Verfahren und Einrichtung zum Härten von Stahlblechen

Abstract

 Die Erfindung betrifft das automatisierte Härten von einzelnen Werkstücken, insbesondere Stahlblechen.
Es sollen Stahlbleche derart gehärtet werden, daß ihr Randbe­reich gegenüber dem übrigen Stahlblech eine höhere Härte und eine höhere Verschleißfestigkeit aufweist, im übrigen Stahl­blech eine hinreichende Federwirkung erreicht wird und dabei das Stahlblech weitestgehend verzugsfrei bleibt. Erfindungsgemäß wird ein Stahlblech (3) in einem Warmbad (1) unter Verwendung von Preßplatten (4) zur Verhinderung des Ver­zuges derart gehärtet, daß das Stahlblech (3) einem Warmbad (1) zugeführt wird, hier mittels den Randbereich freilassender Preß­platten (4) in der vorgesehenen Form gehalten wird, wobei spä­testens gleichzeitig mit dem Anpreßvorgang über eine Verdrängungs­einrichtung (6) dem Randbereich des Stahlbleches (3) Abschreck­medium (2) aus dem Warmbad mit hoher Strömungsgeschwindigkeit zugeführt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf das automatisierte Härten von einzelnen Werkstücken, insbesondere Stahlblechen, die sich nicht verziehen dürfen und die eine mittlere Härte, an beson­ders beanspruchten Stellen aber eine hohe Härte aufweisen sollen.

[0002] Besonders vorteilhaft ist die Anwendung beim Härten der äußeren Bleche von dreischichtigen Führungsschienen für Motor­kettensägen.

[0003] Zum Stand der Technik ist nach der US-PS 41 26 452 bekannt, daß, um dem Verziehen der Werkstücke beim Härten zu begegnen, Härtepressen benutzt werden, in deren Formen die Werkstücke während der Abkühlung eingespannt verbleiben. Insbesondere bei langgestreckten Teilen und Blechen kann dies zu einer Behinde­rung der Schrumpfung und in der Folge zu Spannungseinschlüssen und Maßabweichungen führen. Die besonders bei dünnen, schnell abkühlenden Blechen notwendige rasche Zuleitung von Kühlflüs­sigkeit durch Nuten in den Preßplatten gemäß DD-WP 201 154 be­reitet Schwierigkeiten und eine gleichmäßige und symmetrische Abkühlung zur Minimierung der Verzugsneigung ist nicht erreich­bar.

[0004] Die Herstellung gehärteter Bleche mit besonders hoher Härte in den Randbereichen erfordert bisher zusätzliche Arbeits­gänge, wie örtliches Aufkohlen oder Laserhärten. Wenn nur Rand­bereiche des Werkstücks durch Flammen- oder Induktionshärten behandelt werden, wird auf mögliche Festigkeitssteigerungen im übrigen Werkstück zuungunsten der Materialökonomie bzw. der Qualität des Produktes verzichtet. Bei der Durchhärtung dünner Bleche mit hoher Abkühlgeschwindigkeit ist ein Verzug bisher nicht vermeidbar.

[0005] Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.

[0006] Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren zu finden, mit dem Stahlbleche derart gehärtet werden können, daß ihr Randbereich gegenüber dem übrigen Stahlblech eine höhere Härte und eine höhere Ver­schleißfestigkeit aufweist, im übrigen Stahlblech eine hinrei­chende Federwirkung erreicht wird, dabei das Stahlblech wei­testgehend verzugsfrei bleibt und eine konstruktiv einfache Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln.

[0007] Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblech einem Warmbad zugeführt wird, hier mittels den Randbereich freilassender Preßplatten in der vorgesehenen Form gehalten wird und spätestens gleichzeitig mit dem Anpreßvorgang über eine Verdrängungseinrichtung dem Randbereich des Stahlble­ches Abschreckmedium aus dem Warmbad mit hoher Strömungsge­schwindigkeit zugeführt wird.

[0008] Vorteilhaft ist es, wenn das Stahlblech dem Warmbad mit sehr hohem Austenitisierungsgrad zugeführt wird und die Geschwindig­keit des gegen den Randbereich des Stahlbleches strömenden Ab­schreckmediums oberhalb des Wertes 1 000 x Blechdicke pro Se­kunde liegt.

[0009] Ebenso vorteilhaft ist es, wenn das Stahlblech im Warmbad zu­nächst bis auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der die Martensitbildung beginnt und sobald die Martensitbildung ein­setzt, der Preßvorgang mittels der Preßplatten erfolgt.

[0010] Im Sinne der Erfindung ist es weiterhin, wenn das Abschreckme­dium mit hoher Strömungsgeschwindigkeit über Durchflußöffnungen gegen die Randbereiche des Stahlbleches geführt wird und danach weiter in das umgebende Warmbad strömt.

[0011] Es ist auch vorteilhaft, wenn das Abschreckmedium aus dem Warm­bad über eine Kühleinrichtung in kälterem Zustand den Randberei­chen des Stahlbleches zugeführt wird.

[0012] Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Abkühlgeschwindig­keit mit Ausnahme am Rand des Stahlbleches vermindert wird, durch Preßplatten aus einem Werkstoff mit geringerer Wärmeleitfähigkeit. Das Stahlblech sollte in einem Warmbad mit einer Temperatur zwi­schen 180° und 270° mindestens 15 Sekunden verbleiben.

[0013] Erfindungsgemäß ist auch, daß die Stege von Führungsschienen, wie oben beschrieben, gehärtet werden, insbesondere solche, die aus einem Blech mit eingearbeiteter Nut bestehen.

[0014] Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem Warmbad ein auf Achsen drehbar gelagertes Preßplatten­paar eingebaut ist und mit den Preßplatten jeweils eine Verdrän­gungseinrichtung derart fest verbunden ist, daß zwischen dem äuße­ren Rand der Preßplatten und der Verdrängungseinrichtung ein Leit­element derart angeordnet ist, daß zum äußeren Rand der Preßplat­ten eine Durchflußöffnung verbleibt und das Preßplattenpaar sowie die Verdrängungseinrichtung jeweils über Hebel, Gestänge und Ar­beitszylinder verschwenkbar sind.

[0015] Vorteilhafterweise ist die Verdrängungseinrichtung an der vom Stahlblech abgewandten Seite der Preßplatten angeordnet. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist es, wenn die Preßplatten um im unteren Bereich des Warmbades liegende Achsen gegeneinander schwenkbar sind.

[0016] Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß der Abstand der Durch­flußöffnungen zwischen dem äußeren Rand der Preßplatten und dem Leitelement 2 bis 3 mm beträgt.

[0017] Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Abschreckmediums eine wesentlich höhere Kühlwirkung und dadurch die Weiterführung des Abschreckvorganges, wodurch der Rand höhere Härtewerte aufweist, erreicht wird.

[0018] Durch die Verwendung unterschiedlicher Abschreckmedien, Warmbad­temperaturen und Preßplatten mit verschiedener Wärmeleitfähigkeit lassen sich die jeweils gewünschten Abkühlverläufe einstellen.

[0019] Im folgenden wird die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

[0020] Es zeigen:

Fig. 1: die Härtevorrichtung im Warmbad teilweise senkrecht ge­schnitten;

Fig. 2: die Preßplatten und Verdrängungseinrichtungen waagerecht geschnitten;

Fig. 3: die Härtevorrichtung mit Kreiselpumpe nach einer anderen Ausführungsform und

Fig. 4: eine Draufsicht auf die Preßplatten nach einer weiteren Ausfühungsform.

[0021] Die Einrichtung zum Härten von Stahlblechen besteht, wie in Figur 1 ersichtlich, im wesentlichen aus dem Warmbad 1 mit nicht darge­stellter Heizeinrichtung, enthaltend ein flüssiges Abschreckmedi­um 2, vorzugsweise eine Salzschmelze, in die das Stahlblech 3 ein­gehängt und durch die Preßplatten 4 stabil gehalten wird, die um im unteren Bereich des Warmbades 1 liegende Achsen 5 schwenkbar sind.

[0022] Entsprechend Figur 2 sind die Verdrängungseinrichtungen 6 durch die Stege 7 fest mit den Preßplatten 4 verbunden und bestehen in der Hauptsache aus den Seitenblechen 8, den schwenkbaren Wänden 9, die in den Drehpunkten 10 gelagert sind sowie den oberen, entsprechend dem Schwenkradius gebogenen Begrenzungsblechen 11.

[0023] Zwischen den Preßplatten 4 und den Seitenblechen 8 ist ein Leitelement 12 angeordnet, das mit den Seitenblechen 8 fest verbunden ist und zu den Preßplatten 4 einen Abstand von 2 bis 3 mm realisiert.

[0024] Die Bewegung der Preßplatten 4 und der schwenkbaren Wände 9 wird ermöglicht durch die Hebel 13, 16, die Gestänge 14, 17 und die Arbeitszylinder 15, 18. Die Arbeitszylinder 15, 18 sind antriebsseitig parallelgeschaltet.

[0025] Zur Aufnahme eines zu härtenden Stahlbleches sind die Preßplat­ten 4 auseinander geschwenkt und die schwenkbaren Wände 9 in die äußere Stellung gebracht.

[0026] Bereits kurz nach dem Eintauchen eines Werkstücks werden die Preßplatten 4 herangeschwenkt und erzeugen dabei eine nach oben zunehmende Strömung, die annähernd der beim Eintauchen auf den untersten Werkstückbereich einwirkenden Strömung entspricht.

[0027] Eine Zeitsteuerung gewährleistet, daß die Preßplatten 4 am Werk­stück anliegen, wenn dessen Temperatur noch etwas oberhalb 300°C liegt und bereits so viel mechanische Festigkeit vorliegt, daß die Schrumpfung erfolgen kann, die am meisten den Verzug bewirkenden Gefügeumwandlungen aber erst beginnen.

[0028] Gleichzeitig mit dem Anliegen der Preßplatten 4 beginnt die För­derung von Abschreckmedium 2 durch Wirkung von Arbeitszylinder 18 aus den Verdrängungseinrichten 6 zwischen den Stegen 7 und durch die verbleibende Durchflußöffnung 19 zwischen Preßplatten 4 und Leitelement 12 hindurch gegen den Rand des Stahlbleches 3 und wei­ter in das umgebende Warmbad 1. Dadurch wird die Abkühlung des Ran­des des Stahlbleches beschleunigt und es werden hier größere Här­tewerte erreicht.

[0029] Erfindungsgemäß wird Abschreckmedium 2 aus dem Warmbad 1 dem Rand des Stahlbleches 3 mittels einer Fördereinrichtung durch geschwin­ digkeitserhöhend wirkende Durchflußöffnungen 19 zugeführt. Durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit kann eine hohe Abschreckwirkung erzielt werden bei Erhaltung der Vorteile der Warmbadhärtung be­züglich langsamer spannungsarmer Martensitbildung.

[0030] Ein nachfolgendes Anlassen erübrigt sich.

[0031] Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel, entsprechend Figur 3, besteht auch die Möglichkeit als Verdrängungseinheit eine Tauchkreiselpumpe 21 zu benutzen, die zum Zeitpunkt des Andruckes der Preßplatten 4 zugeschaltet wird und das Abschreckmedium 2 ge­gen den Rand des zu härtenden Werkstückes fördert.

[0032] Nach einem anderen Ausführungsbeispiel handelt es sich entspre­chend Figur 4 um das Blech für eine dreieckige Maurerkelle, bei der auch ein federelastisches Blech mit einem harten, verschleiß­festen Rand erwünscht ist.

[0033] Die Zuleitung erfolgt zum Abschreckmedium 2 innerhalb des Bades in flexiblen Leitungen 22.

[0034] Werden größere Härteunterschiede zwischen Rand und dem übrigen Blech gewünscht, z. B. zur Herstellung von Ziehklingen, besteht die Möglichkeit, das Abschreckmedium 2 über eine Kühleinrichtung 20 zuzuführen. Weiterhin können die Preßplatten 4 aus einem Werk­stoff geringerer Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise einem keramischen Werkstoff, gefertigt werden, wodurch die Abschreckwirkung im durch die Preßplatten 4 abgedeckten Bereich des Stahlbleches 3 wesent­lich vermindert werden kann.

Bezugszeichenaufstellung

[0035] 

1 Warmbad

2 Abschreckmedium

3 Stahlblech

4 Preßplatte

5 Achse

6 Verdrängungseinrichtung

7 Steg

8 Seitenblech

9 Wand

10 Drehpunkt

11 Begrenzungsblech

12 Leitelement

13 Hebel

14 Gestänge

15 Arbeitszylinder

16 Hebel

17 Gestänge

18 Arbeitszylinder

19 Durchflußöffnung

20 Kühleinrichtung

21 Tauchkreiselpumpe

22 Leitung

Ansprüche

1. Verfahren zum Härten von Stahlblechen in einem Warmbad (1) unter Verwendung von Preßplatten (4) zur Verhinderung des Verzuges, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblech (3) einem Warmbad zugeführt wird, hier mittels den Randbereich freilassender Preßplatten (4) in der vorgesehenen Form ge­halten wird und spätestens gleichzeitig mit dem Anpreßvor­gang über eine Verdrängungseinrichtung (6) dem Randbereich des Stahlbleches (3) Abschreckmedium (2) aus dem Warmbad mit hoher Strömungsgeschwindigkeit zugeführt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblech (3) dem Warmbad (1) mit sehr hohem Austeniti­sierungsgrad zugeführt wird und die Geschwindigkeit des gegen den Randbereich des Stahlbleches (3) strömenden Abschreckme­diums (2) oberhalb des Wertes 1 000 x Blechdicke pro Sekunde liegt.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblech (3) im Warmbad (1) zunächst bis auf eine Tem­peratur abgekühlt wird, bei der die Martensitbildung beginnt und sobald die Martensitbildung einsetzt, der Preßvorgang mittels der Preßplatten (4) erfolgt.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschreckmedium mit hoher Strömungsgeschwindigkeit über Durchflußöffnungen gegen die Randbereiche des Stahlble­ches (3) geführt wird und danach weiter in das umgebende Warm­bad (1) strömt.

5. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschreckmedium (2) aus dem Warmbad (1) über eine Kühleinrichtung (20) in kälterem Zustand den Randbereichen des Stahlbleches (3) zugeführt wird.

6. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlgeschwindigkeit mit Ausnahme am Rand des Stahlble­ches (3) vermindert wird, durch Preßplatten (4) aus einem Werkstoff mit geringerer Wärmeleitfähigkeit.

7. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblech in einem Warmbad (1) mit einer Temperatur zwi­schen 180° und 270° mindestens 15 Sekunden verbleibt.

8. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege von Führungsschienen gehärtet werden, insbesondere solche, die aus einem Blech mit eingearbeiteter Nut bestehen.

9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Warmbad (1) ein auf Ach­sen (5) drehbar gelagertes Preßplattenpaar eingebaut ist und mit den Preßplatten (4) jeweils eine Verdrängungseinrichtung (6) derart fest verbunden ist, daß zwischen dem äußeren Rand der Preßplatten (4) und der Verdrängungseinrichtung (6) ein Leitelement (12) derart angeordnet ist, daß zum äußeren Rand der Preßplatten (4) eine Durchflußöffnung (19) verbleibt und das Preßplattenpaar sowie die Verdrängungseinrichtung (6) je­weils über Hebel (13; 16), Gestänge (14; 17) und Arbeitszylin­der (15; 18) verschwenkbar sind.

10. Einrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungseinrichtung (6) an der vom Stahlblech (3) ab­gewandten Seite der Preßplatten (4) angeordnet ist.

11. Einrichtungnach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßplatten (4) um im unteren Bereich des Warmbades (1) liegende Achsen (5) gegeneinander schwenkbar sind.

12. Einrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Durchflußöffnungen (19) zwischen dem äußeren Rand der Preßplatten (4) und dem Leitelement (12) vorteilhafterweise 2 bis 3 mm beträgt.

Zeichnung