EP0122434A2 - Ofen zur partiellen Wärmebehandlung von Werkzeugen - Google Patents

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EP0122434A2
EP0122434A2 EP84102477A EP84102477A EP0122434A2 EP 0122434 A2 EP0122434 A2 EP 0122434A2 EP 84102477 A EP84102477 A EP 84102477A EP 84102477 A EP84102477 A EP 84102477A EP 0122434 A2 EP0122434 A2 EP 0122434A2
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EP
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furnace
tools
heating
heat treatment
clamping area
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EP0122434B1 (de
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Gerhard Hoffmann
Rudolf Ing. Dr. Bauer
Paul Heilmann
Erwin Dipl.-Ing. Schumann
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Evonik Operations GmbH
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Degussa GmbH
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0006—Details, accessories not peculiar to any of the following furnaces
    • C21D9/0025—Supports; Baskets; Containers; Covers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/22—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for drills; for milling cutters; for machine cutting tools

Definitions

  • the invention relates to a furnace, in particular a vacuum single-chamber furnace with pressurized gas quenching, for partial heat treatment of tools having a working area and a clamping area, which are fastened with their clamping area in one or more holders inside the furnace, with all-round heating in the form of individual heating elements which are connected to one another via connecting links.
  • Drills, milling cutters, reamers and similar tools have a clamping area with which they are fastened in the machine tool chucks and a working area with which the machining operations are carried out. Due to the different requirements for these areas, they must also have different properties, such as. B. strengths. It is therefore possible to manufacture these tools from two different materials or to subject the two areas to different heat treatments. With uniform material, however, it is necessary to apply partial heat treatments that only harden the work area and thus give it a longer service life, while the clamping area almost retains the original technological properties.
  • an oven for partial heat Treatment of tools known that have a work area and a clamping area For this purpose, the clamping area of the tools is fastened in a holder, which is insulated and / or cooled during the heat treatment, so that only the working area is heated above the material-specific transition temperature and then quenched, while the clamping area is at an essentially the same temperature level during the heating. and quenching treatment remains.
  • the tools with their clamping area are inserted into holes in the plate-shaped holder, which is insulated and cooled against the furnace chamber.
  • This furnace has the disadvantage that there are inevitable considerable temperature differences between the working and clamping area, which lead to different stress conditions in the material and can give rise to dimensional and shape changes.
  • brackets are integrated in a plate made of heat-insulating material, which divides the useful space of the furnace into two separate heating rooms, and that the connecting links between the heating elements are designed to be movable.
  • the heat-insulating material of the plate dividing the useful space of the furnace is preferably made of ceramic, graphite and / or ceramic felt.
  • the connecting links between the individual heating elements are designed as movable tabs, so that the temperature in the lower heating space can be reduced in a simple manner, depending on the number of heating elements that have been disconnected.
  • the treatment temperature in the clamping area of the tools depending on the respective material composition, shape and size, between room temperature and transition temperature can be controlled so that the material-specific transition point is not exceeded during the entire heating, austenitizing and quenching treatment, while the working area of the tools is hardened during the temperature and quenching treatment.
  • the temperature difference between the two tool areas is chosen so that only minimal thermal stresses can occur.
  • the tools with their clamping area are expediently inserted upright into a holder provided with blind holes.
  • a metal or ceramic plate is preferably used as the holder, the surface of which is provided with a thermally insulating layer.
  • the usable space of the furnace (1) which is equipped with all-round heating from individual heating elements (6), is divided by a plate (4) into two separate heating rooms (2, 3).
  • the holder (5) is integrated into the plate (4) made of a heat-insulating material, into which blind holes (8) are drilled, which also penetrate the insulating layer on the holder (5) which is included in the plate (4).
  • the individual heating elements (6) are connected to one another via connecting links (7).
  • one boiler room usually the boiler room (2) above the heat-insulating plate (4), in which the working area of the tools is located, is heated with full heating power, while the other boiler room (3) is heated to a lower temperature below the conversion temperature of the heat-treated material is set by removing one or more connecting elements (7) between the heating elements (6) in this heating chamber (3).

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Abstract

Zur partiellen Wärmebehandlung von Werkzeugen, die einen Arbeits- und einen Einspannbereich aufweisen, verwendet man einen Ofen, dessen Nutzraum durch eine Platte aus wärmeisolierendem Material in zwei getrennte Heizräume unterteilt ist, wobei die Temperatur in diesen Heizräumen durch Entfernen der Verbindungsglieder zwischen den einzelnen Heizelementen der Rundumheizung abgesenkt und der Einspannbereich der Werkzeuge unterhalb der Umwandlungs-temperatur gehalten werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Ofen, insbesondere einen Vakuum-Einkammerofen mit Druckgasabschreckung, zur partiellen Wärmebehandlung von einen Arbeitsbereich und einen Einspannbereich aufweisenden Werkzeugen, die mit ihrem Einspannbereich in einer oder mehreren Halterungen im Innern des Ofens befestigt sind, mit einer Rundumheizung in Form von einzelnen Heizelementen, die über Verbindungsglieder miteinander verbunden sind.
  • Bohrer, Fräser, Reibahlen und ähnliche Werkzeuge besitzen einen Einspannbereich, mit dem sie in den Werkzeugmaschinenfuttern befestigt sind, und einen Arbeitsbereich, mit dem die Bearbeitungsvorgänge durchgeführt werden. Aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen an diese Bereiche müssen sie auch unterschiedliche Eigenschaften, wie z. B. Festigkeiten, aufweisen. Man kann diese Werkzeuge daher aus zwei verschiedenen Materialien fertigen oder die beiden Bereiche einer unterschiedlichen Wärmebehandlung unterziehen. Bei einheitlichem Material ist es aber notwendig, partielle Wärmebehandlungen anzuwenden, die nur den Arbeitsbereich härten und damit eine höhere Standzeit verleihen, während der Einspannbereich die ursprünglichen technologischen Eigenschaften nahezu beibehält.
  • Aus der DE-OS 31 11 218 ist ein Ofen zur partiellen Wärme- behandlung von Werkzeugen bekannt, die einen Arbeitsbereich und einen Einspannbereich aufweisen. Dazu wird der Einspannbereich der Werkzeuge in einer Halterung befestigt, die während der Wärmebehandlung isoliert und/oder gekühlt ist, so daß nur der Arbeitsbereich über die materialspezifische Umwandlungstemperatur erhitzt und anschließend abgeschreckt wird, während der Einspannbereich auf einem im wesentlichen gleichen Temperaturniveau während der Heiz- und Abschreckbehandlung verbleibt. Dazu stecken die Werkzeuge mit ihrem Einspannbereich in Bohrungen der plattenförmigen Halterung, die gegen den Ofenraum isoliert und gekühlt wird.
  • Dieser Ofen hat den Nachteil, daß es zwangsläufig zu erheblichen Temperaturdifferenzen zwischen Arbeits- und Einspannbereich kommt, die zu unterschiedlichen Spannungszuständen im Material führen und zu Maß- und Formänderungen Anlaß geben können.
  • Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ofen, insbesondere einen Vakuum-Einkammerofen mit Druckgasabschreckung zu konstruieren, zur partiellen Wärmebehandlung von einen Arbeitsbereich und einen Einspannbereich aufweisenden Werkzeugen, die mit ihrem Einspannbereich in einer oder mehreren Halterungen im Innern des Ofens befestigt sind, mit einer Rundumheizung in Form von einzelnen Heizelementen, die über Verbindungsglieder miteinander verbunden sind, wobei bei der Wärmebehandlung zwischen Einspannbereich und Arbeitsbereich der Werkzeuge eine möglichst geringe Temperaturdifferenz einstellbar sein sollte, ohne den Einspannbereich über die materialspezifische Umwandlungstemperatur zu erhitzen.
  • Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Halterungen in einer Platte aus wärmeisolierendem Material integriert sind, die den Nutzraum des Ofens in zwei getrennte Heizräume unterteilt, und daß die Verbindungsglieder zwischen den Heizelementen beweglich ausgebildet sind.
  • Vorzugsweise besteht das wärmeisolierende Material der den Nutzraum des Ofens teilenden Platte aus Keramik, Graphit-und/oder Keramikfilz. Vorteilhafterweise sind die Verbindungsglieder zwischen den einzelnen Heizelementen als bewegliche Laschen ausgebildet, so daß man die Temperatur je nach Zahl der abgekoppelten Heizelemente im unteren Heizraum auf einfache Weise beliebig absenken kann.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Ofen läßt sich die Behandlungstemperatur im Einspannbereich der Werkzeuge, entsprechend der jeweiligen Materialzusammensetzung, der Form und der Größe, zwischen Raumtemperatur und Umwandlungstemperatur so regeln, daß der materialspezifische Umwandlungspunkt während der gesamten Aufheiz-, Austenitisierungs- und Abschreckbehandlung nicht überschritten wird, während der Arbeitsbereich der Werkzeuge bei der Temperatur- und Abschreckbehandlung gehärtet wird. Die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Werkzeugbereichen wird dabei so gewählt, daß nur minimale Wärmespannungen auftreten können.
  • Die Werkzeuge werden mit ihrem Einspannbereich zweckmäßigerweise aufrechtstehend in eine mit Sacklöchern versehenen Halterung eingesteckt. Als Halterung verwendet man vorzugsweise eine Metall- oder Keramikplatte, deren Oberfläche mit einer thermisch isolierenden Schicht versehen ist.
  • Die Abbildung zeigt schematisch eine beispielhafte AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen Ofens im Querschnitt. Der Nutzraum des Ofens (1), der mit einer Rundumheizung aus einzelnen Heizstäben (6) ausgestattet ist, wird von einer Platte (4) in zwei getrennte Heizräume (2, 3) unterteilt. In die Platte (4) aus einem wärmeisolierendem Material ist die Halterung (5) integriert, in die Sacklöcher (8) gebohrt sind, die auch die in die Platte (4) einbezogene Isolierschicht auf der Halterung (5) durchdringen. Die einzelnen Heizelemente (6) sind über Verbindungsglieder (7) miteinander verbunden. Bei der Wärmebehandlung der Werkzeuge wird der eine Heizraum, normalerweise der Heizraum (2) oberhalb der wärmeisolierenden Platte (4), in dem sich der Arbeitsbereich der Werkzeuge befindet, mit voller Heizleistung erwärmt, während der andere Heizraum (3) auf eine niedrigere Temperatur unterhalb der Umwandlungs- temperatur des wärmebehandelten Werkstoffs eingestellt wird, indem ein oder mehrere Verbindungsglieder (7) zwischei den Heizelementen (6) in diesem Heizraum (3) entfernt werden.

Claims (3)

1. Ofen, insbesondere Vakuum-Einkammerofen mit Druckgasabschreckung, zur partiellen Wärmebehandlung von einen Arbeitsbereich und einen Einspannbereich aufweisenden Werkzeugen, die mit ihrem Einspannbereich in einer oder mehreren Halterungen im Innern des Ofens befestigt sind, mit einer Rundumheizung in Form von einzelnen Heizelementen, die über Verbindungsglieder miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (5) in einer Platte (4) aus wärmeisolierendem Material integriert sind, die den Nutzraum des Ofens (1) in zwei getrennte Heizräume (2, 3) unterteilt, und daß die Verbindungsglieder (7) zwischen den Heizelementen (6) beweglich ausgebildet sind.
2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (4) aus Keramik, Graphit- oder Keramikfilz besteht.
3. Ofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsglieder (7) als bewegliche Laschen ausgebildet sind.
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