DE10045290A1 - Verfahren zur Herstellung eines Metallsinterteiles - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallsinterteiles nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei den Metallsinterteilen, auf die sich das gattungsgemäße Verfahren bezieht, handelt es sich um solche, die einerseits eine äußerst genaue Formgenauigkeit aufweisen sollen, damit kein Formfertigschleifen mehr erforderlich ist und die ande­ rerseits an ihrer Oberfläche hohe Hertzsche Flächenpressun­ gen dauerhaft ertragen können sollen.

Solche Metallsinterteile sollen beispielsweise verwendet werden als Nocken für eine aus einer Welle und auf diese aufgesteckten Nocken bestehende Nockenwelle. Bisher mussten solche Nocken zur Erfüllung der bei diesen Produkten engen Maßtoleranzen einem Konturschleifprozess unterzogen werden. Derartige, präzisionsgesinterte, anschließend konturge­ schliffene Nocken können beispielsweise aus einer Sinterpul­ vermischung mit 2% Ni, 2% Mo, 1% C und Rest Fe herge­ stellt werden. Die Herstellung erfolgt dabei in einem Her­ stellungsprozess, bei dem in einem ersten Schritt das zu sinternde Pulver formgepresst, anschließend vorgesintert, danach auf eine Feinkonturform gepresst bzw. kalibriert und sodann bei hoher Temperatur von etwa 1100°C hochtemperatur­ gesintert wird. Bei derartig hergestellten Nocken lassen sich an der Nockenumfangsfläche Überrollfestigkeiten erzie­ len, die maximal einer Hertzschen. Flächenpressung von etwa 1.000 MPa dauerhaft widerstehen können.

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein gat­ tungsgemäßes Verfahren derart auszugestalten, dass Nocken hergestellt werden können, an deren Umfangsoberflächen mög­ lichst hohe Hertzsche Flächenpressungen dauerhaft ertragen werden können.

Gelöst wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den kenn­ zeichnenden Verfahrensschritten nach dem Anspruch 1.

Ein solches Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstel­ lung von Nocken für eine aus einer Welle und auf diese auf­ gesteckten Nocken bestehende Nockenwelle.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein für die Herstellung eines gattungsgemäßen Metallsinterteiles an sich übliches Sinterverfahren mit einem an sich ebenfalls für sich bekannten Einsatzhärteverfahren derart zu kombinie­ ren, dass bei der Durchführung des Härteverfahrens keine Formänderung des formmäßig mit hoher Präzision gefertigten Sinterteiles auftreten kann. Erreicht wird dieses Ziel er­ findungsgemäß dadurch, dass das gesinterte Teil nach dem Hochtemperatur-Sinterschritt praktisch abkühlungsfrei direkt dem Verfahrensschritt des Aufkohlens bei einem an sich übli­ chen Einsatzhärteprozess zugeführt wird. Durch die Vermei­ dung eines Abkühlens nach dem Hochtemperatur- Sinterverfahrensschritt und eines anschließenden Wiederauf­ wärmens für den Aufkohlungsverfahrensschritt bei dem Ein­ satzhärteverfahren bleibt das Sinterteil während des Härte­ prozesses absolut verformungsfrei, das heißt konturbestän­ dig.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können gattungsgemäße Sintermetallteile mit einer Oberfläche hergestellt werden, die einer Hertzschen Flächenpressung von bis zu etwa 1.500 MPa dauerhaft ausgesetzt werden können. Dies gilt ins­ besondere für die Umfangsbereiche von nach dem erfindungsge­ mäßen Verfahren hergestellten Nocken einer aus einer Welle und auf diese aufgesteckten Nocken bestehenden Nockenwelle, die im Motorbetrieb jeweils einer Rolle eines Nockenwellen­ folgers unter Druck ausgesetzt sind.

Ein Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung zur Durchfüh­ rung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, anhand dessen das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren nachfolgend noch nä­ her erläutert werden wird, ist in der Zeichnung dargestellt.

In dieser zeigen

Fig. 1 eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens geeignete Einrichtung in schematischer Darstel­ lung,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Nockenwelle mit auf eine Welle aufgezogenen erfindungsgemäß hergestellten Nöcken in zwei unterschiedlichen Darstellungen.

Durch Formpressen einer Sinter-Pulvermischung mit 2% Ni, 2% Mo, 1%C und Rest Fe wird zunächst ein Grünling in einer Behandlungszone 1 hergestellt. Dieser Grünling wird in einer Vorsinter-Kammer 2 vorgesintert.

Der Vorsinter-Kammer 2 schließt sich eine Behandlungszone 3, mit einem Kalibrierpressbereich, in dem ein Feinkontur- Formpressen erfolgt, und einer nachfolgenden Hochtemperatur- Sintereinrichtung 4 an. Nachfolgend schließen sich in fol­ gender Reihenfolge eine Aufkohlungseinrichtung 5, eine Här­ teeinrichtung 6, eine Anlasseinrichtung 7 sowie eine Abkühl­ zone 8 an. Die Vorsinterkammer 2, die Hochtemperatur- Sintereinrichtung 4, die Aufkohlungseinrichtung 5, die Här­ teeinrichtung 6 sowie die Anlasseinrichtung 7 sind jeweils als Module ausgebildet.

Das herzustellende Sinterteil durchläuft die einzelnen Ein­ richtungen und Zonen auf einem Transportmittel, das bei­ spielsweise eine Einrichtung aus achsparallel nebeneinander angeordneten einzeln oder jeweils zu mehreren gemeinsam zu­ sammengefassten, antreibbaren Förderrollen besteht. In der Zeichnung ist dieses Transportmittel schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 9 belegt.

Diejenigen Einrichtungen, in denen das herzustellende Sin­ terteil bestimmten Temperaturen und Atmosphären ausgesetzt wird, sind ein- und ausgangsseitig durch Schleusen S für die Durchführung des jeweiligen Behandlungsprozesses verschließ­ bar. Diese Schleusen sind in der Zeichnung lediglich schema­ tisch angedeutet.

Konkret kann ein Nocken für eine aus einer Welle und aufge­ setzten Nocken bestehende Nockenwelle wie folgt erfindungs­ gemäß hergestellt werden.

Ein aus einer Pulvermischung aus 2% Ni, 2% Mo, 1% C und Rest Fe Sinterpulver gepresster Nocken-Grünling wird in der Vorsinter-Kammer 2 zur Entgasung bzw. Entwachsung einer Tem­ peratur von etwa 800°C über eine Zeit von etwa 1 h ausge­ setzt.

Aus der Vorsinter-Kammer 2 gelangt das zu sinternde Teil zum Kalibrierpressen in die Behandlungszone 3. Das Kalibrier­ pressen erfolgt unter einem Druck von 800 mPa bei einer Tem­ peratur von 25°C.

Anschließend gelangt das herzustellende Teil über das Trans­ portmittel 9 in die Hochtemperatut-Sintereinrichtung 4, in der es unter einer Temperatur von 1150°C über eine Zeitdauer von 3 h bei geschlossenen Eingangs- und Ausgangsschleusen S hochtemperaturgesintert wird.

Durch eine die Hochtemperatur-Sintereinrichtung 4 mit der Aüfkohl-Einrichtung 5 verbindende Schleuse S gelangt das hochtemperaturgesinterte Teil praktisch abkühlungsfrei in eine Kammer der Aufkohlungs-Einrichtung 5. In einer Kohlen­ stoffatmosphäre mit einer Kohlenstoffkonzentration von 1% C erfolgt unter einer Temperatur von 900°C eine Aufkohlung während einer Zeitdauer von 60 min.

Durch eine die Aufkohlungs-Einrichtung 5 mit der Härte- Einrichtung 6 verbindende Schleuse S wird das herzustellende Teil in die Härte-Einrichtung 6 transportiert. In der Härte- Einrichtung 6 wird das zu behandelnde Teil abgekühlt mittels eines kalten Inertgasstromes, wobei das Inertgas beispiels­ weise Stickstoff sein kann. Däs Inertgas besitzt dabei im wesentlichen Raumtemperatur. Danach gelangt das zu behan­ delnde Teil in eine Anlass-Einrichtung 7, die eingangsseitig mit einer Schleuse S versehen ist. Das Anlassen erfolgt bei einer Temperatur von 150°C über einen Zeitraum von etwa 30 min. In einer nachfolgenden Abkühlzone 8 erfolgt sodann ein Ab­ kühlen des herzustellenden Teiles auf Raumtemperatur.

Die angegebenen Behandlungsparameter betreffen einen Nocken mit einem Grundkreisradius von 18 mm, einer Nockenbreite von 12 mm und einem Nocken-Bohrungsdurchmesser von 25 mm. Die bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel einzuhaltenden Fertigmaßtoleranzen von sind in der Fig. 2 mit R, P, F und G angegeben. Die Oberflächenhärte des Nockens beträgt 40 HRC.

Trotz einer erforderlichen außerordentlich hohen Formgenau­ igkeit der hergestellten Nocken für eine bei Verbrennungsmo­ toren von Kraftfahrzeugen eingesetzte Nockenwelle ist ein Feinkonturschleifen der einzelnen Nocken nicht notwendig. Darüber hinaus wird außer der hohen Formgenauigkeit gleich­ zeitig eine Nockenumfangsfläche erzielt, die für eine dauer­ haft zu ertragende Herztsche Flächenpressung von mindestens 1.500 MPa im Motorbetrieb ausreichend ist. Die Flächenpres­ sung wird im Motorbetrieb erzeugt durch den Rollangriff ei­ nes an den Nocken jeweils unter Druck anliegenden Nockenfol­ gers.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung eines Metallsinterteiles mit einem hohen Eisenanteil, einer hohen Formgenauigkeit und ei­ ner Oberfläche, die hohe Herztsche Flächenpressungen dauer­ haft ertragen kann, gekennzeichnet durch ein direktes Hintereinanderschalten eines üblichen Sinter­ verfahrens zur Herstellung eines Präzisionssinterteiles mit den aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten

• - Formpressen der zu sinternden Pulvermischung,
• - Vorsintern,
• - Feinkontur-Formpressen,
• - Hochtemperatur-Sintern

und eines ebenfalls üblichen Einsatzhärteprozesses mit den aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten

• - unter Wärme erfolgendes Aufkohlen in einer kohlenstoff­ haltigen Atmosphäre,
• - Härten durch Abkühlen in einer inerten Gasatmosphäre,
• - Anlassen,
• - Abkühlen auf Raumtemperatur,

wobei das zu behandelnde Teil nach dem Verfahrensschritt des Hochtemperatursinterns im wesentlichen abkühlungsfrei dem Verfahrensschritt des Aufkohlens zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Nocken für eine aus einer Welle und auf diese aufgesteckten Nocken bestehende Nockenwelle.