DE400200C

DE400200C - Method and device for the final shaping and quenching of ring-shaped workpieces

Info

Publication number: DE400200C
Application number: DET26232D
Authority: DE
Original assignee: Timken Roller Bearing Co
Current assignee: Timken Co
Priority date: 1921-02-05
Filing date: 1922-01-31
Publication date: 1924-08-06

Description

Verfahren und Vorrichtung zur endgültigen Formung und zum Abschrecken von ringförmigen Werkstücken. Gegenwärtig werden gehärtete Metallringe, z. B. konische Lagerringe für Rollenlager, zunächst nach irgendeinem geeigneten Verfahren hergestellt, auf genaues Maß gebracht und darauf zum Härten erhitzt und abgeschreckt. Bei diesen Verfahren ist ein Verziehen der Ringform so häufig, daß in der Regel der gehärtete Ring nachgeschliffenwerden muß, um die genaue Form wiederherzustellen. Der Zweck der Erfindung ist, in einfacher und wohlfeiler Weise das Werkstück, insbesondere also einen Ring, auf das genaue Maß zu bringen und das Verziehen und Werfen desselben beim Härten zu vermeiden, wodurch die Notwendigkeit des Nachschleifens oder Fertigmachens verringert oder womöglich ganz beseitigt wird.Method and apparatus for final forming and quenching of ring-shaped workpieces. Hardened metal rings, e.g. B. conical Bearing rings for roller bearings, initially produced by any suitable process, brought to the exact size and then heated to harden and quenched. With these The process of warping the ring shape is so common that usually the hardened one Ring needs to be reground to restore the exact shape. The purpose of the invention is, in a simple and inexpensive manner, the workpiece, in particular thus a ring to be brought to the exact size and the warping and throwing of the same to avoid during hardening, eliminating the need for regrinding or finishing is reduced or possibly eliminated entirely.

Die Erfindung besteht hauptsächlich darin, den Ring aus ungehärtetem Metall annähernd in der Fertigform, jedoch mit etwas verringerter Bohrung herzustellen, ihn zu erhitzen, die Bohrung auf einen etwas größeren Durchmesser als im fertigen Ring zu erweitern und ihn während des Abschreckens in diesem Zustande zu härten, wobei das Strecken und Abschrecken des Ringes ohne merkliche Zeitpause vor sich geht, in dem erhitzten Ring eine Umfangsspannung erzeugt wird, die auch während des Abschreckens kein Nachlassen erfährt.The invention consists mainly in making the ring from uncured Almost metal in the finished form, but with a slightly reduced form Make the hole, heat it, cut the hole to a slightly larger diameter than to expand in the finished ring and keep it in this state during the quenching to harden, the stretching and quenching of the ring without any noticeable lapse of time is going on, in the heated ring a hoop stress is generated, which also does not experience slackening during the quenching.

Das Verfahren ist in der Zeichnung erläutert. Abb. i zeigt Teile einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens in Anwendung auf das Fertigstellen konischer Ringe für Rollenlager.The procedure is explained in the drawing. Fig. I shows parts of a Apparatus for carrying out the method as applied to finishing conical Rings for roller bearings.

Abb. 2 ist ein senkrechter Schnitt der Abb. i mit dem Ausdehnungswerkzeug in seiner tiefsten Stellung.Figure 2 is a vertical section of Figure i with the expansion tool in its lowest position.

Abb. 3 und 4. entsprechen den Abb. i und 2 unter Verwendung eines anderen Ausdehnungswerkzeuges, und Abb. 5, 6 und 7 zeigen abgeänderte Ausführungsformen der Vorrichtung, wobei der Ring während des Abschreckens innen und außen eingespannt wird.Figures 3 and 4 correspond to Figures i and 2 using a Another expansion tool, and Figs. 5, 6 and 7 show modified embodiments of the device, the ring being clamped internally and externally during quenching will.

Obgleich das Verfahren sich auch für andere, ähnliche Gegenstände eignet, ist es hier zunächst für die konischen Ringe von Rollenlagern beschrieben.Although the procedure is also applicable to other, similar items suitable, it is described here first for the conical rings of roller bearings.

Der Rohling, der gewöhnlich aus Stahl besteht, wird zunächst in bekannter Weise durch Ausstanzen oder Pressen in der ungefähren Form und Größe des fertigen Ringes hergestellt, aber mit einem Durchmesser oder Bohrung, der etwas kleiner ist als bei dem fertigen Ring.The blank, which is usually made of steel, is initially known in Way by punching or pressing in the approximate shape and size of the finished one Ring, but with a diameter or bore that is slightly smaller than with the finished ring.

Dieses Werkstück wird dann in der Wärme behandelt, aber statt es wie üblich abzuschrecken, wenn es aus dem Ofen kommt, wird es gemäß der Erfindung einer Behandlung unterworfen, durch die das Metall rasch am Umfang gestreckt und seine Bohrung etwas größer gemacht wird als die des fertigen Ringes, worauf dann unmittelhar ohne Verminderung der Umfangsspannung bzw. ohne Aufhebung der streckenden Kraft die Abschreckung erfolgt.This workpiece is then treated in the heat, but instead of it like common to quench when it comes out of the oven, according to the invention it becomes one Subjected to treatment by which the metal is rapidly stretched around the perimeter and its Bore is made a little larger than that of the finished ring, whereupon immediately without reducing the circumferential tension or without eliminating the stretching force the deterrent takes place.

In den Abb. i und 2 der Zeichnung ist A das Werkstück, im vorliegenden Falle der noch ungehärtete, mit etwas kleinerer Bohrung hergestellte konische Lagerring. Dieses Werkstück wird erhitzt und unmittelLar beim Herauskommen aus dem Härteofen auf einen geeigneten Sitz i aufgelegt, der auf der Grrindplatte 2 einer Presse angeordnet ist, deren Stempel 3 gleichachsig mit dem Sitz auf und ab geht. Die Grundplatte ist mit einem länglichen Keilblock ¢ gleichachsig mit dem Stempel und zweckmäßig in Form eines verjüngten Kegels versehen. Der Kopf des Stempels ist mit einem Ausdehnungsstempel 5 versehen, der eine Anzahl von Längsabschnitten 6 hat, die aus einem Stück mit dem Bodenteil des Stemlfels bestehen und durch Rinnen 7 voneinander getrennt sind. Die Außenflächen dieser Abschnitte sind konzentrisch und besitzen die nötige Krümmung, um die gewünschte Erweiterung der Bohrung des Ringes zu erzeugen, d. h. die Oberfläche der Abschnitte ist, wenn sie strahlenförmig ausgedehnt sind, konzentrisch zur Achse des Keilblockes .4 und des Stempels 3, mit einem Halbmesser, der etwas größer ist als der Halbmesser der Bohrung des fertigen Ringes. Die Innenfläche dieser Abschnitte ist bei 8 verjüngt bzw. keilförmig und wirkt mit dem Keilblock 4. zusammen. Das Verhältnis zwischen den Teilen ist derart, daß bei dem Abwärtsgehen des Stempels die Innenfläche der Abschnitte durch die Keilwirkung des Keilblockes gespreizt wird. Durch diese Ausbildung ist der heiße Ring, wenn er den Keilblock ¢ umgibt und auf dem Sitz i ruht, der auf der Grundplatte vorgesehen ist, in der Lage, die Ausdehnungsabschnitte ein beträchtliches Stück in die Bohrung eintreten zu lassen, ehe die Ausde.Iinungswirkung beginnt. Während der weiteren Abwärtsbewegung des Stempels werden die Abschnitte nach außen gespreizt und erweitern die Innenwand der Bohrung. Wie oben dargelegt, sind die Teile so eingestellt, daß, wenn die Abschnitte voll gespreizt sind, die Bohrung des heißen Ringes etwas größer ist als im fertigen Ring.In Figs. I and 2 of the drawing, A is the workpiece, in the present case Case of the still unhardened, conical bearing ring made with a slightly smaller bore. This workpiece is heated and immediately when it comes out of the hardening furnace placed on a suitable seat i, which is arranged on the base plate 2 of a press is whose stamp 3 goes up and down coaxially with the seat. The base plate is with an elongated wedge block ¢ coaxial with the punch and useful provided in the form of a tapered cone. The head of the punch is with an expansion punch 5 provided, which has a number of longitudinal sections 6, which are made in one piece with consist of the bottom part of the Stemlfels and are separated from one another by channels 7. The outer surfaces of these sections are concentric and have the necessary curvature, to produce the desired widening of the bore of the ring, d. H. the surface the sections are concentric to the axis when they are extended radially of the wedge block .4 and the punch 3, with a radius that is slightly larger than the radius of the bore of the finished ring. The inner surface of these sections is tapered or wedge-shaped at 8 and interacts with the wedge block 4. That The relationship between the parts is such that when the punch goes down the inner surface of the sections is spread apart by the wedge action of the wedge block. As a result of this design, the ring is hot when it surrounds and opens the wedge block the seat i rests, which is provided on the base plate, able to move the expansion sections to allow a considerable distance into the bore before the expansion effect begins. During the further downward movement of the punch, the sections spread outwards and expand the inner wall of the bore. As stated above, the parts are adjusted so that when the sections are fully spread, the The hole in the hot ring is slightly larger than in the finished ring.

Durch diese Ausdehnung der Bohrung wird eine Umfangsspannung im Metall des Kegelringes erzeugt, und es hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, den Ring ohne jede merkliche Pause nach dieser Erweiterung der Bohrung abzuschrecken, ohne daß die Ausdehnungskraft im Ring fortgenommen wird. Aus diesem Grunde ist die Abschreckungsvorrichtung so angeordnet, daß das Abschreckmittel im Augenblick der vollendeten Ausdehnung einwirkt.This expansion of the bore creates a hoop stress in the metal of the conical ring, and it has proven to be very advantageous to use the ring without discouraging any noticeable pause after this enlargement of the bore, without that the expansion force in the ring is removed. Because of this, the deterrent device arranged so that the quenchant at the moment of complete expansion acts.

Zum Abschrecken ist der Sitz des heißen Ringes von einer Ringwand 9 umgeben, die mit dem Sitz zusammen die Abschreckkammer bildet. Diese Wand hat eine Mehrzahl von Bohrungen io, welche in der Längsrichtung durch den Boden gehen und durch einen Ringkanal i i, Öffnung 12 und Leitung 13 mit . dem Behälter für das -,1,bschreckmittel in Verbindung stehen. Jede Bohrung i o in der Wand der Abschreckkammer steht mit dem Inneren dieser Kammer durch üffnungen 14. auf der Innenseite der Wand 1n Verbindung. Der Bodenteil der Wand ist mit einer Mehrzahl von Löchern 15 zum Abfluß des i-#bschreckmittels aus der Kammer versehen. Die Zuführung des Abschreckmittels wird durch ein Ventil- 16 geregelt, Idas in der Bohrung, 12 gleichachsig mit dem Stempel der Presse vorgesehen' ist. Dieses auf und ab bewegliche Ventil 16 befindet sich in der Regel in seiner oberen ,Stellung und wird durch eine Stange 17 geöffnet, welche mit dem Kopfteil des Preßstempels aus einem Stück besteht oder daran befestigt ist und gegen den Schaft 18 des Ventiles trifft und dieses hierdurch öffnet. Infolgedessen kann das Abschreckmittel in die Abschreckkammer treten, wenn sich der Stempel seiner unteren Grenzstellung nähert.For quenching, the seat of the hot ring is surrounded by an annular wall 9 which, together with the seat, forms the quenching chamber. This wall has a plurality of bores io, which go in the longitudinal direction through the floor and through an annular channel ii, opening 12 and line 13 with. the container for the -, 1, quenchant in connection. Each bore 10 in the wall of the quenching chamber communicates with the interior of this chamber through openings 14 on the inside of the wall 1n. The bottom part of the wall is provided with a plurality of holes 15 for the drainage of the quenchant from the chamber. The supply of the quenching agent is regulated by a valve 16 which is provided in the bore 12 coaxially with the punch of the press. This up and down movable valve 16 is usually in its upper position and is opened by a rod 17 which consists of one piece with the head part of the ram or is attached to it and hits against the shaft 1 8 of the valve and this thereby opens. As a result, the quenchant can enter the quench chamber as the punch approaches its lower limit position.

Der Preßstempel bewegt sich mit der üblichen Geschwindigkeit einer Presse, so da.ß die Ausdehnung und das Abschrecken des Kegelringes rasch vor sich geht, ohne daß zwischen beiden Behandlungen eine Zeitpause eintritt. Da das Metall unter der Umfangsspannung steht, ehe das Abschrecken erfolgt, und da diese Spannung bei dem Abschrecken aufrechterhalten wird, so wird sich naturgemäß, sobald der Kegelring von den Ausdehnungsabschnitten abgestreift ist, der Bohrungsdurchmesser wieder etwas verkleinern. Deshalb müssen die Ausdehnungsabschnitte so eingestellt werden, daß sie den heißen Ring auf einen etwas größeren Durchmesser ausdehnen, wie es für die Bohrung des fertigen Ringes erwünscht ist.The ram moves at the usual speed of a Press so that the expansion and quenching of the conical ring quickly occur goes without a break between the two treatments. Because the metal is under the hoop stress before quenching occurs, and there is this stress is maintained during quenching, so will naturally as soon as the tapered ring is stripped from the expansion sections, the bore diameter again somewhat zoom out. Therefore, the expansion sections must be set so that they expand the hot ring to a slightly larger diameter, as is the case for the Drilling of the finished ring is desired.

Handelt es sich um einen Kegelring für Rollenlager mit achsialer zylindrischer statt mit konischer Bohrung, so ist die Schrumpfung des Durchmessers ungleichmäßig wegen der verschiedenen Wandstärken. Ist die Wand eines solchen Konus am weiten Ende des Ringes beträchtlich dicker als am engeren Ende, so wird durch die Schrumpfung eine deutliche Verjüngung der Bohrung von dem engeren Ende nach dem weiteren hervorgerufen. Wenngleich diese Verjüngung infolge des Schrumpfens einer ungleichmäßig dicken Wand nur gering ist, so muß sie doch bei der Verjüngung in der Form des Stempels berücksichtigt werden, d. h. die Größe dieses Stempels muß ganz wenig kleiner sein, als es für die Bohrung des fertigen Ringes 'erwünscht ist. Eine gleiche Berücksichtigung muß die ungleichmäßige Schrumpfung bei solchen Ringen für Rollenlager und andere Zwecke finden, wo die Bohrung. konisch ist und der Außenumfang des Ringes annähernd zylindrisch, oder aber von einer geringeren Verjüngung als die Bohrung. Die Wirkung einer solchen Berücksichtigung ist in diesem Falle die, daß man der Bohrung an dem dickwandigeren Teil des Ringes, wo die Schrumpfung größer ist, eine größere Erweiterung gibt als an dem engen Ende, wo die Schrumpfung kleiner ist. Bei Legierungen, wo die Schrumpfung nur sehr klein ist, ist es nicht nötig, Rücksicht hierauf eintreten zu lassen.It is a tapered ring for roller bearings with an axial cylindrical instead of a conical bore, the diameter shrinkage is uneven because of the different wall thicknesses. Is the wall of such a cone at its widest The end of the ring is considerably thicker than the narrower end, due to the shrinkage caused a significant tapering of the bore from the narrower end to the wider one. Although this taper is due to the shrinkage of an unevenly thick wall is only slight, it must be taken into account when tapering in the shape of the stamp be, d. H. the size of this stamp must be a little smaller than it is for the bore of the finished ring 'is desired. Equal consideration must be given the uneven shrinkage of such rings for roller bearings and other purposes find where the hole. is conical and the outer circumference of the ring is approximately cylindrical, or of a smaller taper than the bore. The effect of such In this case, consideration is given to the fact that the bore is made on the thick-walled one Part of the ring where the shrinkage is greater, there is greater expansion than at the narrow end where the shrinkage is smaller. In alloys where the shrinkage is only very small, it is not necessary to show consideration for this.

Die Ausdehnung und das sofort darauffolgende Abschrecken bewirkt eine große Genauigkeit der Größe und Form des Querschnittes und eine große Glätte und Gleichmäßigkeit der Ringflächen. jedes Verziehen ist beseitigt, so daß fast immer ein Nachschleifen des gehärteten Ringes unnötig wird und die gehärtete Schicht in voller Tiefe gleichmäßig erhalten bleibt, so daß der Ring mit der gehärteten Fläche sofort in Benutzung genommen werden kann.The expansion and the immediately subsequent quenching causes a great accuracy of the size and shape of the cross-section and a great smoothness and Uniformity of the ring surfaces. all warping is eliminated, so that almost always regrinding of the hardened ring becomes unnecessary and the hardened layer in full depth is evenly maintained, so that the ring with the hardened surface can be used immediately.

Die Abb. 3 und q. zeigen eine Vorrichtung für die Herstellung der äußeren Einsatzringe von Rollenlagern nach dem vorliegenden Verfahren.Fig. 3 and q. show an apparatus for the manufacture of the outer insert rings of roller bearings according to the present method.

Zu diesem Zweck hat der Stempel nicht die Form von Abschnitten, .sondern eine durchgehende, kegelförmige Stempelkuppe 5a in der gewünschten Verjüngung der Innenfläche des fertigen Ringeinsatzes mit etwas größerem Durchmesser als im fertigen Ringeinsatz. Zum Abschrecken ist die Außenfläche dieses Stempels mit einer Mehrzahl von Längsrinnen i9 versehen, die etwas schräg oder schraubenförmig verlaufen und sich bis zum Boden des Stempels erstrecken, wo sie mit den. Spalten 2o der Abschreckkammer unterhalb des Stempels in Verbindung stehen und weiter durch einen Durchgang 21 in denn Sitz ia mit dem Behälter für das 'Abschreckmittel.For this purpose, the punch is not in the form of sections, but rather a continuous, conical punch tip 5a in the desired taper of the inner surface of the finished ring insert with a slightly larger diameter than in the finished ring insert. For quenching, the outer surface of this punch is provided with a plurality of longitudinal grooves 19 which run somewhat obliquely or helically and extend to the bottom of the punch, where they connect with the. Columns 2o of the quenching chamber below the ram are in communication and further through a passage 21 in the seat ia with the container for the 'quenching agent.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist ähnlich der in Abb. i und 2, doch ist das Abschreckmittel gleichzeitig gegen die Innenwie gegen die Außenfläche des Einsatzringes B. gerichtet.The mode of operation of this device is similar to that in Fig. I and 2, but the deterrent is against both the inside and the outside surface at the same time of the insert ring B. directed.

Abb.5 zeigt eine Vorrichtung zum Einspannen des Ringeinsatzes sowohl außen wie innen während des Abschreckens. Diese Vorrichtung ist mit einem ringförmigen Gesenk zur Aufnahme des heißen Ringeinsatzes versehen. Die Ringwand dieses Gesenkes ist mit einer Reihe schraubenförmiger -Nuten iga versehen, die durch die Durchgänge ioa mit einer Gruppe von Düsenöffnungen iqa in Verbindung stehen. Die Wirkungsweise ist annähernd wie die der Abb.3 und 4., jedoch ist der Ringeinsatz während des Abschxeckens innen und außen eingespannt.Fig.5 shows a device for clamping the ring insert both outside and inside during the quenching. This device has an annular Provided a die to accommodate the hot ring insert. The ring wall of this die is provided with a series of helical grooves iga that go through the passages ioa are connected to a group of nozzle openings iqa. The mode of action is similar to that of Figures 3 and 4, but the ring insert is during the peeling off clamped inside and outside.

Die Vorrichtung nach Abb. 6 ist mit einem Abschnitthalter 23 versehen, dessen Außenfläche verjüngt ist, um in den verjüngten Sitz zu passen, der zu diesem Zweck in der Wand 9 vorgesehen ist. Die Innenfläche dieses Halters 23 ist wieder mit einer Gruppe schraubenförmiger Nuten Job versehen, die durch Düsenöffnungen 1q. b und Durchgänge Job mit dem Ringkanal i i in Verbindung stehen. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung entspricht der der Abb. 5.The device according to Fig. 6 is provided with a section holder 23, the outer surface of which is tapered to fit into the tapered seat that accompanies it Purpose in the wall 9 is provided. The inner surface of this holder 23 is again provided with a group of helical job grooves passing through nozzle openings 1q. b and passages job with the ring channel i i in connection stand. The mode of operation of this device corresponds to that of Fig. 5.

Die Vorrichtung nach Abb.7 dient zur endgültigen Formung und zum Abschrecken von Ringeinsätzen, bei denen sowohl die Innen- wie die Außenflächen verjüngt sind. Diese Vorrichtung hat ein konisches Gesenk, dessen Wandung mit einer Gruppe von schraubenförmigen Nuten i 9e versehen ist, die durch Düsenöffnungen i.lc und Durchgänge i oe mit dem Ringkanal i i in Verbin. Jung stehen.The device according to Fig.7 is used for final shaping and quenching of ring inserts in which both the inner and outer surfaces are tapered. This device has a conical die, the wall of which with a group of helical grooves i 9e are provided through nozzle openings i.lc and passages i oe with the ring channel i i in connection. Stand young.

Diese Ausführungsformen sind lediglich als Beispiele anzusehen, und es können im Rahmen der Erfindung verschiedene Abänderungen getroffen werden. Statt des Stempels mit den Abschnitten können volle Stempel von abweichenden Formen als Ausdehnungsstempel benutzt werden. Das Verfahren läßt sich auch bei Änderung der Stempelform auf hohle Gegenstände anwenden, deren Bohrung nicht rund ist. Es ist dabei zu bemerken, daß das Werkstück, das auf dem gerillten Stempel gehärtet wird, die Marken der mit den Rillen abwechselnden Rippen zeigen wird, was ohne Bedeutung ist, aber sich durch Lichtwiderschein bemerkbar macht.These embodiments are only to be regarded as examples, and various modifications can be made within the scope of the invention. Instead of of the stamp with the sections can be full stamps of different shapes than Expansion stamps can be used. The procedure can also be used when changing the Apply punch shape to hollow objects whose bore is not round. It is noting that the workpiece being hardened on the grooved punch the marks of the ribs alternating with the grooves will show what is of no consequence is, but is noticeable through the reflection of light.

Claims

PATENT CLAIMS: i. A method for the final shaping and quenching of annular workpieces, of bearings and insert rings or cups of ball and roller bearings, characterized in that the workpiece, which is almost completely machined before the hardening heating, is expanded in its circumference after heating and is hardened in the expanded state, the The stretching and quenching process takes place so quickly after heating that noticeable cooling is avoided between the two processes.

2. The method according to claim i, characterized in that that the hoop stress is maintained in the heated workpiece during quenching will.

3. The method according to claim i and 2, 'characterized in that the expansion of the workpiece to be quenched is carried out by a punch whose tapering The end has the dimensions required for the inner surfaces of the finished shells, which is mechanically advanced against the bearing shell to be treated. .1.

procedure according to claims i to 3, characterized in that the hardening agent is approved takes place shortly before the inserted expansion tool reaches its limit position.

5. Apparatus for carrying out the method according to claim i to: 1, characterized by a support table for the bearing shell to be subjected to the final treatment, against which the tapered expansion workpiece by a certain measured piece is advanced in the direction of the shell axis.

6. Device for executing the Method according to claim i, in particular for the production of bearing rings from Roller and ball bearings, characterized by an annular quench shape with a support seat for the ring to be quenched and a ram, which acts as an expansion tool is trained.

7. Apparatus according to claim 6 for quenching bearing parts for conical roller bearings, characterized in that the annular quenching chamber designed as a conically tapered press block surrounding the outer surface of the shell is, while the tapered press plug with longitudinal ribs acting on the inside is equipped, the upper edge of which rests against the inner surface of the shell. B.

Device according to claim 6, characterized in that the with access openings for the quenching agent provided inner wall the ring to be quenched, which is placed on the seat (i or iu) in a hot state, surrounds at a distance.

9. Apparatus according to claim 6, characterized in that .daß the deterrent Ring placed on the seat inside the deterrent chamber on a wedge block (.I) becomes and the end. expansion stamp with wedge-shaped segments (6) is provided, the Spread over the wedge block. i o. Device according to claim 7, characterized in that that the lower surfaces of the attached between the ribs of the press plug, preferably inclined or helical longitudinal grooves (18) driven through channels in the Position of the ram in connection with a supply line (i3 .: for the quenching liquid stand.