DE1929602A1 - Process for the production of gray cast iron parts with internal plain bearing surfaces - Google Patents
Process for the production of gray cast iron parts with internal plain bearing surfacesInfo
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Description
Dr.-lng. h. c. F. PORSCHE KG · 7 STUTTGART-ZUFFENHAUSEN · PORSCHESTRASSE 42Dr.-lng. H. c. F. PORSCHE KG 7 STUTTGART-ZUFFENHAUSEN PORSCHESTRASSE 42
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Verfahren zur Herstellung von Graugußteilen mit innenliegenden Gleitlagerflächen.Process for the production of gray cast iron parts with internal sliding bearing surfaces.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Graugußteilen mit innenliegenden Gleitlagerflächen, insbesondere von Kipphebeln für Brennkraftmaschinen, welche mit einer Lagerbohrung versehen sind, die durch einen in die Gießform eingesetzten Kern gebildet wird.The invention relates to a method of manufacture of gray cast parts with internal sliding bearing surfaces, in particular of rocker arms for internal combustion engines, which are provided with a bearing bore formed by a core inserted into the casting mold will.
Die Erfindung bezweckt die Herstellung einer ledeboritisehen Gleitschicht in Bohrungen oder Ausnehmungen von Giiaugußt eilen.The invention aims to produce a ledeborite watch Rush sliding layer in holes or recesses of Giiaugußt.
Ss ist bekannt, an Graugußteilen Örtlich Oberflächenzonen größerer Härte durch Beeinflussung der Abkühlgeschwindigkeit zu schaffen. Bei im Sandguß hergestellten Graugußteilen werden zur Beeinflussung der Abkühlgeschwindigkeit des Gußeisens in der Oberflächenzone Abschreckkörper, die gut wärmeleitfähig sind, in die Gießform eingelegt, wobei sich die Tiefe der von der erhöhten Abkühlgeschwindigkeit beeinflussten Oberflächenzone durch eine ^ entsprechende Dimensionierung der Körper einstellen läßt. ' In Abhängigkeit von der Zusammensetzung, insbesondere hinsichtlich der Legierungsbestandteile G und Si des Gußeisens können ferner durch Variierung der Abkühlgeschwindigkeit verschiedene Gefügestrukturen mit verschiedenen mechanischen Eigenschaften in der Oberflächenzone erreicht werden, wobei die erreichbare GefUgestruktur bei gegebener Gußeisenzusammensetzung im wesentlichen von der Stärke der Unterkühlung abhängig ist. Zur Massenherstellung von Graugußteilen mit bestimmter Gefügestruktur in der Oberflächenzone werden Dauerformen aus Stahl verwendet, die, da ihre Wandungsdicke aus Festigkeitsgründen nicht beliebig ver-It is known to locally create surface zones of greater hardness on gray cast iron parts by influencing the cooling rate. In the case of gray cast iron parts produced by sand casting, quenching bodies, which are highly thermally conductive, are placed in the casting mold in order to influence the cooling rate of the cast iron in the surface zone, whereby the depth of the surface zone influenced by the increased cooling rate can be adjusted by appropriately dimensioning the body. '' Depending on the composition, in particular with regard to the alloy components G and Si of the cast iron, various microstructures with different mechanical properties can also be achieved in the surface zone by varying the cooling rate, whereby the achievable microstructure for a given cast iron composition is essentially dependent on the strength of the supercooling . For the mass production of gray cast parts with a certain microstructure in the surface zone , permanent molds made of steel are used, which, because their wall thickness cannot be increased at will for reasons of strength.
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ringerbar ist, zur Verminderung ihrer Wärmeleitfähigkeit mit einem Überzug aus schlecht oder nicht wärrneleitfähin;em Material versehen werden. Diese Mittel zur Beeinflussung der Gefügeausbildung in der Oberflächenzone mittels der Abkühlgeschwindigkeit, wurden bisher nur für die außenliegenden Oberflächen von Graugußteilen angewandt. (E. Piwowarsky, Hochwertiges Gußeisen, Springer Verlag Berlin, 1951)· Dies ist unter anderem darauf zurückzufüh-. ren, daß man eine verzugfreie Lösung für inneriliegende Gleitflächen nicht für möglich hielt.-Soweit für innenliegende Oberflächen von Graugußteilen eine besondere Oberflächenhärte erforderlich war, wurden die Gußteile regelmäßig einer Nachbehandlung, wie Härten und nachfolgendes Anlassen oder Nitrieren, Verchromen (Chromhärtung) und dergleichen, unterzogen. Insbesondere bei Kipphebeln von Brennkraftmaschinen wurde die" mit der Kipphebelwelle zusammenwirkende Gleitlagerfläche meist, durch nachträglich in das .Lagerauge des Kipphebels eingesetzte Buchsen gebildet. Das Einsetzen einer Buchse in das Lagerauge des Kipphebels ist jedoch aufwendig, da das Lagerauge vor dem Sinpressen der Buchse ausgedreht werden muß.can be wrestled to reduce their thermal conductivity with a coating of poor or no thermal conductivity; em Material are provided. This means for influencing the structure formation in the surface zone by means of Cooling speed, have so far only been used for the outer surfaces of gray cast iron parts. (E. Piwowarsky, high quality cast iron, Springer Verlag Berlin, 1951) · This is due, among other things, to this. Ren that a distortion-free solution for internal sliding surfaces was not considered possible. So far for internal If the surfaces of gray castings required a special surface hardness, the castings were regular post-treatment, such as hardening and subsequent tempering or nitriding, chrome plating (chrome hardening) and the like, subjected. In particular in the case of rocker arms of internal combustion engines, the "interacting with the rocker arm shaft Sliding bearing surface mostly formed by sockets subsequently inserted into the bearing eye of the rocker arm. That Inserting a bushing into the bearing eye of the rocker arm is complex, however, since the bearing eye is pressed before the Bushing must be turned out.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, durch welches bei Graugußteiien der eingangs genannten Art, insbesondere bei mit, Lagerbohrungen versehenen Kipphebeln von Brennkraftmaschinen, mit einfachen Mitteln eine günstige Gefügestruktur erhalten wird, die ohne größere Nachbehandlung als Gleitlagerfläche geeignet ist.In contrast, the invention is based on the object of creating a method by which in gray cast iron parts of the type mentioned above, in particular in the case of rocker arms of internal combustion engines provided with bearing bores simple means a favorable microstructure is obtained, which is suitable as a plain bearing surface without major aftertreatment is.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Kern durch eine dünnwandige Stahlbuchse gebildet wird, die in die Gießform eingesetzt und nach dem Entformen des Gußteiles aus der Bohrung entfernt und schließlich wenigstens der die Gleitlagerfläche bildende Abschnitt der Bohrung passungsgerechb geschliffen wird. Nach dem Entformen kann die Stahlbuchse durch Ausdrehen aus der Bohrung entferntThis object is achieved according to the invention in that the core is formed by a thin-walled steel bushing is inserted into the mold and removed from the bore after the casting has been removed from the mold, and finally at least that portion of the bore that forms the sliding bearing surface is ground to conform to the fit. After demolding the steel bushing can be removed from the hole by unscrewing
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werden. Speziell bei durchgehenden Bohrungen oder Ausnehmungen kann die Stahlbuchse aber auch herausgedrückt werden. Durch die Bemessung der Wandstärke der Stahlbuchse kann dabei in bekannter V/eise die Tiefe der von der erhöhten Abkühlgeschwindigkeit beeinflussten Oberflächenzone eingestellt werden. Srfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, daß die Stahlbuchse vor dem Gießvorgang angewärmt wird, um durch eine Abkühlgesehwindiglceit'bzw. deren Einstellung eine bestimmte Gefügeausbildung in der Oberflächenzone zu erhalten. Bei Verwendung eines Gußeisens mit etwa J5 bis 4 % C und weniger als 2,5 ^ Si wird die Buchse so angewärmt, daß eine Abkühlgeschwindigkeit von etwa 500° C/min. erreicht wird, wodurch in der Oberflächenzone ein ledeboritisches Gefüge ™will. The steel bushing can also be pushed out, especially in the case of through bores or recesses. By dimensioning the wall thickness of the steel bushing, the depth of the surface zone influenced by the increased cooling rate can be set in a known manner. According to the invention it can also be provided that the steel bushing is heated prior to the casting process in order to their setting to obtain a certain structure formation in the surface zone. When using a cast iron with about J5 to 4 % C and less than 2.5 ^ Si, the bush is heated so that a cooling rate of about 500 ° C / min. is achieved, whereby a Ledeboritisches structure ™ in the surface zone
ausgebildet wird, welches bei ausreichender Härte befriedigende Laufeigenschaften aufweist. Durch eine Steigerung der Abkühlgeschwindigkeit und gegebenenfalls gleichzeitiger Verringerung des Legierungsanteiles an Si kann dabei der Zerfall von Karbid verringert werden, so daß eine härtere Gefügestruktur in der Oberflächenzone entsteht, während umgekehrt eine Senkung der Abkühlgeschwindigkeit und gegebenenfalls eine gleichzeitige Erhöhung des Legierungsanteiles Si zu einem erhöhten Zerfall von Karbid und damit zu einer weniger harten Gefügestruktur in der Oberflächenzone führt. Zur Erhöhung der Wärmeableitkapazität der Stahlbuchse kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, daß ein Kühlmittelstrom durch die Buchse ge- Λ leitet wird, wodurch dann eine über beliebig lange Zeit konstante Wärmeableitung durch die Stahlbuchse erreicht und dadurch die Tiefe der von der erhöhten Abkühlgeschwindigkeit beeinflussten Oberflächenzone beliebig variiert werden kann. In weiterer zweckmäßiger Einzelausgestaltung des erfindungsgegiäßen Verfahrens wird ferner vorgeschlagen, daß bei Herstellung kleinerer, durchgehende Bohrungen bzw. Ausnehmungen aufweisender Gußteile mehrere Gußteile gemeinsam eingeformt und anstelle einzelner Stahlbuchsen für Jedes Gußteil ein gemeinsames, durchgehendes Stahlrohr für mehrere Gußteile verwendet wird. Dadurch wird neben der Einformung auch das Durchleiten eines Kühlmittelstromes durch die"-Stahlbuchsen mehrerer GuQtell&föaau&£ffi®uht. Schließlich kann als weitereis formed, which has satisfactory running properties with sufficient hardness. By increasing the cooling rate and, if necessary, simultaneously reducing the alloy content of Si, the decomposition of carbide can be reduced, so that a harder microstructure is created in the surface zone, while conversely a decrease in the cooling rate and possibly a simultaneous increase in the alloy content Si leads to increased decomposition of carbide and thus leads to a less hard microstructure in the surface zone. To increase the heat dissipation capacity of the steel sleeve may be according to the invention additionally provided that a coolant flow passes through the bushing overall Λ, which then reaches a over arbitrarily long time constant heat dissipation through the steel bushing and thereby varying the depth of the influenced by the increased cooling surface zone arbitrarily can be. In a further expedient individual embodiment of the process according to the invention, it is also proposed that when producing smaller, continuous bores or recesses having cast parts, several cast parts are molded together and instead of individual steel bushings for each cast part, a common, continuous steel tube is used for several cast parts. As a result, in addition to the molding, a flow of coolant is also passed through the "steel bushings of several GuQtell & föaau & £ ffi®uht. Finally, as a further
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Maßnahme zur Beeinflussung der Abkühlgeschwxndigkeit noch vorgesehen sein, daß die Stahlbuchsen oder ein Stahlrohr mit einer Schicht eines schlecht oder nicht wärmeleitfähigen Materials überzogen sind.Measure to influence the cooling rate be provided that the steel bushings or a steel pipe are covered with a layer of a poorly or not thermally conductive material.
Durch die Verwendung einer wärmeleitfähigen Stahlbuchse anstelle eines Kernes aus nicht wärmeleitfähigem Material wird in der Oberflächenzone der Ausnehmung bzw. Bohrung des Graugußteiles eine erhöhte Abkühlgeschwindigkeit des Gußeisens und dadurch eine größere Härte der Oberfläche erreicht, ohne daß ein nennenswerter Verzug der Ausnehmung entsteht, so daß die gewünschte Gleitlagerfläche durch eine einfache mechanische Behandlung der Oberfläche, wie Schleifen, hergestellt werden kann. Insbesondere durch Herbeiführung einer ledeboritischen Gefügestruktur mit je. nach Einstellung der Abkühlgeschwindigkeit höherem oder niedrigerem Anteil an nicht zeriallenem Karbid und damit größerer oder geringerer Härte wird eine sowohl ausreichende Härte als auch befriedigende Laufeigenschaften aufweisende Oberfläche erzielt. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise zur Schaffung einer Gleitlagerfläche im Lagerauge eines Kipphebels für eine Brennkraftmaschine, werden gegenüber den bisher gebräuchlichen Verfahren entxveder die Arbeitsgänge für. das Ausdrehen des Lagerauges und das Einsetzen der Buchse sowie die Buchse selbst oder aber die Arbeitsgänge für eine metallurgische Behandlung wie Härten, Nitrieren oder dergleichen, eingespart. Als weiterer Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens wäre noch anzuführen, daß durch entsprechende Einstellung der Tiefe der eine besondere Gefügestruktur aufweisenden Oberflächenzone sowohl Bearbeitungstoleranzen als auch der zu erwartenden Lagerbelastung des Gleitlagers Rechnung getragen werden kann.By using a thermally conductive steel bushing instead a core made of non-thermally conductive material is in the surface zone of the recess or bore of the gray cast part an increased cooling rate of the cast iron and thus a greater hardness of the surface is achieved without that a significant distortion of the recess occurs, so that the desired sliding bearing surface by a simple mechanical Treatment of the surface, such as grinding, can be made. In particular by bringing about a ledeborite Microstructure with each. after setting the cooling rate, a higher or lower proportion of non-disintegrated Carbide and thus greater or lesser hardness become both sufficient hardness and satisfactory running properties having achieved surface. By using the method according to the invention, for example to create a sliding bearing surface in the bearing eye of a rocker arm for an internal combustion engine, are compared to the previously common Process entxveder the operations for. turning out the bearing eye and the insertion of the bushing as well as the bushing itself or the operations for a metallurgical treatment such as hardening, nitriding or the like, saved. Another advantage of the method according to the invention should be mentioned that by appropriate adjustment of the depth of the surface zone having a special structure both machining tolerances and the expected bearing load on the plain bearing can be taken into account.
In der Zeichnung ist ein gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Kipphebel für eine Brennkraftmaschine im Längsschnitt dargestellt.In the drawing is a according to the inventive method manufactured rocker arm for an internal combustion engine shown in longitudinal section.
Der Kipphebel 1 ist aus Grauguß hergestellt und besteht im wesentlichen aus einem ersten, mit der Nockenwelle zusa'Timonwirk.onden Hebelarm 2 und einem zweiten, mit dem Von-The rocker arm 1 is made of gray cast iron and essentially consists of a first lever arm 2 , together with the camshaft, and a second lever arm 2, with the
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tilschaft zusammenarbeitenden Hebelarm 3 sowie einer Lagerbohrung 4. An den mit der Nockenwelle 5 bzw. dem Ventilschaft zusammenwirkenden Bereichen der Hebelarme 2 und 5 sind in üblicher Weise durch Einsetzen entsprechender Kokillen in die Gießform jeweils eine harte Gefügestruktur aufweisende Oberflächenzonen 5 und β vorgesehen. Zum Gießvorgang xtfird zugleich entlang der Gleitlagerfläche 4' der Lagerbohrung K, über welche der Kipphebel 1 auf der Kipphebelwelle schwenkbar gelagert ist, eine Oberflächenzone von etwa 1 bis 2 mm Tiefe mit ledeboritischer Gefügestruktur 7 geschaffen. In der Zeichnung ist die zur Herbeiführung der ledeboritischen Gefügestruktur 7 benutzte und in die Gießform eingesetzte otahlbuchse 8 gezeigt. Infolge ihrer "tilschaft cooperating lever arm 3 and a bearing bore 4. On the cooperating with the camshaft 5 or the valve stem areas of the lever arms 2 and 5 are provided in the usual manner by inserting appropriate molds in the mold each having a hard microstructure having surface zones 5 and β. For the casting process xtf, a surface zone approximately 1 to 2 mm deep with a Ledeboritic microstructure 7 is created along the sliding bearing surface 4 'of the bearing bore K, via which the rocker arm 1 is pivotably mounted on the rocker arm shaft. In the drawing, the otahlbuchse 8 used to produce the ledeboritic microstructure 7 and inserted into the casting mold is shown. As a result of their "
Wärmeleitfähigkeit bedingt die Stahlbuchse 8 eine höhere Abkühlgeschwindigkeit des Gußeisens in der Oberflächenzone entlang der Gleitlagerfläche 4" der Lagerbohrung 4 und löst dadurch die Ausbildung einer ledeboritischen Gefügestruktur aus. Nach dem Entformen des Kipphebels 1 wird die Stahlbuchse aus der Lagerbohrung 4 durch Ausdrehen entfernt und die Gleitlagerfläche 4' passungsgerecht geschliffen. Einer weiteren Nachbehandlung bedarf es nicht.Thermal conductivity causes the steel sleeve 8 a higher cooling rate of the cast iron in the surface zone along the sliding bearing surface 4 ″ of the bearing bore 4 and releases thereby the formation of a ledeboritic microstructure. After the rocker arm 1 has been removed from the mold, the steel bushing removed from the bearing bore 4 by turning and the sliding bearing surface 4 'ground to fit. No further follow-up treatment is required.
GQ4J-S1A3J3 5 3GQ4J-S1A3J3 5 3
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