EP0213333A2 - Verfahren und Einrichtung zum Härten von Stahlblechen - Google Patents
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- EP0213333A2 EP0213333A2 EP86109437A EP86109437A EP0213333A2 EP 0213333 A2 EP0213333 A2 EP 0213333A2 EP 86109437 A EP86109437 A EP 86109437A EP 86109437 A EP86109437 A EP 86109437A EP 0213333 A2 EP0213333 A2 EP 0213333A2
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- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
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- C21D1/673—Quenching devices for die quenching
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- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
Definitions
- the invention relates to the automated hardening of individual workpieces, in particular steel sheets, which must not warp and which should have a medium hardness but a high hardness in particularly stressed areas.
- the application is particularly advantageous when hardening the outer sheets of three-layer guide rails for motor chain saws.
- the invention seeks to remedy this.
- the invention solves the problem of finding a method with which steel sheets can be hardened in such a way that their edge region has a higher hardness and a higher wear resistance than the other steel sheets, in the remaining steel sheet a sufficient spring action is achieved, the steel sheet remains largely free of distortion and to develop a structurally simple device for performing the method.
- the method according to the invention is characterized in that the steel sheet is fed to a hot bath, is held here in the intended form by means of press plates which leave the edge region free, and at the same time as the pressing process, quenching medium is fed to the edge region of the steel sheet from the hot bath at high flow velocity at the same time as the pressing process.
- the steel sheet is fed to the hot bath with a very high degree of austenitization and the speed of the quenching medium flowing against the edge area of the steel sheet is above the value 1,000 x sheet thickness per second.
- the steel sheet is first cooled in the hot bath to a temperature at which the martensite formation begins and as soon as the martensite formation begins, the pressing process is carried out by means of the pressing plates.
- quenching medium is passed through flow openings against the edge regions of the steel sheet at high flow velocity and then flows further into the surrounding hot bath.
- quenching medium is fed from the hot bath to the edge regions of the steel sheet in a colder state via a cooling device.
- the steel sheet should remain in a warm bath at a temperature between 180 ° and 270 ° for at least 15 seconds.
- the webs of guide rails are hardened as described above, in particular those which consist of a sheet metal with an incorporated groove.
- the device according to the invention is characterized in that a press plate pair rotatably mounted on axles is installed in a hot bath and a displacement device is firmly connected to the press plates in such a way that a guide element is arranged between the outer edge of the press plates and the displacement device in such a way that to the outside A flow opening remains at the edge of the pressure plates and the pressure plate pair and the displacement device can each be pivoted via levers, rods and working cylinders.
- the displacement device is advantageously arranged on the side of the press plates facing away from the steel sheet. It is an advantageous embodiment if the press plates can be pivoted relative to one another about axes lying in the lower region of the hot bath.
- a further embodiment provides that the distance between the flow openings between the outer edge of the press plates and the guide element is 2 to 3 mm.
- the desired cooling processes can be set.
- the device for hardening steel sheets essentially consists of the warm bath 1 with a heating device, not shown, containing a liquid quenching medium 2, preferably a molten salt, into which the steel sheet 3 is suspended and held stable by the pressure plates 4, the axes 5 lying in the lower region of the hot bath 1 are pivotable.
- a liquid quenching medium 2 preferably a molten salt
- the displacement devices 6 are firmly connected to the press plates 4 by the webs 7 and mainly consist of the side plates 8, the pivotable walls 9, which are mounted in the pivot points 10, and the upper limit plates 11, which are bent according to the pivoting radius.
- a guide element 12 is arranged, which is firmly connected to the side plates 8 and a distance of 2 to 3 mm to the press plates 4.
- the movement of the pressure plates 4 and the pivotable walls 9 is made possible by the levers 13, 16, the linkages 14, 17 and the working cylinders 15, 18.
- the working cylinders 15, 18 are connected in parallel on the drive side.
- the press plates 4 are pivoted apart and the pivotable walls 9 are brought into the outer position.
- the pressure plates 4 are swung up and thereby generate an upward increasing flow which approximately corresponds to the flow acting on the lowest workpiece area when immersed.
- a time control ensures that the pressure plates 4 rest on the workpiece when its temperature is still somewhat above 300 ° C and there is already so much mechanical strength that the shrinkage can take place, but most of the structural changes causing the distortion only begin.
- the conveying of quenching medium 2 begins by the action of working cylinder 18 from the displacement devices 6 between the webs 7 and through the remaining flow opening 19 between pressing plates 4 and guide element 12 through against the edge of the steel sheet 3 and further into the surrounding area Warm bath 1. This accelerates the cooling of the edge of the steel sheet and greater hardness values are achieved here.
- quenching medium 2 is swung from the hot bath 1 to the edge of the steel sheet 3 by means of a conveyor flow-increasing openings 19 supplied. Due to the high flow rate, a high quenching effect can be achieved while maintaining the advantages of hot bath hardening with regard to slow, low-stress martensite formation.
- a submersible centrifugal pump 21 as a displacement unit, which is switched on at the time the pressure plates 4 are pressed on and conveys the quenching medium 2 against the edge of the workpiece to be hardened.
- the sheet is for a triangular masonry trowel, in which a spring-elastic sheet with a hard, wear-resistant edge is also desired.
- the supply line is to the quenching medium 2 inside the bath in flexible lines 22.
- the pressure plates 4 can be made from a material with a lower thermal conductivity, preferably a ceramic material, whereby the quenching effect in the area of the steel sheet 3 covered by the pressure plates 4 can be significantly reduced.
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf das automatisierte Härten von einzelnen Werkstücken, insbesondere Stahlblechen, die sich nicht verziehen dürfen und die eine mittlere Härte, an besonders beanspruchten Stellen aber eine hohe Härte aufweisen sollen.
- Besonders vorteilhaft ist die Anwendung beim Härten der äußeren Bleche von dreischichtigen Führungsschienen für Motorkettensägen.
- Zum Stand der Technik ist nach der US-PS 41 26 452 bekannt, daß, um dem Verziehen der Werkstücke beim Härten zu begegnen, Härtepressen benutzt werden, in deren Formen die Werkstücke während der Abkühlung eingespannt verbleiben. Insbesondere bei langgestreckten Teilen und Blechen kann dies zu einer Behinderung der Schrumpfung und in der Folge zu Spannungseinschlüssen und Maßabweichungen führen. Die besonders bei dünnen, schnell abkühlenden Blechen notwendige rasche Zuleitung von Kühlflüssigkeit durch Nuten in den Preßplatten gemäß DD-WP 201 154 bereitet Schwierigkeiten und eine gleichmäßige und symmetrische Abkühlung zur Minimierung der Verzugsneigung ist nicht erreichbar.
- Die Herstellung gehärteter Bleche mit besonders hoher Härte in den Randbereichen erfordert bisher zusätzliche Arbeitsgänge, wie örtliches Aufkohlen oder Laserhärten. Wenn nur Randbereiche des Werkstücks durch Flammen- oder Induktionshärten behandelt werden, wird auf mögliche Festigkeitssteigerungen im übrigen Werkstück zuungunsten der Materialökonomie bzw. der Qualität des Produktes verzichtet. Bei der Durchhärtung dünner Bleche mit hoher Abkühlgeschwindigkeit ist ein Verzug bisher nicht vermeidbar.
- Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.
- Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren zu finden, mit dem Stahlbleche derart gehärtet werden können, daß ihr Randbereich gegenüber dem übrigen Stahlblech eine höhere Härte und eine höhere Verschleißfestigkeit aufweist, im übrigen Stahlblech eine hinreichende Federwirkung erreicht wird, dabei das Stahlblech weitestgehend verzugsfrei bleibt und eine konstruktiv einfache Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln.
- Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblech einem Warmbad zugeführt wird, hier mittels den Randbereich freilassender Preßplatten in der vorgesehenen Form gehalten wird und spätestens gleichzeitig mit dem Anpreßvorgang über eine Verdrängungseinrichtung dem Randbereich des Stahlbleches Abschreckmedium aus dem Warmbad mit hoher Strömungsgeschwindigkeit zugeführt wird.
- Vorteilhaft ist es, wenn das Stahlblech dem Warmbad mit sehr hohem Austenitisierungsgrad zugeführt wird und die Geschwindigkeit des gegen den Randbereich des Stahlbleches strömenden Abschreckmediums oberhalb des Wertes 1 000 x Blechdicke pro Sekunde liegt.
- Ebenso vorteilhaft ist es, wenn das Stahlblech im Warmbad zunächst bis auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der die Martensitbildung beginnt und sobald die Martensitbildung einsetzt, der Preßvorgang mittels der Preßplatten erfolgt.
- Im Sinne der Erfindung ist es weiterhin, wenn das Abschreckmedium mit hoher Strömungsgeschwindigkeit über Durchflußöffnungen gegen die Randbereiche des Stahlbleches geführt wird und danach weiter in das umgebende Warmbad strömt.
- Es ist auch vorteilhaft, wenn das Abschreckmedium aus dem Warmbad über eine Kühleinrichtung in kälterem Zustand den Randbereichen des Stahlbleches zugeführt wird.
- Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Abkühlgeschwindigkeit mit Ausnahme am Rand des Stahlbleches vermindert wird, durch Preßplatten aus einem Werkstoff mit geringerer Wärmeleitfähigkeit. Das Stahlblech sollte in einem Warmbad mit einer Temperatur zwischen 180° und 270° mindestens 15 Sekunden verbleiben.
- Erfindungsgemäß ist auch, daß die Stege von Führungsschienen, wie oben beschrieben, gehärtet werden, insbesondere solche, die aus einem Blech mit eingearbeiteter Nut bestehen.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem Warmbad ein auf Achsen drehbar gelagertes Preßplattenpaar eingebaut ist und mit den Preßplatten jeweils eine Verdrängungseinrichtung derart fest verbunden ist, daß zwischen dem äußeren Rand der Preßplatten und der Verdrängungseinrichtung ein Leitelement derart angeordnet ist, daß zum äußeren Rand der Preßplatten eine Durchflußöffnung verbleibt und das Preßplattenpaar sowie die Verdrängungseinrichtung jeweils über Hebel, Gestänge und Arbeitszylinder verschwenkbar sind.
- Vorteilhafterweise ist die Verdrängungseinrichtung an der vom Stahlblech abgewandten Seite der Preßplatten angeordnet. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist es, wenn die Preßplatten um im unteren Bereich des Warmbades liegende Achsen gegeneinander schwenkbar sind.
- Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß der Abstand der Durchflußöffnungen zwischen dem äußeren Rand der Preßplatten und dem Leitelement 2 bis 3 mm beträgt.
- Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Abschreckmediums eine wesentlich höhere Kühlwirkung und dadurch die Weiterführung des Abschreckvorganges, wodurch der Rand höhere Härtewerte aufweist, erreicht wird.
- Durch die Verwendung unterschiedlicher Abschreckmedien, Warmbadtemperaturen und Preßplatten mit verschiedener Wärmeleitfähigkeit lassen sich die jeweils gewünschten Abkühlverläufe einstellen.
- Im folgenden wird die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
- Es zeigen:
- Fig. 1: die Härtevorrichtung im Warmbad teilweise senkrecht geschnitten;
- Fig. 2: die Preßplatten und Verdrängungseinrichtungen waagerecht geschnitten;
- Fig. 3: die Härtevorrichtung mit Kreiselpumpe nach einer anderen Ausführungsform und
- Fig. 4: eine Draufsicht auf die Preßplatten nach einer weiteren Ausfühungsform.
- Die Einrichtung zum Härten von Stahlblechen besteht, wie in Figur 1 ersichtlich, im wesentlichen aus dem Warmbad 1 mit nicht dargestellter Heizeinrichtung, enthaltend ein flüssiges Abschreckmedium 2, vorzugsweise eine Salzschmelze, in die das Stahlblech 3 eingehängt und durch die Preßplatten 4 stabil gehalten wird, die um im unteren Bereich des Warmbades 1 liegende Achsen 5 schwenkbar sind.
- Entsprechend Figur 2 sind die Verdrängungseinrichtungen 6 durch die Stege 7 fest mit den Preßplatten 4 verbunden und bestehen in der Hauptsache aus den Seitenblechen 8, den schwenkbaren Wänden 9, die in den Drehpunkten 10 gelagert sind sowie den oberen, entsprechend dem Schwenkradius gebogenen Begrenzungsblechen 11.
- Zwischen den Preßplatten 4 und den Seitenblechen 8 ist ein Leitelement 12 angeordnet, das mit den Seitenblechen 8 fest verbunden ist und zu den Preßplatten 4 einen Abstand von 2 bis 3 mm realisiert.
- Die Bewegung der Preßplatten 4 und der schwenkbaren Wände 9 wird ermöglicht durch die Hebel 13, 16, die Gestänge 14, 17 und die Arbeitszylinder 15, 18. Die Arbeitszylinder 15, 18 sind antriebsseitig parallelgeschaltet.
- Zur Aufnahme eines zu härtenden Stahlbleches sind die Preßplatten 4 auseinander geschwenkt und die schwenkbaren Wände 9 in die äußere Stellung gebracht.
- Bereits kurz nach dem Eintauchen eines Werkstücks werden die Preßplatten 4 herangeschwenkt und erzeugen dabei eine nach oben zunehmende Strömung, die annähernd der beim Eintauchen auf den untersten Werkstückbereich einwirkenden Strömung entspricht.
- Eine Zeitsteuerung gewährleistet, daß die Preßplatten 4 am Werkstück anliegen, wenn dessen Temperatur noch etwas oberhalb 300°C liegt und bereits so viel mechanische Festigkeit vorliegt, daß die Schrumpfung erfolgen kann, die am meisten den Verzug bewirkenden Gefügeumwandlungen aber erst beginnen.
- Gleichzeitig mit dem Anliegen der Preßplatten 4 beginnt die Förderung von Abschreckmedium 2 durch Wirkung von Arbeitszylinder 18 aus den Verdrängungseinrichten 6 zwischen den Stegen 7 und durch die verbleibende Durchflußöffnung 19 zwischen Preßplatten 4 und Leitelement 12 hindurch gegen den Rand des Stahlbleches 3 und weiter in das umgebende Warmbad 1. Dadurch wird die Abkühlung des Randes des Stahlbleches beschleunigt und es werden hier größere Härtewerte erreicht.
- Erfindungsgemäß wird Abschreckmedium 2 aus dem Warmbad 1 dem Rand des Stahlbleches 3 mittels einer Fördereinrichtung durch geschwin digkeitserhöhend wirkende Durchflußöffnungen 19 zugeführt. Durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit kann eine hohe Abschreckwirkung erzielt werden bei Erhaltung der Vorteile der Warmbadhärtung bezüglich langsamer spannungsarmer Martensitbildung.
- Ein nachfolgendes Anlassen erübrigt sich.
- Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel, entsprechend Figur 3, besteht auch die Möglichkeit als Verdrängungseinheit eine Tauchkreiselpumpe 21 zu benutzen, die zum Zeitpunkt des Andruckes der Preßplatten 4 zugeschaltet wird und das Abschreckmedium 2 gegen den Rand des zu härtenden Werkstückes fördert.
- Nach einem anderen Ausführungsbeispiel handelt es sich entsprechend Figur 4 um das Blech für eine dreieckige Maurerkelle, bei der auch ein federelastisches Blech mit einem harten, verschleißfesten Rand erwünscht ist.
- Die Zuleitung erfolgt zum Abschreckmedium 2 innerhalb des Bades in flexiblen Leitungen 22.
- Werden größere Härteunterschiede zwischen Rand und dem übrigen Blech gewünscht, z. B. zur Herstellung von Ziehklingen, besteht die Möglichkeit, das Abschreckmedium 2 über eine Kühleinrichtung 20 zuzuführen. Weiterhin können die Preßplatten 4 aus einem Werkstoff geringerer Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise einem keramischen Werkstoff, gefertigt werden, wodurch die Abschreckwirkung im durch die Preßplatten 4 abgedeckten Bereich des Stahlbleches 3 wesentlich vermindert werden kann.
-
- 1 Warmbad
- 2 Abschreckmedium
- 3 Stahlblech
- 4 Preßplatte
- 5 Achse
- 6 Verdrängungseinrichtung
- 7 Steg
- 8 Seitenblech
- 9 Wand
- 10 Drehpunkt
- 11 Begrenzungsblech
- 12 Leitelement
- 13 Hebel
- 14 Gestänge
- 15 Arbeitszylinder
- 16 Hebel
- 17 Gestänge
- 18 Arbeitszylinder
- 19 Durchflußöffnung
- 20 Kühleinrichtung
- 21 Tauchkreiselpumpe
- 22 Leitung
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RIN1 | Information on inventor provided before grant (corrected) |
Inventor name: HERLT, CHRISTIAN, DIPL.-ING. Inventor name: SCHROEDER, MANFRED, DR. Inventor name: RADTKE, WOLFGANG, ING. |