DE2310913B2

DE2310913B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verfestigen von Zahnradzähnen

Info

Publication number: DE2310913B2
Application number: DE19732310913
Authority: DE
Inventors: Wladimir Samuilowitsch Gurewitsch; Efim Grigorjewitsch Rosliwker; German Alexandrowitsch Surawlew; Eduard Michaijlowitsch Tschilewitsch
Original assignee: ROSTOWSKIJ ORDENA TRUDOWOWO KRASNOWO SNAMENI GOSUDARSTWENNY UNIWERSITET ROSTOW-NA-DONU (SOWJETUNION)
Current assignee: ROSTOWSKIJ ORDENA TRUDOWOWO KRASNOWO SNAMENI GOSUDARSTWENNY UNIWERSITET ROSTOW-NA-DONU (SOWJETUNION)
Priority date: 1972-03-07
Filing date: 1973-03-05
Publication date: 1975-10-23
Also published as: DD103015A1; HU170497B; FR2175075B1; CS169501B1; DE2310913A1; FR2175075A1

Description

dazu führt, daß sich die Erhöhung der Festigkeitswerte Diese Lösung gestattet:

des Werkstoffes und bleibende Druckspannungen in _ßej wärmebehandlung gleichzeitig mit der Bieder verfestigten Schicht auf die pauschale Steigerung _{eine hohe} Festigkeit der Zähne von Zahnder B.egefestigkeit der Zähne ι ur unbedeutend aus- _{rädern aus} Kohlenstoff- oder Einsatzslählen zu wirken. 5 erhalten

Es sei betont, daß Tiefe und Verteilung der blei- _{b) Zähne von Zahnrädern aus} Kohlenstoff- oder

benden Druckspannungen die B.egefestigxe.t der Einsatzstählen nach dem vorliegenden Verfahren

Zahne der Zahnräder ausschlaggebend bee.nflussen. ,_{u verfestigen>
die vorher eine hohe} Härtung oder

Die bekannten Vcrfesligungsverfahren gestatten _{eine voI},_standige Wärmebehandlung auf Kosten

nicht, eine solche Spannungsverteilung zu schaffen, _{lo dner} Verminderung der Elastizitätsgrenze des

bei der die Spannungen im Zahnwerk.toff unter dem Werk.tcffs im Bereich der Hohlkehlen der Zähne

Einnuß der Betriebsbeanspruchung über den gesamten erfuhren

gefährdeten Querschnitt gleichförmig genug verteilt _{c) Bei einer} Wärmebehandlung nach der Biegung

wurden _{ejne hone} Oberflächenfestigkeit zu erhalten und

Bei bekannten Verfestigungsverfahren hegen die ₁₅ die Biegefestigkeit auf Grund thermomechanischer

Höchstspannungen in dem gefährdeten Zahnquer- Behandlung des Bereichs der Hohlkehlen der

schnitt unter der Einwirkung der Betriebsbelastung in _Zähne _der _{Zahnräder zu} erhöhen, deren Werkstoff

einer der Oberfläche nahen Schicht, und der Werkstoff _{nach dem Zahnfr}ä_sen keiner Wärmebehandlung

des Kernes ist an der Aufnahme der Betriebsbelastung unterworfen worden ist
nnr unwesentlich beteiligt. ao

Es ist Zweck der vorliegenden Erfindung, die er- Die Vorrichtung zur Verwirklichung des Verfah-

wähnten Nachteile zu beseitigen. rens zur Verfestigung der Zähne von Zahnrädern ver-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver- mittels plastischer Verformung, die durch Biegung in

festigungsverfahren für Zähne von Zahnrädern und Richtung der Betriebsbeanspruchung erfolgt, enthält

eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, 25 ein Maschinenbett, das eine Spannvorrichtung für das

die es ermöglichen, eine tiefergehende Kalthärtung des zu bearbeitende Zahnrad, eine Vorrichtung zum

Werkstoffes der Zähne in dem gefährdeten Querschnitt plastischen Verformen der Zähne und einen Antrieb

zur Erhöhung der Verfestigungstiefe und der Größe zum relativen Bewegen dieser Vorrichtung und des

und Tiefe von bleibenden Druckspannungen zustande Zahnrades trägt.

zu bringen, was insgesamt eine größere Steigerung der 30 Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung zur Erzeugung

Biegefestigkeit der Zähne von Zahnrädern bewirken plastischer Verformung als Ring ausgebildet, der an

soll. seiner Innenfläche mindestens einen Vorsprung auf-

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch weist, der während der gegenseitigen Relativbewegung

ein Verfestigungsverfahren für Zähne von Zahnrädern des Ringes und des darin koaxial angeordneten, von

vermittels plastischer Verformung gelöst, bei dem die 35 der Spannvorrichtung gehaltenen Zahnrads mit den

plastische Verformung durch Biegung der Zähne in Zähnen des Zahnrads auf ihrer Länge nacheinander

Richtung der im Betrieb auftretenden größten Be- in Eingriff kommt und diese biegt,

lastung durchgeführt wird. Diese Lösung bietet die Möglichkeit, die Zähne des

Dadurch, daß die Zähne des zu verfestigenden Zahn- zu bearbeitenden Zahnrades mit einem Biegemoment

rades eine Biegung erfahren, die im Zahnwerkstoff die 40 zu beanspruchen, das im Zahnwerkstoff des Zahnrades

Elastizitätsgrenze überschreitende Spannungen mit Biegespannungen oberhalb der Fließgrenze und mit

demselben Vorzeichen wie die der Betriebsbelastung demselben Vorzeichen wie bei der Belriebsbelastung

verursacht, bilden sich in dem gefährdeten Zahnquer- verursacht.

schnitt Spannungen aus, die sich auf die Spannungs- Es ist vorteilhaft, wenn jeder Vorsprung als in einer

neuverteilung unter dem Einfluß der Betriebsbelastung 45 Längsnut an der Innenfläche des Ringes geführtes

wesentlich auswirken, wobei sie während des Betriebs Druckelement ausgebildet ist, das senkrecht zur be-

der Zahnräder eine günstigere Spannungsverteilung rührten Flankenfläche des Zahnes einstellbar ist.

im Zahnwerkstoff des gefährdeten Querschnitts, den Diese Lösung bietet die Möglichkeit, die Forde-

Kern miteinbegriffen, gewährleisten. rungen an die Herstellungsgenauigkeit der Vorrich-

Außerdem bewirkt die plastische Biegeverformung 50 tung zur Erzeugung plastischer Verformung herabzu-

die Kalthärtung des Werkstoffes der Zähne am Groß- setzen und Maßfehler des zu bearbeitenden Zahnrades

teil des gefährdeten Querschnitts, was bei keinem der mit Hilfe der Einstellbewegung der Druckelemente

bekannten Verfestigungsverfahren möglich ist. auszugleichen.

Es ist vorteilhaft, wenn die Flanken der Zähne vor Zur Bearbeitung von Zahnrädern mit in Längs-

der Biegung der Zähne einer derartigen Härtung unter- 55 richtung nach Schraubenlinien verlaufenden Zähnen

worfen werden, daß sich nach der Biegung die Ge- — z. B. von Zahnrädern mit Schrägverzahnung — be-

samthärte im Übergangsbereich der gehärteten in die steht das Druckelement aus mindestens zwei Teilen,

kallverfestigte Schicht gleichförmig in Richtung der die eine krummlinige Fläche bilden.

Zahnflankenhöhe ändert. Diese Lösung ermöglicht eine gleichmäßige Ver-

Eine solche Lösung ergibt eine hohe Fesiigkeit der 60 teilung der Belastung während der plastischen VerZähne der Zahnräder und schließt zugleich eine zu- formung auf die Zahnlänge, was mit Hilfe eines ungesätzliche Spannungshäufung als Folge eines Härte- teilten Druckelementes nur schwierig zu erreichen ist Sprunges im Übergang von der gehärteten in die kalt- Damit die Vorrichtung zur Erzeugung plastische! verfestigte Schicht aus. Verformung gleichzeitig Funktionen des Induktors

Es ist ebenfalls vorteilhaft, wenn die Zahnflanken 65 erfüllt, der das zu bearbeitende Zahnrad erhitzt, isi vor, gleichzeitig mit oder nach der Biegung erwärmt der Ring in einer achsparallelen Ebene aufgeschlitzt und anschließend im beanspruchten Zustand abgekühlt Der so entstandene Spalt ist mit einem Isolierstoff gewerden, füllt: die beiden dem Schlitz benachbarten Bereiche

des Ringes sind über Stromzuführungen mit einer Zahn 10 des Zahnrades 4 in Eingriff kommt, hat im Hochfrequenzstromquelle verbunden; die Innenfläche Querschnitt eine konvexe Form, die mit der zu verdes Ringes weist eine Gegenverzahnung entsprechend festigenden Fläche des Zahnes 10 eine Linienberührung der Verzahnung des zu verfestigenden Zahnrades auf gewährleistet, und trägt Druckelemente. 5 Bei der Verfestigung von geraden Evolentzähnen 10

Eine solche Lösung bietet die Möglichkeit, die ist diese Fläche 12 zylinderförmig ausgebildet. Fläche der Zähne gleichzeitig mit oder nach der Bie- In den Fällen, wenn die Zähne 10 des zu bearbei-

gung zu erwärmen und anschließend im beanspruchten tenden Zahnrades 4 eine in Längsrichtung krumm-Zustand abzukühlen. linig verlaufende Form besitzen — z. B. bei schräg-

Es ist vorteilhaft, die Stromzuführungen als Teile io verzahnten Rädern — kommt es oft vor, daß das des Ringes auszubilden, die der Aufhängung des ungeteilte Druckelement 8, das die Linienberührung Ringes dienen, und auf dem Maschinenbett in einer gewährleistet, die eine gleichmäßige Belastungsvertei-Nut verschiebbare Spannbacken anzuordnen, die den lung auf der gesamten Länge des Zahnes 10 sichert, Ring während der plastischen Verformung der Zähne nur schwierig herstellbar ist. einspannen. 15 In diesen Fällen kann jedes Druckelement 8 in der

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird sie Länge aus mehreren Einzelteilen 13 (F i g. 3) bestehen, nachstehend an Hand konkreter Ausführungsbeispiele deren Arbeitsflächen 14 eine krummlinige Fläche unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert; bilden, die mit der zu veifestigenden Zahnfläche in es zeigt Berührung kommt.

F i g. 1 schematische Darstellung einer ersten Va- 20 Die Spannvorrichtung 3 (Fig. 1) für das zu beriante der Vorrichtung zur Verfestigung von Zähnen arbeitende Zahnrad 4 enthält zwei Ständer 15, die am der Zahnräder nach dem vorliegenden Verfahren (mit Maschinenbett 1 zu beiden Seiten der Stirnflächen des Teilausschnitten), Ringes 6 der Vorrichtung 2 befestigt sind und eine

F i g. 2 Schnitt gemäß Linie H-II in F i g. 1, waagerechte Keilwelle 16 tragen, die in ihnen in

F i g. 3 Schnitt entlang der Nut bei einer Vorrich- 35 Radiallagern 17 koaxial mit dem Ring 6 gelagert ist. tung zur Erzeugung plastischer Verformung bei Stirn- Auf dieser Keilwelle 16 wird das zu verfestigende rädern mit Schrägverzahnung. Zahnrad 4 eingespannt.

F i g. 4 Normalspannungsverteilung im Zahngrund, An den aus den Ständern 15 herausragenden Enden

die unter dem Einfluß von: der Keilwelle 16 sind einarmige Hebel 18 befestigt,

30 die über eine Stange 19 miteinander in Verbindung stehen, die ihrerseits mit Hilfe einer Pleuelstange 20

A. Biegebelastung zur plastischen Verformung, _{mit der Stange 21 des Zylinders 22} des Hydraulik-

B. bleibenden Spannungen, antriebes 5 gelenkig verbunden ist, der die Keilwelle 16

C. zulässiger Gebrauchslast für einen nach dem vor- mit dem darauf eingespannten Zahnrad 4 in bezug auf liegenden Verfahren verfestigten Zahn, 35 den Ring 6 dreht. Eine Rohrleitung 23 verbindet den

C. zulässiger Belastung für einen nicht verfestigen Zylinder 22 mit der (nicht dargestellten) Druckquelle Zahn des Hydraulikantriebes 5.

D. Gesamtspannungen . ^Dic vorliegende Einrichtung kann ebenfalls nach

einem anderen Schema ausgeführt werden, bei dem

40 das zu verfestigende Zahnrad 4 ortsfest ist und die

auftreten, Vorrichtung zur Erzeugung plastischer Verformung

F i g. 5 zweite Variante der Vorrichtung zur Ver- die Relativbewegung ausführt.

festigung von Zähnen nach dem vorliegenden Ver- Die oben beschriebene Einrichtung arbeitet folgenfahren unter Verwendung der Wärmebehandlung. dermaßen: Das zu bearbeitende Zahnrad 4 wird auf

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt das 45 die Keilwelle 16 aufgesetzt, deren Enden gemeinsam Maschinenbett 1 (Fig. 1), an dem die Vorrichtung2 mit den Lagern 17 in den jeweiligen Öffnungen der zur Erzeugung plastischer Verformung, die Spann- Ständer 15 angeordnet werden, wobei man das Zahnvorrichtung 3 für das zu bearbeitende Zahnrad 4 so- rad 4 innerhalb des Ringes 6 der Vorrichtung 2 wie der Hydraulikantrieb 5 zur Drehung dieses Zahn- unterbringt, rades 4 in bezug auf die Vorrichtung 2 montiert sind. 5° Danach werden in die Nuten 9 des Ringes 6 von

Die Vorrichtung 2 zur Erzeugung plastischer Ver- einer seiner Stirnflächen Druckelemente 8 geschoben, formung besteht aus einem Zylinderring 6, der durch denen zur gleichmäßigen Verteilung der Biegebelastung einen Ständer 7 in senkrechter Lage am Maschinen- auf alle gleichzeitig zu verfestigende Zähne 10 Einbett 1 der Vorrichtung befestigt ist. Stellbewegungen in der Senkrechten in bezug auf die

Die Innenfläche dieses Ringes 6 weist Vorsprünge 55 zu verfestigenden Flächen der jeweiligen Zähne 10 auf, die in Form von abnehmbaren Druckelementen 8 des Zahnrades 4 erteilt werden, ausgebildet sind, welche sich in den jeweiligen gleich- Dann wird der Hydraulikantrieb 5 eingeschaltet,

mäßig verteilt auf dem Umfang des Ringes 6 angeord- wodurch die Stange 21 des Hydraulikzylinders 22 neten Längsnuten 9 (F i g. 2) befinden. über die Pleuelstange 20 die Stange 19 verschiebt, die

Im Querschnitt haben diese Längsnuten 9 eine ⁶° die Hebel 18 in Richtung des Pfeils »>£« um einen rechteckige Form, und ihre Teilung entspricht der Winkel α (Fig. 1) verschwenkt (diese Richtung muß der Zähne 10 des zu bearbeitenden Zahnrades 4. entgegengesetzt der hauptsächlichen Betriebsbean-

Der Boden 11 jeder Längsnut 9 hat eine Schrägung, spruchung des Zahnrades 4 sein). Gemeinsam mit und jedes Druckelement 8 weist jeweils eine im Längs- ihnen dreht sich in bezug auf den Ring 6 auch die schnitt verlaufende Keilform auf, um es in Richtung ⁶5 Keilwelle 16 mit dem darauf eingespannten Zahnrad 4 senkrecht zur zu verfestigenden Fläche der Zähne 10 um.
des Zahnrades 4 einstellen zu können. Während dieser Drehung kommen die Druck-

Die Fläche 12 des Druckelementes 8, die mit dem elemente 8 des Ringes 6 mit den Zähnen 10 des

Ringes 4 in Eingriff, indem sie plastische Verformung der Zähne durch ihre Biegung in Richtung der Betriebsbeanspruchung zustande bringen, wodurch der Werkstoff der Zähne 10 im Bereich des gefährdeten Querschnitts e;me tiefreichende Kaltverfestigung erfährt.

Der Drehwinkel »λ« des Zahnrades 4 in bezug auf den Ring 6 wird auf Grund der geometrischen Daten des zu bearbeitenden Zahnrades 4 und von Kenndaten des Wirkstoffs seiner Zähne 10 rechnungsmäßig ermitlelt. Für ein Geradzahniad mit einem Modul in -■= 10 mm und einer Zähnezahl Z — 17, das aus etwa 1 % Chrom und 0,4% Kohlenwasserstoff enthaltendem Stahl hergestellt und bis zu einer Rockwell-Härte von 38 HRC gehärtet ist, beträgt z. B. dieser Winkel 0,25°.

Bei Erreichen des vorgegebenen Drehwinkels»«« der Keilwelle 16 wird die Einrichtung selbsttätig abgeschaltet und die mitwirkenden Druckelemente 8 mit den bearbeiteten Zähnen 10 des Zahnrades 4 außer Eingriff gebracht. Danach erfolgt die Einstellung ao der nächsten Gruppe der Druckelemente 8, und der Verfestigungszyklus wiederholt sich.

Die Zahl der Zähne 10, die gleichzeitig bearbeitet werden, wird auf Grund konstruktionsgerechter Erwägungen je nach der Festigkeit der Baugruppen der Einrichtung ermittelt.

Durch die Bearbeitung der Zahnräder nach dem vorliegenden Verfahren wird der Werkstoff ihrer Zähne für eine Tiefe /1 des Querschnitts kaltgehärtet (Linie A in F i g. 4). Außerdem entstehen in dem verfestigten Zahn bleibende Spannungen (Linie B in F i g. 4), die die Möglichkeit bieten, eine Belastung zu übertragen, die durch eine Größe [σ₀] (Linie C in F i g. 4) zulässiger Spannung der Dauerfestigkeit des Werkstoffes in der Nähe des Punktes K definiert wird, weil die Wechselkomponente der Gesamtspannungen, die der Zahnwerkstoff unter der Einwirkung der Gebrauchslast ausdehnen, rechts und links von diesem Punkt k einen im Vergleich zu dem Punkt K geringeren Absolutwert hat.

Die durch die Bearbeitung verursachten bleibender Spannungen sind über den Zahnquerschnitt derart verteilt, daß sie sich auf die Spannungsneuverteilung unter dem Einfluß der Gebrauchslast wesentlich positiv auswirken, was eine Zunahme der zulässigen Biegespannung der Dauerbelastung von [a_max] n bis [<Jmax] ν (Linien C und C" in F i g. 4) bewirkt.

Vergleichende Kenndaten von Zahnrädern, die nach dem bekannten und dem vorgeschlagenen Verfahren zur Erhöhung der Biegefestigkeit ihrer Zähne behandelt wurden., sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefaßt.

Für das bekannte und das vorgeschlagene Verfestigungsverfahren sind beispielsweise Zahnräder gewählt, die aus etwa 1% Chrom und 0,4% Kohlenstoff enthaltendem Stahl bestehen, der bis zu einer Brinell-Härte HB = 300 bzw. HB = 360 kp/mm² wärmebehandelt ist.

Die Zunahme der Tragfestigkeit drückt sich durch

eine Beziehung l"»'«i aus, die etwa 2,6 bis 2,8 be-

['■Jn
trägt.

Verzerrungen der geometrischen Form der Zahnprofile, die infolge plastischer Verformung entstehen, werden entweder durch vorherige Änderung der Zahnform oder nachträgliche Bearbeitung ihrer Fläche ausgeglichen.

In einer Reihe von Fällen kann ausreichende Genauigkeit durch entsprechende Wahl der Verfestigungsdaten gewährleistet werden.

Lfd. Bezeichnung der Größe Bezugszeichen Dimension Maßzahl

1 Tiefe der verfestigten h
Schicht

2 Lagetiefe von bleibenden δ
Druckspannungen

3 Größtwert von bleibenden σ
Druckspannungen

4 Zulässige Spannung der σ₀
Dauerfestigkeit des Werkstoffes im Punkt von
bleibenden Nulldruckspannungen

5 Zulässige Spannung der Omax
Dauerfestigkeit bei Oberflächenbruch

⁶ Verbesserung der Bruch- [*„„]
festigkeit [",.,„«!
(i;-fach)

	nicht ver festigte Zähne	gesamte Zahnlücke einsatz gehärtet bzw. gehärtet	nach be kannten Verfahren verfestigte Zähne	nach der Erfindung verfestigte Zähne
	(Index H)	(Index Y)
mm	—	2,0	2,29	8.3
mm	—	2,7	0,65	3,4
kp/cm²	—	2400	9600	5600
kp/cm²	2600	2600	3600	3600

kp/cm² 2600 3500

1,35

4900 7700

1,90 2,80

509 543/255

ίο

'Γ

Wenn nach dem vorgeschlagenen Verfahren Zähne Die oben beschriebene Einrichtung arbeitet wie

verfestigt werden, deren Flanken Hochfrequenz- folgt:

härtung erfahren haben, wird dieses HF-Härten vor Analog zu dem für die Einrichtung gemäß F i g. 1

der Biegung durchgeführt, wobei der Härteverlauf beschriebenen Vorgang wird auf der Keilwelle 35 das

der gehärteten Fläche im Bereich des Übergangs in die 5 zu bearbeitende Zahnrad 4 eingespannt, indem man

kaltzuhärtende Schicht (im Bereich der Hohlkehle des es im Ring 27 unterbringt und die Druckelemente 32

Zahnes) derart vorgegeben wird, daß sich die Gesamt- einstellt. Durch Drehen der Hebel 36 werden danach

härte in diesem Bereich nach der Biegung gleichmäßig zwecks Vermeidung eines Kurzschlusses die Zähne IC

in Richtung der Zahnhöhe ändert. des Zahnrades 4 von den Druckelemenlen 32 zurück-

D;r vorgegebene Härteverlauf der hochfrequenz- io geführt.

gehärteten Schicht wird bei bekannten Verfahren auf Dann wird die Hochfrequenzstromanlage eingeschal·

Grund von Induktorform und Frequenz des .Speise- let und die Schnelloberfiächenerwärmung der Zähne IC

stromes erreicht. des Zahnrades 4 vorgenommen. Bei Erreichen einei

Für Zähne mit m — 10 mm, einer Ausgangshärte Temperatur an der Fläche der Zähne 10, die die Ab-

des Werkstoffes von HRc = 38 und einer Härte der 15 schreckungstemperatur etwa um 150 bis 250°C über-

HF-gehärteten Eingriffsflächen von HRc = 48 bis 50, schreitet, wird die Hochfrequenzstromanlage (zwecks

beträgt das Gefälle der Gesamthärte im Bereich der Vermeidung von Durchschlag und Aufschmelzen dei

Hohlkehle 1 HRc/mm. Zähne) abgeschaltet und der Ring 27 mit Hilfe dei

Eine solche Behandlung verhindert das Auftreten Spannbacken 31 eingespannt, die in der Nut 30 des

von zusätzlichen Spannungsanhäufungen, die nor- ao Maschinenbetts 24 in Richtung der Pfeile P von dem

malerweise im Bereich des Austritts des HF-gehärteten Hydraulikantrieb her verschiebbar sind. Der gleiche

Schichtrandes zur Oberfläche infolge eines schroffen Antrieb sorgt dann für die Verschiebung der Hebel 36

Härtegefälles entstehen. in Richtung des Pfeils Q, indem er somit die Drehung

Die in F i g. 5 gezeigte Einrichtung ist zur Durch- des zu behandelnden Zahnrades 4 in bezug auf den

führung des vorgeschlagenen Verfahrens in den 25 Ring 27 bewirkt.

Fällen bestimmt, wenn die Zahnflanken vor (bzw. Während dieser Drehung kommen die Druck-

nach) der Biegung erhitzt und anschließend im bc- elemente 32 mit den Zähnen des Zahnrades 4 in Ein-

anspruchten Zustand abgekühlt wird. griff, wobei sie diese Zähne 10 durch deren Biegung

Genauso wie die oben beschriebene, in F i g. 1 ge- in Richtung der Betriebsbeanspruchung plastisch

zeigte Vorrichtung enthält diese Vorrichtung ein 30 verformen.

Maschinenbett 24, an dem eine Vorrichtung 25 zur Während der Biegung erfolgt eine Sprühdüsen-Erzeugung plastischer Verformung, eine Spannvor- kühlung der Fläche der Zähne 10 des zu bearbeitenden richtung 26 für das zu bearbeitende Zahnrad 4 sowie Zahnrades mit Hilfe einer (nicht dargestellten) an den einen (nicht dargestellten) Antrieb zur Drehung des Stirnseiten des Ringes 27 angeordneten Brause.
Zahnrades 4 in bezug auf die Vorrichtung 25 an- 35 Somit ist einer der Verfestigungszyklen einer Gruppe gebracht sind. von Zähnen nach dem vorliegenden Verfahren zu

Die Vorrichtung 25 zur Erzeugung plastischer Ver- Ende und man geht zur Verfestigung der nächster formung ist in Form eines Induktors ausgebildet, der Gruppe von Zähnen 10 des Zahnrades 4 über,
aus einem Zylinderring 27 besteht, dessen Innenfläche Nach Abschluß der Behandlung können die vergemäß der Form der Zähne 10 des zu bearbeitenden 4° festigten Zahnräder der Anlaßbehandlung bei niederen Zahnrades 4 ausgeführt ist. Temperaturen unterworfen werden.

Der Ring 27 ist in einer achsparallelen Ebene auf- Der Relativdrehwinkel des Zahnrades 4 während

geschlitzt, und der dadurch entstandene Spalt ist mit der Bearbeitung beträgt z. B. für Zahnräder mit

einem Isolierstoff 28 gefüllt; die beiden dem Schlitz m == 10 mm und Z = 17 etwa 10 bis 20 Bogen-

benachbarten Bereiche des Ringes 27 sind über 45 minuten.

Stromzuführungen 29 über Klemmen L und M mit In den Fällen, wenn das vorgeschlagene Verfahren

einer HF-Stromquelle verbunden. zur Behandlung von Radzähnen aus Kohlenstoff-

Der Ring 27 ist an diesen Stromzuführungsschienen stählen oder Einsatzstählen verwendet wird, wird die

29 aufgehängt. gesamte Lücke der zu verfestigenden Zähne der

Am Maschinenbett 24 sind in einer Nut 30 ver- 5° Oberflächenerwärmung unterworfen,

schiebbare Spannbacken 31 angeordnet, die den Ring Auf diese Weise erhält man eine hohe Härte dei

27 während der plastischen Verformung der Zähne Zahnflanken, die eine hohe Oberflächenfestigkeit und

einspannen. zugleich eine zusätzliche Steigerung der Biegefestigkeil

An der Innenfläche des Ringes 27 sind in den ent- durch thermomechanische Bearbeitung der Randsprechenden Längsnuten Druckelement 32 angeord- 55 schichten des Werkstoffes im Bereich der Hohlkehle net, die den bei der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung gewährleistet. Bei dieser Behandlung beträgt die Bebeschriebenen Elementen 8 ähnlich sind. triebsstromfrequenz 250 kHz und die Erwärmungs-

Im Körper des Ringes 27 sind Kühlflüssigkeils- dauer 1 bis 2 Sekunden.

kanäle 33 vorgesehen. In den Fällen, wenn Radzähne verfestigt werden,

Die Spannvorrichtung 26 für das zu bearbeitende 60 die vorherige Wärmebehandlung bis zu einer hoher Zahnrad 4 im Ring 27 des Induktors enthält zwei am Härte oder vollständige Wärmebehandlung in einem Maschinenbett angebrachte Ständer 34 mit einer Keil- chemischen Mittel erfahren haben, wird nur der Bewelle 35, auf der das zu bearbeitende Zahnrad 4 reich der Hohlkehlen der Zähne einer Oberflächenkoaxial zum Ring 27 eingespannt wird. erwärmung unterworfen, was durch Frequenzan-

An den Enden der Keilwelle 35 sind einarmige 65 passung des den Induktor speisenden Stromes erHebel 36 befestigt, die über eine Stange 37 miteinander reichbar ist. In diesen Fällen liegt die Stromfrequen2

in Verbindung stehen, die ihrerseits mit einem (nicht innerhalb von 2,5 bis 8 kHz, und die Erwärmunesdauei

dargestellten) Antrieb verbunden ist. beträgt 2 bis 3 Sekunden.

Durch die Erwärmung vermindert sich die Elastizitätsgrenze des Werkstoffes in den Schichten, die den größten Verformungen ausgesetzt sind, mehr als zweifach, was eine plastische Verformung des kalten Werkstoffes des Kerns der Zähne ermötli;hl und bleibende Spannungen der gleichen Natur wie bei elastischplastischer Verformung der Zähne durch Biegung ohne deren künstliche Erhitzung zu erzeugen gestattet.

In den Anwendungsfällen der Wärmebehandlung der Zähne der zu bearbeitenden Zahnräder unter Verwendung der in F i g. 5 gezeigten Vorrichtung wird

(entsprechend den konkreten Fertigungsbedingungen) das vorgeschlagene Verfahren nach der elastischplastischen Biegung mit der Oberflächenerwärmung der gesamten Lücke verwirklicht, was die Oberflächenfestigkeit der zu bearbeitenden Zähne durch deren Härtung und eine erhöhte Biegefestigkeit durch elastisch-plastische Verformung des Kernes des Zahns und thermomechanische Bearbeitung der Randschicht im Bereich der Hohlkehle gewährleistet. Die spezifische Leistung, die der zur Verwirklichung des vorgeschlagenen Verfahrens an das Werkstück abgegeben wird, beträgt 0,9 bis 1,5 kW/cm².

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Teile des Ringes (27) ausgebildet sind und der Auf Patentansprüche: hängung des Ringes dienen, und daß auf den Maschinenbett (24) in einer Nut (30) verschiebban

1. Verfahren zur tief reichenden Verfestigung und Spannbacken (31) angeordnet sind, die den Rim Steigerung der Biegefestigkeit der Zähne von Zahn- 5 (27) während der plastischen Verformung dei rädern durch plastische Verformung, dadurch Zähne einspannen,
gekennzeichnet, daß die plastische Verformung durch Biegung der Zähne in Richtung der

im Betrieb auftretenden größten Belastung durch-

geführt wird. io

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken der Zähne vor der Bie- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorgung einer derartigen Härtung unterworfen werden, richtung zur tiefreichenden Verfestigung und Steigedaß sich nach der Biegung die Gesamthärte im rung der Biegefestigkeit der Zahne von Zahnraderr Übergangsbereich der gehärteten in die kalt- 15 durch plastische Verformung.

verfestigte Schicht gleichförmig in Richtung der Bekannt sind Verfestigungsverfahren der Zähne vor

Zahnflankenhöhe ändert. Zahnrädern vermittels plastischer Verformung dei

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Zahnflankenflächen. Derartige plastische Verformunj zeichnet, daß die Zahnflanken vor, oder gleichzeitig erfolgt durch Kugelstrahlen oder durch Druckwalzen mit der Biegung der Zähne erwärmt und anschlie- 20 mittels Rollen. Ein Ergebnis dieser Behandlung ist die ßend im beanspruchten Zustand abgekühlt werden. Erhöhung der Festigkeitswene der Randschicht der

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Zähne sowie Schaffung von günstig orientierten zeichnet, daß die Zahnflanken nach der Biegung bleibenden Spannungen in dieser Schicht, die die Tragder Zähne erwärmt und anschließend im bean- fähigkeit der Zähne pauschal erhohen.

spruchten Zustand abeekühlt werden. 25 Nach einem anderen bekannten Verfahren erfolgt

5. Vorrichtung zur^Durchführung des Verfall- eine solche Verfestigung durch Kaltverfestigung der rens nach Anspruch 1, mit einem Maschinenbett, Oberfläche von Zähnen der Zahnräder, die auf Grund das eine Spannvorrichtune für das zu bearbeitende plastischer Verformung im Verlauf des Zahnprofils Zahnrad, eine Vorrichtung zum plastischen Ver- erreicht wird, welche während des Profilwalzens einer formen der Zähne des Zahnrades und einen Antrieb 30 Verzahnung mit einem oder mehreren ntzelartigen zum relativen Bewegen dieser Vorrichtung und des Werkzeugen stattfindet.

Zahnrades trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die In diesem Fall ergibt sich die plastische Verformung Vorrichtung (2) zum plastischen Verformen der aus einer radialen Zustellung der Walzwerkzeuge, Zähne als Ring (6) ausgebildet ist, der an seiner deren Verzahnung mit einem dem erforderlichen VerInnenfläche mindestens einen Vorsprung aufweist, 35 fe'tigungsgrad entsprechendem Übermaß ausgebildet der während der gegenseitigen Relativbewegung ist. Beim Eingriffsvorgang verformen die Zähne des des Ringes (6) und des darin koaxia! angeordneten, Werkzeugs plastisch den Werkstoff des zu verfestigenvon der Spannvorrichtung (3) gehaltenen Zahn- den Zahnrades, wobei sie eine Oberflächenkalthürtung rades (4) mit den Zähnen (10) des Zahnrades (4) des Werkstoffs zustandebringen, was eine Erhöhung auf ihrer Länge nacheinander im Eingriff kommt 40 seiner Fesligkeitswerte bewirkt,
und diese biegt. Hierzu wird beispielsweise eine Vorrichtung ge-

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- maß SU-Urheberschein Nr. 158 911 benutzt, die ein kennzeichnet, daß jeder Vorsprung als in einer Maschinenbett aufweist, das eine Vorrichtung zur Längsnut (9) an der Innenfläche des Ringes (6) Erzeugung plastischer Verformung und eine Befestigeführtes Druckelement (8) ausgebildet ist, das 45 gungsvorrichtung für das zu verfestigende Zahnrad senkrecht zur berührten Flankenfläche des Zahnes trägt.

(10) einstellbar ist. Die bekannte Vorrichtung zur Erzeugung plastischer

7. Vorrichtung nach Ansprucho, dadurch ge- Verformung ist in Form mehrerer in einem gemeinkennzeichnet, daß für die Bearbeitung von Zahn- samen Gehäuse gelagerter Ritzelwellen ausgeführt, derädern mit in Längsrichtung nach Schraubenlinien 50 ren Achsen außermittig angeordnet sind, eine Senkverlaufenden Zähnen das Druckelement (8) aus rechtbewegung gemeinsam mit dem Gehäuse und eine mindestens zwei Teilen (13) besteht, die eine radiale Zustellbewegung auf Grund einer Drehung der krummlinige Fläche bilden. außermittigen Achsen erfahren.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7 zur Durch- Die Verfestigung des Zahnrades entsteht als Folge führung des Verfahrens nach Anspruch 3 und 4, 55 des Übermaßes zwischen seinen Zähnen und den dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Zähnen der Ritzelwellen.

induktiven Erwärmung des Zahnrades der Ring Bei dem bekannten Verfahren zeigt die Verfestigung

(27) in einer achsparallelen Ebene aufgeschlitzt und der Zähne einen Oberflächencharaktcr und pflanzt

der dadurch entstandene Spalt mit einem Isolier- sich nur in eine geringe Tiefe fort, die z. B. nicht mehr

stoff (28) gefüllt ist, die beiden dem Schlitz be- 60 als 3 mm für die Zähne eines Rades mit Modul 10 bis

nachbarten Bereiche des Ringes (27) über Strom- 11 beträgt. Dies führt dazu, daß die bleibenden

Zuführungen (29) mit einer Hochfrequenzstrom- Druckspannungen in dem vorliegenden Beispiel eine

quelle verbunden sind und die Innenfläche des Tiefe von nur 0,7 mm erreichen, wodurch sie sich bei

Ringes (27) eine Gegenverzahnung entsprechend der Spannungsverteilung in den Zähnen der Zahnräder

der Verzahnung des zu verfestigenden Zahnrades 65 unter Gebrauchslast nur unwesentlich auswirken,

aufweist und Druckelemente (32) trägt. Die Ritzelwellen zur Erzeugung plastischer Ver-

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge- formung der bekannten Vorrichtung verfestigen also kennzeichnet, daß die Stromzuführungen (29) als nur eine dünne Randschicht des Zahnwerkstoffes, was