DE102007023087A1 - Manufacturing cam for built-up cam shaft used in vehicle engine, employs steel of specified carbon content, hot or cold deformation, tempering and hardening operations - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Nockens aus einem härtbaren Stahlwerkstoff für eine gebaute Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.The The invention relates to a method for producing a cam a curable Steel material for a built camshaft in an internal combustion engine of a motor vehicle.
In Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge werden vielfach so genannte gebaute Nockenwellen eingesetzt. Eine solche gebaute Nockenwelle besteht aus einer (hohlen oder massiven) Trägerwelle, auf die mehrere Anbauteile (Nockenscheiben, Anlaufscheibe, Antriebsrad, Impulsräder ...) gefügt sind. Gebaute Nockenwellen haben den Vorteil, dass die Werkstoffe der einzelnen Bestandteile sehr genau den funktionellen Ansprüchen dieser Bestandteile angepasst werden können, so dass gegenüber einer herkömmlichen einstückigen Nockenwelle sowohl Gewicht als auch Material- und/oder Herstellungskosten eingespart werden können. Des Weiteren lässt die Auslegung der Einzelkomponenten größeren Gestaltungsspielraum für eine herstellkostenoptimale Auslegung der Fertigungsprozesskette und ihrer Einzelabschnitte.In Internal combustion engines for Motor vehicles are often used so-called built camshafts. Such a built camshaft consists of one (hollow or solid) Carrier wave, on the several attachments (cam discs, thrust washer, drive wheel, momentum wheels ...) are. Built camshafts have the advantage that the materials the individual components very precisely the functional requirements of this Components can be adjusted so that opposite a conventional one one-piece Camshaft both weight and material and / or manufacturing costs can be saved. Furthermore, lets the design of the individual components greater freedom of design for one Manufacturing cost-optimal design of the production process chain and their individual sections.
Die
Herstellung der Einzelnocken erfolgt in der Regel in einem dreistufigen
Prozess, bei dem zunächst
aus einem geeigneten Stahlwerkstoff ein Nockenrohling geschmiedet
bzw. warmgeformt wird, anschließend
zerspanend bearbeitet und abschließend in einer Wärmebehandlung
vergütet
und/oder gehärtet
wird. Solche Verfahren sind beispielsweise aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Nocken für eine gebaute Nockenwelle anzugeben, welches – bei gleich bleibend hoher Belastbarkeit der Nocken – eine kostengünstigere Herstellung ermöglicht und die Nockenherstellung robuster gegen qualitätsmindernde Prozessstörungen macht.Of the Invention is based on the object, a process for the preparation from cams for to specify a built camshaft, which - at a consistently high Load capacity of the cams - one cost-effective Production possible and the cam production makes it more robust against quality-reducing process disturbances.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The The object is achieved by the Characteristics of claim 1 solved.
Danach wird als Nockenwerkstoff ein härtbarer Stahlwerkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,3 Gew.-% und 0.8 Gew.% verwendet, vorzugsweise Cf53 oder C56E2, gegebenenfalls mit einer gegenüber der DIN 17212 bzw. DIN EN ISO 683-17 eingeschränkten bzw. modifizierten chemischen Zusammensetzung, um eine verbesserte Umformbarkeit, Bearbeitbarkeit und/oder Härtbarkeit zu erreichen. Weiterhin ist es auch möglich, einsatzhärtbare oder carbonitrierbare Stähle zu verwenden.After that becomes a curable material as cam material Steel material with a carbon content between 0.3 wt .-% and 0.8% by weight, preferably Cf53 or C56E2, if appropriate with one opposite the DIN 17212 or DIN EN ISO 683-17 restricted or modified chemical Composition, improved formability, machinability and / or hardenability to reach. Furthermore, it is also possible, case hardenable or carbonitrizable steels to use.
Im Unterschied zum bisher verwendeten Nockenwerkstoff 100Cr6 (mit etwa 1 Gew.-% C und 1,5 Gew.-% Cr), der durch Warmumformen (Schmieden) umgeformt werden muss, haben diese Nockenwerkstoffe den Vorteil, dass sie kaltumformbar sind. Bei der Kaltumformung werden thermisch bedingte Schädigungen der Nockenoberfläche (Randabkohlung etc.) vermieden. Daraus und durch die mit der Kaltumformung verbundene höhere Maßhaltigkeit folgt eine Reduktion des Schleifaufmaßes um bis zu 30% gegenüber herkömmlichen 100Cr6-Nocken. Ähnliche Vorteile können auch bei Halbwarmumformung (bei Temperaturen bis zu 400° C bzw. 500° C, je nach der konkreten stofflichen Zusammensetzung) erreicht werden. Selbst das Warmschmieden (bei ca. 1100° C) bietet mit diesen Werkstoffen (z.B. Df53 oder C56E2) gegenüber dem bisher verwendeten Werkstoff 100Cr6 bei geschickter Abstimmung der Gesamtprozesskette erhebliche Ansatzpunkte zur Qualitätsverbesserung und Kostenreduzierung.in the Difference to the previously used cam material 100Cr6 (with approx 1 wt .-% C and 1.5 wt .-% Cr), which formed by hot forming (forging) Must have, these cam materials have the advantage of being are cold formable. Cold forming causes thermally induced damage the cam surface (Edge carburizing etc.) avoided. From this and through the cold forming connected higher Dimensional accuracy follows a reduction of the grinding allowance up to 30% compared usual 100Cr6 cam. Similar Benefits can even with warm forging (at temperatures up to 400 ° C or 500 ° C, depending on the concrete material composition). Even hot forging (at approx. 1100 ° C) offers with these materials (e.g., Df53 or C56E2) over the previously used material 100Cr6 with skillful coordination of the entire process chain significant starting points for quality improvement and cost reduction.
Gegenüber Nocken aus dem herkömmlichen Nockenwerkstoff 100Cr6 zeichnen sich Cf53- bzw. C56E2-Nocken weiterhin durch eine höhere metallurgische Robustheit, z.B. eine geringere Härterissempfindlichkeit, aus. Beispielsweise muss ein Nocken aus 100Cr6 unmittelbar nach dem Härten angelassen werden; demgegenüber gestattet Cf53 eine wesentlich weniger stringente Prozessführung.Opposite cam from the conventional cam material 100Cr6 Cf53 and C56E2 cams continue to be characterized by a higher metallurgical robustness, e.g. a lower sensitivity to hypersensitivity. For example, a 100Cr6 cam must be started immediately after curing become; In contrast, allows Cf53 a much less stringent litigation.
Weiterhin liegt der Materialpreis im vergleichbaren Ausgangszustand von Cf53 bzw. C56E2 deutlich unterhalb dem von 100Cr6, wodurch weitere Einsparungen erreicht werden können.Farther the material price is in the comparable initial state of Cf53 or C56E2 well below that of 100Cr6, resulting in further savings can be achieved.
Das Ausgangsmaterial für die Herstellung des Nockens ist Stangenmaterial, von dem in einem ersten Prozessschritt ein Butzen abgelängt wird, aus dem ein Nockenrohling geformt wird. Diese Umformung erfolgt vorzugsweise mittels Kaltumformen, insbesondere mittels Kaltfließpressen. Um die Umformung zu erleichtern, kann das Stangenmaterial bzw. die Nockenscheibe vor der Umformung gegebenenfalls (je nach Werkstoff) auf eine Temperatur bis zu 400° C–500° C erwärmt werden, so dass die Umformung als Halbwarmumformung erfolgt. Eine solche Temperaturerhöhung erhöht naturgemäß die Verformbarkeit. Die Temperatur wird in einer solchen Weise gewählt, dass die Umformung ohne Gefügebeeinträchtigung erfolgt und keine Verzunderung auftritt. Bei Umformung durch Warmschmieden bieten z.B. Cf53 bzw. C56E2 gegenüber dem bisher verwendeten 100Cr6 die Möglichkeit, den sonst üblichen anschließenden isothermen Wärembehandlungsprozess durch einen kostengünstigen geregelten Abkühlprozess aus der Schmiedehitze zu substituieren.The starting material for the production of the cam is rod material, from which in a first process step a slit is cut, from which a cam blank is formed. This transformation is preferably carried out by cold forming, in particular by means of cold extrusion. In order to facilitate the forming process, the rod material or the cam disk may optionally be heated to a temperature of up to 400 ° C.-500 ° C. prior to forming (depending on the material), so that the deformation takes place as warm forging. Such a temperature increase naturally increases the deformability. The temperature is chosen in such a way that the forming takes place without microstructure impairment and no scaling occurs. For example, when forming by hot forging, Cf53 or C56E2 offer the possibility of substituting the usual subsequent isothermal heat treatment process with a cost-effective controlled cooling process from forging heat compared to the previously used 100Cr6.
Anschließend an die Kalt-, Halbwarm- oder Warmumformung kann der Nockenrohling einem Kalt- und/oder Warmkalibrierprozess unterzogen werden, um eine hochgenaue Nockenform zu erreichen. In Abhängigkeit von der erzielbaren Genauigkeit des Umformens kann dies notwendig sein, um
- – ein möglichst geringes Aufmaß auf der Lauffläche des Nockens zu erreichen und damit den in einem späteren Prozessschritt erforderlichen Schleifaufwand zu minimieren, und
- – ggf. spanende Bearbeitungsschritte wie das Drehen/Schleifen der Stirnflächen oder der Bohrung zu reduzieren bzw. zu vermeiden.
- - To achieve the lowest possible oversize on the tread of the cam and thus to minimize the required in a later process step grinding effort, and
- - If necessary, to reduce or avoid machining operations such as turning / grinding of the end faces or the bore.
Um das Aufmaß zu reduzieren, kann der Nockenrohling anschließend bzw. alternativ spanend bearbeitet werden. Auf diese Weise wird bereits im weichen Zustand des Nockens das später (d.h. nach dem Härten und dem Fügen der Nocken auf die Welle) abzuschleifende Aufmaß auf ein Minimum reduziert; das spart beim späteren Konturschleifen (d.h. bei der Fertigbearbeitung der Nockenwelle) Taktzeit und somit Maschinenkapazität und Investitionskosten. Eine spanende Vorbearbeitung (z.B. Fräsen) der Nockenrohlinge nach dem Umformen bietet zudem den Vorteil, dass dadurch die Variantenvielfalt des Halbzeugs und/oder der Werkzeuge reduziert werden. Die spanende Bearbeitung der Nockenrohlinge erfolgt vorzugsweise in einer Paketaufspannung auf einem gemeinsamen Spanndorn. Dabei werden mehrere Nockenrohlinge auf einem gemeinsamen Spanndorn aufgenommen und die Außenkontur umlaufend bis auf ein verbleibendes Schleifaufmaß (etwa 0,4 mm) spanend abgetragen. Alternativ kann die spanende Bearbeitung auch in Einzelaufspannung durchgeführt werden.Around the oversize too reduce the cam blank can subsequently or alternatively machined become. In this way is already in the soft state of the cam that later (i.e., after curing and the joining the cam on the shaft) to be abraded to a minimum; this saves on the later Contour grinding (i.e., finishing the camshaft) Cycle time and thus machine capacity and investment costs. A machining preprocessing (e.g., milling) The cam blanks after forming also offers the advantage that thereby the variety of variants of the semifinished product and / or the tools be reduced. The machining of the cam blanks takes place preferably in a package clamping on a common mandrel. Several cam blanks are on a common mandrel taken and the outer contour all around except for a remaining grinding allowance (about 0.4 mm) removed by machining. Alternatively, the machining can also be carried out in single clamping.
Es kann weiterhin vorteilhaft sein, die Nockenrohlinge vor und/oder nach der spanenden Bearbeitung zu entgraten und/oder zu reinigen. Insbesondere können die Nockenrohlinge kugel- oder sandgestrahlt werden.It may also be advantageous, the cam blanks before and / or Deburr and / or clean after machining. In particular, you can the cam blanks shot blasted or sandblasted become.
Anschließend werden die kalt- bzw. halbwarm- oder warmumgeformten und ggf. kalibrierten und/oder spanend bearbeiteten Nockenrohlinge einer Wärmebehandlung zum Zwecke der Härtung der Nockenlaufbahn unterzogen. Vorzugsweise werden die Nockenrohlinge induktiv randschichtgehärtet.Then be the cold or half warm or hot formed and possibly calibrated and / or machined cam blanks of a heat treatment for the purpose of hardening subjected to the cam track. Preferably, the cam blanks induction hardened surface hardened.
Alternativ können die Nockenrohlinge auch zunächst induktiv kurzzeitvergütet und anschließend induktiv randschichtgehärtet werden, vorzugsweise dann mit einer geeigneten Multifrequenztechnik. Alternativ kann mit der Induktionstechnologie auch eine Durchhärtung der Nocken erfolgen.alternative can the cam blanks also first Inductively short-tempered and then inductively surface hardened be, preferably then with a suitable multi-frequency technique. Alternatively, with the induction technology, a through hardening of the Cams take place.
Beim induktiven Randschichthärten wird die Nockenscheibe lokal austenitisiert, abgeschreckt und anschließend angelassen. Die Parameter dieses Härteprozesses werden so gewählt, dass die Randhärtetiefe der Nocken im einbaufertigen Zustand an der Nockenlaufbahn mindestens 0,3 mm beträgt. Dabei müssen die Fügetoleranzen sowie das Aufmaß für das Schleifen der gefügten Nockenwelle berücksichtigt werden, so dass während der Randschichthärtung eine entsprechend tiefere Einhärtung der Nockenrohlinge erforderlich ist.At the inductive surface hardening the cam disk is locally austenitized, quenched and then tempered. The parameters of this hardening process are chosen that the edge hardening depth the cam in the ready-to-install state on the cam track at least 0.3 mm. It must the joining tolerances as well as the allowance for grinding the joined Camshaft taken into account so while the surface hardening a correspondingly deeper hardening the cam blanks is required.
Durch die Eigenspannungsverteilung im Nocken zwischen der im Falle des induktiven Randschichthärtens erzeugten harten Schicht im Bereich der Nockenlaufbahn und dem unverändert weichen Kern resultiert die Möglichkeit einer erhöhten Wälzbeständigkeit/Verschleißbeständigkeit. Eine solche Eigenspannungscharakteristik randschichtgehärteter Nocken ist hinsichtlich der Betriebsbeanspruchung deutlich vorteilhafter als diejenige durchgehärteter Nocken.By the residual stress distribution in the cam between in the case of inductive surface hardening produced hard layer in the area of the cam track and the unchanged soft core results in the possibility an elevated one Wälzbeständigkeit / wear resistance. Such an intrinsic stress characteristic of surface hardened cams is much more advantageous in terms of operating stress as the one through hardened cam.
Das Anlassen der Nockenrohlinge kann durch induktives Kurzzeitanlassen, durch konventionelles Anlassen im Ofen (typischerweise etwa 2 Stunden bei etwa 180° C) oder durch Anlassen aus der Restwärme des vorhergehenden Prozessschritts erfolgen. Gegebenenfalls kann das Anlassen bei z.B. Cf53- und C56E2-Nocken ganz entfallen.The Starting the cam blanks can be started by inductive short-term starting, by conventional oven firing (typically about 2 hours at about 180 ° C) or by tempering from the residual heat of the previous process step. Optionally, tempering may be performed at e.g. Cf53 and C56E2 cams completely omitted.
Alternativ zu der oben beschriebenen Wärmebehandlung der Nockenrohlinge in Form einer induktiven Randschichthärtung und anschließendem Anlassen sind auch Variationen dieses Wärmebehandlungsprozesses möglich:
- – So kann eine vorgeschaltete induktive Kurzzeitvergütung notwendig sein, z.B. falls eine definierte Kernfestigkeit benötigt wird, die sich von derjenigen des Ausgangsmaterials unterscheidet.
- – Die Vorvergütung vor der induktiven Randschichthärtung kann auch im Härteofen mit anschließendem Abschrecken im Öl- oder Salzbad erfolgen.
- – Anstelle der induktiven Randschichthärtung können die Nockenrohlinge auch durch Austenitisierung in einem Härteofen unter definierter Atmosphäre und anschließendem Abschrecken im Salz- oder Ölbad gehärtet bzw. vergütet werden.
- – Weiterhin kann auf die Randschichthärtung verzichtet werden, so dass die Wärmebehandlung der Nockenrohlinge nur eine induktive Kurzzeitvergütung und ein anschließendes Anlassen umfasst.
- – Gegebenenfalls kann der Anlassschritt entfallen, so dass die Wärmebehandlung der Nockenrohlinge nur eine induktive Härtung umfasst, im Bedarfsfall ist ein induktiver oder konventioneller Vergütungsschritt (im Härteofen mit anschließendem Abschrecken im Öl- oder Salzbad) vorgeschaltet.
- – Weiterhin können bei geeigneter Werkstoffauswahl die Nockenrohlinge einsatzgehärtet oder carbonitriert und anschließend im Ofen angelassen werden.
- - Thus, an upstream inductive Kurzzeitvergütung may be necessary, for example, if a defined core strength is required, which differs from that of the starting material.
- - The pre-coating before inductive surface hardening can also be done in the curing oven followed by quenching in an oil or salt bath.
- - Instead of inductive surface hardening the cam blanks can also Austeniti Hardened or tempered in a curing oven under a defined atmosphere and subsequent quenching in a salt or oil bath.
- - Furthermore, can be dispensed with the surface hardening, so that the heat treatment of the cam blanks includes only an inductive Kurzzeitvergütung and a subsequent tempering.
- - If necessary, the annealing step can be omitted, so that the heat treatment of the cam blanks includes only an inductive hardening, if necessary, an inductive or conventional annealing step upstream (in the hardening furnace followed by quenching in oil or salt bath).
- - Furthermore, the cam blanks can be case hardened or carbonitrided and then tempered in the oven with a suitable material selection.
Aus Kostengründen umfasst der Wärmebehandlungsprozess nur diejenigen Prozessschritte, die zur Erreichung der an den Nocken gestellten Anforderungen (Härte, dauerhaft ertragbare Flächenpressung etc.) notwendig sind.Out cost reasons includes the heat treatment process only those process steps that are necessary to reach the cams requirements (hardness, permanently sustainable surface pressure etc.) are necessary.
Die induktive Härtung kann in Einzelaufspannung erfolgen. Zweckmäßigerweise werden die Nockenrohlinge allerdings in Paketaufspannung wärmebehandelt; dies hat den Vorteil, dass dabei die Aufspannung der vorhergehenden spanenden Bearbeitung übernommen werden kann.The inductive hardening can be done in single clamping. Conveniently, the cam blanks however, heat treated in package clamping; This has the advantage that while the clamping of the previous taken over machining can be.
Nach der Wärmebehandlung kann der gehärtete Nockenrohling spanend bearbeitet werden. Gegebenenfalls kann hierbei die Paketinnenspannung der Nockenrohlinge aus dem vorhergehenden Wärmebehandlungsprozess übernommen werden und kostengünstig in einer Paketaußenspannung für die Bohrungsbearbeitung umgesetzt werden. Da in den weiteren Prozessschritten bis zum Fügen der Nocken auf die Welle keine thermisch bedingten Verzüge mehr stattfinden, kann insbesondere eine endkonturgenaue, kostengünstige Innenbearbeitung der dann noch weichen Nockenbohrung erfolgen. Dadurch kann eine Genauigkeitserhöhung des Einzelnockens erreicht werden, die eine höhere Fügegenauigkeit der Nockenwellenrohlinge zur Folge hat und somit eine Verringerung des Schleifaufmaßes ermöglicht.To the heat treatment can the hardened Cam blank are machined. Optionally, this can assumed the package internal tension of the cam blanks from the previous heat treatment process be and cost-effective in a package outside voltage for the Bore processing to be implemented. As in the further process steps until joining the cam on the shaft no longer thermally induced distortions take place, in particular a final contour accurate, cost-effective internal machining the then still soft cam hole done. This can be a accuracy increase of the single cam can be achieved, the higher accuracy of joining the camshaft blanks has the consequence and thus allows a reduction in the grinding allowance.
In der Summe gestattet somit die erfindungsgemäße Verwendung eines härtbaren Stahlwerkstoffs mit Kohlenstoffgehalt zwischen 0.3 und 0.8 Gew.-% eine erhebliche Reduktion des Schleifaufmaßes des Nockens, da
- – der Werkstoff kaltumformbar und somit der Nocken endkonturnah darstellbar ist; zusätzlich ist kein Schleifaufmaß zur Beseitigung thermisch bedingter Oberflächenschädigungen vorzuhalten;
- – der Werkstoff induktiv randschichthärtbar ist, wodurch gegenüber durchgehärteten Nocken der Verzug bei der Wärmebehandlung reduziert wird. Dies kann als Basis einer kostengünstigen Konturbearbeitung (Zerspanung mehrerer gleichgerichteter Nocken auf einem Spanndort o.ä.) vor dem Härten dienen. Gegebenenfalls kann auch die Bohrung vor dem induktiven Randschichthärten bearbeitet werden.
- - The material cold forming and thus the cam is near net shape representable; In addition, no grinding allowance is to be provided for the removal of thermally induced surface damage;
- - The material is inductively surface hardening, which is reduced compared to through hardened cam, the delay in the heat treatment. This can serve as the basis for a cost-effective contour machining (machining of several straightened cams on a Spanndort or similar) before curing. Optionally, the bore can be edited before inductive surface hardening.
Sofern es zur Reinigung der Nockenoberfläche, zur Einstellung definierter Rauheitsverhältnisse und/oder zum definierten Einbringen von Druckeigenspannungen notwendig ist, wird der Nocken nach der Wärmebehandlung kugel- oder sandgestrahlt. Sofern es zur Herstellung von Passungsverhältnissen zwischen Innenbohrung des Nockens und Außendurchmesser der Welle erforderlich ist, werden die Nocken innenrundbearbeitet. Sollen die Nocken beispielsweise mittels Innenhochdruckumformung auf die Welle gefügt werden, so ist es vorteilhaft, die Innenbohrungen der Nocken zu strahlen. Sollen die Nocken hingegen mit Hilfe des thermischen Fügens auf der Welle befestigt werden, so sollten die Innenbohrungen rundbearbeitet werden.Provided it for cleaning the cam surface, for setting defined Roughness conditions and / or is necessary for the defined introduction of residual compressive stresses, becomes the cam after the heat treatment shot blasted or sandblasted. Unless it is used to make fit ratios between the inner bore of the cam and outer diameter of the shaft required is, the cams are finished inside. For example, if the cams be added to the shaft by hydroforming, so it is advantageous to radiate the inner holes of the cams. On the other hand, the cams should open with the help of thermal joining be fastened to the shaft, so the inner holes should be machined become.
Abschließend werden die Nocken in geeigneter Prüfschärfe hinsichtlich Geometrie, Werkstoffeigenschaften und Rissfreiheit geprüft.To conclude the cams in terms of appropriate test accuracy Geometry, material properties and crack-free tested.
Der auf diese Weise hergestellte Nocken wird anschließend zur Darstellung einer Nockenwelle auf eine Hohl- oder Vollwelle gefügt. Soll der Nocken auf einer Hohlwelle befestigt werden, so erfolgt dieser Fügeschritt vorzugsweise unter Verwendung des Innenhochdruckumformens der Hohlwelle. Alternativ bzw. zusätzlich kann der Nocken aber auch durch andere Fügeverfahren, beispielsweise durch thermische oder mechanische Fügeverfahren auf der Welle befestigt werden.Of the Cam produced in this way is then to Representation of a camshaft mounted on a hollow or solid shaft. Should the cams are mounted on a hollow shaft, this is done joining step preferably using the hydroforming of the hollow shaft. Alternatively or additionally but the cam can also by other joining methods, for example attached to the shaft by thermal or mechanical joining techniques become.
In Summe kann durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens die Prozesskette zur Herstellung von Nocken und von gebauten Nockenwellen erheblich kürzer und einfacher gestaltet werden. Die für die Produktion benötigten Mittel können deutlich reduziert werden, während gleichzeitig die Prozesskette qualitativ sicherer bzw. robuster gestaltet werden kann als mit den derzeit eingesetzten Nocken aus 100Cr6.In Sum can through the use of the method according to the process chain for the production of cams and assembled camshafts considerably shorter and made easier. The resources needed for production can be clear be reduced while at the same time the process chain is qualitatively safer or more robust can be designed as with the currently used cams 100Cr6.
Der Nocken kann die klassische Rohlingsform aufweisen, nahezu ringförmig sein oder auch mehrere Erhebungen aufweisen. Weiterhin eignet sich das Verfahren zur Herstellung von Pumpennocken.Of the Cam may have the classic blank shape, be nearly annular or have multiple surveys. Furthermore, this is suitable Process for the production of pump cams.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispielen.Further advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the remaining dependent claims and from the following Gend based on the drawing in principle illustrated embodiments.
Dabei zeigen:there demonstrate:
Herkömmlicherweise
werden die Nocken
Der
in
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Nocken aus dem
kaltumformbaren Werkstoff Cf53 hergestellt;
Von einem Stangenmaterial
aus Cf53 im geschälten oder
ungeschälten
Zustand wird nach Erwärmung der
Stange zunächst
ein Butzen abgelängt,
aus dem durch einen Warmumformschritt, insbesondere durch Schmieden
oder durch Warmfließpressen
bei etwa 1100° C,
ein Nockenrohling hergestellt wird (Schritt
From a bar stock made of Cf53 in the shelled or unpeeled state, a slug is first cut to length after heating the rod, from which a cam blank is produced by a hot forming step, in particular by forging or by hot extrusion at about 1100 ° C (step
Der
Nockenrohling wird oberflächengereinigt (gestrahlt)
und entzundert (Schritt
Anschließend wird
die Laufbahn des Nockens induktiv gehärtet und angelassen (Schritt
Verglichen
mit dem Prozessablauf
- – Geringerer Materialpreis von Cf53 gegenüber 100Cr6;
- – Auf Grund der wegfallenden isothermen Glühung nach dem Schmieden reduziert sich die thermische Vorschädigung an der Nockenoberfläche; es muss daher ein geringeres Schleifaufmaß vorgehalten werden.
- – Auf Grund der wegfallenden isothermen Glühung nach dem Schmieden verringern sich Anlageninvest und Betriebskosten.
- – Eine vor dem Induktionshärten durchführbare Konturbearbeitung am weichen Nocken bringt folgende Zusatzeffekte mit sich: 1. Verbesserung der Härtequalität, da das Härten auf homogenem Kerngefüge erfolgt; 2. Einsatz von kostengünstigem/ungeschältem Ausgangsmaterial ohne Qualitätseinbußen möglich; 3. Erhöhung der Genauigkeiten im Fügeprozess; daraus folgt wiederum eine Verringerung des Schleifaufmaßes in der Fertigbearbeitung; 4. Verringerte Investitionsbedarfe in der Fertigbearbeitung der Nockenwellen, da je nach Fertigteiltolerierungen maximal ein Finish-Schleifen mit geringem Restaufmaß verbleibt.
- - Lower material price of Cf53 compared to 100Cr6;
- - Due to the omitted isothermal annealing after forging, the thermal damage to the cam surface is reduced; Therefore, a lower grinding allowance must be provided.
- - Due to the omitted isothermal annealing after forging reduce Anlageninvest and operating costs.
- - A contouring operation on the soft cam, which can be carried out before induction hardening, has the following additional effects: 1. Improvement of the hardness quality, since hardening takes place on a homogeneous core structure; 2. Use of inexpensive / ungeschältem starting material without loss of quality possible; 3. increasing the accuracy in the joining process; this in turn results in a reduction of the grinding allowance in finishing; 4. Reduced investment requirements in the finishing of the camshafts, as depending on finished part tolerances a maximum of a finishing grinding remains with low residual allowance.
Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in
- – Kalibrieren von Außenkontur,
Nockenbreite und Bohrung im kalten bzw. halbwarmen Zustand (Schritt
304 ), - – Ausspindeln
und Plandrehen (Schritt
306 ), sowie - – Konturbearbeitung
(Schritt
308 ).
- - Calibration of outer contour, cam width and bore in cold or semi-warm state (step
304 ) - - Unscrewing and facing (step
306 ), such as - - Contouring (step
308 ).
Anschließend wird
der Nocken induktiv gehärtet
und angelassen (Schritt
Nach
dem Strahlen (Schritt
Verglichen
mit dem Prozessablauf
- – Zunächst fällt unmittelbar
auf, dass der Prozessablauf
300 bei Entfall der optionalen Schritte304 ,306 und308 weniger Einzelschritte umfasst als der Prozessablauf100 und somit prinzipiell einfacher ist als das herkömmliche Nockenherstellungsverfahren100 . - – Da
der Nockenrohling im Prozessablauf
300 kalt/halbwarm geformt wird (Schritt302 ) und während der induktiven Wärmebehandlung nur in einem Randschichtbereich gehärtet wird (Schritt310 ), sind die thermischen Schädigungen und Verzüge des Nockenrohlings sehr viel geringer als beim Prozessablauf100 . Das hat zur Folge, dass die Nocken mit einer wesentlich höheren dimensionalen Genauigkeit hergestellt werden können. Daher kann das Schleifaufmaß stark verringert werden, was eine erheblich einfachere und kostengünstigere spanende Endbearbeitung der Nockenwelle (Schritt318 ) zur Folge hat. - – Da
der Werkstoff Cf53 unempfindlicher ist als 100Cr6, insbesondere
eine geringere Rissempfindlichkeit hat, und da die thermischen Belastungen
des Nockenrohlings während
der Herstellung im Prozessablauf
300 wesentlich geringer sind als im Prozessablauf100 , ist der im Schritt314 zu leistende Messumfang erheblich geringer und somit kostengünstiger als beim herkömmlichen Verfahren (Schritt114 ). Weiterhin führt dies zu einem geringeren Ausschuss. - – Weiterhin ist der Materialpreis von Cf53 geringer als der von 100Cr6.
- - First, it immediately stands out that the process flow
300 if the optional steps are omitted304 .306 and308 includes fewer individual steps than the process flow100 and thus in principle easier than the conventional cam production method100 , - - Since the cam blank in the process flow
300 cold / semi-warm is formed (step302 ) and hardened during the inductive heat treatment only in an edge layer area (step310 ), the thermal damage and distortion of the cam blank are much lower than during the process100 , As a result, the cams can be manufactured with a much higher dimensional accuracy. Therefore, the grinding allowance can be greatly reduced, resulting in a considerably simpler and less costly machining of the camshaft (step318 ). - - Since the material Cf53 is less sensitive than 100Cr6, in particular has a lower crack sensitivity, and because the thermal stresses of the cam blank during production in the process flow
300 are significantly lower than in the process100 , that's in step314 to be paid considerably less and thus cheaper than the conventional method (step114 ). Furthermore, this leads to a lower reject rate. - - Furthermore, the material price of Cf53 is lower than that of 100Cr6.
Die
Induktionshärtung
(Schritte
Neben
den in
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