DK153061B - Fremgangsmaade til overfladebehandling af et sintret haardmetal arbejdsstykke - Google Patents

Description

DK 153061B

i.

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til bearbejdning af o-verfladen på et sintret hårdmetal arbejdsstykke, ved lokalt at opvarme og smelte overfladen af arbejdsstykket ved hjælp af en elektrisk lysbue etableret mellem overfladen af ar-5 bejdsstykket og en hårdmetal elektrode med udladning af e~ nergi, der er opbevaret i en kondensator i den ene ende forbundet til arbejdsstykket og i den anden ende til elektroden, idet den nævnte elektrode bliver bragt i en intermitterende kontakt med arbejdsstykket ved hjælp af en vi-10 brerende mekanisme forsynet fra en vekselspændingskilde, og idet den nævnte vekselspænding også bliver tilført til en ensretter, der forsyner kondensatoren med jævnspænding gennem en st r ørnbegrænsningsmodstand .

15 En sådan fremgangsmåde er kendt fra US patentskrift 3-277,267, En ulempe ved den deri beskrevne fremgangsmåde er at overf 1adehærdningen af et arbejdsstykke, især et skæreredskab, ikke er optimal. Især hvis et sådant emne er fremstillet af et sintret materiale optræder der efter en 20 tids forløb hårfine revner i den hærdede overflade, hvorfor redskabet ikke længere er egnet til det formål, hvortil det er bestemt, fortrinsvis en spåntagende bearbejdning.

Opfindelsens formål er en forbedret fremgangsmåde, der for-25 trinsvis viser sig ved en hærdning af overfladen, der giver en længere brugsperiode, det vil sige, der opnås en mere slidfast overflade.

Dette formål opnås ved, at ifølge opfindelsen gøres værdien 30 af den nævnte strømbegrænsningsmodstand sådan, at parame-terne strømstyrke, jævnspænding og kapacitans er i området fra 2 til 5 ampere, fra 25 til 150 volt og fra 5 til 200 mikrofarad* henholdsvis.

Ifølge nærværende opfindelse bliver elektroden gentagne 35 gange bragt i berøring med og trukket tilbage fra emnet, og et energiopsamlingsorgan er tilsluttet til elektroden, så

DK 153061 B

2 at der gentagne gange dannes en lysbue mellem emnet og e-lektroden, idet apparatets kredsløbsparametre er valgt således, at elektroden ikke forbruges i mærkbar grad, men lysbuen bevirker en lokal opvarmning og smeltning af metal-5 overfladen og en ionisering af den omgivende luft og gas, idet det således smeltede overf 1ademateri a1e afkøles hurtigt i luften, efter at lysbuen er blevet slukket. Det er muligt at frembringe stærkt varierede overf ladebehandlings-karakteristika på emnet, når ifølge nærværende opfindelse 10 kredsløbsparametrene er således indstillet, at tomgangsspændingen ligger mellem 25 og 150 volt jævnspænding, udgangsmodstanden i et område som muliggør opladning af kondensatoren med en strøm på mellem 2 og 5 ampere, og kapaciteten mellem 5 og 200 mikrofarad.

15 I det følgende skal forskellige udførel sesformer for opfindelsen beskrives nærmere under henvisning til tegningen.

På tegningen viser: 20 fig. 1 et værktøj til udøvelse af fremgangsmåden ifølge nærværende opfindelse, set fra siden og med den ene halvdel af dets hus fjernet, så at de indre konstruktionsdetaljer kan ses, 25 fig. 2 de indre dele, set ovenfra, fig. 3 de i fig. 2 viste dele, set fra siden og delvist i snit, 30 fig. 4 et kredsløbsdiagram, som belyser en udførel sesform for opfindelsen, og fig. 5 et andet kredsl øbsdiagrarn, som belyser en ændret ud-35 førelsesform for opfindelsen.

3

DK 153061B

Idet der nu henvises mere specielt til fig. 1, betegner henvisningstallet 10 i almindelighed en hus-halvdel, hvilket hus har et pistolgreb 12 og en fingerkontakt 14, som betjenes ved hjælp af trykknappen 16, idet husets øvre del 5 13 omslutter en elektrodevibrator 20, i hovedsagen som vist* Den forreste husdel 22 bærer en eller flere lyspærer 24 og 26 for at sikre, at det emne, som behandles, bliver godt belyst, og en åbning ved denne ende giver plads for det udragende styr 23, hvori er optaget et stempel, der ved 10 den ene ende bærer en passende holder 30, som igen bærer elektroden 32, i hovedsagen som vist.

Som vist i fig, 2 og 3 omfatter elektrodevibratoren et stel 34, der på den ene side bærer en elektromagnetisk vibrator, 15 hvis vikling er betegnet med 36, Vibratorens ankerstang 33 er· forlænget, som vist i fig. 3, centralt inden i styret 23, og er heri forbundet med holderen 30*s skaft 40* Omkring holderen 30's skaft 40 ligger der en bøsning 42 af teflon eller lignende, som ikke alene tjener til glidende 20 lejring af holderen, så den kan bevæges frem og tilbage, men også til at isolere holderen elektrisk fra styret 2S*

Den kapacitive udladningsindretnihg er forbundet til klemskruen 44, som leder energien til elektroden 32. Mellemstykket 46 kan være fremstillet af et materiale, der isole-25 rer den kapacitive udladningsenergi fra ankerstangen 33 ved hjælp af et fast skil leområde i mellemstykket 46, som adskiller skaftet 40 fra ankerstangen 38. Den indre ende af ankerstangeri 33 er forbundet med et anker 43, som danner bro mellem pol stykker 50 og 52 på vibratorens laminerede 30 kerne, og ankeret påvirkes i retning henirnod konsollen 54 af en trykfjeder 56, som ligger an imod hovedet 53 på en bolt, der står i indgreb med ankeret 48* Man ser, at tilførsel af vekselstrøm til vibratorens vikling 36 vil medføre en hurtig frem- og tilbagegående bevægelse af ankerstan-35 gen 38, og følgelig også af holderen 30 og den heri indsatte elektrode 32.

4

DK 153061B

Energi t i 1 f ørsel skredsi øbet for den i fig· 1-3 viste opbygning kan være udformet som vist i fig· 4, og det vil noi malt være anbragt i en særskilt del, der er forbundet med 5 vibratoren ved hjælp af et passende bøjeligt kabel, f.eks. som vist ved 60 i fig. 1. Det i fig. 4 viste kredsløb omfatter et stik 62 til at forbinde kredsløbet med en passende vekselstrømskilde, samt en netafbryder, generelt betegnet med 64, til efter ønske at føre strøm til ledningerne 10 66 og 68, der er forbundet med en autotransformer-vikling 70 som vist, idet der er indskudt en beskyttende sikring 72. Det bevægelige udtag 73 på autotransformer-viklingen 70 er forbundet med en transforrner-vikl ing 74, som igen er induktivt koblet til en transforrnervikl ing 76, hvis udgang er 15 forbundet med en ensretterbro 78 med en jordet udgangsklemme 80 og en positiv klemme 82, der gennem modstanden 84, og ledningen 86 er forbundet med en række kondensat orer 88, 90, 92 og 94. Disse kondensatorer er forbundet i parallel, så deres kapaciteter adderes, og de er i fællesskab forbun-20 det med en jordledning 96, som kan forbindes udløseligt til emnet ved hjælp af en krododi11eklemme, symbolsk vist ved henvisningstallet 98.

Koblingsstykket 100 omfatter klemmen 102, som gennem led-25 ningen 104 er forbundet med klemskruen 44 i fig. 1. Aflade-modstanden 106 i fig. 4 (166 i fig. 5) har til formål langsomt at aflade spændingen og dermed nedsætte ladningen på kondensatorerne, dersom ladningen ikke bruges indenfor et kort tidsrum. Modstanden 84 begrænser på passende måde la-30 destrømmen til kondensatorerne og til elektroden.

Kontakten 14 til at føre strøm til vibf'atorvikl ingen 36 er vist i fig. 4, og er forbundet med koblingsstykket 100*s klemme 108, idet klemmerne 108 og 110 er forbundet til vik-35 lingen gennem passende ledninger 112 og 114, se fig. 1, således at når kontakten 14 er sluttet, så er vibratorvikl in- 5

DK 153061B

gen 36 strømførende som forklaret ovenfor. Af sikkerhedshensyn er stellet eller huset på det i fig. 1 viste værktøj jordforbundet ved hjælp af en ledning 116, som er forbundet med klemmen 118 i fig. 4, der som vist også - gennem led-5 ningen 120 - udgør jord-side for ensretter broen 78, idet kredsløbet er jordforbundet udad ved hjælp af et passende ben på stikket 62 som vist skematisk.

Det vil kunne indses, at når elektroden 32 ved vibreringen 10 føres til berøring med og bort fra emnet 98, som vist skematisk i fig. 4, så vil den i kondensatorerne 88, 90, 92 og 94 oplagrede energi udlades ved en bueudladning, når elektroden nærmer sig emnet, og når lysbuen er slukket og elektroden ude af berøring med emnet, da vil kondensatorerne 15 blive genopladede gennem jævnstrømskilden. Til en behandling af metalbearbejdningsværktøjer med henblik på overfladehærdning af disse, holdes tomgangsspændingen i området fra ca. 25 til ca. 150 volt jævnspænding, udgangsmodstanden indstilles til at give udgangsstrømme i området mellem 2 og 20 5 ampere, medens kapaciteten kan ligge mellem ca. 5 og ca.

200 mikrofarad, for at give den rigtige udladning af oplagret energi med henblik på opnåelse af den nødvendige lysbuevi rkning.

25 Selvom elektroden i alt væsentligt ikke forbruges under driften, vil den behandlede overflade udvise en belægning, som kan måles ved hjælp af et passende instrument* f.eks. et mikrometer. Ved ændring af parameterne vil overfladen udvise henholdsvis et "blåt skær", eller en tilstand af 30 "misfarvning" eller "brændt", efterhånden som parameterne ændres. Hed et kredsløb, som vist i fig. 4, blev der med en udgangsstrøm på kun 2,2 A opnået effektiv overfladehærdning med belægninger på op til 0,025 mm, når udgangsstrømmen blev varieret op til 2,4 A. Ved 3,4 A fremkom der misfarv-35 ning og en belægning på 0,025 mm; ved 4,25 A fremkom det "blå skær" med en belægning på 0,035 mm, og ved 5,2 A frem-

DK 153061 B

6 kom en "brændt" tilstand rned en belægning på 0,04 rnm. Således bestemmer den nyttige anvendelige udladningsenergi kredsløbet, og de nødvendige parameter til opnåelse af de bedste resultater fra udstyret.

5

For at kunne behandle et værktøj korrekt, er det af væsentlig betydning at kende værktøjets anvendelsesformål, og ved at regulere energioverføringsindretningen udgangsenergi, kan varmeeffekten styres korrekt. Den ovenfor nævnte så-10 kaldte "belægning" opstår på grund af, at hver enkelt frembragt lysbue smelter en uendeligt lille del af værktøjets overflade og forstyrrer eller opriver denne overflade, hvorved der i alt væsentligt dannes en forhøjning og en fordybning ved hver enkelt elektronisk udladning. Den be-15 handlede overflades relative finhed eller udseende afhænger både af dækningsgraden for den vibrerende elektrodes manuelt styrede slag og af brugerens håndelag. Imidlertid vil den behandlede overflades udseende eller den ved hjælp af et mikrometer målelige belægningstykkelse - indenfor visse 20 grænser - opnås ved hjælp af det elektroniske kredsløb på følgende måder: a) Ved en fast udgangsspænding varierer mængden af overfladebelægning med udgangsstrømmen og den anvendte kapaci- 25 tet.

b) Ved en fast udgangsstrøm varierer mængden af overfladebelægning med udgangsspændingen og den anvendte kapaci-t et.

30 c) Ved en fast kapacitet varierer mængden af belægning med spændingen og udgangsstrømmen.

Der foreiiyyei iiiuO i cl Lau viii« ueyi æn Sfi i O ger , tø! st ug 35 fremmest ved, at en for kraftig strøm medfører cphedning af elektroden, som derved taber sin effektivitet, hvorved det

DK 153061 B

7 behandlede værktøjs overflade begynder at blive blå eller misfarvet, eller værktøjets overflade bliver forbrændt, hvad der er skadeligt for dettes rette brug.

5 Kredsløbet ifølge fig. 5 anvender en helbølge-ensretterbro 130, som tilføres energi fra transformeren 136*s to sekundærviklinger 132 og 134, som gennem strømbegrænsningsmodstandene 138 fører energi til energioplagringsaggregatet, i almindelighed betegnet med henvisningst11 et 140. Energiop-10 lagringsaggregatet omfatter to grupper af paral 1e1 forbundne kondensatorer, betegnet med henholdsvis henvisningstal 1 ene 142 og 144, samt et antal enkelt-kondensatorer 146, 148, 150, 152, 154 og 156 og en kontaktvælger 158 til selektiv forbindelse af enkel tkondensatorerne med det øvrige kreds-15 løb.

Som vist omfatter kontaktvælgeren 158 en drejekontakt 160, der er jordforbundet. Kondensatorgruppen 142 er ligeledes permanent jordforbundet, idet den gennem ledningen 162 er 20 forbundet til jordforbindelsen for kontaktvælgerens dreje kontakt 160. Således sker det, hver gang den med elektroden forbundne ledning 164 ligeledes bliver jordforbundet med berøring med emnet, at kondensatorerne bliver kortsluttede, men når elektroden trækkes tilbage fra emnets overflade, så 25 vil i det mindste kondensatorgruppen 142 aflades til jord ved hjælp af den tidligere omtalte af 1ademodstand 166. På lignende måde kan kondensatorgruppen 144 aflades til jord gennem af 1ademodstanden 166’. Ved passende drejning af kontaktvælgerens drejekontakt 160, så der oprettes elektrisk 30 forbindelse med de til enkel tkondensat orerne svarende kontakter i vælgeren, kan yderligere en eller flere af kondensatorerne 146-156 indføres i kredsløbet, og energioplagringsaggregatets samlede kapacitet kan derved forøges add i — t i vt.

På denne måde kan apparaturet indstilles med henblik på op- 35

DK 153061B

8 nåelse af de ønskede overfladeegenskaber på emnet.

Det vil kunne indses, at der under apparateis drift praktisk taget ikke forekommer noget forbrug af elektroden, og 5 at elektroden kan være fremstillet af et materiale, der er udvalgt blandt mange forskellige. Fortrinsvis anvendes der et uio 1 f ramkarbid-material e til elektrodens hoveddel.

Sintrede metaller, der er fremstillet ud fra en pulverblan-10 ding, er omtalt bl.a. i USA-patent nr. 1.998,609 (Comstock) og nr. 2.731.711 (Lucas). Sintret metal af visse forbindelser, der omfatter materialer med hård overflade, er i vid udstrækning blevet anvendt som værktøjer, f.eks. som metal skæreværktøj er af uolframkarbid, eller til overflader, 15 der er udsatte for ekstremt høje slidbelastninger. I nogle tilfælde har.nye sammenpressede pul vermetal 1 er med forskellige forbindelser vist sig at være bedre end hurtigstål, men de kan ikke først og fremmest klassificeres som uol-framkarbidmaterialer, så de må betegnes som sintret uol-20 framkarbid, titankarbid etc.

Imidlertid ligger et sintret metals mangler i selve den måde, hvorpå det fremstilles. Det fremstilles af sammenpressede pulvere af forskellige blandinger og bindemidler under 25 ekstremt høje tryk og høje temperaturer, idet der hermed tilstræbes et homogent produkt. Resultatet bliver ikke altid en solid molekylær struktur eller metallurgisk homogenitet. I et værktøj vil under brugen de ved overfladen beliggende pul verpartikler udsættes for meget høje tryk, og 30 påvirkningen fra skæreprocessens andre metaller medfører fr'iktionsvarme, så berøringsf 1 aderne må stå for det meste af slidbelastningen under brugen. Efterhånden nedbrydes o-verfladen og de skarpe værktøjsægge, hvilket forårsager at skæreoperationen slår fejl.

Opfindelsen angår også udnyttelse af en gnist-hærdningspro- 35 9

DK 153061B

ces ved anvendelse på sådanne sintrede pul vermetal 1 er, for derved ved metallurgisk omlægning og molekylær udskiftning, og ved smeltning af partiklerne ved varmen fra lysbuen og hærdning af disse igen til en fast sammensmeltet overflade 5 at bevirke, at denne overflade kan modstå de største påvirkninger under overfladeberøringsforhold, f.eks. ved anvendelse i skæreværktøjer, så disses levetid forlænges.

Opfindelsen muliggør belægning af sintrede molframkarbidme-10 tal bearbejdningsværktøjer, hvis overflade skal svejsebehandles, og muliggør tillige belægning ved hjælp af en y— derligere 1ysbueprøces, hvori der kan pålægges nye kombinationer, såsom titan, som indblandes i de tilstedeværende partikler til dannelse af en forbedret hærdning på den fo-15 religgende sintrede hårde overflade, så dennes levetid forlænges yderligere.

Opfindelsen muliggør en bedre udnyttelse af sintrede pulvermetaller, idet ifølge opfindelsen overfladen og de sam-20 mensintrede metal partikler bliver svejset sammen. Sådanne svejse-forbundne pulvermetaller bliver således i stand til at tåle belastninger, som ville medføre nedbrydning af det oprindelige metal, dersom det ikke var behandlet på denne måde.

25

Opfindelsen medfører, at skæreværktøjer eller andre slidbelastede overflader efter behandlingen får forbedrede skæreegenskaber og længere standtid mellem slibningerne eller -når det drejer sig om udskiftelige skæreplatter og lignende 30 - længere levetid-. Yderligere er det muligt ved hjælp af processen ifølge opfindelsen, efter at skære-æggen er blevet slidt sløv, og der derfor kræves slibning eller udskiftning af en platte, at opnå fornyet skarphed ved hjælp af ny slibning og fornyet anvendelse af opfindelsens over-35 fladeforstærkende proces ved hjælp af opfindelsens simple gnist-udiadningsproces.

DK 153061B

ίο

Ved forsøg fandtes, at hårfine revner i værktøjer af sintret uol framkarbid, som muligvis er opstået under æg-slibninger, kan behandles på denne måde, hvorved overfladen i-5 gen forbindes til en sammenhængende overflade ved berøring med en uolfamkarbid-elektrode under den nævnte gnist-udlad-ningsproces. På denne måde blev de metalliske bindemidler smeltet af varmen fra den elektrisk fremkaldte gnist og blev derved bragt til at flyde omkring uolframkarbidpartik-10 lerne, så overfladen blev gendannet eller omdannet.

Ved at anvende elektroder af titankarbid i opfindelsens lysbue-proces og -udstyr på overflader af wolframkarbid er det også muligt at belægge det smeltede wolfram med titan-15 partikler, som i sig selv medfører længere levetid end det oprindelige uolframkarbid, da titankarbid har et højere smeltepunkt end uolframkarbid.

Faktisk skete det ved denne anvendelse af processen, at det 20 sammensatte pulvermetal eller sintrede uolframkarbid blev svejsebehandlet på overfladen, hvorefter der på det som grundmateriale pålagte uolframkarbid blev skabt en belægning af titankarbid, til opnåelse af endnu bedre arbejdsresultater og muligheder.

25 Således indstilles - som forklaret i det foregående - først parameterne på en sådan måde, at der ikke forbruges elektrodemateriale, når det sintrede metal først forbindes med den sarnmensmel tede overflade. Derpå indstilles parameterne 30 således, at en passende mængde titankarbid forbruges og o-verføres til denne glatte overflade.

35

Claims (1)

1. DK 153061B Fremgangsmåde ti] bearbejdning af overfladen på et sintret 5 hårdmetal arbejdsstykke, ved lokalt at opvarme og smelte overfladen af arbejdsstykket ved hjælp af en elektrisk lys-bue etableret mellem overfladen af arbejdsstykket og en hårdmetal elektrode med udladning af energi, der er opbevaret i en kondensator i den ene ende forbundet til arbejds-10 stykket og i den anden ende til elektroden, idet den nævnte elektrode bliver bragt i en intermitterende kontakt med arbejdsstykket ved hjælp af en vibrerende mekanisme forsynet fra en vekselspændingskilde, og idet den nævnte vekselspænding også bliver tilført til en ensretter, der forsyner 15 kondensatoren med jævnspænding gennem en strømbegrænsnings modstand, kendetegnet ved, at modstanden af den nævnte ^trømbegrænsningsmodstand er sådan, at parameterne strømstyrke, jævnspænding og kapacitans er i området fra 2 til 5 ampere, fra 25 til 150 volt og fra 5 til 200 mikrofa-20 rad, henholdsvis.