DE2715432A1

DE2715432A1 - Metalloberflaechenbehandlung

Info

Publication number: DE2715432A1
Application number: DE19772715432
Authority: DE
Inventors: John Ernest Tanner
Original assignee: Laystall Engineering Co Ltd
Current assignee: Laystall Engineering Co Ltd
Priority date: 1976-04-02
Filing date: 1977-04-04
Publication date: 1977-10-13
Also published as: CA1074545A; FR2541161A1; JPS52138797A; GB1574141A; ES457466A1; US4125637A; FR2346096A1

Description

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unsere Zeichen Berlin, den *f. AlH. IvJl f

Hd-27232

Laystall Engineering Company Limited Dixon Street, Wolverhampton WV2 2 BU, England

Metalloberflächenbehandlung

Die Erfindung betrifft die Behandlung von Metalloberflächen, insbesondere von Lager- oder Gleitflächen, und zwar eine Behandlung zur Schafung von äußerst verschleißfesten Oberflächen, die auch, bei schwerer Beanspruchung langlebig sind.

Ein Beispiel für Bedingungen, unter denen äußerst verschleißfeste Oberflächen erforderlich sind, sind die Laufflächen von Zylinderbüchsen von Verbrennungmotoren. Viele bekannte Verfahren wurden bereits fiir die Oberflächen derartiger Oberflächen entwickelt, durch die die Beschaffenheit und Dauerhaftigkeit dieser Flächen verbessert werden sollte. Jedoch besteht ein großer Bedarf nach besseren Verfahren, da die Zylinderbüchsen in einigen Fällen ein unerwünscht kurze Lebensdauer besitzen.

In der Bearbeitungstechnik wird nach bekannten Verfahren

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BORO MÖNCHEN:	TELEX:	TELEGRAMM:	TELEFON:	BANKKONTO:	POSTSCHECKKONTO:
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die Oberfläche des Maschinenteils mittels aus harten Körnern oder Gritteilchen bestehendem Schmirgel, z.B. Siliziumkarbidteilchen, geläppt. Es wurde jedoch als unerläßlich erachtet, daß nach einer derartigen Behandlung alle °puren des Schmirgels wieder entfernt werden, da ein Zurücklassen irgendwelcher Rückstände dieser äußerst harten Teilchen zu einer schnellen Abnutzung und Beschädigung der in Gebrauch stehenden behandelten Oberflächen fihreη würde.

Nach der Erfindung wird die Oberfläche eines Maschinenteils aus Metall vorsätzlich mit harten Gritteilchen imprägniert, die in die Oberfläche gedrückt werden,so daß sie darin dauerhaft eingebettet werden, woauf dann ein abschließendes Läppen mit feinem Karbidgrit folgt. Die imprägnierten Siliziumkarbidteilchen oder sonstige Teilchen aus sehr hartem Material verbleiben in der Oberfläche des Maschinenteils während der Lebensdauer des Maschinenteils. Entgegen bisherigen Annahmen hat sich herausgestellt, daß das Vorhandensein von Siliziumkarbidkörnern öler -gritteilchen nicht zu einer schnellen Verschlechterung der Oberflächenbeschaffenheit des benutzten Teiles oder einer Beschädigung der mit ihr in Eingriff kommenden Teile führt, sondern daß die Verschleißfestigkeit und Lebensdauer der Oberfläche beträchtlich gesteigert wird.

Eine besonders überraschener Aspekt besteht darin, daß die Gritteilchen, wie zu erwarten wäre, sich nicht mit der Abnutzung des verhältnismäßig weicheren Grundmetalls lösen, in dem die Teilchen eingebettet sind; dagegen bleiben die harten Teilchen fest im Metall gefangen.

In einigen Fällen ist der einfachste Weg, die Metallober-

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fläche mit diesen harten Teilchen zu imprägnieren, der, die trockenen Teilchen in das Metall einzustoßen, was im Falle der Verwendung eines Metalls wie Aluminium die geeignete ergreifende Maßnahme wäre. Jedoch kann dies nicht im Falle von Gußeisen oder Stahl getan werden. Hier zieht man es vor, die Teilchen in die Oberfläche zu tragen, indem eine Suspension von nach Größenordnungen sortierten Teilchen in einem Läppöl iber die Oberfläche geströmt wird und eine unter Federspannung stehende Walze oder z.B. ein aus dünnenScheiben oder Blättern bestehendes Läppwerkzeug die Fläche mit Druck beaufschlagt.

Bei einer Zylinderbüchse ist es zusätzlich zur Erhärtung und Dauerhaftmachung oder Oberfläche erforderlich, ölführende ader ölfesthaltende Rillen vorzusehen. Dies kann in einem getrennten Arbeitsgang vorgenommen werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß es vorteilhaft ist, die beiden Verfahrensstufen miteinander zu verbinden und eine Aufschwemmung aus sortiertem Siliziumkarbid oder aus ähnlichen harten Teilchen sowie ein Läppwerkzeug für die Behandlung zu verwenden, durch das die Ölrillen von den harten Teilchen eingeschnitten die gleichen Teilchen dabei in der Metalloberfläche eingebettet werden. Dies kann duch ein Hin- und Her-bewegung des Läppwerkzeuges in der Zylinderbohrung unter sich wiederholenden schraubenartigen Bewegungen erreicht werden, wodurch sich die gewünschten kreuz- und querverlaufenden Schraubenrillen bilden. Eine Nachbildung oder Nachbehandlung ähnlicher Art mit sortierten harten Teilchen kleinerer Körngröße sind wesentlich zur Erzielung des besten Finishs.

Ein besonderer Vorteil, der sich aufgrund der Anwendung der Erfindung auf Zylinderbüchsen herausgestellt hat,

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liegt in der geringeren Anzahl von Ovalbildungen oder in deren völliger Vermeidung.

Bevorzugt wird Pulver oder Grit aus Siliziumkarbid, das am besten ein kleine Korngröße besitzt und so weit wie möglich von scharfen Spitzen frei ist. Das Verfahren nach der Erfindung zielt nicht darauf ab, die Zylinderbohrung oder andere Maschinenteile auf Größe abzudrehen, da keine wesentlichen Material- oder Oberflächenabtragung stattfindet, sondern der Grit nur in die Oberfläche eindringt und nach Bedarf auch Rillen auf der Oberfläche ausbildet. Somit kann die Behandlung an Motorzylinderblöcken, nassen oder trockenen Zylinderlaufbüchsen sowie an einer Vielfalt anderer Maschinenoberflächen angewandt werden, wo Verschleißfestigkeit und lange Lebensdauer erstrangige Bedeutung haben.

Die eingebetteten Teilchen bilden virtuell die Lauffläche und stellen einen großen Teil z.B. 50% dieses Oberflächenbereichs dar.

Das Behandlungsverfahren nach der Erfindung wird nachstehend in Zusammenhang mit einem ^usführungsbeispiel anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt eines Teils einer Zylinderlaufbüchse ;

Figur 2 einen Ausschnitt durch die Zylinderwand nach der Teilcheneinbettung;

Figur 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht nach der Nacharbeit zur Oberflächenverbesserung;

Figur 4- eine Seitenansicht des Läppwerkzeuges zur Kolbenbehandlung ; und

Figur 5 einen Schnitt des Werkzeuges der Fig. 4-,

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Nach den -Figuren 1 bis 3 ist zunächst ersichtlich, daß die Ansichten Diagrammcharakter haben, denn in der Praxis liegen die gezeigten Rillen sehr eng aneinander und sind dabei nur 0,001 und 0,003 mm tief bzw. breit, wobei die Teilchen einen großen anteil des endgültigen Oberflächengebiets bilden können. Der Zylinder 10 wird zur Bearbeitung mit einem herkömmlichen Läppwerkzeug vorbereitet. Dieses Läppwerkzeug weist nach außen mit Federspannung beaufschlagte Läppscheiben oder -blätter auf und wird gleichzeitig um die Zylinderachse herumgeführt, wobei eine längs zur Achse verfolgte Hin- und Herbewegung durchgeführt wird. Währenddessen wird eine ^ufschlemmung aus harten Teilchen am Kopf des Zylinders hineingegossen, am Boden abgefangen und wiederum in Umlauf gebracht. Der Grit (Siliziumkarbid) weist eine Siebgröße von etwa 220 auf. Während der Bearbeitung schneiden die Gritteilchen die Rillen 11 in schraubenförmigen Bahnen und entgegenlaufenden Neigungsrichtungen zu einem kreuz und quer laufendem Rhombenmuster.

Ein Anfangslauf mit geringem Andrückdruck des Werkzeuges, z.B. 0,7031 kg/cm (10 psi) oder weniger kann durchgeführt werden, um zunächst eine Rillenbildung herbeizuführen, ohne daß dabei eine größere Einbettung von Teilchen stattfindet. Hiernach wird der Druck erhöht, so daß die Teilchen die Rillentiefe und -breite erhöhen und schließlich wie bei 12 eingebettet werden. Im allgemeinen wird ein Teilchen am Ende einer nichtkontinuierlichen Rille eingebettet und ein nachfolgendes Teilchen kann dann beginnen, die folgende Rille zu schneiden.

Der anfängliche Druck könnte, falls erwünscht, groß genug sein, so daß eine Einbettung ohne verhergehende Rillen-

bildung stattfindet. In einem Arbeitsgang können also die Rillen geschnitten und die Teilchen eingebettet werden. Der angewandte Druck hängt dabei hauptsächlich von der Materialbeschaffenheit des Zylinders ab.

Bei der Bearbeitung werden eine große xinzahl von schraubenförmig gewundenen Rillen ausgebildet und eine große Anzahl von Teilchen eingebettet. Dabei können die Rillen kontinuierlich verlaufen oder sich nur über einen Teil der Oberfläche erstrecken, was von tier Länge der Behandlung und von der Druckbeaufschlagung abhängt. Geeignete Drehgeschwindigkeiten liegen bei annähernd I7C U/min. Für die Hin- und Herbewegung sind fünf Zyklen pro Minute angemessen.

In der Teilansicht des Zylinders nach Fig. 2 liegen die Teilchen 12 eingebettet in den Rillen 11. Dabei können einige Teilchen geringfügig aus der allgemeinen Oberfläche heraustreten. Für viele Verwendungszwecke sind derart behandelte Oberflächen akzeptabel. Vorzugsweise wird die Oberfläche jedoch einer zweiten derartigen Behandlung unterworfen, diesmal mit einem Grit kleinerer Korngröße (Siebgröße 400-500). Diese zweite bei höherem Druck (z.B. 1,125 kg/cm ) durchgeführte Behandlung hat zur Folge, daß die Spitzen auf der Zylinderoberfläche zwischen den Rillen geglättet und die scharfen Kanten der Teilchen entfernt werden, wobei gleichzeitig die bereits eingebetteten Teilchen, die herausragen, weiter in die Oberfläche hineingedrückt werden. Es hat sich gezeigt, daß bei den Teilchen, die nur lose in der ersten Bearbeitung eingebettet wurden, diese nunmehr entweder fest in die Oberfläche eingegraben und aber entfernt werden. Die Figur 3 zeigt eine fertigbearbeitete Oberfläche, die im allgemeinen eben ist, je-

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doch Rillen sowie eine Vielzahl von gedrängt in der Oberfläche eingegrabener harter Abnutzteilchen aufweist.

Nach einer zweiten Behandlung wird die Oberfläche in einer abschließenden Behandlung geläppt, und zwar mit feinerem Karbidgrit mit einer Siebgröße von etwa 1000 bis 1" . Hiernach kann ein Säubern und Entölen durchgeführt werden.

Wie bereits angezeigt kann die Erfindung auch an anderen Maschinenflächen angewandt werden, so z.B. an Kolbenflächen, die nach außen weisene Lagerflächen besitzen. Die Figuren 4 und 5 zeigen einen Kolben P, der mit seinem drehbaren Teil 13 vom Paßteil 13a gehalten wird, das sich mit dem Teil 13 dreht. Der Kolben wird konzentrisch innerhalb eines festen Halters 14 geführt, der mehrere Läppscheiben 14a trägt, die unter, zum Kolben einwärts gerichteter Federspannung stehen. Die Scheiben können auch axial zum Halter verschoben werden und sind abwärts durch die Federn 15 mit Federspannung belastet. Sie werden von einer Schrägscheibe 16 gegen die Rückführwirkung der Feder 5 hin- und herbewegt.

Die Aufschlemmung der harten Teilchen wird zwischen den Halter und den Kolben gegossen und läuft hier um. Die Drehbewegung erzeugt gemeinsam mit der Hin- und Herbewegung die kreuz- und querlaufenden Rillen sowie die Teilcheneinbettung.

Bei der Anordnung der Läppscheiben - oder blätter zur Behandlung innerer Zylinderoberflächen nach Fig. 1 sind die Scheiben vom Halter radial nach außen verlaufend ausgerichtet.

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Vorzugsweise sollte in diesem Fall der Zylinder feststehend sein und der Halter sowohl Dreh- als auch Hin- und Herbewegungen durchgeführt werden, wie bereits oben angedeutet wurde.

Es ist also möglich, die Teilchen unter Verwendung einer federbeaufschagten Walze oder mehrerer Walzen durch eine gegenüber der zu bearbeitenden Oberfläche durchgeführten Drehbewegung oder eine Drehbewegung gemeinsam mit einer Hin- und Herbewegung hineinzupressen. Darüber hinaus kann auch für besondere Fälle ein Läppwerkzeug mit nachgiebigen oder starren Läppscheiben mit negativem oder positivem Vorderkantenspannwinkel eingesetzt werden.

Der Siliziumgrit oder diese Teilchen können als fest/flüssige Aufschwemmung von etwa 7 kg (14- lbs) Karbid auf 6 Liter (1,5 Galonen) Läppöl zugeführt werden. Es ist aber auch möglich, die zu bereitende Oberfläche vorher mit einem als Paste aufgetragenen Teilchenüberzug zu versehen.

Ein bedeutender Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Bauteile aus schweißbarem Stahl oder aus Temperguß oder Weicheisen von niedriger Qualität behandelt werden können, um mit einer hinreichend verschleißfesten Lauffläche versehen zu werden, da die eingebetteten Teilchen die effektive Lauffläche des Bauteils bilden.

Selbstverständlich muß bei den im Läppöl als Aufschwemmung umlaufenden und einzubettenden Teilchen das Umlaufmittel ziemlich oft erneuert werden, da dessen Anteil an Teilchen fortschreitend geringer wird. Darüber hinaus muß die Aufschwemmung sehr gründlich gerührt werden.

- Patentansprüche 709841 /1010 _ ₉ _

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Claims

Meissner & Meissner PATE NTANWALTS BÜRO BERLIN — MÜNCHEN PATENTANWÄLTE DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN) HERBERTSTR 22, 1000 BERLIN 33 Ihr Schreiben vom Unsere Zeichen Berlin, den Hd-27232 Patentansprüche:

1.!Verfahren zum Behandeln einer Metalloberfläche eines Maschinenteils, insbesondere eine Reib- oder Lagerfläche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Verfahrensstufe die Maschinenteiloberfläche (10) vorsätzlich mit Teilchen (12) aus hartem Grit imprägniert wird, die mechanisch in die Oberfläche hineingetrieben werden und sich dort dauerhaft festsetzen, wobei dieser Arbeitsgang bei normalen Umgebungstemperaturen unter Verwendung eines unter Federspannung (15) stehenden Werkzeuges durchgeführt wird, um die Teilchen hineinzutreiben, und worauf ein zweiter Arbeitsgang folgt, in dem der Läppvorgang der imprägnierten Oberfläche unter Verwendung von feinen Karbidteilchen durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die harten Teilchen durch Überströmen der Oberfläche mit in einer Flüssigkeit aufgeschwemmten nach Korngröße sortierter Teilchen in die Oberfläche hineingearbeitet werden und daß durch ein unter Federspannung stehendes Werkzeug eine Druckbeaufschlagung vorgenommen wird, wobei

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80RO MÖNCHEN: TELEX: TELEGRAMM: TELEFON: BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO: ST. ANNASTR. 11 1-856 44 INVENTION BERLIN BERLIN 31 W. MEISSNER, BLN-W 8000 MÜNCHEN 22 INVEN d BERLIN 030/891 60 37 BERLINER BANK AG. 122 82 - 109 TEL.: 089/22 35 44 030/892 23 82 3635716000

das Werkzeug in sich wiederholenden Bewegungszyklen über die Oberfläche geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Arbeitsgang aus zwei nacheinander durchgeführten Oberflächenbehandlungen besteht, wobei der zweite Arbeitsgang mit gegenüber den ersten Teilchen kleinere Korngröße aufweisenden harten Teilchen durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug in einer sich wiederholenden Schraubenbewegung über die Oberfläche geführt wird, so daß sich auf der Oberfläche kreuz- und querlaufende Rillen (11) bilden.

5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als harter Grit Siliziumkarbid und als Flüssigkeit, in der es suspendiert ist, ein Läppöl verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkzeug ein Läppwerkzeug mit unter Federspannung stehenden Scheiben (14a) verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch $, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Behandlung bei einem gegenüber der ersten höheren Druck durchgeführt wird, so daß die Oberfläche in der ersten Behandlung Rillen (11) erhalt und in der zweiten mit Teilchen versetzt wird.

8. Verfahren zum Behandeln einer Zylinderbohrungsfläche eines Maschinenteils aus Metall, gekennzeichnet, daß in einem ersten Arbeitsgang das Teil mit der Bohrungsachse vertikal aufgestellt und die Oberfläche mit einem Läpp-

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werkzeug bearbeitet wird, das unter Federspannung stehende Läppscheiben aufweist, die die sowohl um die Achse der Bohrung gedreht und längs der Achse hin- und herbewegt werden, während eine Aufschwemmung oder Aufschlämmung aus harten nach Korngrößen sortierten Gritteilchen in einer Läppflüssigkeit gleichzeitig vom Oberteil der Bohrung eingegossen wird, um über die Oberfläche zu strömen, wobei die Korngröße der Gritteilchen und der Druck der Werkzeugscheiben so gewählt ist, daß Gritteilchen dauerhaft in der Oberfläche eingebettet werden und in einem weiteren Arbeitsgang die gritbehaftete Oberfläche unter Verwendung eines feinkörnigeren Grits geläppt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Arbeitsgang in zwei Stufen ausgeführt wird, daß in der zweiten Stufe die Druckbeaufschlagung größer und die Korngröße kleiner ist als in der ersten Stufe.

10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Stufen die Korngrößen der Gritteilchen im Bereich von 220 bzw. 400-500 liegen.

11. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß

der vom Werkzeug aufgetragene Druck in beiden Stufen im Ber<

liegt.

im Bereich von 0,7031 kg/cm² (10 psi) bzw. 1,125 Kg/cm²

12. Verfahren nach Anspruch 9, bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug eine Drehbewegung mit annähernd 170 U/min und eine Hin- und Herbewegung von etwa 5 Zyklen pro Minuten durchführt.

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13· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebgröße des Karbidgrits in der zweiten Behandlung bei 1000 bis 1" liegt.

14. Maschinenteil aus Metall mit einer Lauf- oder Gleitfläche, gekennzeichnet durch dauerhafte Einbettung von Siliziumkarbidteilchen oder harten Grittkörnern nach dem Verfahren von Anspruch 1.

15· Metallzylinder oder Zylinderlaufbüchse, dadurch gekennzeichnet, daß deren zylinderfönnige Oberfläche mit kreuz- und querlaufenden Mikrorillen versehen ist und in diese Teilchen aus Siliziumkarbid oder andere harte Gritkörner durch ein Verfahren nach -Anspruch 8 dauerhaft eingebettet sind.

Dipl.-lng. äk. K.ii3sner

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