成型方法和按照該成型方法制造的齒部構(gòu)件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種成型方法，在其中工件在室溫或一定的溫度下借助于成型工具來成型。此外，本發(fā)明涉及一種利用該成型方法制造的成型件。
【背景技術(shù)】
[0002]文件DE 10 2005 027 259 Al說明了一種用于通過由帶有超塑性組織的合金構(gòu)成的坯件的半熱成型制造金屬構(gòu)件的鍛造方法。由此，成型工具中的成型壓力被保持明顯低于相應(yīng)合金的對于鍛造所需的成型壓力。
[0003]文件DE 10 2007 023 087 Al涉及一種用于制造用于在機(jī)動車的內(nèi)燃機(jī)中的凸輪軸的由可硬化的鋼材構(gòu)成的凸輪的方法。該制造方法包括用于產(chǎn)生凸輪坯件的半成品的成型和凸輪坯件的接著的熱處理。為了使易于成型，桿材料或凸輪盤在成型之前必要時可根據(jù)材料被加熱到直至400° C-500° C的溫度上，使得該成型作為半熱成型實(shí)現(xiàn)。這樣的溫度升高當(dāng)然提高了可變形性。溫度以這樣的方式來選擇，即該成型在無組織損傷的情況下實(shí)現(xiàn)且不出現(xiàn)起氧化皮。
[0004]通過文件WO 2005/021177 Al已知一種用于在成型工具中成型板、尤其用于板坯的半熱成型或熱成型的方法。在此，通過應(yīng)用半熱成型或熱成型引起地例如相對于冷成型(如深沖)較高的變形度(Umformgrad)被證實(shí)為有利的。由此尤其可保護(hù)所使用的沖壓工具。
[0005]文件DE 10 2009 025 023 Al涉及一種用于制造凸輪軸的方法，在其中使用半熱沖壓。
[0006]在半熱成型中比在熱成型中使用較低的溫度，由此通常不實(shí)現(xiàn)材料硬化。然而，例如可使用已具有高強(qiáng)度特性的高強(qiáng)度材料。在該情況中僅需要實(shí)現(xiàn)溫度升高到使易于成型的范圍中、尤其到在850° C之下、優(yōu)選地在500° C與700° C之間的溫度上。
[0007]原則上適用的是，較高的變形度要求較高的成型溫度。由此例如在1000° C與1200° C之間的溫度范圍中的熱成型的情況下達(dá)到Φ>4的高成型能力。然而，與此相聯(lián)系的是在將工件加熱到較高的溫度上的情況下的高能量消耗。與熱成型相聯(lián)系的另一顯著缺點(diǎn)是對于切削再加工的較高耗費(fèi)，尤其由于需要去除在較高溫度下產(chǎn)生的氧化皮(例如借助于噴射)。此外材料損失證實(shí)為不利的，因?yàn)闉榱似胶獬霈F(xiàn)的偏差和不精確性須設(shè)置巨大的加工余量。在實(shí)踐中，由于氧化皮層此外排除將多個方法步驟集成到一工具中，因?yàn)楦蓴_的氧化皮會影響功能。
[0008]在較低溫度下、例如在微熱成型以及冷成型的范圍中的成型的優(yōu)點(diǎn)相對地在于用于加熱的較少的能量消耗以及在于在無氧化皮的同時由此可實(shí)現(xiàn)的較高精度。然而相對于在較高溫度下的成型，在較高成型力的情況下得到明顯較低的成型能力。
[0009]由文件DE 32 02 254 C2已知一種用于通過冷成型制造齒條的方法，在其中柱狀的坯件在上模與下模之間被成型。模壓件在沖壓過程期間在坯件上實(shí)施搖擺運(yùn)動(Taumelbewegung)。通過與鐓鍛相比局部的成型區(qū)域?qū)崿F(xiàn)較小的法向應(yīng)力，其導(dǎo)致工具使用壽命的提尚。
[0010]在根據(jù)文件DE 198 39 428 Al的一種用于制造用于齒條的坯件的方法中，在使用帶有至少三個可彼此相對移動的模具的壓鑄裝置的情況下在第一步中將帶有大致圓形的橫截面的原始材料置入模具之間。在第二步中，然后在模具彼此相對移動的方向上施加力到模具中的至少一個上。由此使原始材料成型成用于齒條的坯件，其在齒條嚙合的軸向區(qū)域中獲得不同于圓柱的形狀。通過將力引入這三個可彼此相對移動的模具中，可在無較大的冷作硬化的情況下使原始材料在坯件的在齒條制造的進(jìn)一步進(jìn)程中經(jīng)歷較大變形的區(qū)域中成形。該方法的附加的優(yōu)點(diǎn)在于，以簡單的方式可實(shí)現(xiàn)坯件形狀，利用其在隨后的成型過程中、尤其在搖擺方法中避免毛刺形成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]在該背景下，本發(fā)明目的在于以最佳的方式將在較高溫度下的成型方法的優(yōu)點(diǎn)與在較低溫度下的成型的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合。尤其應(yīng)在比較低的溫度下實(shí)現(xiàn)較高的變形度。此外應(yīng)提供一種按照該成型方法制造的齒部構(gòu)件(Verzahnungsbauteil)。
[0012]首先提及的目的利用一種根據(jù)權(quán)利要求1的特征的成型方法來實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的特別適宜的改進(jìn)方案。
[0013]根據(jù)本發(fā)明即設(shè)置一種成型方法，在其中由成型工具傳遞的成型力在成型期間僅作用到作為工件的待成型的成型面的部分面的較小的子面(Teilflaeche)上，其中，子面在大致恒定的成型力作用期間尤其持續(xù)地被改變，從而在一循環(huán)結(jié)束之后整面被加載以成型力。在此，本發(fā)明基于該令人驚訝的認(rèn)識，即如果成型力不是同時被傳遞到整個成型面上、而是相繼作用到逐步或持續(xù)變化的子面上、直到整個成型面被以成型力加載至少一次，可在比較低的溫度(其處在冷成型的范圍中或僅略微高于此且因此遠(yuǎn)低于半熱成型的溫度)下獲得明顯改善的成型能力。即尤其將成型力部分地或增加地傳遞到子面上，其中，所選出的子面關(guān)于成型面在預(yù)定的循環(huán)之后尤其被連續(xù)地改變。
[0014]相應(yīng)于該方法的一特別有利的設(shè)計方案，在微熱成型的溫度范圍中可達(dá)到Φ>4的驚人地高的成型能力，這相應(yīng)于熱成型的成型能力且在此甚至明顯超過半熱成型的成型能力。雖然基于該突出的成型能力的物理效應(yīng)尚未完全被理解，目前基于此，即由于可變的子面實(shí)現(xiàn)與剪切力相聯(lián)系的波動的力引入，其相對于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)常見的純軸向的力引入反作用減小的變形力矩。結(jié)果，通過根據(jù)本發(fā)明的在微熱成型的溫度下的成型方法結(jié)合了熱成型和冷成型的優(yōu)點(diǎn)。相對于熱成型減小了否則對于工件的加熱必要的能量消耗。此外取消了氧化皮的復(fù)雜去除，其中，同時達(dá)到較高的精度。因此需要較少的加工余量，其導(dǎo)致顯著減少的切削修整且同時導(dǎo)致材料節(jié)省。相對于半熱成型得到同樣明顯減少的用于加熱的能量消耗以及在較小成型力下的提高的成型能力。此外還可降低用于成型的裝置的購置耗費(fèi)。此外還使工具磨損最小。但是相對于冷成型在成型力減小的同時也得到鑒于所說明的高成型能力的顯著優(yōu)點(diǎn)。例如本身已知的搖擺成型方法以及旋轉(zhuǎn)鍛造方法適用于該成型。在此，該成型方法優(yōu)選地可在無中間退火的情況下執(zhí)行。此外，成型力的作用方向不僅可具有水平的定向而且可具有豎直的定向。
[0015]該成型方法有利地可應(yīng)用在50° C與450° C之間的溫度范圍中。該方法的一特別有利的設(shè)計方案還由此來實(shí)現(xiàn)，即工件被加熱到在100° C至300° C之間、尤其在150° C至250° C之間的溫度上且在成型期間溫度被保持大致恒定。該溫度范圍根據(jù)目前的認(rèn)識形成在成型能力以及必要的再加工耗費(fèi)方面的最佳。
[0016]可考慮成型力在作用到第一子面上之后首先被中斷或減小，以便接著作用到不同于第一子面的第二子面上。與此相對，如果成型力在循環(huán)期間被保持大致恒定，證實(shí)為特別符合實(shí)踐。由此，由于由成型工具(其沿著工件表面被移動且由此加載持續(xù)變化的子面)引起的摩擦實(shí)現(xiàn)成型能力的期望的跳躍式的改善。同時減少控制耗費(fèi)，其否則在工具與工件的相應(yīng)的子面分離時需要附加的耗費(fèi)用于重新相對定位。
[0017]由此可在唯一的循環(huán)或多個完整的循環(huán)期間執(zhí)行從初始狀態(tài)至預(yù)定的設(shè)定幾何形狀的成型。因此顯著縮短制造耗費(fèi)。同時以簡單的方式保證在每個子面中一致的成型力。
[0018]當(dāng)然，成型力在循環(huán)期間也可被改變，以便由此在不同的子面中實(shí)現(xiàn)不同的變形度。此外，成型工具也可被提供成使得可調(diào)節(jié)不同的位置且因此不同大小的子面可被加載，以便由此局部提高壓力。而如果分別被成型力加載的子面在循環(huán)期間大致等大地被測定，是特別適宜的。由此保證恒定的力引入和因此均勻的成型。同時使表面平整且確保高尺寸穩(wěn)定性。
[0019]通過使成型工具具有可調(diào)節(jié)的作用面或可更換地布置在工具容納部處，子面的大小可容易地來預(yù)定。
[0020]該成型工具可在傳遞成型力期間暫時被保持在唯一的子面中，從而使相對位置步進(jìn)地改變。根據(jù)本發(fā)明的成型方法的另一設(shè)計方案有希望證實(shí)為特別成功，在其中子面的變化持續(xù)地實(shí)現(xiàn)，從而即平行于表面連續(xù)地來執(zhí)行在成型工具與工件的表面之間的相對運(yùn)動。以該方式實(shí)現(xiàn)均勻的成型，其導(dǎo)致材料質(zhì)量的進(jìn)一步改善。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的成型方法不限于確定的工件幾何形狀。然而如果待成型的面是點(diǎn)對稱或大致旋轉(zhuǎn)對稱，已證實(shí)為特別符合實(shí)踐的，其中，成型工具在傳遞成型力期間所作用的子面不超過帶有相對于待成型的面減小的面積份額的部段(Sektor)的大小。
[0022]例如適合在其中使用尤其至少逐段地柱狀的由鋼構(gòu)成的坯件的工件。在此，工件在成型期間可位置固定地被固定或相對于成型工具被移動。在此，通過使成型工具的作用面不平行于工件的子面取向，成型力的部分力引入主要由成型工具的傾斜產(chǎn)生。
[0023]在執(zhí)行該成型方法時，成型工具可利用唯一的工具作用到工件的子面上，其在它的背對工具的支承面上面型地經(jīng)由其整個外表面置于沖模(Gesenk)中且由此被固定。一變體已證實(shí)為特別有利的，在其中成型工具以第一工具作用到工件的第一成型面的子面上而以第二工具作用到工件的第二成型面的尤其與第一成型面的子面統(tǒng)一的子面上。由此實(shí)現(xiàn)雙重局部成型，在其中使兩個工具相對于工件翻傾。由此，不僅在上模處而且在下模處實(shí)現(xiàn)較小的摩擦。此外，在工件的兩個外表面處可實(shí)現(xiàn)較高的變形度，由此例如可