本发明涉及分别根据权利要求1的前序部分和权利要求9的前序部分的用于生产环形成型件的方法和装置。
背景技术：
用于生产滚动轴承环的已知方法在于首先通过在成型装置中进行热成型来生产一对环，所述环中的一个形成滚动轴承的内环，并且所述环中的另一个形成外环。将所述环中的一个或者两个膨胀一定的量，以便例如形成用于将布置在环之间的球或辊子的空间。
环的膨胀通常在成型装置外部在单独的装置中进行，例如在环形滚动装置中或者通过冷标定进行。除了需要额外的装置，这种环膨胀还要求所涉及的装置之间的界面，并且牵涉较大量的操作工作。
us6065322a在这方面公开这样的方法和装置：其中在成型装置的膨胀段中，将在成型装置中形成的环通过模具并通过至少一个膨胀冲头膨胀到待生产的成型件的横截面尺寸，其中将环布置在模具中并且在一个步骤中将膨胀冲头在轴向上压入环中，从而使环膨胀。在该过程中可以使材料经受高的应力，这可导致材料破坏。
技术实现要素：
在该背景下，本发明基于的问题是改善用于生产环形成型件的方法以及相应的装置，同时避免过度的材料应力。
该问题通过根据本发明的方法和根据本发明的装置得以解决，所述方法和装置分别定义于独立权利要求1和独立权利要求9中。本发明的特别有利的改进和实施方案由各个从属权利要求得出。
关于方法，本发明的核心在于：在用于生产环形成型件的方法中，通过成型装置由坯料形成具有比待生产的成型件的横截面尺寸小的环，然后在成型装置的膨胀段中通过至少一个模具并通过至少一个膨胀冲头将得到的环膨胀到待生产的成型件的横截面尺寸，其中将环布置在模具中并将膨胀冲头在轴向上压入环中，从而使环膨胀。根据本发明，环的膨胀在两个或更多个步骤中进行。
由于在合适地配置的成型段或者膨胀段中在成型装置中进行膨胀，可以在成型装置内生产接近完成的成型件(膨胀环)。完全不需要用于原本常规地在装置外进行的膨胀的工艺步骤。由于环的膨胀在两个或者更多个步骤中进行，可以避免过度的材料应力以及导致的任何材料破坏。
有利的是通过膨胀对成型件的长度的改变非常不显著。
符合目的的是，使用的膨胀冲头具有至少两个横截面尺寸不同的部分以及分别在两个这样的部分之间的过渡部分。这样的膨胀冲头使得膨胀过程可以相对容易地进行。有利地，膨胀冲头可以具有间隙或角度，尤其是为了降低摩擦。
符合目的的是，使用具有模具腔的模具，所述模具腔用于接纳环，其中模具腔的横截面尺寸对应于待生产的成型件的外横截面尺寸。这保证了待生产的成型件的尺寸精度。
有利地，环的膨胀通过不同尺寸的两个或更多个模具来进行，并相应地通过不同尺寸的两个或更多个膨胀冲头来进行。这使得可以最优地适应于所使用的具体材料。
或者，环的膨胀也可以通过一个膨胀冲头进行，所述膨胀冲头在其横截面尺寸上分两级或多级。
有利地，在膨胀后接着进行冲制步骤，其中将膨胀环在模具中通过膨胀冲头的一部分或者通过独立的冲制冲头必要时在另一成型段中在轴向上施加压力。冲制步骤保证模具腔的无间隙填充，从而进一步改善完成膨胀的环或者待生产的成型件的尺寸精度。此外，使环或者待生产的成型件的端面平滑化，从而获得无瑕疵的平直的端面。
有利地，待生产的成型部件为滚动轴承环。坯料成型为环有利地通过在700℃及以上的温度下的热成型来进行。
关于装置，本发明的核心在于：用于生产环形成型件的装置包括具有成型段的成型装置，所述成型段配置成用于由坯料形成环。成型装置包括膨胀段，所述膨胀段具有至少一个用于接纳环的模具和至少一个膨胀冲头，所述膨胀冲头可在轴向上压入位于模具中的环中，所述环在模具中可通过膨胀冲头膨胀。根据本发明，将膨胀段配置成在两个或更多个步骤中进行环的膨胀。
有利地，膨胀冲头具有至少两个横截面尺寸不同的部分以及分别在两个这样的部分之间的过渡部分。
有利地，膨胀段具有两个或更多个不同尺寸的模具，并相应地具有两个或更多个不同尺寸的膨胀冲头。
在两个或更多个模具的情况下，应当将膨胀段理解为包括两个或更多个子膨胀段，每个子膨胀段具有一个模具和一个相关的膨胀冲头。
附图说明
下面参照附图中所示的示例性实施例更详细地说明本发明，其中：
图1是根据本发明的成型装置的一种实施例的示意性框图；
图2至4示出在不同操作阶段的膨胀段的一种变体；
图5至7示出不同操作阶段的成型装置的膨胀段的第一种根据本发明的变体；
图8至12示出在不同操作阶段的膨胀段的另一种变体；
图13至17示出不同操作阶段的成型装置的膨胀段的第二种根据本发明的变体；
图18至23示出不同操作阶段的成型装置的膨胀段的第三种根据本发明的变体；
图24至27示出在不同操作阶段的膨胀段的另一种变体。
具体实施方式
关于接下来的描述，以下陈述适用：在为了附图清楚起见而在一个图中包括参考标号但在说明书的直接相关部分未提及该参考标号的情况下，应参照在说明书的之前或之后的部分对那些参考标号的说明。反过来，为了避免附图过于复杂，对于直接理解不太相关的参考标号并未被包括在所有图中。在这种情况下，应参照其他图。
图1中的图解概述示出了根据本发明的成型装置的、与理解本发明相关的功能块或段。整体用参考标号100表示的成型装置包括四个成型段10、20、30和40以及膨胀段50，该膨胀段可以包括多个子膨胀段。在第一成型段10中，坯料a，例如一定长度的原材料，被供应并被成型为盘状工件11。在第二成型段20中，盘状工件被成型为大体杯形工件21。在第三成型段30中，由杯形工件冲压出盘32，使得形成具有分级式内径和外径的环形工件31。在第四成型段40中，分级式环形工件被分成一对环41和42，较大环41的内径对应于较小环42的外径。然后，较小环42已经具有其完成形式，并被从成型装置排出。较大环41在膨胀段50中进一步膨胀，使得最终其内径比较小环42的外径大一期望量。完成的膨胀环构成待生产的成型件，由参考标号r表示。
在成型装置的各成型段中由一定长度的材料a生产一对环41和42对应于现有技术，因此不需要进一步说明。本发明主要涉及环41膨胀以形成完成形式的部件r的方式以及为此目的所需的成型装置的膨胀段50的设计。这在下面参考各个示例性变体进行详细描述。
本发明的一个重要方面在于以下事实：环41的膨胀仍然在成型装置100内部在为此目的设置的特别的膨胀段50中进行，更具体地是通过模具和膨胀冲头进行，其中将待膨胀的环41引入模具中，并将膨胀冲头轴向地按压通过该环并由此使环膨胀。由于在合适地配置的成型段或者膨胀段中在成型装置中进行该膨胀，可以在成型装置内生产接近完成的成型件(膨胀环)。完全不需要用于原本通常在装置外进行的膨胀的工艺步骤。
图2至图4图解使用膨胀冲头52的膨胀操作的最简单变体。环形模具51包括轴向通孔51a和模具腔51b，模具腔的直径略大于环41的外径并对应于完成的膨胀环或待生产的成型件的期望外径。在轴向上测得的模具腔的高度略大于待膨胀的环41的相应尺寸。通孔51a的直径对应于完成的膨胀环的期望内径。整体用参考标号52表示的膨胀冲头包括第一圆柱形部分52a、圆锥形部分52b、第二圆柱形部分52c和第三圆柱形部分52d。第一圆柱形部分52a的直径略小于待膨胀的环41的内径。第二圆柱形部分52c的直径对应于完成的膨胀环的期望内径。第三圆柱形部分52d的直径略小于模具腔51b的直径。圆柱形部分52a和52c是具有恒定横截面尺寸的部分；圆锥形部分形成这两个具有恒定横截面尺寸的部分之间的过渡部分。
图3示出模具51，其中待膨胀的环41被插入模具腔51b中并且膨胀冲头52处于仅第一圆柱形部分52a被插入环41中的位置。借助于驱动装置(未示出)——其一般是机械驱动装置，然后将膨胀冲头52(在轴向上)完全压入环41中直至它最终呈现图4中所示的位置，环41由此膨胀至其最终形式。完成的膨胀环在图4中用参考标号r表示。膨胀冲头52的第三圆柱形部分52d以其环形端面压到膨胀环r上，并确保模具腔51b被无缝隙地填满，从而实现完成的膨胀环r的尺寸精度。该操作在此以及在下文中被称为“冲制”。
仅使用这样的膨胀冲头52在一个步骤中进行的膨胀可能导致高的材料应力，因此在许多情况下是不理想的。因此根据本发明，在两个或更多个步骤中进行膨胀，如下文所述。
还应该补充的是，在所图解的实施方案的描述的情况下，为了清楚起见假定，待生产的环具有圆形横截面——这是在实践中最普遍的情况。因此，环的横截面尺寸、模具的横截面尺寸以及膨胀冲头的横截面尺寸由内径和外径给出。相应地，膨胀意指内径和外径的扩大。然而，本发明不限于具有圆形横截面的环的生产。在其他横截面形状(例如，三角形或多边形)的情况下，内横截面尺寸和外横截面尺寸类似地取代内径和外径。在此情况下的膨胀意指内横截面尺寸和外横截面尺寸的扩大。应理解的是，模具和膨胀冲头于是具有合适地适配的内横截面尺寸和外横截面尺寸。模具的横截面尺寸仅与有效横截面有关，但是可以存在引入倒角或间隙。
图5至图7图解其中在两个步骤中实现环41的膨胀的方法的变体。模具51具有与图2至图4中的变体相同的构造。膨胀冲头152分多级，并具有第一圆柱形部分152a、第一圆锥形部分152b、第二圆柱形部分152c、第二圆锥形部分152d、第三圆柱形部分152e和第四圆柱形部分152f。第一圆柱形部分152a的直径略小于待膨胀的环41的内径。第三圆柱形部分152e的直径对应于完成的膨胀环的期望内径。第二圆柱形部分152c的直径大于第一圆柱形部分152a的直径，并且小于第三圆柱形部分152e的直径。第四圆柱形部分152f的直径略小于模具腔51b的直径。圆柱形部分152a、152c和152e构成具有恒定横截面尺寸的部分以及任何必要的间隙；圆锥形部分152b和152d各形成具有恒定横截面尺寸的部分之间的过渡部分。
图6示出模具51，其中待膨胀的环41被插入模具腔51b中并且膨胀冲头152处于仅第一圆柱形部分152a被插入环41中的位置。借助于驱动装置(未示出)——其一般是机械驱动装置，然后将膨胀冲头152完全压入环41中直至它最终呈现图7中所示的位置，环41由此膨胀至其最终形式。完成的膨胀环在图7中再次用参考标号r表示。如上文结合膨胀冲头52的第三圆柱形部分52d所述，膨胀冲头152的第四圆柱形部分152f用于膨胀环r的冲制。
将理解的是，膨胀也可以在不止两个步骤中实现，在此情况下，将使用具有相应更大数量的分级式圆柱形部分的膨胀冲头。在所有情况下，膨胀冲头可具有引入倒角和间隙。
在所描述的图5至图7的实施方案中，使用相同的工具即膨胀冲头152实现膨胀和冲制。图8至图12以及图13至图17示出其中使用第一工具实现膨胀并使用单独的第二工具实现冲制的方法的两种变体。
图8至图12的变体在原理上对应于图2至图4的变体，只是这里使用了具有基本与膨胀冲头52(图2)相同的构造但没有膨胀冲头52的第三圆柱形部分52d的膨胀冲头252(图8)。图9和10示出如何将膨胀冲头252压入待膨胀的环41中。在膨胀操作之后，移除膨胀冲头252，并借助于专用的冲制冲头253(图11和12)进行膨胀环r的冲制。冲制冲头253包括第一圆柱形部分253a和第二圆柱形部分253b。两个部分253a和253b对应于图2的膨胀冲头52的圆柱形部分52c和52d。
图13至图17的根据本发明的实施方案在原理上对应于图5至图7的变体，只是这里使用了具有基本与多级膨胀冲头152(图5)相同的构造但没有膨胀冲头152的第四圆柱形部分152f的膨胀冲头352(图13)。图14和15示出如何将膨胀冲头352压入待膨胀的环41中。在膨胀操作之后，将膨胀冲头352移除，并借助于专用的冲制冲头353(图16和17)进行膨胀环r的冲制。冲制冲头353包括第一圆柱形部分353a和第二圆柱形部分353b。两个部分353a和353b对应于图5的膨胀冲头152的圆柱形部分152e和152f。根据本发明的此变体通过使用多级膨胀冲头352而不同于图8至图12的变体。
图18至图23示出根据本发明的方法的另一变体，其中环41的膨胀在两个连续的步骤或阶段中进行。工序上相同的这两个阶段中的每一个对应于图2至图4中图解的方法的变体，使用其中所用的成型工具(模具和膨胀冲头)，但是这两个阶段中的模具和膨胀冲头具有不同的尺寸。在第一阶段(图18至图20)，使用第一模具451和第一膨胀冲头452。第一模具451具有第一模具腔451b，第一模具腔的直径小于完成的膨胀环的期望外径。相应地，膨胀冲头452的直径也略小。因此在这一阶段，首先存在从环41生产的尚不具有完成的膨胀环的期望尺寸的环141。在第二阶段(图21至图23)，使用第二模具551和第二膨胀冲头552。第二模具551具有第二模具腔551b，第二模具腔的直径对应于完成的膨胀环的期望外径。相应地，膨胀冲头552的直径也略大。在此阶段，环141膨胀至完成的环r的期望尺寸，并且被冲制。
就装置而言，实施此变体使得膨胀段包括两个子膨胀段，这两个子膨胀段各自分别具有模具451和551及相关联的膨胀冲头452和552。
图24至图27图解了上述方法的另一变体，该变体基本对应于图2至图4的变体，但是它不是从圆柱形环41开始，而是从具有不同外径和内径的两个部分241a和241b的环241(图24)开始。该环241的生产又以本身已知的方式在成型装置100的成型段10-40中实现。
环241的较大直径部分241b已经具有完成的膨胀环的尺寸。因此，仅环241的较小直径部分241a以及至较大部分241b的过渡部分需要膨胀。图26示出了如何将膨胀冲头52插入环241中，图27示出了处于完全被插入模具中的状态的膨胀冲头52；再次，完成的膨胀环r的冲制也同时进行。
上文所述的根据本发明的方法以及根据本发明的相应装置特别适合于由滚动轴承钢生产滚动轴承环。各个成型段中的成型通过在约700℃及以上的温度下的热成型工艺来实现。将膨胀操作直接并入成型装置使得可以将在成型过程中吸收的热能用于膨胀。取决于材料，成型，以及特别是膨胀，也可以在冷态下进行。