DE1263056B - Verfahren zur Oberflaechenverdichtung von Blattfedern - Google Patents

Description

• Verfahren zur Oberflächenverdichtung von Blattfedern Durch die Kugelstrahlung von hoch beanspruchten Maschinenteilen, z. B. Federn, Zahnrädern u. dgl.; wird infolge der Oberflächenverdichtung eine Erhöhung der mechanischen Beanspruchbarkeit erzielt. Die Wirkung der Kugelstrahlung hängt vom Durchmesser und der Geschwindigkeit der Kugeln sowie von der Zeitdauer der Kugelstrahlung ab.
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oberflächenverdichtung von Blattfedern, die einer Biegewechselbeanspruchung ausgesetzt sind, mittels Kugelstrahlung. Derartige hoch beanspruchte Blattfedern werden in größerem Umfang als Führungs-oder Arbeitsfedern bei elektromagnetischen Vibratoren verwendet.
• Zur Erläuterung der Beanspruchungsart sei auf F i g. 1 verwiesen, wo eine solche Blattfeder 1 in der Seitenansicht dargestellt ist. Die beiden Enden sind fest in die Massen 2 und 3 eingespannt. Durch die Gleitschienen 4 und 5 soll beispielsweise dargestellt werden, daß die Massen parallel geführt sind. Bei der sinusförmigen und gegenläufigen Bewegung der beiden Massen 2 und 3 verformt sich die Feder 1 ständig und gelangt von der dargestellten Endlage über die gestrichelte Mittellage in die strichpunktierte entgegengesetzte Endlage. Die Beanspruchung der Federoberfläche ist mit kleinen Pfeilen angedeutet. Oben links herrscht eine Zug-, unten links eine Druckspannung. Auf der rechten Federhälfte sind die mechanischen Spannungen gerade umgekehrt.
• F i g. 2 zeigt die Zug-Druckbeanspruchungen an Biegequerschnitten der linken und rechten Federhälfte im Diagramm. Die positiven Pfeile P bedeuten Druck-, die negativen Zugspannungen; s ist die Dicke der Feder.
• Gelangt die dargestellte Feder bei ihrer Bewegung in die entgegengesetzte Endlage, so kehren sich sämtliche Spannungen um. Die ohnehin durch Kerbwirkung und Reibkorrosion an den Einspannstellen zusätzlich beanspruchte Oberfläche ist somit einer ständigen Wechselbeanspruchung unterworfen, die viel früher eine Materialermüdung hervorruft als eine einseitige an- und abschwellende Druck- oder Zugbeanspruchung.
• Wird nun eine derartige Blattfeder auf beiden Seiten kugelgestrahlt, so treten unter dem Einfluß der Materialverdichtung an den beiden Oberflächen zusätzliche Druckspannungen entsprechend dem Diagramm in F i g. 3 auf. Wenn, wie bei den bekannten Kugelstrahlbehandlungen, die durch die bleibende Oberflächenverformung erzielte Druckspannung kleiner als die höchste bei der Biegung auftretende Zugspannung ist, dann ergibt sich trotz dieser Behandlung eine unerwünschte Wechselbeanspruchung der Federoberfläche.
• Eine erhebliche Lebensdauerverlängerung wird bei Blattfedern, die einer Biegewechselbeanspruchung ausgesetzt sind und deren Oberfläche mittels Kugelstrahlung verdichtet ist, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Kugelgröße, Kugelgeschwindigkeit und Zeitdauer der Strahlung so eingestellt sind, daß eine der betrieblichen Auslenkung entsprechende Durchbiegung der Blattfeder auftritt.
• Dabei ist die verbleibende Druckspannung in der äußersten Materialschicht gleich dem Höchstmaß der bei der späteren betrieblichen Beanspruchung, insbesondere in der äußersten Schicht auftretenden Zugspannung, so daß diese äußersten Schichten lediglich einer immer gleichgerichteten an- und abschwellenden Spannung und keiner Wechselbeanspruchung ausgesetzt sind, wie es der Spannungsverlauf in F i g. 4 zeigt.
• Im dargestellten Zeitpunkt ist die äußerste Materialschicht auf der linken Oberseite und rechten Unterseite nicht beansprucht, während die äußerste Schicht auf der linken Unterseite und rechten Oberseite der Feder eine doppelt so hohe Druckspannung aufweist wie in F i g. 2. Kommt die Feder in die entgegengesetzte Endlage, so kehren sich die resultierenden Spannungsbeanspruchungen an diesen Stellen um. Es tritt somit an den Oberflächen der gesamten Feder keine Wechselbeanspruchung mehr auf. Diese ist vielmehr in das Materialinnere verlegt, wo zusätzliche, die Festigkeit mindernde Einflüsse sowieso nicht in Erscheinung treten. Mit anderen Worten, die gefährliche Wechselbeanspruchung ist von der ohnehin stark beanspruchten Oberfläche der Blattfeder ferngehalten.
• Die praktische Festlegung der Kugelstrahldaten für eine derartige Behandlung macht nun aber erhebliche Schwierigkeiten, da weder die bei der Biegung auftretenden noch die durch die Kugelstrahlbehandlung hervorgerufenen Materialspannungen ohne weiteres festzustellen sind. Um konsequent zu verfahren, müßte man an einer Reihe von Blattfedern, die verschieden stark kugelgestrahlt sind, Dauerversuche ausführen, um die Wechselfestigkeit zu erproben. Solche Versuche sind aber langwierig und zeitraubend und geben nur bei Durchführung von größeren Versuchsserien ein klares Bild. Beispielsweise sind Prüfzeiten von 1000 Stunden pro Federtype erforderlich.
• Mittels der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Ausmaß der Kugelstrahlung nach ihrer Wirkung exakt und auf einfachste Weise zu ermitteln und festzulegen, indem eine Blattfeder einseitig kugelgestrahlt wird und Kugelgröße, Kugelgeschwindigkeit und Zeitdauer der Strahlung so eingestellt werden, daß eine der betrieblichen Auslenkung entsprechende Durchbiegung der Blattfeder auftritt. Die mit dieser so ermittelten Strahlungsintensität beidseitig gestrahlten Blattfedern besitzen dann Oberfiächendruckspannungen entsprechend der Festlegung nach Fig.4.
• Es ist zwar schon ein Testverfahren bekannt, bei welchem ein etwa 1 mm starkes Flachstück aus dem Material eines mittels Kugelstrahlung zu veredelnden Maschinenteils einseitig kugelgestrahlt wird. Infolge der einseitigen Oberflächenverdichtung biegt sich die Probe durch, und die Größe der Durchbiegung dient dann als Maß für die Intensität der Kugelstrahlung.
• Mit Hilfe dieses Testes hat man also die Möglichkeit, bei verschiedenen Werkstoffen einmal die Wirkung der Kugelstrahlung mit Hilfe der Durchbiegung der Testprobe zu vergleichen oder den Einfluß von Kugeldurchmesser, Kugelgeschwindigkeit und Zeitdauer der Kugelstrahlung zu untersuchen, und man kann auch mit Hilfe dieser Meßmethode einmal festgelegte Werte für die Intensität der Kugelstrahlung laufend überprüfen. Mit anderen Worten, der Test gestattet die flberprüfung der Einhaltung einer auf irgendwelche Art ermittelten optimalen Kugelstrahlung, er kann naturgemäß jedoch nicht dazu dienen, die erfindungsgemäße optimale Kugelstrahlbehandlung z. B. der Blattfeder eines Vibrators zu ermitteln.
• Diesem Zweck dient jedoch die Kugelstrahlprobe nach der Erfindung. Ein Ausführungsbeispiel soll nachstehend an Hand der F i g. 5 beschrieben werden.
• Eine Originalblattfeder 6 wird einseitig durch Variation von Kugeldurchmesser, Kugelgeschwindigkeit und Strahlzeit oder einer oder zweier dieser Größen so lange gestrahlt, bis sie sich auf einer Länge L gleich dem Abstand der beabsichtigten Einspannstellen nach F i g. 1 um die Hälfte a der maximalen Federauslenkung 2 a durchbiegt. Auf diese Weise kann schnell und einfach diejenige Oberflächenspannung erzielt werden, die für die eingangs beschriebene optimale Kugelstrahlbehandlung vorhanden sein muß.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Oberflächenverdichtung von Blattfedern, die einer Biegewechselbeanspruchung ausgesetzt sind, mittels Kugelstrahlung, d a -durch gekennzeichnet, daß die Kugelgröße, Kugelgeschwindigkeit und Zeitdauer der Strahlung so eingestellt sind, daß eine der betrieblichen Auslenkung entsprechende Durchbiegung der Blattfeder auftritt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Versuchen mit verschiedenen Kugelgeschwindigkeiten und Kugelgrößen jeweils eine Originalblattfeder einseitig so lange kugelgestrahlt wird, bis sie sich auf einer Länge L gleich dem Abstand der beabsichtigten Einspannstellen (nach F i g. 1) um die Hälfte a der maximalen Federauslenkung 2 a durchbiegt (F i g. 5). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 850 620.