DE2320011C2

DE2320011C2 - Hämmerklappenaufbau für ein rotierendes Werkzeug

Info

Publication number: DE2320011C2
Application number: DE19732320011
Authority: DE
Inventors: Phillip M. St. Paul Minn. Winter
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1972-04-17
Filing date: 1973-04-16
Publication date: 1984-07-05
Also published as: FR2181333A5; JPS4916996A; IT980236B; JPS5643791B2; DE2320011A1; GB1412360A

Description

3. Hämmerklappenaufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (12) aus einem faserverstärkten Polymermaterial hergestellt ist.

4. Hämmerklappenaufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hämmerteilchen (17) aus einem Sintercarbid bestehen.

5. Hämmerklappenaufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerunterlage (14,

15) einen Nietschaft aufweist, der sich durch eine Öffnung im Trägerelement (12) erstreckt und mit letzterem vernietet ist

6. Hämmerklappena'-'fbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerunterlage (14,15) aus vergütetem Stahl besteht.

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Die Erfindung betrifft einen Hämmerklappenaufbau für ein rotierendes Werkzeug zum Kugelhämmern der Oberflächen von Metallwerkstücken, mit einem lappenartigen Trägerelement, das mit mindestens einem freien Ende radial nach außen weisend an einer Nabe anbringbar ist und aus einem flexiblen, elastischen, zähen, stoßdämpfenden und zerreißfesten Material mit einer hohen Biegedauerfestigkeit und Formbeständigkeit besteht, und an dessen Oberfläche eine Anzahl besonders harter, schlagbruchbeständiger kugeliger Hämmerteilchen befestigt ist.

Mit dem Kugelhämmern werden insbesondere die Dauerschwingfestigkeit vergrößert und Zugspannungen herabgesetzt die zu Zugspannungskorrosionsrissen beitragen, Metallstücke geformt und ausgerichtet oder starker Zunder entfernt. Dabei werden kugelförmige Teilchen aus Gußstahl, Gußeisen, Glas usw. mit hoher Geschwindigkeit gegen die zu bearbeitende Oberfläche geblasen oder mechanisch getrieben. Die einzelnen Teilchen erzeugen dabei muldenförmige, abgerundete, sich überlcppende Vertiefungen in der Oberfläche, die an jedem Aufschlagpunkt von diesem ausgehend radial gedehnt wird, wobei ein Kaltverformen beim Kriechen des Werkstoffes verursacht wird. Die resultierende Druckbeanspruchung neigt dazu, der durch vorangegangenes Walzen, Biegen, Abschleifen und durch andere Arbeitsgänge auf die Trägersubstanz ausgeübten Zugspannung entgegenzuwirken.

Der Grad des Hämmerns, der als »Hämmerintensität« bezeichnet wird, ist eine Funktion des Gewichts, der Größe, der Härte und der Geschwindigkeit der hämmernden Teilchen, der Behandlungszeit, der Art der Trägerschicht des Aufprallwinkels und verschiedener anderer Faktoren.

In der US-PS 36 38 464 ist ein Hämmerklappenaufbau beschrieben, welcher einen Kreisring mit sich in Radialrichtung erstreckenden, am Umfang voneinander getrennten Klappen aufweist, die sich an den radialen inneren Enden zu einem starren Kern vereinigen. Jede Klappe wird dabei von einem flexiblen, elastischen, zähen

so und zerreißfesten Faserträger gebildet, auf dem die Hämmerteilchen mittels eines organischen Klebstoffes befestigt sind. Während die Vorrichtung zum Hämmern mit niedriger Intensität einsetzbar ist, hat sich herausgestellt, daß die fasrigen Klappen und der Klebstoff bei Anwendungsfällen mit hoher Intensität abreißen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Hämmerklappenaufbau der eingangs umrissenen Art so auszubilden, daß er insbesondere zum Hämmern mit hoher Intensität und Geschwindigkeit geeignet ist und eine hohe Lebensdauer aufweist, ohne dabei technisch aufwendige Mittel einsetzen zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine Trägerunterlage nahe jedem freien Ende des Trägerelementes an diesem mechanisch befestigt ist, die aus einem Material bestehen, das starker Biege- und Schlagbeanspruchung ohne wesentliche Verformung zu widerstehen vermag, und mit deren Oberfläche die Hämmerteilchen metallurgisch verbunden sind.

Vorzugsweise sind zwei Trägerunterlagen nahe jedem freien Ende des Trägerelementes an diesem Seite an Seite und in gleichem Abstand vom Ende vorgesehen, wobei das Ende zwischen diesen beiden Trägerunterlagen radial geschlitzt ist.

Zweckmäßigerweise ist das Trägerelement aus einem faserverstärkten Polymermaterial hergestellt.
Erfindungsgemäß können die Hämmerteilchen aus einem Sintercarbid bestehen.

Vorzugsweise weist die Trägerunterlage-finen Nietschaft auf, der sich durch eine Öffnung im Trägerelement erstreckt und mit letzterem vernietet ist, und besteh: aus vergütetem Stahl.

Die Nabe mit dem darauf angeordneten Hämmerklappenaufbau wird im Betrieb gedreht und so gehalten, daß die Klappen gegen die zu hämmernde Oberfläche gedrückt werden. Dabei prallen die Hämmerteilchen jeder

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Trägerunterlage auf das Metallwerkstück und üben eine kontrollierte Hämmerfunktion aus.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung der Erfindung an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 perspektivisch einen Hämmerklap^enaufbau,

F i g. 2 eine Draufsicht einer in F i g. 1 gezeigten Klappe, F i g. 3 eine Seitenansicht der in F i g. 2 gezeigten Klappe,

F i g. 4 eine Unteransicht der in F i g. 2 gezeigten Klappe,

F i g. 5 die Schnittansicht gemäß der Linie 5-5 in F i g. 2,

F i g. 6 perspektivisch eine andere Ausführungsforrn einer K läppe, die in einer Gabel einer Welle gelagert ist, F i g. 7 eine Draufsicht der in F i g. 6 gezeigten Klappe, F i g. 8 eine Seitenansicht der Klappe nach F i g. 6.

Der in Fig. 1 bis 5 gezeigte Hämmerkiappenaufbau 10 umfaßt ein lappenartiges Trägerelement 12, zwei Trägerunterlagen 14 und 15 und eine Anzahl Hämmerteilchen 17.

Das Trägerelement 12, an dem die die Hämmerteilchen 17 aufweisenden Trägerunierlagen 14 und 15 befestigt sind, besteht aus einem flexiblen, elastischen, zähen, stoßdämpfenden und zerreißfesten Material mit einer hohen Biegedauerfestigkeit und Formbeständigkeit, um einerseits den hohen Beanspruchungen widerstehen zu können und um andererseits die Hämmerteilchen 17 für weitere Hämmerschläge in Stellung zurückführen zu können. Eine zufriedenstellende Kombination der erforderlichen Eigenschaften hat sich bei einem mit Polyurethan imprägnierten Nylonmull und bei mit Neopren imprägnierten Nylonmull herausgestellt. Diese Materialien weisen die erforderlichen Eigenschaften auf, wobei die Zugfestigkeit, die Zerreißfestigkeit und die Formbeständigkeit durch den Nylonmull bewirkt werden.

Das Trägerelement 12 ist von einem Band doppelter Länge gebildet, das in sich selbst zurückgefaltet ist, um ein leichtes Befestigen auf einer zylindrischen Nabe 19 zu gewährleisten. Die Nabe 19 weist axiale Öffnungen 20 am Umfang auf, in welchem die Falte eines jeden Trägerelementes 12 mittels eines zylindrischen Stiftes gehalten wird. Die die Hämmerteilchen 17 aufweisenden Trägerunterlagen 14 und 15 sind am freien Ende jedes Trägerelementes 12 befestigt Jede Trägerunterlage 14,15 besteht aus einem Metall, das gegen Biegung und Stoßbeanspruchung bei Widerstehen einer Verformung beständig ist. Diese Eigenschaften helfen, die Hämmerteilchen 17 auf der Trägerunterlage 12 in geeigneter Lage zu halten, während gleichzeitig Spannungen absorbiert werden, die die Hämmerteilchen 17 beschädigen oder zerstören würden.

Die die Hämmerteilchen 17 aufweisenden Trägerunterlagen 14 und 15 sind mechanisch an dem Trägerelement 12 durch Ausbildung eines Niets befestigt. Der Schaft des Niets ist dabei durch eine Öffnung in beiden Lagen des Trägerelementes 12 geführt; eine Unterlegscheibe 16 ist auf der Rückseite des Schaftes aufgesteckt, und die Rückseite des Schaftes ist aufgeweitet, so daß die Trägerunterlage 14, 15 sicher an dem Trägerelement 12 befestigt ist.

Bei der nietartigen Befestigung muß das Material der Trägerunterlagen 14 und 15 auch ausreichend verformbar sein, um die erforderliche Verformung für ein Befestigen zu gewährleisten. Ein Kohlenstoffstahl mit max. 0,10% C; 0,25—0,50 Mn, max. 0,040% P; max. 0,050 S hat sich als zufriedenstellend gezeigt.

Die Hämmerteilchen 17 bestehen aus einem sehr harten, schlagbruchwiderstandsfesten Material und sind metallurgisch mit der freien Fläche der Trägerunterlagen 14 und 15 verbunden. Eine derartige Verbindung kann durch Hartlöten, Vergießen der Hämmerteilchen 17 am Platz in der Trägerunterlage 14,15, durch Sintern oder mit einem anderen geeigneten Verfahren hergestellt werden.

Es werden harte, schlagbruchwiderstandsfähige Hämmerteilchen 17 verwendet, weil sie während der Lebensdauer des Hämmerklappenaufbaus 10 ihre Form behalten müssen, um einen konstanten Schlagdruck zu bewirken. Gesinterte Wolframkarbidkugeln haben sich als ausgezeichnet erwiesen. Es können auch andere gesinterte Metallkarbide wie z. B. TiC und TaC; Keramikmaterialien wie z. B. B4C und heißgepreßtes Aluminiumoxid sowie andere verschleißfeste, sehr harte Teilchen verwendet werden.

Das lappenartige Trägerelement 12 ist zwischen den die Hämmerteilchen 17 aufweisenden Trägerunterlagen 14 und 15 radial gespalten, um eine unabhängige Hämmerwirkung durch die Teilchen auf den so getrennten Trägerunterlagen 14 und 15 zu ermöglichen.

Die Nabe 19 mit dem Hämmerkiappenaufbau 10 kann beispielsweise mittels einer Handbohrmaschine 22 in Drehung versetzt und gegen die Oberfläche 23 eines zu bearbeitenden Werkstückes geführt werden.

Beispiel 1

Ein Niet aus dem oben erwähnten Kohlenstoffstahl wurde für die Trägerunterlagen 14 und 15 ausgewählt. Die Stirnfläche des Niets wurde mit einem Bohrer von 0,16 cm gebohrt, um 9 Löcher von 0,064 cm Tiefe und in einem Abstand von 0,191 cm voneinander in einer zentrischen Anordnung zu erzeugen. Die gebohrte Fläche wurde dann mit einem Sandstrahlgebläse bearbeitet und mit einem Flußmittel beim Löten überzogen, und der Niet wurde in einem Kohlenstoffblock angeordnet.

Als Hämmerteilchen 17 wurden Wolframkarbidkugeln mit einem Durchmesser von 0,114 cm gewählt. Die Kugeln wurden in den Löchern der Nietfläche angeordnet, eine Platte aus hartgelötetem Silber (50% Ag, 22% Cu, 20% Zn, 7% Cd, 1% Sn) wurde oben auf jeder Kugel angebracht, und die obere Fläche des Kohlenstoffblocks wurde zum Festhält der Kugeln an ihrem Platz installiert. Zwecks metallurgischer Verbindung wurde eine Erwärmung in einem Induktionsofen bei einer Temperatur von 72O"C und einer Geschwindigkeit von 6 Vertiefungen pro Minute durchgeführt. Das Lötmittel wurde durch zehnminütiges Aufweichen in heißem Wasser entfernt. Die Nielschäfte wurden dann auf eine Länge von 0,64 cm abgeschnitten und 0,38 cm tief zur Erzeugung einer 0,056 cm starken Wand gebohrt.

Streifen einer Breite von 2,5 cm und einer Länge von 12,7 cm wurden von einem 0,097 cm dichten Polyurethan

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verstärkten Nylonmull abgeschnitten. Die Längenabmessung des Streifens erstreckte sich in Kettenrichtung des Materials. Der Streifen wurde in der Mitte gefaltet, um einen langgestreckten Lappen zu bilden. Zwei Löcher mit einem Durchmesser von 0,476 cm wurden durch beide Lagen an dem zur Faltlinie entgegengesetzten Ende getrieben. Diese Löcher waren 0,635 cm von den Längs- und Querseiten des Streifens entfernt und voneinander 1,3 cm getrennt angeordnet. Ein 2,5 cm langer Schnitt wurde in der Mitte dieses Trägerelementes 12 zwischen den Löchern nach innen geführt.

Der Schaft einer Trägerunterlage 14 oder 15 mit darauf befindlichen Hämmerteilchen 17 wurde durch das Loch in dem Trägerelement 12 geführt. Eine Unterlegscheibe 16 aus Stahl von 0,953 cm Durchmesser mit einer Innenbohrung von 0.485 cm wurde dann auf die Rückseite des Nietschaftes aufgesteckt, und die Rückseite wurde darauf aufgeweitet, um die die Hämmerteilchen 17 aufweisende Trägerunterlage 14 bzw. 15 auf dem Trägerelement 12 zu befestigen. Das zusammengesetzte Gewicht der Trägerunterlage 14 und 15, der Hämmerteilchen 17 und der Unterlegscheibe 16 betrug annähernd 2,27 g.

In F i g. 6 bis 8 ist ein Hämmerklappenaufbau 26 gezeigt, welcher ein Trägerelement 28, zwei Trägerunterlagen 30 und 31 mit Unterlegscheiben 32 und Hämmerteilchen 33 auf jeder Trägerunterlage 30 und 31 einschließt. Die Materialien und das Verfahren zur Befestigung der Trägerunterlagen 30 und 31 auf dem Trägerelement 28 entsprechenden Bedingungen, wie sie in bezug auf den Hämmerklannenaiifhau 10 nach F i g. 1 bis 5 beschrieben sind. Jedoch sind bei der zweiten Ausführungsform die Trägerunterlagen 30 und 31 auf dem Trägerelement 28 in wechselseitiger Beziehung an den Boden des Trägerelementes 28 befestigt. Dies sorgt für einen im Gleichgewicht befindlichen Hämmerklappenaufbau, wobei das Trägerelement 28 in dem geschlitzten Ende einer Stange 35 mittig gelagert ist.

Beispiel 2

Zwei Streifen einer Breite von 1,27 cm und einer Länge von 8,89 cm wurden von einer Bahn aus dem gleichen Material wie in Beispiel 1 abgeschnitten. Die beiden Streifen wurden zwecks Ausbildung eines Trägerelementes 28 zusammengesetzt.

Die Trägerunterlagen 30 und 31, die Hämmerteilchen 33 und das Verfahren zum Befestigen der Trägerunterlagen 30,31 waren entsprechend Beispiel 1. Auch wurden die Trägerunterlagen 30 und 31 an dem Trägerelement 28 0,64 cm von einem Ende und 0,64 cm von seinen Kanten in gleicher Weise wie in Beispiel 1 befestigt.

Die Ausführungsform nach F i g. 6 wurde in einem festen Zunder entfernenden Vergleichsversuch gegenüber einem herkömmlichen Kugelhämmerrad mit niedriger Intensität verwendet, wobei letzteres zwei an einem Kern befestigte Klappen aufwies, jede Klappe einen flexiblen, elastischen, zerreißfesten und gewebten Faserträger besaß, an dem Hämmerteilchen im Abstand voneinander mittels eines widerstandsfähigen, elastischen organischen Klebstoffs verbunden waren. Das Rad wies einen Durchmesser von 5 cm und eine axiale Länge von 2,5 cm auf. Die Klappenanordnung wurde von einer handpneumatisch betriebenen Rotationsschleifmaschine angetrieben. Die sich drehende Klappenanordnung wurde bei einer maximalen Klappendurchbiegung (d. h. bei einem minimalen Abstand zwischen dem angewandten Dorn und dem Werkstück) betrieben und 10 cm über eine 5.72 cm starke Versuchsplatte aus einem Kohlenstoffstahl mit 0,12 bis 0,23% C, 0,3—0,6% Mn, max. 0,04% P, max. 0,05% S mit einer Geschwindigkeit bewegt, die 100% Entzunderung erzeugte.

Folgende Ergebnisse wurden erzielt:

Lebensdauer — Intensität

Aufbau	Lebens dauer (min)	Geschwindigkeit Intensität (Umdrehungen (Mil Almen C) pro min)	3,5 15	14 17	2 19	3 3^ 4	4000
Rad niedriger Intensität Hämmerklappenaufbau 26 Entzunderungsleistungsfähigkeit	30 500	3000 2000	% der von Teilchen getroffenen Fläche bei 100% Entzunderung		44
Aufbau	Entzunderungsrate (cm/min)	10 1,1
Rad niedriger Intensität Hämmerklappenaufbau 26 Hämmerintensität (Mil Almen C)	38 230	Aufbau Geschwindigkeit (Umdrehungen pro Min.) 750 1000 1500 2000 2500 3000 3500
	Rad niedriger Intensität — HämmerklapDenaufbau 26 10

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Die Lebensdauer-Intensitäts-Tabelle zeigt, daß der Hämmerklappenaufbau 26 in vierfache Intensität und
mehr als die fünfzehnfache Lebensdauer im Vergleich zu dem Rad niedriger Intensität aufweist. Die Entzunderungsleistungsfähigkeits-Tabelle zeigt, daß der Hämmerklappenaufbau 26 die sechsfache Entzunderungsrate
erzeugt und nur ^]/_l0 des von dem Rad niedriger Intensität bei 100% Entzunderungsrate abgetasteten Gebiets
erfordert. Die Lebensdauer-Entzunderungsleistung des Hämmerklappenaufbaus 26 beträgt 114 300 cm im Vergleich zu 1 143 cm für das Rad niedriger Intensität. Eine hundertfache Leistung wird folglich mit dem erfindungsgemäßen Hämmerklappenaufbau 26 erzielt. Die Hämmerintensitäten-Tabelle zeigt, daß die mit dem erfindungsgemäßen Hämmerklappenaufbau 26 erzielte Intensität um ein Vielfaches höher liegt als die mit dem Rad
geringer Intensität erreichbare.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

23 20 Oil Patentansprüche:

1. Hämmerklappenaufbau für ein rotierendes Werkzeug zum Kugelhämmern der Oberflächen von Metallwerkstücken, mit einem lappenartigen Trägerelernent, das mit mindestens einem freien Ende radial nach außen weisend an einer Nabe anbringbar ist und aus einem flexiblen, elastischen, zähen, stoßdämpfenden und zerreißfesten Material mit einer hohen Biegedauerfestigkeit und Formbeständigkeit besteht, und an dessen Oberfläche eine Anzahl besonders harter, schlagbruchbeständiger kugeliger Hämmerteilchen befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Trägerunterlage (14,15) nahe jedem freien Ende des Trägerelementes (12) an diesem mechanisch befestigt ist, die aus einem Material besteht das starker Biege- und Schlagbeanspruchung ohne wesentliche Verformung zu widerstehen vermag, und mit deren Oberfläche die Hämmerteilchen (17) metallurgisch verbunden sind.

2. Hämmerklappenaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Trägerunterlagen (14,15) nahe jedem freien Ende des Trägerelementes (12) an diesem Seite an Seite und in gleichem Abstand vom Ende vorgesehen sind, und daß das Ende zwischen diesen beiden Trägerunterlagen (14,15) radial geschlitzt