DE2362977C2

DE2362977C2 - Verfahren zur Herstellung gehärteter Zahnräder

Info

Publication number: DE2362977C2
Application number: DE19732362977
Authority: DE
Inventors: Richard F. Dearborn Heights Mich. Erxleben; Richard W. Grosse Pointe Woods Mich. Tersch
Original assignee: Lear Siegler Inc
Current assignee: Lear Siegler Inc
Priority date: 1972-12-20
Filing date: 1973-12-18
Publication date: 1982-08-26
Also published as: CA996009A; FR2211530B3; JPS4990620A; FR2211530A1; JPS5551687B2; DE2362977A1; IT994760B; GB1430287A

Description

hergestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad nach dem Aufkohlen auf etwa 840⁰C gebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schabwerkzeug bei ausreichend erhöhter Temperatur gehalten wird, um ein örtliches Härten des Zahnrades während des Schabens zu vermeiden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schabwerkzeug während des Schabens auf etwa der Temperatur des Zahnrades gehalten wird.

Im Rahmen der Wärmebehandlung von Stählen ist es bekannt, daß es beim Härten zum Verzug kommen kann, man dies jedoch durch das sogenannte Warmbadhärten weitgehend verhindern kann (Härten von Stahl im Salzbad bei Ms-Temperatur). Dabei wird der Stahlgegenstand auf Austenitisierungstemperatur erwärmt, welche mit der Art der Legierung variieren kann, jedoch für Stähle, wie man sie üblicherweise zur Herstellung von kraftübertragenden Zahnrädern in der Autotechnik anwendet, bei etwa 840° C liegt

Anschließend wird der Gegenstand auf eine mittlere Temperatur entweder in öl oder in einem Salzbad abgeschreckt Er verbleibt im Abschreckbad, bis ein Temperaturausgleich durch den ganzen Gegenstand erreicht ist Wird in Öl abgeschreckt, so liegt diese Temperatur im allgemeinen nicht wesentlich über etwa 230⁰C, bei Abschrecken im Salzbad im wesentlichen in der gleichen Größenordnung.

Nach dem Abschrecken können die Gegenstände langsam auf Raumtemperatur abkühlen. Wenn dies langsam geschieht, so werden innere Spannungen im wesentlichen vermieden und der Verzug auf ein Minimum reduziert

Die Erfindung bringt nun die Anwendung des Warmbadhärtens auf Zahnräder aus Stahl, welche auf ungefähr Endform roh abgearbeitet sind. Nach dem Aufwärmen der Zahnräder auf Austenitisierungstemperatur werden sie auf eine mittlere Temperatur abgeschreckt; während sie auf dieser mittleren Temperatur, zum Beispiel 205 bis 230° C verbleiben, werden sie in üblicherweise über gekreuzte Achsen geschabt.

Wo ein plötzliches und örtliches Härten durch das Schaben des Zahnrades ein Problem ist, so kann man dieses Schaben mit einer Maschine durchführen, die auf genügend hoher Temperatur gehalten wird, um ein derartiges Härten während des Schabens zu vermeiden. So kann man zum Beispiel im Werkzeug eine Temperatur aufrechterhalten, die zumindest dem halben Wert des Zahnrades in Fahrenheit entspricht

Nach dem Schaben kann das Zahnrad auf Raumtemperatur abkühlen, wobei im allgemeinen kein nennenswerter Verzug mehr eintritt Wenn gewünscht, kann man das Zahnrad noch anlassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich beispielsweise bei Stählen nach AISI 8620 mit einer vorhergehenden Aufkohlung, aber auch mit vollständig durchhärtenden Stählen wie Stählen nach AISI6150 durchführen.

AISI 862U

AlSI 6150

0,18-0,23%
0,20-0,35%
0,70-0,90%
bis 0,035%
bis 0,040%
0,40-0,60%
0,15-0,25%
0,40-0,70%
Rest Eisen

Kohlenstoff

Silizium

Mangan

Phosphor

Schwefel

Chrom

Molybdän

Nickel

0,48-0,53% Kohlenstoff
0,20-0,35% Silizium
0,70-0,90% Mangan
bis 0,035% Phosphor
bis 0,040% Schwefel
0,80-1,10% Chrom
mindestens 0,15% Vanadium
Rest Eisen

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Zahnrad während eines Warmbadhärtungscyclus geschabt, wobei das Zahnrad bei erhöhter Temperatur verbleibt und daher relativ weich ist. Nach dem Schaben kann das Zahnrad langsam auf Raumtemperatur abkühlen und wird dann, wenn erforderlich, angelassen, wobei alle diese Stufen im wesentlichen ohne Verzug durchlaufen werden.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen näher erläutert, wobei einmal ein aufgekohlter Stahl und das andere Mal ein durchgehärteter Stahl behandelt wurde.

Beispiel 1

Ein Autovorgelege aus Stahl nach AISI 8620 wurde zum Beispiel durch Walzfräsen auf ungefähre Endabmaße gebracht, wobei jedoch ein geringes Obermaß stehenblieb. Das gewälzte Zahnrad wurde dann in aufkohlender Atmosphäre ausreichend lang bei einer Temperatur \on etwa 925°C aufgekohlt, woraufhin es langsam auf Raumtemperatur auskühlen konnte.

Arbeitet man konituierlich, so kann man nur bis etwa 840⁰C kühlen, also auf die eigentliche Austenisierungstemperatur. Beim unterbrochenen oder absatzweisen Arbeiten wird das aufgekohlte Zahnrad auf diese Austenisierungstemperatur wieder aufgewärmt.

Als nächstes folgt die 1. Stufe des Warmbadhärtens= wobei der Stahl auf eine mittlere Temperatur abgeschreckt und in dem Abschreckbad bis zur gleichmäßigen Temperaturverteilung innerhalb des ganzen Körpers verbleibt Das Abschrecken kann in einem Öl- oder Salzbad erfolgen. Wird mit öl abgeschreckt, so liegt die Abschrecktemperatur zwischen 205 und 230⁰C.

Bei dieser Temperatur, abhängig von der speziellen Zusammensetzung des Werkstoffs, besitzt der Stahl einschließlich seiner Härte die geeigneten Bedingungen für ein übliches Schaben des Zahnrades über gekreuzte Achsen.

Während nun der Stahl auf der mittleren Temperatur von 205 bis 230⁰C verbleibt, wird das Zahnrad auf exakte Form der Zähne spanend bearbeitet. Anschließend kann es auf Raumtempratur abkühlen und wird — wenn erforderlich — noch angelassen z. B. durch Anwärmen auf 149 bis 175° C, und wird schließlich abgekühlt

Beispiel 2

Ein mittelgekohlter Stahl nach AISI 6150 wurde für Körper angewandt, die durchgehärtet werden sollen. In diesem Fall ist die Vorgangsweise im allgemeinen so wie in Beispiel 1 mit Ausnahme, daß hier kein Aufkohlen stattfindet Der Vollständigkeit halber wird jedoch nochmals das Verfahren im Detail beschrieben.

Ein Zahnrad für ein Autovorgelege oder ein Ritzel wurde gewälzt oder in anderer Weise spanend auf etwa Endabmaße jedoch mit etwas Überstand abgearbeitet.

Dieser Rohling wurde auf Austenitisierungstemperatur von etwa 840° C erwärmt und dann auf mittlere Temperatur abgeschreckt, bei dieser Temperatur bis im wesentiichen die Temperaiurverteilung durch den ganzen Gegenstand erreicht ist, gehalten und während dieser Zeit in üblicher Weise über gekreuzte Achsen exakt auf Endform bearbeitet, woraufhin das Zahnrad auf Raumtemperatur abkühlen konnte und gegebenenfalls noch angelassen wurde.

Nach beiden Beispielen erfolgte, wie erwähnt, das Schaben des Zahnrades in der bevorzugten Ausführungsweise nach dem üblichen Verfahren zum Schaben des Zahnrades in einander kreuzenden oder überschneidenden Achsen. Dabei entspricht die Verzahnung eines zahnradähnlichen Schneid- oder Schabewerkzeuges aus Schnelldrehstahl der Verzahnung dss angestrebten Zahnrads. Die Zähne sind versehen mit einer Vielzahl von Einschnitten an den Zahnflanken in Form scharfer Kanten, die im allgemeinen in Ebenen parallel zur Rotationsebene bzw. zu den Stirnflächen des Werkzeuges liegen.

Das Schabwerkzeug hat Zähne, die sich in ihrem Steigungswinkel von dem des zu bearbeitenden Zahnrades um ein gewisses Ausmaß unterscheiden, vorzugsweise 3 bis 30⁰C. Demzufolge greifen Zahnrad und Werkzeug ineinander ein mit Achsen, die sich im Raum in einem Winkel schneiden, der gleich ist der Summe oder der Differenz ihrer Steigungswinkel. Als Folge dieser gegeneinander geneigten Achsen kommt es, wenn Zahnrad und Wei kzeug in engem Eingriff mit beträchtlicher Geschwindigkeit laufen, zu einer relativen Gleitbewegung zwischen den Berührungsflächen an den Zahnßanken des Zahnrades und Werkzeuges, die sich im allgemeinen der Länge nach von einem bis zum anderen Ende des Zahns erstrecken. Diese Gleitbewegung ist im allgemeinen verbunden mit der üblichen Evolventenbewegung und führt zu einem Zahnradschaben, indem das Metall von der Oberfläche der Zähne in feinen Spänen abgehoben wird.

Es wurde festgestellt, daß das Schaben des heißen Zahnrades zu einem örtlichen Abkühlen und Härten des abzutragenden Metalls führt Diese Bearbeitung kann man nun vornehmen, indem das Werkzeug auf ausreichend erhöhter Temperatur gehalten wird, um ein plötzliches Härten des zu schabenden Zahnrades zu vermeiden. Man beobachtet keine Nachteile am Werkzeug aufgrund des Schabens von heißen Zahnrädern, da solche Werkzeuge aus Schnellarbeitsstählen hergestellt sind und Schabtemperaturen bis hinauf zu etwa 540⁰C zulassen.

Dieses Schaben kann an allen Zahnrädern vorgenommen werder., wenn nicht eine Begrenzung durch die Härte oder die Zusammensetzung des Werkstoffs gegeben ist. So können beispielsweise Zahnräder aus bestimmten Legierungen Einschlüsse enthalten, die ein wirksames Schaben verhindern, wenn auch die üblicherweise nach Rockwell C bestimmte Härte relativ gering ist. Andererseits können andere Legierungen mit Erfolg bei wesentlich höheren Rockwell-Härten geschabt werden, wenn solche das Schaben behindernde Einschlüsse fehlen.

Soweit beim Warmbadhärten ein Abschrecken des Zahnrades von der Austenitisierungstemperatur erforderlich ist, so wird die Temperatur, auf die es abgeschreckt wird, begrenzt durch das Abschreckmedium. Im allgemeinen lassen Abschrecköle Temperaturen bis 230⁰C zu. Wärmebeständigere öle werden möglicherweise noch verfügbar. Man wird bevorzugt öl zum abschrecken anwenden, da dieses das Schaben der heißen Zahnräder nicht nachteilig beeinflußt Das Zahnrad kann jedoch eine Temperatur wesentlich über etwa 23O⁰C haben, wenn es in einem Salzbad abgeschreckt wird, vorausgesetzt, daß das Schaben bei Temperaturen vorgenommen wird, bei denen das Salz flüssig bleibt. Abschrecksalze, die bei Temperaturen unter denen, wo das Schaben stattfindet, flüssig bleiben, sind verfügbar. Nach dem Schaben und Abkühlen des Zahnrades erstarrt das Salz, läßt sich jedoch leicht entfernen — im allgemeinen mit Wasser —, nachdem das Zahnrad Raumtemperatur erreicht hat.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung gehärteter Zahnräder aus härtbarem Stahl durch Aufheizen auf Austenitisierungstemperatur mit anschließendem Abkühlen vor dem Schaben, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad in der Art einer Warmbadhärtung auf eine mittlere Temperatur abgeschreckt und bei dieser Temperatur geschabt und anschließend langsam auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abkühlen das Zahnrad bei einer Temperatur zwischen 149 und 175°C angelassen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad in öl auf maximal 230° C, vorzugsweise zwischen 205 und 230⁰C, abgeschreckt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad vor dem Erhitzen auf Austenitisierungstemperatur aufgekohlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad aus einem Stahl nach AISI 8620 mit der Zusammensetzung 0,18-03 %
0,20-0,35 %
0,70 -0,90 %
bis 0,035 %
bis 0,040 %
0,40-0,60 %
0,15-0,25 0/0
0.40-0,70 %
Rest