DE4124644A1 - Verfahren zum haerten und/oder umschmelzen der oberflaechen von metallischen werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten und/oder Umschmelzen der Oberflächen von metallischen Werk­ stücken, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es wurden schon mehrere Verfahren zum Härten oder Um­ schmelzen der Oberflächen von metallischen Werkstücken, insbesondere der Zylinderlaufflächen von Hubkolbenma­ schinen vorgeschlagen. So ist es bekannt, diese Oberflä­ chen mittels Laser-, Elektronenstrahl oder Lichtbogen (W/G-Verfahren) zu erhitzen oder aufzuschmelzen und dann gezielt entweder durch Selbstabschreckung oder durch ein zusätzliches Medium abzukühlen.

Allen diesen Vorschlägen ist aber zu eigen, daß der apparative Aufwand sehr hoch und die Steuerungsparameter schwer zu beherrschen sind, insbesondere wenn es sich um Bohrungen wie z. B. Zylinderlaufflächen handelt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Ver­ fahren vorzuschlagen, welches mit geringem Aufwand bei fertigungstechnisch guter Beherrschbarkeit durchführbar ist, insbesondere bei hohlzylindrischen Werkstücken bzw. deren Innenflächen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhaf­ te Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Pa­ tentansprüchen entnehmbar.

Erfindungsgemäß wird ähnlich dem bekannten Rollennaht- Widerstandsschweißen vorgeschlagen, mit einer mit einer Stromzufuhr versehenen Rollenelektrode die zu bearbei­ tende Oberfläche abzufahren, wobei durch die elektrische Widerstandserwärmung im Kontaktbereich zwischen Ober­ fläche und Rollenelektrode die Oberfläche gezielt er­ wärmt oder aufgeschmolzen wird und dann zur Erzielung der gewünschten Gefügeumwandlung im oberflächennahen Be­ reich mehr oder minder schnell wieder abkühlt.

Durch Steuerung der Stromstärke, der Elektrodenkonfigu­ ration und dem Rollenelektrodenvorschub kann dabei in relativ einfacher Weise der Grad der Erwärmung exakt gesteuert werden. Die Rollenelektrode kann in Bohrungen, z. B. bei Zylinderlaufflächen, kreisförmig, spiralförmig oder mehr oder minder senkrecht und parallel zur Boh­ rungsmittelachse verfahren werden, so daß entsprechende Härtespuren bzw. -bahnen entstehen.

Gemäß den Ansprüchen 2 und/oder 3 können in fertigungs­ technisch günstiger Weise definierte Härtemuster auf der Oberfläche erzeugt werden, wie sie beispielsweise für Zylinderlaufflächen von Hubkolben-Brennkraftmaschinen zur Erzielung eines geringen Verschleißes bei wirt­ schaftlichem Fertigungsaufwand günstig sind.

Ferner können durch eine entsprechende Vorbehandlung der zu bearbeitenden Oberflächen mittels Legierungselementen eine gezielte und relativ einfach durchzuführende Aufle­ gierung erzielt werden, die z. B. bei der Verwendung von Härtebildnern (CR, WO, MO etc.) besonders verschleißfe­ ste und/oder tribologisch günstige Oberflächen schafft.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schemati­ sche Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens an einer Zylinderlaufbahn einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einer drehbar aufgespannten Rollenelektrode, die an einen Stromtransformator angeschlossen ist,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht einer bearbeiteten Zylinderlauffläche mit verschiedenen Här­ tebahnen;

Fig. 4 bis 7 perspektivische Ansichten von Rollenelek­ troden mit verschieden strukturierten Kon­ taktflächen und den daraus resultierenden Härtebahnen.

Fig. 1 und 2 zeigen ausschnittsweise den Zylinderblock 10 einer Hubkolben-Brennkraftmaschine aus einer Grauguß­ legierung, mit mehreren Zylinder-Laufbahnen 12. Diese Zylinderlaufbahnen 12 werden mittels einer Rollenelek­ trode 14 einer Gefügeumwandlung durch kurzzeitiges loka­ les Erhitzen entlang einer Härtebahn 16 und daran an­ schließendes schnelles Abkühlen durch Selbstabschreckung unterzogen.

Die Rollenelektrode 14 aus einem bei den auftretenden Temperaturen nicht schmelzenden Material ist auf eine Werkzeugmaschinenspindel 18 aufgespannt und kann durch eine nicht näher dargestellte Mechanik 20 wie mit den Pfeilen 22, 24, 26 angedeutet bewegt werden; d. h. neben der vertikalen Verstellung kann die Rollenelektrode um eine Kreisbahn (strichpunktierte Linie 28) verfahren und um ihre Mittelachse in Richtung des Pfeiles 26 gedreht werden.

Die Rollenelektrode 14 ist über ihre Aufspannmittel 18, 20 ebenso wie der Zylinderblock 10 an einen Transfor­ mator 30 angeschlossen, wobei die Stromzuführung des Transformators über ein Steuergerät 32 gesteuert wird.

Über die Rollenelektrode 14 können bei entsprechender Stromzuführung durch Erhitzen oder Aufschmelzen der Oberfläche der Zylinderlaufbahnen 12 Härtebahnen erzeugt werden, die gemäß Fig. 3 kreisförmige Härtebahnen 34 oder spiralförmige Härtebahnen 36 oder parallel zur Zy­ lindermittelachse vertikal verlaufende Härtebahnen 38 sein können. Die Bewegung der Rollenelektrode 14 wird dabei über die Spindel 18 und die Mechanik 20 entspre­ chend gesteuert.

Zusätzlich kann die Kontaktfläche (vgl. Fig. 4 bis 7) der Rollenelektroden 14a, 14b, 14c, und 14d wie dar­ gestellt strukturiert sein, so daß punktförmige Härte­ stellen 42 aufweisende Härtebahnen 40, rechteckförmige Härtestellen 44 oder 46 aufweisende Härtebahnen 48, 50 oder ein oder mehrere streifenförmige Härtestellen 52 aufweisende Härtebahnen 54 entstehen. Die Kontaktflächen der Rollenelektroden 14 weisen dabei entsprechende punktförmige, rechteckförmige oder streifenförmige Erhe­ bungen auf, die - wie im Beispiel der Fig. 5 dargestellt - auch schräg zur Drehachse des Rollenstößels 14b ver­ laufen können.

Punkt- oder stegförmige Härtestellen in den Härtebahnen können jedoch auch dadurch erzeugt werden, daß der der Rollenelektrode zugeführte Strom über den Transformator 30 und das Steuergerät 32 nach Art eines Rechteckmusters oder einer sinusförmigen Kurve in seiner Stärke variiert oder auch unterbrochen wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch die Vorschubgeschwindigkeit der Rollen­ elektrode entlang der Kreisbahn 24 variiert werden.

Sofern die Oberfläche bzw. Zylinderlauffläche 12 auf Schmelz legiert werden soll, kann als Vorbehandlung ein Legierungsmittel, z. B. ein Härtebildner aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise mittels einer Folie geschehen, die sich aus pulverförmigen Legierungselemen­ ten und einem Bindemittel zusammensetzt. Nach dem Auf­ bringen der Folie oder eines ähnlichen Zusatzwerkstoffes wird wie vorbeschrieben die Zylinderlauffläche 12 aufge­ schmolzen, wobei das Legierungsmittel in den Matrixwerk­ stoff einlegiert.

Claims (4)

1. Verfahren zum Härten und/oder Umschmelzen der Ober­ flächen von metallischen Werkstücken, insbesondere der Zylinderlaufflächen von Hubkolben-Brennkraftma­ schinen, bei dem gegebenenfalls unter Zuführung eines Legierungsmittels die Oberfläche mittels einer Energiequelle örtlich kurzzeitig erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß über die Oberflä­ che (12) eine an eine Stromquelle (30) angeschlos­ sene Rollenelektrode (14) geführt wird, über die die Oberfläche des gegengepolten Werkstückes (10) widerstandserwärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch unterschiedliche Stromzufuhr zur Rollen­ elektrode definierte Härtemuster (42, 44, 46, 52) er­ zeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch gezielte Strukturierung der Kontaktflächen der Rollenelektrode definierte Här­ temuster (42, 44, 46, 52) erzeugt werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen vor dem Umschmelzen mit Legierungselementen in Form von Pulver, Pasten, Folien etc. beschichtet werden.