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Verfahren zur Erzielung einer weichen, schmiegsamen und nachgiebigen Oberflächenschichte an Körpern aus hartem, eine spanabhebende Verformung zulassendem Material und danach hergestellte Körper
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Körpern aus hartem, eine spanabhebende Verformung zulassendem Material, insbesondere aus Flussstahl bzw. unvergüteten Einsatzstählen, zwecks Er- zielung einer weichen, nachgiebigen und schmiegsamen Oberflächenschichte sowie auf nach diesem Verfahren hergestellte Körper.
In der Technik ist in vielen Fällen die Aufgabe gestellt, die Oberfläche eines an sich harten, z. B. metallischen, Körpers weich und schmiegsam zu machen. Beispielsweise kann es sich dabei um die Lösung der folgenden Aufgaben handeln : a) Vermeidung einer genauen Bearbeitung der Flachen zweier eng miteinander zu verbindender Gegenstände zwecks Gewährleistung des Anschmiegen eines aus hartem Material bestehenden
Korpers an eine rauhe oder irgendwie profilierte
Oberfläche, b) Erzielung eines festen Sitzes von
Einzelteilen an oder innerhalb anderer Teile ohne
Zuhilfenahme von Keilen, Stiften oder sonstigen
Sicherungen, c) Erreichung einer nachgiebigen
Abdichtung durch eine weiche Oberfläche, d) Er- moglichung einer ohne diese Oberflächengestaltung
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nachgiebigen Oberflächenschichte, e)
Gewährleistung einer sicheren Führung innerhalb ge- wisser Richtungen oder Vermeidung dieser Fuhrung innerhalb anderer Richtungen und f) Ermoglichung einer Lageveränderung, die sonst ohne Oberflächen-oder Totalzerstörung nicht möglich wäre.
In den aufgezählten Fällen musste man sich bisher damit behelfen, auf die harten Körper Materialien aufzubringen, die die erwünschten Eigenschaften besitzen, wie z. B. Blei, Gummi usw. Diese an sich umständliche Zuhilfenahme fremder Materialien hatte ausserdem noch erhebliche, durch Mängel des Haftvermögens, der Festigkeitseigenschaften und der Widerstandsfähigkeit sowie des Korrosionsverhaltens bedingte Nachteile zur Folge und konnte daher nicht befriedigen.
Die Erfindung ermöglicht es nun, die Oberfläche eines aus hartem Material bestehenden Werkstuckes derart zu behandeln, dass sie ohne Zuhilfenahme anderer weicher und abdichtender bzw. nachgiebiger Körper weich und schmiegsam bzw. nachgiebig wird. Zu diesem Zwecke wird der harte Körper an dem weichzumachenden Teil seiner Oberfläche einer mechanischen Bearbeitung, z. B. durch spanlose Verformung, unterworfen, um die Oberfläche mit einer entsprechend grossen Anzahl von nach aussen abgeschlossenen, durch dünne Wände voneinander getrennten Lufträumen zu versehen.
Das Verfahren ist nur für A aterialien anwendbar, die überhaupt stauchfäwb sind. Hitze als Merkmal der Stauchfähigkeit bzw. als Voraussetzung derselben ist nicht unbedingt erforderlich, es sei hier nur beispielsweise auf Blei, Aluminium usw. verwiesen. Das erfindungsgemässe Verfahren wurde in der Praxis ohne Schwierigkeiten und
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fähigkeit schon zweifelhaft war. Selbstverständlich können Metalle mit extrem harter oder spröder Oberfläche oder Beschaffenheit, z. B. Sintermetalle oder Gusseisen, nicht oder nur schlecht bearbeitet werden.
Das Verfahren wird erfindungsgemäss in zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen durchgeführt. Der erste Arbeitsgang besteht in der Bearbeitung der zumindest geschruppten Oberfläche durch ein rasch rotierendes Werkzeug, z. B. eine Profilwalze. Dabei werden in der Oberfläche des Körpers palal : ele Rippen bzw. Stege gebildet, die hierauf in einem zweiten Arbeitsgang zwischen Egalisierwalzen zusammengedrückt werden und geschlossene Luftkammern bilden.
Al Profilwalze kann vorteilhaft ein Werkzeug verwendet werden, welches aus einzelnen Federstahl-Lamellen besteht, zwischen die Beilagbleche von kleinerem Durchmesser eingefügt sind. An
Stelle dieses Werkzeuges kann auch eine entsprechend geformte Rillenwalze aus einem Stück verwendet werden. Die Dicke der Lamellen und der zwischen ihnen befindlichen Beilagbleche bzw. die Profilierung der Rillenwalze richten sich nach der gewünschten Feinheit und Tiefe der weichzumachenden Obernächenschichte (von 0') mm beginnend).
Nach einer weiteren Ausgestaltung des be- anspruchten Verfahrens wird das walzenförmig
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Werkzeug durch einen geeigneten Antrieb auf hohe Drehzahlen, z. B. 4000-5000 Umdrehungen per Minute, gebracht und unter Druck gegen den zu bearbeitenden Körper gepresst. Hiebei d das behandelte Werkstück, wenn es sich um einen rotationssymmetrischen Körper handelt, in ebenso schnelle, zweckmässig aber in noch wesentlich raschere Umdrehung versetzt. Die profilierte Oberfläche der beschriebenen Walze drückt sich in selbst sehr hartes Material bei den beträchtlichen Berührungsgeschwindigkeiten ohne weiteres ein und lässt zwischen den einzelnen Lamellen bzw.
Stegen der Walze das Material des harten Körpers zu entsprechenden Rippen bzw. Stegen hochwachsen. Dieser Vorgang ist mit einer starken örtlichen Wärmeentwicklung verbunden, die am besten durch eine Kühlung mit Spülöl innerhalb gewisser Grenzen gehalten werden muss, um ein
Fressen oder Reissen des hochgewalzten Materials zu vermeiden.
Dieses Hochwalzen einer Oberfläche lässt sich beispielsweise selbst bei härtestem Stahl innerhalb einer Sekunde durchführen, da infolge der hohen
Drehzahl des zu bearbeitenden Gegenstandes eine
Vielzahl von äusserst kurzzeitigen Anpress- vorgängen mit der rotierenden Profilwalze statt- findet.
Die Bearbeitung mittels Profilwalzen kann vor- teilhaft durch mehrere, vollkommen gleichartige Rillen-oder Lamellenwalzen vorgenommen werden. In diesem Falle können die vorgesehenen
Walzen gleichzeitig, aber an verschiedenen Punkten des zu bearbeitenden Körpers angesetzt werden.
Bei Anwendung einer einzigen Profilwalze wird der zu bearbeitende Körper zweckmässig durch mindestens zwei drehbare Stützwalzen gegen den Druck der Rillen- bzw. Lamellenwalze gehalten.
Die beiden Stützwalzen greifen hiebei vorzugsweise an anderen als dem zu bearbeitenden Oberflächenteil des Gegenstandes an.
Es hat sich ferner bei der Anwendung einer einzigen Profilwalze als günstig erwiesen, den zu bearbeitenden Körper ausserhalb der weichzumachenden Oberfläche drehbar einzuspannen, so dass die beiden Stützwalzen gänzlich in Fortfall kommen können.
Der Körper, dessen Oberfläche nach einer der beschriebenen Arten hochgerillt worden ist, wird nun zwischen Egalisierwalzen mit glatter harter Oberfläche gebracht. Erfindungsgemäss laufen diese Walzen, oder zumindest eine von ihnen, ebenfalls mit hoher Drehzahl um. Es können sowohl eine als auch mehrere, an verschiedenen
Seiten des zu bearbeitenden Körpers angreifende
Egalisierwalzen angewendet werden. Der be- anspruchte Egalisiervorgang ist nur bei hohen
Drehzahlen gut durchführbar, um ein Verbiegen oder Brechen bzw. ungleichmässiges Stauchen der femen Rippen zu vermeiden. Diese werden vielmehr nur an ihrer Oberkante zusammen- gestaucht, bis die Zwischenräume zwischen ihnen überbrückt sind.
Auf diese Weise entsteht eine glatte Oberfläche, etwas höher, als die ursprüngliche war, die die erwünschten Eigenschaften von Nach- giebigkeit und Schmiegsamkeit bis zum völligen Zusammenpressen der Luftkammern und Stege besitzt.
,'DirAnoidnung von in der Obernächenschichte dicht nebeneinanderliegenden Luftkammern rundem, ovalem oder eckigem Querschnitt ist grundsätzlich bei allen Körpern anwendbar, die aus eine spanabhebende Verformung zulassenden Materialien, vor allem aus Nichteisenmetallen oder Stahl mit Festigkeiten bis zu 80-100 kgjmm2 bestehen. Die Tiefe der kanalförmigen Luftkammern richtet sich nach der Dicke der weichzumachenden Oberflächenséhichte und kann beispielsweise von wenigen Zehntelmillimetem bis zu mehreren Millimetern betragen. Sie steht zweckmässig mit der Stärke der zwischen den Luftkammern befindlichen Wände in unmittelbarem
Zusammenhang. Die dünnste Stelle dieser Trenn- wände kann z.
B. die Hälfte bis ein Viertel der
Hohlraumbreite bzw. des Durchmessers bei annähernd kreisförmigem Querschnitt des Luft- raumes ausmachen.
Die Lufträume können bei rotationssymme- trischen Körpern vorzugsweise aus ringförmig nebeneinanderliegenden Kanälen, die in zur
Rotationsachse senkrechten Ebenen liegen, bei
Körpern anderer Formgebung hingegen aus parallelliegenden, der Oberflächenform folgenden
Kanälen bestehen.
Die Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Aus- führungsformen schematisch dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine Lamellenwalze, teilweise im Längsschnitt, Fig. 2 eine Rillenwalze, gleichfalls im teilweisen Längsschnitt, Fig. 3 eine Anordnung mit 3 Rillenwalzen, in der Draufsicht, Fig. 4 eine Anordnung mit einer Lamellen-und einer Stützwalze, Flg. 5 eine Anordnung mit einer Lamellenwalze und drehbar eingespanntem Gegenstand und Fig. 6 eine schematische Darstellung des Stauchvorganges mittels einer Egalisierwalze.
Die Lamellenwalze nach Fig. l ist aus Federstahllamellen 1 und zwischenliegenden Beilagblechen 2 kleineren Durchmessers zusammengesetzt, die mittels Schraubenmuttern 3 zu- sammengehalten werden und auf der Achse 4. der Walze befestigt sind. Die Rillenwalze nch Fig. 2 ist aus einem Stück hergestellt und trägt an ihrem Umfange ein : entsprechende Proälie- rung 5. Bei Durchführung des ersten Arbeitsganges mit einer 3-Rillenwalzen-Anordnung (Fig. 3) ist der zu bearbeitende Körper 6 von drei Rillenwalzen 7, 8, 9 umgeben, die vorteilhaft in gleichen Abständen voneinander an der Oberfläche des zu bearbeitenden Gegenstandes angreifen und in entgegengesetztem Sinne zu diesem umlaufen.
Bei der Anordnung gemäss Fig. 4 ist eine einzige Lamellenwahe 10 vorgesehen, die den zu bearbeitenden Körper 6 an dem weich- zumachenden Teil 11 der Oberfläche bf führt.
Die Stützwalze 12 liegt mit ihren vorragenden
Teilen 13, 14 an dem nicht bearbeiteten Teil des Körpers 6 an. Bei der Arbeitsweise nach
Fig. 5 ist ebenfalls eine einzige, am zu be-
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an einem Teilstück des bearbeiteten Körpers 6 in stark vergrössertem Massstabe veranschaulicht.
Auf dem linken Teil des Werkstückes sind die bei der ersten Bearbeitung mit der Profilwalze erhaltenen Rippen oder Stege 17 und die Kanäle 18 zu sehen, während am rechten Teil des Körpers die Wirkung der Egalisierwalze 19 zu erkennen ist : Die Rippen 17 werden hier zu einer glatten, geschlossenen Oberfläche 20 zusammengestaucht, die Kanäle 18 an ihrer Oberseite überbrückt und zu geschlossenen Luftkammem 21 umgeformt.
Bei den nach dem beanspruchten Verfahren behandelten Gegenständen sind die seine Ober- flächenschicht bildenden und nach aussen ge- schlossenen oder auch nur fast geschlossenen Hohlräume gegen eine Formveränderung oder eine Deformierung wesentlich nachgiebiger, als es das homogene Material wäre, da die oberste Schichte des solcherart behandelten Materials aus lauter dünnen Stegen und Wänden besteht, daher gleichsam porös geworden ist. Die Weichheit ist graduell veränderlich durch entsprechende Bemessung von Stegdicke und Luftkammerabstand, sie ist also unabhängig vom Material. Die Tiefe der bearbeiteten Oberflächenschichte bestimmt die Dicke der nachgiebigen Substanz.
Durch die erfindungsgemässe Oberflächen- behandlung wird es ermöglicht, eine vollständige, dichtende und doch nachgiebige Verbindung zweier oder mehrerer harter, z. B. metallischer,
Korper zu schaffen. Diese Verbindung besitzt in sich einen gewissen Bewegungsspielraum, der sonst überhaupt nicht oder nur unter Beschädigung moglich wäre bzw. unter Zuhilfenahme anderer welcher und abdichtender bzw. nachgiebiger
Stoffe angestrebt werden müsste. Nach der
Erfindung behandelte Körper können beispiels- weise für die folgenden Zwecke vorteilhaft ver- wendet werden : Für das Eintreiben von Achsen,
Stiften, Bolzen oder ähnlichen Maschinen-- elementen in zu kleine oder unbearbeitete
Bohrungen ebenso harten oder noch härteren
Materials.
Zur Abdichtung zweier harter Körper gegen ein drittes Medium selbst bei grobbear- beiteten oder mangelhaft bearbeiteten Oberflächen oder Profilierungen, wie Wellen, Flanschen, Stopfen, Abdichtungen u. dgl. Zur Schaffung einer gewissen Bewegungsmöglichkeit zweier oder mehrerer Körper gegeneinander, die sonst wegen zu grosser Oberflächenreibung oder Unnachgiebigkeit des einen oder anderen Körpers nicht oder nur mit grossen Kräften bzw. nur unter teilweiser oder völliger Zerstörung möglich wäre, z. B. klemmende, grobbearbeitete Kolben, Ge- schosse im Lauf, Maschinenelemente auf genuteten Wellen u. dgl.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzielung einer weichen, schmiegsamen und nachgiebigen Oberflächenschichte an Körpern aus hartem, eine spanabhebende Verformung zulassendem Material, insbesondere aus Flussstahl bzw. unvergüteten Einsatzstählen, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche durch mechanische Bearbeitung mit einer entsprechend grossen Anzahl von nach aussen geschlossenen Luftkammern versehen wird, die durch dünne Wände voneinander getrennt sind.