem Stößel 103 angeordnet ist, die Unterlegscheibe 107 in Eingriff und ein Werkzeug 106 greift in die andere Unterlegscheibe 108 ein. Die Werkzeuge 105, 106 bewirken eine lokale Verformung des Materials der Belegscheiben 107, 108, deren Material in die Einkerbungen auf den planaren Seitenflächen des Getrieberades des Bauteils fließt. Die Unterlegscheiben 107, 108 werden dadurch an dem Bauteil 27 befestigt.
In einer geänderten Form ist die Vorrichtung in 16 in 17a und 17b gezeigt. In der Veränderung sind beide konisch ausgeführten Endanschläge 100 und 101 auf dieselbe Weise auf den durch eine Feder vorgespannten verschiebbaren Elementen montiert, auch wenn der Einfachheit halber nur das Element 102 gezeigt ist. 17a zeigt, dass zusätzlich zur vorspannenden Feder 104 eine Tellerfeder 109 bereitgestellt ist. Für die erste Bewegung des Elementes 102 relativ zum Stößel 103 trifft die Tellerfeder 109 nicht auf das Element 102. Die Tellerfeder 109 kommt aber im letzten Teil der Bewegung des Elementes 102 ins Spiel. Die Tellerfeder 102 ist eine starre Feder. Unter dem Einfluss der Tellerfeder bringen beide konisch ausgeführten Endanschläge 100, 101 radial nach außen gerichtete Kräfte auf die Ränder 110 und 111 der drehenden Mutter 27 auf. Diese Kräfte bewirken, dass sich das Material der Ränder radial ausdehnt, so dass sich der Außendurchmesser der Ränder genau dem Durchmesser der Bohrungen in den Werkzeugen 105 und 106 anpasst.
Durch Verwendung der in 16, 17a und 17b gezeigten Vorrichtung kann die drehende Mutter 27 mit Druckscheiben 107, 108 bereitgestellt sein, die Flächen bereitstellen, die mit den Reaktionsflächen des Getriebegehäuses in Eingriff bringbar sind, wobei die Unterlegscheiben aus einem Material mit guten Reibungs- und Abnutzungseigenschaften beschaffen sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung von metallischen Bauteilen umfassend: Gießen eines ersten und zweiten metallischen Bauteiles (10, 20), wobei jeder Bauteil eine ausgewählte Form und Konfiguration aufweist; Aneinanderstoßen des ersten und zweiten metallischen Gussbauteils (10, 20) mit den Stoßbauteilen, wodurch ein erstes Paar ausgerichteter Öffnungen hergestellt wird; dadurch gekennzeichnet; dass ein erstes inneres Gusswerkzeug (56) durch beide Öffnungen des ersten Paares ausgerichteter Öffnungen eingeführt wird; dass ein äußeres Gusswerkzeug zur Anwendung von Druck, mangels externer Erhitzung, auf einer Außenfläche jedes Gussbauteilpaares (10, 20) zur Verformung des Metalls der Bauteile und zur gleichzeitigen Forcierung eines ersten Teiles der Innenfläche jedes Bauteiles gegen das zuvor eingeführte innere Gusswerkzeug (56) verwendet wird und bei der Verformung des ersten und zweiten Bauteiles (10, 20) die Form und Konfiguration jeder ersten Innenfläche vom ersten inneren Gusswerkzeug (56) bestimmt wird; und dass das erste innere Gusswerkzeug (54) nach Beendigung der Druckanwendung zurückgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 wobei: die Gussbauteile (10, 20), wenn sie vereint werden, ein zweites Paar ausgerichteter Öffnungen (21, 22) in den Bauteilen erzeugen; das erste innere Gusswerkzeug (56) eine Öffnung (57) aufweist, die mit dem zweiten Paar ausgerichteter Öffnungen (21, 22) ausgerichtet ist, wenn das erste innere Gusswerkzeug (56) durch jede Öffnung der beiden ersten ausgerichteten Öffnungen (22) eingeführt wurde; ein zweites inneres Werkzeug (62) durch eines des zweiten Paares ausgerichteten Öffnungen (21), durch die Öffnung (57) in das erste innere Gusswerkzeug (56) und dann durch das andere des zweiten Paares ausgerichteter Öffnungen eingeführt wird; wenn Druck auf der Außenfläche (70, 71, 72, 73) der einzelnen gegossenen Bauteile angewandt wird, eine zweite Innenfläche jedes Bauteiles gegen das zweite Gusswerkzeug (62) forciert wird; und das Zweite innere Werkzeug (62) nach Anwendung des Druckes und vor Zurückziehen des ersten inneren Werkzeuges (56) zurückgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 2 wobei: ein erstes Paar ausgerichteter Stößel (60, 61) zur Anwendung von Druck über ein erstes Paar von äußeren Gusswerkzeugen auf erste Teile der Außenflächen der Gussbauteile zur Forcierung der ersten Teile der Innenfläche gegen das innere Gusswerkzeug (56) verwendet wird; ein zweites Paar ausgerichteter Stößel (51, 52), das nicht mit den Stößeln (60, 61) des ersten Paares aus gerichtet ist, zur Anwendung von Druck über ein zweites Paar von äußeren Gusswerkzeugen (55, 58) auf zweite Teile der Außenflächen (70, 71, 72, 73) der Gussbauteile angewandt wird, wobei die zweiten Teile der Außenfläche (70, 71, 72, 73) von den ersten Teilen der Außenfläche distanziert sind und das zweite Paar ausgerichteter Stößel (51, 52) zum Forcieren der zweiten Teile der Innenflächen der Gussbauteile gegen das zweite innere Gusswerkzeug (62) verwendet wird; und das erste und zweite Paar Stößel (51, 52, 60, 61) nacheinander mit einem Paar Stößel, das auf eine erste Zeitspanne Druck anwendet und das andere Stößelpaar Druck auf eine zweite Zeitspanne anwendet, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das erste Paar ausgerichteter Öffnungen längs einer ersten Achse und das zweite Paar ausgerichteter Öffnungen (21, 22) längs einer zweiten Achse, die senkrecht zur ersten steht, ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei: die Gussbauteile (10, 20), bei Vereinigung ein drittes Paar ausgerichteter Öffnungen (23, 25) ergeben; ein drittes inneres Gusswerkzeug (53) durch beide Öffnungen des dritten Paares ausgerichteter Öffnungen (23, 25) eingeführt wird; und Druck auf die Außenfläche der Gussbauteile zur Verformung des Metalls der Bauteile (10, 20) und zur Forcierung von Teilen der dritten Innenfläche gegen das dritte innere Gusswerkzeug (53) ausgeübt wird; und das dritte innere Gusswerkzeug (53) nach Beendigung der Druckausübung zurückgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das dritte innere Gusswerkzeug (53) ein zylindrischer Zapfen und die Teile der dritten Innenfläche periphere Flächen sind, die das dritte Paar ausgerichteter Öffnungen (23, 25) bestimmen und die Öffnungen des dritten ausgerichteten Paares (23, 25) im Querschnitt rund sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das zweite innere Gusswerkzeug (62) ein zylindrischer Zapfen ist und die Teile der zweiten Innenfläche periphere Flächen sind, die das zweite ausgerichtete Paar Öffnungen (21, 22) bestimmen und die Öffnungen des zweiten ausgerichteten Paares (21, 22) im Querschnitt rund sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das erste innere Gusswerkzeug (56) ein Gussblatt ist, das ein Paar voneinander distanzierter Seitenflächen aufweist und die Teile der ersten Innenfläche der Gussbauteile gegen die flachen Seitenflächen des Gussblattes (56) forciert werden, um genau einen Abstand zwischen den Teilen der ersten Innenfläche während der Verformung des Metalls der Bauteile (10, 20) zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei: nach der Verformung des Metalls der Gussbauteile (10, 20) durch Forcieren der Innenflächen gegen ein oder mehrere Gusswerkzeuge (52, 54, 62), eine Kugel (81, 91) durch mindestens ein Paar der ausgerichteten Öffnungen (21, 22, 23, 25) forciert wird und die Kugel (81, 91) einen Durchmesser aufweist, der etwas größer als der Durchmesser der ausgerichteten Öffnungen (21, 22, 23, 25) ist und die Kugel (81, 91) die peripheren Flächen, die die Öffnungen (21, 22, 23, 25) bestimmen, poliert.
Getriebe (30) umfassend ein Gehäuse aus metallischen Bauteilen; dadurch gekennzeichnet: dass es dann nach einem der Ansprüche 1 bis 9 verformt wird.
Getriebe (30), das ein Gehäuse, bestehend aus metallischen Bauteilen, die dann nach Anspruch 5 verformt werden, umfasst, und das Getriebe, ein Schneckengetriebe (24) enthält, das im dritten Paar ausgerichteter Öffnungen (23, 25) gelagert ist, das in eine drehende Mutter (27) eingreift, die im zweiten Paar ausgerichteter Öffnungen (21, 22), gelagert ist.
Vorrichtung, die zur Herstellung von metallischen Bauteilen nach einem Verfahren nach Anspruch 5 verwendet wird und die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein erstes Paar ausgerichteter Stößel (51, 52), wovon einer einen zylindrischen Gusszapfen (53) und ein Gussblatt (56), die sich von der vorderen Fläche nach vorne verlängert und das andere eine Bohrung (54) und einen Schlitz auf einer Vorderfläche (55) zur Aufnahme des Gusszapfen (53) bzw. des Gussblattes (56) aufweist; und ein zweites Paar ausgerichteter Stößel (60, 61), wovon einer einen zylindrischen Gesenkzapfen (62) und das andere eine Bohrung in einer Vorderfläche (55) davon zur Aufnahme des Gusszapfens (62) aufweist; wobei das erste Paar ausgerichteter Stößel (51, 52) nicht mit dem zweiten Paar ausgerichteter Stößel (60, 61) ausgerichtet ist; und das Gussblatt (56) eine Öffnung (57) aufweist durch die sich der zylindrische Gusszapfen (62) des Stößels (61) des zweiten Stößelpaares bei Verwendung der Vorrichtung verlängern kann.
Verfahren zur Nachbearbeitung des ersten und zweiten metallischen Gussbauteiles (10, 20), die in einem Fertigprodukt miteinander vereint werden, wobei das Verfahren vor der Vereinigung der Bauteile zum Erhalt des fertigen Produktes ausgeführt wird, und das Verfahren folgende Phasen umfasst: Vereinigung des ersten und zweiten metallischen Gussbauteiles (10, 20), wobei jeder Bauteil zuvor mit einer gewünschten Form und Konfiguration gegossen wurde, und der erste und zweite metallische Gussbauteil (10, 20) ein erstes Paar ausgerichteter Öffnungen und eine zweites Paar ausgerichteter Öffnungen (21, 22) bilden; dadurch gekennzeichnet, dass ein erster innerer Gusszapfen (56) durch das erste Paar ausgerichteter Öffnungen eingeführt wird; ein zweiter innerer Gusszapfen (62) durch das zweite Paar ausgerichteter Öffnungen (21, 22) eingeführt wird; und mangels externer Erhitzung, ein Stößel (51, 52, 60, 61) zur Anwendung einer Kraft auf eine externe Fläche des ersten und zweiten Bauteiles (10, 20) über externe Gusswerkzeuge (55, 58), zur Verformung des Metalls der Bauteile verwendet wird, während der zuvor eingeführte erste innere Gusszapfen (56) sicherstellt; dass die Öffnungen des ersten Paares ausgerichteter Öffnungen ausgerichtet bleibt und der zuvor eingeführte zweite innere Gusszapfen (62) sicherstellt, dass die Öffnungen des zweiten Paares innerer ausgerichteter Öffnungen (21, 22) ausgerichtet bleibt: der innere Gusszapfen nach der Verformung des Metalls zurückgezogen wird; und der erste und zweite Bauteil (10, 20) getrennt werden, um später beim Zusammenbau des fertigen Produktes vereint zu werden.
Getriebe (30), das eine Gehäuse besitzt, das einen ersten und zweiten Bauteil (10, 20), die mit dem Verfahren nach Anspruch 13 endbearbeitet werden, umfasst.