(57)【要約】      （修正有）【課題】  より大きな対称性とより高い精度を有する、内歯車を備える伝動部品を製作する方法を提供する。【解決手段】  コップ状又は環状の回転対称加工物の内面に作用するマンドレルで内部輪郭を製作する方法において、嵌合公差で外方を用意又はプレファブリケーションされた加工物1が、母型6に挿入され、又、冷間加工中に、回転駆動されるマンドレル3により、摩擦嵌合及び耐ねじり強度状態で母型6の内壁に押圧され、更に、プロファイリング部の転造作業の終了後に、軸方向ピストン7により突出され、一方、外方プロファイリング部を備えるマンドレル3は、移動自在に支持され、又、転造中に軸方向及び半径方向に送られる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コップ状又は環状の回転対称加工物の内面に作用するマンドレルで内部輪郭を製作する方法、特に、加工物ホルダーとして冷間加工中にマンドレルと協働して回転する母型に収容される、環状歯車、摺動スリーブ、変速スリーブ、カップリング本体又は内歯車を備えるそのような伝動部品を製作する方法において、
嵌合公差で外方を用意又はプレファブリケーションされた加工物（１）が、母型（６）に挿入され、又、冷間加工中に、回転駆動されるマンドレル（３）により、摩擦嵌合及び耐ねじり強度状態で母型（６）の内壁に押圧され、更に、プロファイリング部の転造作業の終了後に、軸方向ピストン（７）により突出され、一方、外方プロファイリング部を備えるマンドレル（３）は、移動自在に支持され、又、転造中に軸方向及び半径方向に送られることを特徴とする方法。
【請求項２】
嵌合公差を有する外径でプレファブリケーションされた加工物（１）が、母型（６）に挿入され、又、冷間加工中に、回転駆動されるマンドレル（３）により、摩擦嵌合及び耐ねじり強度状態で母型（６）の内壁に押圧され、更に、プロファイリング部の転造作業の終了後に、軸方向ピストン（７）により突出される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
外径が過大寸法にプレファブリケーションされた加工物（１）が、場合により加熱又は冷却することにより、母型（６）に挿入され、又、冷間加工中に、回転駆動されるマンドレル（３）により、摩擦嵌合及び耐ねじり強度状態で母型（６）の内壁に押圧され、更に、プロファイリング部の転造作業の終了後に、軸方向ピストン（７）により突出される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
外方をプレファブリケーションされた加工物（１）が、やっとこ状母型（６）に挿入され、又、冷間加工中に、回転駆動されるマンドレル（３）により、強制ロック状態及び耐ねじり強度状態で母型（６）の内壁に押圧され、更に、プロファイリング部の転造作業の終了後に、母型（６）の開放により突出される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
母型（６）に収容された加工物（１）に対するマンドレル（３）の送りは、造形前に半径方向に行われる一方、内部輪郭の造形が、軸方向のマンドレル（３）の送りにより行われる請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
内歯車の製作のために、係合角度を有する面取り部（９）が、加工物（１）に挿入される側のマンドレル（３）の端面に設けられた請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
回転駆動されるマンドレル（３）が、歯車輪郭を有する同期リング（１０）により、回転支持された母型（６）と同期化される請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
母型（６）とマンドレル（３）が、互いに独立の駆動装置（１２）を有し、該駆動装置（１２）が、マンドレル（３）と加工物（１）の間の係合比の維持のための作動同期化のために、電子同期化装置により制御技術的に互いに連結された請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コップ状又は環状の回転対称加工物の内面に作用するマンドレルで内部輪を製作する方法に関し、特に、冷間加工中にマンドレルと協働する母型で支持される、環状歯車、摺動スリーブ、変速スリーブ、カップリング本体又は内歯車を備えるそのような伝動部品の製作に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷間加工による回転対称加工物の製作は、高負荷部品において特に経済的である。マンドレルが成形部品に装入され、マンドレルの周囲領域が、変形後の成形部品の内部プロファイリング部に対応する。これにより、一方では、変形における素材強化と繊維構造の結果として生じるより優れた物性が得られる。他方では、変形のために必要な形状変化が相対的に僅かであるので、素材材質の十分な靭性が維持される。
【０００３】
特許文献１によれば、転造されるべき主要部の縦変化が起こらない転造作業又はスタンピング作業により、ハブケースが製作される。転造スタンピングにおける変形は、まず第一に半径方向に生じる。工具の転造の傾斜無しに球軌道とローレットを含む完成したハブケースが実現されるべき時、完成した加工物に対する主要部の直径比に関する主要部の調整が必要である。
【０００４】
爪車用の内歯車の製作のために、歯車の反対形状がマンドレルの輪郭に加工される。その構成では、内方に位置する輪郭を中空ロールが有すると共に、第２輪郭を有するマンドレルが内部に配置される中空ロールとして外方ロールが設けられ、主要部が、外方ロールに対して送られて転造スタンピングされる。内部に位置するマンドレルを有する中空ロールとして外方ロールを設けた構成の利点は、延長された転造スタンピング距離を有する安定した転造運動にある。これにより、主要部が、転造スタンピング作業において安定化されると共に、追加の安定器無しで転造される。
【０００５】
歯車の転造の他に、ねじロールを有する転造工具の転造により実行されるめねじの転造が公知である。特許文献２によれば、管状加工物のめねじが、螺旋形の加工面を有する工具で製作される。素材は、成型工具でねじ谷底から除去される。変形のこのやり方によって、増加する速度で急激に増大する非常に高い圧力と摩擦力が発生する。これは、工具の速い摩耗と加工物におけるねじピッチのほころびにつながる。めねじの転造は、特定の壁厚を必要とするので、例えば、薄板には不適当である。
【０００６】
薄板加工物の内歯車の加工では、主として、プレス加工が用いられて、押圧マンドレルの内部輪郭又は加工物の外部輪郭が母型に複写される。特許文献３では、外歯車を有する歯車部品の製作のためにコップ状の工具が使用される。圧力ロールにより、母型内で回転する金属円板の厚さが、中心から縁部へ減少し、そのようして得られた材料は、ハブから突出する円筒形縁部領域に変形される。ハブ面に対して大体垂直に延在する円筒形縁部領域は、その外面に歯車を備える。
【０００７】
特許文献４によれば、滑らかな外面を有する歯車部品の内歯車の製作において、プレス機又はプレスで製作されるコップ状の管部品が使用される。管部品は、歯車を有する押圧マンドレル上にあると共に、回転加工物に作用する。第１作業工程において、加工物が、外歯車を設けた押圧マンドレルの外周に当接させられ、又、第２作業工程において、回転するコップ状加工物が、圧力ロールにより歯車の溝に押圧され、同時に伸ばされる。
【０００８】
【特許文献１】独国特許出願公開第１９９１０４７４号明細書
【特許文献２】独国特許発明第４０３４７９５号明細書
【特許文献３】独国特許発明第１９５２４０８９号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第３９３１５９９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
先行技術で公知の内部輪郭の製作のための転造スタンピング法は、母型の内部輪郭が加工物の外部輪郭より大きいという欠点を有する。内部輪郭の転造のためのマンドレルロールは、加工物の内部輪郭よりずっと小さい。内部輪郭の転造は管部品のバルジングとつながっており、これは、歯車の正確な模写に不都合である。転造マンドレルと母型が同時に駆動される時、両者は、加工物との接触領域において同じ円周速度を有しなければならない。更に、輪郭転造における軸方向の素材の流動がひずむことにより、転造工程中の転造の加工物が、工具輪郭で除去される素材体積により長く対応する。大きくて深い輪郭を有するリング、例えば、伝動リング又は変速スリーブの製作において、これは、望ましい精度に対する問題を提起する。
【００１０】
本発明は、先行技術の欠点を解消して、冷間加工中の加工物のバルジングと長さ変化を防止することを目的とする。これにより、より大きな対称性とより高い精度を有する、内歯車を備える伝動部品が製作される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、上記課題は、請求項１の特徴によって解決される。本発明の他の好都合な形態は従属請求項から生じる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、歯車からなる内部輪郭２を内孔に設けるべきコップ状の回転対称加工物１を強く概略的に示す。加工物１は、又、環状形状を有することができる。好ましくは、加工物は、環状歯車、摺動スリーブ、変速スリーブ、カップリング本体等の内歯車を備える伝動部品である。本実施の形態において、コップ状の加工物１は、傾斜角度を有する軸方向に延在する内歯車を備える。輪郭形成は、内部輪郭２又は内孔に作用するマンドレル３で行われる。マンドレル３は、内歯車に対応する輪郭形成をする外歯車４を備える。図２において、マンドレル３は、回転駆動を示唆するマンドレル軸５を有し、マンドレル軸５が、不図示のマンドレル軸受に支持されることにより、マンドレル３は、半径方向及び軸方向に移動自在に配置される。
【００１３】
加工物１は、加工物ホルダーとして冷間加工中にマンドレル３と協働して回転する母型６に収容される。加工物１は、母型６の内壁に嵌合する外径を有する嵌合公差で外方をプレファブリケーションされる。加工物１は、母型６に締り嵌めで圧入される。冷間加工中に、加工物１は、回転駆動されるマンドレル３により母型６の内壁に押圧される。加工物１は、それにより、摩擦嵌合及び耐ねじり強度状態で母型６に固定される。プロファイリング部の転造作業の終了後に加工物１を突出すために、軸方向ピストン７が母型６内に設けられ、加工の完了した加工物１が軸方向ピストン７により軸方向に突出される。
【００１４】
母型６内の加工物１の固定は、加工物１の外径のプレファブリケーションの費用が必要となる締り嵌めにより生じ得る。加工物１を母型６内に固定するために、加工物１の外径と母型６の内径の間の嵌合において、加工物１の外径は、母型６の内径を超える過大寸法を有しなければならない。加工後の軸方向ピストン７による加工物１の突出しを可能にするために、加工物１の外径の過大寸法があまり大きくならないように選択される。その結果、僅かの製造公差が必要である。母型６の内径を超える過大寸法で外径が製作される加工物１のプレファブリケーションにより、単純化が達成される。外径が過大寸法に製造された加工物１を加熱又は冷却することにより、加工物１を母型６に摩擦嵌入し得る。加工物１の変形が歪む間に、加工物１の外径の過大寸法により存在する締付け状態が素材の流動の進行で除去されるので、軸方向ピストン７により加工物１を母型６から容易に突出すことができる。
【００１５】
外部でプレファブリケーションされた加工物１の安全な締付けを可能にするために、やっとこ状母型６又は母型状クランプ装置が更に使用される。やっとこ状母型６により、機械における加工物交換がより迅速に且つより簡単に行われると共に、外部でプレファブリケーション又はプロファイリング加工された加工物１の品質が保証される。このようにして、本発明の方法は、外部及び内部でプロファイリング加工された加工物１の製作を同程度に可能にする。
【００１６】
図１によれば、母型６に収容される深絞り部品、プレス加工部品又は仕上げ製造されたブランクから出発する例えば内歯車を有するコップ状の加工物１の製作において、加工物１の底部は、軸方向ピストン７に当接及び支持される。マンドレル３は、母型６に収容された加工物１の軸心に平行に配置された軸心に沿って、加工物１との接触面で加工物１をホビング加工する。マンドレル３と加工物１の軸心間の距離の減少により、素材除去が起こる。マンドレル３と加工物１の軸心間の距離の減少が半径方向の送りで生じる一方、移動自在に支持されたマンドレル３の加工物１の内孔への挿入は、軸方向の送りを必要とする。
【００１７】
外歯車４又は外方プロファイリング部を備えるマンドレル３は、転造中のマンドレル軸心８の回りのその回転において、軸方向に加工物１に挿入されると共に、半径方向に送られる。回転中に、マンドレル３は、加工物１に次第に接近して内部輪郭２に押圧されることにより、除去された材料量が、マンドレル３の歯溝内を流れて、内歯車の歯部分が生産される。転造及びマンドレル３の半径方向送りにおいて、素材除去によりマンドレル３の輪郭歯元面への素材堆積が発生する。マンドレル３の軸方向の送りにおいて、素材除去がマンドレル３の頭部領域で発生する。その結果、長手誤差は全く生じない。何故なら、加工物１は母型６に収納されていると共に、加工物１の長手伸長が軸方向ピストン７により制約されているからである。冷間転造において、マンドレル３の高圧により材料除去が加工物１の輪郭形状に完全に転写される。加工物１の加工された歯のマンドレル３の頭部領域では、欠陥が防止される。本発明の方法により、内歯車を有する精密部品が簡単に且つ経済的に製作される。高い変形力にもかかわらず加工物１の望ましくない変形が防止されるので、大幅により優れた仕事収量が達成される。
【００１８】
図２に示す方法では、造形前に、マンドレル３が、母型６に収容された加工物１に対して最初に半径方向に送られる。内部輪郭の造形は、マンドレル３のそれ自身のマンドレル軸心８の回りの回転においてマンドレル３の軸方向の送りにより起こる。マンドレル３の軸方向の送りにもかかわらず、半径方向の材料除去が生じる。加工物１の長さ変化が完全に回避されると共に、輪郭形成が改善される。それに応じて、マンドレル３より印加される押圧力が、輪郭形成用に完全に利用される。このようにして、マンドレル３の押圧力が低減されると共に、マンドレル３の寿命が延長される。
【００１９】
マンドレル３の挿入の容易化と輪郭変形の更なる改善のために、係合角度を有する面取り部９が、加工物１に挿入される側のマンドレル３の端面に設けられる。加工物１に作用する力は、マンドレル３において係合角度によりより小さくなる。面取り部９の領域において、歯車輪郭は、軸方向送りで次第に必要な深さまで加工される。何故なら、内部輪郭の規定通りの形成の前に予備変形が、面取り部９により起こると共に、輪郭が、次第にその最終形状まで加工されるからである。これにより、マンドレル工具の周縁部が保護される。
【００２０】
大略軸方向に進行する変形による内部プロファイリング部の製作は、素材が、直接の第１輪郭歯の係合により輪郭底部の領域で流動させられることにより、内部輪郭が容易に最終形状に加工されるという利点を有する。これは、半径方向圧力がより少ないという利点をもたらす。材料が、変形開始時に輪郭底部で剛化すると共に、転造における増大する剛化により脆化するという危険が無い。その結果、生じた加工物輪郭はより高い支持強さを有する。
【００２１】
図１による方法では、マンドレル３は回転駆動される。マンドレル３は加工物１を駆動し、又、非駆動の母型６は、強固に嵌込まれた加工物１により加工物１と共に駆動される。マンドレル３と加工物１は、接触区域で互いにホビング加工する。これにより、円周方向の連続的な加工が保証される。歯車の転造において、転造作業中に最初に転造された歯が過剰転造されることを防止するために、転造作業の同期化が必要であり、この結果、最後に望ましいピッチが存在する。
【００２２】
マンドレル３の外歯車４との内部プロファイリング部の係合の同期化のために、歯車輪郭を有する同期リング１０が母型６の前に配置されている。マンドレル３を案内するための必要な輪郭深さが達成されるまで、同時作動が、同期リング１０とのマンドレル３の確かなロック係合により保証される。同期リング１０は内歯車１１を備える。このようにして、ピッチ誤差が防止される。
【００２３】
図２による方法では、母型６とマンドレル３は、回転方向矢印１２で示す互いに独立の駆動装置を有する。これらの駆動装置は、マンドレル３と加工物１の間の送り周期における係合比の維持のための作動同期化のために、互いに制御技術的に連結されている。好ましくは、これらの駆動装置は、電子同期化装置により同期化される電動のコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）駆動装置を含む。このようにして、ピッチ誤差が防止される。母型６とマンドレル３の別個の駆動のために、可変回転数型三相交流同期電動機を使用することができる。これらの同期電動機は、駆動が変動する負荷においても望ましい作業終了を正確に守るように、電流及び回転数の理論値と実際値の絶え間ない比較に基づいて、アナログ式又はデジタル式に制御系によって制御される。母型６とマンドレル３の正確な同期化のための対応するＣＮＣ制御装置の使用により、歯車の正確なピッチを有する加工物１を製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明における回転駆動マンドレルによる加工物の内歯車の転造を示す略図である。
【図２】本発明における回転駆動マンドレルと駆動母型による加工物の内歯車の転造を示す略図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  加工物
２  内部輪郭
３  マンドレル
４  外歯車
５  マンドレル軸
６  母型
７  軸方向ピストン
９  面取り部
１０  同期リング
１１  内歯車
【図１】
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【図２】
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