AT404028B - Verfahren zum behandeln von riffelwalzen mit einem mit sauerstoff und brennstoff gespeisten thermischen spritzstrahl hoher geschwindigkeit - Google Patents
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Description
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gemässSteuereinrichtungen umfassen einen ersten Antrieb zum Bewegen der Pistole in einer Richtung parallel zur Längsachse der Walze, und umfasst weiters einen zweiten Antrieb zum Bewegen der Pistole in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene, die durch die Längsachse der Walze verläuft. Zusätzlich sind Einreichungen zum Drehen der Walze, während die Walze auf dem Gestell angeordnet ist, vorgesehen.
Es ist daher ein Hauptziel vorliegender Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer gehärteten Beschichtung mit im wesentlichenen gleichmässigen Oberflächencharakteristika auf einer Riffelwalze unter Verwendung einer mit Sauerstoff und Brennstoff gespeisten Hochgeschwindigkeitspistole bereitzustellen.
Andere Ziele der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung, den zugehörigen Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich werden.
Fig. 1 veranschaulicht eine Vorrichtung zur Bildung einer gehärteten Beschichtung auf einer Riffelwalze gemäss vorliegender Erfindung ;
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht der relativen Lage der Riffelwalze und der Pistole zum Spritzen der
Beschichtung in den zwei Stellungen der Pistole oberhalb und unterhalb der Mittellinie der Riffelwalze ; und
Fig. 3 ist eine vergrösserte Ansicht des Bereiches C in Fig. 2 ;
Fig. 4 ist ein Seitenriss eines Honwerkzeuges zum Honen einer gemäss der Erfindung beschichteten
Riffelwalze ;
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Erfindung.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, ein Werkstück mit einer diskontinuierlichen oder gewellten Oberfläche mit einer gehärteten Beschichtung aus einem Wolframcarbid-Kobalt-Material zu versehen. Es soll weiters festgehalten werden, dass-obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit dem Aufbringen solch einer Beschichtung auf eine Riffelwalze beschrieben wird-diese Erfindung andere Anwendungen umfassen soll, wie beispielsweise die Aufbringung einer Beschichtung auf Zahnräder, Keilwellennuten oder andere Werkstücke mit gewellten Oberflächen.
Es ist wünschenswert, Riffelwalzen mit einer Oberflächenbeschichtung aus Wolframcarbid-Kobalt oder anderen Beschichtungsmaterialien einschliesslich Chromcarbid, Titancarbid, Borcarbid. Siliciumcarbid, Aluminiumoxid und Tribaloy (Co, Mo, Cr, Si) mit Bindermaterial, wie beispielsweise Kobalt, Nickel, Nickelchrom, Molybdän u. dgl. zu beschichten. Diese Beschichtungen verleihen der Oberfläche der Riffelwalze eine optimale Härte, welche einer Abnutzung sowohl durch Abrieb als auch durch Erosion widersteht sowie widerstandsfähig gegen Stossbeanspruchung ist.
Obwohl Carbidbeschichtungen für mehrere unterschiedliche Anwendungen eingesetzt worden sind, um eine verlängerte Lebensdauer für Werkzeuge zu erhalten, hat sich die Anwendung solch einer Beschichtung auf Riffelwalzen sowie andere diskontinuierliche oder gewellte Oberflächen als schwierig erwiesen. Beispielsweise bilden Carbidbeschichtungen in ihrer Beschaffenheit unmittelbar nach dem Aufbringen eine rauhe nicht gleichmässige Oberfläche auf den Rillen der Riffelwalze, und die Dicke des Überzuges ist normalerweise im Rillengrund eher signifikant grösser als am Rillenscheitel.
Ferner macht die inhärente Härte solcher Carbidbeschichtungen diese widerstandsfähig gegen Schleifen mit herkömmlichen Schleifwerkzeugen. Beispielsweise machen auf Wolframcarbid oder anderen Carbiden oder Oxiden durchzuführende Schleifvorgänge typischerweise die Verwendung von Diamant nötig, entweder als Schleifscheibe oder als Diamanteinschleifmasse. Im Falle des Schleifens von Riffelwalzen muss die Diamantschleifscheibe eine Form haben, die der Form der die Walze bildenden Rillen entsprechen. Während des Schleifvorganges verliert jedoch die Diamantschtetfscheibe ihre Form und Massgenauigkeit, sodass eine Diamantschleifscheibe für alle praktischen Zwecke nicht geeignet ist, um die gewünschten Masstoleranzen für die Rillen zu erhalten.
Es wird weiters bemerkt, dass es im Gegensatz zu herkömmlichen Schleifwerkzeugen es nicht möglich ist. eine Diamantscheibe nachzurichten, sodass zum Schleifen der gerillten Bereiche geformte Diamantscheiben nicht wieder verwendet werden können, sobald sie ihre Messtoleranzen verloren haben.
Es sollte daher offensichtlich sein, dass eine mit Wolframcarbid beschichtete Riffelwalze am Ende des Beschichtungsvorganges im wesentlichen innerhalb der gewünschten Toleranzen sein muss oder der Fertigstellungsvorgang für die Walze kann untragbar teuer werden. Gemäss vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zur Aufbringung eines Wolframcarbid-Kobald-Materials (oder anderer harter Carbide oder Oxide mit Nickel, Nickel-Chrom, Nickel-Cr-Mo usw. als Binder) auf der Walze entwickelt worden, wobei die Beschichtung im wesentlichen gleichmässige Oberflächencharakteristika hat, sodass minimale OberflächenUngleichmässigkeiten vorhanden sind.
Zusätzlich ergibt die vorliegende Erfindung eine Beschichtung, die ausreichend gleichmässig ist, um sicherzustellen, dass irgendwelche Schwankungen in der Dicke der Beschichtung zwischen dem Grund und dem Scheitel der Rillen innerhalb einer gewünschten Toleranz
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gehalten werden, wodurch die fertige Oberfläche der Walze durch eine Honbearbeitung ohne die Notwendigkeit einer zwischengeschaltenen Schleifbearbeitung hergestellt werden kann.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Beschichtungsvorganges veranschaulicht. Die Vorrichtung 10 umfasst ein Walzengestell 12 mit gegenüberliegenden ersten und zweiten Lagerständern 14, 16. Die Lagerständer 14, 16 enthalten entsprechende Tragwelle 18, 20 zum Tragen der gegenüberliegenden Enden einer Riffelwalze 22.
Die Vorrichtung 10 umfasst weiters einen Spritzpistolenträger 24 zum Halten einer mit Sauerstoff und Brennstoff gespeisten Hochgeschwindigkeitspistole 26 (HVOF). In der HVOF-Pistole 26 wird im wesentlichen von einem inneren Verbrennungsstrahl Gebrauch gemacht, um Überschall-Gasgeschwindigkeiten zum Spritzen von Wolframcarbid-Kobalt zu erzeugen, welches in Pulverform der Düse zugeführt wird. Beispielsweise ist eine Mischung aus 88 Gew.-% Wolframcarbid und 12 Gew.-% Kobalt zur Anwendung in vorliegendem Verfahren zufriedenstellend. Der Strahl kann mit verschiedenen gasförmigen und flüssigen Kohlenwasserstoffen, wie zum Beispiel Kerosin, Naphthalin, Propylen, Acetyl, Propan, Mapgas oder Wasserstoff und anderen in Kombinationen mit Sauerstoff gespeist werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird Wasserstoff oder Kerosin verwendet.
Weiters kann die Pistole 26 irgendeine von verschiedenen mit Sauerstoff- und Brennstoff gespeisten Hochgeschwindigkeitspistolen sein, welche im Handel erhältlich sind, wie zum Beispiel eine JP 5000 Pistole von Hobart Tafa Technologies Inc., Concord, New Hampshire.
Die Pistole 26 ist von einer vertikalen Befestigungsstange 28 gehalten und die vertikale Befestigungsstange 28 ist auf einem ersten Antrieb 30 befestigt, welcher geeignet ist, die Spritzpistole 26 entlang der Walze 22 in einer horizontalen Richtung X parallel zu einer Längsachse 32 der Walze 22 zu verschieben.
Zusätzlich umfasst die Befestigungsstange 28 einen zweiten Antrieb 29 zum Bewegen der Spritzpistole 26 in einer vertikalen Richtung Y entlang der Stange 28. Weiters wird die Walze 22 für eine Drehbewegung vorzugsweise durch einen weiteren Antrieb, wie beispielsweise einem Motor, angetrieben, der innerhalb eines der Lagerständer 14,16 angeordnet ist. Die Einrichtung zum Bewegen der Pistole 26 relativ zur Walze 26 kann eine im Handel erhältliche Vorrichtung sein, wie beispielsweise ein BUG-O-Gerät von Weld Tooling Corp., Pittsburgh, Pennsylvania. Das BUG-O-Gerät umfasst eine Leitschiene mit einem Schraubengewinde, die Rotation des Schraubengewindes bewirkt die genau gesteuerte horizontale Bewegung einer Einrichtung, wie beispielsweise der Pistole 26, entlang der Schiene.
Es soll auch bemerkt werden, dass die vertikale Bewegung der Pistole 26 durch herkömmliche Vorrichtungen, wie beispielsweise ein drehbares Schraubengewinde in der Stange 28, oder andere bekannte Vorrichtungen zur Ausführung einer vertikalen Bewegung gesteuert werden kann.
Die Pistole 26 wird mit Wolframcarbid-Kobalt-Pulver oder anderen Carbiden oder Oxidpulvern aus einem Pulverspeiseapparat 34 durch einen mit der Pistole 26 verbundenen flexiblen Schlauch 36 versorgt.
Der Pulverspeiseapparat 34 wird durch ein Pulverspeiseapparat-Steuerpult 38 überwacht. Zusätzlich ist ein Sauerstoff-/Brennstoff-/Kühlwasser-Steuerpult 40 zur Zuführung von Sauerstoff und Brennstoff aus Vorratsbehältern 42 zur Pistole 26, und zur Zuführung von Kühlwasser aus einer Wasserbehandlungs- und - kühlstation 44 zu einer wassergekühlten Düse 46, weiche einen Auslass für die Pistole 26 umgrenzt, vorgesehen. Der Sauerstoff, der Brennstoff und das Wasser werden der Pistole 26 durch flexible Zuführungsleitungen 48 zugeführt.
Ein zentrales programmierbares Steuergerät 50 ist mit jedem der Steuerpulte 38 und 40 und weiters mit den Antrieben zur Bewegung der Pistole 26 und zum Drehen der Riffelwalze 22 verbunden. Das Steuergerät 50 koordiniert die verschiedenen Vorgänge einschliesslich der Bewegung der Pistole 26 und der Walze 22 und der Betätigung der Pistole 26, um Wolframcarbid-Kobalt-Material auf die Walze 22 in Übereinstimmung mit dem Verfahren gemäss vorliegender Erfindung, wie sie im folgenden weiter beschneben wird, zu spritzen.
Gemäss Fig. 1 und 2 wird ein typischer Beschichtungsvorgang in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durch Ausrichten der Pistole 26 in einer Weise durchgeführt, dass eine Mittellinie 52 der Düse 46 sich parallel zu einer Ebene 54 erstreckt, die sich diametral durch die Riffelwalze 22 erstreckt und durch die Längsachse 32 verläuft, wobei die Ebene 54 im wesentlichen horizontal ist. Die Pistole 26 ist auf der Befestigungsstange 28 in einer vertikalen Stellung angeordnet, welche sich in einem vorbestimmten Abstand L oberhalb der Ebene 54 befindet
Weiters ist in Fig. 3 eine vergrösserte Ansicht von Rillen 70,72, 74,76 gezeigt, wobei die Rillen 70,72, 74, 76 entsprechende Wellenscheitel 78, 80, 82 und 84 umfassen. Flanken 70a, 70b, 72a, 72b, 74a, 74b, 76a, 76b erstrecken sich von den Rillenscheiteln 78, 80, 82, 84 zu den Rillengründen 71,73 bzw. 75.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist der Durchmesser D des Spritzstrahles 62 so, dass er im allgemeinen eine Hälfte des Rillenscheitels 80b, eine Flanke 72b, einen Rillengrund 73 und eine Hälfte eines anderen Rillenscheitels 82a abdeckt. Mit anderen Worten ist der Spritzstrahldurchmesser D ausreichend, um sich über eine vollständige Rillenscheitelbreite, eine Flanke und einen Rillengrund zu erstrecken.
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Es sollte auch klar sein, dass vor der Beschichtung einer Walze mit dem Verfahren gemäss der Erfindung die Walze mit Sandstrahlen behandelt wird, um eine gleichmässig aufgerauhte Oberfläche zu erhalten, wodurch die Adhäsion der Beschichtung auf der Walzenoberfläche gefördert wird. Es ist wichtig, dass das Sandstrahlen gleichmässig auf den Scheiteln, den Flanken und am Grund der Rillen durchgeführt wird, und das Verfahren kann unter Verwendung von A1203-Sand oder anderen harten Mineralteilen durchgeführt werden.
Aus obiger Beschreibung sollte offensichtlich sein, dass durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Beschichtung von Werkstücken mit einer diskontinuierlichen oder gewellten Oberfläche bereitgestellt wird, zum Beispiel kann das vorliegende Beschichtungsverfahren auf Riffelwalzen, Zahnräder, Sperrklinken und ähnlichen Werkstücken angewendet werden.
Während das hierin beschriebene Verfahren eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bildet, ist es klar, dass die Erfindung nicht auf dieses genaue Verfahren beschränkt ist, und dass darin Änderungen gemacht werden können ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen, welches in den beigefügten Ansprüchen umrissen ist.
Claims (9)
- Patentansprüche 1. Verfahren zur Bildung einer gehärteten Beschichtung auf einem im wesentlichen zylindrischen Werk- stück mit einer Längsachse, die sich durch die Mitte des Werkstückes erstreckt, und einer gewellten Oberfläche, die eine Mehrzahl von in Längsrichtung sich erstreckenden Rillenscheiteln und'Rillengrün- den sowie zwischen benachbarten Rillenscheiteln und Rillengründen schräg abfallende Flanken auf- weist, wobei das Verfahren das Ausrichten einer Düse einer mit Sauerstoff und Brennstoff gespeisten Hochgeschwindigkeitspistole auf die gewellte Oberfläche und das Spritzen eines Beschichtungsmateri- als aus der Pistole auf die Oberfläche, um eine gehärtete Oberfläche zu bilden, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichten der Düse (46) der Pistole (26) das Ausrichten einer Mittellinie (52,52') des Auslasses der Düse (46) entlang einer zur Längsachse (32) des Werkstückes (22) versetzten Linie umfasst, wodurch die Mittellinie (52,52') des Auslasses der Düse (46) im wesentlichen parallel zu mindestens einer der Flanken (74a) ausgerichtet wird, wobei mindestens eine Flanke (74a) m dem Bereich liegt, auf den mit dem Beschichtungsmaterial gespritzt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial ein Wolfram- carbid-Kobalt-Material ist.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es weiters das Honen der Beschichtung umfasst.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe des Spritzens das Aufbringen von Beschichtungsmaterial auf eine benachbart zu der mindestens einen Flanke (74a) befindliche Flanke (74b) umfasst, wobei die mindestens eine Flanke (74a) im wesentlichen unbeschichtet bleibt, und nachfolgend die Düse (46) umgestellt wird, um die mindestens eine Flanke (74a) zu beschichten.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pistole (26) während der Stufe des Spritzens des Beschichtungsmaterials längs der Längsachse (32) verschoben wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (22) während des Ver- schiebens der Pistole (26) um seine Längsachse gedreht wird.
- 7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe des Ausrichtens der Pistole (26) das Lenken der Mittellinie (52, 52') für den Auslass der Düse (36), um entlang einer ersten Linie zu spritzen, die sich schräg zu einer Linie (54) erstreckt, die sich vom Auslass durch das Werkstück (22) erstreckt, und nachfolgend das Lenken der Mittellinie (52, 52') für den Ausiass der Düse, um entlang einer zweiten Linie zu spritzen, und weiters das Drehen des Werkstückes (22) in einer ersten Richtung, wenn die Düse (46) entlang der ersten Linie ausgerichtet ist, und das Drehen des Werkstückes in einer zweiten der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung, wenn die Düse (46) entlang der zweiten Linie ausgerichtet ist, umfasst.
- 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe des Lenkens der Mittellinie (52, 52') für den Auslass der Düse (46), um entlang einer ersten Linie zu spritzen, die Anordnung der Düse <Desc/Clms Page number 6> (46) im Abstand bezüglich einer Seite einer Ebene (54), die diametral durch das Werkstück (22) verläuft und sich parallel zur Längsachse (32) erstreckt und diese enthält, und die Stufe des Lenkens der Mittellinie (52,52') für den Auslass der Düse (46), um entlang einer zweiten Linie zu spritzen, die Anordnung der Düse (46) im Abstand bezüglich der gegenüberliegenden Seite der Ebene (54) umfasst.
- 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (22) eine Riffelwalze und das Beschichtungsmaterial ein Wolframkarbid-Kobalt-Material ist.
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