EP0302295B1 - Halterung zur partiellen Wärmebehandlung von Werkzeugen in Öfen - Google Patents

Halterung zur partiellen Wärmebehandlung von Werkzeugen in Öfen Download PDF

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EP0302295B1
EP0302295B1 EP88111579A EP88111579A EP0302295B1 EP 0302295 B1 EP0302295 B1 EP 0302295B1 EP 88111579 A EP88111579 A EP 88111579A EP 88111579 A EP88111579 A EP 88111579A EP 0302295 B1 EP0302295 B1 EP 0302295B1
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furnaces
holder
heat treatment
heat
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EP88111579A
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Helmut Lohse
Oskar Bohländer
Hans Sverka
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Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Degussa GmbH
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0006Details, accessories not peculiar to any of the following furnaces
    • C21D9/0025Supports; Baskets; Containers; Covers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/22Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for drills; for milling cutters; for machine cutting tools

Definitions

  • the invention relates to a metal holder provided with blind holes for partial heat treatment of tools having a work area and a clamping area in furnaces with homogeneous heat distribution in the interior of the furnace, in particular for vacuum chamber furnaces with pressurized gas quenching.
  • Drills, milling cutters, reamers and similar tools have a clamping area with which they are fastened in the machine tool chucks and a working area with which the machining operations are carried out. Due to the different requirements for these areas, they must also have different properties, such as strength. It is therefore possible to manufacture these tools from two different materials or to subject the two areas to different heat treatments. In the case of a uniform material, it is necessary to use partial heat treatments that only harden the work area and thus give it a longer service life, while the clamping area should retain the original technological properties as far as possible.
  • a furnace for partial heat treatment of tools which has a working area and a clamping area.
  • the clamping area of the tools is fastened in a holder, which is insulated and / or cooled during the heat treatment, so that only the working area is heated above the material-specific transition temperature and then quenched, while the clamping area is at an essentially the same temperature level during the heating. and quenching treatment remains.
  • the tools with their clamping area are inserted into holes in the plate-shaped holder, which is insulated from the furnace space and cooled from the underside.
  • This furnace has the disadvantage that there are inevitable considerable temperature differences between the working and clamping area of the tools during heating and quenching, which lead to different stress conditions in the material and can give rise to dimensional and shape changes.
  • DE-OS 33 13 651 describes a furnace for partial heat treatment of tools, in which the holders are integrated in a plate made of heat-insulating material, which divides the usable space of the furnace into two separate heating rooms, which in turn are heated to different heights via separable heating elements can be.
  • the object is achieved in that it is surrounded all around with only the openings of the blind holes sparing thermal insulation that the mass of the holder is so large that it can absorb enough heat during the heating period to the temperature of the clamping area To keep tools below the transition temperature, and that the blind holes are designed so that a good heat transfer between the holder and tool can take place.
  • the heat flowing from the working area of the tools into the clamping area is dissipated into the metal holder, into which no heat can flow from the interior of the furnace due to the thermal insulation on all sides.
  • the mass of the holder must be so large that so much heat can be absorbed during the heating that the temperature of the clamping area of the tools remains below the transition temperature.
  • the holder acts as a heat accumulator, from which heat flows into the clamping area of the tools and thus causes a much slower cooling. As a result, there are no disruptive structural changes in the clamping area, which largely eliminates susceptibility to breakage of the tools in the transition zone between the clamping area and the working area during use.
  • the blind holes for inserting the clamping area of the tools must be designed so that good heat transfer can take place between the holder and the tool.
  • the brackets are preferably made of heat-resistant steels, their dimensions depend on the diameter and the number of tools to be treated. So much material must be available around the respective blind holes that, due to the heat absorption during heating, the temperature in the clamping area does not rise above the transformation temperature.
  • insulation material in particular graphite felt.
  • the thickness of the insulation layer depends on the furnace and process parameters in the heat treatment. Usually it is in the range of 20 to 50 mm. In practice it has been shown that at temperatures in the working range of the tools of 1200 ° C, the temperatures in the clamping range are 900 to 1000 ° C. After quenching, tools are obtained which show only a very minimal susceptibility to breakage in the transition zone between the work area and the clamping area.
  • the holder which is thermally insulated on all sides has the advantage that it can be used in practically all heat treatment furnaces, in particular also in vacuum furnaces and inert gas furnaces which are heated on all sides.
  • the holder consists of a steel plate (1) which has several blind holes (2) for receiving the clamping area (3) of tools (4). Except for the opening of the blind holes (2), the steel plate (1) is surrounded all around by a layer (5) of thermal insulation material.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine mit Sacklöchern versehene, metallische Halterung zur partiellen Wärmebehandlung von einen Arbeitsbereich und einen Einspannbereich aufweisenden Werkzeugen in öfen mit homogener Wärmeverteilung im Ofeninnenraum, insbesondere für Vakuumkammeröfen mit Druckgasabschreckung.
  • Bohrer, Fräser, Reibahlen und ähnliche Werkzeuge besitzen einen Einspannbereich, mit dem sie in den Werkzeugmaschinenfuttern befestigt sind, und einen Arbeisbereich, mit dem die Bearbeitungsvorgänge durchgeführt werden. Aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen an diese Bereiche müssen sie auch unterschiedliche Eigenschaften, wie zum Beispiel Festigkeiten, aufweisen. Man kann diese Werkzeuge daher aus zwei verschiedenen Materialien fertigen oder die beiden Bereiche einer unterschiedlichen Wärmebehandlung unterziehen. Bei einem einheitlichem Material ist es notwendig, partielle Wärmebehandlungen anzuwenden, die nur den Arbeitsbereich härten und damit eine höhere Standzeit verleihen, während der Einspannbereich die ursprünglichen technologischen Eigenschaften möglichst beibehalten soll.
  • Aus der DE-OS 31 11 218 ist ein Ofen zur partiellen Wärmebehandlung von Werkzeugen bekannt, die einen Arbeitsbereich und einen Einspannbereich aufweisen. Dazu wird der Einspannbereich der Werkzeuge in einer Halterung befestigt, die während der Wärmebehandlung isoliert und/oder gekühlt ist, so daß nur der Arbeisbereich über die materialspezifische Umwandlungstemperatur erhitzt und anschließend abgeschreckt wird, während der Einspannbereich auf einem im wesentlichen gleichen Temperaturniveau während der Heiz- und Abschreckbehandlung verbleibt. Dazu stecken die Werkzeuge mit ihrem Einspannbereich in Bohrungen der plattenförmigen Halterung, die gegen den Ofenraum isoliert und von der Unterseite her gekühlt wird.
  • Dieser Ofen hat den Nachteil, daß es beim Aufheizen und bei der Abschreckung zwangsläufig zu erheblichen Temperaturdifferenzen zwischen Arbeits- und Einspannbereich der Werkzeuge kommt, die zu unterschiedlichen Spannungszuständen im Material führen und zu Maß- und Formänderungen Anlaß geben können.
  • In der DE-OS 33 13 651 wird ein Ofen zur partiellen Wärmebehandlung von Werkzeugen beschrieben, bei dem die Halterungen in eine Platte aus wärmeisolierendem Material integriert sind, die den Nutzraum des Ofens in zwei getrennte Heizräume unterteilt, die ihrerseits über abtrennbare Heizelemente unterschiedlich hoch aufgeheizt werden können. Hier benötigt man also spezielle Öfen mit beweglichen Verbindungsgliedern zwischen den einzelnen Heizelementen.
  • Es war Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mit Sacklöchern zum Einstecken versehene, metallische Halterung zur partiellen Wärmebehandlung von einen Arbeitsbereich und einen Einspannbereich aufweisenden Werkzeugen im Ofen mit homogener Wärmeverteilung im Ofeninnenraum zu konstruieren, insbesondere für Vakuumkammeröfen mit Druckgasabschreckung, mit der während der Aufheizperiode der Wärmebehandlung zwischen Einspannbereich und Arbeitsbereich der Werkzeuge eine möglichst geringe Temperaturdifferenz einstellbar ist, ohne den Einspannbereich über die materialspezifische Umwandlungstemperatur zu erhitzen, und bei der während der Abschreckperiode der Einspannbereich eine möglichst langsame Abkühlung erfährt.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie ringsum mit einer nur die Öffnungen der Sacklöcher aussparenden thermischen Isolierung umgeben ist, daß die Masse der Halterung so groß ist, daß sie während der Dauer des Aufheizens genügend Wärme aufnehmen kann, um die Temperatur des Einspannbereichs der Werkzeuge unterhalb der Umwandlungstemperatur zu halten, und daß die Sacklöcher so ausgebildet sind, daß ein guter Wärmeübergang zwischen Halterung und Werkzeug stattfinden kann.
  • Beim Aufheizen der Werkzeuge über die Umwandlungstemperatur wird die vom Arbeitsbereich der Werkzeuge in den Einspannbereich fließende Wärme in die metallische Halterung abgeführt, in die durch die allseitige thermsiche Isolierung keine Wärme vom Ofeninnenraum einfließen kann. Die Masse der Halterung muß so groß sein, daß während der Dauer des Aufheizens soviel Wärme aufgenommen werden kann, daß die Temperatur des Einspannbereichs der Werkzeuge unterhalb der Umwandlungstemperatur verbleibt. Beim Abschrecken des Arbeitsbereichs nach der Aufheizphase wirkt die Halterung dann als Wärmespeicher, aus dem Wärme in den Einspannbereich der Werkzeuge fließt und so eine wesentlich langsamere Abkühlung bewirkt. Im Einspannbereich treten dadurch keine störenden Gefügeänderungen auf, wodurch Bruchanfälligkeiten der Werkzeuge in der übergangszone zwischen Einspann- und Arbeitsbereich während des Arbeitseinsatzes weitestgehend beseitigt werden.
  • Die Sacklöcher zum Einstecken des Einspannbereichs der Werkzeuge müssen so ausgebildet sein, daß ein guter Wärmeübergang zwischen Halterung und Werkzeug stattfinden kann. Die Halterungen bestehen vorzugsweise aus wärmebeständigen Stählen, ihre Abmessungen sind abhängig vom Durchmesser und der Anzahl der zu behandelnden Werkzeuge. Rings um die jeueiligen Sacklöcher muß soviel Material vorhanden sein, daß infolge,der Wärmeaufnahme während des Aufheizens die Temperatur im Einspannbereich nicht über die Umwandlungstemperatur steigt.
  • Als Isolationsmaterial kommen alle bekannten hochtemperaturbeständigen Werkstoffe zur Anwendung, insbesondere Graphitfilz. Die Dicke der Isolationsschicht richtet sich nach den Ofen-und Verfahrensparametern bei der Wärmebehandlung. Normalerweise liegt sie im Bereich von 20 bis 50 mm. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß bei Temperaturen im Arbeitsbereich der Werkzeuge von 1200°C die Temperaturen im Einspannbereich bei 900 bis 1000°C liegen. Nach dem Abschrecken erhält man Werkzeuge, die nur noch eine sehr minimale Bruchanfälligkeit in der übergangszone zwischen Arbeitsbereich und Einspannbereich zeigen.
  • Die allseits thermisch isolierte Halterung hat den Vorteil, daß sie in praktisch allen Wärmebehandlungsöfen verwendet werden kann, insbesondere auch in Vakuumöfen und Inertgasöfen, die allseitig beheizt werden.
  • Die Abbildung zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Halterung in beispielhafter Ausführungsform im Längsschnitt. Die Halterung besteht aus einer Stahlplatte (1), die mehrere Sacklöcher (2) zur Aufnahme des Einspannbereichs (3) von Werkzeugen (4) aufweist. Bis auf die Öffnung der Sacklöcher (2) ist die Stahlplatte (1) ringsum von einer Schicht (5) aus thermischen Isolationsmaterial umgeben.

Claims (1)

1. Mit Sacklöchern zum Einstecken versehene, metallische Halterung zur partiellen Wärmebehandlung von einen Arbeitsbereich und einen Einspannbereich aufweisenden Werkzeugen in Öfen mit homogener Wärmeverteilung im Ofeninnenraum, insbesondere für Vakuumeinkammeröfen mit Druckgasabschreckung, dadurch gekennzeichnet, daß sie ringsum mit einer nur die öffnungen der Sacklöcher (2) aussparenden thermischen Isolierung (5) umgeben ist, daß die Masse der Halterung (1) so groß ist, daß sie während der Dauer des Aufheizens genügend Wärme aufnehmen kann, um die Temperatur des Einspannbereichs der Werkzeuge (4) unterhalb der Umwandlungstemperatur zu halten, und daß die Sacklöcher (2) so ausgebildet sind, daß ein guter Wärmeübergang zwischen Halterung (1) und Werkzeug (4) stattfinden kann.
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