WO1992007100A1

WO1992007100A1 - Verfahren und vorrichtung zum beeinflussen von mass- und formänderungen beim härten von werkstücken

Info

Publication number: WO1992007100A1
Application number: PCT/EP1991/001941
Authority: WO
Inventors: Ulrich Gussmann; Jakob Kiefer; Helmut Moll; Rudolf Schmid; Josef Wesener
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1990-10-15
Filing date: 1991-10-12
Publication date: 1992-04-30
Anticipated expiration: 1993-04-15
Also published as: DE59102384D1; EP0553154B1; EP0553154A1; DE4133799A1

Abstract

Die Maßbeeinflussung beim Abschrecken mit Dorn- bzw. Gesenk-Härtewerkzeugen wird sowohl in Richtung einer engeren Endmaß-Toleranz als auch im Sinne einer flexibleren Anpassungsfähigkeit an größere Rohmaß-Toleranzschwankungen begünstigt und automatisierbar, indem mindestens zwei beim Schrumpfen nacheinander durchfahrene Härtestufen (T1, T2) vorgesehen sind, von denen die erste auf einem größeren Durchmesserbereich (6) erfolgt und ausschließlich plastische Verformung bewirkt, während die zweite Härtestufe (T2) nur noch teilweise plastische Verformung zu übernehmen hat. Als Werkzeuge (5, 16) kommen sowohl mit zwei Durchmesserbereichen (6, 7) versehene Festdorne (5) als auch hilfskraft-betätigbare, während des Härtens auf kleinere Zylindermaße einstellbare Spreizdorne (16) bzw. entsprechende Matrizen, in Frage. Die Gefahr von Werkzeugschäden oder Gefügebrüchen infolge zu weit gehender Schrumpfung sinkt, und die Ausschußquote innerhalb enger Endmaß-Toleranzen wird vermindert bei kürzerer und kostensparender Anlageneinfahrzeit mit neuen Werkstücken.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Beeinflussen von Maß- und Formänderungen beim Härten von Werkstücken

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum

Beeinflussen von Maß- und Formänderungen beim Härten von rotationssymmetrischen Werkstücken. Zum Härten werden diese Werkstücke auf mechanische Hilfsmittel mit einem vorgegebenen Durchmesser aufgelegt und mit einem Abschreckmedium abgekühlt. Im Verlauf dieser Abkühlung schrumpfen die Werkstücke auf den vorgegebenen Durchmesser unter plastischer und elastischer Verformung auf. Die Erfindung bezieht sich ferner auf Vorrichtungen zur Durchführung der vorgeschlagenen Verfahren.

Es ist bekannt, daß die Martensit-Bildung eine erhebliche Härtesteigerung von Stahl bewirkt. Mit Härten bezeichnet man eine Wärmebehandlung, bei der das Werkstück, ausgehend von der Härtetemperatur bei austenitischem Gefüge in einem Abschreckmedium in der Weise abgekühlt wird, daß es zur Martensit-Bildung kommt. Beim Härten von Bauteilen tritt Verzug auf, der in einen unvermeidbaren Anteil, resultierend aus den Gefügeumwandlungen, und einen vermeidbaren Anteil, der von prozeßspezifischen Gegebenheiten abhängt, unterteilt werden kann.

Durch den Einsatz von Härtevorrichtungen ist es möglich, den Verzug von Werkstücken zu vermindern. Bei diesen Härtewerkzeugen unterscheidet man zwischen weggebundenen Vorrichtungen, sogenannte Dornfixturen, und kraftgebundenen Vorrichtungen, sogenannte Spreizwerkzeugen. Bei den Dornfixturen schrumpfen die Werkstücke auf einen vorgegebenen Durchmesser auf, so daß dem Bauteil eine Form aufgeprägt wird. Bei den Spreizwerkzeugen geschieht dies bei zeitlich variablen Durchmessern mit gleichzeitig veränderlicher Kraftbeaufschlagung (Einzelheiten hierzu siehe Aufsatz H. Bomas u. a. : Die Beeinflussung des Verzuges einsatzgehärteter Bauteile in Härtereitechnische Mitteilungen 45 (1990/3, Seiten 188 bis 195).

Beim Einsatz von Dornfixturen muß der Durchmesser, auf den die Werkstücke aufschrumpfen, empirisch ermittelt werden. Dieser empirisch ermittelte Durchmesser bestimmt maßgeblich die Abweichungen des Werkstücks vom Sollmaß, sobald das Werkstück von der Fixtur gelöst wird. Ebenso ist ein möglichst maß- und formgenaues Bauteil im weich bearbeiteten Zustand erforderlich, um die Abweichungen in tolerierbaren Grenzen zu halten.

Die Ermittlung des geeigneten Durchmessers muß deswegen empirisch vorgenommen werden, weil die Verformung des Werkstücks beim Aufschrumpfen auf die Dornfixtur aus einem plastischen und einem elastischen Anteil besteht. Erschwerend tritt hinzu, daß ein einmal als geeignet ermittelter Durchmesser durch Schwankungen in der Fertigungstoleranz und durch andere prozeßspezifische

Parameter (z. B. Werkstoff, Vorbearbeitung, Prozeßablauf) untauglich werden kann. Um Wartezeiten beim Fertigungsablauf möglichst gering zu halten, ist es üblich, mehrere Gruppen von Härtewerkzeugen bereitzuhalten, die sich in ihren Durchmessern jeweils geringfügig voneinander unterscheiden.

Kraftgebundene Vorrichtungen sind bei der Ermittlung des geeigneten Durchmessers deswegen flexibler, weil durch eine veränderliche Kraftbeaufschlagung variable Durchmesser vorgegeben werden können. Aber auch bei diesen kraftbeaufschlagten Vorrichtungen ist ein empirisches Vorgehen unvermeidlich, da der wirksame Durchmesser mit Preßkräften eingehalten werden muß, die den infolge der Kontraktion des Werkstücks wirksamen Schrumpfkräften entgegengerichtet sind. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren zum Beeinflussen von Maß- und Formänderungen beim Härten so zu verbessern, daß das Härten von Werkstücken in der laufenden Fertigung rationeller und mit besseren Ergebnissen sowie in höherem Maße reproduzierbar vorgenommen werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren soll größere Toleranzen bei den Weichmaßen eines Bauteils zulassen, starke Schrumpfspannungen auf dem Härtewerkzeug vermeiden und zu einer Zeit- und Kostenersparnis in der laufenden Fertigung führen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren vorgeschlagen, bei dem das Abschrecken des Werkstücks im Abschreckmedium in mindestens zwei Zeitabschnitten erfolgt. Wesentlich ist, daß das Werkstück im ersten Zeitabschnitt bei einer Temperatur auf einen ersten Durchmesser aufschrumpft, bei dem das Werkstück vorwiegend plastisch verformt wird. Die plastische Verformung in diesem ersten Zeitabschnitt macht den überwiegenden Anteil an der Gesamtverformung des Bausteils während des Härtens aus. Wichtig ist, daß ein eventuell vorhandener Anteil an elastischer Verformung gegenüber dem Anteil an plastischer Verformung in diesem Verfahrensabschnitt vernachläßigbar ist, was das einzuhaltende Sollmaß des Werkstücks nach dem Härten anbelangt.

An den ersten Zeitabschnitt schließt sich ein weiterer Zeitabschnitt an, bei dem von einer Temperatur des Werkstücks noch oberhalb des Martensit-Punktes ausgegangen wird und das Werkstück auf einen zweiten - kleineren - Durchmesser aufschrumpft. In diesem Verfahrensabschnitt erfolgt nochmals eine plastische Verformung, die, gemessen am Anteil der plastischen

Verformung im ersten Verfahrensschritt, jedoch wesentlich geringer ist. Mit der stufenweise ablaufenden plastischen Verformung sind wertvolle Vorteile erzielbar: Es werden zu starke SchrumpfSpannungen vermieden. Die Toleranzen, die bei der Weichbearbeitung des Bauteils eingehalten werden müssen, können gröber ausfallen. Darüber 5 hinaus ist die Feststellung wesentlich, daß der Anteil der elastischen Verformung an der Gesamtverformung des Bauteils ebenfalls abnimmt, so daß die Sollmaße nach dem Härten exakter und besser reproduzierbar einzuhalten sind.

10 In der ersten Verfahrensstufe wird ein erster

Durchmesser vorgegeben, dessen Abweichung vom Sollmaß des Werkstücks erheblich größer ist als dies bei vergleichbaren Durchmessern der Fall ist, wie sie in den einstufigen Härteverfahren nach dem Stand der Technik zur Anwendung

15 gelangen. Die Anwendung von wesentlich größeren

Härtedornmaßen ist nur in Verbindung mit der variabel steuerbaren Dauer des ersten Zeitabschnitts möglich. Die Wirksamkeit des ersten Durchmessers ist zeitlich exakt begrenzt und auf den Schrumpfverlauf des zu härtenden

20 Werkstücks abgestimmt.

Besonders vorteilhaft ist die Tatsache, daß durch Veränderung der Verweilzeit des Werkstücks auf dem ersten Durchmesser Abweichungen im Vormaß und im Härteergebnis 25 mit praktisch vernachläßigbarem Aufwand sehr genau zu korrigieren sind. Derartige Korrekturen sind im Rahmen der laufenden Fertigung ohne weiteres möglich.

Das weitere erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren 30 gelangt dann zur Anwendung, wenn die zu härtenden Bauteile in der zweiten Verfahrensstufe bei einem zufriedenstellenden Härteergebnis frei aushärten können.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren lassen 35 sowohl die Verwendung von Dornfixturen als auch von Spreizwerkzeugen zu. Nach einem weiteren wesentlichen Verfahrensmerkmal beginnt der erste Zeitabschnitt mit der Anlage des Werkstücks am ersten Durchmesser des mechanischen Hilfsmittels (Dornfixtur oder Spreizwerkzeug) . Nach Ablauf einer vorgegebenen Verweilzeit des Werkstücks auf dem ersten Durchmesser wird das Werkstück auf den zweiten Durchmesser überführt oder vom mechanischen Hilfsmittel entfernt. In diesem Punkt endet der erste Zeitabschnitt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren zeichnet sich in vorteilhafter Weise dadurch aus, daß das mechanische Hilfsmittel ein Härtewerkzeug, z. B. eine Dornfixtur oder ein Spreizwerkzeug, ist, dessen größter wirksamer Durchmesser vom Nennmaß des Werkstücks so abweicht, daß das Werkstück in einem ersten Zeitabschnitt vorwiegend plastisch verformt wird, wobei ein Meßtaster im Härtewerkzeug integriert ist, der ein Anfangssignal für den ersten Zeitabschnitt liefert, sobald das Werkstück am größten wirksamen Durchmesser während des Aufschrumpfens zur Anlage kommt.

Es ist vorteilhaft, wenn das Härtewerkzeug zumindest zwei wirksame Durchmesser aufweist. Ein besonders einfaches Härtewerkzeug stellt in diesem Fall eine Dornfixtur mit zwei Durchmessern dar.

Durch Versuche hat sich herausgestellt, daß die größte Verformung im ersten Zeitabschnitt etwa 0,2 % bis etwa 0,5 % des Weichmaßes des Werkstücks betragen kann. Innerhalb dieses Bereichs einer Durchmesservergrößerung ist sichergestellt, daß in der ersten Verfahrensstufe ausschließlich eine plastische Verformung des Werkstücks erfolgt.

Bei Verwendung einer Dornfixtur bzw. einem Spreizwerkzeug ist es vorteilhaft, die wirksame Verformung im zweiten Zeitabschnitt etwa 0,05 % bis etwa 0,1 % des Weichmaßes des Werkstücks zu wählen. Die wirksamen Durchmesser können selbsttätig in der Weise gewählt werden, daß nach Ablauf des ersten Zeitabschnitts der Transportierer aktiviert und/oder - im Falle eines Spreizwerkzeugs - eine Maßänderung am Werkzeug ausgelöst wird.

Zur Automatisierung des Verfahrensablaufs unter Anpassung an verfahrensspezifische Parameter wird nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß ein justierbarer Meßtaster des

Härtewerkzeugs mit einem Fühler für die Temperatur des Werkstücks und einem einstellbaren Zeitglied zusammenwirkt.

Die Effektivität des Verfahrensablaufs läßt sich zusätzlich dadurch steigern, daß der Zeitgeber mit einem Prozeßregler zusammenwirkt. Dieser Prozeßregler errechnet aus verfahrensspezifischen Parametern selbsttätig eine optimale Verweildauer des Werkstücks auf dem ersten Durchmesser.

Eine Vorrichtung, die besonders einfach aufgebaut ist und mit der der Verfahrensablauf automatisierbar ist, weist nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung als Härtewerkzeug einen Festdorn oder eine Festmatrize mit mindestens zwei unmittelbar übereinander liegenden

Durchmessern auf. Hierbei ist sowohl das Werkstück als auch das Härtewerkzeug relativ verschieblich angeordnet. Ein mit Greiferklinken zusammenwirkender Transportierer besorgt das Aufsetzen und Abnehmen der Werkstücke.

Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung. Nachfolgend werden die schematischen Zeichnungen, die die Erfindung darstellen, anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert:

Fig. 1 zeigt den Schrumpfungsverlauf bei einem

Abschreckvorgang auf einem Festdorn- Härtewerkzeug mit zwei Durchmesserstufen gemäß Fig. 3, 4, 5, 6;

Fig. 2 zeigt die Werkstück- bzw. Preßteil-Hübe relativ zu den verschiedenen Verweilzeiten auf den beiden Durchmesserstufen;

Fig. 3, 4 zeigen das Festdornhärtewerkzeug mit zwei verschiedenen Durchmesserstufen für je zwei gleichgroße, ringförmige Werkstücke, die mit einem Pressen-Druckstück mit an Auslegern geführten Auswerferarmen in Startstellung und bei der ersten Abschreckphase gehalten sind;

Fig. 5, 6 zeigen das gleiche Härtewerkzeug bei der zweiten Abschreckphase und nach dem Abstreifen der Werkstücke;

' Fig. 7 zeigt den Schrumpfungsverlauf entsprechend Fig. 1, jedoch für ein Spreizwerkzeug mit beim Abschrecken verstellbaren Durchmessern;

Fig. 8 zeigt ihre jeweiligen

Dorndurchmesserveränderungen dazu; Fig. 9, 10 zeigen das servo-betätigbare Spreizwerkzeug für die Bestückung mit jeweils fünf ringförmigen Werkstücken gleichzeitig bei der ersten und bei der letzten Abschreckphase;

Fig. 11 zeigt einen Querschnitt durch den Spreizdorn mit sechs bei Axialverschiebung des Innenkonus auseinander spreizbaren bzw. zusammenziehbaren Außensegmenten.

In Fig. 1 ist auf der Abszisse der jeweilige Schrumpf eg FW bzw. SW der Werkstücke 1 und auf der auch für Fig. 2 gültigen Ordinate die Aufenthaltszeiten T aufgetragen. In Fig. 2 zeigt die Abszisse die Relativ- Hübe FH bzw. SH der Werkstückgreifer 3 bzw. Dorne 5 in Relation zu den unterschiedlichen Dorndurchmessern 6, 7 und Aufenthaltszeiten Tl, T2 etc. an.

Bei FH1 ist das aus dem Ofen genommene Werkstück 1 beispielsweise 850 °C heiß und hat hierbei z. B. 0,75 % Übermaß. Bei FH2 ist das Werkstück 1 noch von den Greiferklinken 2 erfaßt (Fig. 3) und wird zunächst auf den Dorn 5 unter Zentrierung gegenüber dessen oberen Konusbereich unter nur minimaler Temperaturerniedrigung abgesenkt. Bei FH3 beginnt die Abtauchung in öl und wird das Werkstück 1 unter beschleun gter Schrumpfung bei FH4 auf den unteren größeren, ersten Dorndurchmesser 6 abgesenkt (Fig. 4) . In dieser Position wird die Bewegung der Greiferklinken 2 unterbrochen und ein das Werkstück 1 erfassender Meßtaster 8 aktiviert, der bei Erreichung eines vorgegebenen Werkstückmaßes bei FH5 einen nicht gesondert dargestellten, vorprogrammierbaren Zeitgeber bzw. einen Prozeßrechner für eine erste Abkühlzeit Tl auf den unteren, größeren Durchmesserbereich 6 einschaltet, welche bei FH7 endet, nachdem das Werkstück 1 während der ersten Haltezeit Tl eine ausreichende plastische Verformung erfahren hat, um nach Beendigung der Schrumpfung besser im Soll-Maßbereich zu liegen. Die plastische Verformung ist in der Kurve nach Fig. 1 als kurze horizontale Gerade zwischen Punkt FH6 und FH7 erkennbar. Bei Punkt FH7 wird die

Haltezeit Tl bei einer noch für ausschließlich plastische Verformung geeigneten Temperatur beendet. Das Pressendruckstück senkt sich (gemäß Fig. 5) dazu in Richtung Dorn 5 und beginnt, ihn aus dem auf einen Kragen 9 eines Dornführungsgehäuses 10 aufsitzenden Werkstück 1 teilweise durchzuschieben und dieses dadurch auf die unmittelbar anschließende, engere zweite Dorndurchmesserstufe 7 überzuführen. Bis dahin hat das Werkstück 1 sich noch nicht stärker auf dem Dorn 5 verklemmt und kann auf einem engeren Durchmesser 7 nun noch im erforderlichen Rahmen weiter schrumpfen. Bei Punkt FW8 beginnt diese zweite Abkühlzeit T2, welche gegebenenfalls über einen weiteren Zeitschalter vorwählbar gesteuert werden kann. In Spezialfallen sind weitere Durchmesserstufen und Abkühlintervalle einsetzbar. Bei der letzten Abkühlphase wird der Austenit/Martensit- Umwandlungspunkt bei FH9 überschritten, und so kann die daraus resultierende geringere Expansion zu einer Verr ingerung der elastischen Restspannungen auf dem zweiten Dorndurchmesserbereich 7 genutzt werden, so daß nach ausreichender Restabkühlung bei Punkt FH10 das Werkstück 1 mit nur noch geringer Kraft und somit ohne Verformungs¬ oder Beschädigungsgefahr unter vollständigem Herausdrücken des Domes 5 mittels des Pressendruckstückes 4 aus seiner Einspannung gelöst werden kann. Danach erfährt das

Werkstück 1 gemäß Punkt FH11 noch eine letzte kleine Kontraktion infolge der noch vorhandenen geringen Vorspannung und wird sodann bis Punkt FH12 mittels der Greiferklinke 2 aus der Härteeinrichtung herausgehoben bzw. weitertransportiert. Aus dem geraden Verlauf der Kurve bei FH6 bis FH7 ist zu erkennen, daß dort nur plastische Verformung erfolgt. Der Abstand der Geraden FH8 ... FH9 von der darunter reichenden und strichpunktiert gezeichneten Schrumpfkurve für uneingespanntes Material zeigt, daß hier nur noch ein kleiner Teil der Verformung elastisch erfolgt.

Die bereits erwähnte Fig. 3 bis 6, welche eine bevorzugte Ausführungsform eines als Festdorn 5 gebauten Härtewerkzeuges darstellen, erlauben die

Werkstückhandhabung trotz der zweistufigen

Dornausführung 6, 7 auf besonders vorteilhafte Weise, indem das Werkstück 1 von einem Greifarm 3 mit Klinken 2 auf den höhenverschieblichen Festdorn 5 gelegt wird, der von dem Pressendruckstück 4 entgegen einer im

Dornführungsgehäuse 10 gelagerten Rückstellfeder 11 hinuntergedrückt werden kann, so daß sich schließlich an den Kragen 9 die Greiferklinken 2 auflegen und dabei das Werkstück 1 vom Dorn 5 abgestreift wird.

In Fig. 3 befindet sich das Pressendruckstück 4 in oberster Stellung und die daran angelenkten Greiferklinken 2 mit dem Werkstück 1 noch oberhalb des mit einem Zentrierkonus versehenen Festdornes 5. Die von den Greifarmen 3 radial nach innen herausstehenden Klinken 2 sind mit den Greifarmen 3 zusammen gegenüber dem Pressendruckstück 4 innerhalb von Anschlägen längsverschieblich. Der Festdorn 5 ist durch die unter ihm in das Dornführungsgehäuse 10 eingelassene Rückstellfeder 11 bis zur obersten Stellung hochgefahren, so daß beide Durchmesserbereiche 6 und 7 aus dem Dornführungsgehäuse 10 oben überstehen.

In Fig. 4 sind die Greiferarme 3 mit den Werkstücken 1 bis zum Anschlag der Klinken 2 am Kragen 9 des

Dornführungsgehäuses 10 heruntergefahren. Dabei setzen sich die Klinken 2 in entsprechende etwa gleich hohe Aussparungen 12 des Kragens 9 so tief ein, daß das Werkstück 1 an dem ersten, größeren Durchmesserbereich anliegt und von den Greiferklinken 2 freigeworden ist. Hier wird es erfaßt von einem in den Festdorn 5 direkt eingebauten Meßtaster 8, der mit einer nicht gezeichneten Zeitsteuerung zusammenwirkt, die die erste, zeitlich und temperaturmäßig exakt kontrollierte Aufenthaltszeit Tl auf diesem Durchmesserbereich 6 begrenzt.

In Fig. 5 hat das Pressendruckstück 4 den Festdorn 5 entgegen dem Druck der Rückstellfeder 11 um etwa die Höhe der Werkstücke 1 in das Dornführungsgehäuse 10 hineingedrückt und dadurch das Werkstück 1 vom ersten auf den engeren zweiten Dorndurchmesserbereich 7 verschoben. Auf diesem braucht es nicht mehr zwingend maß- und temperaturüberwacht sein und kann an sich bis zur Endabkühlung hier verbleiben, wenn nicht durch entsprechende Zeitgeber eine Automatik der zugehörigen Handhabungsgeräte eingerichtet werden soll.

In Fig. 6 erreicht das Pressendruckstück 4 und auch der Festdorn 5 seine Tiefststellung, so daß dabei der Festdorn 5 mit seinem zweiten Durchmesserbereich 7 in das Dornführungsgehäuse hereingeschoben ist und hierbei das

Werkstück 1 abgestreift hat. Danach kann dasselbe von den Klinken 2 des Greifarmes 3 ohne besonderen Abstreifungskraftaufwand aufgenommen und weitertransportiert werden.

Eine sinngemäß das gleiche Verfahrensprinzip, aber auch andere Vorrichtungsmerkmale nutzende Vorgehensweise ist mit einem Spreizdorn 16 möglich, welcher unter exakter Zeit- und Temperaturkontrolle sehr schnell auf variable Dorndurchmesser während des Abschreckens z. B. mittels hydraulischer Hilfskräfte so verstellbar ist, daß der Großteil der Maßanpassung während der Einstellung eines ersten größeren Härtedorndurchmessers bei so hoher Temperatur erreicht wird, daß ausschließlich plastische Verformung stattfindet. Die automatisierbare Verstellbarkeit des Spreizdornes 16 bietet die Möglichkeit, mittels vieler kleiner Steuerimpulse auf die Dornverstellungsstange 17 von Werkstück 1 zu Werkstück 1 je nach Bedarf größere oder kleinere Anpassungsstufen VT durch entsprechende kürzere oder längere Verweilzeiten T bei den jeweiligen Durchmessern zu wählen und so die

Umformungsgrade der Werkstücke ihren jeweiligen Roh- und Soll-Maßerweichungen optimal anzupassen.

In Fig. 7 und 8 sind die Schrumpfwegkurve SW und der Spreizhub SH für solch eine Spreizdornhärtung über der Zeit T wiedergegeben.

Bei Punkt SHl ist das aus dem Ofen kommende Werkstück beispielsweise 850 °C heiß und hat hierbei etwa 0,75 % Übermaß. Bei SH2 sei das Auflegen des Werkstückes 1 auf den Spreizdorn 16 mit seiner Größteinstellung beendet und bei SH3 der Spreizdorn 16 auf Zentriermaß gebracht. Bei SH4 hat die Schrumpfung des Werkstückes 1 auf ein erstes Härtedornmaß begonnen, noch ehe (bei SH5) das Werkstück 1 in öl geflutet wird und dadurch stärker weiterschrumpft bis bei 'SH6 eine impulsweise Reduzierung der Spreizung einsetzt, die bis zu einem Zustand (bei SH7) geführt wird, an dem nur noch geringe plastische Verformung möglich ist. Danach setzt bei stabilem Spreizdorn 16 die Restabkühlung ein, welche bei SH8 unter Erreichung einer nur noch geringen

Vorspannung beendet ist, so daß ein leichtes Abnehmen vom Spreizdorn 16, wie bei SH9 erkennbar, möglich ist. Das nach völliger Aufhebung der Spreizung bei SH10 erreichte Fertigmaß liegt enger in der Toleranz als mit einem nur für einen einzigen Durchmesser eingestellten Dorn. Zwischen Punkt SH8 und SH9 wurde die Schrumpfkurve strichpunktiert eingezeichnet, welche sich ohne Dorn ergeben würde. Mit Dorn wird in diesem Temperaturbereich noch eine geringe plastische und eine geringe elastische Verformung unter weiterer Maßanpassung an das Soll-Maß erzielt.

Eine für derartige sehr anpassungsfähige Dornhärtungen besonders bevorzugte Vorrichtungsausführung ist anhand eines Spreizdornes 16 und der Fig. 9, 10 und 11 für jeweils fünf gleiche ringförmige Werkstücke 1 schematisch als Beispiel dargestellt. Dabei hat ein oben offenes zylindrisches Dornführungsgehäuse 18 einen Innenkragen 19, an den sich etwas größere Außenkrägen 20 von vorzugsweise sechs im Kreis angeordneten Dornsegmenten 21 von unten her innen anlegen. Die Dornsegmente 21 haben eine größere Länge als die Höhe der sie beim Härten umschließenden Werkstücke 1 beträgt und bilden in Kreisform zusammen einen Außenzylinder, dessen Durchmesser im Umfang begrenzt erweiterbar ist. Zu ihrer Innenseite hin bilden die Dornsegmente 21 in ihrer Kreisanordnung einen zum oberen

Ende konvergierenden sechseckigen Innenkonus 23, der einen durch einen konzentrischen Innenkδrper 24 gebildeten Außenkonus 25 umschließt. Dabei sind die Dornsegmente 21 durch eine ihr oberes Ende radial übergreifende Glockenhaube 26 gegen Spreizkräfte zusammengehalten.

Letztere entstehen, indem der in den Innenkonus 23 der Dornsegmente 21 eingepaßte einstückige Innenkörper 24 entgegen dem Außenkonus 25 in Längsrichtung verschoben wird. Der Innenkörper 24 ist senkrecht mittels einer von unten in das Dornführungsgehäuse 18 eintretenden und durch die obere Glockenhaube 26 wieder austretende Verstellstange begrenzt heb- oder senkbar; mittels eines über dem Boden des Dornführungsgehäuse 18 angeordneten, sowohl die Glockenhaube 26 des Außenkonuses 29 vertikal abstützenden als auch einem die unteren Enden der Dornsegmente 21 mit einem Vertikalkragen führenden Teller 28. Sowohl der Kragen des Tellers 28 als auch die Glockenhaube 26 sind auf einem mit gleichem Winkel wie die Dornkonuse 23, 25 versehenen Konusbund 29 zu den Dornsegmenten 21 zentriert. Daher werden bei einer Axialverschiebung des Tellers 28 die Dornsegmente 21 oben und unten im gleichen Maße auseinander oder zusammen gedrückt.

In Fig. 9 steht der Teller 28 in Hδchststellung. In Fig. 10 in einer sehr tiefen Stellung, d. h. mit kleinerem Dorndurchmesser eingestellt. In Fig. 11 ist zu erkennen, daß die Konusflächen 23, 25 zwecks Vermeidung unbeabsichtigter Klemmungen vorzugsweise als Flächen senkrecht zur Mittenhalbierenden der Segmentbögen ausgeführt und mit radialen Längsführungsgleitsteinen 30 zwischen den Konusen 23 und 25 versehen sein können.

Sinngemäß die gleichen Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmale sind für den Fachmann bei Bedarf anstelle mit einem Dorn auch mit einem Gesenk bzw. einer Matrize nach den gleichen Kriterien realisierbar.

Bezugszeichen

FW Schrumpfweg bei Festdorn

FH Hub von Pressendruckstück bzw. Dorn

SW Schrumpfweg bei Spreizdorn

SH Hub beim Spreizdorn

Tl vorwählbare Haltezeit auf erstem Durchmesserbereich 6

T2 vorwählbare Haltezeit auf zweitem Durchmesserbereich 7

VT variable Haltezeiten beim Spreizdorn

Claims

A n s p r ü c h e

1. Verfahren zum Beeinflussen von Maß- und

5 Formänderungen beim Härten von rotationssymmetrischen Werkstücken (1) , die in einem Abschreckmedium auf mechanische Hilfsmittel (5, 16) mit einem vorgegebenen Durchmesser unter plastischer und elastischer Verformung aufschrumpfen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , ° - daß das Abschrecken des Werkstücks (1) im Abschreckmedium in mindestens zwei Zeitabschnitten (Tl, T2) erfolgt, und zwar in einem ersten Zeitabschnitt (Tl) , dessen Dauer variabel steuerbar ist, bei einer Temperatur des 5 Werkstücks (1) und einem ersten Durchmesser (6) des mechanischen Hilfsmittels, die so bemessen sind, daß das Werkstück (1) unter vorwiegend plastischer Verformung aufschrumpft, in mindestens einem anschließenden weiteren 0 Zeitabschnitt (T2) bei einer Temperatur des Werkstücks noch oberhalb des Martensit-Punktes und einem geringen zweiten Durchmesser (7) , verglichen mit dem ersten Durchmesser (6) , so daß das Aufschrumpfen des Werkstücks (1) bei einer gegenüber dem ersten 5 Zeitabschnitt (Tl) vergleichsweise geringen anteiligen ' plastischen Verformung abläuft.

2. Verfahren zum Beeinflussen von Maß- und Formänderungen beim Härten von rotationsymmetrischen 0 Werkstücken (1) , die in einem Abschreckmedium auf mechanische Hilfsmittel (5, 16) mit einem vorgegebenen Durchmesser unter plastischer und elastischer Verformung aufschrumpfen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß daß Abschrecken des Werkstücks (1) im Abschreckmedium in mindestens zwei Zeitabschnitten (Tl, T2) erfolgt, und zwar 5 - in einem ersten Zeitabschnitt (Tl) , dessen Dauer variabel steuerbar ist, bei einer Temperatur des Werkstücks (1) und einem ersten Durchmesser (6) des mechanischen Hilfsmittels, die so bemessen sind, daß das Werkstück unter vorwiegend plastischer Verformung ^*0 aufschrumpft, in mindestens einem anschließenden weiteren Zeitabschnitt (T2) , in dem das Werkstück (1) bei einer Ausgangstemperatur noch oberhalb des Martensit-Punktes bei einer gegenüber dem ersten Zeitabschnitt (Tl) 5 vergleichsweise geringen anteiligen plastischen Verformung frei aushärtet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dauer des ersten 0 Zeitabschnitts (Tl) variabel steuerbar ist.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 3 oder 2 und 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Zeitabschnitt (Tl) mit der Anlage des Werkstücks (1) am 5 ersten Durchmesser (6) des mechanischen Hilfsmittels (5, 16) und nach Ablauf einer vorgegebenen Verweilzeit des Werkstücks auf dem ersten Durchmesser (6) durch überführen des Werkstücks (1) auf den zweiten Durchmesser (7) oder durch Entfernen des Werkstücks (1) vom ersten Durchmesser 0 endet.

5. Vorrichtung zum Beeinflussen von Maß- und Formänderungen beim Härten von rotationssymmetrischen Werkstücken (1) , die in einem Abschreckmedium auf 5 mechanische Hilfsmittel (5, 16) mit einem vorgegebenen Durchmesser aufschrumpfen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das mechanische Hilfsmittel ein Härtewerkzeug (5 bzw. 16) ist, dessen größter wirksamer Durchmesser (6) vom Nennmaß des Werkstücks (1) so abweicht, daß das Werkstück in einem ersten Zeitabschnitt (Tl) vorwiegend plastisch verformt wird und daß ein Meßtaster (8) im Härtewerkzeug (5 bzw. 16) integriert ist, der ein Anfangssignal für den ersten Zeitabschnitt (Tl) liefert, wenn das Werkstück am größten wirksamen Durchmesser (6) zur Anlage kommt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Härtewerkzeug (5 bzw. 16) zumindest zwei wirksame Durchmesser (6, 7) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die größte wirksame Verformung im ersten Zeitabschnitt (Tl) etwa 0,2 % bis etwa 0,5 % des Weichmaßes des Werkstücks (1) betragen kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die wirksame Verformung im zweiten Abschnitt (T2) etwa 0,05 % bis etwa 0,1 % des Weichmaßes des Werkstücks (1) betragen kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, mit einem Transportierer (4) zum Auflegen und zum Abstreifen des Werkstücks (1) , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß nach Ablauf des ersten Zeitabschnitts (Tl) der

Transportierer (4) aktiviert und/oder eine Maßänderung am Werkzeug (5 bzw. 16) im gleichen Abschreckmedium ausgelöst wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der in die Wand des Härtewerkzeuges (5 bzw. 16) justierbar eingelassene Meßtaster (8) mit einem Thermofühler für die Ist-Temperatur des Werkstückes (1) sowie einem voreinstellbaren Zeitgeber zusammenwirkt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , - daß die nächste Härtestufe (T2) auf einem unmittelbar nachfolgenden zweiten kleineren Durchmesserbereich (7) im gleichen Ölbad liegt, sofern der Schaltpunkt des Meßtasters (8) vor Erreichen eines dem Sollmaß im Abkühlzustand entsprechenden Schrumpfmaßes überschritten wird und daß die dabei beginnende zweite Härtestufe (T2) durch den Transportierer (4) bei einer noch teilweise plastischen Verformung zulassenden Temperatur beginnt und bei Erreichen einer keine plastische Verformung mehr zulassenden Temperatur beendet wird.

12. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 und 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Zeitgeber mit einem Prozeßregler zusammenwirkt, der für Istmaße bzw. Ist-Spannungen bzw. Ist-Temperaturen des Werkstücks (1) im Sinne einer Minimalverformung in Richtung Sollmaß selbst eine optimale Aufenthaltsdauer für die erste Härtephase (Tl) errechnet und einstellt.

13. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 und 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Härtewerkzeug ein Festdorn (5) bzw. eine Festmatrize mit mindestens zwei unmittelbar übereinanderliegenden Durchmesserbereichen (6, 7) ist und daß sowohl das Werkstück (1) auf dem Härtewerkzeug (5 bzw. 16) als auch dieses selbst gegenüber einem Werkzeugführungsgehäuse (10) relativ verschieblich ist sowie - ein mit Greiferklinken (2) zusammenwirkender

Transportierer (4) (z. B. ein Pressendruckstück) sowohl gegenüber dem Werkstück (1) als auch gegenüber dem Werkzeug (5) relativ verschieblich ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß mehrere zwischen Werkstück (1) und Werkzeug (5) in dessen Wand eingelassene und mit dem Prozeßregler zusammenwirkende Meßtaster (8) im Bereich des ersten Durchmesserbereichs (6) vorhanden sind.

15. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 und 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Durchmesserbereich (6) auf einem expandierten, hilfskraftbetätigbaren Spreizwerkzeug (16) und weitere Durchmesserbereiche (7) durch eine schrittweise vom

Prozeßregler gesteuerte Kontraktion des Spreizwerkzeugs (16) einrichtbar sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Spreizwerkzeug (16) mehrere gleiche Werkstücke (1) übereinander auf einer zylindrischen Außenkontur aufnehmen kann, welche durch auf einem Innenkonus (23) axial verschiebliche gleiche Dornsegmente (21) mit konischer Kontur gebildet sind, von denen mindestens ein Dornsegment (21) einen integrierten Meßtaεter (8) aufweist.