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Verfahren und Vorrichtung zur endgültigen Formung und zum Abschrecken
von ringförmigen Werkstücken. Gegenwärtig werden gehärtete Metallringe, z. B. konische
Lagerringe für Rollenlager, zunächst nach irgendeinem geeigneten Verfahren hergestellt,
auf genaues Maß gebracht und darauf zum Härten erhitzt und abgeschreckt. Bei diesen
Verfahren ist ein Verziehen der Ringform so häufig, daß in der Regel der gehärtete
Ring nachgeschliffenwerden muß, um die genaue Form wiederherzustellen. Der Zweck
der Erfindung ist, in einfacher und wohlfeiler Weise das Werkstück, insbesondere
also einen Ring, auf das genaue Maß zu bringen und das Verziehen und Werfen desselben
beim Härten zu vermeiden, wodurch die Notwendigkeit des Nachschleifens oder Fertigmachens
verringert oder womöglich ganz beseitigt wird.
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Die Erfindung besteht hauptsächlich darin, den Ring aus ungehärtetem
Metall annähernd
in der Fertigform, jedoch mit etwas verringerter
Bohrung herzustellen, ihn zu erhitzen, die Bohrung auf einen etwas größeren Durchmesser
als im fertigen Ring zu erweitern und ihn während des Abschreckens in diesem Zustande
zu härten, wobei das Strecken und Abschrecken des Ringes ohne merkliche Zeitpause
vor sich geht, in dem erhitzten Ring eine Umfangsspannung erzeugt wird, die auch
während des Abschreckens kein Nachlassen erfährt.
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Das Verfahren ist in der Zeichnung erläutert. Abb. i zeigt Teile einer
Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens in Anwendung auf das Fertigstellen konischer
Ringe für Rollenlager.
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Abb. 2 ist ein senkrechter Schnitt der Abb. i mit dem Ausdehnungswerkzeug
in seiner tiefsten Stellung.
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Abb. 3 und 4. entsprechen den Abb. i und 2 unter Verwendung eines
anderen Ausdehnungswerkzeuges, und Abb. 5, 6 und 7 zeigen abgeänderte Ausführungsformen
der Vorrichtung, wobei der Ring während des Abschreckens innen und außen eingespannt
wird.
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Obgleich das Verfahren sich auch für andere, ähnliche Gegenstände
eignet, ist es hier zunächst für die konischen Ringe von Rollenlagern beschrieben.
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Der Rohling, der gewöhnlich aus Stahl besteht, wird zunächst in bekannter
Weise durch Ausstanzen oder Pressen in der ungefähren Form und Größe des fertigen
Ringes hergestellt, aber mit einem Durchmesser oder Bohrung, der etwas kleiner ist
als bei dem fertigen Ring.
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Dieses Werkstück wird dann in der Wärme behandelt, aber statt es wie
üblich abzuschrecken, wenn es aus dem Ofen kommt, wird es gemäß der Erfindung einer
Behandlung unterworfen, durch die das Metall rasch am Umfang gestreckt und seine
Bohrung etwas größer gemacht wird als die des fertigen Ringes, worauf dann unmittelhar
ohne Verminderung der Umfangsspannung bzw. ohne Aufhebung der streckenden Kraft
die Abschreckung erfolgt.
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In den Abb. i und 2 der Zeichnung ist A das Werkstück, im vorliegenden
Falle der noch ungehärtete, mit etwas kleinerer Bohrung hergestellte konische Lagerring.
Dieses Werkstück wird erhitzt und unmittelLar beim Herauskommen aus dem Härteofen
auf einen geeigneten Sitz i aufgelegt, der auf der Grrindplatte 2 einer Presse angeordnet
ist, deren Stempel 3 gleichachsig mit dem Sitz auf und ab geht. Die Grundplatte
ist mit einem länglichen Keilblock ¢ gleichachsig mit dem Stempel und zweckmäßig
in Form eines verjüngten Kegels versehen. Der Kopf des Stempels ist mit einem Ausdehnungsstempel
5 versehen, der eine Anzahl von Längsabschnitten 6 hat, die aus einem Stück mit
dem Bodenteil des Stemlfels bestehen und durch Rinnen 7 voneinander getrennt sind.
Die Außenflächen dieser Abschnitte sind konzentrisch und besitzen die nötige Krümmung,
um die gewünschte Erweiterung der Bohrung des Ringes zu erzeugen, d. h. die Oberfläche
der Abschnitte ist, wenn sie strahlenförmig ausgedehnt sind, konzentrisch zur Achse
des Keilblockes .4 und des Stempels 3, mit einem Halbmesser, der etwas größer ist
als der Halbmesser der Bohrung des fertigen Ringes. Die Innenfläche dieser Abschnitte
ist bei 8 verjüngt bzw. keilförmig und wirkt mit dem Keilblock 4. zusammen. Das
Verhältnis zwischen den Teilen ist derart, daß bei dem Abwärtsgehen des Stempels
die Innenfläche der Abschnitte durch die Keilwirkung des Keilblockes gespreizt wird.
Durch diese Ausbildung ist der heiße Ring, wenn er den Keilblock ¢ umgibt und auf
dem Sitz i ruht, der auf der Grundplatte vorgesehen ist, in der Lage, die Ausdehnungsabschnitte
ein beträchtliches Stück in die Bohrung eintreten zu lassen, ehe die Ausde.Iinungswirkung
beginnt. Während der weiteren Abwärtsbewegung des Stempels werden die Abschnitte
nach außen gespreizt und erweitern die Innenwand der Bohrung. Wie oben dargelegt,
sind die Teile so eingestellt, daß, wenn die Abschnitte voll gespreizt sind, die
Bohrung des heißen Ringes etwas größer ist als im fertigen Ring.
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Durch diese Ausdehnung der Bohrung wird eine Umfangsspannung im Metall
des Kegelringes erzeugt, und es hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, den Ring
ohne jede merkliche Pause nach dieser Erweiterung der Bohrung abzuschrecken, ohne
daß die Ausdehnungskraft im Ring fortgenommen wird. Aus diesem Grunde ist die Abschreckungsvorrichtung
so angeordnet, daß das Abschreckmittel im Augenblick der vollendeten Ausdehnung
einwirkt.
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Zum Abschrecken ist der Sitz des heißen Ringes von einer Ringwand
9 umgeben, die mit dem Sitz zusammen die Abschreckkammer bildet. Diese Wand hat
eine Mehrzahl von Bohrungen io, welche in der Längsrichtung durch den Boden gehen
und durch einen Ringkanal i i, Öffnung 12 und Leitung 13 mit . dem Behälter für
das -,1,bschreckmittel in Verbindung stehen. Jede Bohrung i o in der Wand der Abschreckkammer
steht mit dem Inneren dieser Kammer durch üffnungen 14. auf der Innenseite der Wand
1n Verbindung. Der Bodenteil der Wand ist mit einer Mehrzahl von Löchern 15 zum
Abfluß des i-#bschreckmittels aus der Kammer
versehen. Die Zuführung
des Abschreckmittels wird durch ein Ventil- 16 geregelt, Idas in der Bohrung, 12
gleichachsig mit dem Stempel der Presse vorgesehen' ist. Dieses auf und ab bewegliche
Ventil 16 befindet sich in der Regel in seiner oberen ,Stellung und wird durch eine
Stange 17 geöffnet, welche mit dem Kopfteil des Preßstempels aus einem Stück besteht
oder daran befestigt ist und gegen den Schaft 18 des Ventiles trifft und
dieses hierdurch öffnet. Infolgedessen kann das Abschreckmittel in die Abschreckkammer
treten, wenn sich der Stempel seiner unteren Grenzstellung nähert.
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Der Preßstempel bewegt sich mit der üblichen Geschwindigkeit einer
Presse, so da.ß die Ausdehnung und das Abschrecken des Kegelringes rasch vor sich
geht, ohne daß zwischen beiden Behandlungen eine Zeitpause eintritt. Da das Metall
unter der Umfangsspannung steht, ehe das Abschrecken erfolgt, und da diese Spannung
bei dem Abschrecken aufrechterhalten wird, so wird sich naturgemäß, sobald der Kegelring
von den Ausdehnungsabschnitten abgestreift ist, der Bohrungsdurchmesser wieder etwas
verkleinern. Deshalb müssen die Ausdehnungsabschnitte so eingestellt werden, daß
sie den heißen Ring auf einen etwas größeren Durchmesser ausdehnen, wie es für die
Bohrung des fertigen Ringes erwünscht ist.
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Handelt es sich um einen Kegelring für Rollenlager mit achsialer zylindrischer
statt mit konischer Bohrung, so ist die Schrumpfung des Durchmessers ungleichmäßig
wegen der verschiedenen Wandstärken. Ist die Wand eines solchen Konus am weiten
Ende des Ringes beträchtlich dicker als am engeren Ende, so wird durch die Schrumpfung
eine deutliche Verjüngung der Bohrung von dem engeren Ende nach dem weiteren hervorgerufen.
Wenngleich diese Verjüngung infolge des Schrumpfens einer ungleichmäßig dicken Wand
nur gering ist, so muß sie doch bei der Verjüngung in der Form des Stempels berücksichtigt
werden, d. h. die Größe dieses Stempels muß ganz wenig kleiner sein, als es für
die Bohrung des fertigen Ringes 'erwünscht ist. Eine gleiche Berücksichtigung muß
die ungleichmäßige Schrumpfung bei solchen Ringen für Rollenlager und andere Zwecke
finden, wo die Bohrung. konisch ist und der Außenumfang des Ringes annähernd zylindrisch,
oder aber von einer geringeren Verjüngung als die Bohrung. Die Wirkung einer solchen
Berücksichtigung ist in diesem Falle die, daß man der Bohrung an dem dickwandigeren
Teil des Ringes, wo die Schrumpfung größer ist, eine größere Erweiterung gibt als
an dem engen Ende, wo die Schrumpfung kleiner ist. Bei Legierungen, wo die Schrumpfung
nur sehr klein ist, ist es nicht nötig, Rücksicht hierauf eintreten zu lassen.
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Die Ausdehnung und das sofort darauffolgende Abschrecken bewirkt eine
große Genauigkeit der Größe und Form des Querschnittes und eine große Glätte und
Gleichmäßigkeit der Ringflächen. jedes Verziehen ist beseitigt, so daß fast immer
ein Nachschleifen des gehärteten Ringes unnötig wird und die gehärtete Schicht in
voller Tiefe gleichmäßig erhalten bleibt, so daß der Ring mit der gehärteten Fläche
sofort in Benutzung genommen werden kann.
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Die Abb. 3 und q. zeigen eine Vorrichtung für die Herstellung der
äußeren Einsatzringe von Rollenlagern nach dem vorliegenden Verfahren.
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Zu diesem Zweck hat der Stempel nicht die Form von Abschnitten, .sondern
eine durchgehende, kegelförmige Stempelkuppe 5a
in der gewünschten Verjüngung
der Innenfläche des fertigen Ringeinsatzes mit etwas größerem Durchmesser als im
fertigen Ringeinsatz. Zum Abschrecken ist die Außenfläche dieses Stempels mit einer
Mehrzahl von Längsrinnen i9 versehen, die etwas schräg oder schraubenförmig verlaufen
und sich bis zum Boden des Stempels erstrecken, wo sie mit den. Spalten 2o der Abschreckkammer
unterhalb des Stempels in Verbindung stehen und weiter durch einen Durchgang 21
in denn Sitz ia mit dem Behälter für das 'Abschreckmittel.
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Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist ähnlich der in Abb. i und
2, doch ist das Abschreckmittel gleichzeitig gegen die Innenwie gegen die Außenfläche
des Einsatzringes B. gerichtet.
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Abb.5 zeigt eine Vorrichtung zum Einspannen des Ringeinsatzes sowohl
außen wie innen während des Abschreckens. Diese Vorrichtung ist mit einem ringförmigen
Gesenk zur Aufnahme des heißen Ringeinsatzes versehen. Die Ringwand dieses Gesenkes
ist mit einer Reihe schraubenförmiger -Nuten iga versehen, die durch die Durchgänge
ioa mit einer Gruppe von Düsenöffnungen iqa in Verbindung stehen. Die Wirkungsweise
ist annähernd wie die der Abb.3 und 4., jedoch ist der Ringeinsatz während des Abschxeckens
innen und außen eingespannt.
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Die Vorrichtung nach Abb. 6 ist mit einem Abschnitthalter 23 versehen,
dessen Außenfläche verjüngt ist, um in den verjüngten Sitz zu passen, der zu diesem
Zweck in der Wand 9 vorgesehen ist. Die Innenfläche dieses Halters 23 ist wieder
mit einer Gruppe schraubenförmiger Nuten Job versehen, die durch Düsenöffnungen
1q. b und Durchgänge Job mit dem Ringkanal i i in Verbindung
stehen.
Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung entspricht der der Abb. 5.
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Die Vorrichtung nach Abb.7 dient zur endgültigen Formung und zum Abschrecken
von Ringeinsätzen, bei denen sowohl die Innen- wie die Außenflächen verjüngt sind.
Diese Vorrichtung hat ein konisches Gesenk, dessen Wandung mit einer Gruppe von
schraubenförmigen Nuten i 9e versehen ist, die durch Düsenöffnungen i.lc und Durchgänge
i oe mit dem Ringkanal i i in Verbin. Jung stehen.
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Diese Ausführungsformen sind lediglich als Beispiele anzusehen, und
es können im Rahmen der Erfindung verschiedene Abänderungen getroffen werden. Statt
des Stempels mit den Abschnitten können volle Stempel von abweichenden Formen als
Ausdehnungsstempel benutzt werden. Das Verfahren läßt sich auch bei Änderung der
Stempelform auf hohle Gegenstände anwenden, deren Bohrung nicht rund ist. Es ist
dabei zu bemerken, daß das Werkstück, das auf dem gerillten Stempel gehärtet wird,
die Marken der mit den Rillen abwechselnden Rippen zeigen wird, was ohne Bedeutung
ist, aber sich durch Lichtwiderschein bemerkbar macht.