DE69519517T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Abschrecken eines rohrförmigen Werkstückes - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abschrecken eines rohrförmigen Werkstücks, z. B. zylindrische oder anders geformte Rohre bzw. Röhren, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, die vorzugsweise auf Rohre geringer Dicke anwendbar sind, für die es schwierig ist, Mittel bzw. Einrichtungen zur Verhinderung eines Verzugs bzw. einer Verwerfung während des Abschreckens bereitzustellen.
• Beim Abschrecken eines rohrförmigen Werkstücks als dünnes zylindrisches Rohr, dessen Dicke bzw. Wandstärke beispielsweise 3 mm beträgt, besteht ein Problem, nämlich daß sich das Werkstück mit großer Wahrscheinlichkeit verzieht und sein Durchmesser einer Änderung ausgesetzt sein kann. Verfahren, in denen ein Werkstück mit einer bestimmten Zwangskraft abgeschreckt wird, sind bereits als Mittel zur Verhinderung des Verziehens bzw. Verwerfens während des Abschreckens bekannt. Wegen der geringen Dicke bestehen jedoch solche Probleme, daß ein Abschnitt des Werkstücks, auf den die Zwangskraft aufgebracht wird, konkav wird und daß das Werkstück in einer Längsrichtung durch die Zwangskraft in einer Durchmesserrichtung gestreckt wird.
• Bekannt ist als Stand der Technik JP-A-57-192 221 zum Abschrecken eines dünnen rohrförmigen Werkstücks, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht. Nach diesem Verfahren wird ein rohrförmiges Werkstück an beiden Endflächen drehbar gelagert und ist bei Erwärmungs- und Abkühlprozessen in der axialen Richtung ausdehnbar und zusammenziehbar. Und dann werden Gruppen von Drehscheiben, die in Intervallen in der Längsrichtung mit dem Werkstück in Kontakt gebracht werden, von zwei orthogonalen Richtungen auf das Werkstück gedrückt, wodurch verhindert wird, daß es sich verwirft, und durch Steuerung der Abkühlgeschwindigkeit gleichzeitig Größenänderungen verhindert werden. Wenn aber bei diesem Verfahren der Druck nicht hinreichend gesteuert wird, kann der Durchmesser des Werkstücks teilweise eingeengt werden, da die Drehscheiben in der Längsrichtung in Intervallen mit dem Werkstück in Kontakt gebracht werden.
• Ferner ist in JP-A-54-67 504 offenbart, daß eine runde Stange abgeschreckt wird, während sie zwischen drei Walzen angeordnet ist, die eine Länge hat, die mit dieser identisch ist, und die gedreht wird. Wenn dieses Verfahren jedoch für ein dünnes Rohr verwendet wird, kann ein solches Phänomen, nämlich daß der Rohrdurchmesser reduziert und die Rohrlänge verlängert wird, unter normalem Druck der Walzen zur Verhinderung des Verzugs des Rohrs auftreten.
• Wenn ein Stangenwerkstück einer anderen Form, z. B. eine Zahnstange, auf einer Seite ausgebildet ist, kann das oben beschriebene Verfahren auch nicht angewendet werden, da sich das Werkstück während des Abschreckens dreht. In diesem Fall ist das Druckabschrecken herkömmlicherweise als Verfahren zur Verhinderung des Verwerfens während des Abschreckens angewendet worden. Bei diesem Verfahren wird das gesamte oder ein Teil eines Werkstücks, das bis zu einer festgelegten Härtungstemperatur erwärmt wird, in Formen mit konkaven Abschnitten festgelegter Form gedrückt und in einen Abkühlflüssigkeitstank eingebracht. In jüngster Zeit gibt es Fälle, wo ein Stangenwerkstück, an dem entlang eine Zahnstange ausgebildet ist, hohl und rohrförmig ausgeführt wird, damit Automobile leichter werden. In diesen Fällen kann es die Möglichkeit geben, daß ein solches Werkstück bei dem oben beschriebenen Druckabschrecken durch Druckkraft zerbricht.
• Früher haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung das Druckabschrecken verbessert und eine Vorrichtung erfunden, bei der Formen in Kontakt miteinander gebracht werden, wenn sie geschlossen sind, wobei kein Druck in diesen Formen auf cas Werkstück ausgeübt wird (WO-A-94/14 985, EP-A-0 628 641). in dieser Vorrichtung wird kein Druck auf das Werkstück ausgeübt, wenn das Werkstück bei einer hohen Temperatur direkt nach dem Beginn des Abschreckens noch weich ist, und das Verwerfen wird durch Zwangskraft der Formen verhindert, wenn sich das Werkstück aufgrund der Abkühlung verziehen will.
• EP-A-172 250 offenbart eine Härtevorrichtung, die so aufgebaut ist, daß ein erwärmtes Metallrohr von einer Halteeinrichtung drehbar gehalten wird, so daß es dadurch von oben und unten gedrückt wird. Das Metallrohr wird von einer Eintaucheinrichtung in Kühlwasser in einem Wassertank eingetaucht, und außerdem werden von einer Abkühlwassersprüheinrichtung Abkühlwasserstrahlen sowohl auf die innere als auch auf die äußere Umfangsfläche des Metallrohrs aufgesetzt. Nach dem das Metallrohr auf diese Weise schnell abgekühlt wird, wird von einer Transporteinrichtung aus dem Wassertank heraustransportiert. In dieser Vorrichtung wird vor dem Eintauchen in die Abschreckflüssigkeit eine relativ niedrige Zwangskraft auf das Rohr aufgebracht und die Kraft erst dann erhöht, wenn das Rohr abgekühlt ist.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, daß weder ein Bruch noch eine Veränderung des Durchmessers auftritt, wenn eine Zwangsabschreckung durchgeführt wird, um ein Verziehen des rohrförmigen Werkstücks zu verhindern. Ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der Erfindung muß nicht nur auf ein rohrförmiges Werkstück einer zylindrischen Form anwendbar sein, sondern auch auf das einer anderen Form, das eine flache Seite hat, die sich an dieser entlang erstreckt usw. Es ist außerdem eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die der früheren Erfindung in ihrer Fähigkeit, ein Verziehen während des Abschreckens zu verhindern, überlegen sind.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, ein rohrförmiges Werkstück ohne Verzug oder Bruch des Werkstücks abzuschrecken. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
• Die Zwangskraft überschreitet bei entsprechender Temperatur des Werkstücks 20%, vorzugsweise 5 bis 15% der Elastizitätsgrenzspannung nicht.
• Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Verbiegen eines Werkstücks, der Änderung des Außendurchmessers und dem Belastungsfaktor der Zwangskraft zeigt.
• Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Änderung der Elastizitätsgrenzspannung infolge von Temperaturänderung durch Erwärmung und Abschrecken des Stahls zeigt.
• Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Temperatur und Zwangskraft zeigt, wenn die Belastungsfaktoren konstant gehalten werden.
• Fig. 4 ist eine erläuternde Berechnung der Beziehung zwischen der Elastizitätsgrenzspannung und der Zwangskraft, wobei (a) eine Schnittansicht eines Rohrs und (b) eine Schnittansicht eines Teils des Rohrs in einer Längsrichtung ist.
• Fig. 5 ist eine Vorderansicht eines Beispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• Fig. 6 ist eine Schnittansicht eines Beispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• Fig. 7 ist eine Seitenansicht eines Beispiels einer Anordnung, in der die erfindungsgemäße Vorrichtung und eine Erwärmungsvorrichtung miteinander verbunden sind.
• Gemäß der Erfindung wird eine Zwangskraft beim Abschrecken entsprechend der Zunahme der Elastizitätsgrenze bzw. Elastizitätsgrenzspannung infolge des Temperaturabfalls des Werkstücks geändert. Dadurch kann das Verziehen des Werkstücks schon durch eine deutlich kleinere Kraft als die bei dem herkömmlichen Druckabschrecken verhindert werden, so daß kein Bruch aufgrund der Zwangskraft in dem rohrförmigen Werkstück auftritt. Die Elastizitätsgrenze des Materials ändert sich deutlich in Abhängigkeit von der Temperatur. Wie in dem Beispiel in Fig. 2 gezeigt, nimmt die Elastizitätsgrenzspannung entsprechend dem Temperaturanstieg ab und wird bei etwa 800ºC deutlich geringer. Andererseits nimmt die Elastizitätsgrenzspannung durch Temperaturabfall beim Abschrecken wieder zu und wird höher als die der gleichen Temperatur bei der Erwärmung infolge des Härtens durch das Abschrecken. Deshalb wird das Abschrecken erfindungsgemäß durchgeführt, indem die Zwangskraft in einem Bereich der Elastizitätsgrenze gehalten wird, wodurch die Zwangskraft vom Anfang bis zum Ende des Abschreckens entsprechend der Zunahme der Elastizitätsgrenze im Zusammenhang mit dem Temperaturabfall des Werkstücks erhöht wird. Das oben beschriebene Verfahren macht es möglich, das Werkstück einer effektiven Zwangskraft auszusetzen und dabei den Bruch des Werkstücks zu verhindern, wobei die Zwangskraft der Zunahme der Festigkeit infolge des Abkühlens entspricht und es dann möglich macht, das Verziehen während des Abschreckens zu verhindern. Zu diesem Zweck wird ein Wert, nämlich Belastungsfaktor = Lastspannung/Elastizitätsgrenzspannung eingeführt, dann erfolgt das Abschrecken, indem dieser Wert unabhängig von der Temperatur in einem vorbestimmten Bereich gehalten wird.
• Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Verbiegen, der Änderung des Außendurchmessers und dem Belastungsfaktor beim Abschrecken eines dünnen Stahlrohrs zeigt, das durch Walzen eingezwängt ist. Obwohl die Verbiegung groß ist, wenn der Belastungsfaktor null ist, ohne daß Zwangskraft ausgeübt wird, nimmt sie ab, wenn die Zwangskraft zunimmt, aber die Verbiegung nimmt allmählich zu, wenn der Belastungsfaktor bei der ausgeführten Zwangskraft weiter zunimmt. Andererseits ist die Änderung des Außendurchmessers gering, wenn der Belastungsfaktor klein ist, aber es nimmt deutlich zu, wenn der Belastungsfaktor einen bestimmten Wert überschreitet. Der Grund dafür ist, daß das Rohr zwischen den Walzen zusammengedrückt und schlanker gemacht wird. Deshalb ist es, wie in Fig. 1 gezeigt, günstig, wenn die Zwangskraft bei entsprechender Temperatur des Werkstücks innerhalb von 20% der Elastizitätsgrenzspannung liegt, und ein günstigerer Bereich ist 5 bis 15%.
• Was das Verfahren zur Ermittlung des oben beschriebenen Belastungsfaktors (= Lastspannung/Elastizitätsgrenzspannung) betrifft, so kann dieser durch tatsächliches Messen der Kraft ermittelt werden, bei der die Restspannung gerade durch Drücken eines Rohrs in Durchmesserrichtung erzeugt werden kann. Außerdem kann er durch Berechnung aus der Elastizitätsgrenzspannung aufgrund technischer Bezugswerte ermittelt werden. In diesem Fall dient die Berechnung zur Ermittlung der Druckkraft, bei der die maximale Spannung im Rohr zur Elastizitätsgrenzspannung wird.
• Fig. 4(a) ist nämlich eine Schnittansicht des Rohrs und Fig. 4(b) ist eine Schnittansicht eines Teiles desselben in Längsrichtung. Hierbei wird angenommen, daß die Axialkraft N und das Biegemoment M einem Querschnitt hinzugefügt werden, der in Fig. 4(b) gezeigt ist, wobei der Querschnitt an einer beliebigen Stelle am Umfang des Rohrs liegt. Zu dieser Zeit ist die Spannung σ in einem Abstand y von der Mittellinie des Querschnitts (positiv zur Rohraußenseite und negativ zur Rohrinnenseite) durch die Formel (1) eines gekrümmten Balkens gegeben, wobei die Querschnittsfläche pro Längeneinheit des Rohrs in Fig. 4(b) A ist und der Radius des Rohrs bis zur Mittellinie des Querschnitts R ist.
• Hierbei ist κ der Querschnittskoeffizient eines gekrümmten Balkens, der durch die Formel (2) gegeben ist, in einem rechteckigen Querschnitt der Dicke 2h.
• Wenn hierbei eine Druckkraft von der oberen und der unteren Seite mit einer Kraft P pro Längeneinheit auf ein Rohr ausgeübt wird, wie in Fig. 4(a) gezeigt, ist klar, daß ein Querschnitt, bei dem die maximale Spannung auftritt, derjenige ist, bei dem die Kraft P hinzugefügt wird. Dann ist die Axialkraft N null, und das Biegemoment M wird ermittelt als M = PR/{π(1+κ)}, auf der Grundlage einer Bedingung, nämlich daß, in bezug auf die Verzerrung, die Neigung des Querschnitts gegenüber der Mittellinie (Fig. 4(a)) zwischen einer Stelle, wo P hinzugefügt wird, und einer um 90º davon entfernten Stelle dank der Symmetrie eines Rohrs gleich ist. M in der Formel (1) wird durch diese Formel ersetzt, dann ist die Spannung δ&sub0; an einem Querschnitt, wo die Druckkraft P ausgeübt wird, durch die Formel (3) gegeben.
• In diesem Fall ist P negativ, da es eine Druckkraft ist. Eine Stelle am Querschnitt, wo die maximale Spannung auftritt, ist die Stelle, wo y ein positiver und ein negativer Maximalwert ist (±h), d. h. die innere und äußere Fläche des Rohrs. In diesem Fall ist das negative y, nämlich die Zugspannung der Innenfläche größer als das positives y, nämlich die Druckspannung der Außenfläche. Aber die Differenz zwischen ihnen ist gering, wenn die Dicke 2h klein ist im Vergleich mit dem Rohrdurchmesser 2R.
• Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Temperatur und der Zwangskraft zeigt, wenn die Belastungsfaktoren konstant gehalten werden. Ein Beispiel des Zeitablaufs des Abschreckens in Verbindung mit der Temperatur ist auch dargestellt. Um den Belastungsfaktor konstant zu machen, muß daher die Zwangskraft vom Anfang des Abschreckens an allmählich so erhöht werden, daß die Zwangskraft im Verhältnis zur Elastizitätsgrenzspannung steht. Um die Zwangskraft bei der praktischen Abschreckarbeit zu ändern, muß man die Temperaturänderung im Abschreckprozeß kennen. Für diesen Zweck wird die Beziehung zwischen dem Temperaturabfall und dem Zeitverlauf im voraus ermittelt, wie in Fig. 3 gezeigt, wodurch die Zwangskraft in Abhängigkeit vom Zeitverlauf des Abschreckens so geändert wird, daß der Belastungsfaktor in einem vorbestimmten Bereich gehalten wird. Was das Verfahren zur Ermittlung der Beziehung zwischen dem Temperaturabfall und dem Zeitverlauf betrifft, kann beispielsweise das Abschrecken erfolgen, während ein Thermoelement direkt am Werkstück befestigt ist.
• In den meisten Fällen ist das oben beschriebene Verfahren ausreichend, das den Temperaturübergang in bezug auf den Zeitverlauf im voraus mißt, da die Erfindung zum Abschrecken eines rohrförmigen Werkstücks auf eine Behandlung von vielen Werkstücken der gleichen Form abzielt. Es ist jedoch zuverlässiger, wenn die Zwangskraft in Abhängigkeit von der Temperatur geändert wird, während die tatsächliche Messung der Temperatur eines einzelnen Werkstücks mit einem Strahlungsthermometer oder dgl. gemessen wird. Dieses Verfahren ist günstig, da es für einen Fall gut geeignet ist, nämlich wo die Erwärmungstemperatur für Härt- oder Abkühlbedingungen aus Materialqualitätsänderungsgründen usw. geändert werden.
• In bezug auf eine Vorrichtung zum Durchführen dieses erfindungsgemäßen Abschreckverfahrens wird im Falle eines einfachen rohrförmigen Werkstücks die Vorrichtung mit mehreren Walzen bereitgestellt, die entlang dem Werkstück an drei oder mehr Punkten an dessen Umfang Kontakt haben, wobei die Zwangskraft durch die sich drehenden Walzen ausgeübt wird. In diesem Zustand erfolgt das Abschrecken durch eine Abkühleinrichtung, z. B. Kühlwasserstrahldüsen. Fig. 5 ist eine Vorderansicht, die ein Beispiel einer solchen Abschreckvorrichtung zeigt. 1 ist ein Werkstück, das durch eine Erwärmungsvorrichtung, nicht dargestellt, auf die Härtetemperatur erwärmt wird und in diese Abschreckvorrichtung eingebracht wird. 2, 3, 4 und 5 sind Druckwalzen, die einfach zylindrisch sind und eine Länge haben, die größer ist als die Länge des Werkstücks und die andernfalls in der Längsrichtung intermittierende Oberflächen haben können, so daß die Walzen teilweise in Kontakt mit den Werkstück gebracht werden können. Die Walzen, die die intermittierenden Außenflächen haben, tragen zur Verbesserung des Kühlwasserstroms bei, allerdings muß die Zwangskraft entsprechend der Abnahme der Kontaktflächen mit dem Werkstück reduziert werden. Unter den Druckwalzen wird die mit 5 bezeichnete von einem Motor 8 angetrieben, um sich zu drehen, und die anderen Walzen können sich frei drehen.
• Außerdem sind die Druckwalzen 2, 3 mit einem Öldruckzylinder 6 versehen, um diese vorschiebbar und zurückziehbar zu machen. Die Druckwalzen werden auf das Werkstück gedrückt, während die Zwangskraft entsprechend der Zunahme der Elastizitätsgrenzspannung im Zusammenhang mit dem Temperaturabfall des Werkstücks erhöht wird. Die Zwangskraft kann durch Regulierung des Drucks des Arbeitsöls gesteuert werden, das dem Zylinder zuzuführen ist. Dadurch wird ein Druckregler 10 mit einem Öldruckregulierventil durch eine Drucksignalerzeugungseinrichtung 9 betätigt, die die Einstelleingabe für den Druck entsprechend dem Zeitverlauf ab dem Anfang des Abschreckens ändert. Statt dessen kann die Temperatur des Werkstücks während des Abschreckens tatsächlich mit einem Strahlungsthermometer, nicht dargestellt, usw. gemessen werden, dann kann eine Drucksignalerzeugungseinrichtung, die die Einstelleingabe für den Druck entsprechend der gemessenen Temperatur ändert, bereitgestellt werden. Gleichzeitig bezeichnet 7 in den Zeichnungen Wasserstrahldüsen.
• Die Abschreckvorrichtung ist nicht auf die beschränkt, die in Fig. 5 gezeigt ist. Die Anzahl der Druckwalzen, die in Fig. 5 gezeigt sind, ist beispielsweise vier, aber die Anzahl der Walzen ist unwichtig, solange sie mit dem Werkstück an drei oder mehr Punkten am Umfang in Kontakt sind. Obwohl sich in Fig. 5 ferner zwei Druckwalzen gemeinsam vorschieben und zurückziehen, kann mindestens eine Druckwalze vorschiebbar und zurückziehbar ausgeführt sein. Außerdem kann als Drückeinrichtung für den Vorschiebe- und Zurückziehmechanismus der Druckwalzen anstelle des Öldruckzylinders ein pneumatischer Zylinder verwendet werden, und ein elektromotorischer Zylinder kann auch verwendet werden, der mit einem Motor ausgerüstet ist, der die nötige Kraft im Stillstand erzeugt.
• Ferner kann der Betrieb des Zylinders durch die Druckeinstelleingabe auf der Grundlage des Drucks bewirkt werden, der tatsächlich gemessen wird, indem eine Kraftmeßdose an einem Teil des Drückmechanismus befestigt wird. In diesem Verfahren kann eine hochgenaue Steuerung durch Regulierung des Öl- oder Luftdrucks oder der Spannung des elektromotorischen Zylinders durch eine Rückkopplungssteuerung auf der Grundlage der Differenz zwischen dem tatsächlichen Druck und einem Sollwert erreicht werden. Ferner ist die Abkühleinrichtung nicht auf Strahldüsen beschränkt, die in Fig. 5 gezeigt sind, beispielsweise kann der untere Teil der Vorrichtung in einen Kühlwassertank angeordnet sein.
• Eine weitere Vorrichtung, die in Fig. 6 gezeigt ist, wird außerdem für ein zylindrisches Rohr, insbesondere für ein anders geformtes Rohr verwendet, das nicht einfach zylindrisch ist, da eine solche Vorrichtung, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, nicht anwendbar ist. In Fig. 6 hat das Werkstück 1 eine Zahnstange am Längsabschnitt der zylindrischen Komponente. 14 in Fig. 6 ist einer der Zähne der Zahnstange, die senkrecht zur Fläche der Figur angeordnet ist. Diese Vorrichtung hat eine obere Form bzw. einen oberen Stempel 11 und eine untere Form bzw. einen unteren Stempel 12, die an der Drückeinrichtung, z. B. einer Öldruckpresse, befestigt sind, wie in Fig. 7 gezeigt. Auf den Innenflächen jeder Form sind Vorsprünge 13 angeordnet, die normalerweise mit einer Kontur des Werkstücks übereinstimmen. Die Vorsprünge sind durchgehend in der senkrechten Richtung der Fläche der Figur, ansonsten sind sie intermittierend angeordnet. Auf den Innenflächen der Formen sind außerdem Aussparungen 15 zwischen den Vorsprüngen angeordnet und in die sich Kühlflüssigkeitsaustrittslöcher 16 öffnen. Daher kommunizieren die Aussparungen mit der Außenseite der Formen, so daß die Abschreckflüssigkeit reibungslos zirkuliert und austritt, oder sie kommunizieren mit den benachbarten Aussparungen, so daß die Abschreckflüssigkeit durch diese austritt. Die Kühlflüssigkeitsaustrittslöcher können mindestens an einer Stelle jeder Form ausgebildet sein, aber die Abkühlgeschwindigkeit kann zweckmäßig durch ihre Anordnung geändert werden. 17 in den Zeichnungen sind. Kühlflüssigkeitszuführkammern, und diese sind mit einer Rohrleitung, nicht dargestellt, verbunden.
• In der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung gleicht ein Verfahren zur Steuerung der Zwangskraft auf das Werkstück demjenigen, das mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben ist. Wenn die Drückeinrichtung eine Öldruckpresse ist, kann der Öldruckzylinder wie in der Vorrichtung gemäß Fig. 5 gesteuert werden. Um eine Zwangskraft auf das Werkstück auszuüben, sollte die obere und die untere Form naturgemäß nicht vollständig bis dahin geschlossen sein, wo die Formflächen 18 in Kontakt miteinander sind. Da sich das Werkstück durch das Wärmeausdehnungsphänomen beim Abkühlen von der Härtetemperatur auf die normale Temperatur um 1% zusammenzieht, muß das Zusammenziehen bei den Abmessungen dieser Formen berücksichtigt werden. Obwohl Fig. 6 ein Beispiel zeigt, in dem ein Satz Formen in zwei, nämlich eine obere und eine untere Form geteilt ist, ist ein Satz von drei oder mehr Formen günstig, da die Zunahme der Anzahl der Formen die Richtung der Zwangskraft vervielfacht und gleichmäßiger mach.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abschrecken eines rohrförmigen Werkstücks ist in Kombination mit einer Erwärmungsvorrichtung als Induktionsheizvorrichtung angeordnet.
• Fig. 7 zeigt ein Beispiel, wo die in Fig. 6 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung mit der Induktionsheizvorrichtung kombiniert ist. In dieser Zeichnung ist 23 die Induktionsheizvorrichtung und 20 eine Öldruckpresse, an der die obere Form 11 und die untere Form 12, die in Fig. 6 gezeigt sind, befestigt sind. 21 sind Öldruckzylinder, mit denen die obere Form 11 vertikal bewegt wird, und 22 sind Kolbenstangen, die von Öl- druckzylindern angetrieben werden, wobei in jeder der Kolbenstangen und der Zylinder vier vorhanden sind (zwei von ihnen sind in überlappenden Positionen in der Zeichnung angeordnet).
• Das Werkstück 1 wird durch Beschickungseinrichtungen 24 und 25 mit Walzen zugeführt und dann in eine Erwärmungs- und eine Abschreckposition bewegt. Außerdem wird durch Anordnen von Verlängerungsstangen an einem oder beiden Enden des Werkstücks die Zuführung leichter gemacht, und ein reibungsloserer Betrieb erfolgt im Erwärmungs- und Abschreckprozeß. In den Zeichnungen sind 27 und 28 die Verlängerungen, wobei 29 und 30 die Verbindungsstellen sind. Außerdem kann die in Fig. 5 gezeigte Vorrichtung der in Fig. 7 gezeigten Anordnung hinzugefügt werden, oder die in Fig. 5 gezeigte Vorrichtung kann naturgemäß mit der Induktionsheizvorrichtung kombiniert werden.
Beispiel
• Ein Stahlrohr mit einem Durchmesser von 25 mm, einer Dicke bzw. Wandstärke von 3 mm, einer Länge von 1 000 mm und einer Qualität, die JIS S35C entspricht, wurde auf 950ºC erwärmt, dann wurde es abgeschreckt, während die Zwangsbedingung durch die in Fig. 5 gezeigte Vorrichtung geändert wurde. Dann wurden die Verbiegung und die Änderung des Außendurchmessers geprüft. Die Messung der Verbiegung erfolgte, während sich das Werkstück drehte und mit beiden Enden auf einer Messerkante gelagert war, und die Durchbiegung wurde mit einer Meßuhr am Mittelpunkt zwischen beiden Enden gemessen. Deshalb wird in diesem Verfahren die Abflachung des Rohrs als Verbiegung mitgemessen. Tabelle 1 zeigt die Beziehung zwischen dem Belastungsfaktor, der Verbiegung und der Änderung des Außendurchmessers in dem oben beschriebenen Experiment.
• In diesem Beispiel wurde die Zwangskraft im Verhältnis zur Zunahme der Elastizitätsgrenzspannung im Zusammenhang mit dem Temperaturabfall erhöht, wodurch die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Zeitverlauf des Abschreckens vorher ermittelt wurde. Es ist verständlich, daß sowohl die Verbiegung als auch die Änderung des Außendurchmessers klein und gut sind, wenn der Belastungsfaktor, der ein Verhältnis zwischen der Lastspannung und der Elastizitätsgrenzspannung ist, etwa 0,1 (10%) beträgt. Tabelle 1
• Wie oben ausgeführt, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Abschrecken eines rohrförmigen Werkstücks eine Verhinderung des Verziehens effizient erreicht ohne den Mangel des Bruchs oder der Abnahme des Durchmessers der Rohre, wobei die Zwangskraft klein ist, während die Werkstücktemperatur dennoch hoch ist und eine Elastizitätsgrenzspannung klein ist, und die Zwangskraft entsprechend der Zunahme der Elastizitätsgrenzspannung im Zusammenhang mit dem Temperaturabfall erhöht wird. Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ein einfaches zylindrisches Werkstück, ein anders geformtes Werkstück, bei dem beispielsweise eine Zahnstange an einer Seite ausgebildet ist, oder ein rohrförmiges Werkstück bearbeiten, bei dem diese Formen kombiniert sind.

Claims (9)

1. Verfahren zum Abschrecken eines rohrförmigen Werkstücks, wobei ein Verziehen des Werkstücks durch Anwendung einer Zwangskraft verhindert wird, wobei die Zwangskraft von einem Anfang des Abschreckens bis zu einer Beendigung desselben erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangskraft entsprechend einer Zunahme einer Elastizitätsgrenzspannung des Werkstücks infolge einer Temperaturabnahme des Werkstücks erhöht wird, wobei die Zwangskraft bei entsprechenden Temperaturen des Werkstücks 20% der Elastizitätsgrenzspannung nicht überschreitet.

2. Verfahren zum Abschrecken eines rohrförmigen Werkstücks nach Anspruch 1, wobei die Zwangskraft in Abhängigkeit von der vergangenen Zeit des Abschreckens so geändert wird, daß ein Verhältnis zwischen der Zwangskraft und der Elastizitätsgrenzspannung in einem bestimmten Bereich gehalten wird, wobei die Beziehung zwischen der Temperatur des Werkstücks und der vergangenen Zeit des Abschreckens vorher ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zwangskraft in Abhängigkeit von der Temperatur des Werkstücks so geändert wird, daß ein Verhältnis zwischen der Zwangskraft und der Elastizitätsgrenzspannung in einem bestimmten Bereich gehalten wird, wobei die Temperatur des Werkstücks während des Abschreckens gemessen wird.

4. Vorrichtung zum Abschrecken eines rohrförmigen Werkstücks, mit mehreren Walzen (2, 3, 4, 5), die mit einer Länge des Werkstücks (1) an drei oder mehr Punkten um seinen Umfang in Kontakt sind; einer Abkühleinrichtung (7) zum Zuführen einer Abkühlflüssigkeit zum Werkstück; und einer Drückeinrichtung (6) zum Drücken mindestens einer der Walzen gegen das Werkstück, wobei die Drückeinrichtung mit einem Druckregler (10) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregler in Abhängigkeit von einer Änderung einer Elastizitätsgrenzspannung des Werkstücks den Druck während des Abschreckens durch Änderung einer Einstelleingabe für den Druck steuert.

5. Vorrichtung zum Abschrecken eines rohrförmigen Werkstücks nach Anspruch 4, ferner mit einer Drucksignalerzeugungseinrichtung (9) für die Einstelleingabe, wobei sich der Wert des Drucksignals in Abhängigkeit von der vergangenen Zeit des Abschreckens ändert.

6. Vorrichtung zum Abschrecken eines rohrförmigen Werkstücks nach Anspruch 4 oder 5, ferner mit einem Thermometer zum Messen einer Temperatur des Werkstücks und einer Drucksignalerzeugungseinrichtung (9) für die Einstelleingabe, wobei der Wert des Drucksignals von der Temperatur des Thermometers abhängt.

7. Vorrichtung zum Abschrecken eines rohrförmigen Werkstücks mit einem Satz Formen (11, 12), die entfernbar an einer Presse (20) angeordnet sind, um das Werkstück (1) zu drücken, wobei mehrere Vorsprünge (13) und mehrere Aussparungen (15) an der Innenfläche jeder der Formen ausgebildet sind; und Kühlflüssigkeitsaustrittslöchern (16), die in mindestens einer der Formen ausgebildet sind und sich in die Aussparungen öffnen, wobei die Presse mit einem Druckregler versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregler den Druck in Abhängigkeit von einer Änderung einer Elastizitätsgrenzspannung des Werkstücks während des Abschreckens durch Änderung einer Einstelleingabe für den Druck steuert.

8. Vorrichtung zum Abschrecken eines rohrförmigen Werkstücks nach Anspruch 7, ferner mit einer Drucksignalerzeugungseinrichtung für die Einstelleingabe, wobei sich der Wert des Drucksignals in Abhängigkeit von der vergangenen Zeit des Abschreckens ändert.

9. Vorrichtung zum Abschrecken eines rohrförmigen Werkstücks nach Anspruch 7 oder 8, ferner mit einem Thermometer zum Messen einer Temperatur des Werkstücks und einer Drucksignalerzeugungseinrichtung für die Einstelleingabe, wobei der Wert des Drucksignals von der Temperatur des Thermometers abhängt.