DE4113165A1 - Verfahren zum bearbeiten von bohrungen in hochbelasteten bauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Bohrungen in hochbelasteten Bauteilen (z. B. in Wellen, Zahnrädern und dergleichen) mit einem in Achsrichtung der Bohrung bewegten Prägekörper. Unter dynamischen Belastungen stellen Ölbohrungen, Paßstiftbohrungen usw. in leistungsführenden Teilen Kerben dar, die dieses Bauteil erheblich schwächen. Um diesen Nachteil der Kerbwirkung auszugleichen, verstärkt man das gesamte Bauteil.

Man kann die Kerbwirkung im Bereich des Bohrungsrandes durch Anfasen bzw. Verrunden verringern. Diese Maßnahme ist jedoch aufwendig und wenig wirkungsvoll. Ebenso besteht die Möglichkeit, das Gefüge im Bereich der Bohrung durch Kugelstrahlen oder am Bohrungsrand durch Walzen zu verfestigen. Die Widerstandsfähigkeit gegen Bohrungsanrisse läßt sich dadurch zwar erhöhen, doch sind auch diese Verfahren aufwendig und noch nicht voll ausreichend.

Ein weiteres Verfahren wurde in dem DVM-Tagungsband (Deutscher Verband für Materialprüfung), 8. Sitzung des Arbeitskreises 1982, von W. Schütz unter dem Titel "Coinen zur Lebensdauererhöhung von Bauteilen aus hochfesten Werkstoffen", Seite 263 bis 271, veröffentlicht. Unter dem sogenannten "Coin-Verfahren" versteht man ein Prägeverfahren, durch das sich im kritischen Querschnitt günstige Druckeigenspannungen durch eine Materialverfestigung erzeugen läßt. Dies geschieht in einem Fall dadurch, daß ein durch einen Führungsstift in der Bohrung gehaltener Prägestempel mit einem ringförmigen Wulst im Bereich des Bohrungseintritts eingedrückt wird, so daß eine konzentrische, zur Bohrung liegende Ringeinprägung entsteht (Ring-Coining). In einem anderen vorgeschlagenen Fall ist der Prägestempel so ausgeführt, daß eine die Bohrung konzentrisch umgebende Ringzone entsteht (Pad Stress Coining). Dieses bekannte Prägeverfahren benötigt Spezialwerkzeuge und eignet sich für nichtgehärtete Bleche.

Durch die Erfindung soll mit einer preisgünstigen Einrichtung die Festigkeit am Bohrungsein- bzw. -austritt verbessert werden, so daß sich in diesem Bereich Anrisse durch die Kerbwirkung, die beispielsweise zu einem Wellenbruch führen können, vermeiden oder zumindest verzögern lassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, eine mit bestimmtem Übermaß gefertigte Kugel gegen den Bohrungsrand zu drücken. Die kombinierte Wirkung der Verfestigung des Gefüges, der Erhöhung der Druckeigenspannung, der Glättung und des Kantenbruchs, bewirkt eine Steigerung der dynamischen Bauteilfestigkeit. Das Verfahren ist bei allen gängigen Werkstoffzuständen, wie unbehandelt, vergütet und gehärtet, einsetzbar und schnell durchzuführen. Für gehärtete Werkstoffe wurde ein Verfahren mit ähnlicher Leistungssteigerung des Bauteils bisher nicht angewandt.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt als Ausführungsbeispiel eine Welle 1 mit einer Querbohrung 2 im Längsschnitt. Ein nicht dargestellter, mit der Kraft F angedeuteter Pressenstempel drückt eine verschleißfeste Kugel 3 mit dem Durchmesser dK in die Bohrung 2 mit dem Durchmesser dB. Wegen des Übermaßes Δ d der Kugel 3 erfaßt diese nur den Bohrungsrand, d. h. eine durch eine Fase vorhandene Kante 4, an der ein Spannungsmaximum vorliegt, wird eingedrückt und verfestigt. Durch gezielte Wahl des Übermaßes Δ d erfaßt man gerade die höchstbeanspruchte Stelle der Bohrung 2 und verzögert somit Anrisse und einen Bruch. Es ist vorteilhaft, beide Enden der Bohrung 2 in einem Arbeitsgang zu verfestigen. Die Wirkung des Prägeverfahrens läßt sich wesentlich beeinflussen durch den Bemessungsunterschied von Kugeldurchmesser dK und Bohrungsdurchmesser dB sowie der Kraft F.

Eine mit geringerem Übermaß gefertigte Kugel läßt sich nach entsprechend bearbeiteter Bohrung 2 durch diese auch hindurchdrücken, so daß eine Verfestigung auf der ganzen Bohrungsoberfläche entsteht. Eine wesentliche Verfestigung mit geringstem Aufwand tritt jedoch bereits mit der Bohrungsrandbearbeitung ein. Versuche ergaben eine Lebensdauererhöhung durch Prägen nur im Randbereich der Bohrung um den Faktor 2, 3.

Als Kugeln 3 lassen sich Kugellagerkugeln verwenden, die in allen in Frage kommenden Durchmessern preisgünstig verfügbar sind. Besondere Vorrichtungskosten fallen nicht an.

Bezugszeichen:

1 Welle
2 Querbohrung
3 Kugel
4 Kante
dK Durchmesser der Kugel
dB Durchmesser der Bohrung
Δd Übermaß
F Eindrückkraft

Claims (2)

1. Verfahren zum Bearbeiten von Bohrungen in hochbelasteten Bauteilen (z. B. in Wellen, Zahnrädern und dergleichen) mit einem in Achsrichtung der Bohrung bewegten Prägekörper, dadurch gekennzeichnet, daß als Prägekörper eine mit einem definierten Übermaß gefertigte, verschleißfeste Kugel (3) auf den Bohrungsrand gedrückt wird.

2. Verfahren zum Bearbeiten von Bohrungen in hochbelasteten Bauteilen (z. B. in Wellen, Zahnrädern und dergleichen) mit einem in Achsrichtung der Bohrung bewegten Prägekörper, dadurch gekennzeichnet, daß als Prägekörper eine mit einem definierten Übermaß gefertigte, verschleißfeste Kugel (3) durch die Bohrung (2) gedrückt wird.