DE3012191C2 - Vorrichtung zum Herstellen warmgeformter Federn - Google Patents
Vorrichtung zum Herstellen warmgeformter FedernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen warmgewickelter Federn gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Die warmgeformten Federn werden gemäß den modernen Technologien im allgemeinen so hergestellt, daß
das Ausgangsmaterial zuerst auf die Verformungstemperatur aufgewärmt wird, und nach der Verformung mit
der gleichen Wärme auch die Wärmebehandlung des Werkstückes durchgeführt wird. Die Wärmebehandlung
erfolgt meistens durch Vergüten, das aus Härten und Anlassen besteht. Die Werkstücke werden im Ofen
erwärmt, wobei das Maß der Erwärmung vorteilhaftcrweise durch die Ofendurchgangsgeschwindigkeit geregelt
wird. Zur Erwärmung werden zweckmäßigerweise Temperaturzonenöfen verwendet
In den öfen werden die Werkstücke auf die Austenitisierungstemperatur,
d. h. über die Temperatur A<_j hinaus
erwärmt und nach der Verformung abgekühlt. Während der Austenitisierung tritt die Wärme über die
Oberfläche des zu erwärmenden Werkstückes ein und erhöht die Temperatur des Werkstückes entsprechend
den Eigenschaften des Werkstoffmaterials sowie den Gesetzmäßigkeiten der Wärmeübertragung. Es ist bekannt,
daß die Temperatur in Richtung von den äußeren Teilen zu den inneren Teilen eines Werkstückes exponential
abnimmt. Das Maß der Abnahme hängt von den Eigenschaften und Abmessungen des; Werkstoffes und
von der Glühzeit ab.
Somit wird an der Außenfläche des Werkstückes viel eher die Austenitisierungstemperatur erreicht, als an
seinen inneren Teilen. Zu Beginn des Glühens beginnt auf den äußeren Oberilächenteilen schon eine Vergrößerung
der Austenitkörner, währenddessen die Temperatur der inneren Teile der Temperatur ACj erst nahe
kommt. Dieser Umstsid ist bei der Herstellung von Federn besonders ungünstig, weil er neben der Kornvergröberung
auch die Oxidation der äußeren Teile zur Folge hat und gleichzeitig auch die Möglichkeit der Dckarbonisation
besteht. Mit Rücksicht darauf, daß während der Betätigung der Federn die äußeren Fasern
stets stärker beansprucht sind, als die anderen Teile, verschlechtern die erwähnten Nachteile grundsätzlich
die mechanischen Eigenschaften und die Lebensdauer der Federn. Eine weitere schädliche Auswirkung der
Kornvergröberung besteht darin, das sie die Möglichkeit der Dislokationsbewegungen sowie die damit verbundenen
Relaxationen erhöht. Infolge der erwähnten Erscheinungen übersteigt die praktische Lebensdauer
den Wert von ΙΟ6 Belastungsspieler, nicht mal bei Federn
höchster Qualität.
Derartige Probleme bei der Wärmebehandlung von Federn sind bekannt. Beispielsweise wird in der Zciischrift
»The Wire Industry«, Juni 1957, S. 561 -569 darauf
hingewiesen, daß häufig bei zu hohen Temperaturen geglüht wird, die Entkohlung verhindert werden muß
und sichergestellt werden muß, daß eine gleichmäßige Durchwärmung erfolgt, wobei die Erwärmungszeit jeüoch
so kurz wie möglich sein soll. Auch nach den bekannten Regeln für das Austenitisieren (z. B. Ruhfus,
»Wärmebehandlung der Eisenwerkstoffe«, 1958, Verlag Stahleisen mbH. S. 80,120-126,160) soll das Aufheizen
auf eine Temperatur, die möglichst wenig über ACi liegt, möglichst schnell geschehen, wobei die Hallczcit
auf dieser Temperatur möglichst kurz sein soll und Art sowie Geschwindigkeit der Abkühlung an den Werkstoff
anzupassen ist. Diese Bedingungen lassen sich jedoch, wie oben bereits erwähnt, beim Glühen eines Federdrahtes
in einem Ofen nicht optimal erreichen. Daher wird eine kontinuierliche Wärmebehandlung zum
Patentieren oder Tempern eines Federdrahtes nach einem bekannten Vorschlag (Zeitschrift »Savings and
Wire Products«. Vol. 12, Dec. 1937, S. 767-771) durch
b5 direkte Widerstandserwärmung durchführt, weil dadurch
eine gleichmäßige Erwärmung des Drahtes über den gesamten Drahtquerschnitt hin bei sehr viel kürzerer
Aufhciz/.eit als bei der Wärmebehandlung im Ofen
erreicht werden kann.
Die direkte Widerstandserwärmung eines laufenden Federdrahies ist auch für die Herstellung warmgewikkelter
Federn durch Erwärmen des Federdrahtes unmittelbar vor der Verformungsstelle auf Anlaßtemperatur
und Verformung des Drahtes in noch so warmen Zustand
bekannt, daß der Draht nach beendeter Verformung noch genügend warm ist, um sich entspannen zu
können (DE-GM 17 84 253).
Wenn jedoch eine Wärmebehandlung zur Austenitisierung eines Federdrahtes vorgenommen werden soll,
ist die direkte Widerstandserwärmung des laufenden Federdrahtes weniger geeignet, weil dabei der Anstieg
der Drahttemperatur von der Ausgangstemperatur am Anfang der Widerstandsheizstrecke bis zum Erreichen
der Kndtemperatur am Ende der Heizstrecke i. w. linear ist. Dadurch nämlich verbleibt gemäß den Fickschen
Zusammenhängen zu wenig Zeit für den optimalen Ablauf der Diffusionsvorgänge, die einen wichtigen Faktor
für die Austenitisierung darstellen. Wenn die Temperatur hei Annäherung an die Austenitisierungsiemperatur
schneller gesteigert wird, beschleunigen sich rwar die Diffusionsvorgänge ebenfalls, jedoch werden auch die
Austcniikörner größer. Daher läßt sich durch die Verwendung
der direkten Widerstandserwärmung eines laufenden Federdrahtes eine vollkommene Austenitisierung
ebenfalls nicht erreichen.
Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, eine Vorrichtung /um Herstellen warmgeformter Federn gemäß
den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so /u gestalten, daß eine Austenitisierung des
Federdrahtes ohne eine Kornvergröberung während der F.rwärmung erreicht werden kann.
Dies wird erfindungsgemäß durch die Merkmale aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unlcransprüchen angegeben.
Die Erfindung entspricht der Erkenntnis, daß eine Verbesserung der Festigkeitswerte der Federn nur dadurch
erzielt werden kann, wenn die Feinheit und die gleichmäßige Verteilung der Körner des Werkstoffes
gewährleistet ist. Dies wird erfindungsgemäß einerseits dadurch erreicht, daß durch die direkte Widerstandserwiirmung
der Federdraht-Stangen der gesamte Querschnitt des Werkstoffes gleichzeitig erwärmt wird und
die angewandte Temperatur die Temperatur von Acι +■ '0"C nicht übersteigt, wodurch einer Kornvergröberung
schon in sich entgegengewirkt wird. Darübcrhinaus erhöht sich durch das während der Erwärmung
entstehende elektromagnetische Feld die Geschwindigkeit der Kristallisation, wodurch die Kornfeinhcil
ebenfalls günstig beeinflußt wird. Durch die exponcnlialc Abnahme der Geschwindigkeit der Temperaturzunahme
bei der Widerstandserwärmung der in der Heizstrecke eingespannten Federdraht-Stangen aufgrund
der Zunahme des elektrischen Widerstandes mit zunehmender Temperatur und daher der Abnahme der
Stromstärke erfolgt die Annäherung an die Austenitisierungstempcratur
langsamer als die Temperaturzunahme während der vorangehenden Erwärmungszeitspanne.
Dadurch kann durch rechtzeitiges Abschalten der Stromzufuhr mit hoher Genauigkeit eingehalten werden.
Alle diese Faktoren zusammen führen zu optimalen Bedingungen bei der Austenilisierung.
Durch die Rrfinrlung wird auch die Anwendung der
sonst schon bekannten zyklischen Erwärmung ermöglicht, die die mechanische.! Eigenschaften des Produktes
ebenfalls günstig beeinflußt. Die zyklische Austenitisierung besteht aus wiederholten Erwärmungen auf den
Temperaturbereich zwischen Ac, und Acj + 10"-C. und
aus Abküh!zykien zwischen den einzelnen Erwärmungen. Die Anzahl der Zyklen muß entsprechend der Qualität
und den Eigenschaften des zu erwärmenden Werkstoffes so bestimmt vverden. daß der Werkstoff ein vollkommen
gleichmäßiges Austenitgefüge erhält. Infolge der zyklischen Austenitisierung werden die Kornfeinheit
und demzufolge auch die Festigkeit weiter verbessert.
Die Erfindung ermöglicht außerdem auch auf dem Gebiet der Federherstellung die Anwendung von solchen
günstigen Verfahren, wie das Austempern und das stoßartige Anlassen. Durch das Austempern können die
mechanischen Kennwerte der Federn weiter verbessert werden und durch das stoßartige Anlassen kann die
Anlaßsprödigkeit vermieden werden.
Durch die Anwendung des Austemperns in der Federherstellung kann das Martensitgefüge vermieden
werden. So treten die bei den Federn besonders ungünstigen Spannungsverhältnisse nicht h^l, so daß bessere
Parameter für die Festigkeit, die Schlagai «jeit, die Dehnung
und die Kontraktion der so wärmebehandelten Werkstoffe erhalten werden. Gleichzeitig werden auch
die bei gleicher Werkstoffqualität austemperierbaren Quersch.-,ittsbereiche vergrößert. Dies wird dadurch erreicht,
daß am Ende der Erwärmung das Innere des erwärmten Werkstoffes eine höhere Temperatur aufweist,
als dessen Äußeres.
Die Erfindung kann bei der Herstellung von allerlei Federn, z. B. von Schraubenfedern. Blattfedern bzw.
Stabilisatoren angewandt werden. Im weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe
der Zeichnung zusätzlich erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Vorderansicht der Heizvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen von
warmgeformten Federn.
Fig. 2 den Schnitt der Heizvorrichtung aus K ι g. 1
gemäß der Schnittlinie 2-2 in F i g. 1.
Fig.3 den Querschnitt eines Behälters der Kühleinrichtung
und
Fig.4 den Schnitt des Behälters aus Fig. 3 gemäß
der Schnittlinie 4-4 in F i g. 3.
Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Heizvorrichtung ist mit
einem bekannten Stangen-Zubringer versehen. Auf die Rutsche 1 des Zubringers werden mit Hilfe eines Kranes
Stangen 2 gelegt, deren Durchmesser dem Sollmaß des Drahtdurchmessers der Federn entspricht. Die Stangen
so 2 rutschen auf der Rutsche 1 gegen Zubringscheiben 3 und treten entsprechend der periodischen Drehung der
Zubringscheiben einzeln in die am Umfang dieser Zubringscheiben 3 ausgebildeten Stangen-Aufnahmenuten
hinein. Während der Drehung der Zubringscheiben 3 rollen die Stangen 2 auf der gegenüberliegenden Seite
aus den Nuten heraus und gelangen auf eine geneigte Bahn 5, auf welcher die Heizvorrichtung angeordnet ist.
Auf der der geneigten Bahn 5 zugewendeten Seite der Zubringscheiben 3 'si eine Abdeckhaube 4 angeordnet.
um ein vorzeitiges Herausrollen der Stangen 2 zu verhindern.
Die auf der geneigten Bahn 5 ankommenden Stangen
2 treten durch eine gegen Federkraft verschiebbare Klapptür 10 eines die Heizvorrichtung umgebenden
Gehäuses 9 hindurch tind bleiben an den Anschlägen 6
hängen. Es ist zweckmäßig, den Weg der Stangen 2 auf der geneigten Bahn 5 durch seitliche Leitplatten abzugrenzen.
In dem Gehäuse 5 liegen die Stangen 2 nach
dem Anschlagen an den Anschlagen 6 mit ihren Enden genau auf den Siromzuleitungs-Kontaktstücken der
Heizvorrichtung auf. Die Kontaktstücke 7 sind zweckmäßigerweise aus Kupfer gefertigt und gekühlt.
Die Stangen 2 werden von einer Klemmvorrichtung 8 auf die Kontaktstücke 7 gedruckt. Die Klemmvorrichtung
8 ist zweckmäßigerweise mit einem hydraulischen Antrieb versehen. Neben den Klemmbacken der
Klemmvorrichtung 8 bzw. den Kontaktstücken 7 sind Schneidevorrichtungen 12 angeordnet. Die Stangen 2
werden von diesen Schneidevorrichtungen 12 auf das gewünschte Sollmaß zugeschnitten. Sowohl die Kontaktstücke
7 als auch die Klemmbacken der Klemmvorrichtung 8. aber auch die Schneidevorrichtungen 12 sind
auf der einen Seite der Heizvorrichtung verstellbar angebracht, damit die Stromzuführung, die Fixierung und
das Abschneiden bei beliebigen Abmessungen der einzelnen Werkstücke sichergestellt werden kann.
Die Heizvorrichtung ist zweckmäliigerweise von dem
geschlossenen Gehäuse 9 umgeben, damit die Temperatür
der Stangen 2 nicht durch Temperaturänderungen der Umgebung beeinflußi wird und damit die rasche
Erwärmung des Werkstoffes bzw. das Glühen vorteilhaft mit einer Genauigkeit von ±2 C durchgeführt
werden kann. Im Interesse der Einhaltung dieser Genauigkeit ist die Heizvorrichtung mit einem an eine
Steuervorrichtung angeschlossenen Temperaturfühler versehen (was allerdings in der Zeichnung im Interesse
der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist). Das Gehäuse 9 ist beiderseits mit je einer Klapptür 10 versehen, die
von den Stangen 2 bei deren Ein- bzw. Ausrollen geöffnet werden. Das Schließen der Klapptüren 10 erfolgt
automatisch mit Hiife von Federkraft.
Die nach Lösen der Klemmvorrichtung 8 und Absenken der Anschläge 6 aus der Heizvorrichtung herausrol-
!enden und der gewünschten Länge entsprechend zugeschtmieiieti
Siungcti 2 gelangen nun auf Transport rollen
11 am unteren Ende der geneigten Bahn 5. An den aus den Transportrollen 11. die aK RiMenscheiben ausgebildet
sind, bestehenden Rollengang sind zweckmäßigerweise mehrere Heiz\orrichtungen angeschlossen. Die
Heizvorrichtungen können den Rollengang von zwei Seiten symmetrisch beliefern. In dieser Weise wird die
relativ lange Zykluszeit der Erwärmung aufgeteilt und sie kommt näher an die Zykluszeiten der anderen Arbeusschritte.
Wenn z. B. die Erwärmungszeit 100 s und die Zubringzeil 20 s ist. dann beträgt die Zykluszeit einer
Heizvorrichtung 120 s. Wenn aber im gegebenen System zu beiden Seiten des Rollengangs je drei Heizvorrichtungen
angeordnet sind, dann beträgt die Auslaßzykluszeit dieses Systems 20 s.
Von dem Rollengang gelangen die erwärmten Stangen 2 in eine Wickeleinrichtung 13. in weicher aus den
Stangen in an sich bekannter Weise Schraubenfedern hergestellt werden. Die warmverformten und noch austenitischen
Federn gelangen nun auf eine in F i g. 3 und 4 dargestellte geneigte Bahn 14. Von hier rollen sie in die
Mulden einer in einen Behälter 15 hineinragenden, geneigten Eintragvorrichtung 16. Die geneigte Eintragvorrichtung
16 ist zweckmäßig als Muldengurtförderband ausgebildet, von welchem die Federn mit bestimmter
Geschwindigkeit in das im Behälter 15 aufgenommene Kühlmedium gefördert werden. Die Federn fallen
aus den Mulden des Muidengurtförderbandes erst heraus, wenn ihre Temperatur schon etwa auf 400"C zurückgegangen
ist. Im Kühlmedium sinken die Federn auf den geneigten Boden des Behälters 15 und rollen auf
diesem geneigten Boden in die Mulden einer Austragvorrichtung 17. Die Austragvorrichtung im als senkrecht
angeordnetes Muldengurtförderband ausgebildet.
Durch entsprechende Festlegung der Höhe des Behälters 15 und der Geschwindigkeit der Austragvoirichtung
17 kann eine Kühlung der Federn mit genau bestimmter Zeitdauer gewährleistet werden.
Die Kühleinrichtung enthält zweckmä'ßigcrwcise mehrere ähnliche Behälter, aus welchen die fcriigcn Federn
in gesonderte oder gemeinsame Sammelsystcmc gelangen.
Mit der Heizvorrichtung ist das Erwärmen der Stangen 2 durch direkte Widerstandsheizung gelöst. Nach
der Fixierung der Stangen 2 auf den Kontaktstücken 7 wird von einem Dreiphasentransformator elektrischer
Strom mit Kleinstspannung durch die Stange 2 geleitet. Die Temperatur der Stange nimmt infolge der Joule-Wärme
schnell zu. Da die Zunahmegeschwindigkeit der Temperatur exponential abnimmt, geht die direkte Annäherung
der Austenitisierungstemperatur relativ langsam
vor sich. So kann die Steuervorrichtung den Strom bei Erreichen der Austcnitisierungslemperatur mit großer
Genauigkeit abschalten.
Wenn die Erwärmung zyklisch durchgeführt wird, muß die Temperatur der Stangen nur in ganz geringem
Maße über die Temperatur Aci hinaus erhöht werden. Bei Erreichen dieser Temperatur wird der Strom von
dem Temperaturfühler abgeschaltet. Bei dem eingestellten unteren Temperaturwert wird der Strom automatisch
wieder eingeschaltet und der Zyklus beginnt wieder von vorn. Die Zyklen werden so lange wiederholt,
bis der vollkommen austenitische Zustand erreicht wird.
Die weiteren Schritte der Wärmebehandlung können verschiedenartig ausgeführt werden. Wenn der Werkstoff
vergütet wird, dann wird nach dem Abschrecken in einem Ölbad eine Entfettung mit Lauge, ein Anlassen in
einem Salzbad und schließlich eine Abkühlung in kaltem Wasser durchgeführt.
Das Abschrecken kann auch gemäß einer dem Austempern entsprechenden Technologie durchgeführt
werden. In diesem Fall findet das Abschrecken in einem Salz- oder Metallbad statt. Die Temperatur des Bades
muß höher sein als die der Linie M1 entsprechende Temperatur.
Danach werden die Federn in kaltem Wasser abgekühlt.
Die Anwendbarkeit des Austemperns und die Vergrößerung der austemperierbaren Qucrschnittsberciche
bei gleicher Werkstoffqualität führen ebenfalls zu einer wesentlichen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften.
Die austemperierbarep. Querschninsbereiche
werden dadurch vergrößert, daß bei der dirck' :n
Widerstandserwärmung das Innere des Werkstoffes am Ende der Erwärmung wärmer wird als dessen Äußeres.
Der Strom verteilt sich nämlich gleichmäßig im zu erwärmenden Werkstoff und erwärmt ihn gleichmüßig,
jedoch treten Wärmeverluste vor allem auf der Oberfläche auf. Bei der gewöhnlichen Netzfrequenz ist die Wirkung
des »Skin-Effektes« vernachlässigbar.
Bei stoßartigem Anlassen ist die Ewärmungsgcschwindigkeit des Werkstückes geringer, als die Erwärmungsgeschwindigkeit
bei der Austenitisierung. Nach der Erwärmung müssen die Werkstücke sofort in kaltem
Wasser abgekühlt werden.
Die abschließenden Fertigungsschritte nach der Wärmebehandlung können in bekannter Art und Weise
durchgeführt werden.
Die das Kühlmedium enthaltenden Behälter der Kühleinrichtung können in Abhängigkeil davon, mit
welcher Technologie gearbeitet w ird. einfach umgestellt
n. I is wird zugleich gewährleistet, daß die in den
IMiiillern befindlichen Kiihlnicdien auf beliebige Temperaturen
eingestellt werden können. Zu diesem Zweck sind die Behälter ir.il Heiz- und Kühlvorrichtungen versehen.
Durch die beschriebene Widerstandserwärmung kann die ideale Austenitisierung des Federwerkstoffes
erzieh -»»erden. Als Folge davon erscheint das ultrafeinc
Konigefügc auch im während der Wärmebehandlung
ausgebildeten Sphäroidil und Bainit. Die Fließgrenze des Werkstoffes der so wärmebehandelter. Federn erhöht
sich in bedeutendem Maße. Die ausgezeichnete Konifeinheit beschränkt gleichzeitig die Dislokationsbewegungen, wodurch die translatorischcn und anderen
Nachwirkungen abnehmen (elastische Nachwirkung, Relaxation, elastische Syntherese, Bauschinger-Effekt).
Durch die beschriebene direkte Widerstandserwäriiuing
kann diese mit verschieden vorteilhaften Wärmebeh;!nd!u!!g.smethodcn
kombiniert werrlpn, 7 R mit einem
Austempern. Während der Erwärmung kann auch die zyklische Erwärmungsmethode angewandt werden.
Infolge dieser Faktoren verfügen die hergestellten Federn über bessere mechanische Eigenschaften als herkömmliche
Federn. Wenn während der Wärmebehandlung keine Oxidation oder Dekarbonisation auftritt,
dann werden die Abmessungen der fertigen Werkstükke genauer, die zur Wärmebehandlung notwendige
Wärmemenge beträgt lediglich 15% der bei herkömmlichen
Methoden verwendeten Wärmemenge und der Werkzeugverbrauch nimmt ebenfalls ab.
Mi1 .ler beschriebenen Vorrichtung können verschiedenartige
Federn in einem sehr breiten Maßbereich hergestellt werden. Mit dieser Vorrichtung kann das Herstellungsverfahren
vollkommen automatisiert werden.
Durch die Anwendung der beschriebenen Heizvorrichtung beim Anlassen kann die Anlaßsprödigkeit vermieden
werden. Einige niedriglegierte Stahlsorten, vor allem die Cr- bzw. Cr-Mn-Stähle sind nämlich in ihrem
angelassenen Zustand ziemlich spröde. Die Versprödnng
tritt meistens beim Anlassen zwischen der üblichen Anlaßtemperaturgrenzen von 300 bis 550°C bzw.
in solchen Fällen auf, in denen die zur Anlaßsprödigkeit neigenden Stähle langsam erhitzt werden. Dabei besteht
nämlich an der Grenze der ehemaligen Martensitkrisialle eine Möglichkeit zur groben Ausscheidung der
spröden Phase. Wenn aber das Anlassen durch die direkte Widerstandserwärmung schnell und stoßartig erfolgi,
dann kann diese Erscheinung vermieden werden, weil das Temperaturintervall der Entstehung der Anlaßsprödigkeit
sehr rasch durchlaufen und verlassen wird. So gibt es keine Zeit zur Ausbildung der spröden Phase
an den Kristallgrenzen. Die Umwandlung des Martensits in ein Anlaßgefügeelement geht im ganzen Querschnitt,
aber auch innerhalb der einzelnen Kristalle gleichzeitig, sozusagen explosionsartig vor sich, was ein
äußerst gleichmäßiges Gefüge zur Folge hat. Dieses Gefüge kann den dynamischen Wirkungen sehr gut widerstehen.
Die beschriebene Vorrichtung kann mit relativ niedrigen Investitionskosten hergestellt werden, ihr Platzbedarf
ist gering und die Selbstkosten der Herstellung sind um 30 bis 40% niedriger als bei herkömmlichen Verfahren.
Die metallographische Struktur, die mechanischen Eigenschaften und die Lebensdauer der auf der erfindungsgemäßen
Vorrichtung hergestellten Federn werden im Vergleich zu den herkömmlichen Lösungen wesentlich
verbessert.
Im folgenden werden konkrete Beispiele zur Anwendung
der Vorrichtung vorgestellt.
Beispiel 1
5
5
Es wurden Schraubenfedern aus einem Stahl der Qualität 50 CrV4 hergestellt. Die Federn wurden in zwei
Ausführungsformcn gefertigt. Die eine hatte einen Drahtdurchmcsscr von 10,1 mm und eine gestrecke
lü Länge von 1960 mm und die andere hatte einen Drahtdurchmesser
von 11.25 mm und eine gestreckte Länge
von 2430 mm.
Die Stangen wurden in 92 — 95 s auf eine Temperatur von 8100C erwärmt. Die Erwärmung der Stangen mit
dem Durchmesser von 10.1 mm wurde mit einer Wärmemenge von 936,7 k) und die Erwärmung der Stangen
der anderen Ausführungsform mit 1549.1 k| durchgeführt. Der Wert der elektrischen Spannung war 16.6
bzw. 10,4 V.
Der Verformung folgte das Austempern der Federn in einem Salzbad mit einer Temperatur von 3IO"C. Die
Zeitdauer des Austemperns betrug 20 Minuten. Die Abkühlung wurde in Wasser von Raumtemperatur durchgeführt.
Die so hergestellten Federn haben ein bainitisches Gefüge erhalten. Der Anteil des Bainits im Gefüge betrug
99% und war gleichmäßig verteilt. Der Wert der Kornfeinheit betrug 13.
Die Härte der Federwerkstoffc zwar zwischen 48 und
jo 50 HRc. Das Verhältnis oFloBbetrug 0.93.
Der Wert der statischen Setzverluste lag bei 1.06 bis 1,62%. Bei den Lebensdauerversuchen haben die Federn
2 · 10b Beanspruchungsspiele wiederholt ohne Bruch geleistet. Während der Lebensdauerversuche betrug
die Frequenz 0.2 Hz und d'e Federn wurden darüberhinaus
auch dynamischer Beanspruchung unterworfen.
Ein Teil der im Beispiel ! vorgestellten Schraubenfedern wurde so hergestellt, daß sie nach der Erwärmung
vergütet wurden. Während des Vergütens wurde als Kühlmedium Härteöl mit einer Temperatur von 50'C
verwendet. Nach dem Härten wurde eine Entfettur.g in einem Laugebad mit einer Temperatur von 60c C durchgeführt,
dann wurde der Werkstoff in Wasser von Raumtemperatur abgespült. Danach wurde der Werkstoff
in einem Salzbad mit einer Temperatur von 320—330"C angelassen. Die AnialJzeitdauer war 20 Minuten.
Nach dem Anlassen wurde die Abkühlung in Wasser von Raumtemperatur durchgeführt.
Die so hergestellten Werkstücke haben ein Sphäroidit-Gefüge erhalten. Die Verteilung des Sphäroidits war
vollkommen gleichmäßig, der Wert der Kornfeinheit betrug 12.
Die Härte des Werkstoffes war 49-51 HRc und das Verhältnis oFloB betrug 0.9. Der Wert der statischen
Setzverluste lag zwischen 4.5 und 6%. Die Lebensdauerversuche wurden bis zu 1.6 · 10b Beanspruchungsspielen
durchgeführt. Die Versuchsfrequenz betrug 0,2—0.3 Hz.
Es wurden Blattfedern aus der Werkstoffquafität 50 CrV4 hergestellt. Die Länge der Blattfedern betrug
900 mm, ihre Breite 80 mm und ihre Dicke 6 mm. Die Erwärmung des Werkstoffes auf eine Temperatur von
802 C wurde zyklisch durchgeführt. Die Anzahl der Zyklen betrugt 8. wobei die Zeitdauer der ersten Erwärmung
90s und die der Abkühlung 8.4s war, und die
Zeitdauer der zweiten Erwärmung 17 s und die der Abkühlung 8,4 s betrug. Die weiteren Zyklen waren mit
dem zweiten Zyklus identisch. Die niedrigste Temperatur der Zyklen war 600° C.
Der untere Ttmperaturwert der zyklischen Erwärmung betrug 6000C. Der Wert der zur Erwärmung notwendigen
gesamten Wärmemenge: 7360 kj.
Nach der Verformung wurde der Werkstoff in einem Salzbad mit einer Temperatur von 308~ C austemperiert.
Die Zeitdauer des Austemperns betrug 20 Minuten, und die Abkühlung wurde in Wasser von Raumtemperatur
durchgeführt.
Die Werkstücke haben ein bainitisches Gefüge erhalten, wobei der Anteil des Bainits 99% betrug und die
Verteilung des Bainits vollkommen gleichmäßig war.
γλ \\i . j w r-:_ ι :. ι . _ ι λ
l/(_i ITtKUCi rs.c/1 iiiciiiucii ucii ug it.
Die Härte des Werkstoffs war 48-49,5 HRc und das Verhältnis 0FI0B betrug 0,95.
Es wurde auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus einer Werkstoffqualität 55 Cr3 ein Stabilisator mit
einem Durchmesser von 20 mm und einer gestreckten Länge von 2400 mm hergestellt.
Während der Herstellung betrug die Austenitisierungstemperatur834cC.
wobei die Erwärmung kontinuierlich in etwa 100 s durchgeführt wurde. Die zur Erwärmung
notwendige Wärmemenge betrug 4303,4 k|. die angewandte Spannung 13,8 V. Das Abschrecken wurde
in Härteöl mit einer Temperatur von 500C durchgeführt.
Die Werkstücke wurden durch stoßartiges Anlassen behandelt. Die Anlaßtemperatur betrug 4!0°C, die Anlaßzeit
100 s. Das Anlassen wurde bei einer Spannung von 10.6 V durchgeführt. Die Kühlung fand in Wasser
vor Raumtemperatur statt.
Die metallographische Struktur der Werkstücke war auch diesmal bainitisch. Der Anteil des Bainits betrug
98 — 99% und seine Verteilung war vollkommen gleichmäßig. Der Wert der Kornfreiheit betrug 12.
Die Härte des Werkstoffes lag zwischen den Werten 50.5 und 52,5 H Rc und das Verhältnis 0FI0B betrug 0,91.
Die statischen Setzverluste lagen zwischen 1,4 und 2.5%. Die Lebensdauerversuche wurden bis 2 · 106 Beanspruchungen
durchgeführt, bei einer Frequenz von 0.2-0.3 Hz.
Es wurden Schraubenfedern wie im Beispiel 1 und 2 bei einer herkömmlichen Wärmebehandlung im Ofen
hergestellt. Während der Herstellung wurden die Stangen im Ofen auf 830 bis 860° C erwärmt, dann verformt.
Nach der Verformung wurden die Werkstücke im Ölbad mit einer Temperatur von 50°C vergütet und
schließlich bei einer Temperatur von 330 bis 4800C angelassen.
Die so hergestellten Federn haben ein sphäroiditisches Gefüge erhalten, aber die Kornverteilung war
ziemlich ungleichmäßig, und die Karbide erschienen stellenweise in koaguüerter Form. Der Wert der Kornfeinheit
betrug meistens 8—9.
Bei den Härtewerten der Federn war eine Streuung von 4 bis 5 HRc festzustellen, im Gegensatz zu den Federn
in den Beispielen 1 bis 4, bei welchen der Weil der Streuung 1 bis 1.2 HRc betrug. Im Werksioff der in herkömmlicher
Weise hergestellten Werkstücke betrug der Wert des Verhältnisses oFloB meistens 0,9. Wahrend
der Lebensdauerversuche waren alle Schraubcnfedcrn schon unter dem Wert von 0,5 · 10h zerbrochen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Vorrichtung zum Herstellen wanngeformter Federn aus Stangen, die durch direkte Widerstandsheizung
maximal 150 s lang auf eine Temperatur zwischen AC3 und Aci + 10° C erwärmt, verformt
und dann abgekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Stangen-Zubringer
(J, 3) und einer Verformungseinrichtung (13), die in einen Abkühlbehälter (15) mündet, eine zur direkten
Widerstandserwärmung der Stangen (2) gestaltete Heizvorrichtung (6—12) auf einer geneigten
Bahn (5) angeordnet ist und die Heizvorrichtung an den Seiten der Bahn in dieser eingebaute Stromzuleitung-Kontaktstücke
(7), für das Anhalten jeweils einer auf der Bahn (5) ankommenden Stange (2) auf den Kontaktstücken (7) an der Bahn angeordnete
Anschläge (6), für das Anklemmen der Stange (2) gegen die lCc^taktstücke (7) gestaltete Klemmvorrichtungen
(8) and neben den Klemmvorrichtungen angeordnete Stangenschneidevorrichtungen (12)
aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stangenzubringer (1,3) periodisch
angetriebene Zubringscheiben (3) aufweist, die mit Stangenaufnahmenuten versehen sind und an der
der geneigten Bahn (5) zugewendeten Seite von einer ein vorzeitiges Herausstellen der Stangen aus
den Aufnahmenuten verbindenden Abdeckhaube (7) abgedeckt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvor-, ichtung (6—12) ein
mit federnd abgestützten Klapptüren (10) für das Ein- und Austreten der Stangen (Z.J versehenes, geschlossenes
Gehäuse (9) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung
(6—12) mit einem an eine Steuervorrichtung angeschlossenen Temperaturfühler versehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Verformungseinrichtung
angeschlossene Kühleinrichtung mindestens einen mit Kühlmedium gefüllten und mit
einem geeigneten Boden versehenen Behälter (15), eine an dem untersten Rand des Bodens des Behälters
(15) angeschlossene Austragvorrichtung (17) sowie eine in den Behälter (15) gegenüber der Austragvorrichtung
(17) mündende geneigte Eintragvorrichtung (16) enthält.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrag- und Austragvorrichtungen
(16,17) als Muldengurtförderband ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (15) mit einer
Külil- und Heizvorrichtung versehen ist.
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