DE3623131C1 - Method for the production of annular workpieces made of metal - Google Patents

Abstract

For the production of annular workpieces made of metal, especially honing bushes, valve seat rings, synchroniser rings, counter-rings, slip rings or flange sealing rings made of cast iron, cast steel or steel for use in internal combustion engines, sleeves are drawn by the continuous casting method in moulds, preferably water-cooled moulds, and the individual rings are parted off from the sleeves after heat treatment, if required. In comparison with the rings produced by the green-sand moulding of individual blanks, the rings produced in accordance with the invention are distinguished by higher dimensional accuracy of the blanks, good surface finish, reduced radial machining allowances, narrower machining tolerances uniform material properties dense, pore-free structure and good machinability. This gives an economical manufacturing process with considerably improved machine capacity.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung ringförmiger Werkstücke aus Metall, wie insbesondere von Ventilsitzringen, Synchronringen, Gleit- oder Gegenringen, Honbüchsen und Flanschabdichtungsringen aus Gußeisen, Stahlguß oder Stahl zum Einsatz in vor allem Verbrennungskraftmaschinen durch Gießen zylindrischer Büchsen und Abstechen der Ringe von den Büchsen.The invention relates to a method for manufacturing annular workpieces made of metal, such as in particular Valve seat rings, synchronizer rings, slide rings or counter rings, Honing sleeves and flange sealing rings made of cast iron, cast steel or steel for use in primarily internal combustion engines by casting cylindrical cans and parting the rings from the rifles.

Ringe, wie vor allem Ventilsitzringe, Synchronringe, Gleitringe oder Flanschabdichtungsringe für Verbrennungskraftmaschinen und Honbüchsen aus Gußeisen, Stahlguß oder Stahl, werden in der Praxis bevorzugt durch Einzelgußverfahren im Sandstapelguß oder gegebenenfalls auch im Schleudergußverfahren durch Abstechen der Einzelringe von den gegossenen Schleudergußrohren hergestellt. Problematisch ist vor allem das Gießen von Ringen mit relativ großen radialen und/oder axialen Wandstärken, wie sie vor allem Ventilsitzringe für Verbrennungskraftmaschinen besitzen.Rings, especially valve seat rings, synchronizer rings, Slide rings or flange sealing rings for Cast iron internal combustion engines and honing liners, Cast steel or steel are preferred in practice by Single casting process in sandpile casting or possibly also by centrifugal casting by parting off the individual rings from the cast centrifugal pipes. Problematic is mainly casting rings with relatively large ones radial and / or axial wall thicknesses, as they are especially Have valve seat rings for internal combustion engines.

Nachteilig beim Einzelgußverfahren im Stapelguß (Gießen in grünen Sandformen), welches heute als Hauptherstellungsverfahren zum Gießen von Ventilsitzringen und Gleitringen aus Gußeisen mit Lamellengraphit, Temperkohle oder Kugelgraphit vor allem eingesetzt wird, sind die Rohlingsungenauigkeiten durch Treiben, Schrumpfen, Gratbildungen, Kaltschweißungen und Werkstoffporositäten, wie Pinholes oder überwiegend Sandeinschlüsse. Diese Nachteile müssen im nachträglichen Bearbeitungsverfahren unter Ausschußbildung bei gleichzeitig anfallendem hohen Kreislaufmaterial aufwendig beseitigt werden.A disadvantage of the single casting process in batch casting (casting in green sand molds), which today is called Main manufacturing process for casting valve seat rings and Slide rings made of cast iron with lamellar graphite, tempered carbon or Spheroidal graphite is mainly used Blank inaccuracies due to drifting, shrinking,  Burrs, cold welds and material porosities, such as Pinholes or mostly inclusions of sand. These disadvantages must be entered in the subsequent processing procedure Formation of rejects at the same time high Circulatory material can be elaborately removed.

Besonders nachteilig ist vor allem bei Gußeisen mit Temperkohle oder Kugelgraphit deren Neigung im Einzelguß zu Mittellinienlunkern (Fadenlunker), die vor allem bei Ringen mit größeren radialen Wandstärken auftreten und Ringbrüche verursachen können. Der Lunkerbildung muß daher mit großem speisungstechnischen und metallurgischen Aufwand begegnet werden, was die Wirtschaftlichkeit der Ringherstellung wiederum verringert.It is particularly disadvantageous with cast iron Tempered carbon or spheroidal graphite, the inclination of which in single casting Center line cavities (thread cavities), especially in rings occur with larger radial wall thicknesses and ring breaks can cause. The formation of voids must therefore be great feed technology and metallurgical effort met be what the economics of ring making again decreased.

Die relativ großen axialen Wandstärken machen sich sowohl am Innenumfang als auch am Außenumfang der gießereitechnisch bedingten Formschrägen bemerkbar. In zusätzlich verteuernden Arbeitsgängen müssen die Ringe daraufhin anschließend spanabhebend auf die funktionsmäßig erforderliche gleichmäßige radiale Wandstärke bearbeitet werden, so daß vor allem die Gußeisenfertigung derartiger Ringe zu aufwendig wird.The relatively large axial wall thicknesses make themselves felt on Inner circumference as well as on the outer circumference of the foundry conditional draft noticeable. In addition, more expensive The rings then have to work cutting to the functionally required uniform radial wall thickness can be edited, so that especially the Cast iron production of such rings is too expensive.

Durch das Schleudergießen besitzen die Rohre durch die schnelle Abkühlung am Kokillenrand und die langsamere Abkühlung im Rohrinneren ein sich radial vom Außenumfang zum Innenumfang änderndes Gefüge (Werkstoffentmischungen durch Schlierenbildungen), das sich insbesondere bei Ringen größerer radialer Wandstärken nachteilig auswirken kann. Darüber hinaus besitzen Schleudergußrohre, ähnlich wie Sandgußringe, eine Formschräge an der äußeren Mantelfläche. Vor allem Ringe mit größeren axialen Wandstärken müssen auch in diesem Fall aufwendig am Außenumfang nachbearbeitet werden.By centrifugal casting, the pipes have through the rapid cooling at the mold edge and the slower one Cooling inside the tube radially from the outer circumference to Structure changing internal circumference (material segregation by Streak formation), which is particularly large in rings radial wall thicknesses can have an adverse effect. Furthermore have centrifugal cast pipes, similar to sand cast rings, one  Draft on the outer surface. Especially rings with larger axial wall thicknesses must also be used in this case can be elaborately reworked on the outer circumference.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gußverfahren zu finden, mit dem sich Ringe insbesondere mit größeren radialen und/oder axialen Wandstärken für vor allem Verbrennungskraftmaschinen unter Vermeidung der beschriebenenen Nachteile einfach und kostensparend und dadurch wirtschaftlich in der Großserienfertigung herstellen lassen. Das erfindungsgemäße Verfahren soll sich gleichermaßen zum Gießen der meisten für derartige Ringe üblichen Stahl-, Stahlguß- oder Gußeisenlegierungen eignen.The present invention is therefore based on the object to find a casting process with which rings in particular with larger radial and / or axial wall thicknesses for before all internal combustion engines while avoiding the described disadvantages simple and cost-saving and thereby Have it economically manufactured in large series production. The method according to the invention is also intended to Casting most of the steel, Cast steel or cast iron alloys are suitable.

Diese Aufgabe wird gelöst, indem die für die Herstellung der Ringe verwendeten Büchsen erfindungsgemäß in einem Stranggußverfahren hergestellt werden.This task is solved by the for the production of the Rings used bushings according to the invention in one Continuous casting processes are produced.

Durch den Einsatz des Stranggußverfahrens können Hohlprofile aus den verschiedensten Metallegierungen beziehungsweise Stahl-, Stahlguß- und Gußeisenlegierungen auf der Gießanlage mit über längerer Produktionsdauer gleichbleibender Qualität bei hohem Ausstoß und dadurch für die Großserienfertigung wirtschaftlich gefertigt werden. Die rohrförmigen Werkstoffprofile werden dabei bevorzugt schon beim ruckweisen Herausziehen aus der Stranggußkokille in Büchsen der üblichen Länge getrennt und/oder dann in bekannter Weise zu den entsprechenden Ringen weiterverarbeitet.Through the use of the continuous casting process, hollow profiles from various metal alloys respectively Steel, cast steel and cast iron alloys on the casting machine with more constant over a longer production period Quality with high output and therefore for the Large-scale production can be manufactured economically. The tubular material profiles are already preferred when pulling out of the continuous casting mold in Bushes of the usual length separately and / or then in a known one Way processed to the appropriate rings.

Die verwendeten Stranggußkokillen werden bevorzugt sowohl am Außenmantel als auch im eingeführten Formkern gekühlt, so daß das Stranggußrohr sowohl am Innenumfang als auch am Außenumfang unter Abschreckung erstarrt (gerichtete Erstarrung). Auch bei Rohren größerer radialer Wandstärken entsteht so auch über dem Querschnitt ein feinkörnig gleichmäßiges, festes, lunkerfreies und gerichtet erstarrendes Gußgefüge. Die Gußstücke besitzen eine hohe Maßgenauigkeit mit glatter Oberfläche, weitgehend frei von Einschlüssen und anderen gießereibedingten Werkstoffporositäten. Vor allem entfallen bei Stranggußstücken die beim Sandguß und Schleuderguß nachteiligen Formschrägen, so daß vorteilhaft ein wesentlicher Teil der sonst erforderlichen Putz- und Strahlarbeit sowie ein Teil der anschließenden spanabhebenden Bearbeitungsprozesse bei gleichzeitig sehr hohem Anteil an (durch Einguß-, Anschnittssystem, Speise und höherer Anteil Formausschuß, Kaltschweißung) Kreislaufmaterial eingespart werden kann. Ringe auch mit größeren radialen und axialen Wandstärken von mehr als 4 mm können so wirtschaftlich hergestellt werden.The continuous casting molds used are preferred both on  Outer jacket and cooled in the inserted mandrel, so that the continuous cast pipe on both the inner circumference and The outer circumference solidifies under deterrence (directed Solidification). Even with pipes with larger radial wall thicknesses this creates a fine-grained cross section uniform, firm, void-free and directionally solidifying Cast structure. The castings have a high dimensional accuracy with smooth surface, largely free of inclusions and other foundry-related material porosities. Especially omitted in the case of continuous castings, sand casting and Centrifugal casting disadvantageous draft angles, so that advantageous essential part of the otherwise necessary cleaning and Blasting work as well as part of the subsequent machining Processing processes with a very high proportion (through pouring system, gate system, food and a higher percentage Form scrap, cold welding) Circulation material saved can be. Rings also with larger radial and axial Wall thicknesses of more than 4 mm can be economical getting produced.

Gefunden wurde, daß im Stranggußverfahren die verschiedensten Gußeisenlegierungen mit Kugelgraphit, Lamellengraphit, Vermikulargraphit oder Temperkohle sowie die verschiedensten Stahllegierungen vergossen werden können. Die zur Herstellung dieser Gußeisenlegierungen gegebenenfalls erforderlichen Behandlungsverfahren mit vor allem Magnesium oder Cermischmetall und gleichwertige Verbindungen der Seltenen Erden zur Kugelgraphitbildung und die erforderlichen Impfungen werden bevorzugt vor dem Vergießen der Gußeisenschmelze in den Stranggußofen durchgeführt. It was found that a wide variety of casting processes Nodular cast iron, flake graphite, Vermicular graphite or tempered coal as well as the most varied Steel alloys can be cast. The one for manufacturing these cast iron alloys may be required Treatment methods with mainly magnesium or Cerium mixed metal and equivalent compounds of the rare Earth for spheroidal graphite formation and the necessary vaccinations are preferred before pouring the cast iron melt into the Continuous casting furnace carried out.  

Da die Gußstücke unter Abschreckung in der Kokille und damit relativ hart erstarren, sind anschließende Wärmebehandlungsverfahren zur Einstellung des gewünschten Gefüges und der gewünschten Härte erforderlich. Glühbehandlungen, Abschreckvergütungen und Anlaßverfahren können dabei entsprechend den Wärmebehandlungsverfahren von Sandgußstücken variiert werden. Die Wämebehandlungsverfahren erfolgen dabei bevorzugt direkt an der Büchse, so daß die nachfolgenden spanabhebenden Bearbeitungsverfahren leichter durchgeführt werden können. Im Prinzip kann aber die Wärmebehandlung auch am abgetrennten Ring während einer seiner Bearbeitungsphasen vorgenommen werden.Since the castings are put off in the mold and thus solidify relatively hard, are subsequent Heat treatment process to set the desired one Structure and the desired hardness required. Annealing treatments, quenching and tempering processes can according to the heat treatment process of Sand castings can be varied. The thermal treatment process are preferably carried out directly on the sleeve, so that the subsequent machining processes easier can be carried out. In principle, however Heat treatment also on the severed ring during one of its Processing phases are made.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz des Stranggußverfahrens für die Herstellung von vor allem Ventilsitzringen, Gleit- und Gegenringen, Flanschabdichtungsringen sowie Synchronringen und Honbüchsen können diese Ringe mit hohen Stückzahlen in Großserienproduktion gefertigt werden. Durch Einsparungen von hohem Anteil des Kreislaufmaterials und einem Teil der Bearbeitungsverfahren werden ihre Herstellungskosten wesentlich gesenkt. Durch das im Stranggußverfahren erzielbare festere, feinkörnige Gefüge sind die Ringe den herkömmlich im Sandgußverfahren hergestellten Ringen funktionsmäßig überlegen und vor allem die weitgehende Lunkerfreiheit der Gußstücke erlaubt vorteilhaft eine problemlose und ausschußsichere Herstellung dickwandiger Ringe, wie vor allem von Ventilsitzringen mit radialen Wandstärken über 4 mm. Durch die gefundene universelle Gießbarkeit der verschiedensten Stahl- und Gußeisenlegierungen im Stranggußverfahren ist darüber hinaus die wirtschaftliche Ausnutzung der Stranggußanlage möglich. Through the use of the continuous casting process according to the invention for the production of valve seat rings, sliding and Mating rings, flange sealing rings as well as synchronizer rings and Honing tins can use these rings in large quantities Mass production. With savings of high proportion of the circulatory material and part of the Machining processes become their manufacturing costs significantly reduced. Through what can be achieved in the continuous casting process firmer, fine-grained structure are the rings the conventional in Functionally superior rings produced by sand casting and above all the extensive absence of voids in the castings advantageously allows a problem-free and tamper-proof Manufacture of thick-walled rings, especially from Valve seat rings with radial wall thicknesses over 4 mm. Through the found universal castability of various steel and cast iron alloys in the continuous casting process in addition, the economic exploitation of the Continuous casting plant possible.  

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das erfindungsgemäß eingesetzte Verfahren näher erläutert.In a preferred embodiment, this is Processes used according to the invention are explained in more detail.

Ausgegangen wird von einer verschleißfesten Gußeisenlegierung mit lamellarer bis knötchenförmiger Graphitausscheidung mitA wear-resistant cast iron alloy is assumed with lamellar to nodular graphite excretion

2,8  Gewichtsprozent Kohlenstoff weniger als0,12 Gewichtsprozent Schwefel weniger als0,35 Gewichtsprozent Phosphor
0,2  Gewichtsprozent Nickel
3,9  Gewichtsprozent Silicium
0,4  Gewichtsprozent Chrom
0,35 Gewichtsprozent Kupfer
1,0  Gewichtsprozent Mangan
0,2  Gewichtsprozent Vanadium
0,15 Gewichtsprozent Titan
0,4  Gewichtsprozent Molybdän
0,4  Gewichtsprozent Wolfram
0,2  Gewichtsprozent Niob2.8 weight percent carbon less than 0.12 weight percent sulfur less than 0.35 weight percent phosphorus
0.2 weight percent nickel
3.9 weight percent silicon
0.4 weight percent chromium
0.35 weight percent copper
1.0 percent by weight of manganese
0.2 weight percent vanadium
0.15 weight percent titanium
0.4 weight percent molybdenum
0.4 weight percent tungsten
0.2 weight percent niobium

sowie Eisen als Rest.and iron as the rest.

Die Gußeisenlegierung wird im Ofen bis auf etwa 1450°C erschmolzen, in 140 kg fassenden Gießpfannen übernommen und unter Impfung mit 250 g Ferrosilizium in den Stranggußofen überführt.The cast iron alloy is in the furnace up to about 1450 ° C melted, taken over in 140 kg ladles and inoculated with 250 g of ferrosilicon in the continuous casting furnace transferred.

Im Stranggußverfahren werden Rohre mit 35 mm Innendurchmesser, kreisrundem Querschnitt und einer radialen Wandstärke von 6 mm gegossen, und die Rohre werden in Büchsen mit einer Länge von 100 mm geteilt. Zur Wärmebehandlung werden die Büchsen 1 Stunde bei mehr als 950°C geglüht, in einem Ölbad auf Raumtemperatur abgeschreckt und 1 Stunde bei <350°C angelassen. Die Härte der behandelten Büchsen liegt zwischen 108 und 115 HRB, das Grundgefüge der Büchsen ist ein Vergütungsgefüge (angelassener Martensit) mit fein verteilten Sonderkarbiden und kurz- und feinlamellarer Graphitausscheidung.In the continuous casting process, tubes with an inner diameter of 35 mm, circular cross-section and a radial wall thickness of 6 mm poured, and the pipes are in cans with a length of 100 mm divided. The cans are used for heat treatment  Annealed for 1 hour at more than 950 ° C in an oil bath Room temperature quenched and 1 hour at <350 ° C left on. The hardness of the treated cans is between 108 and 115 HRB, the basic structure of the rifles is a Remuneration structure (tempered martensite) with finely divided Special carbides and short and fine lamellar Graphite excretion.

Aus den Büchsen wurden Ringe mit 2 mm axialer Höhe abgestochen.Rings with a 2 mm axial height were cut out of the bushes.

Die mittleren Werte betragen für den WerkstoffThe mean values are for the material

Elastizitätsmodul145 000 N/mm² und die Biegefestigkeit  1 290 N/mm² Härte - HB 2,5/187,5340-460.Modulus of elasticity 145 000 N / mm ² and bending strength 1 290 N / mm ² hardness - HB 2.5 / 187.5340-460.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung ringförmiger Werkstücke aus Metall, wie insbesondere von Ventilsitzringen, Synchronringen, Gleit- oder Gegenringen, Honbüchsen und Flanschabdichtungsringen aus Gußeisen, Stahlguß oder Stahl, zum Einsatz in vor allem Verbrennungskraftmaschinen durch Gießen zylindrischer Büchsen und Abstechen der Ringe von den Büchsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchsen im Stranggußverfahren hergestellt werden.1. A method for producing ring-shaped workpieces made of metal, such as, in particular, valve seat rings, synchronizer rings, slide or counter rings, honing sleeves and flange sealing rings made of cast iron, cast steel or steel, for use in internal combustion engines in particular by casting cylindrical sleeves and tapping the rings off the sleeves, characterized in that the bushes are manufactured in a continuous casting process. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchsen in wassergekühlte Stranggußkokillen gegossen werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the cans are poured into water-cooled continuous casting molds will. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchsen und/oder abgestochenen Ringe wärmebehandelt werden.3. The method according to claims 1 and 2, characterized characterized in that the rifles and / or tapped Rings are heat treated.