DE4321477C2 - Zahnrad zur Verwendung in Kraftfahrzeugen und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Zahnrad zur Verwendung in Kraftfahrzeugen und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zahnrad und ein Verfahren zu seiner
Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Zahnrad bzw. einen
Zahnkranz, d. h. ein Getrieberad zur Verwendung in automatischen Über
setzungen bzw. Getrieben oder Kupplungen von Kraftfahrzeugen sowie ein
Zahnrad zur Verwendung bei einem Antriebsflansch von Anlaßvorrichtun
gen in Kraftfahrzeugen.
Antriebsflanschzahnräder mit einem Durchmesser von 200 mm oder mehr
wurden hergestellt durch Pressen einer Platte zur Bildung einer dünnen
Scheibe, Ausbilden eines Zahnkranzes im Randbereich eines Rings, Ein
zwängen der Scheibe in den Ring und Befestigen dieser durch Schweißen.
Gegebenenfalls wird eine Rotationsnabe ebenso durch Schweißen an der
Scheibe befestigt.
Weitere Verfahren sind in den japanischen Patentveröffentlichungen Nr.
54-44259/1979 und 54-20190/1979 beschrieben, bei denen ein dicker
Bereich entlang des Umfangs der Platte aus einer mehrfach gefalteten
dünnen Platte gebildet wird.
Ein weiteres Verfahren wird im deutschen Patent 38 19 957 beschrieben,
bei dem der Randbereich einer Scheibe durch Falten oder Drücken des
Scheibenrands verdickt wird und dann Zahnradzähne in der Randoberflä
che gebildet werden.
Die ungeprüfte offengelegte japanische Gebrauchsmusteranmeldung Nr.
1-161252/1989 beschreibt eine Aufspannvorrichtung zur Verwendung
bei der Durchführung einer Wärmebehandlung nach Bildung eines Zahn
rades oder Zahnkranzes.
Von den oben beschriebenen herkömmlichen Verfahren zur Bildung eines
Zahnrads sind die ersten zwei Verfahren, bei welchen es erforderlich ist,
zwei Teile zusammenzufügen, teuer, da die Zahnräder durch Bearbeitung
mit einer Zahnradfräsmaschine gebildet werden. Weiterhin ist es ebenso
notwendig, die gesamte Oberfläche der Scheibe abzuflachen, um durch
das Schweißen verursachte Verformungen zu entfernen.
In den anderen Fällen, bei denen eine dünne Platte zur Herstellung von
Einstück-Zahnrädern verwendet wird, ist es schwierig, die Zähne zu for
men und einen dicken Bereich mit einer gleichmäßigen Dicke auszubilden.
Insbesondere ist das Drücken nicht geeignet, zur Formung von Zahnrad
zähnen eine ausreichende Dicke zu erbringen.
Die DE 39 34 037 C1 beschreibt ein Verfahren zur Verbesserung der Kalt
umformbarkeit vergütbarer Stähle mit 0,32-1,30% C, 0,05-0,40% Mn,
0,41-1,5% Si, 0,02-0,15% Al, maximal 0,05% Cr, maximal 0,05% S, maximal
0,03% P, maximal 0,02% N, Rest Eisen und unvermeidbaren Verun
reinigungen, welche Stähle nach dem Warmwalzen und gegebenenfalls
Kaltwalzen/Kaltziehen zu einer nahezu vollständigen Graphitisierung bei
620 bis 680°C mindestens 15 Stunden bei Kohlenstoffgehalten von 0,54%
und mindestens 8 Stunden bei Kohlenstoffgehalten bis 1,3% geglüht,
kaltumgeformt und vergütet werden.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Zahnrads
und eines Verfahrens zur Herstellung des Zahnrads, welches zum Einbau
in einer automatischen Übersetzung bzw. einem Getriebe, einer Kupplung
oder einem Antriebsflansch einer Startvorrichtung geeignet ist.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines
Zahnrads mit geringem Gewicht und eines Verfahrens zu seiner Herstel
lung, welches in einem Stück gebildet ist und gehärtete Zahnradzähne be
sitzt.
Diese Ziele werden erfindungsgemäß erreicht mit einem Zahnrad gemäß
Anspruch 1 bzw. einem Verfahren gemäß Anspruch 3. Vorteilhafte Ausbil
dungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen ange
geben.
Einer der vorliegenden Erfinder hat in der japanischen Patentanmeldung
Nr. 2-41 5666/1990 ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnrads zur Ver
wendung in automatischen Getrieben oder Kupplungen von Kraftfahrzeu
gen und eines Zahnrads zur Verwendung bei einem Antriebsflansch einer
Startvorrichtung von Kraftfahrzeugen vorgeschlagen. Gemäß dem vorge
schlagenen Verfahren wird eine Scheibe in Radialrichtung auf seiner Um
fangsoberfläche dem Anspitzen im Gesenk bzw. Gesenkschmieden mittels
einem Gesenkwerkzeug unterzogen, so daß der Außenumfangsrandbe
reich der Scheibe verdickt wird. Deren Innenseltenbereich wird dann ei
nem Preßschmieden in Axialrichtung zur Bildung eines flachen schüssel-
bzw. tellerförmigen Stanzstücks unterzogen. Zur Ausbildung von Zahn
radzähnen wird ein Stütz- bzw. Haltewerkzeug eingezwängt, um entweder
am Innen- oder Außenrand des verdickten Umfangsbereichs anzuliegen
und ein zähnebildendes Werkzeug wird in den anderen eingezwängt, um
entweder im Außen- oder Innenrand des verdickten Bereichs Zahnradzäh
ne zu bilden.
Jedoch sind Platten aus kohlenstoffreichem Stahl, welche in den meisten
Fällen einschließlich dem oben beschriebenen Fall verwendet werden, re
lativ hart (HRB = 75-85), verglichen mit einer Weichstahlplatte (HRB = et
wa 30) und deren Bearbeitbarkeit sowie Verformbarkeit beim Kaltschmie
den sind denen von Weichstahl keinesfalls ebenbürtig, selbst wenn Ze
mentit einem sphäroisierenden Glühen unterzogen worden ist. Die Bear
beitung zur Bildung von Zahnradzähnen nimmt daher viel Zeit in An
spruch und eine Erhöhung der Materialkosten einschließlich Werkzeug
kosten ist unvermeidbar. Weiterhin ist eine Rißbildung während dem Kalt
schmieden ebenso unvermeidlich.
Um die oben genannten Nachteile zu beheben, wurde daran gedacht, daß
der Kohlenstoffgehalt auf nicht mehr als 0,15% beschränkt werden muß.
Wenn der Kohlenstoffgehalt mehr als 0,15% beträgt, sind Nachteile, wie
etwa Rißbildung während der Formgebung unvermeidlich.
Es wurde eine Laufprobe durchgeführt unter Verwendung eines Kraftfahr
zeuges, bei dem ein automatisches Getriebe unter Einsatz von Zahnrä
dern, welche aus der vorgenannten Platte aus Stahl mit niedrigem Kohlen
stoffgehalt hergestellt waren, eingebaut war. Die Versuchsergebnisse
zeigten, daß die Oberfläche des Zahnradzahns innerhalb kurzer Zeit abge
nutzt war, wodurch Probleme, wie Vibration, resultieren. Um eine Verrin
gerung der Höhe von Zahnradzähnen zu unterdrücken, ist es erforderlich,
Oberflächenbehandlungen, wie etwa Zementieren oder Weichnitrierhär
ten anzuwenden. Solche Oberflächenbehandlungen erfordern das Erhit
zen bei einer hohen Temperatur während eines langen Zeitraums, was wie
derum die Energie- und Ausrüstungskosten beträchtlich erhöht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher eine Stahlplatte bzw. ein
Stahlblech mit einer Ferrit-Zementit-Graphit-Komplexstruktur, in wel
cher mehr als 50% Zementit in eine Graphitstruktur umgewandelt worden
sind, zur Herstellung eines Zahnrads verwendet. Diese Stahlplatte ist
trotz eines hohen Kohlenstoffgehaltes aufgrund einer hohen Graphitisie
rung duktil bzw. verformbar.
Aus dieser Platte wird eine Scheibe ausgestanzt und der Außenumfangs
randbereich wird durch Anspitzen im
Gesenk bzw. Gesenkschmieden in
Axialrichtung mit einem Gesenkwerkzeug bzw. Breitsattel geformt, um
den Außenumfangsrandbereich der Scheibe zu verdicken. Die Innenseite
des angespitzten bzw. gesenkgeschmiedeten Bereichs wird dann in Axial
richtung gepreßt um ein flaches schalen- bzw. tellerförmiges Stanzstück
zu bilden.
Ein Stützwerkzeug wird entweder in den äußeren oder inneren Rand des so
geformten Stanzstücks, das heißt den verdickten Umfangsrandbereich
eingesetzt und ein Zahnwerkzeug wird in den anderen Rand eingesetzt, so
daß Zahnradzähne im äußeren und/oder inneren Rand des Stanzstücks
gebildet werden. Alternativ können Zahnradzähne durch Walzformung
oder Schneiden bzw. Fräsen gebildet werden. Nach Formung der Zahnrad
zähne werden sie beispielsweise einer Induktionshärtung unterzogen, um
die Zähne zu härten.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Zahnrad zur Verwen
dung in Kraftfahrzeugen in Form einer schüsselförmigen Scheibe mit ei
nem verdickten Außenrandbereich, in dessen Außen- und/oder Innensei
te Zahnradzähne ausgebildet sind, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
mindestens der Oberflächenbereich der Zahnradzähne eine Martensit-
Struktur besitzt und die Scheibe aus einem eine Ferrit-Zementit-Graphit-
Struktur, in welcher 50% oder mehr Zementit in Graphit umgewandelt
worden sind, umfassenden Stahl hergestellt ist, wobei die Stahlzusam
mensetzung der Scheibe, in Gew. -%, besteht aus:
C: 0,20-0,70%,
Si: 0,05-1,00%,
Mn: 0,05-0,50%,
gelöstes Al: 0,01-1,00%,
N: 0,002-0,010%,
B: 0,0003-0,0050%,
Si: 0,05-1,00%,
Mn: 0,05-0,50%,
gelöstes Al: 0,01-1,00%,
N: 0,002-0,010%,
B: 0,0003-0,0050%,
wahlweise mindestens einem aus
Ca: 0,001-0,01%,
Cu: 0,05-1,00%,
Ni: 0,5-2,00% und
Cu: 0,05-1,00%,
Ni: 0,5-2,00% und
dem Rest Fe und zufälligen Verunreinigungen, wobei der Gehalt an P auf
nicht mehr als 0,020% und der Gehalt an S auf nicht mehr als 0,010% be
schränkt sind.
Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Ver
fahren zur Herstellung eines Zahnrads für die Verwendung in Kraftfahr
zeugen, gekennzeichnet durch die Stufen des Herstellens einer Stahlplatte
mit der oben beschriebenen Stahlzusammensetzung, des Bildens eines
scheibenförmigen Stanzstücks aus dieser Platte, des Anspitzens im Ge
senk bzw. Gesenkschmiedens eines Außenumfangsrandes des scheiben
förmigen Stanzstücks in Axialrichtung mit einem Gesenkwerkzeug, um
den Außenumfangsrand der Scheibe zu verdicken, des Pressens des von
dem angespitzten bzw. gesenkgeschmiedeten Bereich umgebenen Innen
bereichs in Axialrichtung, um ein flaches schüsselförmiges Stanzstück zu
erhalten, des Einsetzens eines Stützwerkzeugs in entweder den äußeren
oder inneren Rand des so geformten verdickten Stanzstücks, des Einset
zens eines Zahnwerkzeugs in den anderen, um auf dem äußeren und/oder
Inneren Rand des verdickten Stanzstücks Zahnradzähne zu bilden und
des Anwendens von Oberflächenhärtungsbehandlungen, wie etwa Hoch
frequenz-Induktionshärten, gegenüber den Zahnradzähnen.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Ver
fahren zur Herstellung eines Zahnrads für die Verwendung in Kraftfahr
zeugen, wie oben beschrieben, wobei anstelle der Formung von Zahnrad
zähnen mit einem Zahnradwerkzeug die Zahnradzähne durch Walzfor
mung mit einem Walzwerkzeug oder durch Schneiden mit einer Zahnrad
schneidemaschine oder durch Fräsen mit einer Zahnradfräsmaschine ge
formt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
kann eine dünne Platte aus kohlenstoffreichem Stahl, aus welcher das
Zahnrad hergestellt wird und welche eine Ferrit, Graphit und Zementit
umfassende metallische Struktur besitzt und ausgezeichnete Verformbar
keit aufweist, durch die folgenden Stufen (i) bis (iv) hergestellt werden:
- (i) Das Warmwalzen wird mit einer Bearbeitungstemperatur von 600-900°C durchgeführt, um so eine geeignete Perlitstruktur auszufällen. Ob wohl die Durchwärmtemperatur vor dem Warmwalzen keiner speziellen Beschränkung unterliegt ist es wünschenswert, daß die Durchwärmung bei 1100°C oder darüber während 1 Stunde oder mehr, gewöhnlicherweise bei etwa 1250°C während 2 Stunden durchgeführt wird.
- (ii) Die Kühlung nach dem Warmwalzen wird mit einer Geschwindigkeit von 5-40°C/s bis zur nachstehend genannten Wickeltemperatur durch geführt, um eine Perlitstruktur abzuscheiden bzw. zu feinen.
- (iii) Das Aufwickeln wird bei einer Temperatur von 400-650°C durchge führt, um die ausgefällte, gefeinte Perlitstruktur zu stabilisieren.
- (iv) Das Ausglühen nach dem Aufwickeln wird durch Erhitzen bei einer Temperatur im Bereich von 600°C bis Ac1 durchgeführt, um Zementit in dem Stahl als Graphit auszufällen.
Das Graphitisierungsverhältnis kann durch Ändern der Temperatur und
Zeit für die Erwärmung variiert werden. Es ist bevorzugt, das Graphitisie
rungsverhältnis auf 50% oder höher einzustellen, um eine Stahlplatte mit
einem ausreichenden Grad an Weichheit vorzusehen. Es ist ratsam, die
Erwärmungstemperatur und -zeit zu bestimmen, so daß der Wert aus der
Erwärmungstemperatur (°C) × Erwärmungszeit (Stunde) 10 000-30 000
beträgt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, gemäß der die Dicke der Ausgangs
stahlplatte ziemlich klein ist, beträgt die Glühzeit gewöhnlicherweise etwa
24 Stunden für einen Erhitzungstemperaturbereich von 600°C bis zum
Ac1-Punkt.
Das Graphitisierungsverhältnis wurde mittels der folgenden Formel nach
Ätzung mit einer Nital-Lösung und Inspizieren der Mikrostruktur bei einer
Vergrößerung von 500X mit einem optischen Mikroskop bestimmt.
Graphitisierung (%) = (1 - (Bereich ausgefällten Zementits nach Glü hen)/(Bereich ausgefällten Zementits vor Glühen)) × 100 (%).
Graphitisierung (%) = (1 - (Bereich ausgefällten Zementits nach Glü hen)/(Bereich ausgefällten Zementits vor Glühen)) × 100 (%).
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zei
gen
Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht der Gesenkschmiedeposi
tion, wobei ein Scheiben-Stanzstück in einer fixierten Position gehalten
wird;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer ersten Gesenkschmiedestufe;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer zweiten Gesenkschmiedestufe,
Fig. 4 eine Querschnittsansicht der Stanzstück-Verformungsposition
Fig. 5 eine Querschnittsansicht der Zahnradzahn-Ausbildungsposition;
Fig. 6 eine Draufsicht von Außenumfangs- und Innenumfangs-Zahnbil
dungswerkzeugen;
Fig. 7 einen Aufriß einer Walzformungsvorrichtung zur Bildung von
Zahnradzähnen;
Fig. 8 eine schematische perspektivische Ansicht der Induktionshär
tung eines Zahnradzahns eines Antriebsflansches.
Die Gründe für die bei der vorliegenden Erfindung verwendete Stahlzu
sammensetzung und bevorzugten Arbeitsbedingungen werden nachfol
gend beschrieben.
Je niedriger der Kohlenstoffgehalt ist, desto größer ist im allgemeinen die
Verformbarkeit. Andererseits ist es notwendig, eine gewisse Menge an
Kohlenstoff einzubringen, um Abriebbeständigkeit, Härte und Dauerfe
stigkeit sicherzustellen. Gemäß der vorliegenden Erfindung, gemäß wel
cher eine TS (Zugfestigkeit) von 980 N/mm2 (100 kgf/mm2) oder mehr
(Härte von 300 oder mehr gemäß Hv-Skala) nach Wärmebehandlung, wie
etwa Abschrecken und Vergüten oder Zwischenstufenvergüten, sicherge
stellt ist, wird der Kohlenstoffgehalt auf 0,20% oder mehr beschränkt.
Wenn der Kohlenstoffgehalt übermäßig zunimmt, wird die Zähigkeit, ins
besondere die Beständigkeit einer Schweißnaht gegenüber Temperatur
schock, beträchtlich herabgesetzt und durch Schweißen oder Wärmebe
handlung verursachte Rißbildung ist unvermeidlich. Weiterhin wird die
Rißbildung während dem Formen zum ernsthaften Problem. Um diese
Nachteile zu vermeiden, ist die obere Grenze des Kohlenstoffgehaltes auf
0,70%, vorzugsweise auf 0,40% beschränkt.
Silicium ist ein zur Durchführung der Graphitisierung von Zementit not
wendiges Element. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es jedoch not
wendig, die TS auf 350 N /mm2 oder weniger während der Verformung her
abzudrücken, und der Si-Gehalt wird wünschenswerterweise auf einen
Wert so klein wie möglich beschränkt, da Si in fester Lösung die Zugfestig
keit des resultierenden Stahls beträchtlich erhöhen kann. Somit wird die
obere Grenze des Si auf 1,00% beschränkt. Andererseits ist es notwendig,
eine gewisse Menge an Si einzuarbeiten, um die Graphitisierung zu fördern
oder als ein Desoxidationsmittel. Somit wird die untere Grenze des Si-Ge
halts mit 0,05% festgelegt. Vorzugsweise beträgt der Gehalt an Si 0,20-
0,50%.
Mangan besitzt eine ausgeprägte nachteilige Wirkung auf die Ausfällung
von Graphit, da die Gegenwart von Mangan Zementit stabilisiert und die
Zersetzung von Zementit unterdrückt, selbst wenn eine Erhitzung für das
Glühen stattfindet. Daher ist die obere Grenze des Mn auf 0,50% be
schränkt. Da andererseits Mangan sich mit S im Stahl zur Bildung von
MnS vereinigt, ist Mangan wirksam zur Verbesserung der Zähigkeit sowie
Härtbarkeit, so daß es notwendig ist, eine bestimmte Menge an Mn in den
Stahl einzubringen. Die untere Grenze wird mit 0,05% definiert. Ein be
vorzugter Gehalt an Mn beträgt 0,15-0,30%.
Je höher der Gehalt an gelöstem Al ist, desto leichter findet die Ausfällung
von Graphit statt. Der Gehalt an gelöstem Al ist daher auf nicht weniger als
0,01% beschränkt. Die Gegenwart einer überschüssigen Menge an gelö
stem Al verursacht jedoch Nachteile, wie etwa eine Mischkristallverfesti
gung einer Ferritphase und eine Erhöhung der Menge von im Stahl ausge
fällten Oxiden. Dies resultiert manchmal in einer deutlichen Herabset
zung der Zähigkeit des Stahls nach der Wärmebehandlung. Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird somit die obere Grenze des gelösten Al mit
1,00% definiert. Vorzugsweise beträgt der Gehalt an gelöstem Al
0,05-0,15%.
Stickstoff ist unvermeidlich im Stahl enthalten. Stickstoff bildet Alumini
umnitride (AlN, etc.) während der Hitzebehandlung, wie etwa Abschrecken
und Vergüten oder Zwischenstufenvergüten, so daß die Vergrößerung von
austenitischen Körnern unterdrückt werden kann, wodurch eine Verhin
derung einer Formänderung vor und
nach der Hitzebehandlung resultiert.
Die Gegenwart von Stickstoff ist ebenso wirksam zur Verbesserung der Zä
higkeit nach der Hitzebehandlung. Für diese Zwecke ist der Gehalt an
Stickstoff auf 0,002% oder mehr, vorzugsweise auf 0,003% oder mehr be
schränkt. Wenn der Stickstoffgehalt jedoch über 0,010% liegt resultiert
eine solche überschüssige Stickstoffmenge in einer Herabsetzung der
Dehnung, so daß die obere Grenze des Stickstoffs auf 0,010%, vorzugs
weise auf 0,008% beschränkt ist.
Bor ist wirksam zur Verbesserung der Zähigkeit nach der Hitzebehand
lung und der Härtbarkeit. Aus diesen Gründen wird Bor in einer Menge von
0,0003% oder mehr zugegeben. Wenn andererseits der Borgehalt über
0,0050% liegt ist die Bildung FeB während dem Warmwalzen oder der Hit
zebehandlung unvermeidlich, wodurch eine ernsthaft nachteilige Wir
kung auf die Zähigkeit des Stahl resultiert. Gemäß der vorliegenden Erfin
dung ist der Borgehalt auf 0,0003-0,0050% und vorzugsweise
0,0005-0,0020% begrenzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
kann mindestens eines aus Ca, Cu und Ni zugegeben werden, um die Gra
phitisierung des Zementits einer Perlitphase und die Induktionshärtbar
keit (Härtbarkeit durch Erhitzung mittels Hochfrequenz-Induktionshei
zung) zu fördern.
Die Zugabe von Ca zu Stahl bewirkt eine Verringerung der im Stahl gelö
sten Sauerstoffmenge und der Menge an Aluminiumoxiden.
Es ist zu bemerken, daß gemäß der vorliegenden Erfindung die Menge an
gelöstem Al erhöht wird, um die Graphitisierung zu unterstützen. Somit
besteht eine Tendenz, daß die Menge an Aluminiumoxiden erhöht ist. An
dererseits ist gemäß der vorliegenden Erfindung der Mn-Gehalt auf einen
geringeren Wert begrenzt, so daß eine Abnahme der im Stahl gelösten
Schwefelmenge, was durch die Bildung von MnS-Einschlüssen verursacht
wird, nicht ausgeprägt ist.
Somit ist es gemäß der Erfindung, wenn die Graphitisierung zur Errei
chung des erfindungsgemäßen Zweckes nicht ausreichend ist, bevorzugt,
Calcium zuzugeben, um Schwefel als Calciumsulfide zu fixieren. Aus die
sem Grund beträgt die untere Grenze des Calciums 0,001%. Das die Zuga
be einer überschüssigen Menge an Calcium eine Erhöhung der Materialko
sten und die Bildung von Calciumoxiden und -sulfiden verursacht, ist die
obere Grenze des zugegebenen Calciums auf 0,01% beschränkt. Wenn je
doch der Gehalt an Kohlenstoff oder Si oder Mn hoch ist, wird die Graphiti
sierung gefördert und es besteht keine Notwendigkeit, Calcium zuzuge
ben.
Kupfer ist eines einer kleinen Gruppe von Elementen, welche zur Verbes
serung der Härtbarkeit wirksam sind, ohne die Graphitisierung in nach
teiliger Weise zu beeinträchtigen und welche in keinem wesentlichen Aus
maß eine Mischkristallverfestigung verursachen. Um die Härtbarkeit zu
verbessern, ist es erwünscht, Cu in einer Menge von 0,05% oder mehr zu
zugeben. Andererseits verursacht die Zugabe einer überschüssigen Menge
an Cu die Ausfällung von epsilon-Cu während der Kühlung nach dem Ka
stenglühen, wodurch eine Zunahme der Festigkeit sowie eine Verschlech
terung der Verformbarkeit resultieren. Der obere Wert des Cu-Gehalts,
falls zugegeben, ist somit auf 1,00% beschränkt.
Nickel ist ein Element, welches ähnlich dem Si die Graphitisierung stei
gert. Nickel bewirkt jedoch keine Mischkristallhärtbarkeit in dem Maße,
wie es Si tut. Die Zugabe von Ni ist wirksam zur Erzielung von Weichheit
des Stahls. Zu diesen Zwecken wird Ni in einer Menge von 0,05% oder
mehr zugegeben. Eine überschüssige Menge an Ni verursacht jedoch eine
Mischkristallhärtung einer ferritischen Phase und ebenso eine Zunahme
der Herstellungskosten. Die obere Grenze des Ni wird daher mit 2,00% de
finiert.
P soll sich entlang den Grenzflächen zwischen Zementit und Ferrit abson
dern und ist einer der Verunreinigungen von Stahl, welcher die Bewegung
des Kohlenstoffs unterdrückt, wobei die Ausfällung von Graphit verhin
dert wird. Dazu gegensätzlich ist es gemäß der vorliegenden Erfindung
wichtig, die Diffusion von Kohlenstoff zu fördern, um die zur Durchfüh
rung des Kastenglühens zur Graphitisierung erforderliche Zeit zu verkür
zen. Dies ist insbesondere wichtig, wenn der Kohlenstoffgehalt relativ ge
ring ist, verglichen mit dem für Stähle, welche für das Abschreckhärten ge
eignet sind, wie ein bei der vorliegenden Erfindung eingesetzter Stahl. Ge
mäß der vorliegenden Erfindung wird daher die obere Grenze des P-Ge
halts auf 0,020% beschränkt, um die zur Durchführung des Kastenglü
hens für die Graphitisierung (maximale Erhitzungszeit bis zu 36 Stunden)
erforderliche Zeit zu verkürzen. Obwohl es keine untere Grenze für P gibt,
ist es aus praktischen Gesichtspunkten bevorzugt, P in einer Menge von
0,005% oder mehr zuzulassen.
Schwefel ist eine Verunreinigung des Stahls, welche ähnlich dem P die
Graphitisierung unterdrückt. Sowie der Schwefelgehalt zunimmt, erhöht
sich ebenso die zur Erzielung der Graphitisierung erforderliche Zeitdauer des
Kastenglühens. Weiterhin beeinträchtigt gelöster Schwefel im Stahl
die Zähigkeit des Stahls nach dem Verfestigen durch Hitzebehandlung, so
daß es notwendig ist, die Gegenwart von S auf einen so geringen Gehalt wie
möglich zu reduzieren. Aus diesem Grund ist die Menge an S auf 0,010%
oder weniger beschränkt. Obwohl es keine untere Grenze für S gibt, ist es
aus praktischen Gesichtspunkten zur Reduzierung der Herstellungsko
sten während der Stahlherstellungsstufen bevorzugt die Gegenwart von S
in einer Menge von 0,003% oder mehr zuzulassen.
Um einen bestimmten Grad an Abschreckhärtung nach dem Hochfre
quenz-Induktionserhitzen sicherzustellen, ist es notwendig, eine be
stimmte Menge an Kohlenstoff einzubringen. Wenn jedoch die untere
Grenze des Kohlenstoffgehalts 0,20% wie bei der vorliegenden Erfindung
ist, ist Zementit unter Verursachung einer Festigkeitszunahme im Stahl
dispergiert. Wenn der Zementit in Graphit umgewandelt wird, resultiert
eine Abnahme der Festigkeit und eine Verbesserung der Verformbarkeit.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind 50% oder mehr der Gesamtmenge
an Zementit zu Graphit umgewandelt, um so das Gesenkschmieden und
das Werkzeug- bzw. Gesenkformen in wirksamer Weise durchzuführen.
Das Verfahren der Verformung bzw. Ausformung und Bearbeitung eines
Zahnrads gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf
Fig. 1 bis 7 beschrieben, gemäß welchen ein Zahnrad, das als An
triebsflansch verwendet wird, gemäß der vorliegenden Erfindung herge
stellt wird. Das nachfolgende Verfahren der Formung und Bearbeitung ei
nes Zahnrads ist für die oben beschriebene Stahlzusammensetzung und
-struktur am besten geeignet.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird ein Scheibenrohling 1 aus einer Platte mit einer
Dicke von beispielsweise 2-3 mm ausgestanzt und der Mittelbereich des
Scheiben-Stanzstücks 1 um einen Zentrierstift 4 herum zwischen eine Be
festigungsgrundplatte 2 und eine Preßplatte 3 eingebracht, wobei ein Au
ßenumfangsrandbereich 1a, das heißt der Gesenkschmiedebereich 1a für
das Gesenkschmieden bereitgestellt wird. Der Zentrierstift 4 erstreckt
sich aus der Befestigungsgrundplatte 2 und ist in ein Mittelloch des Schei
ben-Stanzstücks 1 eingefügt.
Fig. 2 zeigt ein erstes Gesenkschmieden, welches am Außenumfangs
randbereich 1a des Stanzstücks 1 in Radialrichtung mit einem ersten Ge
senkwerkzeug 5 zur Bildung eines ersten gesenkgeschmiedeten Bereichs
1b durchgeführt wird. Eine Querschnittsansicht des gesenkgeschmiede
ten Bereichs 1b ist auf der rechten Seite der Fig. 2 gezeigt. Der gesenkge
schmiedete Bereich 1b verjüngt sich nach außen.
Wie in Fig. 3 gezeigt wird ein zweiter gesenkgeschmiedeter Bereich 1c
(siehe rechte Seite der Fig. 3) aus dem ersten gesenkgeschmiedeten Be
reich 1b mit einem zweiten Gesenkwerkzeug 6 mit rechtwinkligem Quer
schnitt gebildet. Der Grund für die Durchführung des Gesenkschmiedens
in zwei Stufen ist die Vermeidung von Ausbeulungen bzw. Stauchungen,
so daß der zweite gesenkgeschmiedete Bereich 1c in zufriedenstellender
Weise ausgebildet wird, um einen ausreichenden Grad an Dicke auf der In
nenseite des zweiten gesenkgeschmiedeten Bereichs 1c sicherzustellen.
Wenn das Gesenkschmieden nicht sorgfältig durchgeführt wird, das heißt
wenn der zweite gesenkgeschmiedete Bereich 1c nicht gut definiert ist, ist
es ziemlich schwierig, durch Kaltschmieden feine Zahnradzähne auszu
formen.
Die nächste Stufe besteht darin, den dünnwandigen Bereich des Stanz
stücks zu pressen, um ein flachbodiges schüsselförmiges Rad zu bilden.
Fig. 4 zeigt das Radstanzstück 10, wobei der zweite gesenkgeschmiedete
Bereich 1c mit einer Matrize 7 und einer Patrize 8 preßverformt wird. Ein
von dem gesenkgeschmiedeten Bereich 1c umgebener, dünner, flacher,
scheibenförmiger Bereich wird zu einer flachen Schüssel geformt. Ein Au
ßenrand des gesenkgeschmiedeten Bereichs wird durch ein äußeres Werk
zeug 9 begrenzt zur Bildung des Radstanzstücks 10.
Die nächste Stufe ist die Zahnradbildungsstufe, gemäß der durch Kalt
schmieden ein Zahnrad in der äußeren oder inneren Randfläche des
Stanzstücks 10 gebildet wird.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem Zahnradzähne in der äußeren Randflä
che des Stanzstücks ausgebildet werden. Das Stanzstück 10 wird koaxial
mit einem äußeren Werkzeug 11 in einer solchen Anordnung plaziert, daß
die äußere Randfläche des Stanzstücks 10 der Innenseite des äußeren
Werkzeugs 11, welches auf der Innenseite Zähne aufweist, gegenüberliegt.
In einen von der Innenrandfläche umgebenen Bereich wird ein Stützwerk
zeug 12 in Axialrichtung eingezwängt, um in der äußeren Randfläche des
Stanzstücks 10 Zahnradzähne auszuformen. Da der Außendurchmesser
des Stützwerkzeugs 12 größer ist als der Innendurchmesser des Stanz
stücks 10, wird der zweite gesenkgeschmiedete Bereich 1c des Stanz
stücks 10 durch Einsetzen des Stützwerkzeugs 12 in das Stanzstück 10
nach außen ausgedehnt. Somit werden äußere Zahnradzähne entspre
chend den auf der Innenseite des äußeren Werkzeugs 11 vorgesehenen
Zähnen in der äußeren Randfläche des Stanzstücks 10 gebildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, wie in Fig. 6 gezeigt, können
Wellungen 13 mit dem gleichen Abstand wie die Zahnradzähne des äuße
ren Werkzeugs 11 auf der Außenoberfläche des Stützwerkzeugs 12 vorge
sehen sein. Wenn die Wellungen 13 vorgesehen sind, ist es einfach, die äu
ßeren Zahnradzähne in der Außenrandfläche des Stanzstücks 10 auszu
bilden. Somit ist es möglich, eine Massenproduktion von Zahnrädern mit
einem großen Durchmesser von 200 mm oder mehr durchzuführen. Es ist
zu bemerken, daß im Stand der Technik davon ausgegangen wurde, daß
Zahnräder mit solch großem Durchmesser nicht durch Massenproduktion
hergestellt werden können.
Beim obigen, in Fig. 5 und 6 gezeigten Beispiel, werden Zahnradzähne
in der Außenrandfläche des Stanzstücks 10 gebildet. Es ist ebenso mög
lich, innere Zahnradzähne in der Innenfläche des Stanzstücks 10 auszubil
den. In diesem Fall wird das Stanzstück 10 koaxial mit einem inneren
Werkzeug mit Zahnradzähnen im Außenrandbereich des Werkzeugs und
einem Stützwerkzeug in Berührung mit der Außenrandfläche des Stanz
stücks plaziert. Alternativ hierzu können Zahnradzähne sowohl in der in
neren als auch äußeren Oberfläche des Stanzstücks vorgesehen werden.
Beim oben beschriebenen Beispiel werden Zahnradzähne durch Schmie
den mit einem Zahnradwerkzeug und einem Stützwerkzeug gebildet. Bei
einer weiteren Ausführungsform können Zahnradzähne mittels einer in
Fig. 7 gezeigten Walzformvorrichtung bzw. Wellmaschine 14 gebildet
werden. Die Walzformvorrichtung 14 kann herkömmlicher Natur sein, wo
bei ein Stanzstück 10 zwischen einer Preßstützplatte 16 und einem in ver
tikaler Richtung beweglichen Tisch 15 angeordnet wird. Gegen die äußere
Randfläche des Stanzstücks 10 werden Walzenformwerkzeuge 18, 18 an
gedrückt, um Zahnradzähne auszubilden. Die Walzformwerkzeuge 18, 18
werden von Tragehalterungen 17, 17, welche hinsichtlich ihren Positionen
vorwärts und rückwärts einstellbar sind, wie durch die Pfeile in den Zeich
nungen gezeigt, gehalten.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung keine Notwendigkeit besteht, ein
Zahnrad mittels erzwungener Einfügung oder Schweißen zusammenzu
setzen, tritt keine Abmessungsverzerrung bzw. -deformation auf. Da wei
terhin die Bearbeitung auf lediglich einen oberen Randbereich der Zahn
radzähne begrenzt werden kann, ist es möglich, die Bearbeitungsstufen zu
verringern und die Produktausbeute zu erhöhen.
Ebenso ist es möglich, Zahnradzähne in den äußeren und/oder inneren
Randflächen des Stanzstücks, welche durch das in den Fig. 1 bis 5 ge
zeigte Verfahren bearbeitet worden sind, durch Bearbeitung mittels bei
spielsweise einer Fräsmaschine auszubilden. Ebenso ist es möglich, die
Zahnradzähne durch Walzen mit einem an einer gegebenen Position ange
ordneten Rotationswerkzeug zu bilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird mindestens der Oberflächenbe
reich der Zahnradzähne in eine Martensitstruktur umgewandelt. Dies ist
erforderlich, da eine solch gehärtete Oberfläche notwendig ist, den durch
Zusammenstoß gegenüberliegender Zahnradzähne verursachten Abrieb
verschleiß zu verhindern oder zu unterdrücken. Aus diesem Grund ist es
wünschenswert, daß die Tiefe, bis zu welcher die Oberfläche abschreckge
härtet wird, mindestens 20 µm und vorzugsweise 100 µm oder tiefer ist.
Um die höchste Härte zu erzielen, ist es ratsam, die gesamte Struktur der
Zahnradzähne in eine Martensitstruktur umzuwandeln. Es ist aber auch
ebenso notwendig, einen ausreichenden Grad an Stoß- und Dauerfestig
keit sicherzustellen, so daß es wünschenswert ist, die Tiefe der Ab
schreckhärtung auf etwa 100 µm zu begrenzen.
Fig. 8 zeigt schematisch ein Verfahren zur Härtung von Zahnradzähnen
mit einer Hochfrequenz-Induktionsheizspule, wobei ein Zahnrad 20 für ei
nen Antriebsflansch, welches wie vorangehend beschrieben hergestellt
worden ist, an einem Rotationsschaft 21 befestigt wird und das Zahnrad
20 auf eine vorbestimmte Temperatur mittels der Hochfrequenz-Induk
tionsheizspule 19 erhitzt wird, während das Zahnrad um den Schaft 21 he
rum gedreht wird. Nach Erhitzen auf die vorbestimmte Temperatur wird
die Heizspule 19 entfernt und Wasser oder Öl auf die Randaußenfläche
mittels einer herkömmlichen Wasser- oder Ölsprühvorrichtung gesprüht,
um den Zahnradzahnbereich des Zahnrads 20 abzuschrecken.
Üblicherweise wurde davon ausgegangen, daß es notwendig ist, bei 800°C
oder darüber während 3 Minuten oder länger zu erhitzen, um eine Diffu
sion des Kohlenstoffs aus Graphit in eine Matrixphase durchzuführen. Ge
mäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch, da Graphit durch plastische
Deformation in einer Deformationsrichtung abgeflacht wird und der Kon
taktbereich von Graphit mit einer Matrix erhöht wird, eine erwünschte
Martensitstruktur durch Abschrecken nach dem Erhitzen während nur
10-30 Sekunden erhalten werden, wenn die Erhitzungstemperatur 800°C
oder darüber beträgt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß ein höherer
Grad an plastischer Deformation beim erfindungsgemäßen Zahnrad ange
wendet worden ist. Somit ist eine geeignete Erhitzungseinrichtung das
Hochfrequenz-Induktionserhitzen. Bei Anwendung einer solchen Induk
tionserhitzung ist es möglich, die Erhitzungszeit deutlich zu verkürzen.
Wenn es erforderlich ist, auf der Innenoberfläche des Stanzstücks vorge
sehene Zahnradzähne zu erhitzen, kann dies in einfacher Weise mittels
der Induktionsheizspule 19 durchgeführt werden, welche in der Lage ist,
die Zahnradzähne auf der Innenseite zu erreichen und zu erhitzen.
Wie vorangehend erwähnt, werden der zu härtende Bereich und die Tiefe in
Abhängigkeit der Anwendung des Zahnrads bestimmt. Die vom Zahnrad
bereich verschiedenen Bereiche werden normalerweise nicht gehärtet jedoch
kann es empfehlenswert sein, eine Abschreckhärtung für einen Be
reich anzuwenden, welcher mit einem Rotationsteil in Berührung steht,
beispielsweise der Mittelbohrung des Zahnrads.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf einige Ausfüh
rungsbeispiele näher erläutert.
3 mm dicke Stahlplatten mit den in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzun
gen wurden hergestellt. Das Graphitisierungsverhältnis wurde wie in Ta
belle 2 gezeigt variiert durch Variieren der Erhitzungstemperatur und
-zeit. Aus diesen Stahlplatten wurden JIS Nr. 5 Prüfkörper geschnitten und
Zugprüfungen unterzogen. Es wurde eine Reihe von Scheiben-Stanz
stücken mit der gleichen Stahlzusammensetzungsreihe, wie in Tabelle 1
gezeigt, hergestellt, um Zahnräder für einen Antriebsflansch herzustellen.
Da manchmal während dem Gesenkschmieden oder der Zahnradbildung
Rißbildung auftritt, wurde durch Inspektion überprüft, ob Rißbildung bei
jedem der Stanzstücke während dem Gesenkschmieden und der Zahnrad
bildung auftrat. Die Ergebnisse der Inspektionen sind in Tabelle 2 gezeigt.
Aus den in Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen ist zu entnehmen, daß die me
chanischen Eigenschaften stark von dem Graphitisierungsverhältnis und
dem Gehalt an Si, Ni und Cu, bei denen es sich um Elemente handelt, die
einen starken Einfluß auf die Mischkristallhärtung von Stahl haben, ab
hängen. Sowie das Graphitisierungsverhältnis abnimmt, nimmt die Fe
stigkeit zu. Sowie der Gehalt dieser Elemente zunimmt, nimmt die Festig
keit zu und die Dehnung verringert sich.
Das Auftreten von Rißbildung war selten bei Verwendung von Stahlplatten
mit Stahlzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung, vergli
chen mit der Verwendung von Stahlplatten außerhalb des erfindungsge
mäß definierten Bereichs. Hinsichtlich den Arbeitsverfahren ist zu bemer
ken, daß eine Rißbildung während dem Gesenkschmieden sehr selten auf
trat, wenn Stahlplatten gemäß der Erfindung verwendet wurden. Wenn
weiterhin Stahlplatten außerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs einge
setzt wurden, trat eine Rißbildung in zunehmendem Maße während der
darauffolgenden Zahnradbildungsstufe auf, wobei eine solche Tendenz bei
Verwendung der erfindungsgemäßen Stahlplatten nicht festzustellen war.
Bei Ansatz Nr. 1 trat keine Rißbildung auf, da der Kohlenstoffgehalt unter
halb des erfindungsgemäß definierten Bereichs lag.
Die Zahnräder zur Verwendung in Antriebsflanschen, welche in Beispiel 1
gemäß dem in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Verfahren erfolgreich herge
stellt worden sind, wurden dann der Hochfrequenz-Induktionshärtung
unterzogen, welche unter Anwendung einer in Fig. 8 gezeigten Hochfre
quenz-Induktionsheizvorrichtung durchgeführt wurde. Das heißt, die
Zahnradzähne wurden bei 950°C während 10 Sekunden bei einer Fre
quenz von 150 kHz bei 50 kW (8 kV·6,25 A) erhitzt und dann durch Be
sprühen gekühlt. Die Oberflächenhärte der Zahnradzähne in der Außen
randfläche wurde als Hv-Härte (Härte nach Vickers) angegeben.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Wie aus den Ergebnissen in Tabelle 3 ersichtlich ist, trat eine Rißbildung
während der Verformung nur dann nicht auf, wenn die chemische Zusam
mensetzung der Stahlplatte und deren metallurgische Struktur innerhalb
des erfindungsgemäß definierten Bereichs lagen, und die Hv-Härte nach
dem Abschrecken betrug 300 oder mehr.
Beispiel 1 wurde hinsichtlich den Ansätzen Nr. 6, 15 und 21 zur Zahn
radbildung wiederholt. Bei diesem Beispiel wurde die Zahnradbildung der
Außenrandfläche des Stanzstücks durch Walzformung bzw. Walzschmie
den, wie in Fig. 7 gezeigt, durchgeführt. Nach Bildung der Zahnradzähne
wurde eine Hochfrequenzhärtung unter den gleichen Bedingungen wie in
Beispiel 2 durchgeführt.
In keinem Fall trat eine Rißbildung während der Verformung auf. Die
Oberflächenhärten auf der Hv-Skala betrugen 475, 412 und 408, was zu
friedenstellend ist.
Somit ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein einstückiges
Zahnrad vorzusehen, welches während der Verformung einschließlich
dem Gesenkschmieden und Gesenkformen oder Walzenformen keiner Riß
bildung unterliegt. Das erfindungsgemäße Zahnrad kann der Hochfre
quenzhärtung unterzogen werden, um eine Oberflächenhärtung von 300 (Hv)
oder darüber zu erzielen, wodurch eine ausgeprägte Verbesserung der Ab
rieb- und Dauerfestigkeit bei geringeren Kosten resultiert.
Weiterhin ist es gemäß der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, eine
Endbearbeitung bzw. Oberflächenveredelung nach der Gesenkformung
oder Walzenformung durchzuführen, und die Oberflächenhärtung kann
durch Hochfrequenzhärten einfacher und kostengünstiger durchgeführt
werden, verglichen mit Oberflächenhärtungsbehandlungen, wie dem
Weichnitrieren.
Claims (8)
1. Zahnrad zur Verwendung in Kraftfahrzeugen in Form einer schüssel
förmigen Scheibe mit einem verdickten Außenrandbereich, in dessen Au
ßen- und/oder Innenseite Zahnradzähne ausgebildet sind, dadurch ge
kennzeichnet, daß mindestens der Oberflächenbereich der Zahnradzäh
ne eine Martensit-Struktur besitzt und die Scheibe aus einem eine Ferrit-
Zementit-Graphit-Struktur, in welcher 50% oder mehr Zementit in Gra
phit umgewandelt worden sind, umfassenden Stahl hergestellt ist, wobei
die Stahlzusammensetzung der Scheibe, in Gew. -%, besteht aus:
C: 0,20-0,70%,
Si: 0,05-1,00%,
Mn: 0,05-0,50%,
gelöstes Al: 0,01-1,00%,
N: 0,002-0,010%,
B: 0,0003-0,0050%,
Ca: 0-0,01%,
Cu: 0-1,00%,
Ni: 0-2,00% unddem Rest Fe und zufälligen Verunreinigungen, wobei der Gehalt an P auf nicht mehr als 0,020% und der Gehalt an S auf nicht mehr als 0,010% be schränkt sind.
Si: 0,05-1,00%,
Mn: 0,05-0,50%,
gelöstes Al: 0,01-1,00%,
N: 0,002-0,010%,
B: 0,0003-0,0050%,
Ca: 0-0,01%,
Cu: 0-1,00%,
Ni: 0-2,00% unddem Rest Fe und zufälligen Verunreinigungen, wobei der Gehalt an P auf nicht mehr als 0,020% und der Gehalt an S auf nicht mehr als 0,010% be schränkt sind.
2. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß minde
stens eines aus 0,001-0,01% Ca, 0,05-1,00% Cu und 0,05-2,00% Ni im
Stahl enthalten ist.
3. Verfahren zur Herstellung eines Zahnrads zur Verwendung in Kraft
fahrzeugen, gekennzeichnet durch die Stufen:
Herstellung einer Stahlplatte aus einer Stahlzusammensetzung, welche, in Gew. -%, besteht aus: C: 0,20-0,70%,
Si: 0,05-1,00%,
Mn: 0,05-0,50%,
gelöstes Al: 0,01-1,00%,
N: 0,002-0,010%,
B: 0,0003-0,0050%,
Ca: 0-0,01%,
Cu: 0-1,00%,
Ni: 0-2,00% unddem Rest Fe und zufälligen Verunreinigungen, wobei der Gehalt an P auf nicht mehr als 0,020% und der Gehalt an S auf nicht mehr als 0,010% be schränkt sind;
Ausstanzen einer Scheibenform aus dieser Platte;
Anspitzen im Gesenk bzw. Gesenkschmieden eines Außenumfangrandbe reichs der Scheibe in Axialrichtung mit einem Gesenkwerkzeug, um den Außenumfangsrandbereich der Scheibe zu verdicken;
Pressen des von dem angespitzten bzw. gesenkgeschmiedeten Bereich um gebenen Innenbereichs in Axialrichtung, um ein flaches, schüsselförmi ges Stanzstück herzustellen;
Ausbilden von Zahnradzähnen im Außen- und/oder Innenrandbereich des verdickten Stanzstücks;
Oberflächenhärten der Zahnradzähne.
Herstellung einer Stahlplatte aus einer Stahlzusammensetzung, welche, in Gew. -%, besteht aus: C: 0,20-0,70%,
Si: 0,05-1,00%,
Mn: 0,05-0,50%,
gelöstes Al: 0,01-1,00%,
N: 0,002-0,010%,
B: 0,0003-0,0050%,
Ca: 0-0,01%,
Cu: 0-1,00%,
Ni: 0-2,00% unddem Rest Fe und zufälligen Verunreinigungen, wobei der Gehalt an P auf nicht mehr als 0,020% und der Gehalt an S auf nicht mehr als 0,010% be schränkt sind;
Ausstanzen einer Scheibenform aus dieser Platte;
Anspitzen im Gesenk bzw. Gesenkschmieden eines Außenumfangrandbe reichs der Scheibe in Axialrichtung mit einem Gesenkwerkzeug, um den Außenumfangsrandbereich der Scheibe zu verdicken;
Pressen des von dem angespitzten bzw. gesenkgeschmiedeten Bereich um gebenen Innenbereichs in Axialrichtung, um ein flaches, schüsselförmi ges Stanzstück herzustellen;
Ausbilden von Zahnradzähnen im Außen- und/oder Innenrandbereich des verdickten Stanzstücks;
Oberflächenhärten der Zahnradzähne.
4. Verfahren zur Herstellung eines Zahnrads nach Anspruch 3, da
durch gekennzeichnet, daß die Zahnradzahnausbildung in der Weise
durchgeführt wird, daß ein Stützwerkzeug in entweder den äußeren oder
inneren Rand des verdickten Stanzstücks und ein Zahnwerkzeug in den
anderen eingesetzt werden, um im Außen- und/oder Innenrand des ver
dickten Stanzstücks Zahnradzähne zu bilden.
5. Verfahren zur Herstellung eines Zahnrads nach Anspruch 3, da
durch gekennzeichnet, daß die Zahnradzähne mittels Walzformung aus
gebildet werden.
6. Verfahren zur Herstellung eines Zahnrads nach Anspruch 3, da
durch gekennzeichnet, daß die Zahnradzähne durch Schneiden mit einer
Zahnradschneidemaschine bzw. Zahnradfräsmaschine ausgebildet wer
den.
7. Verfahren zur Herstellung eines Zahnrads nach mindestens einem
der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen
härtung durch Hochfrequenz-Induktionshärtung durchgeführt wird.
8. Verfahren zur Herstellung eines Zahnrads nach mindestens einem
der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne Platte
aus kohlenstoffreichem Stahl aus welcher das Zahnrad hergestellt wird
und welche eine metallische Struktur aus Ferrit, Graphit und Zementit be
sitzt und ausgezeichnete Verformbarkeit aufweist, durch die folgenden
Stufen (i) bis (iv) hergestellt wird:
- (i) Warmwalzen mit einer Bearbeitungstemperatur von 600-900°C,
- (ii) Abkühlen nach dem Warmwalzen mit einer Abkühlungsgeschwindig keit von 5-40°C/s auf die nachfolgend genannte Wickeltemperatur,
- (iii) Aufwickeln bei einer Temperatur von 400-650°C und
- (iv) Glühen, nach dem Abkühlen, bei einer Temperatur im Bereich von 600°C bis Ac1.
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