DE4303884A1 - Verfahren zur Herstellung von Maschinenbauteilen, insbesondere Wälzlagerelementen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Maschinenbauteilen, insbesondere WälzlagerelementenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Maschinenbau
teilen, insbesondere Wälzlagerelementen, deren mechanisch beanspruchte
Flächen aus einem Stahl mit erhöhtem Kohlenstoffgehalt und deren
tragende Teile aus einem niedrig legierten Stahl mit geringem Kohlen
stoffgehalt bestehen.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-PS 39 19 199 bekannt. Ringför
mige Wälzlagerelemente werden danach wie folgt hergestellt:
- - Aufpressen und/oder Umformen eines Tragkörpers mit einem Laufring zu einem einstückigen Wälzlagerelement
- - Erwärmen des Wälzlagerelementes auf Härtetemperatur von 850°C
- - Halten des Wälzlagerelementes auf Härtetemperatur zum Austeniti sieren
- - Abschrecken des Wälzlagerelementes in Öl, Salz oder Wasser
- - Erwärmen des Wälzlagerelementes auf eine Anlaßtemperatur von 160 bis 240°C
- - 1 bis 4 Stunden Halten auf Anlaßtemperatur
- - Fertigschleifen der Wälzlagerelemente
- - Hohnen und Polieren der Laufflächen der Wälzlagerelemente.
Ein wesentlicher Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin,
daß zur Herstellung eines derartigen Wälzlagerelementes eine Vielzahl
von Arbeitsgängen erforderlich ist. So sind beispielsweise der Lauf
ring und der den Laufring aufnehmende Tragkörper einzeln zu fertigen
und zu einem Ganzen zusammenzufügen. Hinzu kommt, daß die so gefertig
ten Teile einen Härteverzug erleiden und daher zur Erzielung der
geforderten Genauigkeit nachgeschliffen und nachpoliert werden müssen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von
Maschinenbauteilen zu schaffen, das einfach und kostengünstig ist und
deren Herstellung auch ohne Härteverzug erlaubt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Kernmaterial
mit einem geringen Kohlenstoffgehalt wenigstens einseitig mit einem
Auflagematerial mit erhöhtem Kohlenstoffgehalt im Kaltwalzverfahren
walzplattiert wird, dieser Werkstoffverbund gehärtet und angelassen
wird, so daß das Auflagematerial eine Härte von 300 bis 550 HV und das
Kernmaterial eine Härte bis 250 HV aufweist und anschließend der
Werkstoffverbund durch eine ein- oder mehrstufige Kaltumformung umge
formt wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erreicht, daß durch die
Plattierung des Bandes und die anschließende Vergütung einerseits ein
Synergie-Effekt entsteht, das heißt die Werkstoffe beeinflussen sich
gegenseitig und ermöglichen so eine gute Umformfähigkeit des Bandes,
während andererseits durch den Umformvorgang bzw. die Umformvorgänge
in den einzelnen Kalibrierstufen eine kaltverfestigte, geglättete
Laufbahn bzw. Oberfläche entsteht, die eine hinreichende Härte und
somit Tragfähigkeit beispielsweise für Wälzkörper besitzt oder Ver
schleißbeanspruchungen allgemeiner Art standhält.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung nach Anspruch 2 sieht vor,
daß das Kernmaterial aus einem Stahl mit 0,05 bis 0,25% Kohlenstoff
und das Auflagematerial aus einem Stahl mit 0,45 bis 1,1% Kohlenstoff
besteht. Diese Werkstoffkombination erlaubt durch Vergüten eine pro
blemlose Einstellung der gewünschten Härtewerte von 300 bis 550 HV im
Randbereich und 140 bis 250 HV im Kernbereich, so daß durch das weiche
Kernmaterial die Tiefziehfähigkeit und durch das Auflagematerial die
entsprechende Verfestigung gegeben ist. Bedingt durch die Kaltver
festigung kann die Härte im Randbereich auch bis auf 650 HV ansteigen.
In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 und 4 sollen das Kern
material aus einem Stahl der Sorte St 4, C 10, C 22 oder 15 Cr 3 und
das Auflagematerial aus einem Stahl der Sorte Ck 67 bestehen. Welche
entsprechende Stahlsorte als Kernmaterial verwendet wird, ist anwen
dungsspezifisch und hängt von der geforderten Tragfähigkeit im Kern-
bzw. im Außendurchmesserbereich ab.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 5 sollen die
Maschinenbauteile zwischen 150 und 350°C einem Anlassen mit dem Ziel
einer Ausscheidungshärtung unterworfen werden. Darunter ist ein Erwär
men und Halten bei einer von der Legierungskombination abhängigen
Temperatur sowie ein Abkühlen zu verstehen, um bei legierten Stählen
durch disperse Ausscheidungen von Sonderkarbiden und intermetallischen
Phasen eine hohe, bis nahe zur angewandten Anlaßtemperatur beständige
"Warmhärte" zu erzielen. Durch eine derartige zusätzliche Wärmebehand
lung wird neben der Härtesteigerung auch eine Steigerung der Streck
grenze des kaltverfestigten Werkstoffes erreicht, so daß ein solches
Lager auch für höhere Betriebstemperaturen, z. B. 350°C noch geeignet
ist.
Auch sollen nach Anspruch 6 die Maschinenbauteile einer Nitrierung
unterworfen werden. Dies kann beispielsweise in einem Gasstrom oder in
einem Bad erfolgen. Bei der Nitrierung wird ein Wälzlagerelement einer
Stickstoffatmosphäre in statu nascendi ausgesetzt, so daß der Stick
stoff in die Stahloberfläche eindiffundieren kann. Es entstehen harte
Metallnitride, die die Verschleißfestigkeit, die Wechselfestigkeit und
die Korrosionsbeständigkeit eines derartig behandelten Stahles ent
scheidend verbessern ohne die Maßhaltigkeit wesentlich zu verändern.
Schließlich ist es nach Anspruch 7 auch möglich, daß das Kernmaterial
auf der einen Seite mit einem Auflagematerial mit erhöhtem Kohlen
stoffgehalt und auf der anderen Seite mit einem Auflagematerial aus
Kupfer oder einer Kupferlegierung plattiert ist. Dadurch wird einer
seits erreicht, daß die Gleiteigenschaften während des Kaltumform
prozesses verbessert werden und andererseits die Korrosionsbeständig
keit eines entsprechenden Bauteiles von außen her erhöht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird an nachfolgenden Ausführungsbei
spielen näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Nadelhülse, das heißt
ein Nadellager kleinster radialer Bauhöhe. Lager dieser Ausführung
bestehen aus einem dünnwandigen, spanlos geformten Außenring 1 und
Nadelrollen 2, die zusammen eine Baueinheit bilden. Die exakte Führung
der Nadelrollen 2 in einem Käfig 3 sichert die einwandfreie Funktion
eines derartigen Lagers auch bei hohen Drehzahlen. Die Nadelrollen 2
laufen dabei entweder auf einer nicht dargestellten gehärteten Welle
oder werden mit einem ebenfalls nicht dargestellten Innenring kom
biniert.
Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich, besteht der Außenring 1 aus einem
Kernmaterial 1.1, das beidseitig mit einem Auflagematerial 1.2 bzw.
einem Auflagematerial 1.3 verbunden ist.
Dieses ringförmige Wälzlagerelement in Form einer Nadelhülse bzw.
eines Lageraußenringes 1 ist nach folgendem Verfahren hergestellt:
Ein Stahlband der Kennung St 4 wird auf der einen Seite mit einer
Kupferplattierung 1.3 und auf der anderen Seite mit einem Auflagemate
rial 1.2 - Ck 67 -, das heißt einem Stahl mit 0,67% Kohlenstoff
versehen. Die Dicke des Auflagematerials 1.2 ist dabei so gewählt, daß
sie bis zu 20% der Gesamtstärke des Werkstoffverbundes ausmacht bzw.
einer üblichen Einhärtetiefe entspricht, falls eine Einsatzhärtung
erfolgt.
Nach Passieren des Kaltwalzgerüstes wird der Werkstoffverbund in einer
üblichen Vergütungsanlage wärmebehandelt und dabei zunächst oberhalb
der GOSK-Linie im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm über 830°C so lange
belassen, daß mit Sicherheit eine Durchwärmung des plattierten Bandes
erfolgt. Im vorliegenden Fall beträgt die Haltezeit dafür etwa bis zu
fünf Minuten.
Nach dem Abschrecken in einem Ölbad wurde das Band nochmals bei 300°C
angelassen und gleichzeitig plangepreßt. Ein derartig wärmebehandeltes
Band weist eine Ck 67-Schicht mit einer Härte von 450 HV, eine Kupfer
schicht auf der gegenüberliegenden Seite mit einer Härte von 80 HV und
eine tragende Materialkernzone aus vergütetem St 4 mit einer Härte von
220 HV auf.
Ein derartig behandeltes Band wird nun durch Kaltumformung in Form von
Fließpressen in einem mehrstufigen Verfahren zu einer Nadelhülse
tiefgezogen. Das Tiefziehen ist ein Umformungsvorgang, bei dem der
Werkstoff durch Drücken, Dehnen und Stauchen in einer oder mehreren
Stufen in einen Hohlkörper verwandelt wird. Der Tiefziehvorgang ist
dabei so zu gestalten, daß das Auflagematerial 1.2 innen liegt, das
heißt, die Lauffläche der Nadelrollen 2 bildet. Nach jeder Verformung
tritt eine Kaltverfestigung der Oberfläche ein, so daß ein derartig
gefertigtes Wälzlagerelement 1 einerseits aufgrund der Härte des
Auflagematerials 1.2 eine entsprechende Tragfähigkeit besitzt und
andererseits eine an die Einbaubedingungen ausgezeichnet angepaßte
Präzision aufweist.
Die Härte des Auflagematerials 1.2 des Wälzlagerelementes 1 wurde mit
550 HV ermittelt und damit lag dessen Tragfähigkeit bei ca. 80% der
von herkömmlich hergestellten Wälzlagerelementen.
Die in Fig. 2 dargestellte Prallkappe 4 ist ein Beispiel für ein
Maschinenbauteil, dessen Flächen einer hohen mechanischen Beanspru
chung ausgesetzt werden. Die Prallkappe 4 besteht aus einem Grundkör
per 5, der mit einer Platte 6 verbunden ist. Die Platte wiederum
besteht aus einem Kernmaterial 1.1 aus St 4 und ist einseitig nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren mit einem Auflagematerial 1.2 aus Ck 67
walzplattiert.
Anwendungsgebiet derartiger Prallkappen sind Einspritzanlagen von
Brennkraftmaschinen, bei denen aus einer Einspritzdüse austretender
Kraftstoff zwecks feiner Verteilung unter hohen Druck auf das Auflage
material 1.2 aufgespritzt wird.
Bezugszeichenliste
1 Wälzlagerelement
1.1 Kernmaterial
1.2 Auflagematerial
1.3 Auflagematerial
2 Nadelrollen
3 Käfig
4 Prallkappe
5 Grundkörper
6 Platte
1.1 Kernmaterial
1.2 Auflagematerial
1.3 Auflagematerial
2 Nadelrollen
3 Käfig
4 Prallkappe
5 Grundkörper
6 Platte
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von Maschinenbauteilen, insbesondere
Wälzlagerelementen, deren mechanisch beanspruchte Flächen aus einem
Stahl mit erhöhtem Kohlenstoffgehalt und deren tragende Teile aus
einem niedrig legiertem Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt bestehen,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Kernmaterial (1.1) mit einem geringen
Kohlenstoffgehalt wenigstens einseitig mit einem Auflagematerial (1.2)
mit erhöhtem Kohlenstoffgehalt im Kaltwalzverfahren walzplattiert
wird, dieser Werkstoffverbund gehärtet und angelassen wird, so daß das
Auflagematerial (1.2) eine Härte von 300 bis 550 HV und das Kernmate
rial (1.1) eine Härte bis 250 HV aufweist und anschließend der Werk
stoffverbund durch eine ein- oder mehrstufige Kaltumformung umgeformt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernma
terial (1.1) aus einem Stahl mit 0,05 bis 0,25% Kohlenstoff und das
Auflagematerial (1.2) aus einem Stahl mit 0,45 bis 1,1% Kohlenstoff
besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernma
terial (1.1) aus einem Stahl der Sorte St 4, C 10, C 22 oder 15 Cr 3
besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflage
material (1.2) aus einem Stahl der Sorte Ck 67 besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschi
nenbauteile zwischen 150 und 350°C einem Ausscheidungsanlassen unter
worfen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschi
nenbauteile einer Nitrierung unterworfen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernma
terial (1.1) auf der einen Seite mit einem Auflagematerial (1.2) mit
erhöhtem Kohlenstoffgehalt und auf der anderen Seite mit einem Aufla
gematerial (1.3) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung plattiert ist.
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DE19934303884 DE4303884A1 (de) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | Verfahren zur Herstellung von Maschinenbauteilen, insbesondere Wälzlagerelementen |
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Publications (1)
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DE (1) | DE4303884A1 (de) |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: INA WAELZLAGER SCHAEFFLER OHG, 91074 HERZOGENAURAC |
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8141 | Disposal/no request for examination |