VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES SCHMIEDETEILS, SCHMIEDETEIL UND SCHMIEDEGESENK

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Schmiedeteils, insbesondere Segmentwelle, mit einem zu drei Zähnen ausgebildeten, einseitigen, asymmetrischen Fortsatz sowie auf das danach hergestellte Schmiedeteil insbesondere Segmentwelle in einer im Wesentlichen länglichen Gestalt mit einem zu drei Zähnen ausgebildeten, einseitigen asymmetrischen Fortsatz und das Schmiedegesenk zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Die DE 32 35 115 A1(HITACHI Ltd) bezieht sich auf die Herstellung von Flanschwellen. Die Flansche werden nur auf ihrem Umfangsbereich auf Druck belastet - es bestehen aber keine ansteigenden Flanken, welche für Zähne typisch sind und besonderen Belastungen unterliegen. Der Umformgrad für eine asymmetrische Segmentwelle ist ungleich höher und die Belastungen der Zähne andersartig..

[0003] Es sind Segmentwellen mit einem einseitig ausgebildeten Fortsatz mit drei oder mehr Zähnen bekannt. Diese Segmentwellen unterliegen einer hohen Belastung, insbesondere an den Flanken der Zähne. Sie werden bevorzugt im Bewegungsstrang einer Lenkung von Nutzfahrzeugen eingebaut. Bisherige Segmente sind aus vollem Material gefräst worden. Dies erfordert jedoch eine hohe Zykluszeit, hohen Materialverbrauch, sowie hohe Werkzeugkosten. Zudem weisen die Flanken nicht die erforderliche Festigkeit auf und müssen nachbearbeitet, z.B. gehärtet, werden. Der Faserverlauf entspricht nicht dem idealen Kraftverlauf.

[0004] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfacheres Verfahren zur Herstellung eines Schmiedeteils, ein Schmiedeteil und ein Schmiedegesenk dafür zu schaffen, das den Festigkeitsanforderungen einer Segmentwelle genügt.

[0005] Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 ein Schmiedeteil mit den Merkmalen des Patentanspruches 8 sowie ein Schmiedegesenk mit den Merkmalen des Patentanspruches 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

[0006] Es wird Rundmaterial zu einem Rohling mit einer einseitigen Materialansammlung durch seitliches Querfließpressen in einer ersten Form gepresst und anschließend in einem Schmiedegesenk geschmiedet. Die Kombination des Umformens von Querfließpressen und Schmieden führt zu einem Schmiedeteil mit minimalster Bearbeitungszugabe. Außerdem wird ein günstiger Faserverlauf am einseitigen Fortsatz quer zur Erstreckungsrichtung der Welle erzeugt, der zu einer hohen Festigkeit des Schmiedeteils führt. Ein gebrochener, umgelenkter oder durch Zerspanen geteilter Faserverlauf würde die Festigkeit des Bauteils erheblich senken.

[0007] In einer Presse wird Rundmaterial stirnseitig querfließgepresst, so dass das Material quer zur Pressrichtung in einen einseitigen Fortsatz fließt. Anschließend wird der querfließgepresste Rohling mit seitlichem Fortsatz aus dem Presswerkzeug entnommen und einem Schmiedegesenk zugeführt, in dem der Rohling zu einem Schmiedeteil auf nahezu Endform geschmiedet wird.

[0008] Um geringere Presskräfte aufbringen zu müssen, wird das Rundmaterial vor dem Querfließpressen erwärmt. Das Rundmaterial lässt sich leichter umformen, der Faserverlauf bleibt besser zusammenhängend. Beim Querfließpressen ist die Pressbewegung deutlich langsamer als beim hammerschlagartigen Schmieden.

[0009] Es ist überraschenderweise herausgefunden worden, dass, wenn der Rohling in ein Schmiedegesenk mit mindestens einem Gravurendfortsatz mit zumindest einer Dehnfuge gepresst wird, der Faserverlauf in einem Schmiedeteil sehr gut erhalten bleibt. Eine Umlenkung, Stauchung oder Bruch des Faserverlaufs im Bereich des einseitigen Fortsatzes am Schmiedeteil wird vermieden. Die Festigkeit des Schmiedeteils insbesondere an den Flanken des mit hohen Kräften beanspruchten Fortsatzes wird weiter erhöht. Aufgrund der mindestens einen Dehnfuge am Ende des Gravurfortsatzes kann überschüssiges Material, Zunder, Schmiermittel etc. ausweichen. Hat der Gravurfortsatz mehrere Enden, wie z.B. für Zähne, so ist an jedem Zahnende eine Dehnfuge ausgebildet.

[0010] Bevorzugt ist das Rohmaterial gewalzter Rundstahl, insbesondere koksgewalzter Rundstahl. Dieses Rohmaterial führt vorteilhafterweise zu einem Endprodukt mit der erforderlichen hohen Festigkeit.

[0011] Um ausreichende Schmiedekräfte aufzubringen, wird das Schmiedeteil bevorzugt stehend, d.h. in Achsrichtung des Rohlings, in der Gravitationsrichtung geschmiedet. Die Gewichtskraft des Schmiedehammers wird somit ausgenutzt.

[0012] Bevorzugt wird, um eine möglichste geringe Zykluszeit, sowie Maschinenzeit pro Schmiedteil zu haben, der Rohling in einem Hub warm geschmiedet.

[0013] Um das Schmiedeteil in ein Fertigprodukt überzuführen, wird das Schmiedeteil mit mindestens einem Fortsatz zumindest an dem Ende des mindestens einen Fortsatzes spanend bearbeitet. Der Materialüberschuss wird bevorzugt auf das Endmaß abgeschliffen. Der Faserverlauf im Fortsatz wird dadurch nicht gestört bzw. gebrochen und bleibt, wie erwünscht erhalten.

[0014] Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schmiedeteil eine Segmentwelle mit drei Zähnen als asymmetrischer Fortsatz. Die Segmentwelle ist für den Einsatz in Nutzfahrzeugen, insbesondere in deren Lenksystemen, vorgesehen. Auf die Zahnflanken des mittleren Zahns wirken die höchsten Kräfte und Drehmomente. Deshalb ist es erforderlich, dass der Faserverlauf in den Flanken des Zahns besonders gut parallel zu den Flanken ausgebildet ist. Dies wird durch Querfließpressen von Rundmaterial und anschließendes Gesenkschmieden des Rohlings erreicht.

[0015] Es wird ein Schmiedeteil in einer im Wesentlichen länglichen Gestalt mit mindestens einem einseitigen Fortsatz aus gewalztem Rundstahl, insbesondere koksgewalztem Rundstahl, bevorzugt nach dem oben beschriebenen Verfahren, hergestellt, wobei ein Faserverlauf im Schmiedeteil parallel zur Flanke des mindestens einen Fortsatzes ausgebildet ist. Der Fortsatz mit aufgrund des Querfließpressens parallel zur Fortsatzflanke verlaufendem Faserverlauf führt zu einer erhöhten, erwünschten Festigkeit des Schmiedeteils insgesamt und am einseitigen, asymmetrischen Fortsatz. Ein Bruch, Stauchen oder Umlenkung des Faserverlaufs im Bereich des Fortsatzes sind im Wesentlichen nicht vorhanden.

[0016] Der Fortsatz des Schmiedeteils weist bevorzugt mindestens einen Zahn auf, insbesondere drei Zähne, um vorteilhafterweise ein Schmiedeteil zu erhalten, das als Segmentwelle in Nutzfahrzeugen einsetzbar ist.

[0017] Vorteilhafterweise weist besonders der mittlere Zahn einer Segmentwelle im Wesentlichen einen parallel zur Flanke des Zahns verlaufenden Faserfluss auf. Dies führt zu einer sehr hohen Festigkeit des meistbelasteten Zahns, insbesondere im Flankenbereich. Es wird somit eine hohe Lebensdauer des Schmiedeteils erzielt. Die Herstellungskosten insbesondere die Zykluszeit sind niedriger als bei herkömmlichen zerspanenden Herstellungsverfahren.

[0018] Die Enden des mindestens einen Fortsatzes, insbesondere der Zähne, sind spanend bearbeitet, vorzugsweise geschliffen. Dadurch werden störende Grate aufgrund der Dehnfuge des Schmiedegesenks entfernt, wobei die günstigen Faserverläufe erhalten bleiben.

[0019] Für das oben beschriebenen Schmiedeverfahren eignet sich insbesondere ein Schmiedegesenk das in Gravurendfortsätzen mindestens eine Dehnfuge zur Aufnahme von Materialüberschüssen, Zunder, Schmiermittel usw. aufweist. Das erfindungsgemäße Gesenk lässt die im Querfließpressverfahren günstig verformten Faserverläufe, insbesondere am Ende der Fortsätze, bestehen und presst die Faserverläufe bzw. den Faserfluss weiter. Ein Brechen, Stauchen oder Umlenkung des Faserverlaufs an einer Gravurwand wird im Wesentlichen aufgrund der Dehnfuge am entsprechenden Gravurbereich vermieden. Überschüssiges Material kann in die Dehnfuge oder Dehnrille im Gesenk ausweichen.

[0020] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.

[0021] Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht beim seitlichen Querfließpressen,

Fig. 2 einen radialen Querschnitt des gemäß Fig. 1 hergestellten Rohlings,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schmiedeteils,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Schmiedeteils gemäß Fig. 3 im radialen Querschnitt und

Fig. 5 das erfindungsgemäße Schmiedeteil in perspektivischer Ansicht.

[0022] Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Querschnittsansicht einen ersten Verfahrensschritt zur Herstellung eines Schmiedeteils aus einem zylindrischen Rundmaterial 1. Das Rundmaterial 1 ist koksgewalzter Rundstahl und weist einen Faserverlauf 2a, 2b parallel zu den Wänden auf. An den Stirnseiten 3, 4 des Rundmaterials 1 sind Pressstempel 5, 6 angeordnet, die das Rundmaterial 1 in einer ersten Form 7 querfließpressen. Das Rundmaterial 1 wird durch das seitliche Querfließpressen zu einem Rohling mit einer einseitigen Materialansammlung in einem Fortsatz 8 gepresst. Hierfür hat die erste Form 7 eine einseitige Gravurausnehmung 9. Die im Querschnitt gesehenen Faserverläufe 2a, 2b, auch Faserfluss genannt, erstrecken sich beim Querfließpressen in Richtung des Fortsatzes 8 ohne dabei gebrochen zu werden. Das Rundmaterial wird vor dem Querfließpressen erwärmt, somit sind die Presskräfte für das Querfließpressen niedrig.

[0023] Die Fig. 2 zeigt im radialen Querschnitt den durch das Querfließpressen entstandenen Rohling 10. Die Fortsatzvorform 8 ist noch nicht klar ausgebildet. Die einseitige Fortsatzgestalt wird erst durch anschließendes Schmieden in einem Schmiedegesenk und anschließende spanende Bearbeitung erzielt. Die Faserverläufe 2a, 2b sind dennoch vorteilhaft parallel zu Flanken des Fortsatzes 8 ausgebildet oder sie erstrecken sich gerade zum Fortsatzende hin.

[0024] Die Fig. 3 zeigt das in Längsrichtung des Rohlings 10 stehend geschmiedete Schmiedeteil 11. Das Schmiedeteil 11 weist in dieser Ausführungsform ausgeprägte Zähne 12, 13 und einen verdeckten Zahn 14 auf. Das Schmiedeteil 11 wird im Schmiedegesenk sehr nahe an die Endmaße geschmiedet.

[0025] Die Fig. 4 zeigt im Querschnitt gesehen das Schmiedegesenk 15 mit geschmiedetem Schmiedeteil 11 im radialen Querschnitt.

[0026] An jedem Gravurbereich für Fortsatzenden ist eine Dehnfuge oder auch Dehnrille 16 in den Gravurendfortsätzen des Schmiedegesenks 15 ausgebildet. Die Dehnfugen 16 dienen dazu, beim Schmieden überschüssiges Material, Zunder, Schmiermittel etc. aufzunehmen, so dass Material in die Dehnfugen ausweichen kann und die Faserverläufe 2a, 2b nicht gebrochen werden. Zusammenhängende Faserverläufe sind für ein Schmiedeteil 11 mit hoher Festigkeit besonders vorteilhaft.

[0027] Der einseitige Fortsatz 8 am Schmiedeteil 11 ist, wie in der Fig. 2 und 4 gezeigt, zu drei Zähnen 12, 13, 14 ausgebildet. Insbesondere der Mittelzahn 12 ist besonders hohen Belastungen ausgesetzt, wenn das Schmiedeteil 11 als Segmentwelle in Nutzfahrzeugen eingesetzt wird.

[0028] Der mittlere Zahn 12 weist einen im Wesentlichen parallel zur Flanke 20 laufenden Faserverlauf 2b auf. Bei den seitlichen Zähnen 13, 14 können die Faserflüsse zur Flanke 19 leicht schräg verlaufen, da diese an den Seitenrändern des Fortsatzes 8 angrenzen.

[0029] Aufgrund der Dehnfugen 16 an Gesenkgravurendbereichen 18 entstehen an den Enden der Zähne 12, 13, 14 Grate, die spanend, insbesondere durch Abschleifen, entfernt werden. Somit wird durch eine geringe Nachbearbeitung eine fertige Segmentwelle gemäß Fig. 5 aus einem Schmiedeteil 11 mit einem einseitigen Fortsatz, der mit drei Zähnen 12, 13, 14 ausgebildet ist, geschaffen.

[0030] Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen.

[0031] Obwohl die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie keineswegs auf diese Ausführungsformen eingeschränkt. Eher sind diese Ausführungsformen nur exemplarische Ausführungsformen. Abwandlungen der obigen exemplarischen Ausführungsformen sind Fachleuten und anderen ohne Abweichung vom Schutzbereich der Erfindung offensichtlich. Der Schutzumfang der Erfindung wird ausschließlich durch die Ansprüche, wie sie durch die Beschreibung erläutert sind, definiert.

Bezugszeichenliste

[0032] 

1

Rundmaterial

2a

Faserverlauf

2b

Faserverlauf in Fortsatz

4

Stirnseite

5

Stempel

6

Stempel

7

erste Form

8

Fortsatz

9

Materialansammlung

10

Rohling

11

Schmiedeteil

12

Mittelzahn

13

Zahn

14

Zahn

15

Schmiedegesenk

16

Dehnrille

19

seitliche Zahnflanke

20

Zahnflankenmitte

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Schmiedeteils, insbesondere Segmentwellen (11), mit einem zu drei Zähnen ausgebildeten, einseitigen, asymmetrischen Fortsatz (11, 12, 13), wobei Rundmaterial (1) zu einem Rohling (10) mit einer einseitigen Materialansammlung durch seitliches Qüerfließpressen in einer ersten Form (7) gepresst wird und anschließend in einem Schmiedegesenk (15) auf nahezu Endform geschmiedet wird; wodurch der Faserverlauf in den Flanken des mittleren Zahns besonders gut parallel zu den Flanken ausgebildet ist und zu erhöhter Festigkeit des mittleren Zahns führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rundmaterial (1) vor dem Querfließpressen erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (10) in ein Schmiedegesenk (15) mit mindestens einem Gravurendfortsatz mit zumindest einer Dehnfuge (16, 17, 18) gepresst wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial gewalzter Rundstahl, insbesondere koksgewalzter Rundstahl ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiedeteil (11) stehend, in Achsrichtung des Rohlings (10) geschmiedet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiedeteil (11) mit einem zu drei Zähnen ausgebildeten, einseitigen, asymmetrischen Fortsatz (8) aufgrund der Dehnfuge (16, 17, 18) im Schmiedegesenk (15) zumindest am Ende der Zähne spanend bearbeitet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiedeteil (11) eine Segmentwelle mit drei Zähnen (12, 13, 14) ist.

8. Schmiedeteil, insbesondere Segmentwelle (11) in einer im Wesentlichen länglichen Gestalt mit einem zu drei Zähnen (11, 12, 13) ausgebildeten, einseitigen asymmetrischen Fortsatz, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Faserverlauf (2a, 2b) in den Flanken des mittleren Zahns besonders gut parallel zu den Flanken ausgebildet ist.

9. Schmiedeteil (11) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der drei Zähne des einseitigen, asymmetrischen Fortsatzes (8), spanend bearbeitet sind.

10. Schmiedegesenk (15) zur Herstellung einer Segmentwelle mit einem zu drei Zähnen (11, 12, 13) ausgebildeten, einseitigen, asymmetrischen Fortsatz und zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Schmiedegesenk (15) in den Gravurendfortsätzen mindestens eine Dehnfuge (16) zur Aufnahme von Materialüberschüssen, Zunder usw. aufweist.

Claims

1. Method for the production of a forged part, especially sector shafts (11) having an extension (11, 12, 13) that is designed as a unilateral, asymmetric part with three teeth, whereas

- in a first form (7) round material (1) is pressed to a blank (10) by transverse impact extrusion accumulating material at one side and, subsequently, forged in a forging die (15) until the final form of the forged part has nearly been reached, so that the fibers in the flanks of the middle tooth are aligned parallel to the flanks and, thus, increase the strength of the middle tooth.

2. Method according to claim 1, characterized in that the round material (1) is heated prior to the transverse impact extrusion.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the blank (10) is pressed into a forging die (15) with at least one die cavity extension with at least one expansion joint (16, 17, 18).

4. Method according to one of the previous claims 1 to 3, characterized in that the feedstock is made of rolled round steel, in particular of coke-rolled round steel.

5. Method according to one of the previous claims 1 to 4, characterized in that the forged part (11) is forged in standing position axially to the blank (10).

6. Method according to claim 3, characterized in that the forged part (11) is, due to the expansion joint (16, 17, 18) in the forging die (15), shape-cut with an extension (8) that is designed as a unilateral, asymmetric part with three teeth at least at the end of the teeth.

7. Method according to one of the previous claims 1 to 6, characterized in that the forged part (11) is a sector shaft with three teeth (12, 13, 14).

8. Forged part, in particular sector shaft (11) essentially of longish design with an extension that is designed as a unilateral, asymmetric part with three teeth (11, 12, 13), produced according to a method according to one of the claims 1 to 7, whereby the fibers (2a, 2b) within the flanks of the middle tooth are aligned parallel to the flanks.

9. Forged part (11) according to claim 8, characterized in that the ends of the three teeth of the unilateral, asymmetric extension (8) are shape-cut.

10. Forging die (15) for the production of a sector shaft with an extension (11, 12, 13) that is designed as a unilateral, asymmetric part with three teeth and for the implementation of this method according to one of the claims 1 to 7, whereby the forging die (15) has at least one expansion joint (16) within the gravure expansions to accept excessive material or forged part scales etc.

Revendications

1. Procédé de fabrication d'une pièce forgée, en particulier un arbre segmenté (11) pourvu d'un prolongement unilatéral asymétrique formé en trois dents (11, 12, 13) un matériau rond (1) étant dans un premier moule (7) comprimé par extrusion transversale latérale en une ébauche (10) dotée d'une accumulation de matière unilatérale et ensuite forgé dans une matrice de forgeage (15) proche de la forme définitive, par laquelle l'allure de fibre sur les flancs de la dent moyenne est formé de manière particulièrement bien parallèle aux flancs et conduit à une résistance plus élevée de la dent moyenne.

2. Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce que le matériau rond (1) est réchauffé avant la compression par extrusion transversale.

3. Procédé selon revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'ébauche (10) est comprimée dans une matrice de forgeage (15) avec au moins un appendice de gravure avec au moins un joint de dilatation (16, 17, 18).

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau brut de l'acier rond laminé est particulièrement un acier rond laminé au coke.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes 1 à 4 caractérisé en ce que la pièce forgée (11) est forgée debout dans l'axe de l'ébauche (10).

6. Procédé selon revendication 3 caractérisé en ce que la pièce forgée (11) est enlevée par usinage avec un prolongement unilatéral asymétrique formé en trois dents (8) en raison des joints de dilatation (16, 17, 18) dans la matrice de forgeage (15) au moins à l'extrémité des dents.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la pièce forgée (11) est un arbre segmenté avec trois dents (12, 13, 14).

8. Pièce forgée, plus particulièrement arbre segmenté (11) fabriqué essentiellement dans une forme oblongue avec un prolongement unilatéral asymétrique formé en trois dents (11, 12, 13) selon un procédé conforme aux revendications 1 à 7 l'allure de fibre (2A, 2B) dans les flancs de la dent moyenne étant formée de manière particulièrement bien parallèle aux flancs.

9. Pièce forgée selon revendication 8, caractérise en ce que les fins de trois dents du prolongement unilatéral asymétrique sont usinés.

10. Matrice de forgeage (15) en vue de la fabrication d'un arbre segmenté avec un prolongement unilatéral asymétrique formé en trois dents (11, 12, 13) et en vue de l'application du procédé selon l'une des revendications 1 à 7, la matrice de forgeage (15) présentant dans les appendices de gravure au moins un joint de dilatation (16) pour la fixation de l'excédent de matériau, calamine, etc.

Zeichnung