DE4113165A1

DE4113165A1 - Local hardening of machine parts around edges of holes - by pressing steel ball against hole edge

Info

Publication number: DE4113165A1
Application number: DE19914113165
Authority: DE
Inventors: Klaus Lechleiter
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1991-04-23
Publication date: 1991-10-31

Abstract

The invention concerns a method of increasing the strength of the metal around the edges of holes in highly stressed machine parts such as shafts or gear wheels. A ball (3), of hard wear resistant material, and with a diameter (dK) greater than that of the hole (dB), is pressed against the edge of the hole with a force (F), acting in a direction aligned with the hole axis. The metal around the edge of the hole is locally deformed and work hardened so that the risk of cracks being formed around the edge of the hole is reduced. USE - Manufacture of highly stressed machine parts.

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.The invention relates to a method for processing Bores in highly stressed components (e.g. in shafts, Gears and the like) with one in the axial direction Bore moving die. Under dynamic loads put oil holes, dowel holes etc. in performance parts notches that this component weaken considerably. To this disadvantage of the notch effect to compensate, you reinforce the entire component.

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.You can see the notch effect in the area of the edge of the hole reduce by chamfering or rounding. This measure is however complex and not very effective. There is also the Possibility to drill through the structure in the area Shot peening or at the edge of the hole by rolling solidify. Resistance to Hole cracks can be increased, but are these procedures are also complex and not yet full sufficient.

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.Another procedure was in the DVM conference proceedings (German Association for Material Testing), 8th meeting of the Working group 1982, by W. Schütz under the title "Coinen to increase the service life of high-strength components Materials ", pages 263 to 271, published under the the so-called "coin process" means an embossing process through the favorable in the critical cross-section Generate residual compressive stresses through material consolidation leaves. In one case, this happens because a through a stamping pin held in the bore with an annular bead in the area of the Hole entry is pressed so that a Concentric ring embossing to the hole is created (Ring coining). In another proposed case it is the embossing stamp is designed so that the hole concentric surrounding ring zone (pad stress Coining). This known stamping process is required Special tools and is suitable for non-hardened sheets.

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.The invention is intended to be inexpensive Establish the strength at the hole entry or exit be improved so that there are cracks in this area through the notch effect, which for example leads to a Can break waves, avoid or at least let delay.

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.To solve this problem it is proposed to use one certain excess manufactured ball against the edge of the hole to press. The combined effect of solidifying the Structure, the increase in the residual compressive stress, the smoothing and the edge break, causes an increase in dynamic component strength. The procedure is common to everyone common material conditions, such as untreated, tempered and hardened, applicable and quick to perform. For Hardened materials became a similar process The increase in performance of the component has not yet been applied.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert.The invention is based on the drawing below explained in more detail.

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.The drawing shows an exemplary embodiment of a shaft 1 with a transverse bore 2 in longitudinal section. A press ram (not shown) indicated by the force F presses a wear-resistant ball 3 with the diameter dK into the bore 2 with the diameter dB. Because of the excess Δ d of the ball 3, it only detects the edge of the hole, ie an edge 4 provided by a chamfer, on which there is a maximum stress, is pressed in and solidified. By deliberately choosing the oversize Δ d, the most stressed point of the bore 2 is detected, thus delaying cracks and breakage. It is advantageous to solidify both ends of the bore 2 in one operation. The effect of the embossing process can be significantly influenced by the dimensioning difference between ball diameter dK and bore diameter dB and the force 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.A ball manufactured with a smaller oversize can also be pushed through this after appropriately machined hole 2 , so that a solidification occurs on the entire hole surface. Significant hardening with minimal effort already occurs with the machining of the edge of the hole. Tests have shown an increase in service life by stamping only in the edge area of the hole by a factor of 2, 3.

Als Kugeln 3 lassen sich Kugellagerkugeln verwenden, die in allen in Frage kommenden Durchmessern preisgünstig verfügbar sind. Besondere Vorrichtungskosten fallen nicht an.Ball balls can be used as balls 3 , which are inexpensively available in all possible diameters. There are no special device costs.

Bezugszeichen:Reference number:

1 Welle
2 Querbohrung
3 Kugel
4 Kante
dK Durchmesser der Kugel
dB Durchmesser der Bohrung
Δd Übermaß
F Eindrückkraft 1 wave
2 cross holes
3 bullet
4 edge
dK diameter of the ball
dB diameter of the hole
Δd oversize
F impression force

Claims

1. A method for machining bores in highly stressed components (z. B. in shafts, gears and the like) with a moving body in the axial direction of the bore, characterized in that a shaped with a defined oversize, wear-resistant ball ( 3 ) as a stamping body the edge of the hole is pressed.

2. Method for machining bores in highly stressed components (z. B. in shafts, gears and the like) with an embossed body moving in the axial direction of the bore, characterized in that a wear-resistant ball ( 3 ) made with a defined oversize as the embossed body the hole ( 2 ) is pressed.