SE504475C2

SE504475C2 - Method of manufacturing flat, annular steel products with a hardness exceeding 60 HRC

Info

Publication number: SE504475C2
Application number: SE9502187A
Authority: SE
Inventors: Karl-Erik Lidh
Original assignee: Uddeholm Steel Strip
Priority date: 1995-06-16
Filing date: 1995-06-16
Publication date: 1997-02-17
Also published as: SE9502187L; WO1998025739A1; SE9502187D0

Abstract

In a method of manufacturing annular products of a material belonging to the group of materials which consist of metallic materials, ceramic materials and composite materials with metallic or ceramic materials as the main component, a tubular blank (7) of any of said materials is rotated around the centre axis (8) of the blank, at the same time as at least one high-pressure water jet (12, 13) is directed towards the rotating blank in a radial plane at right angles to the axis of rotation, so that a groove is formed in said radial plane, which groove extends from the outer circumference of the blank at least as far as adjacent to the inner cavity of the blank, following which cutting into separate rings is accomplished.

Description

504 475 2 10 15 20 25 30 35 1. Den inre, plåtklädda rörväggen är betecknad 3. Ett lock är betecknat 4. I denna helt tillslutna kapsel ﬁnns en helt densiﬁerad kropp 2, som framställts genom kompaktering av metallpulver av härdbart specialstål, företrädesvis snabbstål, eventuellt kvalificerat verktygsstål, som kan härdas till en hårdhet överstigande 60 HRC. Till exempel kan man använda ett snabbstål med följande nominella sammansättning: 1.27 C, 4.2 Cr, 5.0 Mo, 6.4 W, 3.1 V rest väsentligen endast jäm och oundvikliga föroreningar. Pulvret har framställts genom att en smältastråle har fragmenterats till små droppar, som har fått stelna enligt i och för sig känd teknik. De små stålpartiklarna har därefter fyllts i kapseln 1 och packats genom vibrering så tätt som möjligt. Därefter har kapseln förseglats med det ringformade locket 4, varefter luften evakuerats. För densifiering av kapseln med dess innehåll till en helt tät kropp 2 kan olika tekniker tänkas, såsom stegsmidning eller extrudering, tekniker som emellertid är opraktiska i detta sammanhang. I stället används företrädesvis följande, i och för sig kända teknik. Denna teknik består i korthet av att den pulverfyllda kapseln 1 kallkompakteras för att öka kontaktytorna mellan pulver- partiklama. Detta kan ske t.ex. vid ett tryck överstigande 2000 bar, företrädesvis överstigande 3000 bar. Därefter placeras kapseln i en ugn och värms till en temperatur överstigande 900°C, företrädesvis överstigande 1000°C och lämpligen överstigande l100°C och hålls vid denna temperatur så länge att hela pulverkroppen i kapseln genomvänns. Därefter kompakteras den vännda kapseln med sitt innehåll vid så högt tryck att pulverkroppen kompakteras till ﬁallständig täthet. Detta utförs enligt den föredragna tekniken genom vannisostatisk kompaktering vid ett tryck överstigande 900 bar, t.ex. vid 1000 bar. 504 475 2 10 15 20 25 30 35 1. The inner, sheet-metal-clad pipe wall is designated 3. A lid is designated 4. In this completely closed capsule there is a completely densified body 2, which is produced by compacting metal powder of hardenable special steel, preferably high-speed steel. , possibly qualified tool steel, which can be hardened to a hardness exceeding 60 HRC. For example, one can use a high-speed steel with the following nominal composition: 1.27 C, 4.2 Cr, 5.0 Mo, 6.4 W, 3.1 V left essentially only even and unavoidable impurities. The powder has been prepared by fragmenting a melt jet into small droplets, which have been allowed to solidify according to a technique known per se. The small steel particles have then been filled into the capsule 1 and packed by vibration as tightly as possible. Thereafter, the canister has been sealed with the annular lid 4, after which the air is evacuated. For densifying the capsule with its contents into a completely dense body 2, various techniques are conceivable, such as step forging or extrusion, techniques which, however, are impractical in this context. Instead, the following techniques, known per se, are preferably used. In short, this technique consists of the powder-filled capsule 1 being cold-compacted in order to increase the contact surfaces between the powder particles. This can happen e.g. at a pressure exceeding 2000 bar, preferably exceeding 3000 bar. The capsule is then placed in an oven and heated to a temperature exceeding 900 ° C, preferably exceeding 1000 ° C and preferably exceeding 100 ° C and maintained at this temperature until the whole powder body in the capsule is used. Then the inverted capsule is compacted with its contents at such a high pressure that the powder body is compacted to ﬁ complete tightness. This is carried out according to the preferred technique by water isostatic compaction at a pressure exceeding 900 bar, e.g. at 1000 bar.

Den sålunda kompakterade kapseln 1 härdas genom uppvärmning i en ugn 5 till en temperatur över stålets austenitiseringstemperatur, hålls vid denna temperatur under så lång tid att hela kroppen 2 genomvänns, varefter kapseln 1 med innehåll avkyls så att kroppen 1 tar härdning, varefter den anlöps. Vid ovan nämnda typ av snabbstål är en lämplig austenitiseringstemperatur 1050-1 180°C. Släckningen av kroppen kan ske i varmbad vid ca 550° eller i luft eller olja. Anlöpningen utförs lämpligen vid en temperatur mellan 550 och 600°C. Genom denna behandling erhålls en hårdhet som gott och väl överstiger 60 HRC och typiskt även överstiger 65 HRC.The capsule 1 thus compacted is cured by heating in an oven 5 to a temperature above the austenitizing temperature of the steel, kept at this temperature for such a long time that the whole body 2 is used, after which the capsule 1 with contents is cooled so that the body 1 hardens, after which it is tempered. In the above-mentioned type of high-speed steel, a suitable austenitization temperature is 1050-1 180 ° C. The extinguishing of the body can take place in a hot bath at about 550 ° or in air or oil. The tempering is suitably carried out at a temperature between 550 and 600 ° C. Through this treatment a hardness is obtained which well exceeds 60 HRC and typically also exceeds 65 HRC.

Genom någon av närrmda, i och för sig kända tekniker, och företrädesvis genom den ovan närmare beskrivna metoden, erhålls sålunda ett rörformat; helt tätt, härdat och anlöpt ämne 7, som har kvar sin plåtklädnad både utvändigt och invändigt och som har en hårdhet överstigande 60 HRC. Ämnet 7 placeras i en ﬁxtur, steg C, i detta fall en svarv, och roteras omkring en central rotationsaxel 8 med en hastighet av minst 1000 10 20 25 30 35 3 504 475 r/rnin, företrädesvis minst 1500 r/min, samtidigt som en eller flera, skärande vattenstrålar 9, 10, som innehåller slipmedel, t, ex. sand, riktas mot ämnet 7 i plan vinkelräta mot rotationsaxeln 8. Företrädesvis riktas strålama 9, 10 radiellt mot rotationsaxeln 8.Thus, by any of the art known per se, and preferably by the method described in more detail above, a tubular shape is obtained; completely dense, hardened and tempered substance 7, which retains its sheet metal cladding both externally and internally and which has a hardness exceeding 60 HRC. The blank 7 is placed in an ,txture, step C, in this case a lathe, and is rotated about a central axis of rotation 8 at a speed of at least 1000 rpm, preferably at least 1500 rpm, while one or more cutting water jets 9, 10, which contain abrasives, e.g. sand, is directed towards the blank 7 in a plane perpendicular to the axis of rotation 8. Preferably, the rays 9, 10 are directed radially towards the axis of rotation 8.

Vattenstrålama 9, 10 har mycket hög hastighet och genereras ur munstycken 12, 13 vid ett tryck överstigande 3000 bar. Exempelvis har med framgång använts en utrustning som marknadsförs i Skandinavien av Kimtech AB, Järfälla och som marknadsförs under namnet Cash-Flow. Vidare ﬁnns en huv anordnad, icke visad, som omger den del av arbetsstycket som håller på att skäras för att undvika att sand och vatten stänker omkring.The water jets 9, 10 have a very high speed and are generated from nozzles 12, 13 at a pressure exceeding 3000 bar. For example, equipment that is marketed in Scandinavia by Kimtech AB, Järfälla and that is marketed under the name Cash-Flow has been used successfully. Furthermore, a hood is provided, not shown, which surrounds the part of the workpiece which is being cut to avoid sand and water splashing around.

Under inverkan av höghastighetsvattenstrålama 9, 10, som även på känt sätt innehåller sand eller annat slipmedel, bildas ca 1 mm tjocka snitt 14 i radialplan till rotationsaxeln 8.Under the influence of the high-speed water jets 9, 10, which also contain sand or other abrasive in a known manner, approx. 1 mm thick cuts 14 are formed in the radial plane of the axis of rotation 8.

Under denna skäroperation roteras ämnet 7 hela tiden med nämnda rotationshastighet.During this cutting operation, the blank 7 is constantly rotated at said rotational speed.

Skämingen med vattenstrålen/vattenstrålama fortsätter till dess man nått nästan, men inte helt fram till den inre kapselväggen 3. Denna operation tar 20-25 min, då det kompak- terade stålämnet utgörs av snabbstål med ovan nämnda sammansättning och ämnet 7 har en yttre diameter D = 200 mm och en inre diameter d = 125 mm.The cutting with the water jet (s) continues until one has reached almost, but not completely, the inner capsule wall 3. This operation takes 20-25 minutes, as the compacted steel blank consists of high-speed steel with the above-mentioned composition and the blank 7 has an outer diameter D = 200 mm and an inner diameter d = 125 mm.

När ett spår 14, eller eventuellt två spår 14 samtidigt framställts, ﬂyttas munstycket/ munstyckena 12, 13 ett stycke utmed kapselns 7 längd, varefter proceduren upprepas. På detta sätt bildas spår/snitt 14 på avstånd från varandra utmed kapselns 7 längd svarande mot önskad tjocklek på det färdiga ringformade ämnet. Avståndet mellan snitten 14 bör av praktiska skäl uppgå till minst 15 mm, men är normalt väsentligt större. Vid tillverkning av ämnen som är tunnare än 15 mm, flyttas därför eﬁer hand strålarna så att ämnena får önskad tjocklek, som kan vara ända ned till lmm. Någon övre gräns for de uppsnittade ämnenas tjocklek, dvs tjockleken mellan de plana sidoma, ﬁnns egentligen ej.When a groove 14, or possibly two grooves 14 are produced simultaneously, the nozzle (s) 12, 13 are moved a distance along the length of the canister 7, after which the procedure is repeated. In this way grooves / cuts 14 are formed at a distance from each other along the length of the capsule 7 corresponding to the desired thickness of the finished annular blank. The distance between the sections 14 should for practical reasons amount to at least 15 mm, but is normally significantly larger. When manufacturing blanks that are thinner than 15 mm, the beams are therefore moved by hand so that the blanks have the desired thickness, which can be as low as 1 mm. There is really no upper limit for the thickness of the cut blanks, ie the thickness between the flat sides.

På detta sätt fortsätter man att snitta upp ett stycke, eller eventuellt hela ämnet, utan att helt kapa det på detta stadium.In this way, you continue to cut up a piece, or possibly the whole subject, without completely cutting it at this stage.

I nästa steg, steg D, gör man ett ringfonnat snitt från det partiellt uppsnittade ämnet 7 mot utsidan på den första, delvis uppsnittade segmentet 16. Även i detta fall används en vattenstråle 17, som med hög hastighet sprutas ut ur ett munstycke 18, som är monterat på en hållare 19, som sakta roteras omkring en rotationsaxel 20,' som är koaxiell med ämnets 7 centrum .Vattenstrålen 17 är riktad parallellt med rotationsaxeln 20 nära ämnets 7 inre yta. Mer bestämt är strålen 17 riktad så att det ringfonnade spår som bildas av vattenstrålen 17 träﬂär det första snittet 14. Hållaren 19 med munstycket 18 roteras 504 475 4 10 förhållandevis långsamt, så att redan efter ett enda varv, ett antal ringformade segment 16 har lossats. Däreﬁer fortsätter proceduren, så att segment efter segment, eller grupper av segement, lösgöres och kan avlägsnas.In the next step, step D, an annular cut is made from the partially cut blank 7 towards the outside of the first, partially cut segment 16. Also in this case a water jet 17 is used, which is sprayed out of a nozzle 18 at high speed, which is mounted on a holder 19, which is slowly rotated about an axis of rotation 20, which is coaxial with the center of the blank 7. The water jet 17 is directed parallel to the axis of rotation 20 near the inner surface of the blank 7. More specifically, the jet 17 is directed so that the annular groove formed by the water jet 17 wood ﬂ is the first cut 14. The holder 19 with the nozzle 18 is rotated 504 475 4 relatively slowly, so that already after a single revolution, a number of annular segments 16 have been loosened. . There, the procedure continues, so that segment after segment, or groups of segments, are detached and can be removed.

I nästa steg, steg E, slipas det lossade segmentet, som bildar ett råämne 22 till den ring 23, Fig. 2 som skall framställas. Råämnet 22 planslipas på båda sidor genom så kallad dubbelsidig planslipning enligt i och för sig känd teknik, såsom illustreras i figuren.In the next step, step E, the loosened segment, which forms a blank 22 to the ring 23, Fig. 2 to be produced, is ground. The blank 22 is ground ground on both sides by so-called double-sided surface grinding according to a technique known per se, as illustrated in the figure.

Därefter ﬁnsvarvas hålet 24, steg F, båda sidorna poleras, steg G, och slutligen skärps den yttre kanten, steg H.Then turn the hole 24, step F, polish both sides, step G, and finally sharpen the outer edge, step H.

Det skall nämnas att uppﬁnningen kan modiﬁeras inom ramen För de efterföljande patentkraven. Sålunda är det i och för sig möjligt att kapa det rörförmade ämnet rakt av, dvs helt igenom rörväggen fram till det inre hålrummet.It should be mentioned that the invention can be modified within the scope of the appended claims. Thus, it is per se possible to cut the tubular blank straight off, ie completely through the tube wall to the inner cavity.

Claims

10 15 20 5 504 475 CLAIMS

1. l. Method of producing flat, annular steel products with a hardness exceeding 60HRC, characterized by inserting a high-speed steel powder into a tubular capsule (l), which is sealed, heated and subjected to compaction to completely densify the contents of the capsule to obtain a completely dense, still encapsulated, tubular substance, that the substance is cured and tempered to a hardness exceeding 60 HRC, that the tubular, cured substance is rotated about a central axis of rotation with a rotational speed of at least S00 r / min, while at least a high-pressure water jet is directed towards the rotating blank in a radial plane perpendicular to the axis of rotation, so that a groove is formed in said radial plane, which extends from the outer periphery of the blank to at least in the inner cavity of the nearest blank, to cut into separate, hardened annular blanks completed, and that the annular blank is surface ground and edge ground or turned externally and internally.

Method according to claim 1, characterized in that with the aid of said high-pressure water jet a groove is formed in said radial plane, which extends from the outer periphery of the blank to a distance from the inner cavity of the blank, and that cutting into a separate, curable, annular blank ﬁ is formed by directing a high-pressure water jet substantially axially towards the end of the blank some distance from and around the inner cavity of the blank, and thus forming an annular groove which reaches the radially shaped groove, thereby releasing the annular blank.