專利名稱：用于由預成形件制造或加工工件、特別是用于一體成形內輪廓或內齒部的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種按照權利要求1的前序部分所述的、用于由預成形件制造或加工 工件、特別是用于一體成形內輪廓或內齒部的裝置以及一種相應的方法。
背景技術：
EP 1 004 373 Bl中描述一種按照權利要求1的前序部分所述的相應的裝置。為 了在工件上、特別在用于行星齒輪傳動裝置的環上一體成形內齒部，使用相應的裝置。對此 通過在預成形件上施加壓輥從預成形件中朝夾盤的負形狀(Negativform)擠出材料。此時 作用的力作用到夾盤的外齒部上，從而外齒部可能斷裂。因此在現有技術中建議，設置與夾 盤的自由端保持間距的由可變形的材料制成的隔離環。可變形的隔離環在成形過程中匹配 于夾盤的外輪廓。因此隔離環至少部分地承受在預成形件的成形時產生的力。在此不利的是，總是需要隔離環和滑鍵，這使結構復雜化。另外產生較高的成形溫 度，其使得為成形和制造工件所需的時間明顯提高。
發明內容
本發明的目的是，改進開頭所述的裝置，使得不產生上述缺點。利用權利要求1的特征或通過具有權利要求13的特征的方法達到該目的。在諸 從屬權利要求中得到有利的實施形式。按照本發明夾盤不僅與心軸一起可移動地、而且徑向亦即平行于按照本發明的裝 置的縱軸線或與該縱軸線重合地可旋轉地支承。通過因擠壓而流出預成形件的材料的材料 流，它由于心軸的旋轉不僅軸向流動，而且材料流還包括徑向分量或切向分量。通過夾盤的 可旋轉性，徑向作用到夾盤上的、通過排擠的材料引起的力不導致夾盤(和可能在夾盤上 設置的齒)的過載，而是使得夾盤向被施加的力的方向移動。這樣夾盤在過高的壓力時總 是可以退讓，從而避免損壞，例如齒的折斷。而且已表明，通過本發明，顯著減少心軸的在徑 向方向的摩擦并由此比在傳統的方法中產生顯著較小的成形溫度，從而顯著較快地實施成 形并且每單位時間可以完成更多的工件。
以下借助圖1至13B示意地詳細說明本發明。圖1示出按照本發明的裝置在夾緊預成形件時的縱剖視圖，圖2示出按照本發明的裝置包括已夾入的預成形件，圖3示出按照本發明的裝置在成形之前不久，圖4示出按照本發明的裝置包括已部分加工的預成形件，圖5示出按照本發明的裝置在成形過程結束時，圖6示出按照本發明的預成形件在取出完成的由預成形件制成的工件時，
圖7示出預成形件，圖8示出已部分成形的預成形件，圖9示出成形過程以后的工件，圖10示出平行于機床橫軸線ζ的通過預成形件和成形單元的一部分沿剖面線B-B 截取的橫剖面圖(左圖)和沿機床縱軸線X截取的剖面圖(右圖)，圖11示出平行于機床橫軸線ζ的通過預成形件和成形單元的一部分沿剖面線A-A 截取的橫剖面圖(左圖)和沿機床縱軸線X截取的剖面圖(右圖)，圖12㈧和⑶示意示出在圖10所示的區域內的材料體積的徑向的或軸向的運 動/變形，圖13㈧和⑶示意示出在圖11所示的區域內的材料體積的徑向的或軸向的運
動/變形。
具體實施例方式圖1至6中所示的按照本發明的裝置具有主軸箱1，其包括主軸驅動裝置。在主軸 上法蘭連接工具裝置lc，其包括在端面制有齒部的卡爪元件Id并配備用于夾盤Ib和心軸 Ia的容納孔。可移動的心軸Ia連接于主軸，心軸沿機床縱軸線χ的方向(軸向)可移動地支承。 與此相對，將垂直于圖平面和垂直于機床縱軸線X的方向也稱為機床橫軸線Z。通常沿軸向 通過(未示出的)液壓缸操縱可移動的心軸。在心軸Ia的末端上具有凹槽Ia'，該末端 面向在尾座2上設置的頂尖套筒加，在該凹槽中可嵌入頂尖套筒加的工具夾緊裝置加‘。 由此在頂尖套筒加和心軸Ia的聯合中軸向和徑向固定和夾緊預成形件4. 1，從而形成一個 單元，該單元可以軸向移動和徑向繞機床縱軸線χ旋轉。在這種情況下夾盤Ib可以相對于預成形件4. 1旋轉，只要通過從外部作用力驅動 夾盤，如特別當夾盤Ib具有斜齒Ie (參見圖10和11)時的情況。在可移動的心軸Ia上軸向固定地和可旋轉地安裝在外徑上配備要成形的內輪廓 4a的負輪廓Ib的夾盤lb。在夾盤Ib的面向預成形件4. 1的一側上，只要需要，可以在端 面設置齒部，在這種情況將齒部通過經由心軸Ib的軸向壓力(例如通過液壓缸)壓向預成 形件4. 1的壁4b (參見圖7、8和9)。成形單元3可軸向移動地設置在機床縱軸線χ的中心，多個滾動體3a和保持架3c 圍繞該機床縱軸線環繞運轉。在此，在保持架3c中導向的各滾動體3a在與預成形件4. 1 接觸時成行星式地圍繞預成形件環繞運轉，亦即各滾動體3a在成形過程中隨保持架3c圍 繞預成形件4. 1,4. 2公轉，預成形件繞機床縱軸線χ或平行于機床縱軸線旋轉。滾動體或成形輥3a優選構成為具有圓錐形表面3a'的滾動體，其較小直徑設有 匹配于成形過程的半徑和設有終端斜面3a"。全部滾動體3a保持于旋轉的保持架3c中。 保持架3c定心地支承于殼體北中，殼體經由軸向的調節裝置3d(在所示實例中為液壓缸 的形式)軸向保持在預定的位置。利用該軸向的定位可以通過環繞運轉的滾動體3a在規 定的直徑范圍內設定要成形的預成形件的外徑，從而在預成形件4. 1中可以成形不同的直 徑。在完成成形以后通過調節裝置3d相反于成形方向移動保持架3c，從而將各滾動體3a調到較大的成形直徑上，借此在成形單元3返回初始位置(圖1和圖6)時它在直徑上 不損害已成形的工件4. 2。為了成形單元3的散熱和潤滑，在滾動體3a的殼體北與保持架 3c之間的區域內優選設置冷卻劑進口，借此在成形過程中可以用冷卻和潤滑劑充分沖洗成 形單元3。尾座2(圖1至6中只通過包圍頂尖套筒加的端部區域表示)以頂尖套筒加和 工具夾緊裝置加‘同樣設置在機床縱軸線X的中心。對此，工件的夾緊過程如下進行將預成形件4. 1推到主軸側的前移的心軸Ia上。尾座2的頂尖套筒加移向加 載位置，圖1。此時通過液壓缸移出彈簧夾頭加‘，從而在可移動的心軸Ia中制出的凹槽 Ia'處在彈簧夾頭加‘的區域內。隨著繼續前移頂尖套筒加同步閉合彈簧夾頭加‘，從 而經由心軸Ia和夾盤Ib將預成形件4.1壓向頂尖套筒加的壓緊環加“的接觸面。這形 成包括頂尖套筒2a、心軸la、預成形4. 1和夾盤Ib的封閉的單元，圖2。此時預成形件的面向主軸側的表面是自由的，從而該單元通過頂尖套筒加一直 前移，直到該表面由主軸的在端面制有齒部的卡爪單元ld、lc軸向卡住并因此通過高的壓 力夾緊。該壓力必須如此之大，以致通過卡爪單元Id、Ic在旋轉過程中在通過成形而作用 到預成形件4. 1上的負荷時帶動預成形件4. 1旋轉。變形的過程具體如下完成在夾入預成形件4. 1以后，向主軸的卡爪Id的方向移 動該單元，以便將預成形件在與卡爪Id接觸時壓向卡爪Id。在開動主軸以后，卡爪Id和包括頂尖套筒加、心軸la、預成形件4. 1和夾盤Ib的 單元旋轉，從而成形單元可以軸向一直前移到各滾動體3a與預成形件4. 1接觸，圖3。通過 與預成形件4. 1的接觸，各滾動體3a自動地定位并在其保持架3c中行星式圍繞預成形件 4. 1繞運轉。隨著越來越大的進給壓力，通過各滾動體3a使預成形件4. 1的材料在與滾動 體3a的接觸區域內塑性變形并擠入預成形件4. 1,4. 2與夾盤Ib之間的自由空間內，圖4， 圖10和圖11。在此同時進行多個變形過程，它們現在借助假設的材料粒子說明。假定的粒子位置分別示于剖面A-A和B-B以及圖12或13的相配的橫剖面中。材料粒子的各個狀態，其體積在初始狀態為wxXwyXwz，其中WX、Wy、WZ說明粒子 在三個直角坐標的空間方向的大小，它們在此如下確定1.0假定的材料粒子wxXwzXwy，1. 1當滾動體3a旋轉角度Δ α時，粒子在平面xy內沿徑向和切向方向從wxXwy 變形到Wx1 Xwy1,1. 1. 2當在滾動體3a的傾斜的區域內軸向進給Δ ζ時，粒子在χζ平面內在滾動 體3a的區域內沿軸向方向從wxX wz變形到X wz2，1. 1. 3粒子在滾動體3a的區域內沿軸向方向Wx1Xm2到W^Xm3的變形，1. 1. 4粒子在離開滾動體區域以后沿軸向方向W^XM3變形到s、X雙4，1. 1. 5當滾動體3a旋轉角度Δ α時，粒子沿徑向和切向方向變形sx4Xsy4。在這樣的成形時這樣發生環繞運轉的滾動體3a在向主軸的卡爪Id的方向軸向 進給的同時在與預成形件4. 1的接觸區域內使材料沿切向的、徑向的和軸向的方向塑性變 形。滾動體3a與預成形件4. 1的接觸區域形成成形區域U，參見圖12和13。在該成形區域U內，塑性變形的材料進入預成形件4. 1與夾盤Ib之間的自由空間內，填充夾盤Ib 中的輪廓le，圖10。材料同時支承在預成形4. 2的在成形區域U與卡爪Id之間的軸向卡 住的區域上。因此多余的材料軸向移動可自由運動的聯接的單元，所述聯接的單元包括心 軸la、夾盤lb、夾緊裝置加‘、頂尖套筒加和預成形件4. 2的處在成形區域U之外和之后 的區域。同時形成的帶有新成形的外徑的軸向長度As向后頂尖座2的方向運動。它由具 有新成形的橫截面的剩余體積產生，該剩余體積由排擠的體積減去擠入自由空間中的體積 之差形成。在成形區域U的范圍內，各滾動體3a向徑向的和切向的方向排擠材料。因此在預 成形件4. 2內在成形區域U的范圍內導致材料相對于預成形件4. 2的在成形區域U之外的 通過卡爪Id固定的那一部分扭轉，因為在成形過程中由于外徑的徑向減小必須將材料量 安置在較小的外徑上。由此相對于預成形件4. 2的真正轉動引起材料的疊加的相對轉動。 在此，相對轉動的扭轉角的大小與材料橫截面的減小相關。因此必須扭轉預成形件4. 2的、 在預成形件中處在頂尖套筒加與成形區域U之間的區域。如果心軸la (預成形件4. 2在其上伸長)抗旋轉地連接于主軸的卡爪ld，則材料 必須相對地在切向方向上在旋轉的心軸上扭轉。如果在心軸Ia上具有徑向輪廓(例如在 夾盤Ib上的輪廓Ic)，則在輪廓Ic內導致漸增的扭轉應力，直到其斷裂。通過在心軸Ia上 可旋轉地支承的夾盤lb，通過夾盤Ib的一起旋轉而抵銷扭轉應力。在成形單元將預成形件4. 1,4. 2已成形為工件4. 3以后，圖5，將保持架3c軸向移 到這樣一個位置，在該位置各滾動體3a可以徑向讓開。隨著這種設定，成形單元可以返回。 一旦主軸停止，就脫開包括頂尖套筒加、心軸la、預成形件4. 1和夾盤Ib的可移動的單元， 并且返回尾座頂尖套筒加連同打開的夾緊裝置加‘，圖6。將處在夾盤Ib上的已成形的 工件通過卡爪Id從夾盤Ib上脫掉，返回的心軸Ia連同夾盤Ib沉入在卡爪Id中。
權利要求
1.用于由預成形件(4.1)制造或加工工件的裝置，該裝置包括可旋轉的和平行于裝置 的縱軸線(χ)可移動地支承的心軸(la)、相配的用于夾緊預成形件(4. 1)的夾盤(Ib)以及 可聯接于心軸(Ia)的和沿縱向方向(χ)可移動地支承的頂尖套筒Oa)和用于成形預成形 件(4. 1)的成形單元(3)，其特征在于，夾盤(Ib)相對于心軸(Ia)可旋轉地構成。
2.按照權利要求1所述的裝置，其特征在于，夾盤(Ib)具有負形狀(Ie)，該負形狀對 應于要在預成形件(4. 1)上一體成形的正形狀Ga)。
3.按照上述權利要求之一項所述的裝置，其特征在于，心軸(Ia)配置給主軸箱(1)，并 且心軸在工具殼體(Ic)內在軸向和切向是可自由運動的。
4.按照權利要求3所述的裝置，其特征在于，主軸箱(1)具有用于經由工具殼體(Ic) 旋轉和/或軸向移動預成形件(4. 1)的驅動裝置和在主軸箱上設置的面向頂尖套筒Oa) 的卡爪元件(Id)。
5.按照上述權利要求之一項所述的裝置，其特征在于，頂尖套筒Oa)配置給尾座(2) 并且具有壓緊環( ")。
6.按照權利要求5所述的裝置，其特征在于，尾座O)的頂尖套筒Oa)可旋轉地和/ 或可軸向移動地支承。
7.按照上述權利要求之一項所述的裝置，其特征在于，成形單元(3)具有至少兩個滾 動體(3a)。
8.按照權利要求7所述的裝置，其特征在于，成形單元(3)可軸向移動地設置。
9.按照權利要求7或8之一項所述的裝置，其特征在于，滾動體(3a)的定位角是可改 變的。
10.按照權利要求7至9之一項所述的裝置，其特征在于，滾動體(3a)設置和支承成， 使得這些滾動體能在預成形件(4. 1)上環繞運轉地被驅動。
11.用于由預成形件(4.1)制造或加工工件的方法，特別是借助于按照上述權利要求 之一項所述的裝置，在該方法中，借助于成形單元C3)成形處在夾盤上的預成形件(4. 1)， 所述成形經由通過壓力在成形單元C3)與預成形件(4. 1)之間產生的材料流引起，其特征 在于，夾盤在成形過程中跟隨流動的材料的運動方向。
12.按照權利要求11所述的方法，其特征在于，夾盤(Ib)在成形過程中跟隨流動的材 料的軸向的和切向的運動方向。
13.按照權利要求11或12所述的方法，其特征在于，在成形之前首先借助于進給運 動(Ie)通過軸向前移的心軸(Ia)支承預成形件(4. 1)，緊接著將預成形件(4. 1)通過軸 向前移的頂尖套筒Oa)壓向工具殼體(Ic)，從而形成包括夾盤(lb)、心軸(la)、預成形件 (4. 1)，頂尖套筒(2a)的聯接的單元。
14.按照權利要求13所述的方法，其特征在于，所述聯接的單元在成形時跟隨流動的 材料的軸向的和切向的運動方向。
15.按照上述權利要求之一項所述的方法，其特征在于，夾盤(Ib)經由心軸(Ia)通過 夾緊裝置Oa')拉向預成形件(4. 1)的內側，從而夾盤(Ib)與預成形件(4. 1)的不要變 形的區域直接接觸。
16.按照權利要求13至15之一項所述的方法，其特征在于，使所述的聯接的單元旋轉。
17.按照權利要求11至16之一項所述的方法，其特征在于，在成形之前徑向和軸向不可移動地相對于在心軸(Ia)上可旋轉地支承的夾盤(Ib)夾入預成形件(4. 1)。
18.按照權利要求11至17之一項所述的方法，其特征在于，成形單元(3)具有多個輥 (3a)，這些輥施加在要加工的預成形件(4. 1)上。
19.按照權利要求11至18之一項所述的方法，其特征在于，使成形單元(3)在各輥在 預成形件(4. 1)上壓緊的情況下相對于預成形件沿其縱向方向(χ)移動。
全文摘要
一種用于由預成形件(4.1)制造或加工工件的裝置，其包括可旋轉的和平行于裝置的縱軸線(x)可移動地支承的心軸(1a)、相配的用于夾緊預成形件(4.1)的夾盤(1b)以及可聯接于心軸(1a)的和沿縱向方向(x)可移動地支承的頂尖套筒(2a)和用于成形預成形件(4.1)的成形單元(3)。夾盤(1b)相對于心軸(1a)可旋轉地構成。
文檔編號B21H5/02GK102105240SQ200980128996
公開日2011年6月22日 申請日期2009年7月29日 優先權日2008年7月29日
發明者K-H·克斯特邁爾 申請人:利普肯機械和工具工業貿易有限公司