DE19829825C2 - Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung und Verfahren zum Abschrecken dünner Plattenteile - Google Patents
Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung und Verfahren zum Abschrecken dünner PlattenteileInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung und
ein Verfahren zum Abschrecken dünner Plattenteile und insbesondere eine Kar
burierungs- und Abschreckungsvorrichtung zum Karburieren und Abschrecken
dünner Plattenteile und ein Verfahren zum Abschrecken derselben.
Als ein Lagerring eines Axialnadellagers wird ein ringförmiges dünnes Plattenteil
eingesetzt, das aus Chrommolybdenstahl gebildet ist und eine Dicke von nähe
rungsweise 1 mm und einen Durchmesser von näherungsweise 60 mm hat. Das
dünne Plattenteil erfordert einige Härte, um die Funktion, z. B. als ein Lagerring
bereitzustellen. Um die Härte zu erhalten, um diese Funktion bereitzustellen,
muß das dünne Plattenteil karburiert bzw. aufgekohlt und dann abgeschreckt
werden.
Beim Karburierungs- und Abschreckungsverfahren wurde herkömmlich ein
kontinuierlicher Ofen des Gitterrostbandtyps, des Gesamtgehäuseofens und
ähnliche eingesetzt. Der kontinuierliche Ofen des Gitterrostbandtyps erfordert
ein breites und langes Gitterrostband und erfordert folglich nachteilhaft großen
Raum. Der Gesamtgehäuseofen hat nachteilhaft eine begrenzte Verfahrenska
pazität, da der nächste Stapel nicht in die Karburierungskammer eintritt, solan
ge ein Stapel in der Karburierungskammer nicht vollständig karburiert ist.
Für den konventionellen kontinuierlichen Ofen des Gitterrostbandtyps, des Ge
samtgehäuseofens u. ä. wird eine Flüssigkeit, wie Öl, eingesetzt für das Ab
schrecken der karburierten dünnen Plattenteile, um die Härte abhängig von der
Anwendung zu erhalten.
Das Abschrecken dünner Plattenteile mit einer Flüssigkeit, wie Öl, wird jedoch
in einer übermäßigen Kühlungsrate der dünnen Plattenteile resultieren. Die
übermäßige Kühlungsrate zusammen mit der extrem reduzierten Dicke der dün
nen Plattenteile wird durch thermische Behandlung verursachte Verwerfungen
(d. h. Verwölbungen) in den dünnen Plattenteilen verursachen. Insbesondere
wenn die durch thermische Behandlung verursachte Verwerfung in dem äußeren
Ring eines Nadellagers, dem Lagerring eines Axiallagers o. ä. verursacht wird,
operiert das Rollelement kaum normal, was zu einer Herabsetzung der Leistung
des Lagers führt. Folglich wird eine Entfernung der Verwerfung erforderlich, um
eine solche Verwerfung zu entfernen.
Herkömmlicherweise werden die dünnen Plattenteile in eine Flüssigkeit, wie Öl,
eingetaucht und folglich gekühlt, und die Flüssigkeit wird folglich an den Ober
flächen der dünnen Plattenteile festkleben. Dies bringt auch nachteilhafterweise
die Notwendigkeit des Waschschritts für das Entfernen der Flüssigkeit von den
dünnen Plattenteilen mit sich.
Ferner können herkömmliche gasgekühlte Öfen, die karburierte dünne Platten
teile mit Gas kühlen, nur unzureichend abgeschreckte und gehärtete dünne Plat
tenteile aufgrund der gefallenen Temperatur der Produkte bereitstellen, da die
herkömmlichen gasgekühlten Öfen einige Zeit erfordern, um die Schale, die die
vollständig karburierten dünnen Plattenteile trägt, zu bewegen und auch einige
Zeit erfordern, um den Druck des Kühlgases in der Kühlkammer anzuheben.
Für den Kammerofen, wie einen konventionellen Durchlaufofen, ist es allgemein
so, daß die Umgebung der Karburierung in einem Ofen eingestellt wird, nach
dem die Temperatur der Produkte angehoben wird und der Durchwärmungspro
zeß abgeschlossen ist. Folglich werden die Produkte in einen Ofen eingefügt, der
ein Gas für die Karburierung enthält, das bei dem unmittelbar vorhergehenden
Prozeß eingesetzt wurde. Als ein Ergebnis werden die Produkte karburiert, wäh
rend die Temperatur der Produkte angehoben wird, und folglich war es schwie
rig, eine dünne Karburierungsschicht bei einem dünnen Plattenteil, wie einem
Lagerring eines Axialnadellagers, bereitzustellen.
Die Druckschrift EP 0 530 513 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Wärmebe
handlung von Werkstücken mit einer einzelnen Karburierungskammer und ei
ner Kühlkammer. Ferner zeigt diese Druckschrift ein Verfahren zum Abschre
cken eines Werkstückes, bei dem das Werkstück in einer Karburierungskammer
karburiert wird und anschließend direkt aus der Karburierungskammer in die
Kühlkammer bewegt und abgeschreckt wird.
Die Druckschrift US 4,790,750 zeigt eine Einrichtung zur schnellen thermoche
mischen Behandlung von Werkstücken, welche eine Vielzahl von Behandlungs
modulen, insbesondere Vorwärmmodule, Sinter-/Diffusionsmodule und Abschre
ckungsmodule umfasst.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Karburierungs- und Abschre
ckungsvorrichtung mit einer hohen Verfahrensleistungsfähigkeit zu schaffen, die
fähig ist, durch thermische Behandlung verursachte Verwerfungen der erzeugten
Produkte zu verhindern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Ab
schrecken dünner Plattenteile zu schaffen, das fähig ist, leicht Härten abhängig
von Funktionen von z. B. Lagern zu erhalten, und auch die Notwendigkeit des
Schritts zur Entfernung der Verwerfung, dem Waschschritt u. ä. zu beseitigen.
Die Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung entsprechend der vorliegen
den Erfindung ist für das Karburieren und Abschrecken dünner Plattenteile vor
gesehen und umfaßt eine Vielzahl von Karburierungskammern für das Karborie
ren dünner Plattenteile, eine Kühlkammer für das Kühlen der dünnen Platten
teile, die in den Karburierungskammern karburiert wurden, und eine Kühlför
dereinrichtung, die mit der Kühlkammer verbunden ist, um ein Kühlgas in die
Kühlkammer zu liefern, wobei die Vielzahl von Karburierungskammern in einem
gleichen Abstand von der Kühlkammer positioniert sind, so daß sie die Kühl
kammer umgeben, und die Kühlkammer eine Kühlrateneinstelleinrichtung für
das Einstellen einer Kühlrate des dünnen Plattenteils umfaßt, das mit dem
Kühlgas gekühlt wird.
Für eine Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung mit nur einer Karburie
rungskammer, die für die einzelne Kühlkammer vorgesehen ist, werden die Tei
le, die vollständig in der Karburierungskammer karburiert werden, d. h. abge
schreckt, in der Kühlkammer gekühlt, während andere Teile in der Karburie
rungskammer karboriert werden. Wenn jedoch die Kühlzeit in der Kühlkammer
kürzer ist als die Karburierungszeit in der Karburierungskammer, werden die
Teile in der Kühlkammer vollständig gekühlt, bevor die nächsten Teile vollstän
dig in der Karburierungskammer karboriert werden. Folglich wird die Kühl
kammer nicht im Einsatz sein, bis die nächsten Teile vollständig karburiert sind.
Die Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
umfaßt eine Vielzahl von Karburierungskammern, die für eine Kühlkammer
vorgesehen sind. Wenn die Teile in der Kühlkammer vollständig vor dem Abschließen
der Karburierung von anderen Teilen in einer Karburierungskammer
gekühlt sind, können noch andere Teile aus einer anderen Karburierungskam
mer, die vollständig karburiert sind, in der Kühlkammer gekühlt werden. Folg
lich ist die Kühlkammer immer im Einsatz und die Leistungsfähigkeit des Ver
fahrens der Vorrichtung kann verbessert werden.
Bei der Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es nicht not
wendig, daß jede Karburierungskammer mit einer jeweiligen Kühlkammer ver
sehen sein sollte und die Vorrichtung benötigt folglich nur eine Kühlkammer.
Folglich kann die Vorrichtung verglichen mit derjenigen, bei der jede Karburie
rungskammer mit einer jeweiligen Kühlkammer versehen ist, miniaturisiert
werden.
Da die Vielzahl von Karburierungskammern so positioniert sind, daß sie die
Kühlkammer umgeben, können die dünnen Plattenteile, die vollständig in einer
Karburierungskammer karboriert sind, schnell in die Kühlkammer bewegt wer
den und folglich gekühlt werden, um das Abschrecken der dünnen Plattenteile
zu gewährleisten.
Die Kühlfördereinrichtung, die für das Liefern des Kühlgases vorgesehen ist, er
möglicht ferner den vollständig karburierten dünnen Plattenteilen schnell ge
kühlt zu werden.
Darüber hinaus ist die Kühlkammer mit einer Kühlungsrateneinstelleinrichtung
für das Einstellen der Rate, bei der die dünnen Plattenteile durch das Kühlgas
gekühlt werden, versehen, so daß die dünnen Plattenteile optimal abgeschreckt
werden können.
Das Kühlgas ist vorzugsweise Inertgas, um zu gewährleisten, daß die dünnen
Plattenteile abgeschreckt werden, da Inertgas nicht chemisch mit den dünnen
Plattenteilen reagiert.
Ein dünnes Plattenteil ist vorzugsweise ein Lagerring eines Axialnadellagers, um
eine große Anzahl von Lagerringen zu erhalten, die weniger verworfen sind und
auch eine hohe Präzision haben.
Vorzugsweise umfaßt die Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung auch
eine Heizkammer für das Erhitzen der dünnen Plattenteile, bevor sie karburiert
werden. Das Erhitzen der dünnen Plattenteile vorher in der Heizkammer und
das Liefern dieser dann in eine Karburierungskammer eliminiert die Notwen
digkeit des Anhebens der Temperatur der dünnen Plattenteile in der Karburie
rungskammer, und die dünnen Plattenteile werden folglich an der Karburierung
gehindert, während ihre Temperatur auf andere Weise angehoben wird. Als ein
Ergebnis können dünne Plattenteile gebildet werden, die eine vorbestimmte
dünne Karburierungsschicht haben.
Bei einem Abschreckungsverfahren für dünne Plattenteile entsprechend der
vorliegenden Erfindung können dünne Plattenteile in einen kontinuierlichen
Ofen zumindest zwischen den Karburierungskammern und einer Kühlkammer
sukzessiv bewegt werden, und die vollständig in einer Karburierungskammer
karburierten dünnen Plattenteile werden schnell in die Kühlkammer transpor
tiert und abgeschreckt, wobei die dünnen Plattenteile auf eine solche Weise ab
geschreckt werden, daß die dünnen Plattenteile mit Gas gekühlt werden und der
Druck des Gases in der Kühlkammer eingestellt wird, um das dünne Plattenteil
unter Druck zu kühlen.
Entsprechend dem Abschreckungsverfahren für dünne Plattenteile entsprechend
der vorliegenden Erfindung werden die dünnen Plattenteile mit Gas abge
schreckt. Gas ist langsamer als Flüssigkeit bei der Kühlungsrate der dünnen
Plattenteile und kann auch im Druck und vom Typ her eingestellt werden, um
die Kühlungsrate der dünnen Plattenteile leicht zu steuern. Folglich können die
dünnen Plattenteile mit verschiedenen Härten abhängig von Funktionen, An
wendungen u. ä. versehen werden, und auch die durch thermische Behandlung
verursachte Verwerfung kann bei den dünnen Plattenteilen reduziert werden.
Entsprechend kann die Notwendigkeit der Entfernung von Verwerfungen besei
tigt werden, um die Anzahl der Schritte für das Behandeln der dünnen Platten
teile zu reduzieren.
Das Abschrecken der Plattenteile mit Gas beseitigt den Schritt des Abwaschens
der Flüssigkeit von den dünnen Plattenteilen wie bei dem Abschrecken von ih
nen mit Flüssigkeit und eliminiert folglich den Schritt des Waschens der dünnen
Plattenteile.
Ferner wird der Druck des Gases in der Kühlkammer eingestellt, um die dünnen
Plattenteile unter Druck zu kühlen, so daß die dünnen Plattenteile mit einer
Härte versehen werden können, die abhängig von Funktion, Anwendung u. ä.
ist, und sie werden auch effektiv von einer durch thermische Behandlung ver
ursachten Verwerfung geschützt.
Beim Abschrecken dünner Plattenteile wird das Gas in der Kühlkammer vor
zugsweise bewegt und die Rate und die Zeit der Bewegung werden folglich einge
stellt, so daß die dünnen Plattenteile mit einer Härte abhängig von Funktion,
Anwendung u. ä. versehen werden können und sie auch effektiv vor einer durch
thermische Behandlung verursachten Verwerfung geschützt werden.
Vorzugsweise hat ein dünnes Plattenteil seine Hauptoberfläche einem Gas in
einem gut regulierten Strom im wesentlichen parallel zu der Hauptoberfläche
ausgesetzt. Folglich ist es unwahrscheinlich, daß das dünne Plattenteil un
gleichmäßig gekühlt wird. Daher kann das dünne Plattenteil gleichmäßig gekühlt
werden, um eine Verwölbung zu verhindern.
Vorzugsweise ist das dünne Plattenteil ringförmig, was in einer geringeren Ver
werfung resultiert und eine Flüssigkeitsverklebung verhindert, so daß ein hoch
präzises ringförmiges dünnes Plattenteil fertig erhalten werden kann.
Vorzugsweise ist das dünne Plattenteil ein Lagerring eines Axiallagers, was in
einer geringeren Verwerfung resultiert und eine Flüssigkeitsverklebung verhin
dert, so daß ein hochpräziser Lagerring eines Axiallagers fertig erhalten werden
kann.
Das vorangegangene und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der
vorliegenden Erfindung offensichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den
beigefügten Zeichnungen herangezogen wird.
Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht einer Karburierungs- und Abschrec
kungsvorrichtung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ein schematischer Querschnitt der Gaskühlungskammer, die in Fig.
1 gezeigt ist.
Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht einer Variation der Karburierungs-
und Abschreckungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfin
dung.
Fig. 4 ist eine Draufsicht auf ein zu karborierendes und abzuschreckendes
dünnes Plattenteil.
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie V-V der Fig. 4 ge
nommen wurde.
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht von dünnen Plattenteilen, die durch
eine Aufspannvorrichtung abgestützt sind.
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht eines Korbes und einer Schale zur
Aufnahme dünner Plattenteile.
Fig. 8 ist eine schematische Querschnittsansicht zum Illustrieren eines
Kühlgasstroms, dem die dünnen Plattenteile in der Kühlkammer aus
gesetzt sind.
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, das eine Verarbeitungsvorrichtung für dünne
Plattenteile eines kontinuierlichen Ofens entsprechend einem zweiten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 10 ist eine Graphik über die Verwölbung eines dünnen Plattenteils ge
genüber dem Stickstoffgasdruck beim Abschrecken des dünnen Plat
tenteils mit Stickstoff.
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf
die Zeichnungen beschrieben.
Hauptsächlich mit Bezug auf Fig. 1 umfaßt eine Karburierungs- und Abschrec
kungvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung: eine Gaskühlkam
mer 1; z. B. zwei Karburierungskammern 2 benachbart zu der Gaskühlkammer 1
und diese umgebend; und einen Reservoirtank 3 als eine Kühlfördereinrichtung,
die mit der Gaskühlkammer 1 über ein Ventil 6 verbunden ist. Eine Heizkammer
12 ist benachbart zu einer Karburierungskammer 2 vorgesehen.
Hauptsächlich mit Bezug auf Fig. 2 umfaßt die Gaskühlkammer 1 einen Kühlbe
hälter 9, ein Umrührgebläse (Propeller 4), das in dem Kühlbehälter 9 vorgesehen
ist, einen Motor 8 für das Umdrehen des Umrührgebläses 4, ein Thermoelement
5 für das Messen der Temperatur in dem Kühlbehälter 9 und ein Auslaßventil 7.
Das Umrührgebläse 4, das Thermoelement 5 und der Motor 8 stellen die Küh
lungsrateneinstellrichtung dar. Beim Kühlen dünner Plattenteile in der Gas
kühlkammer 1 wird ein Korb 11, der auf einem Transporttisch 10 als eine Trans
porteinrichtung positioniert ist, in den Kühlbehälter 9 geliefert.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann die Kühlkammer 1 durch drei Karburierungskam
mern 2 umgeben sein, wobei jede Karburierungskammer 2 mit einer Heizkam
mer 12 benachbart dazu versehen ist. Es können mehr als drei Karburierungs
kammern 2 für eine Gaskühlkammer 1 vorgesehen sein.
Ein Verfahren für das Karburieren und Abschrecken dünner Plattenteile, das die
in Fig. 1 und 2 gezeigte Vorrichtung verwendet, wird nun beschrieben werden.
Nicht abgeschreckte dünne Plattenteile 15, wie sie in den Fig. 4 und 5 gezeigt
sind, werden präpariert und dann durch eine Aufspannvorrichtung 16 getragen,
wie in Fig. 6 gezeigt ist, so daß benachbarte dünne Plattenteile 15 einander nicht
berühren. Die Aufspannvorrichtung 16 ist in einem Korb 11 positioniert, der auf
einer Schale 13 plaziert ist, wie in Fig. 7 gezeigt ist.
Mit Bezug auf Fig. 1 wird der Korb 11 in dem vorgenannten Zustand in die Heiz
kammer 12 transportiert, wie durch Pfeil angezeigt ist. Dünne Plattenteile 15
werden in der Heizkammer 12 auf eine Temperatur von beispielsweise 850°C für
15 Minuten in einer Stickstoffumgebung erhitzt. Dann wird der Korb durch den
Transporttisch 10 in eine Karburierungskammer 2 transportiert, die auf der lin
ken Seite in der Figur gezeigt ist, was durch Pfeil angezeigt ist. Dünne Plat
tenteile 15 werden folglich bei einer Temperatur von beispielsweise 900°C für 30
Minuten in einer Umgebung eines Gases für die Karburierung karboriert.
In der Zwischenzeit nimmt die Heizkammer 12, von der der Korb 11 herausgezo
gen wurde, einen anderen Korb 11 auf, der andere dünne Plattenteile 15 enthält,
wie durch Pfeil angezeigt ist. Dünne Plattenteile 15 in dem anderen Korb 11
werden in der Heizkammer 12 für eine vorbestimmte Zeit erhitzt und dann
durch den Transporttisch 10 in die Karburierungskammer 2 für die Karburie
rung transportiert, die auf der rechten Seite der Figur gezeigt ist, was durch Pfeil
angezeigt ist.
Dünne Plattenteile 15, die in der Karburierungskammer 2 karboriert sind, die
auf der linken Seite der Figur gezeigt sind, werden durch den Transporttisch 10
in die Gaskühlungskammer 1 transportiert, wie durch Pfeil angezeigt ist.
Durch das Öffnungsventil 6 strömt ein Inertkühlungsgas, wie ein Stickstoffgas,
von dem Reservoirtank 3 in die Gaskühlungskammer 1, und der Druck in der
Gaskühlungskammer 1 erreicht folglich mehrere Atmosphären in näherungswei
se 1 Sekunde. Das Thermoelement 5 mißt die Temperatur in der Gaskühlungs
kammer 1. Wenn die gemessene Temperatur beispielsweise 150°C übersteigt,
bewegt das Umrührgebläse 4 das Gas in der Gaskühlungskammer 1. Wenn die
Temperatur in der Gaskühlungskammer 1 unter 150°C fällt, stoppt das Gebläse 4
die Verwirbelung (Fig. 2). Wenn die dünnen Plattenteile vollständige gekühlt
sind (abgeschreckt), wird das Auslaßventil 7 geöffnet und der Druck in der Gas
kühlungskammer 1 erreicht folglich den atmosphärischen Druck. Dann zieht der
Transporttisch 10 den Korb 11 aus der Gaskühlungskammer 1 heraus, wie durch
Pfeil angezeigt ist.
Dann wird ein anderer Korb in die Karburierungskammer 2, die auf der rechten
Seite der Figur gezeigt ist, mit den vollständig karborierten dünnen Plattenteilen
durch einen Transporttisch 10 in die Gaskühlungskammer 1 transportiert, wie
durch Pfeil angezeigt ist, und folglich werden sie auf eine ähnliche Weise wie
die oben beschriebene darin gekühlt. Wenn dünne Plattenteile 15 in dem ande
ren - Korb 11 vollständig in der Gaskühlungskammer 1 gekühlt sind
(abgeschreckt), werden sie aus der Gaskühlungskammer 1 herausgezogen, wie
durch Pfeil angezeigt ist. Durch Wiederholen eines solchen Verfahrens können
dünne Plattenteile 15, die in einer Vielzahl von Körben 11 plaziert sind, sukzes
siv karboriert und abgeschreckt werden.
Wenn es nur eine Karburierungskammer 2 für eine Gaskühlungskammer 1 gibt,
werden die dünnen Plattenteile 15 zuerst vollständig in der Karburierungskam
mer 2 karburiert, und sie werden dann in der Gaskühlungskammer 1 gekühlt,
während andere dünne Plattenteile 15 in der Karburierungskammer 2 karburiert
werden. Wenn die Kühlzeit in der Gaskühlungskammer 1 jedoch kürzer als die
Karburierungszeit in der Karburierungskammer 2 ist, werden die dünnen Plat
tenteile 15 in der Kühlkammer 1 vollständig gekühlt, bevor die nächsten dünnen
Plattenteile 15 vollständig in der Karburierungskammer 2 karburiert sind. Folglich
wird die Kühlkammer 1 nicht im Einsatz sein, bis die nächsten dünnen Plat
tenteile 15 vollständig karburiert sind.
Im Gegensatz dazu umfaßt die Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung
entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Karburie
rungskammern 2 für eine einzelne Gaskühlungskammer 1. Wenn der Kühlpro
zeß in der Gaskühlungskammer 1 abgeschlossen ist, bevor der Karburierungs
prozeß in der Karburierungskammer 2, die auf der linken Seite der Figur gezeigt
ist, abgeschlossen ist, können folglich die dünnen Plattenteile 15, die vollständig
in der Karburierungskammer 2, die auf der rechten Seite der Figur gezeigt ist,
karboriert sind, in der Gaskühlungskammer 1 gekühlt werden. Daher kann die
Gaskühlungskammer 1 immer im Einsatz sein, um die Nettoarbeitsrate der Gas
kühlungskammer 1 zu verbessern und folglich die Produktionseffizienz der ge
samten Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung zu verbessern.
Da die Gaskühlungskammer 1 mit dem Reservoirtank 3 als Kühlungsförderein
richtung für das Liefern eines Kühlungsgases in die Kühlkammer versehen ist,
ermöglicht ein hoch unter Druck stehendes Inertgas in dem Reservoirtank 3, das
in die Gaskühlungskammer 1 geliefert wird, den dünnen Plattenteilen 15 schnell
in der Gaskühlungskammer 1 gekühlt zu werden. Gas ist langsamer in der Küh
lungsrate der dünnen Plattenteile 15 als Flüssigkeit, wie Öl, und kann im Druck
und vom Typ her eingestellt werden, um die Kühlungsrate der dünnen Platten
teile 15 leicht zu steuern. Folglich können die dünnen Plattenteile 15 die Härte
abhängig von der Funktion, Anwendung u. ä. erreichen, und die durch thermi
sche Behandlung verursachte Verwerfung kann in den dünnen Plattenteilen 15
reduziert werden. Dies beseitigt die Notwendigkeit der Entfernung der Verwer
fung, und folglich kann die Anzahl der Schritte für die Verarbeitung der dünnen
Plattenteile 15 reduziert werden.
Ferner macht das Abschrecken der dünnen Plattenteile 15 mit Gas den Schritt
des Abwaschens der Flüssigkeit (z. B. Öl) von den dünnen Plattenteilen 15 bei
dem Abschrecken von ihnen mit Flüssigkeit entbehrlich. Es ist auch nicht not
wendig, eine Gaskühlungskammer 1 für jede Karburierungskammer 2 vorzuse
hen, d. h. nur eine Gaskühlungskammer 1 ist erforderlich. Folglich kann die
Vorrichtung, verglichen mit derjenigen, bei der jede Karburierungskammer 2 mit
einer jeweiligen Gaskühlungskammer 1 versehen ist, verkleinert werden.
Da die Karburierungskammern 2 in einem gleichen Abstand von der Gasküh
lungskammer 1 vorgesehen sind, um die Gaskühlungskammer 1 zu umgeben,
können die dünnen Plattenteile 15, die vollständig in einer Karburierungskam
mer 2 karburiert sind, schnell in die Gaskühlungskammer 1 bewegt werden und
folglich gekühlt werden, um zu gewährleisten, daß die dünnen Plattenteile 15
abgeschreckt werden.
Das Umrührgebläse 4, das Thermoelement 5 und der Motor 8 werden eingesetzt,
um die Temperatur in der Gaskühlungskammer 1 zu optimieren, so daß dünne
Plattenteile optimal abgeschreckt werden können.
Während das Umrührgebläse 4 beim Kühlen der dünnen Plattenteile 15 gedreht
wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind die dünnen Plattenteile 15 in die vertikale
Richtung aufgerichtet und gleichmäßig voneinander beabstandet, wie in Fig. 7
gezeigt ist. Folglich wird das Kühlgas im wesentlichen in laminaren Strömungen
zwischen den dünnen Plattenteilen 15 bereitgestellt, wie in Fig. 8 gezeigt ist.
Dies resultiert in einer weniger ungleichmäßigen Kühlung.
Folglich können die dünnen Plattenteile 15 gleichmäßig gekühlt werden, um eine
Verwölbung in den dünnen Plattenteilen 15 zu reduzieren.
Die Umdrehungsrate und die Umdrehungszeit des Umrührgebläses 4 kann durch
einen externen Wechselrichter und eine Zeitschaltung gesteuert werden, um die
Kühlungsrate der dünnen Plattenteile 15 zu steuern. Folglich können die dün
nen Plattenteile 15 relativ schnell gekühlt werden, bis die Temperatur der dünnen
Plattenteile 15 unter eine Temperatur fällt, die etwas höher als der Marten
sit-Umwandlungsstartpunkt (der im folgenden als Ms-Punkt bezeichnet wird)
der dünnen Plattenteile 15 ist, und die dünnen Plattenteile 15 können relativ
langsam gekühlt werden, wenn die Temperatur der dünnen Plattenteile 15 unter
die Temperatur fällt, die etwas höher als der Ms-Punkt ist, um eine Verwerfung
der dünnen Plattenteile 15 zu verhindern.
Ferner nehmen die dünnen Plattenteile 15, die in dem Korb 11 enthalten sind,
Wärmeabstrahlung von dem Korb 11 auf, und die Temperatur der dünnen Plat
tenteile 15 fällt folglich kaum ab, während der Korb 11 von der Karburierungs
kammer 2 zu der Gaskühlungskammer 1 transportiert wird.
Es sollte bemerkt werden, daß das Kühlungsgas nicht auf Stickstoffgas begrenzt
ist und jedes andere Inertgas, wie Helium, sein kann. Die Dimensionen der dün
nen Plattenteile 15 können angemessen verändert werden, wie dies erforderlich
ist. Die Temperatur in der Heizkammer 12, die Karburierungsbedingungen in
der Karburierungskammer 2 u. ä. können angemessen abhängig von dem Pro
dukt verändert werden.
Mit Bezug auf Fig. 9 werden Kammern 21-24, die einen kontinuierlichen Ofen
bilden, zuerst durch eine Vakuumpumpe unter Vakuum gesetzt, und dann wird
das Vakuum durch ein Inertgas ersetzt. Dann wird ein Gas für die Karburierung
in die Karburierungskammer 23 eingeführt und dünne Plattenteile (d. h. Werk
stücke), die auf einer Schale plaziert sind, werden über einen Eingang des konti
nuierlichen Ofens eingefügt. Die dünnen Plattenteile passieren durch einen Vor
raum 21 und werden dann in eine Heizkammer 22 bewegt und folglich auf eine
gewünschte Temperatur erhitzt. Dann werden die dünnen Plattenteile in die
Karburierungskammer 23 für die Karburierung bewegt. Wenn das Karburie
rungsverfahren abgeschlossen ist, wird die Schale schnell in eine unter Druck
stehende Kühlkammer 24 bewegt und gleichzeitig ein Inertgas, wie Stickstoffgas
in die unter Druck stehende Kühlkammer 24 für die Druckerhöhung eingeführt.
In der unter Druck stehenden Kühlkammer 24 bewegt das Umrührgebläse das
Inertgas, während die dünnen Plattenteile für jede Schale gekühlt (abgeschreckt)
werden.
Das Abschrecken eines dünnen Plattenteils, wie ein Lagerring eines Axiallagers,
durch eine Druckatmosphäre und das Kühlen werden nun beschrieben.
Mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 ist ein dünnes Plattenteil 15, wie z. B. ein Lager
ring eines Axiallagers, mit einer Öffnung für das Einfügen einer Achse darin ver
sehen und ist folglich in der Form eines Rings gebildet.
Eine Vielzahl solcher dünner Plattenteile 15 wird durch eine Aufspannvorrich
tung 16 mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen aufgehängt und werden
folglich in Körbe 11 und in Schalen 13 gesetzt, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Wenn die
dünnen Plattenteile 15 folglich vollständig karburiert sind, werden die Körbe 11
und Schalen 13 durch einen Rollenherd, Kurbeln o. ä. bewegt und in den abge
dichteten Kühlbehälter 9 eingefügt, der in Fig. 2 gezeigt ist. Gleichzeitig wird das
Ventil 6 geöffnet, um ein Inertgas in den Kühlbehälter 9 einzuführen, dessen
Druck vorher eingestellt wird. Das Ventil 6 wird geschlossen, nachdem das Inert
gas zu dem Kühlbehälter 9 abgeströmt ist. Danach wird das Umrührgebläse 4,
das in dem Kühlbehälter 9 vorgesehen ist, gedreht, so daß die dünnen Plattentei
le ihre Hauptoberflächen zu den Gasströmungen parallel zu den Hauptoberflä
chen 15a der dünnen Plattenteile 15 ausgesetzt haben und folglich gekühlt wer
den, wie in Fig. 8 gezeigt ist.
Da die dünnen Plattenteile 15 einem Kühlgas ausgesetzt sind, das parallel zu den
Hauptoberflächen 15a der dünnen Plattenteile 15 strömt, wird keine Turbulenz
verursacht, und die dünnen Plattenteile 15 können gut regulierten Strömungen
des Kühlungsgases ausgesetzt werden. Wenn eine Turbulenz in der Gasströmung
verursacht wird, werden die dünnen Plattenteile 15 ungleichmäßig gekühlt und
folglich leicht gewölbt. Im Gegensatz dazu wird, wenn die dünnen Plattenteile 15
gut regulierten Gasströmungen ausgesetzt sind, wie in Fig. 8 gezeigt ist, ein un
gleichmäßiges Kühlen kaum verursacht, so daß die dünnen Plattenteile 15
gleichmäßig gekühlt werden können und es unwahrscheinlicher ist, daß sie ge
wölbt werden.
Die Umdrehungsrate und die Umdrehungszeit des Umrührgebläses 4 wird durch
eine externe Wechseleinrichtung und eine Zeitschaltung gesteuert, um die Küh
lungsrate der dünnen Plattenteile 15 zu steuern. Beispielsweise kann die Um
drehungsrate und die Umdrehungszeit des Umrührgebläses 4 gesteuert werden,
um z. B. die dünnen Plattenteile 15 relativ schnell zu kühlen, bis die Temperatur
der dünnen Plattenteile 15 auf eine Temperatur abfällt, die etwas höher als der
Ms-Punkt der dünnen Plattenteile 15 ist, und um die dünnen Plattenteile 15 re
lativ langsam zu kühlen, wenn die Temperatur der dünnen Plattenteile 15 un
terhalb die Temperatur abfällt, die etwas höher als der Ms-Punkt der dünnen
Plattenteile 15 ist, um dünne Plattenteile 15 zu erhalten, die frei von Verwerfun
gen sind.
Wenn die dünnen Plattenteile 15 folglich so auf die Umgebungstemperatur her
untergekühlt werden, wird das Auslaßventil 7 geöffnet, um das Inertgas in dem
Kühlbehälter 9 zu entladen, um den Abschreckungsprozeß abzuschließen.
Das bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete Inertgas ist nicht auf
Stickstoffgas beschränkt, und es kann aus irgendeinem anderen Gas sein.
Ferner ist ein dünnes Plattenteil 15, das sofort nach seiner Karburierung abge
schreckt wurde, nicht auf einen Lagerring eines Axiallagers beschränkt und kann
ein dünnes Plattenteil mit einer Dicke von z. B. näherungsweise nicht mehr als 1 mm
sein, so daß das Abschreckungsverfahren entsprechend der vorliegenden Er
findung einsetzbar sein kann.
Entsprechend dem Abschreckungsverfahren für dünne Plattenteile entsprechend
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Gas, wie ein Inertgas, eingesetzt,
um die dünnen Plattenteile 15 einer Druckatmosphäre auszusetzen und sie zu
kühlen. Dadurch wird die Kühlungsrate der dünnen Plattenteile langsamer als
die beim Abschrecken durch Flüssigkeit. Ferner kann die Kühlungsrate der dün
nen Plattenteile 15 leicht durch Einstellen des Drucks und des Typs des Gases
gesteuert werden. Folglich können die dünnen Plattenteile 15 die Härte abhängig
von der Funktion, Anwendung u. ä. erreichen, und eine thermische, durch Be
handlung verursachte Verwerfung kann bei den dünnen Plattenteilen 15 redu
ziert werden. Dies eliminiert den Schritt des Entfernens der Verwerfung und
kann folglich die Anzahl der Schritte für das Bearbeiten der dünnen Plattenteile
15 reduzieren.
Das Abschrecken der dünnen Plattenteile mit Gas macht auch den Schritt des
Abwaschens der Flüssigkeit (z. B. Öl) von den dünnen Plattenteilen 15 wie beim
Abschrecken von ihnen mit Flüssigkeit entbehrlich, und kann folglich den
Waschschritt reduzieren.
Die Erfinder prüften jeweilige Grade der durch thermische Behandlung verur
sachten Verwerfung eines dünnen Plattenteils, das mit Gas abgeschreckt wurde
und das mit Flüssigkeit abgeschreckt wurde, sofort nachdem sie in einem konti
nuierlichen Ofen karburiert wurden. Das bei dem Experiment eingesetzte Ver
fahren und die Ergebnisse des Experiments werden nun beschrieben werden.
Zuerst wird ein SCM415 (JIS = Japanese Industrial Standard)-Material von 0,78 mm
in der Plattendicke präpariert und das Muster wird karburiert. Sofort da
nach wird die Probe in einem Salzbad abgeschreckt, um ein Vergleichsbeispiel zu
erhalten, und eine andere Probe wird in einem unter Druck stehenden Gas abge
schreckt, um ein Beispiel der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Das Abschrec
ken einer Probe mit unter Druck stehendem Gas entsprechend der vorliegenden
Erfindung verwendet Stickstoff von 0,54 MPa (absoluter Druck) als Gasdruck.
Dann werden Messungen von Verwölbungen (durch thermische Behandlung ver
ursachte Verwerfungen) von den Proben (dünne Plattenteile) von einem Ver
gleichsbeispiel und einem Beispiel der vorliegenden Erfindung erhalten.
Beim Messen der Verwölbung einer Probe wird die Probe zwischen zwei parallele
ebene Platten plaziert und ein Abstand H zwischen den parallelen ebenen Plat
ten bei einer Belastung von 2,9 kN, die zwischen den ebenen Platten aufgebracht
wird, mit einem 1/100 Feinzeiger gemessen. Die Plattendicke der Probe wird von
dem gemessenen Abstand H subtrahiert, um die Verwölbungsmessung für die
Probe zu erhalten. Die Tabelle 1 zeigt die jeweiligen Verwölbungsmessungen ei
ner Vielzahl von Proben.
Die auf der rechten Seite angezeigten Werte eines Verwölbungsniveaus stellen
das zahlenmäßige Verhältnis zwischen dem Vergleichsbeispiel und dem Beispiel
der vorliegenden Erfindung bei dem Verwölbungsniveau dar.
Es wurde durch das obige Resultat herausgefunden, daß mehr durch thermische
Behandlung verursachte Verwerfung bei dünnen Plattenteilen durch die vorliegende
Erfindung signifikant reduziert werden kann als bei dem Vergleichsbei
spiel.
Es wurde auch herausgefunden, daß der Druck, der Typ u. dgl. des Gases, das
beim Abschrecken eingesetzt wird, verändert werden kann, um die Härte und die
durch Hitzebehandlung verursachte Verwerfung der dünnen Plattenteile leichter
zu steuern als beim Abschrecken von ihnen mit Flüssigkeit.
Die Erfinder haben auch das Verhältnis zwischen der durch thermische Behand
lung verursachten Verwerfung und dem Druck in dem Kühlbehälter beim Ab
schrecken durch Gas sofort nach dem Karburierungsverfahren geprüft. Das bei
dem Experiment eingesetzte Verfahren und die Ergebnisse davon werden nun
beschrieben.
Ein SCM415 (JIS)-Material mit 0,78 mm in der Plattendicke wird präpariert und
die Probe wird durch Stickstoffgas abgeschreckt, das als ein Kühlgas eingesetzt
wird. Der Druck des Stickstoffgases wird für jede Probe für das Messen der Wöl
bung jeder Probe variiert. Die Wölbung jeder Probe wird wie bei der vorgenann
ten Verwölbungsmessung gemessen, die parallele ebene Platten verwendet. Die
Fig. 10 zeigt die Meßresultate.
Mit Bezug auf Fig. 10 wurde durch das Resultat des obigen Experiments heraus
gefunden, daß ein höherer Druck des Stickstoffgases in einer größeren Verwöl
bung resultiert. Es wurde auch herausgefunden, daß, während die Verwölbung
für einen Stickstoffgasdruck von weniger als 0,20 MPa reduziert wird, ein ausrei
chend effektives Abschrecken nicht erreicht werden kann. Es wurde auch her
ausgefunden, daß ein Stickstoffgasdruck, der 0,49 MPa übersteigt, in einer
übermäßigen Verwölbung resultiert und folglich die Lagereigenschaften herab
setzt.
Von den obigen Resultaten wurde herausgefunden, daß ein Gasdruck von 0,20
bis 0,49 MPa in dem Kühlbehälter beim Einsetzen eines Gases zum Abschrecken
eines Teils von z. B. einem Nadellager sofort nach dem Karburierungsprozeß
vorzuziehen ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und illustriert wurde,
ist es klar verständlich, daß dieselbe nur zur Illustrierung und beispielhaft ist
und nicht als Einschränkung heranzuziehen ist, da der Bereich der vorliegenden
Erfindung nur durch die nachfolgenden Ansprüche begrenzt wird.
Claims (9)
1. Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung für das Karburieren und
Abschrecken eines dünnen Plattenteils, umfassend:
eine Vielzahl von Karburierungskammern (2) für das Karburieren eines dünnen Plattenteils (15);
eine Kühlkammer (1) für das Kühlen des dünnen Plattenteils (15), das in der Karburierungskammer (2) karburiert wurde; und
eine Kühlungsfördereinrichtung (3), die mit der Kühlkammer (1) verbun den ist, um ein Kühlgas in die Kühlkammer (1) zu liefern,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Vielzahl von Karburierungskammern (2) in näherungsweise gleichem Abstand von der Kühlkammer (1) positioniert sind, um die Kühlkammer (1) zu umgeben, und die Kühlkammer (1) eine Kühlrateneinstelleinrichtung (4, 5, 8) für das Einstellen einer Kühlrate des dünnen Plattenteils (15) umfaßt, das mit dem Kühlgas gekühlt wird.
eine Vielzahl von Karburierungskammern (2) für das Karburieren eines dünnen Plattenteils (15);
eine Kühlkammer (1) für das Kühlen des dünnen Plattenteils (15), das in der Karburierungskammer (2) karburiert wurde; und
eine Kühlungsfördereinrichtung (3), die mit der Kühlkammer (1) verbun den ist, um ein Kühlgas in die Kühlkammer (1) zu liefern,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Vielzahl von Karburierungskammern (2) in näherungsweise gleichem Abstand von der Kühlkammer (1) positioniert sind, um die Kühlkammer (1) zu umgeben, und die Kühlkammer (1) eine Kühlrateneinstelleinrichtung (4, 5, 8) für das Einstellen einer Kühlrate des dünnen Plattenteils (15) umfaßt, das mit dem Kühlgas gekühlt wird.
2. Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kühlgas ein Inertgas ist.
3. Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das dünne Plattenteil (15) ein Lagerring eines Axi
alnadellagers ist.
4. Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß sie ferner eine Heizkammer (12) für das Erhitzen
des dünnen Plattenteils (15), bevor das dünne Plattenteil (15) karburiert
wird, umfaßt.
5. Verfahren für das Abschrecken eines dünnen Plattenteils, bei dem ein dün
nes Plattenteil (15) in einem kontinuierlichen Ofen zumindest zwischen ei
ner Karburierungskammer (2) und einer Kühlkammer (1) sukzessiv trans
portierbar ist, wobei das dünne Plattenteil (15) in der Karburierungskam
mer (2) karburiert wird und dann schnell in die Kühlkammer (1) transpor
tiert wird und abgeschreckt wird, wobei das dünne Plattenteil (15) durch
Kühlen mit Gas abgeschreckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der
Druck des Gases in der Kühlkammer (1) eingestellt wird, um das dünne
Plattenteil (15) unter Druck zu kühlen.
6. Verfahren zum Abschrecken eines dünnen Plattenteils nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß beim Abschrecken des dünnen Platten
teils (15) das Gas in der Kühlkammer (1) bewegt wird, um die Bewegungs
rate und die Bewegungszeit einzustellen.
7. Verfahren zum Abschrecken eines dünnen Plattenteils nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das dünne Plattenteil (15) seine Haupt
oberfläche (15a) dem Gas in einem gut regulierten Strom ausgesetzt hat,
der im wesentlichen parallel zu der Hauptoberfläche (15a) des dünnen Plat
tenteils (15) verläuft.
8. Verfahren zum Abschrecken eines dünnen Plattenteils nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das dünne Plattenteil (15) die Form eines
Ringes hat.
9. Verfahren zum Abschrecken eines dünnen Plattenteils nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das dünne Plattenteil (15) ein Lagerring
eines Axiallagers ist.
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ID=26500602
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R071 | Expiry of right |