DE3516214A1

DE3516214A1 - Geraet zum pruefen der haerte von eisenteilen

Info

Publication number: DE3516214A1
Application number: DE19853516214
Authority: DE
Inventors: Sumitoshi Fukuoka Takematsu
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1984-05-15
Filing date: 1985-05-06
Publication date: 1985-11-21
Also published as: JPS60239666A

Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Prüfen der Härte von Eisenteila anhand der magnetischen Remanenz.
Von Eisenteilen, etwa Gußeisenteilen für den Kraft fahrzeugbau, werden in zunehmendem Maße gute und gleichmäßige Eigenschaften gefordert, da sie immer höheren Beanspruchungen und gleichmäßiger Handhabung, etwa automatisierter Bearbeitung und Montage, ausgesetzt sind.
Unter anderem stellt die Härte eine der wichtigsten Eigenschaften derartiger Eisenteile dar.
Bekanntlich hängt die Härte von Eisenteilen im wesentlichen linear vom magnetischen Restfluß (Remanenz) ab. Diese Abhängigkeit wird zur Messung der Härte von Eisenteilen benutzt. Zur Härtemessung werden die Eisenteile mittels einer Gleichstrom-Magnetisierungseinrichtung in die Sättigung magnetisiert; sodann wird das Magnetfeld auf null reduziert, wobei die Eisenteile einen magnetischen Remanenzfluß aufweisen; in diesem Zustand werden sie dann durch eine Detektorspule geleitet, in der ein Strom induziert wird, der zum magnetischen Remanenzfluß proportional ist, wobei die Härte der Eisenteile anhand des Ausgangssignals der Detektorspule bestimmt wird.
Die japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 45-26142 beschreibt ein Gerät:zum Messen der Härte von Stahlteilen, wobei eine Magnetisierungsspule und dieser gegenüber eine Detektor spule an einem Förderband angeordnet sind und die auf dem Förderband liegenden Stahlteile durch beide Spulen geführt werden. Die Härte der Stahlteile wird durch Messen des magnetischen Remanenzflusses mit Hilfe der Detektorspule ermittelt.
Die Stahlteile werden dabei je nach ihrer Härte in drei Grade klassifiziert.
Bei diesem bekannten Gerät dürfte eine Justierung je nach Größe und Form der Eisenteile erforderlich sein, um diese nach drei Graden ordnungsgemäß zu klassifizieren.
Das bekannte Gerät ist daher zum Prüfen der Härte von Eisenteilen unterschiedlicher Größen und Formen ungeeignet. Außerdem arbeitet es zum Klassifizieren der Härte der untersuchten Stahlteile mit Schmitt-Triggerschaltungen; was bedeutet, daß sich die Ausgangssignale der Detektorspule mit der Zeit ändern. Das bekannte Gerät ist also nicht notwendigerweise genau, da sein Ausgangssignal sowohl durch Größe und Form der Eisenteile als auch durch deren Bewegungsgeschwindigkeit erheblich beeinflußt wird.
Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, Nachteile, wie sie bei vergleichbaren Härteprüfgeräten nach dem Stand der Technik auftreten, mindestens teilweise zu beseitigen. Eine speziellere Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, ein Gerät zum Prüfen der Härte von Eisenteilen unterschiedlicher Formen und Größen mit hoher Genauigkeit und Leistungsfähigkeit anzugeben.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines nach der Lehre der Erfindung gebauten Gerätes, Fig. 2 ein schematisches Schaltbild der elektrischen Schaltung dieses Gerätes, Fig. 3 (a) und 3 (b) Flußdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise des Gerätes, wobei Fig. 3 (a) einen Einstellbetrieb und Fig. 3 (b) einen Prüfbetrieb wiedergibt, und Fig. 4 und 5 Diagramme zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen dem magnetischen Remanenzfluß und der Brinell-Härte.
Gemäß Fig. 1 weist das Gerät eine Magnetisierungsspule 1, eine Detektorspule 2 und einen Mikrorechner 3 auf. Ein um zwei Rollen 5, 6 laufendes Endlos-Förderband 4 bewegt sich in Richtung des Pfeils A durch die Öffnung 7 der Magnetisierungsspule 1 und die Öffnung 8 der Detektorspule 2.
Durch beide Öffnungen 7 und 8 verläuft eine Platte 9, die das Förderband 4 beim Passieren der Öffnungen 7, 8 unterstützt. Ein Eisenteil 10 liegt auf einer auf dem Förderband 4 angeordneten Aufnahme 11. In Fig. 1 ist zwar nur ein Eisenteil dargestellt, doch kann das Förderband 4 auch mehrere Eisenteile gleichzeitig hintereinander befördern. Vor bzw. hinter der Detektorspule 2 sind ein Messungs-Einschalter 12 und ein Messungs-Ausschalter 13 angeordnet, die jeweils mit einem Sensor 14 bzw. 15 ausgerüstet sind. Die Detektorspule 2 ist mit dem Mikrorechner 3 über eine Leitung 16 verbunden.
Gemäß Fig. 2 ist die Detektorspule 2 an einen Verstärker 21 angeschlossen, der seinerseits mit einem Analog-Digital-Umsetzer 22 verbunden ist. Der Mikrorechner 3 ist mit einer Eingangs-Schalttafel 23 und einer Ausgangs-Schalttafel 24 ausgerüstet. An die Eingangs-Schalttafel 23 sind der A/D-Umsetzer 22, der Messungs-Einschalter 12, der Messungs-Ausschalter 13 und ein Kartenleser 25 angeschlossen. Die Ausgangs-Schalttafel 24 ist mit einem Drucker 26, einer Kathodenstrahlröhre 27 und einem Signalausgang 28 verbunden. Der Mikrorechner 3 besteht im wesentlichen aus einer Zentralverarbeitungseinheit 29, einem Speicher 30 mit wahlfreiem Zugriff (RAM) und einem Festspeicher 31 (ROM). Der Mikrorechner 3 kann gemäß den im Festspeicher 31 gespeicherten Programmen sowohl im Einstellbetrieb als auch im Prüfbetrieb arbeiten.
Der Einstellbetrieb läuft gemäß dem Flußdiagramm nach Fig. 3 (a) ab.
Schritt A: Die ein bestimmtes Eisenteil 10 betreffenden Daten bezüglich Chargennummer, Produktnummer, gefordertem Härtebereich usw. werden in den Speicher 30 eingegeben.
Schritt B: Das betreffende Eisenteil 10 wird mit der Aufnahme 11 auf das in Richtung des Pfeils A sich bewegende Förderband 4 gelegt.
Schritt C: Das auf dem Förderband 4 liegende Eisenteil 10 bewegt sich durch die Magnetisierungsspule 1, deren Magnetfeld stark genug ist, um das Eisenteil 10 bis in die Sättigung zu magnetisieren. Nach Passieren der Magnetisierungsspule 1 weist das Eisenteil 10 einen magnetischen Remanenzfluß auf.
Schritt D: Ein Messungs-Anfangssignal wird von dem Schalter 12 zugeführt, dessen Sensor 14 das auf dem Förderband 4 liegende Eisenteil 10 erfaßt. Dieses Signal wird an die Eingangs-Schalttafel 23 des Mikrorechners 3 geleitet, das den A/D-Umsetzer 22 aktiviert.
Schritt E: Mittels der Detektorspule 2 wird der magnetische Remanenzfluß des sich durch die Spule bewegenden Eisenteils 10 erfaßt. Das Ausgangssignal der Detektorspule 2 wird dem Verstärker 21 zugeführt, dessen verstärktes Ausgangssignal seinerseits am A/D-Umsetzer 22 liegt. Das Ausgangssignal des A/D-Umsetzers 22 wird in integrierter Form in den Speicher 30 des Mikrorechners 3 über die Eingangs-Schalttafel 23 eingegeben.
Schritt F: Das Messungs-Endsignal wird von dem Schalter 13 zugeführt, dessen Sensor 15 das sich von der Detektorspule.2 wegbewegende Eisenteil 10 erfaßt. Dieses Signal wird der Eingangs-Schalttafel 23 des Mikrorechners 3 zugeführt, der den A/D-Umsetzer 22 abschaltet.
Schritt G: Die Schritte B bis F werden so lange wiederholt, bis die vorgegebene Anzahl von Eisenteilen der gleichen Charge gemessen ist. Diese Anzahl liegt in der Praxis bei 10 bis 20.
Schritt H: Die obigen Eisenteile 10 werden hinsichtlich ihrer Härte separat gemessen, um die Beziehung zwischen magnetischem Remanenzfluß und Härte zu ermitteln.
Aus dieser Beziehung wird der gewünschte Remanenzbereich bestimmt, der etwas enger ist als es dem gewünschten Härtebereich entspricht. Diese Einengung des Remanenzbereichs gewährleistet, daß jedes Eisenteil, dessen Härte außerhalb des gewünschten Bereichs liegt, trotz gewisser Fehler, die bei der Messung auftreten können, im Zuge der Prüfung zurückgewiesen werden. Dabei kann in Verbindung mit oder anstelle von dem gewünschten Remanenzbereich auch der gewünschte Härtebereich benutzt werden, der im Hinblick auf Meßfehler etwas enger ist als erforderlich. Übrigens erfolgt die Härtemessung dadurch, daß jedes Eisenteil mehrfach zerschnitten und die Härte der einzelnen Schnittflächen gemessen wird. Für jedes Eisenteil wird die Härte dann als Mittelwert angegeben.
Schritt I: Die genannte Beziehung wird zusammen mit dem gewünschten Remanenzbereich und/oder Härtebereich auf einem Träger aufgezeichnet. Bei dem Aufzeichnungsträger kann es sich um Plastikkarten, die gemäß den aufzuzeichnenden Daten gelocht werden, um Magnetkarten oder dergleichen handeln.
Der Prüfbetrieb läuft gemäß dem in Fig. 3 (b) gezeigten Flußdiagramm ab.
Schritt J: In dem Kartenleser 25 wird die Lochkarte gelesen, um dem Mikrorechner 3 ein Signal zuzuführen, das (1) den gewünschten Remanenzfluß- und/oder Härte-Bereich sowie (2) die Beziehung Remanenzfluß/Härte für jede Charge von Eisenteilen angibt.
Schritt K: Das Eisenteil 10 derselben Charge wird zusammen mit einer Aufnahme 11 auf das in Richtung des Pfeils A sich bewegende Förderband 14 gelegt.
Schritt L; Das Teil 10 wird beim Passieren der Magnetisierungsspule 1 vollständig aufmagnetisiert, so daß es einen Remanenzfluß aufweist.
Schritt M: Das Messungs-Anfangssignal wird von dem Schalter 12 zugeführt, dessen Sensor 14 das auf dem Förderband sich bewegende Eisenteil 10 erfaßt.
Schritt N: Durch die Detektorspule 2 wird der Remanenzfluß.des sich hindurchbewegenden Eisenteils 10 ermittelt.
Das Ausgangssignal der Meßspule 2 wird wie im Schritt E des Einstellbetriebs verarbeitet.
Schritt O: Das Messungs-Endsignal wird von dem Schalter 13 zugeführt, dessen Sensor 15 das sich von der-Detektorspule 2 wegbewegende Eisenteil 10 erfaßt.
Dieses Signal wird über die Eingangs-Schalttafel 23 an den Mikrorechner 3 geleitet, der den A/D-Umsetzer 22 abschaltet und die Zentralverarbeitungseinheit 29 zur Bearbeitung des nächsten Schrittes einschaltet.
Schritt P: Die Daten über die Beziehung Remanenzfluß/ Härte werden aus dem Speicher 30 geholt und mit dem gemessenen Remanenzfluß des Eisenteils 10 verglichen, um die Härte des geprüften Eisenteils 10 zu bestimmen. Da der Vergleich für die Eisenteile der gleichen Charge (gleiche Größe, Form, Materialzusammensetzung) durchgeführt wird, wird die so bestimmte Härte durch die Größen und Formen der Teile nicht wesentlich beeinflußt.
Schritt Q: Die so ermittelte Härte wird dann einer Untersuchung unterzogen, ob sie innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. Sämtliche Eisenteile, deren Härte außerhalb des gewünschten Bereichs liegt, werden entweder manuell oder automatisch abgewiesen.
Schritt R: Das obige Prüfungsverfahren (Schritte K bis Q) wird für sämtliche Eisenteile 10 der gleichen Charge wiederholt.
Schritt S: Die gemessenen Härtewerte werden für sämtliche Eisenteile 10 ausgedruckt, um die Verteilung der gemessenen Härtewerte darzustellen. Die Härteverteilung ist signifikant zur Bestimmung, wie weit in einem nachfolgenden Schritt eine Wärmebehandlung durchgeführt werden sollte.
Da die obigen Einstell- und Prüfungs-Betriebsarten mit dem Mikrorechner 3 durchgeführt werden und da die Daten der Beziehung Remanenzfluß/Härte für alle Arten von Eisenteilen vorher auf einem Aufzeichnungsträger gespeichert werden, ist das vorliegende Gerät zur Prüfung von Eisenteilen unterschiedlicher Größen, Formen und Materialzusammensetzungen sehr leistungsfähig und praktisch.
Eine Justierung des Geräts beim Wechsel auf andere Arten von Eisenteilen (unterschiedlicher Größe und/oder Form) ist nicht erforderlich. Vielmehr genügt es dabei, lediglich die zugehörige Karte in den Kartenleser 25 einzugeben.
Da ferner das Ausgangs signal der Detektorspule 2 integriert wird, um die Härte der Eisenteile zu bestimmen, werden die gemessenen Härtewerte durch die Formen und Größen der Eisenteile sowie ihre Bewegungsgeschwindigkeit nicht wesentlich beeinflußt.
Zu den Eisenteilen, die sich mit dem vorliegenden Gerät prüfen lassen, gehören Teile aus beliebigen Eisenwerkstoffen, die sich ferromagnetisch verhalten. Zu vermerken ist jedoch, daß das vorliegende Gerät insbesondere für Gußeisenteile komplizierter Formen geeignet ist, da die gemessenen Härtewerte derartiger Teile bei Verwendung herkömmlicher Geräte durch deren Form erheblich beeinflußt würden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand der nachstehenden Beispiele beschrieben werden.
-Beispiel 1 Die Härteprüfüng wurde mit einem Gerät gemäß Fig. 1 durchgeführt, das folgende Parameter aufwies: Geschwindigkeit des Förderbandes : 500 mm/s Magnetis ierungs spule Durchmesser : 400 mm Windungszahl : .10 Magnetisierungsstrom : 4000 A während 1/120 s Detektor spule Durchmesser : 400 mm Windungszahl : 300 Geprüft wurden Kurbelwellen für Kraftfahrzeugmotoren: Werkstoff : Kugelgraphitguß FCD 70 (JIS G 5502) Gewicht : 98 N Länge : 460 mm Geforderte Härte : 229 bis 269 Brinell A. Einstellbetrieb Das obige Eisenteil wurde zusammen mit einer Aufnahme 11 auf das Förderband 4 gelegt und passierte die Magnetisierungsspule 1 und die Detektorspule 2, wobei ein Ausgangssignal des Remanenzflusses erzeugt wurde. Das gleiche Verfahren wurde für 12 gleiche Kurbelwellen wiederholt.
Jede der obigen 12 Kurbelwellen wurde in mehrere Teile zerschnitten, deren Oberflächen an 20 Stellen auf ihre Brinell-Härte gemessen wurden. Aus den 20 Werten für jede Kurbelwelle wurde eine mittlere Härte berechnet.
Auf diese Weise wurde die Beziehung Remanenzfluß/Härte für die Kurbelwellen dieses Typs erstellt, die in Fig. 4 gezeigt ist. Dort geben die Punkte A und B auf der Abszisse die untere bzw. obere Grenze des Brinell-Härtebereichs mit 229 bzw. 269 an. Zu beachten ist, daß der gewünschte Remanenzflußbereich, der mit den Linien C und D angegeben ist, enger eingestellt ist als es dem geforderten Brinell-Härtewert entspricht, um unvermeidbare Meßfehler zu berücksichtigen.
Die obige Beziehung RemanenzfluB/Härte wurde durch Stanzen einer Plastikkarte aufgezeichnet.
B. Prüfbetrieb Die gestanzte Plastikkarte wurde in den Kartenleser 25 eingegeben, um dem Mikrorechner 3 die Daten betreffend die obige Beziehung Remanenzfluß/Härte zuzuführen, wo diese Daten in den Speicher 30 eingespeichert wurden.
Sämtliche zu prüfenden Kurbelwellen wurden dem aus den Schritten K bis R bestehenden Prüfverfahren unterzogen. Wies die jeweils geprüfte Kurbelwelle nicht die geforderte Härte auf, so wurde das Förderband 4 angehalten, um diese Kurbelwelle aus dem Prüfvorgang zu entnehmen. Nach Beendigung der Prüfung wurden die Härtewerte sämtlicher Kurbelwellen auf dem Drucker 26 ausgedruckt. Bei Bedarf kann die Prüfung während des Vorgangs auf dem Sichtgerät (Kathodenstrahlröhre 27) überwacht werden.
Beispiel 2 Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 wurde mit folgenden Kurbelwellen für Kraftfahrzeugmotoren durchgeführt: Werkstoff : Kugelgraphitguß FCD 70 (JIS G 5502) Gewicht : 60 N Länge : 346 mm geforderte Härte: 229 bis 269 Brinell Es wurden 18 Kurbelwellen bezüglich des Remanenzflusses gemessen, und die Beziehung zur Brinellhärte wurde wie in Beispiel 1 ermittelt. Diese Beziehung ist in Fig. 5 dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, daß der gewünschte Remanenzfluß-Bereich (zwischen den Punkten C und D) in.diesem Beispiel vollständig verschieden ist von dem entsprechenden Bereich in Beispiel 1 trotz der Tatsache, daß beide Kurbelwellen aus dem gleichen Material bestanden und der gleiche Härtewert gefordert wurde.
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Claims

Gerät zum Prüfen der Härte von Eisenteilen PATENTANSPRÜCHE 1. Gerät zum Prüfen der Härte von Eisenteilen beliebiger Größe und Form, g e k e n n z e i c h n e t durch (a) eine Einrichtung (1) zum Magnetisieren der Eisenteile (10), so daß diese einen magnetischen Remanenzfluß behalten, (b) eine Einrichtung (2) zur Erfassung des Remanenzflusses der Eisenteile (10), (c) eine Einrichtung zur Erzeugung von Daten über die Beziehung zwischen den für jede Art von Eisenteilen (10) separat gemessenen Remanenzflüssen und Härtewerten, (d) eine Einrichtung zur Speicherung dieser Daten, (e) eine Einrichtung (29) zum Empfang eines Signals des -Remanenzflusses der geprüften Eisenteile (10) von der Detektoreinrichtung (2) und zur Wiedergewinnung der Daten über die Beziehung Remanenzfluß/Härte aus der Speichereinrichtung sowie zum Vergleich dieses Signals mit den genannten Daten zur Bestimmung der Härte der geprüften Eisenteile (10), und (f) eine Einrichtung (29) zur Bestimmung, ob die Härte der geprüften Eisenteile (10) innerhalb eines Sollbereichs liegt.
2. Gerät nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch (g) eine Einrichtung zur Abweisung derjenigen Eisenteile (10),deren Härte außerhalb des Sollbereichs liegt.
3. Gerät zum Prüfen der Härte von Eisenteilen beliebiger Größe und Form, g e k e n n z e i c h n e t durch (a) eine Einrichtung (1) zum Magnetisieren der Eisenteile (10), so daß diese einen magnetischen Remanenzfluß behalten, (b) eine Einrichtung (2) zur Erfassung des Remanenzflusses der Eisenteile (10), (c) eine Einrichtung zur Erzeugung von Daten über die Beziehung zwischen den für jede Art von Eisenteilen (10) separat gemessenen Remanenzflüssen und Härtewerten, und (d) einen Mikrorechner (3), der in einem Einstellbetrieb und einem Prüfbetrieb betreibbar ist und folgende Einrichtungen aufweist: (i) eine Einrichtung zum Empfang des Ausgangssignals der Detektoreinrichtung (2) zur Erzeugung eines Signals, das den Remanenzfluß der Eisenteile (10) angibt, (ii) eine Einrichtung zum Speichern der Daten der Einrichtung (c), (iii) eine Einrichtung zum Empfang des Signals des Remanenzflusses der geprüften Eisenteile (10) von der Einrichtung (i), zum Wiedergewinnen der Daten des Verhältnisses Remanenzfluß/ Härte aus der Speichereinrichtung (ii) und zum Vergleich des genannten Signals mit diesen Daten > zur Bestimmung der Härte der geprüften Eisenteile (10), und (iv) eine Einrichtung zum Bestimmen, ob die Härte der geprüften Eisenteile (10) innerhalb eines Sollbereichs liegt, wobei der Einstellbetrieb durch die obigen Einrichtungen (a), (b), (i), (c) und (ii) und der Prüfbetrieb durch die obigen Einrichtungen (a), (b), (i), (iii) und (iv) durchführbar ist.
4. Gerät nach Anspruch 3, wobei die Einrichtung (i) das Ausgangssignal der Detektoreinrichtung (2) integriert, um ein Signal zu erzeugen, das den gesamten Remanenzfluß für jedes der Eisenteile (10) angibt.