DE2003306B2 - Verfahren zum bearbeiten von stahlwerkstuecken, insbesondere zur herstellung von membranfedern oder dergleichen, sowie einrichtung zur ausfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

cann auch so ausgeführt sein, daß jedes der zusammenwirkenden Formelemente mit einer Ausnehmung /ersehen ist, welche teilweise die eine örtliche Abschreckung auf das Werkstück ausübende Arbeits-Bäche begrenzt.

In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele für das er-

' die Membranfeder 100 um ihre Mittelachse rotationssymmetrisch ausgebildet und allgemein kegelstumpfförmig ist Die Membranfeder wird allgemein aus einem hochkohlenstoffhaltigen Stahl hergestellt, und die Hebelenden 103 müssen gehärtet werden, so daß sich eine geringstmögliche Gleitabnutzung ergibt, wenn die Enden in Berührung mit einem i

eioer Kiaftfabneugkupptang geeigaetea Membran-

ßen Verfahren herzustellenden Erzeugnisse,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Membranfeder nach derfolgeaden HersteUungsschritten bearbeitet:

F i g. 3 eine Seitenansicht einer zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verwendenden Einrichtung,

F i g. 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung wesentlicher Teile der Einrichtung nach Fig. 3, ao

F i g.5 ein Diagramm, in welchem die Wärmeeindringzahl (Kcal/m² ■ ⁰C · h¹ ₈) des Werkzeugs gegenüber dem idealen kritischen Durchmesser in Zoll (= 2,54 cm) des Werkstückes als praktisches Beispiel für das erfindungsgernäße Verfahren abgetra- as gen worden ist,

F i g. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen der theoretischen Endtemperatur in ° C, die nach dem Abschrecken im Werkstück erreicht wird, und dem Wärmekapazitätsverhältnis, d. h. dem relativen Verhältnis zwischen der Wärmekapazität des für die Abschreckung verwendeten Werkzeuges und derjenigen des abzuschreckenden Werkstückes,

F i g. 7 ein Diagramm, welches die Härte von erfindungsgemäß abgeschreckten Werkstücken in Beziehung zu deren Dicken bringt,

F i g. 8 eine Kurvendarstellung zur Veranschaulichung des Einflusses, den der Arbeitsdruck des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Härte und die Dicke des behandelten Erzeugnisses hat,

F i g. 9 eine der F i g. 4 ähnliche Darstellung einer Einrichtung zum örtlich begrenzten Abschrecken nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und

Fig. 10 eiiüe Kurvendarstellung, welche die Härteverteilung zeigt, die auf der Oberfläche eines Werkstückes entwickelt worden ist, das mit der abgewandelten Ausführungsform der Erfindung entsprechend F i g. 9 behandelt worden ist.

In den F i g. 1 und 2 ist zur Veranschaulichung ein Werkstück in Gestalt einer Membianfeder 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 Hauptfederteil 101 und eine Anzahl radial sich erstreckender, hebelartiger Abschnitte 102 auf, *>o die sich in gleichmäßiger Ausbildung vom Hauptfederteil 101 zur Mitte der Membran hin erstrecken (s. F i g. 1). Jeder det hebelartigen Abschnitte verjüngt sich zum Ende hin, und die inneren Endspitzen 103 aller Hebelabschnitte 102 liegen auf einem Kreis, der eine offene Kreisfläche in der Mitte der Membran umgibt (s. Fig. 1). Die vorstehende Beschreibung und die Zeichnung zeigen, daß die

a) Ein allgemein kreisförmiges Stück wird aus einem größeren Stahlblechabschnitt ausgestanzt, so daß es eine Anzahl hebelartiger Abschnitte 102 und einen ringförmigen Hauptteil 101 aufweist, der einteilig mit den hebelariigen Abschnitten ausgebildet ist

b) Das derart ausgestanzte ebene Stück wird in einer Formpresse auf Kegelstumpfform gebracht.

c) Das derart mit einer Kegelstumpffonn versehene Stück wird auf etwa 83O⁰C 20 Minuten lang erwärmt und dann in einem ölbad abgeschreckt, um das Stück als Ganzes zu härten.

d) Das gehärtete Stück wird dann auf etwa 320° C 90 Minuten lang erwärmt und darm auf Normaltemperatur luftgekühlt, um ein provisorisches Anlassen zu bewirken.

e) Das derart vorläufig angelassene Stück wird auf etwa 450C 180 Minuten lang erwärmt und dann auf Normaltemperatur durch Luftkühlung gebracht, um das Stück anzulassen und zu pressen und den Verzug zu beseitigen,

f) Das derart gepreßte und angelassene Stück wird an den Endspitzen der Hebel abschnitte einer Hochfrequenz-Induktionshärtung unterworfen.

g) Die Hebelabschnitte werden einem Anlaßvorgang unterworfen.

Diese Erläuterungen zeigen, daß nach dem bekannten Verfahren zur Herstellung von Membranfedern der gesamte Vorgang eine lange Behandlungsdauer und besonders geübte Arbeitskräfte erfordert, und zwar vor allem wegen der gesondert anzuwendenden Abschreck- und wiederholten Anlaß-Schritte, wie vorstehend unter c) bis e) angegeben worden ist, und wegen der Beseitigung des unvermeidbar auftretenden Wärmeverzuges.

Die vorliegende Erfindung sieht vor, mehrere Behandlungsschritte von b) bis e), beginnend mit dem Formpressen und endend mit dem einen Verzug beseitigenden Anlassen, in einem Schritt und in der kürzestmöglichen Zeitspanne derart auszuführen, daß ein aus einem Blechmaterial ausgestanztes Stahlstück, das auf eine Abschrecktemperatur erwärmt worden ist, einer Formpressung unterworfen wird. Dabei wird gleichzeitig das Stück in seiner Lage mittels Fonnfeilen gehalten, welche nicht nur dem Stück die gewünschte Raumform verleihen, sondern auch Wärme von dem Stück aufnehmen, um das Stück gleichzeitig mit der Formpressung zu seiner schließliehen Raumform abzuschrecken.

In den F i g. 3 und 4 ist eine Einrichtung dargestellt, die bevorzugt zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird.

Die erfindutigsgemäße Einrichtung weist eine Grundplatte 10 auf, die mit einer Mehrzahl von Füßen 11 versehen ist, welche auf einer Bodenfläche 12 stehen. Mehrere senkrechte Posten 13 sind mit ihren unteren Enden starr an der Grundplatte 10 befestigt. Eine starre obere Querplatte 14 ist fest an den oberen Enden der Posten angeordnet. Ein 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 für hydraulischen Druck verbunden, die etwa ein nicht dargestellter Druckölbehälter, eine ölpumpe od. ä. sein kann. Das Steuerventil 18 ist so gebaut und angeordnet daß durch Betätigung eines zum Ventil gehörenden Steuerhebels 19 der Fluß von Drucköl durch die Leitungen 16 und 17 an- und abgeschaltet werden kann, um öl dem Zylinder zuzuführen oder von ihm abzuziehen.

Ein Schlitten oder Preßstempel 20 ist als waagerecht sich erstreckende starre Platte ausgebildet die mit einer Mehrzahl Muffen 21 versehen ist welche gleitfähig auf den Pfosten 13 sitzen.

Der Hydraulikzylinder 15 ist mit einem oberen Flanschdeckel 15 a und einem unteren Flanschdekkel 15 b versehen, die durch eine Mehrzahl von im einzelnen der Einfachheit halber nicht dargestellten Bolzen starr befestigt sind und die unter Zwischenfügung 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 Ende starr mit dem Preßstempel 20 verbunden ist wobei wiederum die Befestigungsmittel zur Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellt sind. Die aus Kolben 24, Kolbenstange 25 und Preßstempel 20 bestehende Anordnung ist daher in senkrechter Richtung gleitfähig, wie durch den Doppelpfeil 25' in F i g. 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. unter Druck gesetzt

Eine Halterungsplatte 26 ist mittels einer Reihe von Schrauben 27 an der Bodenfläche des Preßstempels 20 befestigt and trägt ein oberes Fonnelement 28, das mittels Befestigungsschrauben 29 starr an der Platte 26 angeordnet ist Das Formeiement hat im wesentlichen die Form eines abgestuften Hohlzylinders. Das Formelement 28 weist eine Bodenwand mit einer Ausrichtungsausnehmung 129 auf. die so geformt und angeordnet ist, daß sie mit einem passenden Zapfen 30 zusammenarbeitet, wie noch erläutert wird. Der Innenraum 28a des Fonnteiles 28 ist mittels einer Deckelplatte 31 abgeschlossen, die abgedichtet mittels eines Dichtungsringes 32 durch mehrere Bolzen 33 an einer Schulterfläche 34 befestigt ist, welche an einem oberen Teil des Formteiles ausgebildet ist Die Bodenfläche 28 ft um den Ausrichtungseinschnitt 129 herum ist eine kegelstumpfformige Ringfläche, welche in die innere kegelstumpffönnige Fliehe der herzustellenden Membranfeder 40 paßt Der abgedichtet abgeschlossene Innenraum

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 5 Kanal 133, der seitlich durch den oberen Teil der Formteilwand gebohrt ist. Ein biegsamer Schlauch 34 ist an seinem einen Ende fest mit dem Kanal 133 verbunden. Eine Rohrleitung 35 schließt fest an das entgegengesetzte Ende des biegsamen Schlauches ία 34 an.

Eine untere Halterungsplatte 38, die in ihrer Art und Funktion der oberen Halterungsplatte 26 entspricht, ist durch Schrauben 37 an der Oberseite 10 a 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 a ist durch eine Deckelplatte 49 ähnlich dem oberen Deckel 31 abgedichtet ao abgeschlossen. Die Platte 49 ist unter Zwischenfügung von einem Dichtungsring 44 durch Schrauben 48 befestigt, und der damit abgedichtet abgeschlossene Innenraum 36 a dient wiederum als Kühlflussigkeitskammer wie die Kammer 28 a des oberen Formteiles. Die obere oder Arbeitsfläche 36 b des unteren Formteiles 36 hat allgemein eine die Fläche 28 b des oberen Formteiles 28 ergänzende Form und ist mit einer mittleren Ausnehmung 136 a versehen, in die ein runder Ausrichtungs- oder Einstellzapfen 30 für ein zu bearbeitendes Werkstück 40 eingepaßt ist. Das Werkstück ist entsprechend mit einer mittleren Öffnung 40a 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 Kühlmittelzufuhrleitung 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 a und 36 a 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 zum 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. So In einem Beispiel hatte das zu behandelnde Werkstück 40, ein Membranfeder-Rohling, einen äußeren Durchmesser von 170 mm und eine Dicke von 2 mm. Das Material des Stückes war ein Kohlenstoff-Werkasngstahl der Klasse 5 (JIS, SK-5). Das Material der Formen 28 und 36 tvar Maschinenbau-Kohlenstoff-Stahl (JIS, S45C). Der Ausdruck »JIS« ist ein Abkürzung von »Japanese Industrial Standard«.

Das ebene Membranfederstück wurde in einem geeigneten Ofen od. dgl· auf eine einen austenitischen Zustand herbeiführende Temperatur von etwa 830° C erwärmt Es wurde schnell aus dem Ofen herausgenommen und dann auf den unteren Formteil gesetzt dessen Ansrichtezapfen 30 in Flucht mit der mittleren runden öffnung 40 α des Stückes 40 gebracht wurde. Danach wurde das Steuerventil 18 so betätigt daß unter Druck stehende Arbeitsflüssigkeit durch die Leitung 16 in den oberen Zylinderraum eingespeist und die PreBstempelanordnung, die aus

dem Kolben 24, der Kolbenstange 25, der Preßstempelplatte 20, der oberen Halterungsplatte 26 und dem oberen Formteil 28 besteht, zwangsweise abwärts auf die untere Form 36 gefahren wurde. Dadurch wurde das Stück unter hohem Druck in seine Einspannungsstellung zwischen den beiden Formteilen gebracht. Während dieses Preß- und Abschreckungsvorganges wurde die Oberfläche des Werkstückes in Druckberührung mit der Arbeitsfläche des oberen Formteiles und in gleicher Weise die Bodenfläche 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 kegelstumpfartige 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 pro Quadratzentimeter betragen, je nach Größe und Abmessungen des zu behandelnden Stückes. Die Form- und Abschreckpresse kann 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 Abschreckeffektes gezeigt.

An Hand der Darstellungen in den F i g. 5 und 6 wird die Möglichkeit erläutert, die richtige Art des Materials und die erforderliche Wärmekapazität für die Kühlwerkzeuge in Abhängigkeit von der Materialart und Größe oder der Wärmekapazität des zu behandelnden Stückes auszuwählen, wobei auf verschiedene Versuchsergebnisse Bezug genommen wird. Es kann erwartet werden, daß mit Vergrößerung des Wänneflusses durch die Preß- und Abschreckfonnen mit einer höheren Kühlgeschwindigkeit 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 werden, durch die folgende Formel bestimmt werden kann:

T ·

(1)

Hierbei sind T₁ tcttd A₁ die Anfangstemperatur und die Wärmeeindrmgzahl oder der Wärmefluß des einen Körpers und T_t und b_s 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 (= T₁) erwärmt ist, abzuschrekken ist Es fragt sich, welche Art von Material und welche Wänneeindringzahl für die Abschreck-Formen gewählt werden solL Zu diesem Zweck kann die folgende Berechnung ausgeführt werden:

Die Wärmeeindrmgzahl (-O₁) für Kohlenstoffstahl kann sicher mit etwa 200 Kcal/m*-°C-h »/* raid die Temperatur (T₂) des kühlenden Werkzeuges kann mit etwa 2O⁰C angenommen werden. Falls der Stahl über die perlitische Umwandlungstemperatur des Stahls, d. h. die Temperatur des nasenartigen Vorsprunges an der S-Kurve des Stahls, von etwa 500⁰C (=T₁), sofort bei Berührung des Stahls mit dem Abschreckwerkzeug abgeschreckt wird, kann der gewünschte Abschreckeffekt tatsächlich erreicht werden. Wenn diese Werte in die oben angegebene Formel (1) eingesetzt werden, ergibt sich

b₂ = 125 Kcal/m*· ⁰C-IiVs

Demnach ist ein Werkzeugmaterial brauchbar, das einen größeren Wert für die Wärmeeindringzahl als den vorstehend berechneten Wert von b₂ aufweist. Aus der Darstellung in F i g. 5 ist zu entnehmen, daß Kupfer, Silber und Eisen größere Wärmeeindringzahlen als die oben angegebene aufweisen. Demnach kann irgendeines dieser Metalle zu Abschreck-

ao zwecken verwendet werden. In der vorstehenden Rechnung sind jedoch der Wärmewiderstand zwischen den sich berührenden Flächen und die Härtbarkeit der Legierungsart vernachlässigt worden. Es kann aber nicht stets gesagt werden, daß der Abschreckeffekt ausschließlich von der Oberflächentemperatur des zu behandelnden Stückes bei Berührung mit dem Abschreckwerkzeug 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 F i g. 5 sind Versuchsergebnisse dargestellt, welche die Beziehung der Wärmeeindringzahl (b) und der Haltbarkeit mit Bezug auf die Größe des zu behandelnden Stückes veranschaulichen, wobei die Härtbarkeit durch den idealen kritischen Durchmesser D₁ dargestellt ist. Bei größeren Werten dieses Durchmessers ist die Härtbarkeit entsprechend hoch.

In der Darstellung der F i g. 5 zeigt die Kurve A

die Beziehung zwischen der erforderlichen Wärmeeindringzahl und der Art des Materials im Fall einer Abschreckbehandlung einer Stahlplatte mit 2 mm Dicke. Entlang der Ordinaten-Achse sind mehrere repräsentative Stoffe in der Ordnung ihrer Wärmeeindringzahl eingetragen. Wenn z. B. eine Platte aus JIS S 45 C mit D₁ von nahezu gleich 20,32 mm und einer Dicke von 2 mm abgeschreckt werden soll, kann die Wärmeeindringzahl der Kühlform aus der Kurve A bestimmt werden mit

6 = 200.

Wenn daher eine Platte, die aus dieser Art Stahl hergestellt ist und eine Dicke von 2 mm aufweht, abgeschreckt werden sott, genügt ein Wert der Wänneeindringzahl von über 200 für den gewünschten Zweck, und das Material des Abschreckwerkzeuges kann aus Eisen, Aluminium oder Kupfer bestehen. Die gewünschte Abschreckung kann in

diesem FaD verwirklicht werden, indem irgendeine Kombination aus dem Bereich über der Kurve Λ gewählt wird. In gleicher Weise zeigt das Gebiet über der Kurve B die verschiedenen Kombinationen, welche ein Abschrecken einer Stahlplatte von 6 mm

Dicke ermöglichen. Das Gebiet über der Kurve C zeigt in gleicher Weise verschiedene Kombinationen, welche eine Abschreckungsbehandlung einer 25 mm dicken Stahlplatte ermöglichen. Nichteisen-Material,

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ίο

wie Aluminium, zeigt ähnliche Verhältnisse wie die hier erläuterten.

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

Die erreichbare Endtemperatur T (° C) des behandelten Stückes kann aus der folgenden Formel berechnet werden:

τ = CiIi+1

(2)

Hierin bedeuten C₁ die erforderliche minimale Wärmekapazität des zu behandelnden Stückes, T₁ die anfängliche Temperatur des Stückes, T₂ die an-

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 Formanwendungsdrücken gearbeitet werden kann, um eine gleichmäßig verteilte Abschreckhärte 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 abgeschreckten Muster angezeigt.

Danach beträgt der Anwendungsdruck der Form, der erforderlich ist, um eine gleichmäßige Verteilung der abgeschreckten Härte zu erreichen, 6kg/cm^s oder mehr. Andererseits liegt der Formanwenddruck,

fängliche Temperatur des Kühlmaterials und C₂ die 20 der erforderlich ist, um eine gleichmäßige Dicke des Wärmekapazität des Kühlmaterials. abgeschreckten Stahlblechwerkstückes zu erreichen.

Nachstehend soll ein Musterfall betrachtet werden, in einem Bereich von 0 bis 2000 kg/cm², d. h. in bei welchem ein Stahlstück durch Berührung mit einem beträchtlich großen Bereich. Es empfiehlt sich. einem festen Kühlmaterial abgeschreckt wird. Die aus dem oben angegebenen Druckbereich einen theoretisch erreichbare ündtemperatur des Stückes 25 einerseits möglichst geringen, jedoch andererseits nach Berührung mit dem Abschreckmaterial muß genügend großen Druck auszuwählen, um den geniedriger als die Temperatur sein, bei welcher die wünschten Formpreß-Effekt für das behandelte Umwandlung in Martensit beginnt, d. h. unter dem Werkstück zu erreichen. Falls jedoch eine Verrin-Ms-Punkt liegen. Im Fall der Abschreckungsbehand- gerung der Dicke des Stahlblechwerkstückes während lung eines Stahls mit einem Ms-Punkt von 200⁰C 30 des Formpreß- und Abschreckvorganges ir. einem (=T) bei einer Ausgangstemperatur von 800⁰C gewissen Ausmaß zulässig ist oder statt dessen eine I=T₁) und unter der Annahme, daß die Temperatur Verringerung der Dicke des zu behandelnden Werkdes Abschreckwerkzeuges bei 2O⁰C C=T₂) liegt, ist Stückes tatsächlich gewünscht wird, hat der Formdas Verhältnis C₂/Cj nahezu gleich 3,3, wenn diese anwendungsdruckbereich, der oben genannt wurde. Werte in die Formel 2 eingesetzt werden. Um die 35 eine geringere Bedeutung.

_ - *., _.., _^ .,___ j 1 At..., 1 j_n ^_er folgenden Aufstellung wird das Ergebnis

eines Vergleichsversuches gezeigt, wobei die Unterschiede in der Höhe der Hebelenden als ein Maß für den entstandenen Abschreck-Verzug in den ab-

terials wenigstens das 3,3fache derjenigen des zu 40 geschreckten Stahlerzeugnissen, nämlich den Mcmbehandelnden Stückes betragen. Wenn die zu er- branfedern für Kraftfahrzeugkupplungen, verwendet reichende Endtemperatur des Werkstückes gegen das werden. Dabei sind diese Werkstücke vercleichs-Verhältnis zwischen der Wärmekapazität des Werk- weise mit dem bekannten Öl-Abschreckverfahren Stückes und derjenigen des abschreckendes Materials einerseits und andererseits mit dem Formpreß- und abgetragen wird, ergibt sich eine Kurve, wie sie bei- 45 Abschreckverfahren nach der Erfindung behandeli spielsweise in Fig. 6 dargestellt ist. Die Ms-Punkte worden. Es hat sich herausgestellt, daß die erfinmehrerer bevorzugter Materialien sind entlang der dungsgemäß behandelten Werkstücke nur "_R bis ^l Ordinaten-Achse eingezeichnet

Nachfolgend werden mehrere besondere Erscheinungen an Hand von praktischen Versuchen beschrieben. In diesen Versuchen bestehen die Form- und Abschreck-Werkzeuge aus Baumaschinen-Kohlenstoffstahl der Type JIS, S 45 C

Fig. 7 zeigt mehrere Vergleichskurven. Für diese Kurven waren die Werkstückmaterialien JIS, S 45 C und JIS, SCM 4, wobei das letztgenannte Material ein Oirom-Molybdän-Siahl der Klasse 4 ist Bei Festsetzung der abgeschreckten Härte auf H_RC 55 war die härtbare Dicke von Stahlplattenwerkstücken gleich oder sogar großer wie diejenige bei üblichen Ölabsdireckverfabien. In den Vergleichsversuchen nach Fig. 7 wurden Muster von 850⁰C nach dem erfrndungsgemäßen Verfahren abgeschreckt und Vergleichsversuche mit ölabschreckung angestellt

Die abgeschreckte Härte wurde gegen die Dicke des 65 Die Zahlen dieser Gegenüberstellung sind Mittel Musters abgetragen. Aus der Darstellung ist zn er- werte von 50 VenrocbsnuSternfür jeden EaIl
sehen, daß etwa S mm dicke Muster aus JtS, Die Unregelmäßigkeit in der Hohe am äußere S 45 C und etwa 16 mm dicke Muster aus JIS, Umfang des Werkstuckes wurde derart Bemessen

Temperatur des Werkstückes durch eine Abschreckberührung der vorstehend geschilderten Art auf einen unter dem Ms-Punkt liegenden Wert zu bringen, muß die Wärmekapazität des abschreckenden Ma-

des bei den üblichen Abschreckverfahren auftretenden Verzuges aufweisen.

Art des Abschreck-Verfahrens	Unregel- : mäßigkeit in der Höhe am äußeren Rand	Unregel mäßigkeit in der Höhe an den inneren Hebelenden
Bekanntes Verfahren (Öl-Abschreckung) > Erfindungsgemäßes Verfahren (Form pressen und Abschrecken)..	1,12 mm 0,14 mm	3,61mm 0,25 mm

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Q ₁₂

daß die erzeugte Membran-Feder auf eine Ebene behandelt, das zur Verwendung in Kraftfahrzeug-Platte gesetzt wurde und die örtlichen Lücken zwi- kupplungen bestimmt und aus einem Stahlblech vorsehen dem Rand der Bodenfläche der Membran und gefertigt ist, das 2 Millimeter Dicke hat. Das Stahlder Fläche genau gemessen wurden. Wenn die Lücke material ist Werkzeug-Kohlenstoffstahl der Klasse 5 mit Null gemessen wurde, wurde angenommen, daß 5 entsprechend den Bestimmungen des JIS, SK-5.
kein Abschreckungs-Verzug vorhanden war. Ande- Die Behandlung wird so ausgeführt, daß das Werk-

rerseits wurde die Unregelmäßigkeit in der Höhe an stück auf die gewünschte Form eines Kegelstumpfes den inneren Hebelenden durch die Höhendifferenz formgepreßt wird, während es gleichzeitig einer Abzwischen dem höchsten und dem niedrigsten Hebel- schreckung nur örtlich auf dem umfänglichen, ringende bestimmt. Falls die Differenz Null war, wurde io förmigen Abschnitt 101 unterworfen wird, der in angenommen, daß der Abschreckungs-Verzug in F i g. 1 durch eine punktierte Kreislinie 104 abgedieser Hinsicht ebenfalls Null war. grenzt ist und sich außerhalb dieser Linie befindet.

Nachfolgend soll das erfindungsgemäße Verfahren Zu diesem Zweck sind das obere und das untere

mit dem üblichen Verfahren in bezug auf den Er- Formelement 28 und 36 mit entsprechend aufeinwärmungszyklus verglichen werden. Ein bekanntes 15 anderpassenden Arbeitsflächen 28 b' und 36 V ausVergleichsverfahren weist die nachstehenden vier Be- gebildet, deren Flächengröße kleiner als in der handlungsschritte in Reihenfolge auf: ersten Ausführungsform ist, um die gewünschte ört

liche Abschreckung von der Ober- und der Unter-

1. Formpressen eines ebenen Membranfederwerk- seite der umfänglichen ringförmigen Zone des Werkstückes zur Erzielung der gewünschten Kegel- 20 Stückes aus auszuführen. Der übrige Teil der Arstumpfform, beitsflächen der Formteile ist im wesentlichen ausge-

2. Erwärmung des formpressenden Werkstückes nommen, wie bei 28 d und 36 d dargestellt ist, um auf etwa 830° C über 20 Minuten und Eintau- zu verhindern, daß das Werkstück in irgendeine chen in ein ölbad zum Abschrecken, körperliche Berührung mit den Preßformen tritt.

3. Erwärmung des abgeschreckten Werkstückes 25 Die Einzelheiten des Verfahrens sind in diesem auf etwa 320° C für etwa 90 Minuten und Luft- Fall die gleichen wie bei der ersten Ausführungsabkühlung auf normale Temperatur, um die form. Das Membranfederwerkstück 40' wird auf eine Härte auf einen gewissen kleinen Grad zu ver- Abschreck-Temperatur erwärmt und dann auf das ringern, untere Formelement 36' um den Ausrichtungszapfen

4. Erwärmung des derart behandelten Werkstückes 30 30' herumgelegt, worauf das obere Fonnelement 28' auf etwa 45O⁰C während 180 Minuten, wobei auf das untere Formelement hydraulisch gesenkt es zwangsweise in seiner Lage durch Anlegen wird, wobei das zentrisch angeordnete, zu behanvon Einspannmitteln gehalten wird, und Luft- delnde Werkstück dazwischen hegt. Dabei wird in abkühlung auf normale Temperatur zum An- diesem Fall der äußere umfängliche Ringabschnitt lassen und zum Beseitigen eines Abschreckungs- 35 101' des Werkstückes in wärmeleitende Druckberüh-Verzuges. rung mit den entsprechenden Arbeitsflächen 28 b'

und 36 b' gebracht. Die übrige Fläche des Werk-

Nach dem erfindungsgemäßen Abschreck-Verfah- Stückes wird daran gehindert, mit den pressenden und ren wird das ebene Werkstück auf etwa 830C abschreckenden Formelementen in Berührung zu 20 Minuten lang erwännt und dann zwischen einem 40 treten, wie bereits erwähnt worden ist In Fi g. 9 Paar Preßformen eingespannt, wodurch das Werk- ist der derart eingespannte Ring 101' mit »y« gestück sowohl abgeschreckt als auch formgepreßt kennzeichnet, während der übrige, berührungsfreie wird. Bereich mit »at« bezeichnet ist. Auf diese Weise wird

Das derart abgeschreckte und fonngepreßte Werk- nur der eingespannte und gepreßte Bereich -»y« abstück zeigt nur einen äußerst geringen Abschrek- 45 geschreckt, während der übrige, berührungsfreie Bekungs-Verzug, wie auch aus der vorstehenden Ge- reich keinerlei Abschreckungswirkung unterliegt,
genüberstellung hervorgeht Dadurch wird praktisch Fig. 10 zeigt eine Kurve, welche eine Verteilung

ein zusätzlicher, gesonderter Schritt zur Beseitigung der Härte nach dem Abschrecken in dem derart bedes Verzuges, der üblicherweise nach dem Stand der handelten Werkstück veranschaulicht. Nach der Technik angewendet wird, überflüssig. Es ist nur er- so Kurve ist der äußere Randbereich 101' des Werkforderlich, das abgeschreckte Werkstück auf etwa Stückes 40' mit einer radialen Länge »y« (s. oben) 450° C während etwa 90 Minuten zu erwärmen und einer merklichen Abschreckung unterworfen wordann auf normale Temperatur in der Luft zu kühlen, den, die zu einer Härte von H_RC von 65° führt, um einen Anlaßeffekt zu erreichen. Daher besteht das während der übrige, berührungsfreie Bereich mit ganze Verfahren aus nur zwei Wärmebehandlungs- 55 einer radialen Länge »*« nicht abgeschreckt worden schritten, wodurch die gesamte Wärmebilanz ver- ist und im Mittel eine Härte von H^C 30° zeigt. Die bessert wird. Temperatur, von der aus das Werkstück abgeschreckt

Praktische Versuche haben gezeigt, daß das erfin- worden ist, hat 830° C betragen, wie bei den vorherdungsgemäße Verfahren in einer solchen Weise ver- gehenden Beispielen.

wirklicht werden kann, daß das Stahlwerkstück in 60 Auf diese Weise ist das Werkstück formgepreßt der Form gepreßt und gleichzeitig örtlich abge- und gleichzeitig wirksam abgeschreckt worden,
schreckt wird. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß das erfin-

Eme abgewandelte Form des erfindungsgemäßen dungsgemäße Verfahren eine kombinierte Formpreß-Verfahrens und eine Einrichtung zu dessen Aus- xmd Abschreckungswirkung zeigt, die entweder auf führung wird mit Bezug auf die F i g. 9 und 10 be- 6s das gesamte Werkstück oder örtlich begrenzt und mit schrieben. einem geringstmöglichen Abschreckungsverzug ausin diesem FaIi wird auf einer abgewandelten Ein- geführt werden kann. Ein sonst erforderlicher Anrichtung (s.Fig.9) ein Membranfederwerkstück 40' laßvorgang mit Einspannung zur Beseitigung der

merklichen Verformung, die bei bekannten Abschreckverfahren auftritt, wird praktisch überflüssig.

Außerdem wird die Härtersrteilung in dem abgeschreckten Werkstück äußerst gleichmäßig, wodurch sich ein weiterer Vorteil bei der Anwendung der Erfindung ergibt.

Unter gewissen Umständen können die Fonnelemente und/oder das zu behandelnde Werkstück oberftächenbehandelt werden, um die Abschreckwirkung zu beschleunigen oder zu verzögern. Zu

diesem Zweck kann eine Flüssigkeit oder ein Pulvep auf die Arbeitsflächen der Formelemente oder sogaÄ auf die zu behandelnde Fläche des Werkstückes:: selbst aufgebracht werden. Es kann auch eine Mos taUfolie zwischen das Werkstück und die Arbeitsfläche des Formelementes gelegt werden. Um eine noch wirksamere Kühlung durch das Kühlmittel zu erreichen, kann dieses vor Einspeisung in die Form, Kühlräume vorgekühlt werden. Unter bestimmten Umständen kann eine Kühl-Sole verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. bildet ist, ohne Belastung irgendwelcher nachigen Patentansprüche: Teile des Propellers die festen Kanten «des Propelier-

   flügels in der Weise zu berühren, daß die angewen-

   : 1. Verfahren zur Bearbeitung von Stahlwerk- deten Haltemittel der bei der Abkühlung während Stücken, insbesondere zur Herstellung von Mem- S der Wärmebehandlung auftretenden Schrumpfung branfedern od. dgL, wobei das Werkstück einem unmittelbar folgen können, d. h. mit (der Außenseite . ireßvorgang mit Hilfe zweier miteinander zu- des Flügels in Berührung bleiben, ohne eine zusätz-'sammenwirkender Formteile und einer Wärme- liehe Fonnkraft auszuüben. Aus der deutschen Ausbehandlung unterworfen wird, die eine Erwär- legeschrift 1171942 ist ein Verfahren bekannt, das mung bis zum austenitischen Zustand und eine io zum Verringern des Wärmeverzuges, der beim AbAbschreckung umfaßt, dadurch gekenn- schrecken eines härtbaren, im wesentlichen ringförzeichnet, daß das Werkstück als Rohling bis migen Werkstückes eintritt, das während des Abzum austenitischen Zustand erwärmt und dann Schreckens zwischen Klemmbacken fest eingespannt zwischen den Fonnteüen unter gleichzeitiger Ab- ist, vorgesehen, daß durch Bewegen der Klemmbakschreckung in Form gepreßt wird. 15 ken das Werkstück vor dem Abschrecken um einen
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- zur Achse des Werkstückes konzentrischen neutralen kennzeichnet, daß das Werkstück durch teilweise Kreis hin- und hergebogen wird. Die bereits fertige Einspannung zwischen den Formteilen in Form Form des Werkstückes soll dadurch nicht beeinträchgepreßt und gleichzeitig nur der eingespannte tigt, sondern im Gegenteil, erhalten und vor irgend-Teil abgeschreckt wird. »o einem Verzug während des Abschreckvorganges be-
3. 3. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens wahrt bleiben.

   nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein obe- Der Stand der Technik sieht demnach zusätzliche res und ein unteres Formelement (28 bzw. 36), Mittel vor, damit während eines Wärmebehandlungsderen Arbeitsflächen (28 δ, 366) in ihrer Form oder Abschreckvorganges die bereits fertige Form den entsprechenden Flächen des fertig bearbeite- as eines Werkstückes bO wenig wie möglich beeinträchten Werkstückes entsprechen und die jeweils tigt wird. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufeinen an eine Quelle für ein flüssiges Kühlmittel gäbe zugrunde, ein der Bearbeitung oder Herstellung angeschlossenen Raum (28 a, 36 a) enthalten, von Stahlwerkstücken dienendes Verfahren, das und durch eine Preßvorrichtung (15), durch die auch einen Wärmebehandlungsgang enthält, unter die Formelemente zur Ausübung eines vorbe- 30 Wahrung oder Verbesserung der bisher erreichbaren stimmten mechanischen Drucks gegeneinander Formgenauigkeit durch Einsparung von Arbeitsbewegbar sind. schritten zu vereinfachen. Zur Lösung dieser Auf-
4. 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 Formelemente (28'. 3€T) mit einer Ausnehmung 35 Rohling bis zum austenitischen Zustand erwärmt und (28d, 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 b\ 36 V) begrenzt. vorzugsweise auch so vorgegangen werden, daß das

   Werkstück durch teilweise Einspannune; 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 austenitischen Zustand erwärmt worden ist. Erst in Herstellung von Membranfedern od. dgl., wobei das der Presse erhält das Werkstück seine vorgesehene Werkstück einem Preßvorgang mit Hilfe zweier mit- Form bei gleichzeitiger Abschreckung. Die Erfindung einander zusammenwirkender Formteile und einer ermöglicht daher einen wesentlichen Fortschritt, 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 erfindungsgemäßen 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 oder Endprodukte aus Stahlblech in der Weise her- Verfahren hergestellten Erzeugnisse verbessert, obgestellt, daß die Teile in aufeinanderfolgenden 55 wohl übliche, bislang zur Ausschaltung von vorher-Schritten in Form gepreßt und gehärtet werden. Die gehend aufgetretenen Fehlern vorgesehene Bearbeigehärteten oder abgeschreckten Werkstücke zeigen tungsschritte fortgelassen werden,
   häufig einen beträchtlichen Verzug gegenüber der Die Erfindung sieht auch eine Einrichtung zur

   gewünschten Form. Dadurch werden zusätzliche Be- Ausführung des Verfahrens vor. Eine solche Einricharbeitungsschritte erforderlich, wie Hämmern oder 60 tung ist versehen mit einem oberen und einem unte-Recken, Anlassen und Pressen, um den durch die ren Formelement, deren Arbeitsflächen in ihrer Form Härtung entstandenen Verzug zu 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 Kühlmittel angeschlosstellenden Werkstückes. 65 senen Raum enthalten, und mit einer Preßvorrich-

   Es ist bereits bekannt (s. die USA.- Patentschrift tung, durch die die Formelemente zur Ausübung 818), bei der Wärmebehandlung eines fertig eines vorbestimmten mechanischen Drucks gegengeformten Propellerflügels, der als Hohlform ausge- einander bewegbar sind. Eine solche Einrichtung