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Verfahren zur Herstellung eines Wellenzaliens.
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Ausschuss zu vermeiden, müssen daher bei Anwendung dieser Verfahren nach dem Härten und vor dem Schleifen die Wellen sorgsam ausgerichtet werden-ein Vorgang, der nicht nur umständlich ist und besondere Gewandtheit erfordert, sondern auch unvermeidliche Spannungen in Werkstücken zurücklässt. Solche Spannungen wirken sich besonders nachteilig dadurch aus, dass sie sieh zu den durch die ver- schiedene Zusammensetzung von Mantel und Kern bedingten Spannungen addieren und hiedureh die bei im Einsatz behandelten Stücken bekannte Abplätterung begünstigen. Die Spannungen lassen sieh
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der Einsatzsehicht vermindert würde.
Die ungenügende Dicke der Einsatzsehieht hat weiterhin die nachteilige Folge, dass bei hohen Flächenpressungen ein stellenweises Eindrücken in den Kern eintreten kann, wodurch das Werkstück selbst oder unter Umständen die ganze Maschine zerstört werden könnte.
Ein anderer Nachteil dieser Verfahren ist schliesslich auch noch darin begründet, dass die damit verbundene langwierig Wärmebehandlung sich nicht in die Serienfertigung einpassen lässt, sondern eine Unterbrechung des Herstellungsganges des Einzelwerkstüekes und eine Ansammlung einer grösseren Anzahl Stücke erforderlich macht. Hiedureh wird die Gesamtmenge der gleichzeitig im Herstellungs-
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Ein anderes Verfahren, das ebenfalls dazu führt, an der Oberfläche des Zapfens eine grössere Härte als im Kern zu erzielen, besteht in der Verwendung eines lufthärtenden Stahles für die Wellen.
Hiebei werden lediglieh die Wellenzapfen, beispielsweise mittels Gebläsebrenners, auf Härtetemperatur gebracht, um sodann mehr oder weniger schnell abzukühlen, u. zw. an der Oberfläche schneller als im Kern, so dass die Härte nach der Achse hin abnimmt. Mit diesem Verfahren, das die Verwendung eines teueren Werkstoffes mit geringerer Dämpfungsfähigkeit gegenüber Schwingungsbeanspruchung bedingt, lassen sich aber die erstrebenswerten Eigenschaften an der Oberfläche und im Kern nur unvollkommen erreichen, die Oberfläche wird doch nicht so hart und der Kern doch nicht so zähe, wie es erwünscht wäre. Zudem lässt sich die erreichte Kernfestigkeit nicht nachprüfen.
Man hat zwar vorgeschlagen, im Einsatz aufgekohlte Werkstücke aus Stahl von höherer Festigkeit in einem Härtebad nur oberflächlich zu erhitzen und dann das Werkstück abzusehrecken, bevor die Erwärmung bis in den Kern fortgeschritten wäre. Dieses Verfahren ist jedoch umständlich, auf Kurbelwellen nicht anwendbar, sofern man die Kurbelwangen nicht mithärten will, und für Fliessfertigung ebenso-
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Die Möglichkeit, die Auswahl der zur Verwendung kommenden Stähle nur mit Rücksicht auf die zu erwartenden Beanspruchungen zu treffen, d. h. sowohl hochlegierte als auch unlegierte oder nur niedrig legierte Vergütungsstähle zu verwenden ;
2. den Kern so zu vergüten, wie es sich für derartige Werkstücke am besten bewährt hat ;
3. die Möglichkeit, durch Festigkeitsprüfungen nach der Vergütungsbehandlung die Kernfestigkeit des Fertigerzeugnisses zu kontrollieren ;
4. einen gehärteten Aussenmantel von derjenigen Festigkeit und Härte herzustellen, wie sie sich für verschleissfeste Lager bewährt haben ;
5. die Möglichkeit, die Dicke des gehärteten Mantels den auftretenden Beanspruchungen anzupassen ;
6. die Möglichkeit, infolge des dickeren Härtemantels durch Fertigschleifen ohne vorheriges Richten die gewünschten Endabmessungen zu erreichen ;
7. die Möglichkeit, den Härteprozess am einzelnen Stück und in einer Zeit durchzuführen, die dem Rhythmus der Fliessfertigung angepasst ist ;
8. wesentliche Verringerung der zwischen gehärtetem Mantel und nicht gehärtetem Kern vorhandenen Spannungen infolge der gleichen chemischen Zusammensetzung von Kern und Mantel ;
9. grössere Zähigkeit und Dämpfungsfähigkeit, d. h. verminderte Rissgefahr der gehärteten Schicht gegenüber solchen, deren Härte auf Änderung der chemischen Zusammensetzung beruht ;
10. geringer Verzug des ganzen Stückes, da während der Härtebehandlung nur jeweils ein verschwinden kleiner Teil erwärmt ist.
Eine beispielsweise Anordnung für das Herstellungsverfahren gibt Fig. 1 wieder. Hierin bedeutet : A den zu härtenden, sich langsam drehenden Zapfen, B den zur Erhitzung dienenden Brenner und C eine Düse, durch die das Kühlmittel auf den Zapfen zur Wirkung gebracht wird.
Fig. 2 veranschaulicht als Beispiel in Kurve A den Verlauf der Härte über den Querschnitt eines Zapfens gemäss der Erfindung, Kurve B denjenigen eines nach dem Einsatzhärteverfahren hergestellten, und Kurve C den eines aus lufthärtendem Chrom-Nickel-Stahl hergestellten Zapfens. Als Abszisse ist der Abstand von der Zapfenoberfläche, als Ordinate die Rockwellhärte C bzw. die Zugfestigkeit in kgjmm2 angegeben.
Kurve A zeigt, dass in dem Aussenmantel des Zapfens in Stärke von etwa 7 mm die Härte 60 Rock- I wellgraden entspricht, d. h., dass dieser die gleiche Festigkeit aufweist, die für Wälzlagerringe üblich ist, während der Kern gleichmässig eine Härte von etwa 27 Rockwellgraden gleich 95 kgjmm2 Zugfestigkeit
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Dem gegenüber zeigt die Kurve B einen zwar sehr harten Mantel, der jedoch bedeutend dünner ist, nur etwa 1'5 mm, während die Festigkeit des Kerns infolge des niedrigen Kohlenstoffgehaltes wesent- lich unter derjenigen der Kurve A liegt. Ähnlich der Kurve B ist der Härteverlauf eines durch Verstickung oberflächengehärteten Zapfens, wobei die Aussenschicht zwar eine noch höhere Härte, jedoch eine noch geringere Dicke als die beim Einsatzhärten erreichbare besitzt.
Die Kurve C zeigt, dass ein Zapfen aus lufthärtendem Chrom-Nickel-Stahl nur verhältnismässig geringe Unterschiede in der Härte von Mantel und Kern aufweist. Er hat an der Oberfläche gegenüber A und B erheblich geringere Verschleissfestigkeit, im Kern aber grössere Sprödigkeit.
Die in den Kurven als Beispiel angegebenen Festigkeitszahlen lassen sich natürlich in allen drei
Fällen durch die Zusammensetzung des verwendeten Stahles beeinflussen. Der Typus der Härtever- teilung bleibt jedoch der gleiche.
Fig. 3 veranschaulicht den Querschnitt eines erfindungsgemässen Zapfens ; a ist der gehärtete Mantel, b der vergütete Kern.
Die Erfindung ist nicht ausschliesslich beschränkt auf die Herstellung von Kurbelwellenzapfen, sondern kann sinngemäss auch für zapfenartige Maschinenteile ähnlicher Beanspruchung benutzt werden, wobei die Wahl des Werkstoffes davon abhängig ist, wie gross die Verschleissfestigkeit des Mantels und der Widerstand gegen statische und dynamische Beanspruchung des Kerns sein muss.
Versuche mit Führungszapfen, Rollen u. dgl. auch aus nicht vergütetem geschmiedetem Stahl und aus Stahlguss haben gezeigt, dass die Schwierigkeiten der gleichzeitigen Erreichung guter Festigkeiteigenschaften und hohen Verschleisswiderstandes in überraschend guter Weise durch das oben beschriebene Verfahren beseitigt werden können.
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Process for the production of a wavy scallop.
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To avoid rejects, the shafts must therefore be carefully aligned after hardening and before grinding - a process that is not only cumbersome and requires particular skill, but also leaves unavoidable stresses in workpieces. Such stresses have a particularly disadvantageous effect in that they add to the stresses caused by the different composition of the jacket and core and thereby favor the flaking known in pieces treated in use. The tensions let you see
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the operational view would be reduced.
The inadequate thickness of the insert cover also has the disadvantageous consequence that at high surface pressures, indentations can occur in places in the core, which could destroy the workpiece itself or, under certain circumstances, the entire machine.
Another disadvantage of this process is that the lengthy heat treatment associated with it cannot be integrated into series production, but requires an interruption in the production process of the individual workpieces and an accumulation of a large number of pieces. Here the total amount of the simultaneously in the manufacturing
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Another method, which also leads to a greater hardness on the surface of the journal than in the core, is to use an air-hardening steel for the shafts.
Hiebei only the shaft journals, for example by means of a blower burner, brought to hardening temperature in order to then cool down more or less quickly, u. faster on the surface than in the core, so that the hardness decreases towards the axis. With this process, which requires the use of an expensive material with a lower ability to dampen vibrations, the desirable properties on the surface and in the core can only be achieved incompletely, the surface is not as hard and the core is not as tough as it is would be desirable. In addition, the core strength achieved cannot be verified.
It has been proposed to heat carburized steel workpieces of higher strength only superficially in a hardening bath and then to corner the workpiece before the heating would have progressed to the core. However, this process is cumbersome, cannot be used on crankshafts unless you want to harden the crank webs as well, and for flow production as well.
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The possibility of selecting the steels to be used only with regard to the expected stresses, i.e. H. to use both high-alloy and unalloyed or only low-alloy quenched and tempered steels;
2. to remunerate the core as it has proven best for such workpieces;
3. the possibility of checking the core strength of the finished product by means of strength tests after the tempering treatment;
4. to produce a hardened outer jacket of the same strength and hardness as have been proven for wear-resistant bearings;
5. the possibility of adapting the thickness of the hardened jacket to the stresses occurring;
6. the possibility of achieving the desired final dimensions by finish grinding without prior straightening due to the thicker hardness coat;
7. the possibility of carrying out the hardening process on a single piece and in a time that is adapted to the rhythm of the flow production;
8. Significant reduction in the stresses present between the hardened shell and the non-hardened core as a result of the same chemical composition of the core and the shell;
9. greater toughness and damping capacity, d. H. reduced risk of cracking of the hardened layer compared to those whose hardness is based on a change in the chemical composition;
10. Low distortion of the whole piece, since only a small part is heated during the hardening treatment.
An example of an arrangement for the production method is shown in FIG. Here: A denotes the slowly rotating pin to be hardened, B the burner used for heating and C a nozzle through which the coolant is brought into effect on the pin.
Fig. 2 illustrates as an example in curve A the course of the hardness over the cross-section of a pin according to the invention, curve B that of a pin made by the case hardening process, and curve C that of a pin made of air-hardening chrome-nickel steel. The abscissa is the distance from the journal surface, the ordinate is the Rockwell hardness C or the tensile strength in kg / mm2.
Curve A shows that in the outer casing of the pin with a thickness of about 7 mm, the hardness corresponds to 60 Rockwell degrees, ie. This means that it has the same strength that is usual for roller bearing rings, while the core has a uniform hardness of around 27 Rockwell degrees, equal to 95 kg / mm2 tensile strength
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On the other hand, curve B shows a very hard shell, which is, however, significantly thinner, only about 1'5 mm, while the strength of the core is considerably below that of curve A due to the low carbon content. Similar to curve B is the hardness profile of a pin that has been surface-hardened by stitching, the outer layer having an even higher hardness, but an even smaller thickness than that which can be achieved with case hardening.
Curve C shows that a pin made of air-hardening chromium-nickel steel has only relatively small differences in the hardness of the jacket and core. Compared to A and B, its surface is considerably less wear-resistant, but its core is more brittle.
The strength figures given in the curves as an example can of course be used in all three
Affect cases by the composition of the steel used. The type of hardness distribution, however, remains the same.
3 illustrates the cross section of a pin according to the invention; a is the hardened shell, b the tempered core.
The invention is not exclusively limited to the production of crankshaft journals, but can also be used analogously for journal-like machine parts with similar loads, the choice of material being dependent on how great the wear resistance of the jacket and the resistance to static and dynamic stress on the core are got to.
Experiments with guide pins, rollers, etc. The like. Also made of non-tempered forged steel and cast steel have shown that the difficulties of simultaneously achieving good strength properties and high wear resistance can be eliminated in a surprisingly good manner by the method described above.