AT401630B - Verfahren zur herstellung von formteilen mit gerollten flächen hoher passgenauigkeit - Google Patents

Description

AT 401 630 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen mit Flächen hoher Paßgenauigkeit aus vergütetem Werkzeugstahl, wobei die Formgebung im wesentlichen mittels Zerspanung erfolgt.

Werkzeuge, z.B. Zerspanungswerkzeuge werden heute überwiegend aus gehärtetem Stahl angeboten. Hochwertige Werkzeuge besitzen eine Grundfestigkeit von 1100 N/mm2 und höher. Zu derartigen Werkzeugen gehören Werkzeugköpfe für das Drehen, Fräsen, Bohren. Derartige Werkzeuge werden beispielsweise in Bearbeitungszentren eingesetzt, wo ganz allgemein die Forderung nach häufigem und raschem Werkzeugwechsel besteht. Werkzeugköpfe besitzen spezielle Anschlußteile für die Werkzeugaufnahme in der Werkzeugmaschine. Die Flächen derartiger Kupplungen besitzen hohe Paßgenauigkeit und bei modernen Werkzeugsystemen hohe Formenkomplexität.

Entsprechend werden derartige Werkzeuge heute in der Regel aus unvergütetem Stahl der Zugfestigkeit <800 N/mm2 gefertigt, d.h. die Formgebung derartiger Werkzeuge und insbesondere der Anschlußteile erfolgt mittels Zerspanen aus Rohlingen von ungehärtetem Stahl. Die so vorgefertigten Formteile werden anschließend einem oder mehreren Warmhärtungsprozessen unterzogen. Dadurch werden die erforderlichen Grundfestigkeiten von mindestens 1100 N/mm2 sowie Oberflächenhärten von >42 HRC erzielt. Gleichzeitig hat ein Warmhärteprozeß aber einen unvermeidlichen Verzug der Formteilflächen zur Folge. Der Verzug muß zumindestens an den Flächen hoher Paßgenauigkeit in einem nachfolgenden Verfahrensschritt, in der Regel mittels Schleifen, ausgeglichen werden. Gleichzeitig wird durch das Schleifen die für Paßflächen erforderliche hohe Oberflächengüte und Formgenauigkeit hergestellt.

Dieses Verfahren ist aufgrund der hohen Zahl von Verfahrensschritten wirtschaftlich aufwendig. Dadurch, daß ein Formteil nach der Zerspanung und Warmhärtung zum Schleifen ein zweites Mal in eine Bearbeitungsmaschine eingespannt werden muß, ist es nicht nur ein großer zeitlicher Aufwand, sondern ergibt auch Probleme infolge voneinander abweichender Zentrierung des Werkstücks beim Aufspannen, einmal für das Drehen, zum anderen für das Schleifen.

Das Walzen bzw. Rollieren von Oberflächen ist an sich bekannt. Es wird zum Beispiel zur Oberflächenverbesserung von Bohrungen und Wellen eingesetzt. Dadurch werden nicht nur dem Schleifen vergleichbare Oberflächen-Glattheiten erreicht, sondern es tritt durch das Rollieren auch eine zusätzliche Verfestigung des Oberflächenbereiches bei gleichzeitiger Verringerung der Kerbwirkung ein. Das Oberflächen-Rollieren ist bis heute jedoch auf Stähle geringer und mittlerer Festigkeit beschränkt. Die im Handel üblichen Rollenwerkzeuge zum Glattwalzen sind auf die Bearbeitung von Formteilen einer Festigkeit von unter 1300 N/mm2 ausgelegt und als solche angeboten.

So beschreibt die EP 0 353 376 A1 ein Walzwerkzeug zum Glattwalzen und/oder Festwalzen, wobei gemäß Spalte 2, Zeilen 23ff, die Walzrollen vorteilhafterweise aus keramischen Werkstoffen herzustellen und damit auch Werkstücke aus gehärtetem Werkstoff oder gehärteten Oberflächen glattzuwalzen sind.

Ein bekannter Nachteil des Rollierens ist der, daß durch diesen Prozeß zwar die Oberflächengüte und -festigkeit, nicht aber kleinere Fehler in der geometrischen Oberflächen-Qualität beseitigt werden können, z.B. Abweichungen von einer strengen geometrischen Kegelform. Entsprechend ist der technische Anwendungsbereich des Rollierens bzw. Glattwalzens beschränkt.

Als Beispiel eines Verfahrens zur Verfestigung von Maschinenteilen mit Vorsprüngen mittels Rollen wird die DE 29 22 639 A1 genannt. Dort werden Vorsprünge eines Maschinenteiles, wie die Zähne eines Zahnrades, mittels Rollen einer plastischen Biegeverformung und damit einer Materialverfestigung unterzogen. Beispielhaft wird dort ein Getrieberad aus Stahl mit hoher Bruchfestigkeit (105 kp/mm2) der plastischen Biegeverformung gemäß dortiger Erfindung unterzogen. Wesentliche Unterschiede zu vorliegender Anmeldung bestehen aber insofern, als dort weder große maßliche Paßgenauigkeit gefordert ist, noch die erzielbare Oberflächenglattheit im Vordergrund steht. Zudem wird das ausgeformte Zahnrad vor der erfindungsgemäßen Verarbeitung geschmiedet, normalisiert und vergütet.

Die EP 381 648 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit von Elementen für das Schlagbohren. Dort werden Teile von gehärteten Stahlbauteilen zur Verbesserung der Oberflächen-Qualität gerollt, mit dem Ziel, Ermüdungsbrüche zu reduzieren. Die Anmeldung enthält keinerlei konkrete Angaben über die mechanischen Festigkeitseigenschaften des Stahls.

In der DE 23 04 557 B2 wird ein Verfahren zum Herstellen hochverschleißfester Teile mit hoher Oberflächengüte beschrieben. Mittels Druckpolieren werden Oberflächenfestigkeiten bis zu 110 kp/mm2 erzielt. Anschließend werden die Bauteile einer thermischen Oberflächenhärtung unterzogen, was notwendigerweise zu einem maßlichen Verzug führen muß. Gleichwohl wird aber auf eine galvanische oder mechanische Nachbehandlung der so gehärteten Teile verzichtet.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Verfahren für die eingangs genannen Formteile, insbesondere Maschinenwerkzeuge mit Kupplungselementen zu schaffen, das weniger Verfahrensschritte aufweist und mit dem daher wirtschaftlicher als bisher gefertigt werden kann. Gleichzeitig sollen Präzisionsverluste in der Geometrie, insbesondere von Paßflächen, wie sie durch das mehrfach erforderliche 2

Claims (5)

1. AT 401 630 B Aufspannen des Werkstückes nach bekannten Verfahren unumgänglich sind, ausgeschaltet werden. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorliegender Anmeldung gelöst. Patentansprüche 5 1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen mit Flächen hoher Paßgenauigkeit aus vergütetem Werkzeugstahl, wobei die Formgebung im wesentlichen mittels Zerspanung erfolgt, gekennzeichnet durch die Folge von Herstellschritten: - Bereitstellung eines Rohlings, 2.B. Zylinderbolzens, aus vergütetem Stahl der Zugfestigkeit £1300 70 N/mm2 - Formgebung über einen oder mehrere Zerspanungsvorgänge mit geometrisch bestimmter Schneide auf die Endmaße des Formteils mit der geforderten Genauigkeit - Walzen der Paßformflächen zur Erzeugung einer hohen Oberflächengüte.
2. 2. Verfahren zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil ein Maschinenwerkzeug ist.
3. 3. Verfahren zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen mit Paßform eine Werkzeugaufnahme, z.B. mit Kegelanschluß, sind. 20
4. 4. Verfahren zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich und anschließend an die Folge von Verfahrensschritten ein Brünieren des Werkzeugs erfolgt.
5. 5. Verfahren zur Herstellung von Maschinenwerkzeugen nach Anspruch 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, 25 daß die Formgebung durch Drehen erfolgt, wobei die Feinbearbeitung bei Schnittgeschwindigkeiten > 200 m/min mittels Schneideinsätzen aus einem Cermet-Schneidwerkstoff ausgeführt wird. 40 45 3 50