EP0180855A1

EP0180855A1 - Process for increasing the fatigue strength of component parts with various forms

Info

Publication number: EP0180855A1
Application number: EP85113475A
Authority: EP
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Bäuerle; Hansgeorg Ing. Peste (Grad.); Erwin Pohlner
Original assignee: Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH; Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Current assignee: Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH; Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Priority date: 1984-10-23
Filing date: 1985-10-23
Publication date: 1986-05-14
Also published as: DE3438742A1; DE3438742C2; US4682489A; EP0180855B1

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Steigerung der Dauerfestigkeit von Bauteilen unterschiedlicher Formgebung durch Kaltverformen, wie Hämmern, wobei die größtmögliche Steigerung der Dauerfestigkeit erreicht wird, durch genaues Abstimmen der Schlagkraft und des Schlagabstandes, und der Schlagabstand durch schrittweise Relativbewegung zwischen dem Bauteil und der Schlageinrichtung gebildet wird und zwar so, daß während der Schlageinwirkung die Relativbewegung Null ist.Method and device for increasing the fatigue strength of components of different shapes by cold working, such as hammering, whereby the greatest possible increase in fatigue strength is achieved by precisely coordinating the impact force and the impact distance, and the impact distance is formed by stepwise relative movement between the component and the impact device and in such a way that the relative movement is zero during the impact.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steigerung der Dauerfestigkeit von Bauteilen unterschiedlicher Formgebung, insbesondere Großkurbelwellen durch Kaltverformen, wie Hämmern, in am höchsten beanspruchten Bereichen bei Querschnittsübergängen und Querschnittsänderungen, wie bei Hohlkehlen und Bohrungsmündungen.The invention relates to a method and a device for increasing the fatigue strength of components of different shapes, in particular large crankshafts by cold working, such as hammers, in the most stressed areas in cross-sectional transitions and cross-sectional changes, such as fillets and bore mouths.

Die Steigerung der Dauerfestigkeit von Bauteilen in am höchsten beanspruchten Bereichen bei Querschnittsübergängen und Querschnittsänderungen durch Kaltverformen, wie Hämmern, ist ein bekanntes Verfahren, das unterschiedlich angewendet wird, aber hauptsächlichst so, daß mittels handelsüblicher Schlagwerkzeuge, wie Drucklufthammer und hydraulischen Schwingungserregern, in das Bauteil Kräfte eingebracht werden. Der Drucklufthammer wird vorwiegend im Handbetrieb verwendet und zwar derart, daß im geschätzten Abstand Schläge ausgelöst werden, die das Bauteil in ungleichen Abständen und Schlagrichtungen treffen. Dabei ist ohne weiteres erkennbar, daß mit diesem Verfahren die höchste theoretisch und erfahrungsgemäß erreichbare Dauerfestigkeit durch dessen Ungenauigkeit in der Höhe der Krafteinwirkung, sowie im Abstand der Krafteinwirkungen und damit auch eine erforderliche Oberflächengüte zur Vermeidung einer Nachbearbeitung nicht erreicht werden können.The increase in the fatigue strength of components in the most highly stressed areas during cross-sectional transitions and cross-sectional changes through cold forming, such as hammers, is a known method that is used in different ways, but mainly in such a way that forces are exerted on the component by means of commercially available impact tools, such as pneumatic hammer and hydraulic vibration exciters be introduced. The pneumatic hammer is mainly used in manual operation in such a way that strikes are triggered at an estimated distance that hit the component at uneven distances and directions of impact. It is readily apparent that the highest theoretical and empirically achievable fatigue strength can not be achieved with this method due to its inaccuracy in the amount of force applied, as well as in the distance between the forces and thus also a required surface quality to avoid reworking.

Die Verwendung hydraulischer Schwingungserzeuger, deren Anwendung beschrieben ist in den Fachzeitschriften Vestnik Masinostroenija 49/1969, Seite 58 - 59 und Traktory i sel schozmasiny 10/1969, Seite 41 - 42, erfordert bei Bearbeitung von runden Bauteilen ein kontinuierliches Drehen derselben, so daß sich wohl eine der Höhe nach und als ausreichen genau bestimmbarer Schlagabstand zur Vermeidung einer Nachbearbeitung und Erreichung der höchsten Dauerfestigkeit im gehämmerten Bereich nicht erreichbar ist.The use of hydraulic vibration generators, the application of which is described in the trade journals Vestnik Masinostroenija 49/1969, pages 58 - 59 and Traktory i sel schozmasiny 10/1969, pages 41 - 42, requires continuous turning of the same when machining round components so that Probably one of the height and as a precisely determinable stroke distance to avoid reworking and achieving the highest fatigue strength in the hammered area is not attainable.

Als Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß Schlagkraft und Schlagabstand so aufeinander abgestimmt sind, daß die größtmögliche Steigerung der Dauerfestigkeit erreicht wird und die dabei erzielte Oberflächengüte der einmal gehämmerten Fläche eine Nachbearbeitung dersleben zur Vermeidung von Kerbwirkungen erübrigt.As a solution to this problem, it is proposed that the impact force and impact distance are matched to one another in such a way that the greatest possible increase in fatigue strength is achieved and the surface quality of the surface once hammered eliminates the need for reworking to avoid notch effects.

Im folgenden wird das Verfahren und der Aufbau einer diesbezüglichen Vorrichtung beschrieben in Anwendung an einer Großkurbelwelle.In the following, the method and the construction of a device relating to this is described in use on a large crankshaft.

Es zeigen:

Fig. 1 Gesamtansicht der Vorrichtung
Fig. 2 Einzelheit "A"
Fig. 3 Schnitt I - I von Fig. 2

Show it:

Fig. 1 General view of the device
Fig. 2 detail "A"
3 section I - I of Fig. 2nd

Wie Fig. 1 zeigt, besteht eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 aus einem Unterteil 2, einem Getriebekasten 3, einer Abstützung 4 und mehreren Schlagvorrichtungen 9. Die Abstützung 4 und Schlagvorrichtungen 9 sind längsverschiebbar, um eine Anpassung an das jeweilige Bauteil 1 zu ermöglichen. Die Einzelheiten dieser Eigenschaft können als bekannt angesehen werden, und sind somit nicht weiter beschrieben. Der Getriebekasten 3 beinhaltet Einrichtungen, die von einem Antrieb 6 ein regelbares schrittweises Weiterdrehen des Spannscheibe 7 bewirken und nach Beendigung des Weiterdrehens mittels einer Einrichtung 8 einen in seiner Stärke regelbaren Schlag der Schlageinrichtung 9 auslösen. Diese Einrichtungen sind in anderer Verwendung ebenfalls bekannt und teils im Handel erhältlich, so daß eine genauere Beschreibung entfallen kann. Die im folgenden geschilderte Schlageinrichtung 9 besteht aus einem Grundkörper 10, der entsprechend dem Radius des zu bearbeitenden Werkstücks mit einer prismatischen Anlage 11 versehen ist und in sich Führungen 12 aufweist, die zwei Döpper 13 in deren Abstützebene führen, und ihnen im Abstützwinkel um den Bolzen 15 Freiheit geben, die zur Anpassung an die maßlichen Verhältnisse des Bauteils 1 als erforderlich angesehen wird.As shown in FIG. 1, a device for carrying out the method according to claim 1 consists of a lower part 2, a gear box 3, a support 4 and a plurality of striking devices 9. The support 4 and striking devices 9 are longitudinally displaceable in order to adapt to the respective component 1 to enable. The details of this property can be considered known and are therefore not further described. The gearbox 3 contains devices that can be controlled by a drive 6 effect gradual further rotation of the tensioning disk 7 and, after completion of the further rotation by means of a device 8, trigger an impact of the impact device 9 which is adjustable in strength. These devices are also known for other uses and some are commercially available, so that a more detailed description can be omitted. The impact device 9 described below consists of a base body 10, which is provided with a prismatic system 11 according to the radius of the workpiece to be machined and has guides 12 in it, which guide two strikers 13 in their support plane, and them in the support angle around the bolt 15 Give freedom that is considered necessary to adapt to the dimensional relationships of component 1.

Der Bolzen 15 überträgt die Schlagenergie auf die Döpper 13 und befindet sich deshalb in einer etwas größeren Bohrung, um ein Eindringen der Döpper 13 in das Bauteil 1 zu ermöglichen. Ein Zwischenteil 16 stellt die Verbindung her zwischen dem Schlagkolben 17 und dem Bolzen 15, der die Schlagenergie weitergibt an die Döpper 13. Zur Steigerung der Wirksamkeit des Schlages ist auf der Gegenseite des Grundkörpers 10 ein Spannprisma 18 über Federn 19 mit einstellbaren Spannbolzen 20, 21. befestigt. Die Schlageinrichtung 9 ist zur Bestimmung ihrer Lage zum Bauteil 1 in einer Spanneinrichtung 22 justierbar gehalten. Durch Anordnung mehrerer Schlageinrichtungen ist es möglich, alle zentrisch laufenden Bereiche gleichzeitig zu bearbeiten. Wie die Praxis zeigte, ist es nicht erforderlich zum Weiterdrehen des Bauteils 1 zur Erreichung des Schlagabstands die Klemmung der prismatischen Aufnahme der Teile 10 und 18 zu lösen. Eine einmalige Schmierung mit den handelsüblichen Fetten gestattet die erforderliche Beweglichkeit. Die Beschreibung stellt eine Anwendung des im Anspruch 1 genannten Verfahrens dar, und zwar die Bearbeitung von zwei Bereichen gleichzeitig, was für diesen Anwendungsfall als besonders wirtschaftlich anzusehen ist. Vorstellbar und für den Fachmann mit ähnlichen Mitteln vollziehbar kann eine Bearbeitung mit nur einem Döpper 13 angesehen werden, wozu allerdings eine Schrägstellung der Schlageinrichtung 9 unter Anbringung einer Abstimmung als Ersatz für den zweiten Döpper 13 zum Auffangen der dabei nicht ausgeglichenen Gegenkräfte als erforderlich erscheint. In ähnlicher Weise sind ebenfalls Vorrichtungsabwandlungen denkbar, die eine Bearbeitung nach dem angegebenen Verfahren an gradlinigen und ebenen Bauteilen ermöglichen.The bolt 15 transmits the impact energy to the striker 13 and is therefore located in a somewhat larger hole in order to allow the striker 13 to penetrate into the component 1. An intermediate part 16 establishes the connection between the percussion piston 17 and the bolt 15, which transmits the impact energy to the striking die 13. To increase the effectiveness of the impact, on the opposite side of the base body 10 there is a clamping prism 18 via springs 19 with adjustable clamping bolts 20, 21 attached. The impact device 9 is held adjustable in a tensioning device 22 to determine its position relative to the component 1. By arranging several striking devices, it is possible to machine all centrically running areas at the same time. As practice has shown, it is not necessary to loosen the clamping of the prismatic receptacle of parts 10 and 18 in order to rotate component 1 further in order to achieve the impact distance. A single lubrication with the commercially available greases allows the required mobility. The description represents an application of the method mentioned in claim 1, namely the processing of two areas simultaneously, what can be regarded as particularly economical for this application. Machining with only one striker 13 can be considered to be conceivable and can be carried out by a person skilled in the art using similar means, although an inclination of the striking device 9 with the application of a adjustment as a replacement for the second striker 13 appears to be necessary to absorb the counter-forces which are not balanced. In a similar way, modifications of the device are also conceivable, which enable processing according to the specified method on straight-line and flat components.

Claims

1.Procedure for increasing the fatigue strength of components of different shapes, in particular large crankshafts, by cold forming _A n, such as hammers, in the areas subject to the highest stresses in cross-sectional transitions and cross-sectional changes, such as fillets and bore openings, by means of controllable impact devices which are acted upon by pressure media or spring force,
characterized,
that the impact force and impact distance are coordinated so that the greatest possible increase in fatigue strength is achieved and the surface quality achieved in this way of the once hammered surfaces makes it unnecessary to rework them to avoid notch effects.

2. The method according to claim 1, characterized in that
that the stroke distance is formed by stepwise relative movement between component (1) and impact device (9) and at the time of impact between component (1) and impact device (9) there is no relative movement.

3. Device for hammering components of different shapes to increase the fatigue strength in the most stressed areas according to claim 1,
characterized,
that a striking device (9) is provided, which brings individual strikes controllably into a component (1).

4. The device according to claim 1, characterized in
that a control device (8) is provided for carrying out the method according to claim 2, which is dependent from the relative movement of the component (1) to the impact device (9) triggers the single impact.

5. The device according to claim 1, characterized in
that a drive (6) is provided, which enables a controllable stepwise turning of the component (1).