DD270087A1 - METHOD FOR THE THERMAL SURFACE HARDENING WITH ENERGY RAYS - Google Patents
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Abstract
Das Verfahren zur thermischen Oberflaechenhaertung mit Energiestrahlen dient der Erzeugung gehaerteter Bahnen, insbesondere Laufbahnen von Fuehrungsleisten von Werkzeugmaschinen. Erfindungsgemaess wird auf der der Haertebahn gegenueberliegenden Seite eine Kompensationshaertebahn nach Massgabe der von den Energieuebertragungsbedingungen abhaengigen Verzugscharakteristik des Bauteils vor Energieuebertragung auf die Haertebahn erzeugt. Nach Temperaturausgleich wird der Restverzug gemessen und nach Vergleich mit den zulaessigen Werten werden eine oder mehrere weitere Kompensationshaertebahnen erzeugt, bis der zulaessige Verzugswert erreicht wird.The method for thermal surface hardening with energy beams serves to produce hardened webs, in particular raceways of guide rails of machine tools. According to the invention, a compensating hair track is produced on the Haertebahn opposite side in accordance with the energy transfer conditions dependent delay characteristic of the component prior to energy transfer to the Haertebahn. After temperature compensation, the residual distortion is measured and, after comparison with the permissible values, one or more additional compensation hair sheets are produced until the permissible delay value is reached.
Description
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung energlestrahlgehärteter Bahnen auf vorzugsweise prismatischen Bauteilen mit großem Länge· zu Querschnittverhältnis, insbesondere zur Elektronenstrahlhärtung der Laufbahnen von Führungsleisten und Kompaktführungsleisten von Werkzeugmaschinen.The invention relates to a method for producing energlestrahlharärtet webs on preferably prismatic components with a great length · to cross-sectional ratio, in particular for electron beam curing of the tracks of guide rails and compact guide rails of machine tools.
Es ist bekannt, durch thermische Energiestrahlprozesse, die in der festen oder flüssigen Phase ablaufen, die Werkstoffeioenschaften im Sinne einer Verbesserung der Gebrauchseigenschaften in oberflächennahen Randschichten metallischer Bauteile zu modifizieren. Die lokalisierte Energieübertragung verbunden mit sich vollziehender Werkstoff umwandlung führt zu Formänderungen, d. h. einem Verzug des Bauteils. Dieser kann insbesondere dann störende Ausmaße annehmen, wenn es sich um Bauteile mit einer vergleichsweise zum Querschnitt großen Länge, wie z. B. bei Führungsund Kompaktführungsleisten von Werkzeugmaschinen, handelt.It is known to modify the material properties in the sense of improving the performance properties in near-surface boundary layers of metallic components by thermal energy beam processes that take place in the solid or liquid phase. The localized energy transfer associated with enforcing material conversion leads to changes in shape, d. H. a delay of the component. This can in particular take on disturbing proportions when it comes to components with a comparatively large cross-section length, such. B. in leadership and compact guide rails of machine tools, acts.
Aus anderen Verfahren, wie z. B. der Oberflächeninduktionshärtung ist es bekannt, durch Vorspannen den nach der Behandlung verbleibenden Verzug zu minimieren. Bei der genannten Bauteilgeometrie kann damit jedoch den gestellten hohen Anforderungen bezüglich des verbleibenden Bauteilverzuges nicht entsprochen werden. Es wurde bereits vorgeschlagen, mit Energiestrahlen Härtebahnen auf den beanspruchten Laufflächen zu erzeugen. Zur Minimierung des Verzuges beim HärtenFrom other methods, such as. As the surface induction hardening, it is known to minimize by biasing the remaining after treatment delay. In the case of the component geometry mentioned, however, this can not meet the high demands made with regard to the remaining component distortion. It has already been proposed to produce hardness tracks on the stressed running surfaces with energy beams. To minimize the distortion during curing
worden gleichzeitig zusatzliche Härtebahnen, auch Kompensationshärtebahnen genannt, auf das Werkstück aufgebracht. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß bei Verwendung von Elektronenstrahlen der geratetechnische Aufwand durch die erforderliche zusätzliche Elektronenkanone und den damit zusammenhängenden Einrichtungen sehr hoch ist. Außerdem wird der von Teil zu Teil durch die unterschiedlichen inneren Spannungen des Bauteils verbleibende Restverzug, der stark streut, nicht den hohen Anforderungen entsprechend beseitigt.at the same time additional hardness tracks, also called compensation hardnesses, applied to the workpiece. This method has the disadvantage that when using electron beams, the technical equipment expense is very high due to the required additional electron gun and the associated facilities. In addition, the residual distortion remaining from part to part due to the different internal stresses of the component, which scatters strongly, is not eliminated in accordance with the high requirements.
Das Verfahren soll ohne erhöhten Aufwand an Gerätetechnik und Energie den Verzug der mit Härtebahnen zu versehenden Bauteile auf ein tolerierbares Mindestmaß reduzieren.The process should reduce the distortion of the components to be provided with hardness tracks to a tolerable minimum without increased expenditure on equipment technology and energy.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur thermischen Oberflächenhärtung von Bauteilen großer Länge, aber vergleichsweise zu dieser geringen Querschnitts zu schaffen. Der Verzug des Bauteils soll vergleichsweise zur Härtetiefe auf einen kleinen Wert begrenzt sein.The invention has for its object to provide a method for the thermal surface hardening of components of great length, but comparatively to this small cross-section. The distortion of the component should be limited to a small value relative to the depth of hardness.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Energies*rahl, vorzugsweise Elektronenstrahl der rechtwinklig zur Werkstückbewegungsrichtung im Bereich der zu erzeugenden Härtebahn abgelenkt wird und durch Aufbringen mindestens einer Kompensationshärtebahn dadurch gelöst, daß abhängig von dem unvermeidlichen Ausgangsverzug des Bauteiies und nach Maßgabe der von den EnergieQbertagungsbedingungen abhängigen Verzugscharakteristik des Bauteils, vorzugsweise vor der Energieübertragung auf die als Nutzbahn dienenden Härtebahn auf einer dieser gegenüberliegenden Bautoilseite eine Kompensationshärtebahn mit bis auf den der Verzugscharakteristik entnommenen Parameter zur Härtebahn identischen Parametern aufgebracht wird. Der Energieeintrag erfolgt so, daß der Bauteilverzug nach der Energieübertragung auf die Härtebahn mit Sicherheit nicht überkompensiert ist. Nach dem Temperaturausgleich über dem Bauteilquerschnitt wird der Restverzug gemessen und nach Vergleich mit dem zulässigen Wert werden gegebenenfalls eine, und wenn noch nicht ausreichend nach erneutem Temperaturausgleich mit dem zulässigen Wert weitere Kompensationshärtebahnen vorzugsweise mit beiderseits der ersten Kompem ationshärtebahn liegenden Bahnanteilen erzeugt. Dabei wird wiederum bis auf den einer Verzugschai akteristik entnommenen Parameter mit zur Härtebahn identischen Er^rgieübertragungsbodingungen gearbeitet, und diese Verfahrensweise soweit, bis der zulässige Verzugswert erreicht ist.Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Bauteil zumindest senkrecht zur Längsrichtung während de. gesamten Prozeßdauer wärmeleitMngsisoliert aufgenommen und die Mittendurchbiegung des Bauteils als Maß für den Bauteilverzug erfaßt. Als variabler Parameter der Kompensationshärtebahnen und der Verzugscharakteristik wird zweckmäßig die Bahnbreite gewählt und jede Kompensationshärtebahn thermisch wechselwirkungsarm zu den vorangehend erzeugten angeordnet. Die zweiten und eventuell weiteren Kompensationshärtebahnen werden unter Nutzung der bekannten Prinzipien der Sprungstrahltechnik bzw. Strahlteilung mit Bahnanteilen beiderseits der bereits vorhandenen Kompensationshärtebahnen vorteilhaft so ausgeführt, daß das wählbare Verhältnis der Teilbahnbreiten nach Maßangabe des Bauteilverzuges in der r.'r Hauptverzugsrichtung senkrechten Ebene festgelegt wird.According to the invention, the object is deflected with an energy number, preferably electron beam, perpendicular to the workpiece movement direction in the region of the hardness web to be produced and achieved by applying at least one compensation hardness, depending on the unavoidable initial distortion of the component and on the default of the energy balance conditions of the component, preferably before the energy transfer to serving as a utility path hardness web on one of these opposite Bautoilseite a compensation hardness with up to the parameters taken from the delay characteristic parameters hardness track identical parameters is applied. The energy input takes place in such a way that the component distortion after energy transfer to the hardness web is certainly not overcompensated. After the temperature compensation over the component cross-section of the residual distortion is measured and after comparison with the allowable value, if necessary, and if not sufficient after renewed temperature compensation with the allowable value more compensation hardnesses preferably generated on both sides of the first Kompem tion hardness track shares. In this case, except for the parameters taken from a draft path, the procedure is repeated until the permissible distortion value is reached. In an advantageous embodiment of the method, the component is at least perpendicular to the longitudinal direction during de. Thermally insulated insulated recorded and the center deflection of the component detected as a measure of the component distortion. As a variable parameter of the compensation hardnesses and the delay characteristics, the web width is expediently selected and each compensation hardness web is arranged to be thermally interacting with the previously produced ones. The second and possibly further compensation hardnesses are advantageously carried out using the known principles of jumping beam technology or beam splitting with orbital shares on both sides of the already existing compensation hardnesses that the selectable ratio of the partial web widths according to dimensions of the component distortion in the r.'r main draft direction vertical plane is set.
Zur automatisierten Durchführung des Verfahrens ist es zweckmäßig, von einer aus den Vorversuchen oder durch Extrapolation von Erfahrungen an anderen Bauteilen gewonnenen Grobverzugscharakteristik auszugehen und 'JIe erfaßten Meßwerte zur fortlaufenden Verbesserung der in der Steuerung der Einrichtung abgespeicherten Verzugscharakteristik zu nutzen. Es ist ferner zweckmäßig, den Energiestrahlprozeß an mehreren ineiner Aufnahmevorrichtung angeordneten Bauteilen auszuführen, um während der notwendigen Temperaturausgleichszeiten den Energiestrahlprozeß an anderen Bauteilen fortzusetzen.In order to carry out the method in an automated manner, it is expedient to start from a coarse delay characteristic obtained from the preliminary tests or from extrapolation of experience with other components and to use the measured values recorded for the continuous improvement of the distortion characteristic stored in the control of the device. It is also expedient to carry out the energy beam process on a plurality of components arranged in a receiving device in order to continue the energy beam process on other components during the necessary temperature compensation times.
Fig. 1: einen Queischnitt einer Führungsleiste mit elektronenstrahlgehärteten Bahnen, Fig. 2: eine Verzugscharakteristik des Baueils «ernäß Fig. 1 schematise.Fig. 1: a Queischnitt a guide rail with electron beam hardened webs, Fig. 2: a default characteristic of Baueils «ernäß Fig. 1 schematise.
Auf der in Fig. 1 im Querschnitt dargestellten Führungsleiste 1 einer Werkzeugmaschine ist einseitig eine Härtebahn 2 der Breite b über eine Tiefe h mit Elektronenstrahlen zu erzeugen. Es ist vorgegeben, daß die Führungsleiste 1 nach dem Härten auf der Seite der Härtebahn 2 eine konkave Durchbiegung bis zu einem Maximalwert z, mit z, < h nicht überschreiten darf. Die Härtung soll nach dem bekannten Prinzip der isothermen Energieübertragung durch zweidimensional hochfrequente Strahlablenkung ausgeführt werden.On the guide strip 1 of a machine tool shown in cross-section in FIG. 1, on one side a hardness web 2 of width b is to be produced over a depth h with electron beams. It is predetermined that the guide strip 1 after curing on the side of the hardness web 2 a concave deflection up to a maximum value z, z, < h may not exceed. Curing should be carried out according to the known principle of isothermal energy transmission by two-dimensional high-frequency beam deflection.
Aus Vorversuchen ist die in Fig. 2 dargestellte Verzugscharakteristik bekannt. Sie gibt die gemessenen vorzeichenbehafteten Verzugswerte zH nach Ausführung einer Kompensationshärtebahn 3, der angeschlossenen Ausführung der Härtebahn 2 und erfolgtem Temperaturausgleich über dem Querschnitt der Führungsleiste 1 in Abhängigkeit vom Breitenverhältnis <% der Bahnen bei vernachlässigbarem Ausgangsverzug der Führungsleiste 1 an. Sie besagt, daß auf Grund unbekannter Einflußgrößen, wie innerer Spannungen im Bauteil, bei einem Bahnbreitenverhäitnis αΛ = aVKmin·· ·ανιοη«χ ein Verzug in den Grenzen -zH-... +zH+ verbleibt. Der zur exakten Verzugskompensation erforderliche Wert kann also nicht vorbestimmt werrion. Die Kompensationshärtebahn 3 wird deshalb in einer Breite bvxmtn = OvKmin b ausgeführt. Nach Erzeugen der Kompensationshärtebahn 3 und der Härtebahn 2 und nach Temperaturausgleich über dem Bauteilquerschnitt wird der Restverzug zu gemessen, der wegen der getroffenen Wahl der Breite der Kompensationshärtebahn 3 in den Grenzen 0 s zA £ zH+ From preliminary tests, the delay characteristic shown in Fig. 2 is known. It gives the measured signed delay values z H after execution of a compensation hardness 3, the connected version of the hardness course 2 and temperature compensation over the cross section of the guide strip 1 as a function of the width ratio <% of the tracks with negligible output delay of the guide rail 1. It states that owing to unknown influencing factors, such as internal stresses in the component, a distortion in the limits -z H -... + z H + remains with a track width ratio α Λ = a V Kmi n ··· ανιοη «χ. The value required for exact distortion compensation can therefore not be predetermined. The compensation hardness 3 is therefore executed in a width bvxmtn = Ov K min b. After generating the compensation hardness 3 and the hardness sheet 2 and after temperature compensation over the component cross-section of the residual distortion is measured, because of the choice made the width of the compensation hardness 3 in the limits 0 s zA z z H +
liegt. Im vorliegenden Fall ist ΐμ > z(. Es wird deshalb eine wettere Kompensationshärtebahn 4 r lit den beiden symmetrisch zur Kompensationshärtebahn 3 liegenden Teilbaren 4a und 4b ausgeführt, deren Qesamtbreite in taalogie zum vorstehend erläuterten gewählt wird. Nach erneutem Temperaturausgleich wird ein Verzug zfi < z, gemessen, womit die Verzugskompensation beendet ist.lies. In the present case, ΐμ> z ( .) Therefore, a weather compensating hardness 4 r lit is performed on the two divisors 4a and 4b lying symmetrically to the compensation hardness 3. Their total width is selected in taalogy to that explained above Measured, with which the delay compensation is completed.
Bei bereits vor dem Energiestrahlprozeß mit Z0 verzogenen Bauteilen ergeben sich vom Vorverzug abhängige Verzugscharakteristiken, die im wesentlichen auf einen von zoabhänglgen Wert ανκπίη M hinauslaufen, wodurch sich eine von Z0 abhängige Bahnbreite bvKmin (z0) ergibt.In the case of components which have already warped with Z 0 before the energy beam process, warping characteristics which are dependent on the predrawing result, which essentially result in a value ανκπίη M dependent on z o , resulting in a web width bvKmin (z 0 ) which depends on Z 0 .
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