(57)【要約】  円筒形である薄壁の中空体に、該中空体（１）の長手方向軸線（Ａ）に対しほぼ平行に延びる成形部を冷間変形する方法であって、中空体（１）の長手方向軸線（Ａ）に対し半径方向で該中空体（１）に外から少なくとも１つの成形工具（５）を打撃的なハンマリングで作用させる方法において、成形工具（５）はそれぞれほぼ垂直な方向で振動させられて中空体（１）の表面に作用させられる。その後で成形工具（５）は半径方向の送り深さを維持して軸方向に中空体（１）に対し、所望の成形長さが達成されるまで移動させられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形である薄壁の中空体（１）に、該中空体（１）の長手方向軸線（Ａ）に対しほぼ平行に延びる成形部を冷間変形する方法において、中空体（１）の長手方向軸線（Ａ）に対し半径方向で該中空体（１）に外から少なくとも１つの成形工具（５）を打撃状にハンマリングで作用させ、成形工具（５）を半径方向の送り深さをほぼ変らずに維持して、所望の成形長さが達成されるまで中空体（１）に対し相対的に軸方向に移動させることを特徴とする、薄壁の円筒形の中空体に内歯と外歯を形成する方法。
【請求項２】
成形工具（５）を軸方向に移動させる前に成形工具（５）を中空体（１）の長手方向軸線に対し半径方向で、あらかじめ規定された送り深さまで送る、請求項１記載の方法。
【請求項３】
成形工具（５）と中空体（１）との間での軸方向の移動の方向変換を少なくとも１度、有利には所望の成形長さに達した後に元の出発位置に戻るために行なう、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
軸方向の相対的な移動の終了後に成形工具（５）を半径方向で中空体（１）の成形部（４）から走出させる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
成形工具（５）の振動的な往復運動が中空体（１）への成形工具の最大の半径方向の侵入深さよりも大きく選択されており、中空体（１）が間断的に、振動的な往復運動と同期化されてその軸（Ａ）を中心として、それぞれ形成しようとする成形部のピッチ間隔だけ回動させられる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
中空体（１）が加工のために、成形されたマンドレルの上に載置され、該マンドレルが成形工具（５）に対し、長手方向軸線（Ａ）に沿って移動可能に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
マンドレル（２）の成形部が自由端部から、半径方向外方へ突出する肩まで達していて、鉢形に構成されかつ縁又は肩（１′）を有する中空体（１）が載置されている、請求項６記載の方法。
【請求項８】
成形工具（５）をまずマンドレル（２）の肩（２′）の領域にてもしくは中空体（１）の縁（１′）の領域にて半径方向で作用させられ、次いでマンドレル（２）もしくは中空体（１）が軸方向で成形工具（５）に対して肩（２′）からもしくは縁（１′）から離して、有利には成形工具（５）が中空体（１）に作用しなくなるまで移動させる、請求項７記載の方法。
【請求項９】
成形工具（５）が中空体（１）もしくはマンドレル（２）の自由端部の領域にて半径方向に、規定された送り深さまで送り、次いでマンドレル（２）を軸方向で成形工具（５）に対し、有利には成形工具（５）がマンドレル（２）の肩（２′）もしくは中空体（１）の縁（１′）に作用するまで移動させる、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
半径方向で向き合って配置された少なくとも２つの成形工具が使用され、有利には互いにその半径方向の送りに関してかつその振動運動が同期化されて駆動される、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
成形工具（５）が中空体（１）に関し連続的に又は不連続な、調節可能なステップで、中空体（１）の成形部（４）の最終的な深さが達成されるまで送られる、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
偏心体駆動装置と作用結合された成形工具（５）と、該成形工具（５）に対しその軸線（Ａ）に沿って移動可能に構成された、中空体（１）を保持するためのマンドレル（２）の形をした工作物保持体と、マンドレル（２）をその長手方向軸線（Ａ）を中心として回転させるための駆動装置とを有する形式の、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法を実施するための装置において、成形工具（５）がポンチとして構成され、該ポンチが変形ゾーン（６）を有し、該変形ゾーン（６）が中空体（１）の外側に形成しようとする成形部の形状に相応しており、この場合、長手方向軸線（Ａ）に対して平行に配向された、中空体１の表面に対し最短の間隔を半径方向に有するキャリバゾーン（８）を除いて、作業成形軸線もしくは作業表面（７）が長手方向軸線（Ａ）に対し鋭角を成して、配向されていることを特徴とする、薄壁の円筒形の中空体に内歯及び外歯を形成する装置。
【請求項１３】
ポンチ（５）の長さもしくは作業成形部の長さが、中空体（１）に形成しようとする成形部（４）の長さよりも長い、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
キャリバゾーン（８）の長さがポンチの全長の１部もしくは作業成形部の長さの１部分を成している、請求項１２又は１３記載の装置。
【請求項１５】
当該装置が少なくとも２つの、中空体（１）の長手方向軸線（Ａ）に関して向き合って配置された成形工具（５）を有している、請求項１２から１３までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念の方法並びに請求項１１の上位概念の装置とに関する。
【０００２】
薄壁の円筒形の中空体に軸方向の成形部を製造することは例えば冷間圧延法で行なうことができる。例えば、工具としての成形ローラが円形軌道上で半径方向で工作物の上へ打撃係合させられかつ成形ローラに対し工作物が軸方向に送られることにより、所望の成形部を歯付きマンドレル工具を用いて内と外に生ぜしめる方法が公知である。もちろん、成形ローラの円形軌道に基づき、工作物内へ係合する際に円弧形の長手方向の輪郭が形成される。この長手方向の輪郭は軌道直径の大きさに関連して大きいか又は小さい半径を有しているが、常に存在している。
【０００３】
成形ローラを用いた前記冷間変形法の欠点は肩を有する円筒形の工作物における歯が、前記肩に近く構成できないことである。成形ローラの円形軌道に基づき成形部の端部と肩との間には加工できない所定の工作物区分が残る。
【０００４】
本発明の課題は薄壁の円筒形の中空体の成形部を規定された成形部幾何学的形状で、肩領域のすぐ近くまで正確に形成することを可能にする方法と装置とを提供することである。
【０００５】
前記課題は本発明によれば請求項１の特徴を有する方法によって解決された。有利な実施例は請求項２から１１までの特徴によって得られる。
【０００６】
有利には、薄壁の円筒形の中空体に、該中空体の長手方向軸線に対しほぼ平行に延びる成形部を冷間変形するための本発明の方法においては、中空体の長手方向軸に対し半径方向で中空体に外から少なくとも１つの成形工具が打撃状のハンマリングで作用させられる。この場合、成形工具はその都度、ほぼ垂直な方向に振動して中空体の表面に作用させられる。さらに成形工具は半径方向の送り深さを維持して中空体に対し相対的に、所望の成形部長さが達成されるまで軸方向に移動させられる。
【０００７】
これによって１つの作業工程で成形部はその全長に亙って完全に形成される。この場合、全変形作業は多数の単個ステップに分けられる。これによって各単個ステップの変形力は比較的に小さく保たれることができる。これは内成形部としても外成形部としても形成された成形部の高い精度をもたらし、すぐれた形成部の形成を可能にする。特に本発明による方法では比較的に小さな成形半径が生ぜしめられる。これは支持する側面部分を等しい成形寸法に比較して著しく拡大する。さらにこの場合には成形工具は、中空体の表面に対するほぼ垂直な振動運動のおかげで、中空体に場合によっては存在する肩のすぐ近くにまで位置決めし、ひいてはこの肩のすぐ近くまで成形することができる。つまり、成形工具は実質的に軸方向に運動を行なわず、ひいては中空体の加工領域にて軸方向の自由な運動空間も必要としない。
【０００８】
例えば成形工具の軸方向の移動の前に、成形工具は中空体の長手方向軸線に対して半径方向に、あらかじめ規定された送り深さまで送られる。成形工具が本来の加工過程の前に半径方向で中空体から離れた位置に配置されることによって、中空体は十分な空間を伴って加工装置内に配置されるかもしくは工作物保持体と結合されることができる。
【０００９】
有利には少なくとも１度、成形工具と中空体との間の軸方向の移動の方向転換が、有利には所望の成形部長さに達したあとで、成形工具と中空体との間の元の相対的な出発位置へ戻るように行なわれる。これによって成形部の精度と表面質とに対するきわめて高い要求が満たされる。さらに所望の表面質を達成するために成形工具に対し中空体を軸平行に複数回往復運動させることすらできる。
【００１０】
例えば軸方向の相対移動もしくは運動の終了後に成形工具は半径方向で中空体の成形部から外へ移動させられる。これによって成形済みの中空体は簡単に加工装置から除かれ、新しい素材を挿入することができる。本発明の方法では有利な形式で規定された成形、例えば規定されたピッチを有する歯を形成することができる。
【００１１】
例えば成形工具の振動する行程運動は中空体への成形工具の最大の半径方向の侵入深さよりも大きく選択される。この場合、中空体は有利には間断的に、振動する行程運動と同期化されて中空体の軸線を中心として、有利には形成しようとする成形部のピッチ間隔だけ回転させられる。
【００１２】
有利には成形工具は１分間あたり１０００打撃数を越える、有利には１分間あたり１５００打撃数を越える打撃で運転されることができる。これによってきわめて高い生産値が達成される。これは自動車工業における大量生産にとっては大きな利点を持つ。
【００１３】
さらに中空体は加工のために、成形されたマンドレルの上に載設される。このマンドレルは成形工具に対し長手方向軸線に沿って移動可能に配置されている。これにより中空体の外成形部も内成形部もあらかじめ規定された形に相応して迅速にかつ正確に形成される。
【００１４】
例えばマンドレルの成形部がその自由端部から、半径方向外方へ突出する肩まで達しかつ鉢形に構成された、同様に肩もしくは縁を有する中空体が載設される。このような中空体は例えば自動伝動装置にて回転とトルクとを伝達するための伝動装置構造にて使用される。この場合にはしばしば成形部は正確な内歯及び外歯として中空体の外へ突出する縁のすぐ近くまで構成されるかもしくは製作される必要がある。
【００１５】
例えば成形工具は第１の方法ステップのためにマンドレルの肩の領域にてもしくは中空体の縁の領域にて半径方向で作用させられかつ第２の方法ステップではマンドレルが軸方向で成形工具から遠ざけられる。この場合には成形工具又は有利には中空体が機械内で移動させられ、軸方向の相対運動が中空体と成形工具との間に生ぜしめられる。この運動は有利には成形工具が中空体に作用しなくなるまでの長さ実施される。この運動は成形工具が実質的に差込み過程のあとで成形部の底まで中空体に相対的に引張り移動し、ひいては成形部の全長が生ぜしめられるので引っ張り運動と呼ばれる。
【００１６】
例えば成形工具はまず中空体もしくはマンドレルの自由端部の領域にて半径方向に送られ、その後でマンドレルもしくは中空体は軸方向で成形工具に対し、肩もしくは縁に向かって、有利には成形工具がマンドレルの肩にもしくは中空体の縁に近く作用するまで移動させられる。この場合にももちろん成形工具と中空体との間の相対運動は機械内で中空体の軸方向の移動で行なわれることができる。この運動は、成形工具が一次的に成形部を中空体の縁に向かって成形しかつ形成するので押し運動と呼ばれる。この場合には例えば工具は自由端部の外側で、あらかじめ規定された送り深さに送られ、そのあとではじめて中空体に作用させられる。
【００１７】
例えばそれぞれ少なくとも２つの互いに半径方向で向き合って配置された２つの成形工具が使用される。この成形工具は有利には互いにその半径方向の送りに関してかつその振動運動に関して同期化されて駆動される。これによって好適な力分布と導入が保証される。
【００１８】
例えば成形工具は半径方向で工作物に対し連続的な又は不連続的な、調節可能なステップで、中空体の最終的な成形深さが達成されるまで送られる。
【００１９】
さらに本発明の課題は請求項１０の特徴によって解決された。装置の有利な別の実施例は本発明によれば別の請求項１２から１５の特徴によって与えられる。
【００２０】
本発明によれば本発明の方法を実施するための装置は、成形工具を保持するための、偏心駆動装置に作用結合された少なくとも１つの工具保持体と、工具保持体に対しその長手方向軸線に沿って移動可能に構成されたマンドレルもしくは中空体のための工作物保持体と、マンドレルもしくは工作物保持体をその長手方向軸線を中心として回転させるための駆動装置と、ポンチとして構成された少なくとも１つの成形工具とを有している。この場合、ポンチは中空体の外側に形成しようとする成形部の形に相応する作業成形部を有している。この場合、作業成形部軸線もしくは作業表面は、中空体の表面に対し、半径方向で最短の間隔を有する領域、つまりキャリバゾーンとして長手方向軸線に対し平行に配向された領域を除いて、長手方向軸線に対し鋭角を成して配向されている。この結果、キャリバゾーンがまず中空体の表面に作用する。何故ならばこのゾーンは中空体の表面に、ポンチの加工方向で最も近く位置しているからである。キャリバゾーンが侵入したあとで特に中空体の引っ張り加工に際してその都度ポンチの残りの作業表面も表面に侵入し、中空体の第１の前変形が行なわれる。第２の方法ステップにてポンチがコンスタントな半径方向の送りで、中空体に対して軸方向に動かされると、キャリバゾーンは単に成形部の最終成形だけしか行なう必要はない。
【００２１】
例えばポンチの長さもしくは作業成形部の長さは中空体に形成しようとする成形部の長さよりも長い。これによって中空体の引っ張り加工に際して成形部の全長に半径方向の送りで成形部の予備成形が行なわれる。
【００２２】
例えばキャリバゾーンの長さはポンチの全長もしくは作業成形部の長さの１部である。このキャリバゾーンは最終的に成形部の形状付与と精度にとって重要である。何故ならば半径方向の送りの終わりではこのキャリバゾーンしか中空体と接触しないからである。有利にはポンチはできるだけ長い耐久時間を達成し、ひいては得られた成形部の高い精度を長い製作時間に亙って保証するために高強度の材料から製作されているかもしくは適当な表面処理を有していることができる。
【００２３】
例えば装置は少なくとも２つの、中空体の長手方向軸線に関して互いに向き合って配置された成形工具を有している。これによって中空体に対する好適な力の導入と分配と保証され、力が装置自体内部で好適に吸収されかつ分配される。もちろん、他の配置、有利には成形工具の対称的な配置も考えられる。
【００２４】
以下、本発明の１実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【００２５】
図１には円筒形の中空体１に内歯と外歯とを形成する従来の打撃圧延装置の原理的な構造が概略的に示されている。この場合、中空体１は薄壁の鉢形体として構成されている。中空体１は成形されたマンドレル２の上に被せ嵌められかつ外から、円形軌道Ｋの上に配置された成形ローラ３で打撃加工される。この場合、成形ローラ３は半径方向で中空体の軸線Ａに対し、中空体１に所望の成形深さが達成されるまで送られる。この図面からは中空体１における成形部４が端面側で直線的な端面で終っているのに対し、成形部端部は円形軌道Ｋの形に対応する半径で終っている。したがって成形部４が中空体１から半径方向外方へ突出する肩のすぐ近くまで形成されなければならないと、この方法又はこの装置を使用することはできない。
【００２６】
図２には同様に概略的に、円筒形の薄壁の中空体を本発明の加工方法で加工する装置が示されている。この場合にも成形されたマンドレル２が使用され、このマンドレル２の上に、成形部を形成しようとする中空体１が被せ嵌められている。中空体１はこの場合には外へ突出する肩１′を１つしか有していない。成形部４は端面側から肩１′のすぐ近くまで形成したい。このためには成形工具５が用いられ、この成形工具５は中空体１の軸線Ａに対し半径方向に送られることができる。成形工具５は、例えば偏心駆動装置（図面を見やすくするために図示せず）によって軸線Ａに対し正確に半径方向の直線的な振動運動が与えられるように駆動される。
【００２７】
図３には載設された中空体１を有するマンドレル２が縦断面図で示されている。この場合、成形工具５は中空体１の肩１′を加工するための出発位置にある。この場合、中空体１は軸方向で不動にマンドレル２に押し付けられている。マンドレル２は有利には歯もしくは長手方向成形部を有し、この歯もしくは長手方向成形部の上には中空体１が加工前にその内面で載置される。さらにマンドレル２も肩２′を有している。
【００２８】
成形工具５は第１の方法ステップで中空体１の表面に打撃状のハンマリングで作用する。成形工具５の前記振動運動と同時にこの成形工具５は第１の方法ステップで中空体１の軸線Ａに対し半径方向に、あらかじめ規定されるか調節された深さまで、図４の縦断面図に示されているように送られる。したがってこの第１の方法ステップの終りには成形部は肩１′の領域で成形されるのに対し、成形部は中空体１の端面への左へには差当たり予備成形されてはいるがまだ成形は終っていない。
【００２９】
成形工具５がコンスタントな送り深さで、中空体１からほとんど引出される第２の方法ステップにおける成形工具５に対する中空体１の軸方向の相対移動によって、成形部４はその全長に亙って完全に成形される。図５においては横断面で、成形工具５は規定された送り深さで中空体１における最下位の加工状態もしくは係合状態で示されている。
【００３０】
典型的な形式で成形工具５は１分間あたり１０００打撃数を越える打撃速度で、有利には１分間あたり、１５００打撃数を越える打撃ですら稼動させることができる。この場合には成形工具５は例えば完全な１中空体回転ごとに、半径方向でそれぞれ少なくとも約０．１ｍｍ、所望の成形深さが達成されるまで送られることができる。
【００３１】
図６には図３と同様に中空体１の長手方向断面が示されている。この場合、ここでは成形工具５は加工のための選択的な出発位置で示されている。成形工具５は軸方向で見て中空体１の端面の前にあり、半径方向で、あらかじめ規定された送り深さに送られている。本来の中空体１の加工のためには成形工具５は軸方向で中空体１の肩１′に向かって所望の成形長さが達成されるまで内方へ移動させられる。この場合、中空体１は有利にはマンドレル２の端面に接触し、肩１′はマンドレル２の肩２′に対し小さな遊びを有している。これによって中空体１の材料は加工に際してこの肩２′に向かって伸びることができる。専門家にとってはこの相対運動が、装置自体内でも、中空体１もしくはマンドレル２が成形工具５に対して移動することによっても与えることができることは明らかである。
【００３２】
図７には例えば本発明の方法に使用可能である成形工具５が側面図で示されている。成形工具５はポンチとして構成されており、加工側６に中空体１に形成しようとする成形部４の形に相応する形、例えば台形の形を横断面に有している。加工側６の下縁７はこの場合には中空体の軸線Ａに対し鋭角４を成して配置されている。この角度の大きさは形成しようとする成形部４の形と深さとに応じて０．５°と１０°との間である。
【００３３】
この場合、下縁７は例えば直線的に延びるが、しかし軽い弯曲を有していることもできる。図７による成形工具５の右端にはキャリバゾーン８が構成されている。このキャリバゾーン８の領域においては下縁７は中空体１の軸線Ａに対し平行に向けられている。加工側６の輪郭は中空体１の外面に形成しようとする成形部の横断面に相応する。領域７はキャリバゾーン８から角度を成して又は円弧を成して成形工具５の反対側の端部に向かって延びている。この角度もしくは円弧は、形成しようとする成形部４の変形領域の輪郭に相応する。この場合にはキャリバゾーン８の長さは成形工具５の全長の１部分にしか相応していないと有利である。
【００３４】
中空体１もしくはマンドレル２の軸方向の移動は、有利には、キャリバゾーン８の長さに合わせられ、互いに半径方向で向き合った２つの成形工具５を使用した場合には有利には最大、中空体１の完全な１回転で前記長さの２倍である。
【００３５】
振動運動の成形工具５の行程は、第１の方法ステップの半径方向の最大の送り深さよりも大きく設定されている。これによって成形工具５は各行程で一度、中空体１の表面の輪郭の外に達する。次いで中空体１もしくはマンドレル２は成形工具の振動と同じ周波数でかつこの運動に同期されて有利には間断的に回転させられる。この場合、回転運動はそれぞれ有利には成形の１つの部分ステップを実施するので、中空体１の隣接した成形部４に成形工具５はそれぞれ連続的に打撃的に作用することができる。これによりきわめて正確で一様な成形が中空体の全周に亙って達成することができる。
【００３６】
すでに述べた高い打撃数によって例えば自動車工業での大量生産に大きな利点をもたらすきわめて高い生産値が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】円形軌道上を循環する成形ローラを有する従来の打撃圧延装置の原理的な構造の概略図。
【図２】本発明の方法を実施する本発明の装置の原理的な構造の概略図。
【図３】マンドレルの上に載置された鉢形の中空体を、本発明による成形工具で加工する前の状態で示した長手方向断面図。
【図４】本発明の方法の第１の方法ステップの後の状態を示した図３の長手方向断面図。
【図５】図４の長手方向断面図の加工領域の横断面図。
【図６】成形工具を用いた選択的な加工の前の状態で、マンドレルの上に載置された鉢形の中空体の長手方向断面図。
【図７】本発明による成形工具の側面図。
【符号の説明】
【００３８】
１  中空体、  ２  マンドレル、  ３  成形ローラ、  ４  成形部、  ５  成形工具、  ６  加工側、  ７  下縁、  ８  キャリバゾーン
【図１】
2009500179.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009500179.tif 000009
【国際調査報告】
2009500179.tif 000010
2009500179.tif 000011
2009500179.tif 000012
2009500179.tif 000013
2009500179.tif 000014
2009500179.tif 000015