DE2107355C3

DE2107355C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Harten von mit radialen Vorsprangen versehenen, scheiben bzw ringförmigen Stanzteilen, insbesondere Federscheiben

Info

Publication number: DE2107355C3
Application number: DE2107355A
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef 5820 Gevelsberg Overkott
Original assignee: FA PAUL FERD PEDDINGHAUS 5820 GEVELSBERG
Current assignee: FA PAUL FERD PEDDINGHAUS 5820 GEVELSBERG
Priority date: 1971-02-16
Filing date: 1971-02-16
Publication date: 1973-10-31
Also published as: SE368421B; NL7110396A; FR2125831A5; AT323782B; ES393799A1; GB1311627A; DE2107355A1; DE2107355B2; US3737609A

Description

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- tisches Wechselfeld erzeugen, wobei die Werkstücke rens nach einem oder mehreren der Ansprüche I 35 in Führungen durch dieses Wechselfeld hindurchbis 6, gekennzeichnet durch einen die Stanzteile gleiten, können keine gleichmäßige Temperaturmindestens auf Härtetemperatur erhitzenden verteilung erzielen. Das gleiche gilt schließlich auch Querfeld-Induktor (7) sowie einen die radialen für nierenförmige, quadratische oder ungleichförmige Vorsprünge (6) der Stanzteile (4) in konzen- Induktorformen mit und ohne Konzentratoren. Allen trischer Anordnung elektrisch leitend miteinander 40 durchgeführten Versuchen mit induktiver Erhitzung verbindenden Kontaktring (12). ist somit der Nachteil gemeinsam, daß eine gleich-

8. Vorrichtung nach Anspruch 7. dadurch ge- mäßige Temperaturverteilung über die Werkstücke kennzeichnet, daß der Kontaktring (12) in einer in zufriedenstellender Weise nicht erreicht werden zum Verformen und Abschrecken der Stanz- kann, vielmehr auch weiterhin noch lange Erhitzungsteile (4) dienenden Presse (IS) angeordnet ist. 45 zeiten notwendig sind, was zur Kornvergröberung

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge- und nachteiliger Oberflachenveränderung führt,
kennzeichnet, daß der Kontaktring (12) einerseits Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bean einem Axialdrucklager (14) abgestützt und steht nun darin, ein zum Härten von mit radialen andererseits mit einem drehbaren Zentrierkolben Vorsprüngen versehenen scheiben- bzw. ringförmigen

(13) verbunden ist und daß das Axialdrucklager 50 Stanzteilen, insbesondere Federscheiben, geeignetes

(14) und der Kontaktring (12) in der Presse (15) Verfahren vorzuschlagen, das eine gleichmäßige axial verschiebbar gelagert sind. Temperaturverteilung und damit eine Qualitätssteige-

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, rung der Werkstücke ermöglicht. Diese Aufgabe wird dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierkolben erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während des (13) zentrisch in einer mit einer Gegenmatrize 55 induktiven Erhitzens der Stanzteile auf Härtetempe-(16) zusammenwirkenden Matrize (17) gelagert ist. ratur die radialen Vorsprünge zum Erzeugen eines

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren Induktionsquerfeldes und damit gleichmäßigen Erder Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, wärmen der Stanzteile elektrisch leitend miteinander daß in den Matrizen (16,17) vertikale Kanäle (18, verbunden werden. Die radialen Vorsprünge werden 19) und damit in Verbindung stehende Ring- 60 also lediglich kurzgeschlossen, wodurch bei entkanäle (20) vorhanden sind. sprechend ausgebildeten Induktorästen im Werkstück

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren ein derartiges Induktionsquerfeld aufgebaut wird, der Ansprüche 7 bis 11, gekennzeichnet durch daß trotz der unterschiedlichen Querschnittsflächen ein die Verformungs- und Härtetemperatur trag- in den einzelnen Bereichen des Werkstücks eine heitslos und berührungsfrei messendes Tempc- 65 gleichmäßige Erwärmung gewährleistet wird. Das raturmcßgerät (23). Induktionsquerfeld wird in seiner Ausdehnung durch

die jeweilige Form des Induktors begrenzt, der ansonsten aber beliebig gestaltet sein kann. Dabei

wird möglichst ein niederohmiger Induktor verwendet und der Kopplungsabstand so eng wie möglich gehalten. Mit Hilfe des erfindungsgemäfien Verfahrens können Werkstücke der eingangs genannten Art in großer Stückzahl und kürzester Zeit absolut gleichmäßig erwärmt werden, so daß die Fertigungszeiten solcher Stanzteile wesentlich verkürzt werden.

Durch die USA.-Patentschrift 2 426 053 ist zwar bereits eia Verfahren zum induktiven Erhitzen von Werkstücken vorgeschlagen, wobei Teile des Werk-Stücks während des Erhitzens elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Dieses bekannte Verfahren bezweckt jedoch ein partielles Härten von Zahnrädern od. dgl. Teilen, wobei ein Teil des Umfangs gehärtet werden und ein anderer Teil weich bleiben soll. Da das Erwärmen der Werkstücke durch Ringinduktoren erfolgt, werden die nicht zu härtenden Zonen durch zwischen diesen vnd den Ringindukior angeordnete, elektrisch gut leitende Elemente vor Erhitzen auf Härtetempeiatur geschützt. Eine gleichmäßige Erwärmung und Temperaturverteilung wird bei dem bekannten Verfahren somit geradezu verhindert.

Die gleichmäßige Erwärmung der Werkstücke wird nach der. Erfindung noch dadurch begünstigt, daß die radialen Vorsprünge unter Druck elektrisch leitend miteinander verbunden werden und schließlich auch dadurch, daß die Stanzteile währerd des induktiven Erhitzens in Drehung versetzt werden. Dadurch wird überdies eine äußerst feine Gefügestruktur erzielt.

Das gesamte Verfahren wird schließlich noch dadurch erheblich vereinfacht, daß die Stanzteile in einer gleichzeitig zum Verformen und Abschrecken dienenden Presse in Drehung versetzt werden, wobei die Drehzahl vorzugsweise zwischen 50 und 500 U/min liegt. In dieser Presse weiden die Stanzteile zunächst über ihren gesamten Querschnitt gleichmäßig erwärmt und bei Erreichen der gewünschten Temperatur verformt und gleichzeitig abgeschreckt.

Zu einer beschleunigten Fertigung der Stanzteile trägt ferner auch bei, wenn die Härte- und Verformungstemperatur trägheitslos und berührungsfrei gemessen und durch die Temperaturmessung der Schmiede- und Abschreckvorgang automatisch ausgelöst werden.

Eine geeignete Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich durch einen die Stanzteile mindestens auf Härtetemperatur erhitzenden Induktor sowie einen die radialen Vor- so Sprünge der Stanzteile in konzentrischer Anordnung elektrisch leitend miteinander verbindenden Kontaktring aus. Der vorzugsweise in der zum Verformen und Abschrecken der Stanzteile dienenden Presse angeordnete Kontaktring, ist einerseits an einem axialen Drucklager abgestützt und andererseits mit einem drehbaren Zentrierkolben verbunden, wobei das Drucklager und der Kontaktring in der Presse axial verschiebbar sind.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine vollautomatische Arbeitsweise zum Herstellen von mit radialen Vorsprüngen versehenen Stanzteilen erzielt werden, wobei die Werkstücke der Presse im kalten Zustand zugeführt werden können, so daß sowohl pneumatische als auch magnetische Be- und Entladeeinrichtungen benutzt werden können.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt in jeweils schematischer Darstellung . _v

Fig.l eine Aufsicht auf e.n mit radialen Vor sprängen versehenes Stanzten in Gestalt e.ner Feder-

F^₂ den zum Erwärmen des Werkstücks dienenden Induktor mit dem konzentrisch angeordneten

_FTg?e?nen Schnitt durch die den Induktor aufnehmende Presse mit einer Obermatnze und einer Untermatrize. ,_:.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht das zu härtende Werkstück 4 aus einer Federscheibe mit einem äußeren geschlossenen Ringteil S und davon radial nach innen weisenden Zungen bzw. Vorsprangen 6-Das Werkstück 4 kann mit Hilfe eines Induktors 7 erwärmt werden. Zu diesem Zweck sind zwei entsprechend ausgebildete Induktoräste 8 und 9 oberhalb und unterhalb des Werkstücks 4 angeordnet. Um sowohl den äußeren Ringteil 5 als auch die radialen Vorsprünge 6 mit Hilfe des Induktors 7 gleichmäßig zu erwärmen, sind die Vorsprunge 6 an ihren inneren Enden 11 durch einen Kontaktnng 12 konzentrisch kurzgeschlossen, d. h. elektrisch leitend miteinander verbunden. Durch diesen Kontaktnng 1-kann in Verbindung mit den Induktorasten 8 und » im Werkstück 4 ein derartiges Induktionsquerfeld erzeugt werden, daß das gesamte Werkstück gleichmäßig erwärmt wird. Die Höhe der auf diese Weise gleichmäßig gehaltenen Temperatur richtet sich nach der Generatorleistung und der Induktorform.

Um die gleichmäßige Temperaturverteilung über das Werkstück 4 noch -veiter zu verbessern, wird der Kontaktring 12 zusammen mit dem Werkstück 4 m Umdrehung versetzt. Zu diesem Zweck ist der Kontaktring 12 gemäß F i g. 3 mit einem Zeutrierkolben 13 verbunden, der beispielsweise in der angegebenen Pfeilrichtung umlaufen kann. Auf seiner dem Zenirieikolben abgewandten Seite ist der Kontaktnng 12 an einem Axialdrucklager 14 abgestützt, über das er mit Druck auf die Endenil des Werkstucks 4 aufgesetzt werden kann. Wie weiterhin aus F i g. 3 hervorgeht, sind sowohl der Kontaktring 12, der Zentrierkolben 13 als auch das Axialdrucklager 14 in einer Presse 15 untergebracht, die gleichzeitig zum Verformen und zum Abschrecken des Werkstücks 4 dient. Zu diesem Zweck besteht die Abschreckpresse aus einer Obermatrize 16 und einer Untermatrize 17, in denen vertikale Kanäle 18, 19 mit Ringkanälen 20 für den Durchfluß eines Abschreckmittels angeordnet sind. Die Unterseite 21 der Obermatrize 16 und die Oberseite 22 der Untermatrize 17 sind trichterförmig, aber parallel zueinander verlautend ausgebildet, so daß beim Niedergehen der Obermatrize 16 bzw. beim Hochgehen der Untermatrize 17 das Werkstück 4 entsprechend abgewinkelt werden kann, sobald die Verformungstemperatur am Werkstück 4 erreicht ist. Die Verformungstemperatur kann beispielsweise mit Hilfe eines trägheitslos und berührungsfrei arbeitenden Temperaturmeßgerätes 23 gemessen werden.

Das Härten bzw. Fertigen des in F i g. 1 dargestellten Werkstücks geschieht auf folgende Weise:

Bei hochgefahrenem Kontaktring 12 wird das Werkstück 4 auf die Untermatrize 17 aufgelegt. Dunach wird der Kontaktring 12 über das Axialdrucklager 14 nach unten bewegt, bis der Kontaktring 12 mit Druck auf der Oberseite des Werkstücks 4 auf-

liegt, wobei dieses gleichzeitig durch den Ring 12 zentriert ist. Danach wird von der Seite her der Induktor 7 eingefahren und in Verbindung mit dem Kontaktring 12 ein gleichmäßiges Wechselfeld und damit eine gleichmäßige Erwärmung des Werkstücks 4 erzeugt. Während der Erwärmung wird das Werkstück 4 durch den Zentrierkolben 13 gedreht, und zwar mit einer Umlaufgeschwindigkeit zwischen vorzugsweise 50 und 500 U/min. Während des Erhitzens des Werkstücks wird die Temperatur durch das Temperaturmeßgerät 23 gemessen. Sobald die erforderliche Verformungstemperatur des Werkstücks 4 erreicht ist, gibt der Induktor 7 in der angegebenen Richtung das Werkstück 4 frei. Gleichzeitig senkt sich die Obermatrize 16, und gegebenenfalls wird die Untermatrize 17 angehoben, wobei beispielsweise durch die Kanäle 19 jeweils Abschreckmittel unter Druck zugeführt und durch die Kanäle 18 abgeführt wird, bis eine martensitische Aushärtung des gleichzeitig verformten Werkstücks 4 erfolgt ist. ao

Das Abschreckmittel kann auch durch die Kanäle 18 zugeführt und durch die Kanäle 19 abgeführt werden. Zur Erzielung eines ausreichenden Härteergebnisses sind die Ringkanäle 20 von besonderem Vorteil. Auch empfiehlt es sich, die Matrizen 16, 17 einzeln oder beide mit Wasser zu kühlen. Das Abschreckmittel richtet sich nach dem jeweils verwendeten Werkstoff der Werkstücke. Als Abschreckmittel kann Luft, Nebelgemisch, Wasser, Emulsion oder öl verwendet werden. Am besten eignet sich Luft, da hierbei das Werkstück sauber bleibt und somit ein Reinigungsprozeß gespart werden kann.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht nur auf _t das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist.' So braucht das Werkstück selbstverständlich nicht kreisförmig ausgebildet zu sein, vielmehr kann es jede beliebige Gestalt besitzen, wobei lediglich erforderlich ist, daß es Vorsprünge aufweist. Diese Vorsprünge bzw. Zungen brauchen auch nicht nach innen gerichtet zu sein, sondern können auch radial nach außen vorstehen. Auch die Ausbildung des Induktors und der Preßwerkzeuge können je nach den Erfordernissen anders als dargestellt ausgebildet sein. Ferner kann das Härten wahlweise von Hand oder automatisch nach der Härtetemperatur gesteuert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Es ist bekannt, scheiben- bzw. ringförmige Stanz- Patentansprüche: teile mit radialen Vorspriingen, die beispielsweise als Federscheiben, Federbleche, Sicherungsscheiben,

1. Verfahren zum Härten von n.it radialen Sicherungsringe od. dgl. ausgebildet sein können, im Vorsprüngen versehenen scheiben- bzw. ring- 5 großen Durchlaufofen langsam zu erwärmen. Nach förmigen Stanzteilen, insbesondere Federscheiben, dem Erwärmen werden die erhitzten Stanzteile zwidadurch gekennzeichnet, daß während sehen matrizenähnlichen Werkzeugen einer Presse des induktiven Erhitzens der Stanzteile auf Härte- — soweit erforderlich — plastisch verformt und temperatur die radialen Vorsprünge zum Erzeu- gleichzeitig abgeschreckt. Nach dem Verformen und gen eines induktionsquerfeldes und damit gleich- io Abschrecken in der Presse werden die Teile dann mäßigen Erwärmen der Stanzteile elektrisch paketweise zusammengespannt und auf eine beleitend miteinander verbunden werden. stimmte, die gewünschte Federhärte gewährleistende

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Temperatur angelassen. Das Erwärmen der Stanzteile kennzeichnet, daß die radialen Vorsprünge unter nach dem Durchlaufverfahren bedingt sehr lange Druck elektrisch leitend miteinander verbunden 15 Erwärmungszeiten. Hinzu kommt, daß in solchen werden. Durchlaufofen oft ungleichmäßige Temperaturen

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch herrschen, die ein gleichmäßiges Erwärmen der gekennzeichnet, daß die Stanzteile während des Stanzteile unmöglich machen. Ein weiterer erhebinduktiven Erhitzens in Drehung versetzt werden. licher Nachteil der bekannten Durchlaufofen ist

4. Verfahren nach einem oder mehreren der 20 darin zu sehen, daß diese einen großen Platzbedarf Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß haben.

die Stanzteile in einer gleichzeitig zum Verformen Man hat daher schon lange versucht, das umständ-

und Abschrecken der Stanzteile dienenden Presse liehe und unwirtschaftliche Erwärmen von Stanzteilen in Drehung versetzt werden. in Durchlauföfen durch induktive Heizverfahren zu

5. Verfahren nach einem oder mehreren der 25 verbessern. Bedingt durch die spezielle Konstruktion Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu härtenden Stanzteile mit einer geschlossenen die Drehzahl zwischen 50 und 500 U/min liegt. Ringfläche und radialen Vorspriingen kann aber auch

6. Verfahren nach einem oder mehreren der beim induktiven Erhitzen der Teile eine ungleich-Ansprüchc 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mäßige Erwärmung nicht restlos beseitigt werden, die Härte- und Verformungstemperatur trägheits- 30 Das ist sogar dann der Fall, wenn die Induktoren los und bciührungsfrei gemessen und durch die eine das Erwärmungsfeld beeinflussende Form erhal-Temperaturmessung der Schmiede- und Ab- ten oder die Werkstücke in Drehung versetzt werden. schreckvor}i;ing automatisch ausgelöst werden. Selbst Induktoren, die ein sehr flaches, fast quadra-