DE2003306C - Verfahren zum Bearbeiten von Stahlwerkstücken, insbesondere zur Herstellung von Membranfedern oder dergleichen, sowie Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens - Google Patents

Description

3. Hinrichtung zur Ausführung des Verfahrens wahrt bleiben.

nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein obe- Der Stand der Technik sieht demnach zusätzliche re^ und ein unteres Fi rmeleniem (28 bzw. 36). Mine! vor. damit während eiaes Wärinebehandlungsderen Arbeitsflächen (2.Hh, 36/;) in ihrer Form oder Absein eckvorganges die bereits fertige Form den entsprechenden Flächen des fertig bearbeite- 25 eines Werkstückes :■> wenig wie möglich bceintrüchten Werkstückes entsprechen und tlie jeweils tigt wird. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufeinen an eine Quelle für ein flüssiges Kühlmittel gäbe zugrunde, ein der Bearbeitung otier Herstellung angeschlossenen Raum (28ιλ 36<v) enthalten. von Stahlv.erkstück-.n dienendes Verfahren, das und durch eine Preßvorrichtung (15), durch die auch einen Wärmebehandlungsgang enthält, unter die "ormelemenle zur Ausübung eines vorbe- 30 Wahrung otler Verbesserung der bisher erreichbaren stimmten mechanischer: Drucks gegeneinander Formgenauigkeit durch Einsparung von Arbeitsbewegbar sind. schritten zu vereinfachen. Zur Lösung dieser Auf-

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- gäbe wird ein Verfahren der eingangs erwähnten kennzeichnet, daß jedes der zusammenwirkenden Art in der Weise ausgeführt, daß das Werkstück als Formeiementc (28'. 36') mit einer Ausnehmung 35 Rohling bis zum ausieniu.chen Zustand erwärmt und (?8i/, 36d) versehen ist. welche teilweise die eine dann zwischen den Formteilen unter gleichzeitiger örtliche Abschreckung auf das Werkstück aus- Abschreckung in Form gepreßt wird. Dabei kann übende Arbeitsfläche (28/)'. 36/)') begreii/:. vorzugsweise auch so vorgegangen werden, daß tias

Werkstück durch teilweise Einspannung zwischen 40 den Formteilen in Form gepreßt und gleichzeitig

nur der eingespannte Teil abgeschreckt wird.

im Gegensatz zum Stand der Technik wird nach der Erfindung in eine Presse ein Rohling eingelegt.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur der lediglich vor dem Einlegen in die Presse bis zum Bearbeitung von Stahlwerkstücken, insbesondere zur 45 auMcnilischen Zustand erwärmt worden ist. Erst in Herstellung von Membranfedern od. dg!., wobei das der Presse erhält das Werkstück seine vorgesehene Werkstück einem Preßvorgang mit Hilfe zweier mi·- Form bei gleichzeitiger Abschreckung. Dj Erfindung einander zusammenwirkender Formteile und ein·.·; ermöglicht daher einen wesentlichen Fi-rtschrilt. da Wärmebehandlung unterworfen wird, die eine Er- Arbeitsschritte eingespart werden, die bislang für wärmung bis zum austenitischen Zustand und eine 50 vergleichbare Fertigungsverfahren als unumgänglich Abschreckung umfaßt. Ferner betrifft die Erfindung notwendig erschienen. Mit dem erfindungsgemäßcn eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens. Verfahren wird auch die Herstellungsgenauigkeit mit

Nach dem Stand der Technik werden Zwischen- Bezug auf Form und Abmessung für die nach dem otier Endprodukte aus S'ahlblcch in der Weise her- Verfahren hergestellten Erzeugnisse verbessert, obgx'stellt. daß die Teile in aufeinanderfolgenden 55 wohl übliche, bislang zur Ausschaltung von vorhcr-Schritten in Form gepreßt und gehärtet werden. Di·' gehend aufgetretenen Fehlern vorgesehene Bearbeigehärteten oder abgeschreckten Werkstücke zeigen tungsschritte fortgelassen werden. häufig einen beträchtlichen Verzug gegenüber der Die Erfindung sieht auch eine Hinrichtung zur

gewünschten Form. Dadurch werden zusätzliche Be- Ausführung des Verfahrens vor. Eine solche Einricharbeitungsschrilte erforderlich, wie Hämmern oder ^6o tung ist \ersehen mit einem oberen und einem unte-Recken, Anlassen und Pressen, um den durch die ren Formelement, deren Arbeitsflächen in ihrer Form Härtung entstandenen Verzug /u beseitigen. Ein sol- den entsprechenden Flächen des fertig bearbeiteten eher Verzug verringert natürlich auch das Ausmaß Werkstückes entsprechen und die jeweils einen an der Formgenauigkeit und der Abmessung des herzu- eine Quelle für ein flüssiges Kühlmitte! angesehlosslellenden Werkstückes. 65 senen Raum enthalten, und mit einer Proßvorrich-

Es ist bereits bekannt (s. die USA.- Patentschrift lung, durch die die Formelemente zur Ausübung 928 8 IS). bei der Wärmebehandlung eines fertig eines vorbestimmten mechanischen Drucks gegengeformten Propellerflügcls, der als Hohlform ausge- einander bewegbar sind. Eine solche Einrichtung

kann auch so ausgeführt sein, dal' jedes der zusammenwirkenden l'ormelenieute mit einer Ausnehmung versehen ist. welche icilv.cisc die eine öitliche Abschreckung auf das Werkstück ausübende Arlvitstiaclie begrenzt.

In iler nachfolgenden Beschreibung und ti-ii Zeichnungen sind Ausi'ühruni!sbei>piele für das er- !:ndungsgemäi.k Vorfahren und die Einrichtung erläutert mii! daigesielh. Es zeigt

[ig. I eir.e DraulMcht auf eine /um Einsät/ in iiner ki aitlahr/eugkuppluiig geeigneten Membranleder als Beispiel tür die nach dem ei fmdungsgcnial.ten Vcrlahicn her/us'.ellendeii Erzeugnisse,

lit!.-¹ eine Seitenansicht tier Membranicder nach I ig. L

|- i μ. ^: eine Seitepansicht einer , ur Ausführunu des crliuduiigsgemüUen Verfahrens zu verwendenden Einrichtung.

F i g, 4 eine vergrößerte Schmttd-lrslellung wesentlicher I eile tier Hinrichtung nach, Ein. 3. 2u

Y i g. 5 ein Diagramm, in welche-,η die Wärnieeindringzah! (Kcal m-■ C^--Ii' -.·) ties Werkzeugs gegenüber dem idealen kritischen Durchmesser in Zoll (-■ 2.54 cm) des Werkstückes als praktisches Beispiel für das erlindimgsgeinäße Verfahren abuetra- 2-, gen worden ist.

I i g. d ein Diagramm zu; Erläutorunu tlei Beziehung zwischen der theoretischen Endtempcrauii in C". die nach dem Abschrecke;" im Werkstück erreicht wird, und dem Wännekapirziialsvcrliältnis, d. h. dem relativen Verhältnis zwischen der Wärmekapazität des für die Abschreckung vorwendeten Werkzeuges und derjenigen des abzuschreckenden Werkstückes.

F i g. 7 ein Diagramm, welches die Härte von er- us find ngsgemäß abgeschreckten Werkstücken in Beziehung zu deren Dicken bringt.

F i g. S eine Kurvendarstellung zur Veranschaulichung des Einflusses, den der Arbeitsdruck des crfindungsgeniäßen Verfahrens auf die Härte und die Dicke des behandelten Erzeugnisses hat,

F i g. ° eine der F i g. 4 ähnliche Darstellung einer Hinrichtung /um örtlich begrenzten Abschrecken nach dem erfind'.mgsgcmäßer. Vcrlahren und

Fig. 10 eine Kurvendarstellung, welche die Elärteverteilung zeigt, die auf der Oberfläche eines Werkstückes entwickelt worden ist, das mit der abgewanddien Ausführungsform der Erfindung entsprechend Fig.¹) behandelt worden ist.

In den Fig. 1 und 2 ist zur Veianschaulicbung ein Werkstück in Gestalt einer Membranfeder für die Verwendung in Kraftfahrzeug-Kupplungen dargestellt: das bekannte Verfahren zum Formpressen und Abschrecken eines solchen Werkstückes wird zur Erläuterung des technischen Hintergrundes der vorliegenden Erfindung nachstehend beschrieben.

Die Membranfeder 100 ist allgemein tellerförmig ausgebildet und weist einen umfänglichen, ringförmigen Hauptfetlerieil H5! und eine Anzahl radial sich erstreckender, hebehutiger Abschnitte 102 auf. die .ach in ^icichniüßiger Ausbildung vom Hauptl'ederieii 101 /ur Mit'e tier Membran hin erstrecken (s. Ε; g. I). Jeder der hebelarügen Abschnitte ί 02 w.TJüiiüt %ijli -um Ε;.-]-.· hin. und die linieren EmI-spil/en 103 aller 1 'ebelabschiiiite H!2 liefen auf einem Kreis, der eine oilene Kivio'.ache in der Mitte tier Membran umgibt (s. Fig. Ii Die vorstellende !''.---chieiEim - ■ ^:.<! die Zeichnen.·: /ciuci dal'· di-.·

45 Menibranlettcr 100 um ihu luiclachse loUttionssvmuietiisch ausgebildet unti ...Igeuiein kegelsunnpl- !önnisi ist. Die Memhn:n!cder wird ailgcinein aus einem liochkohlensiolfhaltigcii Stahl hergevUlll, und die Hebel.-nden 103 inüs-cii gehärtet vvcrd. n, so daß sie',. L-iiiL gcringstmö^liche (ileitabnuizung e-vib;. wenn die E.iulen in Herüimug mit einem übl'.clien Lagerteil einer Kral'd'ahr/eugkupplung treten, die im einzelnen nicht dargestellt ist Die aiuleien I eile der Meinbianledei müssen demgegenüber allgemeine Fetlereigeiischallen haben I'm diesen beM.udeieü Anfordciungcn /u gelingen, wird die Membrantedei entsprechend den nach -!client! eiiäu'.ei ten aufein.mderloiiieiiden I iersicHunii-^chi iilen be.trbeii.et:

ai 1 in allgemein kreiviormii'es Stuck wird aus einem giöüeren Siahihieeb.ah-cUiMU ausgestan/l. so daß es eine Ap 1I1! liebelariiger Abschniilc 102 und einen ring:."irmigen Hauptieil 101 aui-'.■•.eist, dei einteilig mit den hebelarligen Ab-•>i.hniileii ausgebildet ist.

h) [)as derart ausgestanzte ebene S'.ück vvird in einer ί ornipres^e auf Kegelstumpiiorm gebracht.

e) Das derart mit einer KegdsUimpflorm verseilen·. Siück vvird auf etwa S.1O C 2Π Minuten lang eiwänm und dann in einem Ölbad abgeschreckt, um das Stuck als (i.in/.e- zu harten.

d) Das gehärtete Stück wird dann auf etwa 3?0 C ¹Xl Minuten lang erwärmt und dann auf Normaltemperatur luftgekühlt, um ein provisorisches Anlassen zu bewirken.

e) Das derart vorläulig angelassene Stück wird au! etwa 450 C ISO Minuten lang erwärmt und dann auf Normaltemperaiur durch Luftkühlung gebracht, um das Stück -mzii'^ssen und zu p;essen und den Verzug zu beseitigen.

I) Das derart gepreßte und angelassene Stück wird an den Endspitzen der HebelabschniUe einer Hochfrequen/.-liHiuktionshäriung unterworfen.

g) Die Hebelabschnif.e werden einem Ankißvoigang unterworfen.

Diese Erläuterungen zeigen, daß nach dem bekannten Verfahren zur Herstellung von Membranledern der gesamte Vorgang eine lange Behandhuu'sdauer und besonders tzeübte Arbeitskräfte erfordert, und /.wai v-M allem wegen der gesondert anzuwendenden Abschreck- und wiederholten Aniaß-SchHtte. wie vorstehend unter c) bis e) angegeben worden ist. untl wegen der Beseitigung ties unvermeidbar aultrelenCen W ärmever/uges

Die vorliegende Erfindung sieht vor mehrere Behaiiülungsschritte von bj bis e). beginnend mit dem Formpressen und endend mit dem einer. Verzug beseitigenden Anlassen, in einem Schritt und in tier kür/eslmüglichüii Zci'.s.naiinc derart auszuführen, dal·¹. ein aus einem Riechmaierial eusgesianzles St:.'hlstück. da·- auf eine .Ahschrecktemperalur erwärmt worden ist. einei Formprcssuiw unterworien vvird. Dabei wii'd gleichzeitig daⁱ Stück in seine; Lage mittels Formteilen gehalten, welche nicht nur dem Stück die gewünschte Raurnfnrni verleihen, sondern auch Wänvie ^l on deni Siück aulnelii'ueii. um da·. Stuck gleichzeitig mit der Foii-.ip-cs.^uiie. /u -eine; sclilielv lit her. Raumlciiin ab/u-cbrecken.

Ii! den 1^; i e. 3 und \ ist eine Lmnehkm- i.i;!i;:e '•-'Hl, die l.'evorz.ugt zu; AuMührung des eriiiniungs-UCiVi¹Vn N'erfa'nrens verwendet v, irii

Die erlindungsgemäße Hinrichtung weist eine Grundplatte 10 auf, die mil einer Mehrzahl von Füßen 11 versehen ist, welche auf einer BodcniUiehc 12 stellen. Mehrere senkrechte Posten 13 sind mit ihren unteren linden starr an der Grundplatte 10 befestigt. Line starre obere Querplaltc 14 ist fest an den oberen linden der Posten angeordnet. I in Hydraulikzylinder 15 ist starr auf der Platte 14 angeordnet: die dafür verwendeten Befestigungsmittel sind aus der Zeichnung als bekannt fortgelassen worden. Die inneren Zylinderräume 22 und 23. die durch einen gleitfähig im Zylinder 15 angeordneten Kolben 24 voneinander getrennt sind, sind über entsprechende Rohrleitungen 16 und 17 und eine Steuerventilanordnung 18 mit einer üblichen Quelle lür hydraulischen Druck \erblinden, die etwa ein nicht dargestellter Druckülbehälter. eine Ölpumpe od. ä. sein kann. Das Steuerventil 18 ist so gebaut und angeordnet, daß durch Betätigung eines /um Ventil gehörenden Steuerhebels 19 der 1-"IuIi von Diuckiil durch die Leitungen 16 und 17 an- und abgeschaltet weiden kann, um Öl dem Zylinder zuzuführen oder von ihm abzuziehen.

1-in Schlitten oder Preßstempel 20 ist als waagerecht sich erstreckende starre Platte ausgebildet, die mit einer Mehrzahl Muffen 21 versehen ist, welche »leitfähig auf den Pfosten 13 sitzen.

Der Hydraulikzylinder Ϊ5 ist mil einem oberen I lanschdeekel 15« und einem unteren Flanschdekkcl 15/> versehen, die durch eine Mehrzahl von im einzelnen der !Einfachheit halber nicht dargestellten Bolzen starr befestigt sind und die unter Zwischenfiigung von entsprechend angeordneten, bekannten Dichtungsmitteln, die ebenfalls nicht dargestellt sind, die Zylinderräume 22 und 23 abdichten. Der Kolben 24 ist starr mit einer senkrecht sich erstreckenden Kolbenstange 25 verbunden, die ihrerseits an ihrem unteren Linde starr mit dem Preßstcmpel 20 verbunden ist, wobei wiederum die Befestigungsmittel zur Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellt sind. Die aus Kolben 24. Kolbenstange 25 und Preßstcmpel 20 bestehende Anordnung ist daher in senkrechter Richtung glcitfähig. wie durch den Doppelpfeil 25' in Fig. 3 angedeutet ist. Zu diesem Zweck wird die hydraulische Arbeitsflüssigkeit, z. B. Öl, durch entsprechende !Einstellung des Steuerventils 18 in der oberen oder unteren Zylinderkammer 22 bzw. 23 unter Druck gesetzt.

Fine Halterungsplatte 26 ist mittels einer Reihe von Schrauben 27 an der Bodenfiäche des Preßstempeis 20 befestigt und trägt ein oberes Formelemcnt 28, das mittels Befestigungsschrauben 29 starr an der Platte 26 angeordnet ist. Das Formelement hat im wesentlichen die Form eines abgestuften Hohlzvlindcrs. Das Formelcment 28 weist eine Bodenwand mit einer Aiisrichtungsausnchmung 129 auf, die so geformt und anceordnet ist, daß sie mit einem passenden Zapfen 30 zusammenarbeitet, wie noch erläutert wird. Der Innenraum 28« des Formteiles 28 ist mittels einer Dcckelplatte 31 abgeschlossen, die abgedichtet mittels eines Dichtungsringes 32 durch mehrere Bolzen 33 an einer Schultcrfläche 34 befestigt ist. welche an einem oberen Teil des Formtciles 28 ausgebildet ist. Die Bodenfiäche 28 Λ um den Ausrichlungscinsehniu 129 herum ist eine kegelstumpffürmiuc Rinefläche. welche in die innere kcgclshimpfförni'ge Fläche der herzustellenden Memhranfcder 40 paßt. Der abgedichtet abgeschlossene Inncnraum 28 des oberen Formteiles dient als Kühlflüssigkeitsraum. in den hinein ein Kühlmittel, vorzugsweise kaltes Wasser, durch eine biegsame Schlauchleitung 43 eingespeist wird. Der Auslaß erfolgt durch einen

j Kanal 133. der seitlich durch den oberen Teil der lorniteilwand gebohrt ist. Hin biegsamer Schlauch 34 ist an seinem einen finde lest mit dem Kanal 133 verbunden. Fine Rohrleitung 35 schließt fest an das entgegengesetzte linde des biegsamen Schlauches

ίο 34 .in.

!line untere Halterungsplatte 38. die in ihrer Art und Funktion der oberen Halterungsplatle 26 entspricht, ist durch Schrauben 37 an der Oberseite 1On der Grundplatte 10 befestigt (s. F i g. 4). Die Platte 38 trägt ihrerseits einen daran durch mehrere Schrauben 39 starr befestigten unteren Formteil 36, der im wesentlichen ein umgekehrt stehender zylindrischer Behälter ist. Der Innenraum 36« ist durch eine Deckelplatte 49 ähnlich dem oberen Deckel 31 abgedichtet abgeschlossen. Die Platte 49 ist unter Zwischenfügung von einem Dichtungsring 44 durch Schrauben 48 befestigt, und der damit abgedichtet abgeschlossene Innenraum 36« dient wiederum als Kühlflüssigken>Kainmcr wie die Kammer 28« des oberen Formtciles. Die obere oder Arbeitsfläche 36/) des unteren Fürniteiles 36 hat allgemein eine die Fläche 28/) des oberen Fonnteiles 28 ergänzende Form und ist mit einer ;"i!l!eren Ausnehmung 136α vergehen, in die ein runder Ausrichlungs- oder Einstellzapfen 30 für ein zu bearbeitendes Werkstück 40 eingepaßt ist. Das Werkstück ist entsprechend mit einer mittleren öffnung 40« versehen, in die der Zapfen gleitend eingreift.

Der untere Formteil ist mit einem Kanal 134 ausgebildet, der durch den unteren Teil der Umfangswand der Form 36 gebohrt ist und an den eine Kühlmitlelzufuhrleitung 42 fest angeschlossen ist. die mit einer nicht dargestellten Kühlmittelquelle verbindet. Ein Steuerventil 45 ist in der Leitung 42 angeordnet.

um das Ausmaß der Kühlmittelzuführung zu steuern. Das Kühlmittel ist vorzugsweise kaltes Wasser. Beide Kühlkammern 28« und 36« sind miteinander durch einen biegsamen Schlauch 43 verbunden, der an seinen Enden (s. F i g. 4) an die Kammern anschließt.

Im folgenden wird ein Verfahren zrm gleichzeitigen Formpressen und Abschrecken nach der Erfindung im einzelnen beschrieben, wobei gleichzeitig die Arbeitsweise der mit Bezug auf die F i g. 3 und 4 beschriebenen Presse erläutert wird.

In einem Beispiel hatte das zu behandelnde Werkstück 40, ein Membranfeder-Rohüng, einen äußerer Durchmesser von 170 mm und eine Dicke von 2 mm Das Material des Stückes war ein Kohlenstoff-Werk zeugstahl der Klasse 5 (JIS, SK-5). Das Material de Formen 2 B und 36 war Maschinenbau-Kohlenstoff Stahl (JTS, S45 C). Der Ausdruck »JIS« ist ein Ab kürzung von »Japanese Industrial Standard«.

Das ebene Membranfederstück wurde in einen geeigneten Ofen od. dgl. auf eine einen austcnitischei Zustand herbeiführende Temperatur von etw 830 C erwärmt. Es wurde schnell aus dem Ofen her ausgenommen und dann auf den unteren Formteil 3 gesetzt, dessen Ausrichtezapfen 30 in Flucht mi> de mittleren runden öffnung 40a des Stücke 40 gc bracht wurde. Danach wurde das Steuerventil 18 s betätigt, daß unter Druck stehende Arbeitsllüssigke durch die 1 citunc 16 in den oberen Zyiinüerrauiii 2 eingespeist und die PreSstcmpelanordnung, die ai

dem Kolben 24, der Kolbenstange 25, der Preßstempclplatlc 20, tier oberen H::l(erungsp!ntle 26 und dem oberen Formteil 28 besteht, zwangsweise abwärts auf die untere Form 36 gefahren wurde. Dadurch wurde «Jas Stück unter hohem Druck in seine Einspaniningsstellung /wischen den beiden Formlcilen gebracht. Während dieses Preß- und Ahschrcckungsvorganges wurde die Oberfläche des Werkstückes in Druckbcrührung mit der Arbeitsfläche des obeien Formteilcs und in gleicher Weise die Bodcnlläche des Werkstückes in Druckberührung mit der Arbeitsfläche der unteren Form gebracht. Auf diese Weise wurde das Stück unter Kraftaufwendung aus seiner ebenen Form in die endgültige, im wesentlichen kcgclstumpfartige Form gebracht, die in F i g. 2 gezeigt ist. Gleichzeitig wurde von dem Stück eine merkliche Wärmemenge abgegeben, und zwar durch die Wände der entsprechenden Formteile hindurch in das umlaufende Kühlmittel hinein, das vorzugsweise aus kaltem Wasser bestand und die Wärme abführte. Auf diese Weise wurde das Stück auf die gewünschte Gestalt formgepreßt und gleichzeitig wirksam abgeschreckt.

Der Anwendungsdruck der Form, mit dem auf das Stück eingewirkt wird, kann zwischen 6 und 2000 kg nro Quadratzentimeter betragen, je nach Größe und Abmessungen des zu behandelnden Stückes. Die Form und Abschrcckprew knnn auch beträchtliche Ausmaße haben, so daß selbst größere Erzeugnisse behandelt werden können. Alle praktischen Versuche haben erstaunlich günstige Ergebnisse bei Erzielung des kombinierten Formpreß- und Abschreckeffcktcs gezeigt.

An Hand der Darstellungen in den F i g. 5 und fi wird die Möglichkeit erläutert, die richtige Art des Materials und die erforderliche Wärmekapazität für die Kühlwcrkzcuge in Abhängigkeit von der Materialart und Größe oder der Wärmekapazität des zu behandelnden Stückes auszuwählen, wobei auf verschiedene Versuchscrgcbnissc Bezug genommen wird. Es kann erwartet werden, daß mit Vergrößerung des Wärmcflusses durch die Preß- und Abschreckformen mit einer höheren Kühlgcschwindigkcit für das zu behandelnde Werkstück zu rechnen ist. Ferner ist zu beachten, daß die Temperatur T, die an der Berührungsfläche in dem Augenblick beobachtet wird, wenn zwei Körper mit verschiedenen Temperaturen in physischem Kontakt miteinander gebracht werdeil, durch die folgende Formel bestimmt werden kann:

τ -

ft, t b.

Hierbei sind T₁ und b₁ die Anfangstemperatur und die Wärmeeindringzahl oder der Wärmefluß des einen Körpers und T₂ und b., die entsprechenden Größen des anderen Körpers.

Als Beispiel soll ein Fall betrachtet werden, bei welchem ein zu behandelndes Stück aus Kohlenstoffstahl, das auf 800° C (=T,) erwärmt ist, abzuschrckken ist. Es fragt sich, weiche Art von Material und weiche Wärmeeindringzahl für die Abschreck-Formcn gewählt werden soll. Zu diesem Zweck kann die folgende Berechnung ausgeführt werden:

Die Wärmecindringzahl ( = 6,) für Kohlenstoffstahl kann sicher mit eiwa 200 KcaS/iü^s-°C h 7* und die Temperatur (7'₂) des kühlenden Werkzeuges kann mit etwa 20" C angenommen werden. Falls der Stahl über die perlitische Umwandlungstemperatur des Stahls, d. h. die Temperatur des nasenartigcn Vorsprunges an der S-Kurve des Stahls, von etwa S 500 ' C ( T₁), sofort bei Berührung des Stahls mit dem Abschnvkwcrkzcug abgeschreckt wird, kann der gewünschte Abschreckelfckt tatsächlich erreicht werden. Wenn diese Werte in die oben angegebene Formel (I) eingesetzt werden, ergibt sich

/>„ 125 Kcal m- C-Ii" ■·

Demnach ist ein Werkzeugmaterial brauchbar, das einen größeren Wert für die Wärmeeindringzahl als den vorstehend berechneten Wert von />., aufweist. Aus der Darstellung in Fig. 5 ist zu entnehmen, daß Kupfer, Silber und Eisen größere Würmecindringzahlen als die oben angegebene aufweisen. Demnach kann irgendeines dieser Metalle zu Abschreckzwecken verwendet werden. In der vorstehenden Rechnung sind jedoch der Wärmewiderstand zwischen den sich berührenden Flächen und die Haltbarkeit der Lcgicrungsarl vernachlässigt worden. Es kann aber nicht stets gesagt werden, daß der Abschrcckeffekt ausschließlich von der Obcrfläehcntcmperatur des zu behandelnden Stückes bei Berührung mit dem Abschrcckwerkzcug abhängt, da die Art des Berührungswärmewiderstandes, die Härtbarkeit des zu behandelnden Stückes und die Größe oder die Wärmekapazität des zu behandelnden Stückes ebenfalls berücksichtigt werden müssen. In Fig. 5 sind Versuchsergebnisse dargestellt, welche die Beziehung der Wärmecindringzahl (b) und der Härtbarkeit mit Bezug auf die Größe des 711 bchandclndcn Stückes veranschaulichen, wobei die Härlbarkeit durch den idealen kritischen Durchmesser I)₁ dargestellt ist. Bei größeren Werten dieses Durchmessers ist die Härtbarkeit entsprechend hoch.

In der Darstellung der Fig. 5 zeigt die Kurve A die Beziehung zwischen der erforderlichen Wärmceindringzahl und der Art des Materials im Fall einer Abschrcckbehandlung einer Stahlplatte mit 2 mm Dicke. Entlang der Ordinalcn-Achsc sind mehrere repräsentative Stoffe in der Ordnung ihrer Wärmecindringzahl eingetragen. Wenn z. B. eine Platte auf JIS S 45 C mit D₁ von nahezu gleich 20,32 mm und einer Dicke von 2 mm abgeschreckt werden soll. kann die Wärmecindringzahl der Kühlform aus dei Kurve A bestimmt werden mit

b - 200.

Wenn daher eine Platte, die aus dieser Art Stab hergestellt ist und eine Dicke von 2 mm aufweist abgeschreckt werden soll, genügt ein Wert de Wärmeeindringzahl von über 200 für den gewünsch ten Zweck, und das Material des Abschrcckwcrk zeuges kann aus Eisen, Aluminium oder Kupfer be stehen. Die gewünschte Abschreckung kann ii diesem Fall verwirklicht werden, indem irgendein! Kombination aus dem Bereich über der Kurve / gewählt wird. In gleicher Weise zeigt das Gebiet übe der Kurve B die verschiedenen Kombinationen weiche ein Abschrecken einer Stahlplatte von 6 mn Dicke ermöglichen. Das Gebiet über der Kurve ( zeigt in gleicher Weise verschiedene Kombinationen welche eine Abschrecknngsbehandlung einer 25 mn dicken Stahlplatte ermöglichen. lNichiciscn-Matcriai

wie Aluminium, zeigt ähnliche Verhältnisse wie die hier erläuterten.

Bezüglich der Wärmekapazität (spezifische Wärme multiplizi-rt mit Gewicht), Kcal/ C, kann die Abschreckung leichter verwirklicht werden, wenn das Kühlmaterial einen höheren Wert als das zu behandelnde Stück aufweist.

Die erreichbare Endtemperalur T (^r'C) des behandelten Stückes kann aus der folgenden Formel berechnet werden:

C₁T₁ ί CJ, C₁ \ C

(2)

Hierin bedeuten C,'die erforderliche minimale Wärmekapazität des zu behandelnden Stückes, T₁ die anfängliche Temperatur des Stückes, T., die anfängliche Temperatur des Kühlmalcrials und ('._, die Wärmekapazität des Kühlmaterials.

Nachstehend soll ein Mustcrfall betrachtet werden, bei welchem ein Stahlstück durch Berührung mit einem festen Kühlmaterial abgeschreckt wird. Die theoretisch erreichbare Endtemperatur des Stückes nach Berührung mit dem Absclircckmaterial muß niedriger als die Temperatur sein, bei welcher die Umwandlung in Martcnsit beginnt, d. Ii. unter dem Ms-Piinkt liegen. Im Fall der Abschreckungsbchandlung eines Stahls mit einem Ms-Punkl von 200"C ( — 7) bei einer Ausgangstempcratur von SOO⁰C ( 7',) und unter der Annahme, daß die Temperatur des Abschreckwerkzeuges bei 20 C ( = -7'.,) liegt, ist das Verhältnis C/C, nahezu gleich 3,3, wenn diese Werte in die Formel 2 eingesetzt werden. Um die Temperatur des Werkstückes durch eine Abschreckberührung der vorstehend geschilderten Art auf einen unter dem Ms-Punkt liegenden Wert zu bringen, muli die Wärmekapazität des abschreckenden Materials wenigstens das 3.3fache derjenigen des zu behandelnden Stückes betragen. Wenn die zu erreichende Endtemperatur des Werkstückes gegen das Verhältnis zwischen der Wärmekapazität des Werkstückes und derjenigen des abschreckendes Materials abgetragen wird, ergibt sich eine Kurve, wie sie beispielsweise in Fig. 6 dargestellt ist. Die Ms-Punkte mehrerer bevorzugter Materialien sind entlang der Ordinaten-Achse eingezeichnet.

Nachfolgend werden mehrere besondere Erscheinungen an Hand von praktischen Versuchen beschrieben. In diesen Versuchen bestehen die Formund Abschreck-Wcrkzeuge aus Baumaschincn-KohlenstofTstahl der Type JIS, S 45 C.

F i g. 7 zeigt mehrere Vergleichskurven. Für diese Kurven waren die Werkstückmaterialien JIS, S 45 C und JlS. SCM 4, wobei das letztgenannte Material ein Chrom-Molybdän-Stahl der Klasse 4 ist. Bei Festsetzung der abgeschreckten Härte auf H_KC 55 war die härtbare Dicke von Stahlplattenwerkstücken gleich oder sogar größer wie diejenige bei üblichen Öhbschreckverfahren. In den Vergleichsversuchen nach Fig. 7 wurden Muster von 850¹C nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abgeschreckt und Vergleichsversuchc mit Ölabschreckung angestellt. Die abgeschreckte Harte wurde gegen die Dicke des fviusicis abgetragen. Aus der Darstellung ist zu ersehen, daß etwa 8 mm dicke Muster aus J IS, S 45 C und etwa 16 mm dicke Muster aus JIS, SCM 4 wirksam nach der Erfindung abgeschreckt werden konnten.

Aus Fig. 8 ergibt sich, daß bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Abschreckverfahrens mit einem beträchtlich großen Bereich von Formanwcndungsdrücken gearbeitet werden kann, um eine gleichmäßig verteilte Absehreckhärte und eine spezifische Dicke des Musters zu verwirklichen, wie im Fall einer Membranfeder für die Verwendung in

ίο Kraftfahrzeugkupplungen, wie oben erwähnt wurde. In dieser Figur wurde die abgeschreckte Härte gegenüber dem Formdruck abgetragen. An der rechten Seite der Darstellung und entlang der Ordinaten-Achse sind die Enddicken der abgesch reck Jen Muster angezeigt.

Danach beträgt der Anwendungsdruck der Form, der erforderlich ist, um eine gleichmäßige Verteilung der abgeschreckten Härte zu erreichen, 6 kg/cm- oder mehr. Andererseits liegt der Formanwenddruck, der erforderlich ist, um eine gleichmäßige Dicke des abgeschreckten Stahlblechwerkstiickes zu erreichen, in einem Bereich von 0 bis 2000 kg/cm-, d. h. in einem beträchtlich großen Bereich. Es empfiehlt sich, aus dem oben angegebenen Druckbcreich einen einerseits möglichst geringen, jedoch andererseits genügend großen Druck auszuwählen, um den gewünschten Formpreß-EITekt für das behandelte Werkstück zu erreiche!¹.. Falls jedoch ein'· Verringerung der Dicke des Stahlblechwerkstiickes während des Formprcß- und Abschreckvorganges in einem gewissen Ausmaß zulässig ist oder statt dessen eine Verringerung der Dicke des zu behandelnden Werkstückes tatsächlich gewünscht wird, hat der Formanwendungsdruckbcreich. der oben genannt wurde, eine geringere Bedeutung.

!n der folgenden Aufstellung wird das Ergebnis eines Vergleichsvcrsuehes gezeigt, wobei die Unterschiede in der Höhe der Hcbelenden als ein Maß für den entstandenen Abschreck-Vcrzug in den ab-

4" geschreckten Stahlcrzeugnisscn, nämlich den Membranfcdcrn für Kraftfahrzeugkupplungeii. verwendet werden. Dabei sind diese Werkstücke vergleichsweise mit dem bekannten Öl-Abschrcckverfahrcn einerseits und andererseits mit dem Formprcß- und Abschrcckverfahrcn nach der Erfindung behandelt worden. Es hat sich herausgestellt, daß die erfindungsgemäß behandelten Werkstücke nur '/₈ bis Vj des bei den üblichen Abschreckverfahren auftretenden Verzuges aufweisen.

Art des
Abschreck-Verfahrens

Bekanntes Verfahren
(Öl-Abschreckung)

Erfindungsgemäßes
Verfahren (Formpressen und

-Abschrecken). ...

Unregelmäßigkeit in der Höhe am äußeren Rand

1,12 mm

0,14 rrm

Unregelmäßigkeit in der Höhe an den inneren Hcbelenden

3,61 mm

0,25 min

Die Zahlen dieser Gegenüberstellung sind Mittel werte von 50 Versuchsmustern für jeden Fall.

Die Unregelmäßigkeit in der Höhe am äußere Umfang des Werkstückes wurde derart gemessci

daß die erzeugte Membran-Feder auf eine libene Platte gesetzt wurde und die öiiUchen Lücken zwischen dem Rand der Bodenfläuie der Membran und der Fläche genau gemessen wurden. Wenn die Lücke mit Null gemessen wurde, wurde angenommen, daß kein Absehreckungs-Verzug vorhanden war. Andererseits wurde die Unregelmäßigkeit in der Höhe an den inneren Hebclendcn durch die Höhendifferenz zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Hebclende bestimmt. Falls die Differenz Null war, wurde angenommui, daß der Abschreckungs-Vcr/ug in dieser Hinsicht ebenfalls Null war.

Nachfolgend soll das crfindungsgcrniißc Verfahren mit dem üblichen Verfahren in bezug auf den Ervvarmungszyklus verglichen werden. Fun bekanntes Vergleichsverfahren weist die nachstehenden vier Bciiandlungssehriltc in Reihenfolge auf:

1. Formpressen eines ebenen Membranfederwerkstückes /ur Erzielung der gewünschten Kegelslumpfform,

2. Erwärmung des formpressenden Werkstückes auf etwa 83O¹C über 20 Minuten und Eintauchen in ein Ölbad zum Abschrecken,

3. Erwärmung des abgeschreckten Werkstückes auf etwa 320⁰C für etwa 90 Minuten und LuTt abkühlung auf normale Temperatur, um die Marie auf einen gewissen kleine!¹. Grad /u verringern.

4. Erwärmung des derart behandelten Werkstückes auf etwa 450°C während ISO Minuten, wobei es zwangsweise in seiner Lage durch Anlegen von Einspannmitteln gehalten wird, und LuItahkühlung auf normale Temperatur zum Anlassen und zum Beseitigen eines Abschreckungs-Verzuges.

Nach dem erfmdungsgeniäßen Abseil ι eck-Verfahren wird das ebene Werkstück auf etwa 830 C 20 Minuten lang erwärmt und drum zwischen einem Paar Preßformen eingespannt, wodurch das Werkstück sowohl abgeschreckt als auch formgepreßt wird.

Das derart abgeschreckte und formgepreßte Werkstück zeigt nur einen äußerst geringen Abschrekkungs-Vcrzug, wie auch aus der vorstehenden Gegenüberstellung hervorgeht. Dadurch wird praktisch ein zusätzlicher, gesonderter Schritt zur Beseitigung des Verzuges, der üblicherweise nach dem Stand der Technik angewendet wird, überflüssig. Es ist nur erforderlich, das abgeschreckte Werkstück auf etwa 450° C wahrend etwa 90 Minuten zu erwärmen und dann auf normale Temperatur in der Luft zu kühlen, um einen Anlaßeffekt zu erreichen. Daher besteht das ganze Verfahren aus nur zwei Wärmebehandlungsschritten, wodurch die gesamte Wärmebilanz verbessert wird.

Praktische Versuche haben gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren in einer solchen Weise verwirklicht werden kann, daß das Stahlwcrkstück in der Form gepreßt und gleichzeitig örtlich abgeschreckt wird.

Eine abgewandelte Form des erfindungsgemäßen Verfahrens und eine Einrichtung zu dessen Ausführung wird mit Bezug auf die Fig. 9 und 10 beschrieben.

In diesem Fall wird auf einer abgewandelten Einrichtung (s. F i g. 9) ein Membranfederwerkstück 40' behandelt, das zur Verwendung in Kraitfaliizeugkupplungen bestimmt und aus einem Stahlblech vorgefertigt ist, das 2 Millimeter Dicke hat. Das Stahlmaterial ist Wcrkzeug-KohlenslolTstahl der Klasse 5 entsprechend den Bestimmungen des JIS, SK.-5.

Die Behandlung wird so ausgeführt, daß das Werkstück auf die gewünschte Form eines Kegelslumpfes formgepreßt wird, während es gleichzeitig einer Abschreckung nur örtlich auf dem umfänglichen, ringförmigen Abschnitt 101 unterworfen wird, der in F i g. 1 durch eine punktierte Kreislinie 104 abgegrenzt ist und sieh außerhalb dieser Linie befindet. Zu diesem Zweck sind das obere und das untere Formelement 28 und 36 mit entsprechend aul'einanderpassenden Arbeitsflächen 28/)' und 36/)' ausgebildet, deren Fläcliengröße kleiner als in der ersten Ausführungsl'orm ist, um die gewünschte örtliche Abschreckung von der Ober- und der Unterseite der umfänglichen ringförmigen Zone des Werk-Stückes aus auszuführen. Der übrige Teil der Arbeitsflächen der Forinieile ist im wesentlichen ausgenommen, wie bei 28c/ und 36 </ dargestellt ist. um zu verhindern, daß das Werkstück in irgendeine körperliche Berührung mit den Preßformen tritt.

Die Einzelheiten des Verfahrens sind in diesem Fall die gleichen wie bei der ersten Aiisliilmin;:sfonn. Das Membranfederwerksiiick 40' wiru auf eine Alischrcrk-TemperaUir erwärmt und dann auf das untere Formelement 36' um den Ausrichtungs/aplcii

3u 30' herumgelegt, worauf das obere Formcleineiil 28' auf das untere Formelement hydraulisch gesenkt wird, wobei das zentrisch angeordnete. /11 behandelnde Werkstück dazwischen liegt. Dabei wird in diesem Fall der äußere umfängliche Ringabsehniii 10Γ des Werkstückes in wärmeleitende Druckberiihrung mit den entsprechenden Arbeitsflächen 28 Λ' und 36/)' gebracht. Die übrige Flüche des Werkstückes wird daran gehindert, mit den pressenden und abschreckenden Formelenieiuen in Berührung zu treten, wie bereits erwähnt worden ist. In Fig.¹) ist der derart eingespannte Ring 10Γ mit >\ gekennzeichnet, während der übrige, berührungsfreie Bereich mit ».v« bezeichnet ist. Auf diese Weise wird nur der eingespannte und gepreßte B<^>rMeb »y. abgeschreckt, während der übrige, beriihrungsfreie Bereich keinerlei Abschreckungswiikung unterliegt.

Fig. H) zeigt eine Kurve, welche eine Verteilung der Härte nach dem Abschrecken in dem derart behandelten Werkstück veranschaulicht. Nach dci Kurve ist der äußere Randbercich 10V des Werk Stückes 40' mit einer radialen Länge »>·« (s. oben einer merklichen Abschreckung unterworfen wor den, die zu einer Härte \on H_KC von 65^: führt während der übrige, berührungsfreie Bereich mi einer radialen Länge ».v« nicht abgeschreckt wordei ist und im Mittel eine Härte von H^C 30 ' zeigt. Di< Temperatur, von der aus das Werkstück abgeschrcck worden ist, hat 830" C betragen, wie bei den vorher gehenden Beispielen.

Auf diese Weise ist das Werkstück fcrmgepreU und gleichzeitig wirksam abgeschreckt worden.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß das erfin dungsgemäße Verfahren eine kombinierte Formprcl· und Abschreckungswirkung zeigt, die entweder at das gesamte Werkstück oder örtlich begrenzt und m einem geringstmöglichen Abschrcckungsvcrzug au! geführt werden kann. Ein sonst erforderlicher Ar iaßvorgang mit Einspannung zur Beseitigung dt

¹K-H \ ei Inrmmiü. die bei bet.aiiüten Ali leriahrui auftritt. v.ird praktisch überflüssig, rtlem wird die I Iärie\ciicilung in dem ab-.ktcn Werkstück äuücrst uleiclniuil'i^. \u>iel) ein v.eilerer Vorteil bei der Anwendung ^r. ndr.ng criiibl.

r iiewis^en L^;nisiaiuleii können die liiniielelinii oiler dav /u beliandelnde Werkstück •liciilieliiiiulelt weiilen. um die Abschreck- : /u beschleunigen oiler /u xer/öüern. Vm ι« ,„..„,„ _Z,_c.k kann eine H.Us.gkeit oder „„ I „her ■ ,r 'die ArbeitslUichen der I or.nelernente oder sogar : e /u behandelnde YKcW des \WkMuekes

Χ au^b, acht ,erden. Fs kann auch erne Nk-„üiohe /u.schen das Werkstück und die Arlvus-Γ , des Fonnelemenles gelegt werden Im emc ih vwrk.an,er.· Kühlung durel, das Kuh nntie, /, erreichen kann dieses vor l-li.ispeisunu in die U,r

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Hierzu 2 lilatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2 bildet ist. ohne Belastung irgendwelcher flächigen Patentansprüche: "Teile des Propellers die festen Kanten des Propeller- llügels in der Weise zu berühren, daß die angewen- I. Verfahren zur Bearbeitung von Stahlwerk- tiefen Haltemittel der bei der Abkühlung während stücken, insbesondere zur Herstellung von Mein- 5 der Wärmebehandlung auftretenden Schrumpfung branfedern od. dgl., wobei das Werkstück einem unmittelbar folgen können, d.h. mit der Außenseite Preßvorgaug mit Hilfe zweier miteinander zu- des Flügels in Berührung bleiben, ohne eine zusälzsammenwirkender Formteile und einer Wärme- liehe Fonnkraft auszuüben. Aus der deutschen Ausbehandlung unterworfen wird, die eine Erwär- legesehrii't 1171 942 ist ein Verfahren bekannt, das mung bis zum austenitischen Zustand und eine io zum Verringern des Wärnieverzuges, der beim AbAbschreckung umfaßt, dadurch gekenn- schrecken eine härtbaren, im wesentlichen ringlörze ic Ii η el. daß das Werkstück als Rohling pis inigen Werkstückes einiiitt. d.as während des Abzuni austenitischen ZiMiind erwärmt und dann Schreckens zwischen Klemmbacken fest eingespannt zwischen den Formhilen unter gleichzeitiger Ab- ist, vorgesehen, daß durch Bewegen der Klemmhakschreckung in Form gepreßt wird. 15 ken this Werkstück vor dem Abschrecken um einen

1. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch ge- zur Achse des Werkstückes konzentrischen neutralen

kenn/lehnet, daß das Werkstück durch teilweise Kreis hin- und hergebogen wird. Die bereits fertige

Hinspannung zwischen den Formteilen in Form Form des. Werkstückes soll dadurch nicht beeinträch-

gepreßt und gleichzeitig nur der eingespannte tigt. sondern im Gegenteil, erhalten und vor irgend-

Teil abgeschreckt wird. ₂n einem Verzug während ties Abschreckvorganges be-