DD259756A3

DD259756A3 - Partiell oberflaechengehaertete riffelwalze und verfahren zum oberflaechenhaerten

Info

Publication number: DD259756A3
Application number: DD29037186A
Authority: DD
Inventors: Heinrich Paul; Ralf Krumphold; Dieter Pollack; Peter Burck; Lothar Kraegelin; Peter Neubert
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1986-05-20
Filing date: 1986-05-20
Publication date: 1988-09-07
Also published as: DE3711451A1; DE3711451C2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der metallverarbeitenden Industrie. Ihr Ziel ist es, den Verschleiss an den Flanken der Riffel zu vermindern und den Kostenaufwand fuer das Regenerieren der Riffelwalzen zu senken. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Riffelwalze zu schaffen, die auch an den Flanken der Riffel eine ausreichende Haertetiefe und beim Erreichen des Grenzverschleisses keine wesentlichen Haertezonen an den Riffeln mehr aufweist und ein Verfahren zum Oberflaechenhaerten der Riffel mit Lasern 500 Watt Ausgangsleistung anzugeben. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass eine kreissegmentfoermig ausgebildete, am Scheitel des Riffelkammes maximal 0,35 mm dicke Haertezone angeordnet ist. Die Breite dieser Haertezone ist durch beiderseits der Riffelflanken unter einem Winkel von 45 zur Scheitelebene des Riffelkammes angelegte Tangenten begrenzt. Die Aufgabe wird auch mit einem Verfahren zum Oberflaechenhaerten mittels energiereicher Strahlen, insbesondere CO2-cw-Laserstrahlen, geloest. Dabei wird erfindungsgemaess der Kammbereich der Riffel axial mit dem Laserstrahl einer Leistung 500 Watt bestrahlt. Die Scheitelebene des Riffelkammes befindet sich waehrend der Bestrahlung zwischen Fokussierungslinse und Laserfokus. Der Oeffnungswinkel des Bestrahlungskegels wird auf 9 und der Spotdurchmesser in der Scheitelebene des Riffelkammes so eingestellt, dass die Bestrahlungsdichte 50 W/mm2 betraegt. Anwendungsgebiete der Erfindung sind Riffelwalzen oder dergleichen. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der metallverarbeitenden Industrie. Objekte, in denen ihre Anwendung möglich und zweckmäßig ist, sind Riffelwalzen, wie sie für die Herstellung von Wellpappen eingesetzt werden, oder dergleichen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind partiell oberflächengehärtete Riffelwalzen, deren Riffelquerschnitte im Kammbereich kreissegmentförmig Härtezonen aufweisen. Zur Herstellung dieser Härtezonen werden die Kammbereiche der Riffel in Richtung ihrer Längsachse mit einem kontinuierlich strahlenden CO₂-cw-Laser einer Ausgangsleistung > 1 kW bestrahlt. Die Strahlungsparameter und die Relativgeschwindigkeit zwischen Riffelwalze und Laserstrahl werden so gewählt, daß die Härtetiefe, die der Höhe des Kreissegments entspricht, 0,7mm beträgt (Creal, R.: heat treating 12/80, S. 24-27).

Nicht bekannt und technisch nicht gelöst ist die kreissegmentförmige Kammhärtung von Riffelwalzen mit CO₂-cw-Lasern mit Ausgangsleistungen <500 Watt.

Der Einsatz dieser Laser ist nur dann möglich, wenn extrem kleine Spotdurchmesser erzielt werden, um die zum Härten notwendige Bestrahlungsdichte zu erreichen. Die geringe Strahlapparatur und der kleine Spotdurchmesser führen prinzipiell zur Erzeugung linsenförmiger Härtezonen mit parabolischer Begrenzungsfläche zum nichtgehärteten Material des Riffeis

(H. Mehlhorn, H. Herzer: Feingerätetechnik 32 [1983] H. 6, S. 272-276).

Durch die relativ hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Riffelwalzen und den direkten Kontakt mit Stoffen, die die Abrasion fördern, unterliegen die Riffelkämme starkem Verschleiß. Der Grenzverschleiß ist dann erreicht, wenn der Höhenabtrag der Riffel den maximal zulässigen Werten erreicht hat, die Riffelwalze ausgewechselt und regeneriert werden muß.

Der Mangel der bekannten Riffelwalze mit kreissegmentförmigen Härtezonen der Riffel besteht darin, daß das Regenerieren einen hohen Kostenaufwand erfordert, da die noch vorhandenen Reste ehemals kreissegmentförmiger Härtezonen der Riffel vor dem Nachfräsen weichgeglüht werden müssen. Würden Riffelwalzen mit linsenförmigen Härtezonen der Riffel hergestellt, ergebe sich als Mangel, daß nur die unmittelbare Umgebung im Scheitel des Riffelkamms ausreichend tief gehärtet ist, wogegen die Härtetiefe an den Riffelflanken, auf Grund dessen, daß die Härtezonen linsenförmig ausgebildet sind, unzureichend ist.

Dadurch werden die Riffelflanken beim Verschleiß zu schnell abgetragen. Das Regenerieren von Riffelwalzen mit stark verschlissenen Kammflanken ist problematisch, da beim Nacharbeiten der Kämme in radialer Richtung zu viel Material abgefräst werden muß und der Einwellungsfaktor der Walze unvertretbar hoch wird.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung iste,s, den Verschleiß an den Flanken der Riffel zu vermindern und den Kostenaufwand für das Regenerieren der Riffelwalzen zu senken.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Riffelwalze zu schaffen, die auch an den Flanken der Riffel eine ausreichende Härtetiefe und beim Erreichen des Grenzverschleißes keine wesentlichen Härtezonen an den Riffeln mehr aufweist und ein Verfahren zum Oberflächenhärten der Riffel mit Lasern <500 Watt Ausgangsleistung anzugeben. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine kreissegmentförmig ausgebildete, am Scheitel des Riffelkammes maximal 0,35mm dicke Härtezone angeordnet ist. Die Breite dieser Härtezone ist durch beiderseits der Riffelflanken unter einem Winkel von 45° zur Scheitelebene des Riffelkammes angelegte Tangenten begrenzt. Die Aufgabe wird auch mit einem Verfahren zum Oberflächenhärten mittels energiereicher Strahlen, insbesondere CO₂-cw-Laserstrahlen, gelöst. Dabei wird erfindungsgemäß der Kammbereich der Riffel axial mit dem Laserstrahl einer Leistung < 500 Watt bestrahlt. Die Scheitelebene des Riffelkammes befindet sich während der Bestrahlung zwischen Fokussierungslinse und Laserfokus. Der Öffnungswinkel des Bestrahlungskegels wird auf >9° und der Spotdurchmesser in der Scheitelebene des Riffelkammes so eingestellt, daß die Bestrahlungsdichte > 50W/mm² beträgt.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, daß die Dicke der Härtezone so gewählt wird, daß sie beim Erreichen des Grenzverschleißes bereits abgetragen ist. Daher kann beim Regenerieren der Riffelwalzen das Weichglühen vor dem Nachfräsen entfallen urrd zum Nacharbeiten der Riffelkämme ist in radialer Richtung nur ein minimaler Materialabtag erforderlich. Andererseits können zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Laser mit Ausgangsleistungen unter 0,5kW, die gegenüber Lasern größerer Leistung wesentlich billiger sind, eingesetzt werden. Die für die Bestrahlung notwendige Relativgeschwindigkeit zwischen Riffelwalze und Laserstrahl kann aus weniger einfachen Versuchen ermittelt werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Beispielen erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch einen Riffel einer Riffelwalze.

Eine Riffelwalze von 2100mm Länge und einen Durchmesser von 280 mm besitzt am Umfang 145 Riffel 1. Im Kammbereich besitzen die Riffel 1 eine kreissegmentförmig ausgebildete Härtezone 2, die am Scheitel 0,35 mm dick ist und eine Rockwellhärte von 62 HRC besitzt. Die Breite der Härtezone 3 ist durch beiderseits der Riffelfianken 4 angelegte Tangenten 5 begrenzt, die mit der Scheitelebene des Riffelkamms 6 einen Winkel von 45° bilden. Zum Oberflächenhärten der Riffelwalze wird sie entfettet, die Riffel 1 werden mit schwarzer Farbe als Absorptionsschicht versehen und anschließend wird der Kammbereich mit einem 200-Watt-CO2-cw-Laser mit Gaußintensitätsverteilung bestrahlt. Dabei wird die Riffelwalze mit einem Vorschub von 300 mm min"¹ axial unter dem feststehenden Laserstrahl bewegt. Die Fokussierung des Laserstrahles ist von der Riffelgeometrie abhängig, die sich mit der Funktion

y = A cos Bx beschreiben läßt, wobei A die halbe Riffelhöhe, B = —— und χ die Ortskoordinate bedeuten. Für eine Riffelhöhe von 3 mm und

eine Riffelteilung λ von 6,1 mm erfolgt die Fokussierung des Primärstrahles von 8 mm Durchmesser mit einer Optik von 50 mm Brennweite, so daß sich ein Öffnungswinkel für den Bestrahlungskegel 7 von 9° ergibt. Während der Bestrahlung befindet sich die Scheitelebene des Riffelkamms 6 zwischen der Fokussierungslinse und dem Laserfokus. Aus der geforderten Breite der Härtezone 3 von 1,35mm ergibt sich in der Scheitelebene des Riffelkammes 6 ein defokussierter Spotdurchmesser 8 von 1,95mm. Unter diesen Bedingungen wird eine kreissegmentförmige Härtezone 2 mit der gewünschten Härtetiefe von 0,35mm am Riffelscheitel erreicht. Bei den konventionellen Fokussierungsbedingungen, bei denen sich die Scheitelebene des Riffelkammes 6 unterhalb des Laserfokus befindet, wird mit einem 200-Watt-Laser eine linsenförmige Härtezone 2 ausgebildet, da die Flächenbestrahlungsleistung nur ein Drittel des Wertes des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht.

Claims

1. Partiell oberflächengehärtete Riffelwalze, deren Riffelquerschnitt im Kammerbereich eine kreissegmentförmige Härtezone aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß die Härtezone (2) am Scheitel des Riffeikamms maximal 0,35 mm dick ist und deren Breite.O) durch beiderseits der Riffelflanken (4) unter einem Winkel von 45° zur Scheitelebene des Riffelkamms (6) angelegte Tangente (5) begrenzt ist.

2. Verfahren zum Oberflächenhärten von Riffelwalzen nach Punkt 1 mittels energiereicher Strahlen, insbesondere CO₂-cw-Laserstrahlen, gekennzeichnet dadurch, daß der Kammbereich der Riffel (1) axial mit dem Laserstrahl einer Leistung < 500 Watt bestrahlt wird, wobei sich die Scheitelebene des Riffelkammes (6) zwischen Fokussierungslinse und Laserfokus befindet, der Öffnungswinke! des Bestrahlungskegel (7) >9° und der Spotdurchmesser (8) in der Scheitelebene des Riffelkamms (6) so eingestellt wird, daß die Bestrahlungsdichte > 50 W/mm² beträgt.