DE2947144A1

DE2947144A1 - Verfahren zur verfestigung eines metallwerkstueckes und vorrichtung zu dessen durchfuehrung

Info

Publication number: DE2947144A1
Application number: DE19792947144
Authority: DE
Inventors: Igor A Lewin
Original assignee: G SOJUZNYJ Z MECHANITSCHESKOJ
Current assignee: G SOJUZNYJ Z MECHANITSCHESKOJ
Priority date: 1978-11-23
Filing date: 1979-11-22
Publication date: 1980-06-04
Also published as: SE451301B; GB2035179A; FR2442103A1; SE7909447L; GB2035179B; FR2442103B1

Description

PATENTANWÄLTE _- . _ _Λ , .

ZELLENTIN 294/144

ZWEIBRÜCKENSTR. 15 - 4 -

ΟΟΟΟ MÜNCHEN 2

Gosudarstwennyj Sojusnyj Sawod po 22. November 1979

^echanitscheskoj i Chimitscheskoj RZ/Os

Otschistke Kotloagregatow
"Kotlootschistka"

Moskau/UdSSR P 78 632

VERFAHREN ZUR VERFESTIGUNG EINES METALLWERKSTÜCKES UND VORRICHTUNG ZU DESSEN DURCHFt)HRUNG

Die vorliegende Erfidnung betrifft technologische Vorgänge für die Bearbeitung von Metallen und bez-'ieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Verfestigung eines Metallwerkstückes und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung.

Die Erfindung kann in der Maschinenbauindustrie beim Herstellen von verschiedenen Erzeugnissen zur Erhöhung deren Festigkeit Anwendung finden.

Sie kann auch zur Verfestigung von Schweißnähten und nahtnahen Bereichen der Werkstücke verwendet werden.

Es ist ein Verfahren zur Verfestigung eines Metallwerkstückes durch Einwirkung von Druckimpulsen auf dieses bekannt, welche bei der Bearbeitung der Oberfläche der Werkstücke mit Metallschrot (s. den SU-Urheberschein Nr. 175992) erhalten werden.

Bei der Bearbeitung des Werkstückes mit Schrot werden auf dessen Oberfläche geringe Druckspannungen gebildet, was zur Ober-

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flächenverfestigung des Werkstückes und Verbesserung der Qualität desselben führt.

Jedoch nehmen bei der Verwendung des beschriebenen Verfahrens infolge des Auftretens der Kalthärtung Restspannun-

es

gen zu und/wird die Proportionalitätsgrenze sprunghaft verkleinert. Daher bietet dieses Verfahren keinen genügend hohen Effekt der Verfestigung.

Bereite bekannt ist ferner ein Verfahren zur Schwing-und Schlagverfestigung eines Werkstückes, bei welchem eine gleichzeitige Einwirkung von Kugelschwingungen und-schlägen auf das Werkstück (s. den SU-Urheberschein Nr. 262136) vorgesehen ist.

Nach dem gegebenen Verfahren bringt man das Werkstück in einem abgeschlossenen Raum unter, in dem eine gleichbleibende Menge an Kugeln enthalten ist, Hierbei wird das Werkstück in Schwingbewegung versetzt, deren Beschleunigung so eingestellt ist, daß ihr Verhältnis zur Fallbeschleunigung größer als 1 ist. Die Schwingungen werden mit einer Erregerfrequenz vorgenommen, die der Eigenfrequenz des Schwingsystems entspricht.

Bei der Verwendung dieses Verfahrens wird die Oberflächenreinheit des Werkstückes erheblich beeinträchtigt. Das Verfahren sichert keinen hohen Effekt der Verfestigung.

Es ist ein Verfahren zur Verfestigung von Meta Uwe rk stücken (s. die USA-PS Nr. 3986896)

bekannt, bei dem die Werkstücke einer inneren Oxydation auszusetzen sind und das Erwärmen derselben bis zu einer Temperatur der inneren Oxydation vorgesehen wird, die ungefähr 900⁰C gleich ist. Dann wird das Werkstück einer Einwirkung von Kräften unter-

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worfen, durch welche das Auftreten von Schubspannungen hervorgerufen wird, die 0,1 bis 0,6 der Streckgrenze des nichtbearbeiteten Metalle betragen, und bia auf eine Temperatur von 45O°C abgekühlt. Die nachfolgende Wärmebehandlung des Werkstoffes, die in einem Temperaturbereich von +10O⁰C von der Temperatur der Phasenumwandlung des Werkstoffes an erfolgt, die gleich 558⁰C ist, wird in drei Zyklen vorgenommen.

Bei diesem Verfahren ist ein großer Leistungsverbrauch aus einer
/ fremden Energiequelle zu verzeichnen.

Bekannt ist eine Vorrichtung zur Schwing-und Schlagverfestigung eines Werkstückes, die einen im Vibrationsstand vorgesehenen Behälter aufweist, in den das zu bearbeitende Werkstück hineingelegt ist. Der Behälter ist mit einem System zur Zu-führung von Kugeln versehen, mit dessen Hilfe die Kugeln in den Behälter (s. z.B. den SU-Urheberschein Nr. 185359) zugeführt werden.

Die Vorrichtung erfordert einen großen Leistungsverbrauch einer
aus ' fremden Energiequelle sowie gewährleistet keine hohe Oberflächenreinheit des Werkstücks und keinen hohen Verfestdgungsgrad.

Breit bekannt sind ein Verfahren zur Verfestigung eines Me-

tallwerkstückes/und ein Vorrichtung zu dessen Realisierung

(s. den SU-Urheberschein Nr.282090 ). Die

Vorrichtung ist als Schlagwerkzeug ausgebildet, das eine Kugel

enthält, di· am Ende einer Feder befestigt ist, wobei die letzte-

eines re im Inneren / Elektromagneten angeordnet ist, dessen Induk-

eine tivitätsspule an / Wechselstromquelle angeschlossen ist.

Einwirkung von Druckimpulsen auf seine Oberfläche, die von einem elektrischen Feld gewährleistet werden^

INAL

INSPECTED:

29A7U4

Bei ausgeschalteter Spannung ist die Kugel unter der Wirkung der Feder an das zu bearbeitende Werkstück angedrückt. Beim Anschließen der Induktivitätsspule des Elektromagneten an das Wechselstromnetz wird die Kugel ins Innere der Induktivitätsspule hineingezogen und drückt die Feder zusammen, und im Augen-

in dem
blick, / der Strom gleich Null ist, berührt die Kugel unter der Wirkung der Feder das Werkstück und übt Schläge auf dieses aus. Die Schlagxfrequenz ist gleich der verdoppelten Frequenz des zu schaltenden Stromes.

Bei Verwendung des letztgenannten Verfahrens und der Vorrichtung zur Verfestigung des Werkstückes wird die verfestigung nur in der Oberflächenschicht des Metalls vorgenommen, d.h. der Verfestigungsgrad ist gering und die auf die Oberfläche des Werkstückes von der Kugel ausgeübten Berührungsschläge beeinträchtigen die Reinheit. Hinzu kommt, daß der Leistungsverbrauch

einer
aus / fremden Energiequelle groß ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfestigung eines Metallverkstückes und eine Vorrichtung zur Realisierung desselben zu schaffen, bei welchen die Anwendung von neuen Betriebszuständen und Bedingungen für die Einwirkung mittels Impulseneines elektromagnetischen Feldes unter Zuhilfenahme einer neuen konstruktivenLösung der Vorrichtung eine Erhöhung des Verfestigungsgrades der Werkstücke ohne Beeinträchtigung ihrer Oberflächenreinheit und eine Herabsetzung des Leisteiner
ungsverbrauchs aus / fremden Energiequelle ermöglicht.

Dies wird dadurch erzielt, daß beim Verfahren zur Verfestigung eines Metallwerkstückes durch Einwirkung von Druckimpulsen auf die Oberfläche des Werkstückes, welche durch ein elektro-

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magnetisches Feld gesichert werden, gemäß der Erfindung die Druckimpulse durch die einzelnen Impulse des elektromagnetischen Feldes erzeugt werden, die auf das Werkstück einwirken, wobei die einzelnen Impulse des elektromagnetischen Feldes durch Pausen voneinander getrennt sind, in deren Verlauf Energie für den nächstfolgenden Impuls des elektromagnetischen Feldes aufgespeichert wird.

Es ist vorteilhaft,daß die Dauer jedes einzelnen Impulses des elektromagnetischen Feldes in einem Bereich von ΙΟ"-³ bis 10 s liegt und sich das Verhältnis der Dauer der Pause zwischen den einzelnen Impulsen des elektromagnetischen Feldes zur

:1 Dauer des einzelnen Impulses zwischen 10 und 10000/bewegt.

Vorteilhaft ist, daß man mit einzelnen Impulsen des elektromagnetischen Feldes mindestens in zwei nebeneinander liegenden Punkten einer Wand des Werkstückes kohärent einwirkt.

Es ist ratsam, daß man mit einzelnen Impulsen des elektro-

vo η
magnetischen Feldes/ sich gegenüberliegenden Punkten von beiden

gegenüberliegenden
einander / Seiten der Wand des Werkstückes synchron einwirkt.

Dies wird auch dadurch erreicht, daß bei der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die mindestens eine Induktivitätsspule enthält, die mit einer Stromquelle verbunden ist, gemäß der Erfindung jede Induktivitätsspule in einem dielektrischen Gehäuse untergebracht ist, sich in unmittelbarer Nähe von der Oberfläche des Werkstückes befindet und mit einer Stromquelle über einen durch eine Programmschalteinheit gesteuerten Schalter und einen mit einem Entladungsenergiespeicher versehenen Impulsgenerator in Verbindung steht.

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Vorzugsweise kann der durch die Programmschalteinheit gesteuerten Schalter als Thyristor ausgeführt sein, dessen Steuerelektrode an die Programmschalteinheit angeschlossen ist.

Vorteilhaft ist, daß zwischen der im dielektrischen Gehäuse untergebrachten Induktivitätsspule und der Oberfläche des Werkstückes eine Platte angeordnet ist, die aus einem Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit hergestellt ist.

E3 ist zweckmäßig, daß jede im dielektrischen Gehäuse untergebrachte und auf der einen Seite der Wand des Werkstückes angeordnete Induktivitätsspule in Reihe mit einer im dielektrischen Gehäuse untergebrachten und im gegenüberliegenden Punkt auf der anderen Seite dieser Wand des Werkstückes angeordneten Induktivitätsspule geschaltet ist, wobei die genannten Induktivitätsspulen an den Impulsgenerator über den durch die Prograimnschalteinheit gesteuerten Schalter angeschlossen sind.

Es ist vorteilhaft,daß mindestens zwei Induktivitätsspulen, von denen jede im dielektrischen Gehäuse untergebracht ist und sich auf einer Seite der Wand des Werkstückes befindet, untereinander in Reihe geschaltet und an den Impulsgenerator über den durch die Programmschalteinheit gesteuerten Schalter angeschlossen sind.

Es ist auch vorteilhaft, daß mindestens zwei Induktivitätsspulen, von denen jede im dielektrischen Gehäuse untergebracht ist und die sich auf der einen Seite des Werkstückes befinden und untereinander in Reihe geschaltet sind, mit der gleichen Anzahl Induktivitätsspulen in Reihe verbunden sind, von denen jede im dielektrischen Gehäuse untergebracht ist und die sich in den ihnen gegenüberliegenden Punkten auf der anderen

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- ίο -

Seite der Wand des Werkstückes befinden und ebenfalls untereinander in Reihe geschaltet sind, wobei alle Induktivitätsspulen an den Impulsgenerator über den durch die Programmschalteinheit gesteuerten Schalter angeschlossen sind.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine beträchtliche

einer Herabsetzung des mittleren Leistungsverbrauchs aus / fremden Energiequelle, weil die für jeden nachfolgenden Impuls erforderliche Energie während der Pause zwischen den einzelnen Impulsen des elektromagnetischen Feldes aufgespeichert wird.

Die Energie N* des einzelnen Impulses des elektromagnetischen Felde* ergibt sich aus der Formel}

N_{1 3} N₂ - * * ♦ ^T

worin N₃ 41· Leistung der Energiequelle,

I2, den Wirkungsgrad der Vorrichtung,

t die Dauer des einzelnen Impulses des elektromagnetischen Feldes,

T die Dauer der Pause zwischen den einzelnen Impulsen dee elektromagnetischen Feldes bedeuten, wobei

ίο < -2L 4 10000 gilt.

So ist z.B. bei t s 1 . 10"⁴ s, Ta Is und I? = 90% die

einer ^u

mittlere verbrauchte Leistung aus / fremden Energiequelle um das 9000 fache kleiner als die erhaltene Leistung des einzelnen Impulses des elektromagnetischen Feldes.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines konkreten Aus-

führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

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ORlQfNAL

29471U

- li -

einer

Fig. 1 ein elektrisches Schema / Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfestigung eines Metallwerkstückes welche eine unabhängige Einschaltung von Induktivitätsspulen gewährleistet, gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Bauart der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3 ein weiteres elektrisches Schema der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die eine Reihenschaltung von Induktivitätsspulen gewährleistet.

Das Verfahren zur Verfestigung eines Metallwerkstückes besteht darin, daß die Oberfläche des Werkstückes einer Einwirkung von Druckimpulsen unterworfen wird, welche durch einzelne Impulse eines elektromagnetischen Feldes gesichert wird, die auf das Metallwerkstück einwirken. Dabei sind die einzelnen Impulse durch Pausen voneinander getrennt, in deren Verlauf eine Energie für den nachfolgenden Impuls des elektromagnetischen Feldes aufgespeichert wird. Die Aufspeicherung der Energie, die dann für den nachfolgenden einzelnen Impuls des elektromagnetischen Feldes verbraucht wird, ermöglicht eine wesentliche Herabsetzung des

einer
Leistungsverbrauchs aus / fremden Energiequelle.

Durch Einwirkung des einzelnen Impulses des elektromagnetischen Feldes auf das Werkstück wird ein Druckimpuls erzeugt,

die

der über/gesamten Dicke der Wand des zu bearbeitenden Werkstückes verteilt ist und der gerade zur Verfestigung des Werkstückes führt.

Auf der Oberfläche des Werkstückes, von deren Seite die einzelnen Impulse des elektromagnetischen Feldes wirken, ist der Druck gleich Null und steigt im Maße seiner Fortpflanzung in die

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Tiefe der Wand des Werkstückes an. Er erreicht den höchsten Wert an der entgegengesetzten Seite der Wand des Werkstückes*

Bei dünnwandigen Werkstücken sinkt der maximale Druckwert mit abnehmender Dicke ab. Bei dickwandigen Werkstücken ist

der maximale Druckwert nicht mehr von der Dicke abhängig.

Um den Druck in der Dicke der Wand des Werkstückes gleichmäßiger zu verteilen, wird sie einer synchronen Einwirkung von einzelnen Impulsen eines elektromagnetischen Feldes von den zwei

sich

entgegengesetzten Seiten der Wand in / gegenüberliegenden Punkten unterworfen.

In diesem Falle werden durch die entgegengesetzt gerichteten

einzelnen Impulse des elektromagnetischen Feldes entstehende

werden Druckimpulse addiert und die Druckwerte/in der ganzen Dicke der Wand praktisch einander gleich, d.h. die Verfestigung geht in der gesamten Dicke der Wand des Werkstückes gleichmäßig vor sich.

Der Wert des maximalen Druckes in der Wand des Werkstückes und folglich der Verfestigungsgrad hängt nicht nur von deren Dicke, sondern auch von der Energie des einzelnen Impulses des elektromagnetischen Feldes ab, die ihrerseits von der Dauer der Pause zwischen den einzelnen Impulsen des elektromagnetischen Feldes, in der die Aufspeicherung der Energie erfolgt, und von der Dauer des einzelnen Impulses des elektromagnetischen Feldes, in dessen Verlauf diese Energie verbraucht wird, abhängig ist.

Die Untersuchung hat gezeigt, daß bei einer Dauer des einzelnen Impulses des elektromagnetischen Feldes von ΙΟ""·⁷ bis 1O~ s eine wirksame Verfestigung der Metallwerkstücke gesichert wird .

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2947H4

Bei einer Dauer des einzelnen Impulses des elektromagnetischen Feldes von unter 1O^--⁵ s wird die Amplitude des einzelnen Impulses sprunghaft vergrößert. Die hierbei im Werkstück auftretenden Druckspannungen können die Elastizitätsgrenze des Werkstoffes

des Werkstückes überschreiten und zur Entstehung einer bleibentreten den Verformung führen. Darüber hinaus / bei einer Dauer des einzelnen Impulses des elektromagnetischen Feldes von unter 10""⁷ s technische Schwirigkeiten auf » welche mit dessen Erzeugung und Ausnutzung verbunden sind.

Das Verhältnis der Dauer der Pause zwischen den einzelnen Impusen des elektromagnetischen Feldes zur Dauer des einzelnen Impulses desselben Feldes liegt zwischen 10 und 10000 und ist optimal zur Erreichung einer hohen Effektivität der Verfestigung

der Metallwerkstücke und zur Herabsetzung des Leistungsvereiner

brauche aus / fremden Energiequelle, fibersteigt dieses Verhältnis 10000, so kommt es zu einer unvertretbaren Verlängerung der Zeit, die für die Verfestigung des Werkstückes in Anspruch genommen wird. Ist diese Verhältnis kleiner als 10, dann führt dies zu einer Vergrößerung des Leistungsverbrauchs, weil der Nennwert der aufzuspeichernden Energie in einer kurzen Zeitspanne erhalten werden muß.

Um den Druck über die Wand des Werkstückes gleichmäßig zu verteilen sowie Metallwerkstücke mit großen Abmessungen zu verfestigen, kann das Werkstück einer Einwirkung von einzelnen Impulsen eines elektromagnetischen Feldes in mehreren, mindestens zwei, auf einer Wand des Werkstückes liegenden Punkten kohärent ausgesetzt werden.

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Hierbei wird die während der Zeit der Pausen aufzuspeichernde Energie gleichzeitig für mehrere einzelne Impulse des elektromagnetischen Feldes aufgewendet, d.h. die Energie jedes einzelnen Impulses des elektromagnetischen Feldes ist vermindert.

Jedoch wird durch die kohärente Einwirkung mehrerer einzelner Impulse des elektromagnetischen Feldes, die von der Überlagerung ^der Druckimpulse in der Dicke des Werkstoffes begleitet ist, die Gleichmäßigkeit der Verfestigung verbessert und der Bereich der gleichzeitigen Einwirkung auf das zu bearbeitende Werkwird

stück erweitert, so daß die Zeit verkürzt, die für den Verfestigungsvorgang in Anspruch genommen wird.

Es ist vorteilhaft,daß der Abstand zwischen den Funkten, in denen die kohärenten einzelnen Impulse des elektromagnetischen Feldes auf die Oberfläche der Wand des Werkstückes wirken, 250 bis 600 mm beträgt.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfestigung eines Vetallwerkstückes enthält Induktivitätsspulen 1 (Fig. 1). In der gegebenen Ausführungsform der Vorrichtung sind vier Induktivitätsspulen vorgesehen, die mit einer Stromquelle

2 über durch eine Programmschalteinheit 3 gesteuerte Schalter 4 und einen Impulsgenerator 5 verbunden sind. Der Impulsgenerator 5 weist einen Entladungsenergiespeicher 6 und dessen Ladeeinheit 7 einen Aufwärtstransformator 8 und einen Gleichrichter 9 auf. Der durch die Programmschalteinheit 3 gesteuerte Schalter 4 kann als Thyristor ausgeführt sein, dessen Steuerelektrode an die Praa^ammschaIteinheit 3 angeschlossen ist. Die Programmschalteinheit

3 besteht aus der Reihenschaltung eines Spannungsimpulsgenerators 11, eines Schieberegisters 12 und eines Spannungsimpulsverstär-* kers 13.

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ORfGfNAL !NSPECtED

-15- 2947IU

Jede Induktivitatsapulei (Fig. 2) 1st in einem dielektrischen Gehäuse 14 angeordnet, des in Form eines Tragkörpers 15 und eines Mantels 16 ausgeführt ist, und mit Stromzuleltungaele-

ist

mjnten 17 versehen', die zusammen mit Muttern 16 als Befestigungsmittel benutzt werden, um das dielektrische Gehäuse 14 der Induktlvltätapule 1 an einem Halter 19 zu befestigen. Der Halter 19 wird zweckmässigerweise aus einem dielektrischen Werkstoff ausgeführt. Die Anordnung der Induktivitätsspule 1 im dielektrischen Gehäuse 14 und die Herstellung des Halters 19 aus einem dielektrischen Werkstoff verringert Energieverluste des einzelnen Impulses des elektromagnetischen Feldes.

Die Induktivitätsspule 1, die im dielektrischen Gehäuse 14 untergebracht 1st, befindet sich in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des zu verfestigenden Metellwerkstückes 20, das auf einer Stützplatte 21 aufgestellt ist. Auf der Oberfläche der Stützplatoe 21, die dem Werkstück 20 zugewandt ist, ist ein elastisches Element 22 z.B. durch Ankleben befestigt, durch das die bleibende Verformung des Werkstückes 20 verhindert wird. Die

Stütrplatte 21 i3t mit einem Paar Schraube 2j5-Mutter 24 versehen,

21 mit dessen Hilfe oine vertikale Verschiebung der Stutzplatte beim Drehen eines Handgriffes 25 erfolgt, der an der Schraube 2J> befestigt ist. Das untere Ende der Schraube 23 stützt sich gegen ein Tragleger 26 einer Grundplatte 27. Die Grundplatte 27 ist z.B. mit vier vertikalen Stützen 28 ausgestattet, die als Führungen für die Stützplatte 21 dienen und den Halter 19 tragen.

Falls das Metallwerkstück 20 aus einem Werkstoff mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit hergestellt ist, kann zwischen

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dem Werkstück 20 und der im dielektrischen Gehäuse 14 untergebrachten Induktivitätsspule 1 eine Platte 29 angeordnet sein, die aus einem Werkstoff gefertigt ist, dessen elektrische Leitfähigkeit hoher als die des Werkstoffes des Werkstückes ist.

sein Die Platte 29 kann z.B. am Halter 19 befestigt/ . Je hoher die elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffes der Platte 29 ist, desto größer ist der Verfestigungseffekt. Am zweckmäßigsten ist die Platte 29 aus Kupfer oder Aluminium herzustellen.

In Fig. 3 ist eine Variante der elektrischen Schaltung der Vorrichtung gezeigt, bei der vier Induktivitätsspulen 1 untereinander in Reihe verbunden und an den Impulsgenerator 5 über den durch die Programmschalteinheit 3 gesteuerten Schalter 4 angeschlossen sind. Hierbei können alle in Reihe geschalteten Induktivitätsspulen 1 an einer Seite der Wand des Werkstückes (Fig. 2) angeordnet sein, wodurch eine gleichmäßige Verteilung der Druckimpulse über die Oberfläche des Werkstückes gesichert wird. In diesem Falle ist der Abstand zwischen den Induktivitätsspulen in einem Bereich von 250 bis 600 mm zu wählen. Es ist auch möglich, daß sich die eine Hälfte der in Reihe geschalteten Induktiv itätsspulen 1 auf einer Seite der Wand des Werkstückes 20 befindet, während die andere Hälfte dieser Induktivitätsspulen 1 in gegenüberliegenden Punkten auf der anderen Seite der

Wand des Werkstückes 20 angeordnet ist. Dabei erfolgt ein Druckes ausgleich über die Dicke der Wand des Werkstückes 20 und\wird der

Verfestigungseffekt erhöht.

Die Vorrichtung zur Verfestigung eines Metallwerkstückes funktioniert wie folgt.

0 23/0^64

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Die Stützplatte 21 mit dem auf dieser angeordneten elasti-

dem
sehen Element 22 und/Metallwerks tück 20 führt man mit Hilfe des Paares Schraube 23-Mutter 24 an die Induktivitätsspule 1 heran, die im dielektrischen Gehäuse 14 untergebracht und am Halter 19 so befestigt ist, dass die Oberfläche des uerkstückes 20 mit der Oberfläche des dielektrischen Gehäuses 14 der Induktivitätsspule oder -beim Vorhandensein einer Platte 29 - mit der Oberfläche der letzteren in Berührung steht.

Beim Einschalten der Stromquelle 2 (Fig. 1) erfolgt das

Aufladen des lintladungsenergiespeichera 6 über den Aufwartstrans-8

formator/und den Gleichrichter 9· Beim Eintreffen eines Signals von der Programmschalteinheit 3 an der Steuerelektrode 10 eines der Thyristoren wird dieser leitend und der Entladungsenergiespeicher ent^lädt sich über die Induktivitätsspule 1, die mit diesem Thyristor in Verbindung steht. Der durch die Windungen der Induktivitätsspule 1 fliessende Stromimpuls erzeugt um diese Spule herum einen leistungsstarken Impuls des elektromagnetischen Feldes, der bei der Einwirkung auf den Werkstoff des Werkstückes 20 (Fig. 2) injjiesem einen sekundären Stromimpuls induziert.

Durch das Zusammenwirken zweier elektromagnetischer Felder wird das werkstück 20 von der Induktivitätsspule abgestossen,

die so dass ein Druckimpuls erzeugt wird,der über / gesamte Dicke

der Wand des Werkstückes 20 verteilt ist.

Hinzu kommt, dass je höher die elektrische Leitfähigkeit des

sind Werkstoffes des Werkstückes 20 ist, desto grösser/die Leistung

des Impulses des induzierten elektromagnetischen Feldes,

die Abstosskräfte des Werkstückes 20 von dor Induktivitätaspule 1 und die Amplitude des Druckimpulses sowie folglich auch

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der Verfestigungseffekt. Zur Erhöhung des Verfestigungseffektes der aus einem Werkstoff mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit hergestellten Werkstücke 20 ist zwischen Werkstück 20 und Induktivitätsspule 1 eine Platte 29 angeordnet, die aus einem Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, z.B. aus Kupfer oder Aluminium hergestellt ist.

In diesem Fall wird durch den beim Fließen des Stromimpulses durch die Windungen der Induktivitätsspule 1 entstehenden Impuls des elektromagnetischen Feldes ein sekundärer Impulsstrom und ein Impuls eines elektromagnetischen Feldes in der Platte 29 induziert, und der Druckimpuls wird zum Werkstück über die Platte 29 übertragen, die von der Induktivitätsspule 1 beim Zusammenwirken der elektromagnetischen Felder sprungartig abgestoßen wird.

Die Vorrichtung funktioniert im Impulsbetrieb.

s Nach der Entladung des Entladungsenergiespeicher' 6 (Fig. 1)

auf die Induktivitätsspule 1 folgt eine Pause, in der das Aufladen des genannten Energiespeichers 6 erfolgt, d.h. eine Energie aufgespeichert wird, die für den nächstfolgenden Impuls des elektromagnetischen Feldes aufgewendet wird.

Die Dauer des einzelnen Impulses des elektromagnetischen Feldes wird durch die Einwirkzeit des Stromes in der Induktivitätsspule 1 bestimmt und kann durch die Entladezeit des Energiespeichers 6 geregelt werden. Von der Dauer des einzelnen Impulses des elektromagnetischen Feldes hangt dessen Amplitude ab. Der optimale Bereich für die Dauer des einzelnen Impulses des elektromagnetischen Feldes liegt zwischen 10 ^ und 10 s, wobei die Dauer der Pause zwischen den einzelnen Impulsen des elektromagne-

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tischen Feldes um das 10 bis 10000 fache langer als die Dauer des einzelnen Impulses des elektromagnetischen Feldes ist, was es gestattet, den Verfestigungsvorgang mit einem geringen durchschnittlichen Leistungsverbrauch zu führen, ohne daß die Zeit · des Verfestigungsvorganges unvertretbar verlängert wird. Durch Regelung der Folgefrequenz der einzelnen Impulse des elektromagnetischen Feldes und der Leistung derselben wird ein verschieden großer Effekt der Verfestigung erreicht.

Die Schaltfolge der Induktivitätsspulen 1 an den Impulsgenerator 5 wird durch die Programmschalteinheit 3 festgelegt.

Vom Spannungsimpulsgenerator 11 wird eine ununterbrochene Folge von Spannungsimpulsen erzeugt, die am Ringschieberegister 12 eintreffen und dann vom Spannungsimpulsverstärker 13 verstärkt werden.

Vor Arbeitsbeginn ist in die erste Stelle des Ringschieberegisters 12 eine logische Eins eingetragen, während in alle übrigen Stellen dieses Registers logische Nullen geschrieben sind. Beim Eintreffen des ersten Impulses vom Spannungsimpulsgenerator 11 wird der Thyristor leitend, dessen Steuerelektrode 10 an der ersten Stelle des Schieberegisters 12 angeschlossen ist, und die logische Eins geht in die zweite Stelle über, d.h. beim Eintreffen des zweiten Impulses vom Generator 11 wird der Thyristor, der mit der zweiten Stelle des Schieberegisters 12 verbunden ist, leitend, und die logische Eins geht in die nächste Stelle des Registers über.

Zur Erweiterung der Zone der gleichzeitigen Einwirkung auf das Werkstück sind mehrere Induktivitätsspulen 1 (Fig. 3)» von denen jede im dielektrischen Gehäuse 14 (Fig. 2) angeordnet ist,

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in Reihe geschaltet und an den Impulsgenerator 5 (Fig. 3) über den Schalter 4 angeschlossen.

Alle in Reihe geschalteten Induktivitätsspulen 1 können auf der Oberfläche der Wand des Werkstückes 20 (Fig. 2) angeordnet sein. Hierbei treten bei der Entladung des Energiespeichers 6 (Fig. 3) in mehreren Punkten der Oberfläche der Wand (entsprechend der Zahl der in Reihe geschalteten Induktivitätsspulen 1) durch die kohärente Einwirkung der einzelnen Impulse des elektromagnetischen Feldes Druckimpulse auf. Durch Interferenz wird das Feld der Druckimpuise über die Oberfläche des Werkstückes 20 (Fig. 2) gleichmäßiger, wodurch eine gleichmäßigere Verfestigung des Werkstückes 20 auf der Oberfläche erfolgt. Außerdem wird die Zeitdauer des Verfestigungsvorganges des Werkstückes 20 dadurch wesentlich verkürzt, daß die Verfestigung zugleich auf einer großen Oberfläche des Werkstückes 20 vorgenommen wird.

Falls die eine Hälfte der in Reihe geschalteten Induktivitätsspulen auf einer Seite der Wand des Werkstückes 20 und die andere Hälfte der Induktivitätsspulen 1 auf der entgegengesetz-

sich

ten Seite dieser Wand so angeordnet ist, daß die Spulen 1/paarweise gegenüberliegen, sind bei der Entladung des Energiespeichers 6 (Fig. 3) die durch Einwirkung der einzelnen Impulse des elektromagnetischen Feldes auf das Werkstück 20 (Fig. 2) entstehenden Druckimpulse entgegengesetzt gerichtet und werden dabei addiert. Der Druck in der Dicke der Wand wird praktisch gleich, und die Verfestigung erfolgt über die gesamte Dicke des Werkstückes 20.

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Mit der Erfindung wird eine Erhöhung des Verfestigungsgrades

/ Werkstückes 20 dadurch ermöglicht, daß sich der durch Einwirkung der einzelnen Impulse eines elektromagnetischen Feldes auf das Werkstück 20 erzeugte Druck in der gesamten Dicke der Wand des Werkstückes 20 fortpflanzt. Die synchrone Einwirkung der einzelnen Impulse des elektromagnetischen Feldes auf das

Werkstück 20 von beiden Seiten der Wand des Werkstückes her ereine höht noch mehr den Verfestigungseffekt. Dabei fehlt plasti-

es
sehe Verformung undjwird die Oberflächenreinheit des Werkstückes

20 nicht beeinträchtigt.

<>
Somit gestattet die vorliegende Erfindung _xes} den mittleren

einer

Leistungsverbrauch aus / fremden Energiequelle dadurch herabzusetzen, daß Energie in den Pausen zwischen den einzelnen Impulsen des elektromagnetischen Feldes aufgespeichert wird, sowie den Verfestigungsgrad des Werkstückes ohne Beeinträchtigung der Oberflächenreinheit desselben zu erhöhen.

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VERFAHREN ZUR VERFESTIGUNG EINES METALLWERKSTÜCKES UND VORRICHTUNG ZU DESSEN DURCHFÜHRUNG

Das Verfahren zur Verfestigung eines Metallwerkstückes (20) wird durch Einwirkung von Druckimpulsen auf die Oberfläche des Werkstückes (2) durchgeführt, die durch einzelne Impulse eines elektromagnetischen Feldes erzeugt werden, die auf das Werkstück einwirken, wobei die einzelnen Impulse des elektromagnetischen Feldes durch Pausen voneinander getrennt sind, in deren Verlauf eine Energie für den nächstfolgenden Impuls des elektromagnetischen Feldes aufgespeichert wird. Die Vorrichtung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält mindestens eine Induktivitätsspule (1), die in einem dielektrischen Gehäuse untergebracht ist und sich in unmittelbarer Nähe von der Oberfläche

des Werkstückes (20) befindet. Die Spule steht mit einer Stromeine

quelle (2) über einen durch Programmschalteinheit (3) gesteuerten Schalter (4) und einen mit einem Entladungsenergiespeicher (6) versehenen Impulsgenerator (5) in Verbindung. Fig. 1

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e e r s e 11

Claims

PATENTANWÄLTE ZELLEN*TIN ZWEIBRÜCKENSTR. 15 E3OOO MÜNCHEN Q ZUR VERFESTIGUNG EINES METALLWERKSTÜCKBS UND VORRICHTUNG ZU DESSEN DURCHFÜHRUNG PATENTANSPRÜCHE 29A7U4

1. Verfahren zur Vorfestigung eines Meta11Werkstückes durch Einwirkung von einzelnen Druckimpulsen auf die Oberfläche desselbon, die von einem elektromagnetischen Feld geliefert werden, dadurch gekennzeichnet, dass

die Druckimpulse durch die einzelne Impulse des elektromagnetischen Feldes erzeugt werden, die auf das Werkstück (20) einwirken, und daß

Energie für den nächstfolgenden Impuls des elektromagnetischen Feldes während der Pausen zwischen don einzelnen Impulsen des elektromagnetlachen Feldes aufgespeichert wird.

>!. Verfahren ^ur Verfestigung eines Metallwerkstückes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Dauer jedes einzelnen Impulses des elektromagnetische

-5 —

2 Feldes in einem Bereich von 10 ^ bis 10 s liegt,

- man das Verhältnis der Pausendauer zwischen den einzelnen

Impulsen dos elektromagnetischen Feldes zur Dauer des einzelnen

: 1 Impulses in einem Bereich von 10 bis 10000/wählt.

3. Vorfahren zur Verfestigung eines Metallwerkstückoa nach

oder
Anspruch 1/2, dadurch gekennzeichnet, dass

- man mit einzelnen Impulsen des elektromagnetischen Feldes mindestens in zwei Punkten auf einer Seite der Wand des Werkstückes (20) kohärent einwirkt.

4. Verfahren zur Verfestigung eines Metallwerksuückes nach einem beliebigen der Ansprüche 1 ~ 3, dadurch gekennzeichnet, dass

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2947 U4

-man mit einzelnen Impulsen des elektromagnetischen Feldes von schgegenüberliegenden Punkten von beladen Seiten der Wand des Werkstückes (20) synchron einwirkt.

einem

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach)der

Ansprüche 1 bis 4, welche mindestens eine Induktivitätsspule enthält, die mit einer Stromquelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- jede Induktivitätsspule (1) in einem dielektrischen Gehäuse (14) untergebracht ist, sich in unmittelbarer Nähe von der Oberfläche des Werkstückes (20) befindet und mit einer Stromquelle (2) über einen durch eine Programmschalteinheit (3) gesteuerten Schalter (4) und einen mit einem Entladungsenergiespeicher (6) versehenden Impulsgenerator (5) in Verbindung steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5ι dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Programmschalteinheit (3) gesteuerte Schalter (4) als Thyristor ausgeführt ist, dessen Steuerelektrode (10) an die Programmschalteinheit (3) angeschlossen ist.

7. Vorrichtung

oder

nach Anspruch 5/6 dadurch gekennzeichnet daß

- zwischen der im dielektrischen Gehäuse (14) untergebrachten Induktivitätsspule (1) und der Oberfläche des Werkstückes (20) eine Platte (29) angeordnet ist, die aus einem Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit hergestellt ist.

8. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 5 ~7» dadurch gekennzeichnet, daß

- jede im dielektrischen Gehäuse (14) untergebrachte und auf der einen Seite der Wand des Werkstückes (20) angeordnete

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Induktivitätsspule (1) an eine im dielektrischen Gehäuse (14) untergebrachte und im gegenüberliegenden Punkt auf der anderen Seite dieser Wand des Werkstückes (20) angeordnete Induktivitätsspule (1) in Reihe geschaltet ist,

- die Induktivitätsspulen (1) an den Impulsgenerator (5) über den durch die Programmschalteinheit (3) gesteuerten Schalter (4) angeschlossen sind.

9· Vorrichtung nach einen der
Ansprüche 5 ~ 7» dadurch gekennzeichnet, daß

- mindenstens zwei Induktivitätsspulen (1), von denen jede im dielektrischen Gehäuse (14) untergebracht ist und sich auf einer Seite der Wand des Werkstückes (20) befindet, unter einander in Reihe geschaltet und an den Impulsgenerator (5) über den durch die Programmschalteinheit (3) gesteuerten Schalter (4) angeschlossen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß

- mindestens zwei Induktivitätsspulen (1), von denen jede im dielektrischen Gehäuse (14) untergebracht ist, sich auf der einen Seite der Wand des Werkstückes (20) befinden, in Reihe mit der gleichen Anzahl Induktivitätsspulen (1 ) geschaltet sind, von denen jede im dielektrischen Gehäuse (14) untergebracht ist und die sich in den ihnen gegenüberliegenden Punkten auf der anderen Seite der wand des Werkstückes (20) befinden,

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