DE4408924A1 - Method and device for influencing dimensional and shape changes when hardening workpieces - Google Patents

Method and device for influencing dimensional and shape changes when hardening workpieces

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Abstract

A process and device are disclosed for influencing the changes in size and shape of workpieces during hardening. Mechanical accessories, in particular mandrel fixtures, are used for hardening workpieces. In known processes, the carburised workpieces are set on said mandrel fixtures and quenched. In order to simplify and reduce the cost of a hardening process by means of mandrel fixtures, the individual operations such as carburising, stacking of workpieces on the mandrel fixture and quenching are combined in a single process. A mechanical accessory used to carry out this process is made of a material that does not carburise together with the workpieces, i.e. the surface of the mandrel fixture is not changed into a hardened microstructure during carburising.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Be­ einflussen von Maß- und Formänderungen beim Härten von ins­ besondere rotationssymmetrischen Werkstücken.The invention relates to a method for loading influencing changes in size and shape when hardening ins special rotationally symmetrical workpieces.

Es ist bekannt, daß die Martensit-Bildung eine erheb­ liche Härtesteigerung von Stahl bewirkt. Mit Härten be­ zeichnet man eine Wärmebehandlung, bei der das Werkstück, ausgehend von der Härtetemperatur bei austenitischem Gefü­ ge, in einem Abschreckmedium in der Weise abgekühlt wird, daß es zur Martensit-Bildung kommt. Beim Härten von Bautei­ len tritt Verzug auf, der in einen unvermeidbaren Anteil, resultierend aus den Gefügeumwandlungen, und einen vermeid­ baren Anteil, der von prozeßspezifischen Gegebenheiten ab­ hängt, unterteilt werden kann.It is known that the formation of martensite increases increased hardness of steel. Be hard one draws a heat treatment in which the workpiece, based on the hardening temperature with an austenitic structure is cooled in a quenching medium in such a way that martensite formation occurs. When hardening building egg len occurs default that in an unavoidable proportion resulting from the structural changes, and one avoids portion that depends on process-specific conditions depends, can be divided.

Zum Härten werden die Werkstücke unmittelbar nach dem Aufkohlen auf mechanische Hilfsmittel mit einem vorgegebe­ nen Durchmesser aufgelegt und im Abschreckmedium abgekühlt. Im Verlauf dieser Abkühlung schrumpfen die Werkstücke auf diesen Durchmesser unter plastischer und elastischer Ver­ formung auf.The workpieces are hardened immediately after Carburizing on mechanical aids with a given placed on the diameter and cooled in the quenching medium. In the course of this cooling, the workpieces shrink this diameter under plastic and elastic Ver formation on.

Zu den erwähnten mechanischen Hilfsmitteln zählen so­ genannte Dornfixturen sowie kraftgebundene Vorrichtungen, sogenannte Spreizwerkzeuge. Im Rahmen der vorliegenden Er­ findung werden Dornfixturen eingesetzt.The mechanical aids mentioned include named mandrel fixtures and force-related devices, so-called spreading tools. As part of the present Er thorn fixtures are used.

Aus der DE-A 41 33 799 ist ein Verfahren zum Härten von rotationssymmetrischen Werkstücken bekanntgeworden, bei dem das Abschrecken der Werkstücke in mindestens zwei Zeit­ abschnitten erfolgt. In einem ersten Zeitabschnitt schrumpft das Werkstück auf einen ersten Durchmesser des mechanischen Hilfsmittels unter vorwiegend plastischer Ver­ formung auf. In einem anschließenden weiteren Zeitabschnitt wird dieser Vorgang fortgesetzt in der Weise, daß das Werk­ stück auf einen geringeren zweiten Durchmesser auf­ schrumpft. Der Anteil der plastischen Verformung ist wäh­ rend dieses Zeitabschnitts wesentlich geringer.DE-A 41 33 799 describes a method for hardening of rotationally symmetrical workpieces, at the quenching of the workpieces in at least two times sections. In a first period  shrinks the workpiece to a first diameter of the mechanical aids with mainly plastic Ver formation on. In a subsequent period this process is continued in such a way that the work piece to a smaller second diameter shrinks. The amount of plastic deformation is high This period is much lower.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren zum Beeinflussen von Maß- und Form­ änderungen beim Härten unter Einsatz von Dornfixturen zu vereinfachen und zu verbilligen.The present invention is based on the object the known methods for influencing size and shape Changes in hardening using mandrel fixtures simplify and cheapen.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Verfahren zum Beeinflussen von Maß- und Formänderungen beim Härten von Werkstücken nach dem Gattungsbegriff bereitgestellt, das durch die Verfahrensschritte: Stapeln der Werkstücke auf der Dornfixtur, Aufkohlen und Abschrecken der auf der Dornfixtur befindlichen Werkstücke sowie Entfernen der Werkstücke von der Dornfixtur gekennzeichnet ist. Das vor­ geschlagene Verfahren ist mit einer Reihe von wertvollen Vorteilen verbunden. Die Härteergebnisse sind in hohem Maße reproduzierbar. Es ist kein aufwendiges Handhaben der Teile im Ofen erforderlich. Durch den vereinfachten Verfahrens­ ablauf können einfachere und damit preiswertere Öfen ver­ wendet werden. Das Beschicken der Öfen kann einfach automa­ tisiert werden. In einer einzigen Ofencharge können unter­ schiedliche Teile gefertigt werden. Durch die Vereinfachung steht ein hohes Einsparungspotential im Vergleich zu den bisherigen Kosten einer Wärmebehandlung zur Verfügung.The solution according to the invention becomes a method to influence dimensional and shape changes during hardening provided by workpieces according to the generic term, through the process steps: stacking the workpieces on the mandrel fixture, carburizing and quenching the on the Thorn fixture located workpieces and removal of Workpieces are marked by the mandrel fixture. That before struck procedure is valuable with a number Advantages. The hardness results are high reproducible. It is not an expensive handling of the parts required in the oven. Through the simplified procedure can simpler and therefore cheaper ovens ver be applied. The furnaces can be loaded automatically be tized. In a single oven batch, you can different parts are manufactured. By simplifying it there is a high potential for savings compared to the previous heat treatment costs available.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Werk­ stücke nach dem Stapeln auf der Dornfixtur zu fixieren. Um auf diese Weise Verzug zu vermeiden, können die Werkstücke beispielsweise beschwert werden. It turned out to be beneficial to the plant fix pieces after stacking on the mandrel fixture. Around In this way, the workpieces can be avoided for example, complaining.  

Ein erfindungsgemäßes mechanisches Hilfsmittel zum Härten von Werkstücken, die in einem Abschreckmedium auf einen vorgegebenen Durchmesser unter plastischer und ela­ stischer Verformung aufschrumpfen, besteht darin, daß die­ ses Hilfsmittel eine Dornfixtur ist, die beim Aufkohlen der Werkstücke nicht mit aufkohlt. Es findet demnach keine Um­ wandlung der Oberfläche der Dornfixtur in ein Härtegefüge statt.A mechanical tool according to the invention for Hardening workpieces in a quenching medium a given diameter under plastic and ela shrinking deformation, is that the This aid is a thorn fixture that is used to carburize the Do not carburize workpieces. There is therefore no order conversion of the surface of the mandrel fixture into a hardness structure instead of.

Es hat sich herausgestellt, daß eine Beschichtung der Dornfixtur mit einem Material, die ein Aufkohlen verhin­ dert, eine, insbesondere hinsichtlich ihres Verschleißes, vorteilhafte Lösung darstellt. Die Beschichtung kann vor­ zugsweise durch Vernickeln oder Verkupfern erzeugt werden.It has been found that a coating of the Thorn fixture with a material that prevents carburizing one, especially with regard to its wear, represents advantageous solution. The coating can before are preferably generated by nickel plating or copper plating.

Eine Dornfixtur mit einer hohen Beständigkeit gegen Altern zeichnet sich dadurch aus, daß sie aus einem hoch­ legierten Stahl gefertigt ist.A thorn fixture with a high resistance to Aging is characterized by being high alloy steel.

Das Verfahren nach der Erfindung sowie eine zur Durch­ führung des Verfahrens geeignete Vorrichtung wird im fol­ genden näher erläutert:
Das Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß eine Zeit- und Kostenersparnis beim Härten von Werkstücken in der laufenden Fertigung dann erzielt werden kann, wenn die einzelnen Arbeitsgänge: Aufkohlen der Werkstücke, Stapeln der Werkstücke auf der Dornfixtur und Abschrecken unter plastischer und elastischer Verformung der Werkstücke, in einem Verfahrensablauf miteinander kombiniert werden kön­ nen. Demzufolge setzt sich das erfindungsgemäße Härtever­ fahren aus den Arbeitsschritten: Stapeln der Werkstücke auf einer Dornfixtur, Aufkohlen und Abschrecken der Werkstücke zusammen. Im Unterschied zu den bekannten Verfahren werden die Dornfixtur und die zu härtenden Werkstücke auf Härte­ temperatur gebracht. Beim Abschrecken unter Öl schrumpfen die Werkstücke auf die Dornfixtur auf. Die Dornfixtur benö­ tigt aufgrund ihrer größeren Masse länger, bis sie (auf die Öltemperatur) abgeschreckt ist. Wegen der Volumendifferenz aufgrund des Temperaturgefälles zwischen den Werkstücken und der Dornfixtur schrumpfen die Werkstücke zunächst - unter vorwiegend plastischer Verformung - auf einen grö­ ßeren Durchmesser der Dornfixtur auf. Im weiteren Verlauf der Abkühlung verringert sich der Durchmesser der Dornfix­ tur, wobei das Werkstück dieser Durchmesseränderung folgt. In diesem Verfahrensabschnitt kann nochmals eine plastische Verformung stattfinden, die, gemessen am Anteil der plasti­ schen Verformung im ersten Verfahrensschritt, jedoch wesentlich geringer ist. Um die Werkstücke beim Abschrecken plan zu halten, ist es vorteilhaft, die Werkstücke nach dem Stapeln auf der Dornfixtur mit einem Gewicht zu beschweren. Nach dem endgültigen Abschrecken der Werkstücke schrumpft die Dornfixtur auf ihr Ausgangsmaß, so daß die Werkstücke problemlos von der Dornfixtur abgenommen werden können.The method according to the invention and a device suitable for carrying out the method are explained in more detail below:
The process is based on the knowledge that time and costs can be saved when hardening workpieces in ongoing production if the individual work steps: carburizing the workpieces, stacking the workpieces on the mandrel fixture and quenching them with plastic and elastic deformation of the workpieces , can be combined with one another in a process sequence. Accordingly, the hardening process according to the invention is composed of the steps: stacking the workpieces on a mandrel fixture, carburizing and quenching the workpieces. In contrast to the known methods, the mandrel fixture and the workpieces to be hardened are brought to the hardening temperature. When quenching under oil, the workpieces shrink onto the mandrel fixture. Due to its larger mass, the mandrel fixture takes longer to quench (to the oil temperature). Because of the difference in volume due to the temperature difference between the workpieces and the mandrel fixture, the workpieces initially shrink - with predominantly plastic deformation - to a larger diameter of the mandrel fixture. As the cooling continues, the diameter of the mandrel fixture decreases, the workpiece following this change in diameter. In this section of the process, plastic deformation can again take place, which, however, is significantly less, measured in terms of the proportion of plastic deformation in the first process step. In order to keep the workpieces flat during quenching, it is advantageous to weight the workpieces with a weight after stacking them on the mandrel fixture. After the final quenching of the workpieces, the mandrel fixture shrinks to its original size, so that the workpieces can be easily removed from the mandrel fixture.

Das vorgeschlagene Verfahren setzt eine Dornfixtur voraus, die beim Aufkohlen der Werkstücke nicht mit auf­ kohlt, d. h. es erfolgt keine Umwandlung der Oberfläche der Dornfixtur in ein Härtegefüge. Um dieses Aufkohlen der Dornfixtur zu verhindern, kann sie beispielsweise vernickelt oder verkupfert sein. Alternativ hierzu kann die Dorn­ fixtur aus einem hochlegierten Stahl gefertigt sein, der den Umwandlungsprozeß in Härtegefüge nicht mitvollzieht.The proposed method sets a mandrel fixture ahead, which is not included when carburizing the workpieces coal, d. H. there is no conversion of the surface of the Mandrel fixture in a hardness structure. To this carburizing To prevent thorn fixation, it can be nickel-plated, for example or be copper-plated. Alternatively, the mandrel fixtur be made of a high-alloy steel, the does not follow the process of transformation into a structure of hardship.

Sowohl eine vernickelte als auch verkupferte Oberflä­ che der Dornfixtur als auch eine Dornfixtur aus einem hoch­ legierten Stahl haben bei praktischen Einsätzen eine her­ vorragende Alterungsbeständigkeit gezeigt. Both a nickel-plated and a copper-plated surface che the thorn fixture as well as a thorn fixture from a high Alloyed steel has a practical use excellent aging resistance shown.  

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen zusammenfassend darin, daß die Härteergebnisse sehr gut reproduzierbar sind. Die aufwendige Handhabung der Werk­ stücke im Ofen, wie sie teilweise bei den bekannten Verfah­ ren anfällt, entfällt. Es können einfachere und damit preiswertere Öfen verwendet werden. Ferner kann das Be­ schicken der Öfen mit einfachen Mitteln automatisiert wer­ den. Es ist eine chaotische Fertigung unterschiedlicher Teile in einer Ofencharge möglich. Darüber hinaus zeichnet sich das Verfahren durch ein hohes Einsparungspotential aus.The advantages of the method according to the invention exist in summary that the hardness results very well are reproducible. The complex handling of the plant pieces in the oven, as they are sometimes in the known proce ren is omitted. It can be simpler and therefore cheaper stoves can be used. Furthermore, the Be automated the furnaces with simple means the. It's a messy fabrication of different Parts possible in one oven batch. It also draws the process has a high potential for savings out.

Claims (7)

1. Verfahren zum Beeinflussen von Maß- und Formände­ rungen beim Härten von Werkstücken, die in einem Abschreck­ medium auf mechanische Hilfsmittel, insbesondere eine Dorn­ fixtur, mit einem vorgegebenen Durchmesser unter plasti­ scher und elastischer Verformung aufschrumpfen, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
Stapeln der Werkstücke auf der Dornfixtur, Aufkohlen und Abschrecken der auf der Dornfixtur befindlichen Werkstücke sowie Entfernen der Werkstücke von der Dornfixtur.1. A method for influencing dimensional and shape changes during the hardening of workpieces that shrink in a quenching medium onto mechanical aids, in particular a mandrel fixture, with a predetermined diameter under plastic and elastic deformation, characterized by the process steps:
Stacking the workpieces on the mandrel fixture, carburizing and quenching the workpieces located on the mandrel fixture, and removing the workpieces from the mandrel fixture. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke nach dem Stapeln auf der Dornfixtur fixiert werden.2. The method according to claim 1, characterized in that that the workpieces after stacking the thorn fixture can be fixed. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke beschwert werden.3. The method according to claim 2, characterized in that that the workpieces are weighed down. 4. Mechanisches Hilfsmittel zum Härten von Werkstücken, die in einem Abschreckmedium auf einen vorgegebenen Durchmesser unter plastischer und elastischer Verformung aufschrumpfen, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Hilfsmittel eine Dornfixtur ist, die beim Aufkohlen der Werkstücke nicht mit aufkohlt, so daß keine Umwandlung der Oberfläche der Dornfixtur in ein Här­ tegefüge erfolgt.4. Mechanical tool for hardening workpieces, that in a quenching medium to a given one Diameter under plastic and elastic deformation shrink, characterized, that the mechanical aid is a mandrel fixture that do not carburize when carburizing the workpieces, so that no transformation of the surface of the mandrel fixation into a hardness The structure is made. 5. Mechanisches Hilfsmittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dornfixtur mit einer Beschichtung, die ein Aufkohlen verhindert, versehen ist. 5. Mechanical aid according to claim 4, characterized characterized in that the mandrel fixture with a coating that prevents carburizing is.   6. Dornfixtur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Oberfläche vernickelt oder verkupfert ist.6. Dornfixtur according to claim 5, characterized in that their surface is nickel plated or is copper-plated. 7. Dornfixtur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem hochlegierten Stahl gefertigt ist.7. Dornfixtur according to claim 5, characterized in that they're made of a high alloy steel is made.
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