Fixturhärten ohne Abschrecköl
-
S. Wagner
Kurzfassung
Zum maß- und formgenauen Abschrecken von verzugsempfindlichen Teilen werden Fixturhärtemaschinen eingesetzt. Die erforderlichen Maße und die notwendigen Formtoleranzen werden durch eine optimierte Umströmung des Bauteils mit dem Kühlmedium und den Einsatz externer Kräfte, die über die Fixtur ins Bauteil eingebracht werden, erreicht. Die Abschreckung wird durch spezielle Abschrecköle realisiert, die zu Kühlgeschwindigkeiten führen, die ausreichend hoch für die angestrebte Härtung sind. Über die Konstruktion und den Einsatz derartiger Maschinen in Kombination mit der Ölabschreckung liegt in der Branche ein großer Erfahrungsschatz hinsichtlich der notwendigen Gestaltungs- und Prozessparameter vor. Selbstverständlich sind auch die Grenzen dieser Prozesse bekannt, sodass entsprechende Anfragen auf einer sicheren ingenieursmäßigen Basis bearbeitet werden können. Unabhängig davon, dass die Ölabschreckung ein anerkannter und bewährter Prozess ist, existiert am Markt eine Nachfrage nach Fixturhärtemaschinen mit alternativen Abschreckmedien. Ein oftmals genannter Grund dafür ist die Einsparung des Waschprozesses. Als Medien kommen bspw. Stickstoff und Luft in Frage, die aber zu geringeren Kühlgeschwindigkeiten führen. Dies hat zur Konsequenz, dass die physikalischen Grenzen für die Erreichung der spezifizierten Kernhärte nicht außer Acht gelassen werden können. Zudem liegen nur wenige Erfahrungen über Gestaltungs- und Prozessparameter vor. In diesem Beitrag wird über die Entwicklung einer Fixturhärtemaschine für die Gasabschreckung berichtet. Zur Erreichung einer optimalen Abschreckwirkung in der Fixtur wurden experimentelle und numerische Untersuchungsmethoden (Computational Fluid Dynamics – CFD) eingesetzt. Den erwähnten physikalischen Grenzen wurde dabei durch die Entwicklung eines Verfahrens zur Abschätzung der Kernhärte an der entsprechenden Bauteilposition Rechnung getragen.
Abstract
Distortion sensitive components have to be quenched in hardening presses if small tolerances for shape and dimensions are required. These requirements were achieved by an optimized flow of the quenchant around the component and by external forces acting via the fixture to the part. The quenching will be realized by special oils. The resulting cooling rates are large enough for achieving the specified hardness respectively hardness profile. Design and application of such machines in combination with oil quenching are well known and the limits of press quenching are obviously known, too. Therefore requests of customers can be processed on a secure engineering basis. Independently from the fact that oil quenching is an accepted and proven technology there exists a demand for quenching presses with alternative quenching media. A frequently mentioned reason for this is the saving of washing process. Potential alternative quenching media are nitrogen respectively air. The problem with these media is that the achievable cooling rates are lower and therefore the physical limits for achievement of the specified core hardness cannot be ignored. Furthermore only small experiences for the design of quenching tools with gas and for the process parameters are available. In this paper the development of a fixture hardening machine for gas quenching will be described. For achievement of optimized quenching intensity in this machine experimental and numerical methods like Computational Fluid Dynamics (CFD) were used. The physical limits were taken into account by development of a method for estimation of the core hardness at a specified position.
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