DE4315618A1 - Method of mfg. precision components of refined tool steel - starts with cylindrical bolt blank of hardened steel and specified tensile strength followed by machining - Google Patents
Method of mfg. precision components of refined tool steel - starts with cylindrical bolt blank of hardened steel and specified tensile strength followed by machiningInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen mit Flächen hoher Paßgenauigkeit aus vergütetem Werkzeugstahl, wobei die Formgebung im wesentlichen mittels Zerspanung erfolgt.The invention relates to a method for producing Molded parts with surfaces of high accuracy of fit made of tempered Tool steel, the shape essentially using Machining takes place.
Werkzeuge, z. B. Zerspanungswerkzeuge werden heute überwiegend aus gehärtetem Stahl angeboten. Hochwertige Werkzeuge besitzen eine Grundfestigkeit von 1100 N/mm2 und höher. Zu derartigen Werkzeugen gehören Werkzeugköpfe für das Drehen, Fräsen, Bohren. Derartige Werkzeuge werden beispielsweise in Bearbeitungszentren eingesetzt, wo ganz allgemein die Forderung nach häufigem und raschem Werkzeugwechsel besteht. Werkzeugköpfe besitzen spezielle Anschlußteile für die Werkzeugaufnahme in der Werkzeugmaschine. Die Flächen derartiger Kupplungen besitzen hohe Paßgenauigkeit und bei modernen Werkzeugsystemen hohe Formenkomplexität.Tools, e.g. B. Cutting tools are mainly offered today from hardened steel. High-quality tools have a basic strength of 1100 N / mm 2 and higher. Such tools include tool heads for turning, milling, drilling. Such tools are used, for example, in machining centers, where there is a general requirement for frequent and rapid tool changes. Tool heads have special connection parts for the tool holder in the machine tool. The surfaces of such couplings have a high degree of accuracy of fit and a high degree of shape complexity in modern tool systems.
Entsprechend werden derartige Werkzeuge heute in der Regel aus unvergütetem Stahl der Zugfestigkeit <800 N/mm2 gefertigt, d. h. die Formgebung derartiger Werkzeuge und insbesondere der Anschlußteile erfolgt mittels Zerspanen aus Rohlingen von ungehärtetem Stahl. Die so vorgefertigten Formteile werden anschließend einem oder mehreren Warmhärtungsprozessen unterzogen. Dadurch werden die erforderlichen Grundfestigkeiten von mindestens 1100 N/mm2 sowie Oberflächenhärten von <42 HRC erzielt. Gleichzeitig hat ein Warmhärteprozeß aber einen unvermeidlichen Verzug der Formteilflächen zur Folge. Der Verzug muß zumindestens an den Flächen hoher Paßgenauigkeit in einem nachfolgenden Verfahrensschritt, in der Regel mittels Schleifen, ausgeglichen werden. Gleichzeitig wird durch das Schleifen die für Paßflächen erforderliche hohe Oberflächengüte und Formgenauigkeit hergestellt.Correspondingly, such tools are today generally made from unrefined steel with a tensile strength of <800 N / mm 2 , ie the shaping of such tools and in particular of the connecting parts takes place by machining from blanks of unhardened steel. The molded parts prefabricated in this way are then subjected to one or more heat curing processes. The required basic strengths of at least 1100 N / mm 2 and surface hardness of <42 HRC are achieved. At the same time, a heat hardening process results in an inevitable warpage of the molded part surfaces. The warpage must be compensated for at least on the surfaces with a high degree of accuracy in a subsequent process step, usually by means of grinding. At the same time, the high surface quality and shape accuracy required for mating surfaces is produced by grinding.
Dieses Verfahren ist aufgrund der hohen Zahl von Verfahrensschritten wirtschaftlich aufwendig. Dadurch, daß ein Formteil nach der Zerspanung und Warmhärtung zum Schleifen ein zweites Mal in eine Bearbeitungsmaschine eingespannt werden muß, ist es nicht nur ein großer zeitlicher Aufwand, sondern ergibt auch Probleme infolge voneinander abweichender Zentrierung des Werkstücks beim Aufspannen, einmal für das Drehen, zum anderen für das Schleifen.This procedure is due to the high number of Process steps economically complex. The fact that a Molded part after machining and heat hardening for grinding must be clamped into a processing machine a second time, it’s not just a lot of time, it’s a result also problems due to differing centering of the Workpiece during clamping, one for turning, the other for grinding.
Das Walzen bzw. Rollieren von Oberflächen ist an sich bekannt. Es wird zum Beispiel zur Oberflächenverbesserung von Bohrungen und Wellen eingesetzt. Dadurch werden nicht nur dem Schleifen vergleichbare Oberflächen-Glattheiten erreicht, sondern es tritt durch das Rollieren auch eine zusätzliche Verfestigung des Oberflächenbereiches bei gleichzeitiger Verringerung der Kerbwirkung ein. Das Oberflächen-Rollieren ist bis heute jedoch auf Stähle geringer und mittlerer Festigkeit beschränkt. Die im Handel üblichen Rollenwerkzeuge zum Glattwalzen sind auf die Bearbeitung von Formteilen einer Festigkeit von unter 1300 N/mm2 ausgelegt und als solche angeboten.The rolling or rolling of surfaces is known per se. It is used, for example, to improve the surface of bores and shafts. This not only achieves surface smoothness comparable to grinding, but also results in additional hardening of the surface area with simultaneous reduction in the notch effect. To date, surface burnishing has been limited to low and medium strength steels. The commercially available roller tools for smooth rolling are designed for the processing of molded parts with a strength of less than 1300 N / mm 2 and are offered as such.
So beschreibt die EP-A1 0 353 376 ein Walzwerkzeug zum Glattwalzen und/oder Festwalzen, wobei gemäß Spalte 2, Zeilen 23ff, die Walzrollen vorteilhafterweise aus keramischen Werkstoffen herzustellen und damit auch Werkstücke aus gehärtetem Werkstoff oder gehärteten Oberflächen glattzuwalzen sind.For example, EP-A1 0 353 376 describes a rolling tool for Smooth rolling and / or deep rolling, whereby according to column 2, Lines 23ff, the roller rolls advantageously made of ceramic Manufacture materials and thus also workpieces to smooth hardened material or hardened surfaces are.
Ein bekannter Nachteil des Rollierens ist der, daß durch diesen Prozeß zwar die Oberflächengüte und -festigkeit, nicht aber kleinere Fehler in der geometrischen Oberflächen-Qualität beseitigt werden können, z. B. Abweichungen von einer strengen geometrischen Kegelform. Entsprechend ist der technische Anwendungsbereich des Rollierens bzw. Glattwalzens beschränkt. A known disadvantage of roller burnishing is that by this Process the surface quality and strength, but not minor errors in the geometric surface quality can be eliminated, e.g. B. Deviations from a strict one geometric cone shape. The technical is corresponding Area of application of rolling or smooth rolling limited.
Als Beispiel eines Verfahrens zur Verfestigung von Maschinenteilen fit Vorsprüngen mittels Rollen wird die DE-OS 29 22 639 genannt. Dort werden Vorsprünge eines Maschinenteiles, wie die Zähne eines Zahnrades, mittels Rollen einer plastischen Biegeverformung und damit einer Materialverfestigung unterzogen. Beispielhaft wird dort ein Getrieberad aus Stahl mit hoher Bruchfestigkeit (105 kp/mm2) der plastischen Biegeverformung gemäß dortiger Erfindung unterzogen. Wesentliche Unterschiede zu vorliegender Anmeldung bestehen aber insofern, als dort weder große maßliche Paßgenauigkeit gefordert ist, noch die erzielbare Oberflächenglattheit im Vordergrund steht. Zudem wird das ausgeformte Zahnrad vor der erfindungsgemäßen Verarbeitung geschmiedet, normalisiert und vergütet.DE-OS 29 22 639 is mentioned as an example of a method for strengthening machine parts fit projections by means of rollers. There, protrusions of a machine part, such as the teeth of a gearwheel, are subjected to plastic bending deformation and thus material hardening by means of rollers. As an example, a gear wheel made of steel with a high breaking strength (105 kg / mm 2 ) is subjected to the plastic bending deformation according to the invention there. However, there are significant differences from the present application in that neither great dimensional accuracy is required, nor is the attainable surface smoothness in the foreground. In addition, the molded gear is forged, normalized and tempered before processing according to the invention.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Verfahren für die eingangs genannten Formteile, insbesondere Maschinenwerkzeuge mit Kupplungselementen zu schaffen, das weniger Verfahrensschritte aufweist und mit dem daher wirtschaftlicher als bisher gefertigt werden kann. Gleichzeitig sollen Präzisionsverluste in der Geometrie, insbesondere von Paßflächen, wie sie durch das mehrfach erforderliche Aufspannen des Werkstückes nach bekannten Verfahren unumgänglich sind, ausgeschaltet werden.The object of the present invention is therefore a method for the moldings mentioned in the introduction, in particular machine tools to create with coupling elements, the less Has process steps and therefore more economical than can be manufactured so far. At the same time Precision losses in geometry, especially of Fitting surfaces, such as the multiple clamping required the workpiece are unavoidable according to known methods, turned off.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorliegender Anmeldung gelöst.The object is achieved by a method according to claim 1 this application resolved.
Die erfindungswesentlichen Verfahrensmerkmale betreffen jede für sich bekannte Verfahrensschritte. Sie müssen daher an dieser Stelle nicht weiter beschrieben werden. Die erfindungswesentliche Folge der Verfahrensschritte wurde indes bisher nicht auf Formteile gemäß Anspruch 1 angewandt. Vielmehr war der Fachmann bisher durch die herrschende Lehrmeinung davon abgehalten, die endgültige geometrische Form eines Formteiles, einschließlich der Form von Paßelementen, an hochvergüteten und damit auf die erforderliche Endhärte gebrachte Stahlsorten vorzunehmen. Ebenso wurde bisher das Glattwalzen bzw. Rollieren von Oberflächen fit Rollenwerkzeugen nur bei Werkstoffen der Festigkeit <1300 N/mm2 angewendet.The process features essential to the invention relate to each process step known per se. They therefore do not need to be described further here. The sequence of the method steps essential to the invention has, however, not previously been applied to molded parts according to claim 1. Rather, the expert was previously prevented by the prevailing doctrine from undertaking the final geometric shape of a molded part, including the shape of fitting elements, on high-tempered steel grades which were brought to the required final hardness. Up to now, smooth rolling or rolling of surfaces on roller tools has only been used for materials with a strength of <1300 N / mm 2 .
Die Vorteile der Erfindung liegen danach vor allem in der wesentlich höheren Wirtschaftlichkeit des Gesamtverfahrens zur Herstellung von entsprechenden Formteilen, insbesondere Maschinenwerkzeugen. Die Anzahl der Verfahrensschritte wird reduziert. Während nach dem bekannten Verfahren der Rohling zunächst zur Formgebung durch Drehen und nach dem Warmhärten noch einmal für den Schleifprozeß zentriert und in der Werkzeugmaschine aufgespannt werden mußte, so muß nach dem erfinderischen Verfahren nur einmal aufgespannt werden. Das erhöht die geometrische Präzision der Formteilflächen, weil auch mit modernen Hilfsmitteln ein Werkstück nie mehrmals gleich präzise aufgespannt werden kann. Schließlich zeigt das erfinderische Verfahren gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß durch Schleifen endbearbeitete Oberflächen in ihrer Festigkeit nicht gesteigert werden, sehr wohl aber durch das Rollieren bzw. Walzen.The advantages of the invention are mainly in that much higher economy of the overall process for Manufacture of corresponding molded parts, in particular Machine tools. The number of process steps will reduced. While according to the known process of the blank first for shaping by turning and after hot hardening centered again for the grinding process and in the Machine tool had to be clamped, so after the inventive methods are only spanned once. The increases the geometrical precision of the molded part surfaces, because too with modern tools, a workpiece is never the same several times can be precisely clamped. Finally, that shows inventive methods compared to the prior art Advantage that surfaces finished by grinding in their Strength can not be increased, but very well by that Rolling or rolling.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben:The invention is described below using an exemplary embodiment described in more detail:
Ein Werkzeugkopf in Form eines automatisch wechselbaren, mit einer Wendeschneidplatte bestückbaren Drehwerkzeuges mit Kegelschaft wurde aus einem Ausgangsmaterial aus vergütetem Werkzeugstahl 1.2714 (56NiCrMoV7) mit einer Zugfestigkeit von 1300-1450 N/mm2 wie folgt hergestellt:A tool head in the form of an automatically exchangeable turning tool with a taper shank, which can be fitted with an indexable insert, was produced from a starting material made of tempered tool steel 1.2714 (56NiCrMoV7) with a tensile strength of 1300-1450 N / mm 2 as follows:
Das Ausgangsmaterial wurde als blank geschälte Stange mit dem Stangenlader INDEX MBL in eine Drehmaschine INDEX GSC65 geschoben und mit Spannzange in der für den Werkzeugkopf erforderlichen Länge aufgespannt. The starting material was a bar peeled with the Bar loader INDEX MBL in an INDEX GSC65 lathe pushed and with collet in the for the tool head required length spanned.
Dann wurde die Außenform des Kegelschaftes auf Nennmaß + 0,5 mm gedreht. Anschließend wurde die Oberfläche mit einem Drehwerkzeug mit einer aus CERMET-Schneidwerkstoff gefertigten Wendeschneidplatte mit einer Schnittgeschwindigkeit von 300 m/min und einem Vorschub von 0,1 mm/Umdrehung auf Nennmaß +0,005 mm feingedreht. Anschließend wurde die Kegelaußenform mit einem Rollwerkzeug EG5 der Firma Hegenscheidt auf eine Rauhtiefe Ra, besser als 0,4 gewalzt.Then the outer shape of the taper shaft was turned to nominal size + 0.5 mm. The surface was then finely turned using a turning tool with an indexable insert made of CERMET cutting material at a cutting speed of 300 m / min and a feed rate of 0.1 mm / revolution to nominal size +0.005 mm. The outer cone shape was then rolled to a roughness depth R a , better than 0.4, using an EG5 rolling tool from Hegenscheidt.
Nach Fertigstellen des Kegelschaftes wurde der Werkzeugkopf in einem Bearbeitungszentrum mit dem Kegelschaft in einer entsprechenden Werkzeugaufnahme gespannt und die Kopfform des Werkzeuges sowie die Sitzfläche für die Wendeschneidplatte gefräst.After completing the taper shank, the tool head was in a machining center with the taper shank in one appropriate tool holder and the head shape of the Tool and the seat for the insert milled.
Abschließend wurde der Werkzeugkopf entgratet und brüniert.Finally, the tool head was deburred and burnished.
Claims (5)
- - Bereitstellung eines Rohlings, z. B. Zylinderbolzens, aus gehärtetem Stahl der Zugfestigkeit <1300 N/mm2
- - Formgebung über einen oder mehrere Zerspanungsvorgänge mit geometrisch bestimmter Schneide auf die Endmaße des Formteils mit der geforderten Genauigkeit
- - Walzen der Paßformflächen zur Erzeugung einer hohen Oberflächengüte.
- - Provision of a blank, e.g. B. cylinder bolt, made of hardened steel of tensile strength <1300 N / mm 2
- - Forming using one or more machining processes with a geometrically defined cutting edge to the final dimensions of the molded part with the required accuracy
- - Rolling the fit surfaces to produce a high surface quality.
Applications Claiming Priority (1)
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