DE2843888A1

DE2843888A1 - Verfahren und vorrichtung zur oberflaechenbearbeitung und zum richten von werkstuecken

Info

Publication number: DE2843888A1
Application number: DE19782843888
Authority: DE
Inventors: Marcel Wahli
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-10-11
Filing date: 1978-10-07
Publication date: 1979-04-26
Also published as: GB2005167B; US4226111A; FR2405783B1; IT7828658A0; CH625433A5; CA1096150A; DE2843888C2; AT361273B; JPS5488839A; GB2005167A; BR7806666A; SU831057A3; IT1099363B; BE871147A; ATA703278A; ES473906A1; DE2858722C2; SE7810171L; NL7810238A; FR2405783A1

Description

Patentanwalt A Λ λ λ λ _λ Dipl.-lnn. Walter Jadcuch Λ O O Z ϋ |

7 Stuttgart N. Menzdtttal« ΊΟ

06. Okt. 1978

2843388

Marcel Wahli, Rümlang/Zürich

Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung und zum Richten von Werkstücken

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung zwecks Steigerung der Oberflächenhärte oder zum Richten von Werkstücken wie Stäben, Platten, Wellen, Barren oder dgl. aus Metall, wie Eisen und Werkzeug-Stahl, die durch Eigenspannungen des Materials oder durch mechanische, spanabhebende Bearbeitung, z.B. Fräsen, Bohren, Hobeln, Schleifen oder durch darauffolgende Härtevorgänge so stark gekrümmt wurden, dass sie für eine weitere Verwendung nicht mehr gebraucht werden konnten.

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Das Richten dieser Werkstücke erfolgt meist durch Hämmern der Werkstücke von Hand oder durch ein Ueberdehnen über die Strecklage hinaus, so dass das Werkstück nach der Zurückfederung die gewünschte Geradlinigkeit aufweist. Ein solches Hämmern oder Ueberdehnen verlangt grosse Fertigkeit und Erfahrung. Zu starke mechanische Bearbeitung kann zu Materialzerstörungen, z.B. Bruch oder Rissen führen. Zudem sind diese Arbeiten sehr arbeitsintensiv und die Ausschussquote kann sehr hoch sein.

Das Richten kann auch dadurch erfolgen, dass das gekrümmte Werkzeug einer örtlichen Erwärmung unterzogen wird, was an dieser Stelle zu einer Dehnung führt. Diese Erwärmung hat aber den Nachteil, dass das Werkstück an Härte verliert. Auch diese Bearbeitungsweise ist sehr arbeitsintensiv und nur geübte Arbeiter erzielen befriedigende Resultate.

Eine andere Möglichkeit, die Geradlinigkeit zu erzielen, besteht darin, die Vorbearbeitung des Werkstükkes vor der thermischen Behandlung unter Einschluss einer Materialzugabe vorzunehmen, um es dann nach dieser Behandlung auf das gewünschte Fertigmass und die Geradlinigkeit herunter zu schleifen. Diese Bearbeitungsweise ist ebenfalls sehr arbeitsintensiv, zudem erfordert sie Arbeit auf Maschinen mit teuren Maschinenstunden. Durch das Schleifen kann der thermische Effekt zum Teil wieder

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aufgehoben werden. Die Achsen von Querbohrungen des Werkstückes stehen schlussendlich nicht mehr im gewünschten Winkel zur Fluchtlinie des Werkstückes. Das Werkstück gilt als Ausschuss.

Aufgabe der Erfindung ist ein Richtverfahren und eine Vorrichtung zu dessen Ausführung, das eine rationelle Oberflächenbearbeitung oder Richten ohne Beeinflussung der Materialeigenschaften und Nennmasse gestattet.

Ueberraschenderweise wurde gefunden, dass eine Serie gezielter Schläge mit einem Schlagbolzen mit gekurvter Spitze und hoher Frequenz, über die zu behandelnde Oberfläche verteilt, ausgeübt, zum gesuchten Erfolg führt.

Zum Richten erfolgen die Schläge auf die Krümmungsinnenseite.

Zur Ausführung dieses Verfahrens eignet sich eine Vorrichtung, die erfindungsgemäss gekennzeichnet ist durch einen Ständer, an welchem beweg- und einstellbar ein Schlaghammeraggregat für kontinuierliche Schläge mittels Schlagbolzen mit gekurvter Spitze angeordnet ist, sowie eine starre Tischauflage für das Werkstück.

Vorteilhaft ist es, den Auflagetisch für das Werkstück direkt als Messtisch auszubilden, wobei eine effektive Messung nicht notwendig ist. Es genügt, eine

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Vergleichsmessung auszuführen, da das Ziel der Erfindung ein planer und geradliniger Verlauf der Oberfläche des Werkstückes ist.

. Der Auflagetisch kann deshalb eben sein, so dass eine Ungenauigkeit durch Kippen des Werkstückes oder durch einen Lichtspalt zu erkennen ist.

Als Vergleichsmessgerät eignet sich eine ebene Platte, welche mit einmündenden Luftkanälen ausgebildet ist, wobei diese Luftkanäle fluchtend und in gleichem Abstand angeordnet sind, jeder Luftkanal unter pneumatischem Druck steht und mit einem Anzeigegerät, das den Druckabfall als Folge durch den Gasaustritt anzeigt, verbunden ist. Jeder Luftkanal kann je an ein U-förmig gebogenes Rohr angeschlossen sein, das in seinem Innern teilweise mit einer, vorzugsweise gefärbten, Flüssigkeit gefüllt ist und dessen eines Ende luftdicht abgeschlossen und dessen anderes Ende einerseits mit einer Gasquelle und anderseits mit dem Luftkanal verbunden ist.

Anhand der Zeichnung, auf der ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Richten und Vergleichsmessen eines Werkstückes gezeigt ist, wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht auf ein noch nicht gerichtetes, auf einem Auflagetisch liegen-

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des Werkstück, mit dahinter angeordneter Messskala,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht auf eine Vorrichtung zum Richten von Wellen, mit
einem Prisma als Auflage,

Fig. 3 eine schematische Ansicht auf eine Luftspaltmesseinrichtung .

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In Fig. 1 ist das zu richtende langförmige Werkstück mit 1 bezeichnet. Die durch ein Härteverfahren verursachte Krümmung ist übertrieben gross gezeichnet. Effektiv handelt es sich um eine Krümmung gegenüber der Fluchtrichtung des Werkstückes von einigen zehntel Millimetern, z.B. O bis 0.8 mm auf 10 cm Länge· Diese Krümmung lässt sich durch Kippen des Werkstückes auf der ebenen Platte oder dem Auflagetisch 2 feststellen, und zwar nicht als Nennmass der Krümmung, sondern als Vergleichstest.

Zum Richten des Werkstückes erfolgt nun - wie die Fig. zeigt - ein Schlagen mittels des Schlagbolzens 3 des Schlaghammers 30 auf die K_rümmungsinnenseite, was bei Serieschlägen von geringer bis mittlerer Stärke ein Strecken der gekrümmten Oberfläche des Werkstückes ergibt.

Die Vorrichtung zum Durchführen des Richtverfahrens ist in Fig. 2 dargestellt. Am Ständer 4 ist auf- und abverstellbar der Schlaghammer 30 mit dem Schlagbolzen 3 angeordnet. Auf dem Auflagetisch 2 befindet sich ein Prisma 5 als Auflager für das Werkstück. Als Schlaghammer ist jedes Aggregat verwendbar, mit welchem ein kontinuierliches Schlagen mit Serieschlägen möglich ist. Der Schlag kann mittels Betätigung durch einen Nocken einer

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Antriebswelle, einer Federspannung des Schlagbolzens oder durch elektromagnetische Auslösung erfolgen. Zur Aufnahme von Schwingungen kann der Arbeitstisch der Vorrichtung auf Stossdämpfern 9 gelagert sein.

Zur Vergleichsmessung kann, nebst der bereits beschriebenen Kippmessung, eine spezielle, in den Auflagetisch 2 nach Fig. 1 eingebaute und anhand der Fig. 3 beschriebene Einrichtung dienen. Diese besteht aus einem U-förmig gebogenen Glasrohr 6, das teilweise mit einer gefärbten Flüssigkeit 60 gefüllt ist. Das eine Ende 66 des Glasrohres ist luftdicht abgeschlossen, das andere Ende 67 ist an die Luftleitung 7 angeschlossen. Von der Druckquelle 70 ist die Leitung über das Drosselventil 75 geführt. Ein Zweig der Leitung 7 führt über das Sicherheitsventil 76 zum Glasrohr 6, der andere Zweig zur Düse 72 im Auflagetisch 2. Die Düsen sind, wie in Fig. 1 skizziert, in einer Geraden verteilt im Auflagetisch angeordnet, wobei sich die Düsenöffnung praktisch auf der Höhe der Tischoberfläche befindet. Zu jeder Luftdüse 72 gehört ein Messrohr 6.

Liegt nun das Werkstück nicht flach auf dem Auflagetisch 2 auf, so kann durch den Luftspalt 71 Luft entweichen. Die relative Messung geht folgendermassen vor sich: Von der Druckquelle 70 wird die Leitung 7 mit einem Gasdruck von ca. 1 bar gespiesen. Durch das Dros-

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selventil 77 wird der Druck auf ca. 0.5 bar gesenkt. Ist der Luftspalt 71 zwischen Werkstück 1 und Auflagetisch 2 praktisch null, so kann keine Luft aus der Düse 72 ausströmen. Es erfolgt ein Stau der Druckluft. Der volle Druck der Leitung 7 wirkt im Glasrohr 6 auf die Flüssigkeit 60. Das eingeschlossene Gas im Glasrohrende 66 wird komprimiert. Der Flüssigkeitsspiegel senkt sich im rechten Ast des Glasrohrs 6.

Weist das Werkstück eine Krümmung auf, so bilden sich oberhalb der weiter aussen liegenden Düsen grössere Luftspälte 71, aus denen Luft entweichen kann. Der Messdruck im Rohr 67 fällt, wodurch sich der Flüssigkeitsspiegel in diesem Rohrteil hebt. Die Differenzhöhe der Flüssigkeit 60 benachbarter Glasrohre 6 gibt ein Vergleichsmass über die Abweichung der Auflageebene des Werkstückes 1 von der Auflageebene des Tisches 2.

In Fig. 1 sind im Auflagetisch 2 einige Luftdüsen 72 sowie oberhalb des Werkstückes die dazugehörenden Messrohre 6 mit der Messflüssigkeit 60 eingezeichnet. Aus dem Vergleich der Höhe der Messflüssigkeit lässt sich sofort der K_rümmungsverlauf ablesen.

Zum Richten wird das Werkstück 1 derart auf den Auflagetisch aufgelegt, dass es mit seiner KrümmungsInnenseite vom Schlagbolzen beschlagen werden kann. Hierauf

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wird eine Serie von Schlagen ausgelöst, wobei das Werkstück langsam von der Mitte aus seitlich verschoben wird. Das Werkstück streckt sich. Es kann eine der bereits beschriebenen Vergleichsmessungen erfolgen.

Je nach Krümmung, Material und Aussenmassen des Werkstückes sind Schlagzahl, Schlagstärke und Krümmungsradius der Schlagbolzenspitze und Art der Schläge zu wählen. Es handelt sich um Erfahrungswerte, die aber schnell eruiert werden können, da Vergleichsmessungen nach jeder Schlagserie schnell und leicht durchführbar sind.

Nachstehend sind einige praktische Beispiele von Richtlinien aufgeführt. Als Versuchsmaterial diente ein gehärteter Amutit S 62 Rc-Barren von rechteckigem Querschnitt, einer Länge von 12.5 cm und einem Krümmungsfehler von 0.3 mm. Das Richten erfolgte, bis der Krümmungsfehler unter 0.03 mm lag. Je fünf gleichartige Stäbe wurden je mit sich steigernden Schlagkräften bearbeitet, wobei aber die Schlagkraftauswahl empirisch erfolgte. Es wurde mit Serien von ca. 150 Schlagen und einer Frequenz von 50 Schlägen pro Sekunde gearbeitet, wobei nach jeder Serie eine Kontrollmessung durchgeführt wurde.

Dimension Radius der verbleibende Zeitaufwand in mm Schlagbolzen- Eindrucktiefe inkl. Kontrollspitze in mm auf Werkstück zeit in See. ca. mm

Bexspiel 1	2	0.012	55
12.5 x 26		0.016	45
		0.024	30
		0.030	25
		0.034	22
		0.036	20
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Beispiel 2

12.5 x 26 3 0.007 6θ

0.012 52

0.015 45

0.018 32

0.025 28

0.028 25

Beispiel 3

12.5 χ 26 A 0.006 68

0.012 57

0.015 50

0.018 42

0.020 36

0.022 32

Beispiel 4

12.5 x 26 5 0.007 80

0.010 70

0.012 60

0.014 50

0.015 45

0.016 42

Beispiel 5

χ 14 2 0.012 40

0.016 33

0.024 28

0.030 22

0.034 18

0.036 16

Beispiel 6

χ 14 5 0.007 70

0.010 58

0.012 47

0.014 38

0.015 33

0.016 30

Die Beispiele 1 und 5 können mit Schruppen, das Beispiel 3 mit Schlichten und die Beispiele 4 und 6 mit

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Feinschlichten verglichen werden.

Es zeigt sich, dass der grössere Radius der Spitze des Schlagbolzens eine längere Arbeitszeit erfordert, wobei aber die Oberflächeneindrücke kleiner werden. Dasselbe Ergebnis erhält man bei Verkleinerung des Schlagdruckes. Die Schlagkraft entspricht ungefähr einem von Hand ausgeführten Schlag. Sie darf auf keinen Fall zu Zerstörungen führen.

Der Schlagbolzen kann an seiner Spitze mit einer Kugel versehen sein, oder er kann eine kreiszylindrische Form aufweisen, so dass der Schlag nicht punktflächig sondern linienflächig erfolgt.

Das Zustellen und Abheben sowie das Ver- und Entriegeln des Schlaghammers mit dem Schlagbolzen kann pneumatisch erfolgen. Die Stärke der Schlagkraft, die Anzahl der Schläge und die Zeitdauer des Schiagens können elektronisch gesteuert sein.

Das beschriebene Richten gestattet, das »Verkstück mit einem Minimum an Nachbearbeitungszugabe herzustellen. Event, kann auf die Nachbearbeitung gänzlich verzichtet werden, insbesondere wenn die Oberflächenqualität gewisse geringfügige Eindrücke zulässt. Es können Wellen- und Flachstücke gerichtet werden.

Als Messinstrumente können auch Haarlineale oder

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Messuhren verwendet werden. Die "beschriebene Vergleichsmessung hat den Vorteil, dass das Schlagen jederzeit unterbrochen und das Werkstück kontrolliert werden kann. Wird einmal zu viel geschlagen, dreht man das Werkstück und bearbeitet es auf der gegenüberliegenden Seite.

Bei der Nachmessung der Werkstücke hat es sich gezeigt, dass die Härte des Stückes nach der Schlagbearbeitung 64 - 67 Rc betrug, was gegenüber der ursprünglichen Härte von 62 Rc eine Verbesserung darstellt.

Mit dem beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung ist es möglich, rationell und - da die Arbeit von Hilfspersonal ausgeführt werden kann - preiswert, serienmässig langförmige Stücke zu richten. Es ergeben sich keine Ausschüsse* Schlagkraft, Schlagzahl und Frequenz können automatisch geändert werden, unter Verwendung von bekannten Schlaghämmern und Aufbauten.

Versuche haben gezeigt, dass das Material sich eher fliessend verformt, wenn die Schläge mit einer höheren Frequenz als z.B. beim Hämmern von Hand appliziert werden. Geeignet ist eine Schlagzahl von 50 bis 120 pro Sekunde. Auch das paketweise Applizieren der Schläge steigert den Streckungsprozess. Geeignet sind Serien von 30 his 600= Schlägen, vorzugsweise 60 bis 350 Schläge, wobei die Schläge nicht örtlich erfolgen, sondern von dem Krümmungszentrum weg nach aussen abnehmend. Man erreicht praktisch ein Streicheln des Werkstückes.

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Leerseite

Claims

Marcel Wahli, Rümlang/Zürich 2843888

Patentansprüche

il.J Verfahren zur Oberflächenbearbeitung zwecks Steigerung der Oberflächenhärte oder zum Richten von Werkstücken aus Metall, wie Eisen, Werkzeug-Stahl oder dgl., dadurch gekennzeichnet, dass eine Serie gezielter Schläge mit einem Schlagbolzen mit gekurvter Spitze und hoher Frequenz über die zu behandelnde Oberfläche verteilt, ausgeübt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Richten von Werkstücken wie Stäben, Platten, Wellen oder Barren, die durch mechanische, spanabhebende Bearbeitung, Wärmebehandlung oder Eigenspannungen des Materials so stark gekrümmt wurden, dass sie für eine weitere Bearbeitung oder Verwendung nicht mehr gebraucht werden konnten, wobei eine Schlagbearbeitung des Werkstückes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Serie gezielter Schläge mit einem Schlagbolzen mit gekurvter Spitze und hoher Frequenz über die Krümmungsinnenseite verteilt, ausgeübt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der Schlagserie das Werkstück unter dem Schlaghammer bewegt wird, vorzugsweise von der

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ORIGINAL INSPECTED

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tiefsten Stelle der Krümmung gegen die Enden des Werkstückes zu.
4. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung zwecks Steigerung der Oberflächenhärte oder zum Richten langförmiger Werkstücke nach dem Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Ständer (4), an welchem beweg- und einstellbar ein Schlaghammeraggregat (30) für kontinuierliche Schläge mittels Schlagbolzen (3) mit gekurvter Spitze angeordnet ist, sowie eine starre Tischauflage (2) für das Werkstück (1).
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schläge in Serien von 30 bis 600 Schlägen, vorzugsweise 60 bis 350 und mit einer Frequenz, grosser als die Frequenz von Schlägen von Hand, vorzugsweise mehr als 10 Schläge, z.B. 50 bis 120 Schläge, ausgeübt werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlagbolzen (3) auswechselbar ist und als gekurvte Schlagspitze eine Kugelspitze aufweist, mit vorzugsweise einem Radius zwischen 2 bis 6 mm.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Schlagbolzen (3) auswechselbar und die gekurvte Spitze als Teilfläche eines Kreiszylinders ausge-

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bildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche h bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflagetisch (2) als Vergleichsmesstisch, vorzugsweise als ebene Platte oder als Prisma (5) ausgebildet ist.
9- Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflagetisch (3) als ebene Platte mit einmündenden Luftkanälen (7, 72) ausgebildet ist, wobei die Luftkanäle (7, 72) fluchtend und in gleichem Abstand angeordnet sind und dass jeder Luftkanal (7, 72) unter pneumatischem Druck steht und mit einem Anzeigegerät (6, 60) verbunden ist, das den Druckabfall als Folge von Gasaustritt anzeigt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Luftkanal (7, 72) je an ein U-förmig gebogenes Rohr (6) angeschlossen ist, das in seinem Innern teilweise mit einer, vorzugsweise gefärbten Flüssigkeit (6o) gefüllt ist, dessen eines Ende (66) luftdicht abgeschlossen und dessen anderes Ende (67) einerseits mit einer Gasdruckquelle (70) und anderseits mit dem Luftkanal (7, 72) verbunden ist.

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