DD270089A1

DD270089A1 - METHOD FOR PRODUCING HARDWARE ON WORKPIECES BY MEANS OF ELECTRON BEAM

Info

Publication number: DD270089A1
Application number: DD31382488A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Panzer; Siegfried Schiller; Matthias Mueller; Karlheinz Arnold; Bodo Furchheim
Original assignee: Ardenne Forschungsinst
Priority date: 1988-03-21
Filing date: 1988-03-21
Publication date: 1989-07-19
Also published as: DE3908629A1

Abstract

Das Verfahren zur Erzeugung von Haertebahnen auf Werkstuecken mittels Elektronenstrahl dient der Haertung von begrenzten Flaechen auf Bauteilen, insbesondere der Laufbahnen von Waelzfuehrungselementen. Erfindungsgemaess wird der hochfrequent programmiert periodisch abgelenkte Elektronenstrahl im gesamten Strahleinwirkfeld in parallel zur Haertebahn begrenzten Teilfeldern derart zur Einwirkung gebracht, dass in den Teilfeldern die Energieuebertragungsdauer unterschiedlich ist.The method for producing Haertebahnen on workpieces by electron beam is the hardening of limited areas on components, in particular the tracks of Waelzfuehrungselementen. According to the invention, the periodically deflected electron beam which is programmed at high frequency is applied in the entire beam effect field in subfields delimited parallel to the hair path in such a way that the energy transmission time in the subfields is different.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Elektronenstrahlhärtung von begrenzten Flächen auf Bauteilen aus martensitisch härtbaren Eisenwerkstoffen, insbesondere der Laufbahnen von Wälzführungselementen.The invention relates to a method for electron beam hardening of limited areas on components of martensitic curable iron materials, in particular the raceways of Wälzführungselementen.

Characteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, Oberflächen von Bauteilen aus härtbaren Elsenwerkstoffen mittels Energiestrahlen wie Elektronen- oder Laserstrahlen zu härten. Bei Einsatz fokuesiertor hochfrequent abgelenkter Elektronenstrahlen zur Energieübertragung ist es möglich, eine übar den größten Teil der Härtebahnbreite konstante Härtetiefe zu erreichen. Lediglich in mit der Härtetiefe vergleichbaren Randzonen der Härtebahnen fällt die Härtetiefe monoton ab.It is known to harden surfaces of components made of curable Elsenwerkstoffen using energy beams such as electron or laser beams. When using fokuesiertor high frequency deflected electron beams for energy transfer, it is possible to achieve a übar the largest part of the hardness width constant hardness depth. Only in comparable with the depth of hardness edge zones of the hardness tracks, the depth of hardening drops monotonously.

Bei Wälzführungselnmenten entspricht die vom Elektronenstrahl zur Energieübertragung zugängige Bahnbreite gerade der Breite der von dot pern belasteten Abrollbahn. Unter extremen Belastungsbedingungen auf dem Prüfstand zeigte sich,In Wälzführungselnmenten accessible by the electron beam for energy transfer web width corresponds to the width of the dot pern loaded rolling track. Under extreme load conditions put to the test,

daß von den Bahr : . iusgehende und in Richtung der Bahnmitte fortschreitende Pittingbildung zunächst zur Schädigung der Abrollfläche <..., s<. c iSlich zur Rißbildung in dieser und letztendlich zum Abplatzen von Teilen der Härteschicht führt. Trotz zahlreicher technologischer Vorteile ist der Einsatz der Elektronenstrahlhärtung unter den gegebenen Bedingungen infrage gestellt. Eine mögliche wesentliche Erhöhung der Härtetiefe wäre mit erhöhtem Energieeintrag und daraus resultierenden Nachteilen verbunden.that of the Bahr:. Initial pitting, proceeding in the direction of the middle of the web, initially to damage the rolling surface <..., s <. c leads to cracking in this and ultimately to chipping off parts of the hardening layer. Despite numerous technological advantages, the use of electron beam curing under the given conditions is called into question. A possible significant increase in the hardness depth would be associated with increased energy input and the resulting disadvantages.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, den dargelegten Mangel bei der Elektrone istrahlhärtung der Laufbahnen von Wälzführungselementen zu überwinden.The object of the invention is to overcome the stated deficiency in the electron beam hardening of the raceways of Wälzführungselementen.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Elektronenstrahlhärtung von begrenzten Flächen auf Bauteilen, insbesondere von Laufbahnen von Wälzführungselementen anzugeben. Die so erzeugten Härtebahnen sollen sich an den Rändern durch erhöhte Belastbarkeit auszeichnen.The invention has for its object to provide a method for electron beam curing of limited areas on components, in particular of raceways of Wälzführungselementen. The hardness sheets thus produced should be characterized by increased resilience at the edges.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch isotherme Energieübertragung mittels eines hochfrequent programmiert ablenkbaren Elektronenstrahls dadurch gelöst, daß der Elektronenstrahl vorzugsweise unter Wahrung der isothermen Energieübertragung im gesamten Strahleinwirkfeld in parallel zur Härtebahn verlaufenden streifenförmigen Teilfetdern zur Einwirkung gebracht wird. Dabei ist die Energieübertragungsdauer in den am Bahnrand liegenden Teilfeldern größer als in denen in der Bahnmitte. Die Teilfelder sind in Werkstückbewegungsrichtung vorzugsweise so zueinander angeordnet, daß sie über die gesamte Breite eine gemeinsame Erwärmungsfront bilden.According to the invention, the object is achieved by isothermal energy transmission by means of a high-frequency programmable deflectable electron beam in that the electron beam is preferably brought into effect while maintaining the isothermal energy transfer in the entire Strahlwirkwirkfeld in parallel to the hardness web extending strip-shaped Teilfetdern. In this case, the energy transmission duration is greater in the partial fields lying on the edge of the track than in those in the middle of the track. The sub-fields are preferably arranged in the workpiece movement direction to each other so that they form a common heating front over the entire width.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß der fokussierte Elektronenstrahl senkrecht zur Härtebahnrichtung nach einer hochfrequent zeitlinearen Ablenkfunktion, der eine dem Abstand des Teilfeldes zur Härtebahnmitte entsprechende programmierte Ablenkung überlagert ist und mit einer der Teilfeldbreite entsprechenden Amplitude und in Werkstückbewegungsrichtur.q dem Teilfeld zugeordnet programmiert abgelenkt wird und daß der Elektronenstahl im periodischen Wechsel in den Teilfeldern auf dem Werkstück einwirkt.An advantageous embodiment of the method is that the focused electron beam perpendicular to the hardness direction for a high-frequency linear deflection function, which is a the distance of the subfield to hardness middle center corresponding programmed deflection superimposed and programmed with one of the subfield width corresponding amplitude and Werkstückbewegungsrichtur.q the subfield is deflected and that the electron beam acts in periodic change in the subfields on the workpiece.

-2- 270 084-2- 270 084

Autführungsbelsplel

Die zugehörige Zeichnung zeigt inThe accompanying drawing shows in

Fig. 1: eine Draufsicht auf ein mit einer Härtebahn zu versehendes Wälzführungselement mit einem Strahlablenkfeld, Fig. 2: einen Querschnitt durch das V vkstück.1 shows a plan view of a rolling guide element to be provided with a hardening path with a beam deflection field, FIG. 2 shows a cross section through the v piece.

Das in Fig. 1 dargestellte Wälzführungselement ist über die Breite einer Laufbahn 2 zu härten. Dazu wird der Elektronenstrahl in einem U-förmlgen Strahlablenkfeld 3 auf dem in Pfeilrichtung relativ zum Strahlablenkfeld bewegten Wälzführungselement 1 zur Einwirkung gebracht. Das Strahlablenkfeld 3 besteht aus zwei gleichbreiten streifenförmigen f eilfeldern 3.1 und 3.4 an den Bahn, ändern und den streifenförmlgen Teilfeldern 3.2 und 3.3 In Bahnmitte. Die Teilfelder 3.2 und 3.3 haben die gleiche Breite und den vierten Teil der Länge der Teilfelder 3.1 und 3.4. Nach den bekannten Regeln der isothermen Energieübertragung ist in diesem Fall auf die Teilfelder 3.1 und 3.4 doppelt soviel Energie zu übertragen, wie auf die Teilfelder 3.2 und 3.3 Innerhalb eines jeden Teilfeldes Ist Im Zeitmittel eine zum Temperaturgradienten an der Oberfläche proportionale Energiedichte zu übertragen. Dies erfolgt in der Weise, daß der Elektronenstrahl senkrecht zur Bewegungsrichtung des Wälzführungselements 1 mit einer Frequenz von ä 100 kHz zeitlinear periodisch abgelenkt und dieser Ablenkung ein der Lage der jeweiligen Teilfeldmitte entsprechend programmlerbaror Ablenkwert überlagert wird und in dieser Bewegungsrichtung der Elektronenstrahl dem jeweiligen Teilfeld zugeordnet programmiert abgelenkt wird. Durch Wahl der Taktfrequenz der programmierten Ablenkung gleich der doppelten Frequenz der linear periodischen Ablenkung werden ven Elektronenstrahl periodisch nacheinander Spuren durchlaufen. Die Teilfelder 3.1 und 3.4 haben 16 Spuren und die Teilfelder 3.2 und 3.3 8 Spuren. Die Teilfelder werden in der Reihenfolge 3.1,3.2,3.3,3.4,3.3,3.2,3.1 durchlaufen. Im y-Hinlauf werden die ungeradzahligen Spurnummern und Im y-Rücklau^f die geradzahligen Spurnummern abgearbeitet, wobei die Laufrichtung in x-Richtung von einem Teilfeld zum nächsten jeweils umgekehrt wird. Der beschriebene Ablenkzyklus wird so lange wiederholt, wie sich das Wälzführungselement 1 im Eingriff des Strahlablenkfeldes befindet. Die Strahlleistung wird dabei so eingestellt, daß die Im Strahlablenkfeld liegende Oberfläche des Wälzführungselements 1 die gewünschte Oberflächentemperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur annimmt.The rolling guide element shown in Fig. 1 is to harden over the width of a raceway 2. For this purpose, the electron beam is brought into action in a U-shaped beam deflection field 3 on the rolling guide element 1 moved in the direction of the arrow relative to the beam deflection field. The Strahlablenkfeld 3 consists of two equal stripe-shaped f eilfeldern 3.1 and 3.4 to the web, change and the strip-shaped subfields 3.2 and 3.3 In the middle of the track. Subfields 3.2 and 3.3 have the same width and the fourth part of the length of subfields 3.1 and 3.4. According to the known rules of isothermal energy transfer is in this case to the subfields 3.1 and 3.4 to transfer twice as much energy as to the subfields 3.2 and 3.3 Within each subfield is in the time average to transmit a temperature gradient on the surface proportional energy density. This is done in such a way that the electron beam is deflected periodically periodically perpendicular to the direction of movement of the Wälzführungselements 1 with a frequency of ä 100 kHz and this deflection is superimposed on the position of the respective subfield center according to programmlerbaror deflection and programmed in this direction of movement of the electron beam associated with the respective subfield is distracted. By choosing the clock frequency of the programmed deflection equal to twice the frequency of the linear periodic deflection, the electron beam will pass through periodically one after the other. Subfields 3.1 and 3.4 have 16 tracks and subfields 3.2 and 3.3 have 8 tracks. The subfields are traversed in the order 3.1.3.2.3.3.3.4.3.3.3.2.3.1. In the y-trace, the odd-numbered track numbers and the y-return ^f the even-numbered track numbers are processed, the direction of travel in the x-direction being reversed from one subfield to the next. The deflection cycle described is repeated as long as the Wälzführungselement 1 is in engagement of the Strahlablenkfeldes. The beam power is adjusted so that the lying in the beam deflecting surface of the Wälzführungselements 1 assumes the desired surface temperature above the Austenitisierungstemperatur.

Das Ergebnis des Härteverfahrens ist schematisch in Fig. 2 anhand eines Querschnittes dargestellt. Die Härtezone 4 ist im Randbereich auf den etwa doppelten Wert gegenüber der Bahnmitte vertieft und die Tragfähigkeit der Härtebahn dadurch entsprechend erhöht.The result of the hardening process is shown schematically in FIG. 2 on the basis of a cross section. The hardness zone 4 is recessed in the edge region to about twice the value compared to the middle of the web and the load capacity of the hardness web is increased accordingly.

Das Verfahren ist bei entsprechender Anpassung der Strahlführungsbedingungen auch zur Realisierung anderer Härteaufgaben rr>H vo.-n Ausführungsbtlspiel verschiedenem Härteschicht-Tiefenprofil anwendbar.With appropriate adaptation of the beam guidance conditions, the method can also be used for the realization of other hardening tasks rr> H vo.-n Ausführungsbtlspiel various hardness layer depth profile.

Claims

1. A process for the production of hardness webs on workpieces by electron beam using the isothermal energy transmission by high-frequency programmed periodic beam deflection, characterized in that the electron beam is applied while maintaining the isothermal energy transfer conditions in the entire beam field in parallel to the hardness path limited subfields so that the Energy transfer duration in the subfields or in a part thereof is different.

2. The method according to claim 1, characterized in that the energy transfer time is greater in the edge fields of the hardness web than in the middle of the track.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the sub-fields are arranged to each other so that they form a common heating front over the entire width of the web.