DD244929A1

DD244929A1 - Verfahren zum regenerieren verschlissener oberflaechen

Info

Publication number: DD244929A1
Application number: DD28499185A
Authority: DD
Inventors: Manfred Bannasch; Eckhard Bihler; Joachim Schmidt; Horst Pohlers
Original assignee: Ibr Fa Dr
Priority date: 1985-12-23
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1987-04-22

Abstract

Die Regenerierung altbrauchbarer und durch Verschleiss geschaedigter Bauteile ist eine wirtschaftliche Massnahme zur Erhaltung vergegenstaendlichter Arbeit, und ist mit den vielfaeltigsten Verfahren, Mitteln und Methoden moeglich. Bei einer Regenerierung durch Materialauftrag, mit dem Ziel der Erreichung des Ursprungszustandes, wird in den meisten Faellen fremden Zusatzmaterial verwendet und z. B. mittels der Verfahren galvanisches Eisenauftragen, thermisches Spritzen, Auftragsschweissen, Metallaufdampfen, Elektrofunkenbeschichtung u. dgl. m. aufgetragen. Bei der erfindungsgemaessen Loesung "Verfahren zum Regenerieren verschlissener Oberflaechen" wird das benoetigte Zusatzmaterial den Stellen oder neu zu schaffenden Stellen des Bauteils entnommen, die die Funktionssicherheit nicht mindern und nicht gefaehrden. Dies ist in vielen Faellen, wie z. B. bei Getriebewellen, Waelzlager, Bolzen u. dgl., die geringem Verschleiss unterliegen, moeglich. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass mit Hilfe eines Laserstrahles Material des Bauteils punktfoermig aufgeschmolzen und unter Einsatz eines Schutzgasstrahls in die verschlissenen Stellen gedraengt wird. Die Anwendung dieses Verfahrens ist im Maschinenbau fuer gering verschlissene Bauteile moeglich.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren verschlissener Oberflächen von Bauteilen aus Stahl oder anderen Eisenwerkstoffen.

Das Verfahren ist insbesondere an rotationssymmetrischen Werkstücken einsetzbar, die nur geringe Verschleißerscheinungen bzw. leichte Oberflächen beschädigungen aufweisen. Als Anwendungsbeispiele seien hier unter anderem Wellen, Zapfen, Rohre und Werkzeuge genannt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei defl bekannten Regenerierungsverfahren werden verschlissene Flächen mit Zusatzwerkstoffen behandelt und der Auftrag in üblicherweise durch thermisches Spritzen, galvanischem Eisenauftragen, Schweißen, Elektrofunkenbeschichtung, Aufdampfen bzw. Plasmastrahlbeschichtung durchgeführt. Hierzu ist in den meisten Fällen eine Vorbehandlung der Flächen durch eine mechanische Bearbeitung zur Erhöhung der Haftung der aufzutragenden Schicht, um bestimmte geometrische Formen zu erzielen und anschließend zweckmäßigerweise eine konstante Schichtdicke zu erreichen, erforderlich. Nach der mechanischen Bearbeitung sind außerdem noch Reinigungs- und Strahlvorgänge zur Haftgrundverbesserung notwendig.

Besondere Probleme dieser Verfahren liegen in der Haftung zwischen der aufgetragenen Schicht und dem Grundwerkstoff. Die Vielzahl von Verfahrensschritten, wie mechanische Bearbeitung, Reinigung, Strahlen, Metallauftrag, Nachbearbeitung und Härtung erfordern einen erheblichen apparativen Aufwand. Als weiterer Nachteil der konventionellen Verfahren ist anzuführen, daß eine erhebliche Materialmenge mechanisch abgetragen und dann nahezu die gleiche Menge als Zusatzwerkstoff wieder aufgetragen werden muß, um den geringen Materialverlust, welcher durch den Verschleiß entstanden ist, zu kompensieren.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung bestehtdarin, ein Verfahren zum Regenerieren verschlissener Oberflächen zu schaffen, durch welches es möglich ist, mit nur wenigen Verfahrensschritten ohne wesentliche thermische Belastung des Grundwerkstoffs und unter Umgehung des Einsatzes komplizierten Aufwandes von Zusatzeinrichtungen eine verzugsfreie Regenerierung bereits gehärteter Flächen durchzuführen.

Des weiteren ist beabsichtigt, daß in einem einzigen Arbeitsgang ein aufzutragender, dem Bauteil entnommener, Werkstoff sich mit dem Grundmaterial homogen und fest verbindet, und gleichzeitig gehärtet ist.

Ein Schleifarbeitsgang stellt den Ursprungszustand des Bauteiles an der so regenerierten Stelle her.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches gegenüber der herkömmlichen Arbeitsweise weniger Operationen erfordert, ohne Haftgrundvorbereitung und Zusatzwerkstoffe auskommt sowie zu einer Qualitätsverbesserung der behandelten Oberflächen führt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der mittels eines Laserstahls aufgeschmolzener Grundwerkstoff an die Stellen des durch Verschleiß abgetragenen Materials tritt und eine innige Verbindung erfolgt.

Das zur Regenerierung der Oberfläche erforderliche Material wird den Stellen entnommen, die den verschlissenen Flächen benachbart sind, wie Hohlkehlen, Fasen, Absätze, Ölnuten, Zentrierungen udgl. und die Funktionssicherheit des Bauteils durch diese Materialininderung nicht gefährden.

Nachdem die Oberfläche von Staub und Fett in unkomplizierter Weise befreit wurde und gegebenenfalls mit einer Ankoppelschicht versehen wurde, wird ein Laserstrahl so eingerichtet, daß er die Oberfläche zum Schmelzen bringt. Der Laserstrahl nimmt dabei, je nach Erfordernis, eine Schräglage in einem bestimmten Winkel zur Oberfläche und im extremen Falle eine senkrechte Position ein.

Die Schutzgasdüse wird immer in einer Schräglage zur Oberfläche eingestellt. Das geschmolzene Material wird durch das Schutzgas in die gewünschte Richtung, vorzugsweise spiralförmig, bewegt und in die entsprechende geometrische Form gebracht.

Ein mehrmaliges Überfahren der Oberfläche ist in der Regel, je nach Verschleißgröße erforderlich, je nachdem, ob die vorhandene Flächenpressung punktförmige Belastungen zuläßt oder eine Ebenflächigkeit erfordert.

Beim Umschmelzen von C-Stählen und niedriglegierten Stählen treten durch Gefügeumwandlung Härtesteigerungen ein, während bei hochlegierten Stählen im allgemeinen eine Homogenisierung und Kornverfeinerung erreichbar ist.

Ausführungsbeispiele ' .

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

in den zugehörigen Zeichnungen wird das Prinzip des Regenerierens an einer gering verschlissenen Oberfläche einer Stahlwelle dargestellt und zwar zeigt

Fig. 1: den Laser und die Schutzgasdüse in gleicher Winkelstellung Fig. 2; den Laser und die Schutzgasdüse in unterschiedlichen Winkeln.

Beispiel 1:

Entsprechend Fig. 1 wird ein fokussierter Laserstrahl 1 in einer Wechselwirkungszone 2 mit einer Schutzgasdüse 3 im gleichen Winkel auf die Oberfläche eines Wellenzapfens 4 gerichtet.

Durch den Laserstrahl 1 wird das Werkstück oberflächlich in einer Wechselwirkungszone 2 aufgeschmolzen und der Schutzgasstrahl bewegt das geschmolzene Material in die gewünschte Richtung. Das Material wird einer zu schaffenden Fase entnommen.

Beispie! 2:

Gemäß Fig. 2 wird ein fokussierter Laserstrahl 1 in einem bestimmten Winkel α und eine Schutzgasdüse 3 mit dem Winkel β auf die Oberfläche eines Wellenzapfens 4 gerichtet. Auch hierbei erfolgt in einer Wechselwirkungszone 2 ein oberflächliches Aufschmelzen und das Schutzgas bläst das aufgeschmolzene Material in die erforderliche Richtung.

Das Material wird einer zu schaffenden Hohlkehle 6 entommen.

Die behandelten Flächen weisen für beide Beispiele je nach Stahlsorte ein homogenes und feinkörniges bzw. ein gehärtetes Gefüge auf, so daß sie anschließend geschliffen werden können.

Die Regenerierung erfolgt nach den beschriebenen Verfahren bei folgenden Parametern:

— Tangentialgeschwindigkeit 0,5...40 mm/s

— Bandüberlappung 0...40%

— Laserstrahl Einfallwinkel« 45...9O⁰

— Brennfleckenabstand zur Oberfläche · 0...40mm

— Leistung auf derOberfläche 200...5000W

— Schutzgas N₂

— Schutzgasdurchsatz 200...900 l/h

— Düsenanstellwinkel β 45...90° .

Claims

Erfindungsanspruch:

Verfahren zum Regenerieren verschlissener Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Reinigung der Oberfläche eines verschlissenen oder beschädigten Wellenzapfens (4) ein fokussierter Laserstrahl (1) unter einem Einfallswinkel α zwischen 45° bis 90° auf den Wellenzapfen (4) unter Herausbildung einer Fase (5) oder einer Hohlkehle (6) zur Gewinnung des aufzutragenden Materials aufschmilzt und ein aus einer Schutzgasdüse (3) strömendes Schutzgas, das unter einem Düsenanstellwinkel β auftritt, die Schmelze in einer Wechselwirkungszone (2) in die gewünschte Richtung bewegt.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen