DE102008027596A1 - Method for producing a bearing component - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerbauteils, beispielsweise eines Pleuels, wobei ein Pleuelrohling durch ein Umformverfahren oder ein Urformverfahren hergestellt wird und in ein Pleuelauge des Pleuelrohlings ein Lagerring eingefügt wird, wobei der Pleuelrohling beim Einfügen des Lagerrings eine Temperatur von mehr als 300°C aufweist. Beim Einfügen des Lagerrings kann die Wärme des Umform- oder Urformvorgangs genutzt werden.The present invention relates to a method for producing a bearing component, for example a connecting rod, wherein a Pleuelrohling is produced by a forming process or a molding process and in a connecting rod of the Pleuelrohlings a bearing ring is inserted, wherein the Pleuelrohling when inserting the bearing ring has a temperature of more than 300 ° C. When inserting the bearing ring, the heat of the forming or Urformvorgangs can be used.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerbauteils nach Anspruch 1.The The invention relates to a method for producing a bearing component according to claim 1.
Lagerbauteile, wie z. B. Pleuel, die in modernen Motoren eingesetzt werden, sind insbesondere an ihren Lageraugen sehr hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Um die Lageraugen tribologisch auf die darin gelagert Materialien abzustimmen, ist es üblich, spezielle Lagerwerkstoffe in die Lageraugen einzusetzen. Diese sind häufig aus weicherem Material als die gelagerten Werkstoffe, damit eine Materialabrasion minimiert wird.Bearing components, such as B. connecting rods, which are used in modern engines, are especially at their bearing eyes very high mechanical loads exposed. To the bearing eyes tribologically on the stored therein Materials, it is common to use special bearing materials to insert into the bearing eyes. These are often made of softer ones Material as the stored materials, thus a material abrasion is minimized.
In Verbrennungsmotoren werden sind gecrackte Stahlpleuel weit verbreitet. Crackpleuel werden erst einteilig hergestellt, dann mit Bruchkerben oder mit einer Laserkerbe versehen und danach gezielt in zwei Teile gebrochen (Cracken). Die Bruchflächen sind hinsichtlich Festigkeit, Kosten und Fertigungsgenauigkeit optimiert. Beide Teile passen zur Pleuelmontage per Verschrauben exakt zusammen. Pleuel und Pleueldeckel müssen aufgrund der individuellen Bruchgeometrie immer beisammenbleiben.In Internal combustion engines are widely used as cracked steel connecting rods. Crackpleueluel be first made in one piece, then with broken notches or provided with a laser notch and then deliberately broken into two parts (Cracking). The fracture surfaces are in terms of strength, Cost and manufacturing accuracy optimized. Both parts fit the connecting rod assembly exactly screwed together. Connecting rod and connecting rod cover must due to the individual fracture geometry always stay together.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lagerbauteil bereit zu stellen, das gegenüber dem Stand der Technik kostengünstiger herstellbar ist und dabei über gute mechanische Eigenschaften verfügt.task The invention is to provide a bearing component, the opposite the state of the art is cheaper to produce and It has good mechanical properties.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Lagerbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The Solution to the problem consists in a bearing component with the Features of claim 1.
Das Verfahren zu Herstellung eines Lagerbauteils, beispielsweise eines Pleuels besteht darin, dass ein Bauteilrohling des Lagerbauteils durch ein thermisches Urform- oder ein Umformverfahren hergestellt wird. Es ist vorgesehen, dass ein Bauteilrohling durch ein thermisches Umformverfahren oder thermisches Urformverfahren hergestellt wird und hierauf in ein Lagerauge des Bauteilrohlings ein Lagerring eingesetzt wird, wobei der Bauteilrohling beim Einfügen des Lagerrings eine Temperatur aufweist, die ein Aufsintern des Lagerrings ermöglicht. Beim Einsetzen des Lagerringes findet durch Sintervorgänge zwischen dem Metall des Pleuels und der korrespondierenden Oberfläche des Lagerringes ein Versintern statt, welches die Haftung wesentlich unterstützt. dass der Lagerring unmittelbar nach dem thermischen Um- oder Urformverfahren vor dem Abkühlen des Bauteils in das Lagerauge des Bauteilrohlings eingefügt wird.The Method for producing a bearing component, for example a Pleuels is that a component blank of the bearing component produced by a thermoforming or a forming process becomes. It is envisaged that a component blank by a thermal Forming or thermal molding process is produced and then inserted into a bearing eye of the component blank, a bearing ring is, wherein the component blank when inserting the bearing ring has a temperature that allows sintering of the bearing ring. At the Insertion of the bearing ring takes place by sintering operations the metal of the connecting rod and the corresponding surface of the bearing ring instead of a sintering, which the adhesion essential supported. that the bearing ring immediately after the thermal Umform or Urformverfahren before cooling the component is inserted into the bearing eye of the component blank.
Es ist besonders zweckmäßig, die Prozesswärme des Ur- oder Umformverfahrens für den Bauteilrohling zu nutzen, das heißt den Lagerring unmittelbar nach diesem thermischen Prozess schritt einzusetzen und die Prozesshitze für den Sinterprozess zu nutzen. Natürlich ist es auch möglich das Bauteil zunächst kontrolliert oder auch unkontrolliert auf eine Zwischentemperatur oder Raumtemperatur abkühlen zu lassen und hierauf auf eine definierte Sintertemperatur zum Einfügen des Lagerrings wieder aufzuheizen.It is particularly useful, the process heat of the original or forming process for the component blank use, that is the bearing ring immediately after this thermal process step and insert the process heat for to use the sintering process. Of course it is also possible the component initially controlled or uncontrolled to cool to an intermediate temperature or room temperature and then to a defined sintering temperature for insertion to heat the bearing ring again.
Wesentlich ist, dass ein Lagerring, der eine spätere Lagerfläche darstellt, in ein Lagerauge des Bauteilrohlings bei einer Temperatur eingefügt wird, welche Sinterprozesse zwischen Lagerring und Bauteil zulässt. Dabei ist der Lagerring so ausgestaltet, dass er auf das Bauteil aufsintern kann. Für das Aufsintern des Lagerrings weist der Bauteilrohling je nach Beschaffenheit der die Kontaktfläche bildenden Oberfläche des Lagerrings, eine Temperatur von mehr als 300°C, bevorzugt mehr als 400°C, insbesondere mehr als 1150°C auf. Aufgrund der hohen Temperaturen des Bauteilrohlings können Diffusionsprozesse und Sinterprozesse zwischen den im engen Kontakt liegenden Metallflächen stattfinden und es resultiert eine feste form- und materialschlüssige Verbindung.Essential is that a bearing ring, which is a later storage area represents, in a bearing eye of the component blank at a temperature is inserted, which sintering processes between bearing ring and component permits. The bearing ring is designed so that he can press on the component. For greasing of the bearing ring, the component blank, depending on the nature of the contact surface forming surface of the bearing ring, a temperature of more than 300 ° C, preferably more than 400 ° C, in particular more than 1150 ° C on. by virtue of The high temperatures of the component blank can be diffusion processes and sintering processes between the closely contacting metal surfaces take place and there is a solid positive and material connection.
Unter dem Umformverfahren zur Herstellung des Bauteils bei dem ein Halbzeug unter Einbringen einer äußeren Kraft und unter Zufuhr von Wärme, meistens in einer dafür vorgesehenen Form zu einem Rohling oder bereits zu einem fertigen Bauteil umgeformt wird. Das wichtigste Umformverfahren ist hierbei das Schmieden. Unter Urformen versteht man eine Herstellungsverfahren, wobei eine formbare, häufig flüssige oder thixotrope Masse unter Aufbringung einer äußeren Kraft (einschließlich der Schwerkraft), in der Regel unter erhöhter Temperatur in eine Form gebracht wird, wobei darauf eine Verfestigung der Masse erfolgt und ein Bauteilrohling oder ein fertiges Bauteil abgebildet wird. Beispiele für Urformen sind Metallgießverfahren (Druckguss, Sandguss, Thixoguss) oder Spritzgussverfahren.Under the forming process for the production of the component in which a semifinished product under an external force and under Supply of heat, usually in a designated Form to a blank or already formed into a finished component becomes. The most important forming process here is forging. Under archetypes is understood as a manufacturing process, wherein a malleable, often liquid or thixotropic mass under application of an external force (including gravity), usually at elevated temperature is brought into a mold, whereupon a solidification of the mass takes place and a component blank or a finished component shown becomes. Examples of prototypes are metal casting processes (Die casting, sand casting, thixo casting) or injection molding.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass die Prozesswärme aus der Bauteilherstellung, insbesondere die Schmiedewärme eines geschmiedeten Stahlbauteils, für das Aufsintern des Lagerrings genutzt wird. Der Lagerring wird daher bevorzugt unmittelbar an die Bauteilherstellung in das heiße Bauteil eingebracht. In der Regel reicht die Prozesswärme zum Aufsintern aus, so dass keine zusätzliche Erwärmung oder Temperaturnachbehandlung mehr erforderlich sind.A significant advantage of the method according to the invention is that the process heat from the component production, in particular the forging heat of a forged steel component, is used for sintering the bearing ring. The bearing ring is therefore preferred directly to the Component manufacturing introduced into the hot component. In general, the process heat is sufficient for sintering, so that no additional heating or temperature after-treatment is required.
So lässt sich die Umformwärmeenergie nutzen, was zu Energieeinsparungen im Herstellungsprozess führt.So can the forming heat energy use what leads to energy savings in the manufacturing process.
In weiterer Ausgestaltung kann die Temperatur auch für kurze Zeit zur Unterstützung des Sinterprozesses konstant gehalten werden, bzw. die schnelle Abkühlung unterbunden werden. Bevorzugt wird hierzu eine Haltezeit von 5 bis 10 Minuten bei oder in der Nähe der Temperatur des Einfügens des Lagerringes gewählt.In Another embodiment, the temperature for short Time to support the sintering process kept constant be prevented or the rapid cooling. For this purpose, a holding time of 5 to 10 minutes at or is preferred near the temperature of inserting the bearing ring selected.
Das Urformverfahren ist bevorzugt ein Schmiedeverfahren, wobei der Bauteilrohling bevorzugt aus einem Schmiedestahl besteht.The Urformverfahren is preferably a forging process, wherein the component blank preferably consists of a forged steel.
Es ist zweckmäßig, den Lagerring in das Lagerauge einzupressen, wodurch die Festigkeit der Verbindung zwischen Lagerauge und Lagerring noch einmal erhöht wird. Das Lagerauge des Bauteilrohlings zieht sich beim Abkühlen von der Aufsintertemperatur auf Raumtemperatur zusammen. Bevorzugt wird der Lagerring in kälterem Zustand, eingebracht, so dass die thermische Schwindung des Lagerauges größer ist als diejenige des Lagerrings. Hierdurch schrumpft das Bauteil auf den Lagerring auf, wodurch die Sinterprozesse unterstützt werden und eine zusätzliche Presspassung aufgebaut wird. Durch angepasste Geometrie von Lagerauge und Lagerring kann dieser Aufschrumpf-Effekt weiter verstärkt werden.It is appropriate, the bearing ring in the bearing eye pressing, thereby increasing the strength of the connection between bearing eye and bearing ring is raised again. The bearing eye of the Component blanks are drawn from the sintering temperature during cooling to room temperature together. Preferably, the bearing ring is in colder Condition, introduced, so that the thermal shrinkage of the bearing eye larger is the one of the bearing ring. As a result, the component shrinks on the bearing ring, which supports the sintering processes and an additional interference fit is built up. By adapted geometry of bearing eye and bearing ring this can Tightening effect further amplified.
Nach dem Einbringen des Lagerrings in das Lagerauge kann das Lagerauge und der darin befindliche Lagerring durch ein Bruchtrennverfahren, auch Cracken genannt, getrennt werden und wieder zusammengefügt werden. So lässt sich eine zu lagernde Welle in das Lagerauge einsetzen. Für das Bruchtrennen ist es zweckmäßig, dass der Lagerring, gegebenenfalls auch das Lagerauge eine Sollbruchstelle aufweist. Insbesondere weist der Lagerring bereits vor dem Einfügen eine Sollbruchstelle auf.To the insertion of the bearing ring in the bearing eye, the bearing eye and the bearing ring located therein by a fracture separation method, also called crackers, separated and reassembled become. This allows a shaft to be stored in the bearing eye deploy. For the fracture separation it is expedient that the bearing ring, possibly also the bearing eye a predetermined breaking point having. In particular, the bearing ring already before insertion a breaking point on.
Der Lagerring ist in der Regel einteilig ausgestaltet, es kann jedoch auch ein zwei- oder mehrteiliger Lagerring zweckmäßig sein. Dies erleichtert die spätere Bruchtrennung.Of the Bearing ring is usually designed in one piece, but it can Also, a two- or multi-part bearing ring appropriate be. This facilitates the later fracture separation.
Der Lagerring besteht dabei aus einer für die darin gelagerte Welle tribologisch besonders günstigen Werkstoff, bevorzugt besteht der Lagerring aus einer Messinglegierung oder aus einer Bronzelegierung. Hierbei kann aber auch auf die gängigen Lagermetalllegierungen zurückgegriffen werden.Of the Bearing ring consists of one for the stored therein Shaft tribologically particularly favorable material, preferably the bearing ring consists of a brass alloy or a Bronze alloy. This can also be on the usual Lagermetalllegierungen be resorted to.
Die Messing-, Bronze- und Lagermetalllegierungen haben den Vorteil, dass sie niedrigschmelzend sind und insofern bei der Prozesswärme der Ur- oder Umformung des Bauteilrohlings sinterfähig sind.The Brass, bronze and bearing metal alloys have the advantage that they are low melting and therefore in process heat the original or deformation of the component blank sinterable are.
Der Lagerring kann auch auf einer Kontaktfläche mit dem Bauteilrohling bzw. des Lagerauges ein Lotmaterial, beispielsweise auf der Basis der Legierungen von Zn, Ag, Sn oder Cu aufweisen. Durch das Lotmaterial kann die Anbindung an das Lagerbauteil noch verbessert werden. Das Lotmaterial kann bei der gegebenen Prozesstemperatur sowohl Aufschmelzen als auch nur durch Sinterprozesse an den Untergrund anbinden. Die Übergänge sind dabei fließend.Of the Bearing ring can also be on a contact surface with the component blank or the bearing eye a solder material, for example on the basis alloys of Zn, Ag, Sn or Cu. Through the solder material the connection to the bearing component can be improved. The Solder material can both melt at the given process temperature as well as only by sintering processes to the underground tie. The transitions are fluent.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und besondere Merkmale werden an Hand der folgenden Spezialbeschreibung und an Hand der beiden Figuren näher erläutert.Further advantageous embodiments and special features are on hand the following special description and the two figures explained in more detail.
Dabei zeigen:there demonstrate:
In
In
einem nicht dargestellten Schmiedewerkzeug wird ein ebenfalls nicht
dargestelltes Schmiedestahlhalbzeug durch einen Schmiedeprozess
zu dem Pleuelrohling
Der
Pleuelrohling
Der
Pleuelrohling
Beim
Einpressen weist der Lagerring
Der
Lagerring
Diese
Verbindung wird noch verstärkt, indem sich der Pleuelrohling
Nach
dem Einpressen des Lagerringes
Nach
dem Vordrehen erfolgt das Bruchtrennen, das sogenannte Cracken.
Bei diesem an sich bekannten Verfahren wird der Pleuelrohling
Die
so entstandenen Bruchstücke
In
diesem Beispiel ist beschrieben, dass der Lagerring
Der Lagerring kann auch durch ein so genanntes Rollverfahren eingebracht werden, wobei der Lagerring zyklisch bewegt, rotiert oder hin und her bewegt wird.Of the Bearing ring can also be introduced by a so-called rolling process be, with the bearing ring moves cyclically, rotated or back and forth is moved.
Weitere möglich Bauteile für die Anwendung des beschrieben Verfahrens sind alle Arten von Lagern. Neben dem Pleuel könnte diese Technik auch in einem Lagerstuhl für eine Kurbelwelle angewendet werden, wobei der Lagerstuhl meistens aus einer Aluminiumlegierung gegossen wird.Further possible components for the application of the described Procedure are all kinds of bearings. In addition to the connecting rod could this technique also in a bearing block for a crankshaft be applied, the bearing chair usually made of an aluminum alloy is poured.
- 22
- Pleuelpleuel
- 44
- PleuelrohlingPleuelrohling
- 66
- Pleuelaugeconnecting rod
- 77
- Innenseite Pleuelaugeinside connecting rod
- 88th
- Lagerringbearing ring
- 1010
- SollbruchstelleBreaking point
- 1212
- Pleuelstangeconnecting rod
- 1414
- Verschraubungscrew
- 1616
- oberes Lageraugeupper bearing eye
- 1818
- Bruchstückfragment
- 2020
- Bruchstückfragment
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- - DE 102004041042 A1 [0005] DE 102004041042 A1 [0005]
- - DE 10344723 B4 [0006] - DE 10344723 B4 [0006]
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