Richten von Wellen nach der Wärmebehandlung: Kalt- vs. Warmrichtverfahren und Genauigkeit
Warum das Richten des Schafts nach der Wärmebehandlung notwendig ist
Das Richten von Motorwellen dient der Korrektur von Biegeverformungen, die während der Wärmebehandlung auftreten. Es ist notwendig, da Wärmebehandlungsprozesse (Induktionshärten, Aufkohlen, Abschrecken) thermische und Umwandlungsspannungen erzeugen, die zu einer Verformung der Welle über die zulässige Geradheitstoleranz hinaus führen. Typische Verformungswerte für induktionsgehärtete Wellen aus 4140/4340-Stahl liegen bei 0,05–0,30 mm Rundlauf (TIR) pro 100 mm Länge, während aufgekohlte Wellen Verformungen von 0,10–0,50 mm TIR pro 100 mm Länge aufweisen können. Ohne Richten erfüllt die Welle nicht die übliche Geradheitsanforderung von 0,02–0,05 mm TIR pro 100 mm Länge. Die verbogene Welle verursacht im Betrieb Vibrationen, Lagerschäden und Undichtigkeiten an den Dichtungen.
Die Verformung entsteht durch die asymmetrische Erwärmung und Abkühlung der Welle während der Wärmebehandlung. Beim Induktionshärten erhitzt sich die Oberfläche innerhalb von 1–5 Sekunden auf 850–950 °C, während der Kern Raumtemperatur behält. Das asymmetrische Temperaturprofil erzeugt thermische Spannungen, die die Welle verbiegen. Beim Aufkohlen wird die gesamte Welle mehrere Stunden lang auf 850–950 °C erhitzt und anschließend abgeschreckt. Die asymmetrische Abkühlgeschwindigkeit (das Abschreckbad gewährleistet möglicherweise keine gleichmäßige Abkühlung) führt zu Biegeverformungen. Die Verformung wird außerdem durch die ursprünglichen Eigenspannungen im Stangenmaterial (aus dem Stahlwerk), die Geradheit der Vorbearbeitung vor der Wärmebehandlung und die Konstruktion der Vorrichtung während der Wärmebehandlung beeinflusst.
Die geschäftliche Konsequenz für Käufer von Motorwellen ist folgende: Wellenrichten Das Richten ist ein notwendiger Nachbehandlungsschritt nach der Wärmebehandlung für jede Präzisionsmotorwelle. Der Käufer sollte sich vergewissern, dass der Lieferant über die erforderlichen Anlagen zum Richten im eigenen Haus verfügt. Ein Lieferant, der das Richten an einen externen Wärmebehandlungsbetrieb auslagert, hat in der Regel 1–2 Wochen zusätzliche Lieferzeit pro Charge und kann die Richtgenauigkeit möglicherweise nicht kontrollieren. Ein Lieferant mit eigenen Richtpressen (typischerweise mit einer Kapazität von 10–50 Tonnen) kann gerichtete Wellen innerhalb der gleichen Produktionszeit von 30–45 Tagen wie die übrige Wellenfertigung liefern.
Kaltrichten: Prozess und erreichbare Genauigkeit
Das Kaltrichten (auch mechanisches Richten oder Pressrichten genannt) ist ein Verfahren, bei dem eine Welle bei Raumtemperatur mithilfe einer hydraulischen Presse oder einer mechanischen Presse mit V-Block-Auflagen und Messuhr wieder gerade gebogen wird. Beim Kaltrichten wird ein Biegemoment angelegt, das die Streckgrenze des Materials am Kontaktpunkt übersteigt. Die plastische Verformung korrigiert den Biegefehler. Mit Kaltrichten lässt sich eine Rundlaufgenauigkeit von 0,01–0,05 mm Rundlaufabweichung pro 100 mm Länge für Wellen bis zu 50 mm Durchmesser und von 0,02–0,10 mm Rundlaufabweichung pro 100 mm Länge für Wellen über 50 mm Durchmesser erzielen.
Beim Kaltrichten werden zwei V-Blöcke (typischerweise aus gehärtetem Werkzeugstahl mit 90°-V-Nut) zur zweipunktigen Abstützung der Welle verwendet. Ein hydraulischer Pressstempel bringt die Biegekraft mittig zwischen den V-Blöcken auf. Eine Messuhr (typischerweise 0,01 mm Auflösung) misst die Geradheit vor, während und nach dem Pressvorgang. Der Bediener erhöht die Presskraft in kleinen Schritten (typischerweise 0,5–2 Tonnen pro Schritt) und prüft die Geradheit nach jedem Schritt, um ein Überbiegen zu vermeiden. Der Kaltrichtvorgang für eine Welle mit 50 mm Durchmesser dauert in der Regel 2–5 Minuten, einschließlich Einrichtung, Pressvorgang und abschließender Geradheitsprüfung.
Die Genauigkeit des Kaltrichtens hängt von vier Faktoren ab: (1) Presskraftauflösung (typischerweise ±0,1 Tonnen bei einer 10-Tonnen-Presse); (2) V-Block-Ausrichtung (typischerweise ±0,02 mm); (3) Messuhrauflösung (typischerweise 0,01 mm); (4) Bedienererfahrung (der variabelste Faktor). Die Genauigkeit des Kaltrichtens von 0,01–0,05 mm Rundlauf pro 100 mm Länge ist 2- bis 10-mal höher als die des Warmrichtens. Kaltrichten ist das bevorzugte Verfahren, sofern die Wellenhärte dies zulässt. Es eignet sich für Wellen mit einer Härte bis zu 45 HRC und ist das gängigste Verfahren für induktionsgehärtete Wellen mit einer Oberflächenhärte von 50–60 HRC, da der duktile Kern die plastische Verformung aufnimmt.
Heißrichten: Prozess und erreichbare Genauigkeit
Das Warmrichten (auch Flammenrichten oder Hot-Spot-Richtung genannt) ist ein Verfahren, bei dem die höchste Stelle (die konvexe Seite der Biegung) lokal mit einer Autogenflamme oder einer Induktionsspule erhitzt wird. Dadurch entsteht eine lokale Wärmeausdehnung, die beim Abkühlen zu einer Kontraktion der höchsten Stelle führt. Mit Warmrichten lässt sich eine Rundlaufgenauigkeit von 0,02–0,08 mm TIR pro 100 mm Länge erzielen. Diese ist typischerweise 2–3 Mal weniger genau als beim Kaltrichten, ermöglicht aber das Richten von Wellen, die für das Kaltrichten zu hart sind (über 45 HRC).
Beim Heißrichtverfahren wird ein Autogenbrenner (oder eine Induktionsspule) eingesetzt, um einen lokal begrenzten Bereich von 5–15 mm Durchmesser an der höchsten Stelle der Biegung auf 600–800 °C zu erhitzen. Durch die lokale Erhitzung dehnt sich der Bereich aus. Beim Abkühlen zieht er sich stärker zusammen als das umgebende Material (da die Kontraktion durch das kühlere Umgebungsmaterial behindert wird). Diese Kontraktion zieht die höchste Stelle in Richtung der ursprünglichen geraden Position. Der Bediener prüft die Geradheit nach jedem Heizzyklus mit einer Messuhr und wiederholt den Heizvorgang bei Bedarf, um die Welle innerhalb der Toleranzgrenzen zu bringen.
Das Warmrichten ist vorzuziehen für: (1) Wellen mit einer HRC über 45 (einsatzgehärtete, durchgehärtete oder nitrierte Wellen), bei denen das Kaltrichten zu Rissbildung führen würde; (2) Wellen mit geringer Einsatzhärtungstiefe (unter 0,5 mm), die unter dem Pressdruck beim Kaltrichten reißen würden; (3) Wellen mit großem Querschnitt (über 100 mm Durchmesser), bei denen die Presskraft beim Kaltrichten die Kapazität der Presse übersteigt. Das Warmrichten dient als Ausweichverfahren, wenn Kaltrichten nicht möglich ist, und ist eine entscheidende Kompetenz für jeden Anbieter, der einsatzgehärtete oder durchgehärtete Wellen verarbeitet. Die Qualifikation des Bedieners beim Warmrichten ist noch wichtiger als beim Kaltrichten, und die Genauigkeit des Warmrichtens hängt maßgeblich von dessen Erfahrung mit der Flammentemperatur und der Größe des Heizflecks ab.
Referenz für Geradheitsgenauigkeit gemäß ISO 2768-2 und DIN 874
Die Anforderungen an die Geradheitsgenauigkeit von Motorwellen sind in der Norm festgelegt. ISO 2768-2:1989 allgemeiner geometrischer Toleranzstandard (In Deutschland als DIN 7168 bekannt) definiert diese Norm drei Toleranzklassen (H für fein, K für mittel, L für grob) für Nennlängen von 0 bis 3000 mm. Die Geradheitstabelle nach ISO 2768-2 zeigt, dass für Wellen im Längenbereich von 100 bis 300 mm die zulässige Geradheit 0,2 mm (Klasse H), 0,4 mm (Klasse K) und 0,8 mm (Klasse L) beträgt. Für Wellen im Längenbereich von 300 bis 1000 mm beträgt die zulässige Geradheit 0,3 mm (H), 0,6 mm (K) und 1,2 mm (L).
| Längenbereich (mm) | Klasse H (Bußgeld) | Klasse K (mittel) | Klasse L (grob) |
|---|---|---|---|
| bis zu 10 | 0,02 | 0,05 | 0,1 |
| über 10 bis 30 | 0,05 | 0,1 | 0,2 |
| über 30 bis 100 | 0,1 | 0,2 | 0,4 |
| über 100 bis 300 | 0,2 | 0,4 | 0,8 |
| über 300 bis 1000 | 0,3 | 0,6 | 1.2 |
| über 1000 bis 3000 | 0,4 | 0,8 | 1.6 |
Bei Motorwellen sind die Anforderungen an die Geradheit typischerweise strenger als die ISO 2768-2 Klasse H. Käufer von Motorwellen fordern üblicherweise einen Rundlauffehler (TIR) von 0,02–0,05 mm pro 100 mm Länge (was unter dem Wert der ISO 2768-2 Klasse H für denselben Längenbereich liegt). Die strengeren Anforderungen werden in der technischen Zeichnung spezifiziert und durch Kaltrichten auf einer Präzisionspresse mit V-Block-Ausrichtung (±0,02 mm) und Messuhrauflösung von 0,001 mm erfüllt.
Die Referenz für die Geradheitsmessung pro DIN 874 Präzisionsnorm für Ebenheitstoleranzen von Richtlatten Die DIN 874-Toleranznorm legt die Ebenheit der Referenzfläche fest, die zur Prüfung der Wellengeradheit verwendet wird. Die Toleranzwerte reichen von 2 µm bei 100 mm Länge bis 87 µm bei 5000 mm Länge für die höchste Präzisionsklasse. Die DIN 874-Toleranz ist die Grenze für die Ebenheit der Richtlatte und bestimmt die Genauigkeit der Wellengeradheitsmessung. Zur Überprüfung der Motorwellengeradheit ist eine Richtlatte höherer Güte (DIN 874 Klasse 00 oder Klasse 0) erforderlich. Die Güteklasse der Richtlatte sollte im Qualitätsmanagementplan des Lieferanten angegeben sein.
Kaltglättung vs. Warmglättung: Entscheidungsmatrix mit 7 Abwägungen
Die Wahl zwischen Kalt- und Warmrichten hängt von sieben Faktoren ab. Diese sieben Faktoren sind: (1) erreichbare Geradheitsgenauigkeit, (2) maximale Einsatzhärte, (3) maximale Einsatzhärtungstiefe, (4) Rissrisiko, (5) erforderliche Presskraft, (6) erforderliche Qualifikation des Bedieners und (7) Produktionsrate. Die sieben Faktoren definieren gemeinsam den Anwendungsbereich der jeweiligen Methode. Der Käufer sollte die Methode anhand des für die spezifische Wellenkonstruktion jeweils wichtigsten Faktors auswählen.
| Abtausch | Kaltglätten | Heißglättung |
|---|---|---|
| 1. Geradheitsgenauigkeit | 0,01–0,05 mm TIR/100 mm (genauer) | 0,02–0,08 mm TIR/100 mm (weniger genau) |
| 2. Grenzwert der Einsatzhärte | Bis zu 45 HRC (geeignet für Induktionsgehäuse mit 50-60 HRC) | Über 45 HRC (aufgekohlt, durchgehärtet) |
| 3. Gehäusetiefenbegrenzung | 0,5–2,5 mm (geeignet für die meisten Induktionshärtungen) | Über 2,5 mm (tiefes Gehäuse, dünnes Gehäuse) |
| 4. Rissbildungsrisiko | 0,1-5 % Ausschuss (abhängig von der Gehäusesprödigkeit) | Ausschussquote unter 0,1 % (nur thermische Belastung) |
| 5. Erforderliche Presskraft | 3–15 Tonnen für 20–100 mm Durchmesser | Keine (Sauerstoff-Acetylen-Schweißbrenner oder Induktionsspule) |
| 6. Bedienerfähigkeiten | Pressebedienung (mittlere Kenntnisse) | Flammenheizung (hohes Können) |
| 7. Produktionsrate | 2-5 Minuten pro Welle (schneller) | 5-15 Minuten pro Schaft (langsamer) |
Die sieben Abwägungskriterien beeinflussen sich gegenseitig: Kaltrichten ist genauer und schneller, jedoch auf Wellen beschränkt, die nicht zu hart sind, keine zu tiefe Einsatzhärtung aufweisen und keinen zu großen Querschnitt haben. Warmrichten ist weniger genau und langsamer, ermöglicht aber die Bearbeitung von Wellen jeder Härte, Einsatzhärtungstiefe und jedem Querschnitt. Für eine typische induktionsgehärtete Motorwelle (HRC 58–60 Oberfläche, 1,5–2,5 mm Einsatzhärtungstiefe, 20–80 mm Durchmesser) ist Kaltrichten das bevorzugte Verfahren. Für eine einsatzgehärtete Motorwelle (HRC 60–62 Oberfläche, 2–2,5 mm Einsatzhärtungstiefe, 30–100 mm Durchmesser) ist Warmrichten vorzuziehen, da die hohe Einsatzhärtung und die große Einsatzhärtungstiefe beim Kaltrichten ein hohes Rissrisiko bergen.
Für Wellen, die mit beiden Verfahren gerichtet werden können, wird das Kaltrichten aufgrund der höheren Genauigkeit und schnelleren Produktionsrate empfohlen. Bei Wellen, die warmgerichtet werden müssen, sollte der Käufer die Genauigkeitsanforderungen für das Warmrichten (typischerweise 0,05 mm Rundlaufgenauigkeit pro 100 mm Länge) festlegen und die Erfahrung des Lieferanten mit dem Warmrichtverfahren überprüfen. JEC-Fähigkeit Ein wesentlicher Unterschied bei beiden Verfahren ist die Anzahl der verfügbaren Maschinen. Der Lieferant sollte sowohl Kaltrichtpressen (10-50 Tonnen) als auch Heißrichtanlagen mit Autogenschweißanlage im eigenen Haus haben.
5-Fragen-Lieferantenanfrage für gerichtete Motorwellen
Wellenrichten nach Wärmebehandlung – Checkliste für Angebotsanfragen (5 Fragen)
- Führt der Lieferant das Richten im eigenen Haus durch oder lagert er es an einen externen Wärmebehandlungsbetrieb aus, und wie hoch ist die interne Richtkapazität (Presskraft, Anzahl der Warmrichtstationen)? Der Lieferant sollte das Richten im eigenen Haus durchführen, um Lieferzeiten und Qualitätskontrolle zu gewährleisten. Er sollte über mindestens zwei Kaltrichtpressen (10–50 Tonnen Kapazität) und eine Warmrichtanlage verfügen. Der Lieferant muss die Dokumentation seiner internen Kapazitäten sowie die Produktionskapazität in Wellen pro Tag vorlegen.
- Welches Richtverfahren verwendet der Lieferant (kalt, warm oder beides), und welche Geradheitsgenauigkeit kann in Abhängigkeit vom Wellendurchmesser und der Oberflächenhärte erreicht werden? Der Lieferant sollte das Richtverfahren für jede Kombination aus Wellenmaterial und Oberflächenhärte spezifizieren und die erreichbare Geradheitsgenauigkeit gemäß ISO 2768-2 oder den spezifischen Toleranzen des Käufers angeben. Zudem sollte er die Messprotokolle zur Geradheit (Messuhrwerte) der letzten Produktionschargen vorlegen.
- Welche Geradheitstoleranz kann der Lieferant gemäß den Spezifikationen des Käufers garantieren, und wie hoch ist die Ausschussquote bei Abweichungen von der Toleranz? Der Lieferant sollte die Geradheitstoleranz gemäß den Vorgaben des Käufers garantieren (typischerweise 0,02–0,05 mm Rundlauf pro 100 mm Länge) und die Ausschussquote der letzten Produktionschargen angeben (typischerweise unter 1 % bei einem kontrollierten Richtprozess). Der Lieferant sollte außerdem das Nachbearbeitungsverfahren für Wellen außerhalb der Toleranz bereitstellen.
- Überprüft der Lieferant die Geradheit mit einem Präzisions-Referenzlineal gemäß DIN 874, und welche Auflösung und Kalibrierfrequenz hat die Messuhr? Der Lieferant hat die Geradheit mit einem Richtlattenlineal der DIN 874 Klasse 00 oder Klasse 0 und einer Messuhrauflösung von 0,001–0,01 mm zu überprüfen und Messuhr und Richtlatte gemäß Qualitätskontrollplan mindestens alle sechs Monate zu kalibrieren. Die Kalibrierungsnachweise sind vom Lieferanten vorzulegen.
- Wie kontrolliert der Lieferant das Rissrisiko beim Kaltrichten von induktionsgehärteten Wellen, und was ist die zulässige Einsatzhärtungstiefe und Einsatzhärte für das Kaltrichten? Der Lieferant sollte die zulässige Einsatzhärtungstiefe und -härte für das Kaltrichten festlegen (typischerweise Einsatzhärtungstiefe unter 2,5 mm und Einsatzhärte 58–62 HRC) und die Rissbildungsrate sowie die Presskraft pro Welle überwachen. Er sollte außerdem das Verfahren für den Übergang vom Kalt- zum Warmrichten bereitstellen, sobald die zulässige Einsatzhärte oder Einsatzhärtungstiefe überschritten wird.
Die Angebotsanfrage mit fünf Fragen ist das Dokument, das der Käufer von Motorwellen vor der ersten Bestellung an den Lieferanten senden sollte. Die fünf Fragen dienen der Überprüfung, ob die internen Richtkapazitäten des Lieferanten, die erreichbare Geradheitsgenauigkeit, die garantierte Geradheitstoleranz, die Überprüfung mit einer Referenzrichtkante und die Maßnahmen zur Rissbildung ausreichend sind. Anhand dieser fünf Fragen qualifiziert der Käufer den Lieferanten als Anbieter gerichteter Motorwellen.
Für einen Käufer, der ein gerades Auto benötigt Wellenrichten Lieferant, das JEC-Team ist erreichbar unter Kontaktieren Sie uns Für die Dokumentation der internen Fertigungskapazitäten, die erreichbare Geradheitsgenauigkeit gemäß ISO 2768-2, die aktuellen Geradheitsmessdaten aus der Produktion und das Verfahren zur Vermeidung von Rissbildung benötigt das Werk innerhalb von 7 Tagen nach Anfrage eine Musterwelle mit Geradheitsmessbericht und innerhalb von 30–45 Tagen nach Auftragsbestätigung eine Produktionscharge mit Geradheitsprüfung pro Welle. Alle Richtarbeiten werden im JEC durchgeführt. JEC-Fähigkeit Wärmebehandlungs- und Richtwerkstatt mit Kaltrichtpressen und Warmrichtstationen.
Häufig gestellte Fragen
Was ist Wellenrichten und warum ist es nach der Wärmebehandlung notwendig?
Das Richten von Motorwellen dient der Korrektur von Biegeverformungen, die während der Wärmebehandlung auftreten. Es ist notwendig, da Wärmebehandlungsprozesse (Induktionshärten, Aufkohlen, Abschrecken) thermische und Umwandlungsspannungen erzeugen, die zu einer Verformung der Welle über die zulässige Geradheitstoleranz hinaus führen. Typische Verformungswerte für induktionsgehärtete Wellen aus 4140/4340-Stahl liegen bei 0,05–0,30 mm Rundlauf (TIR) pro 100 mm Länge, während aufgekohlte Wellen Verformungen von 0,10–0,50 mm TIR pro 100 mm Länge aufweisen können. Ohne Richten erfüllt die Welle nicht die übliche Geradheitsanforderung von 0,02–0,05 mm TIR pro 100 mm Länge. Die verbogene Welle verursacht im Betrieb Vibrationen, Lagerschäden und Undichtigkeiten an den Dichtungen.
Was ist Kaltrichten und welche Geradheitsgenauigkeit kann damit erreicht werden?
Das Kaltrichten (auch mechanisches Richten oder Pressrichten genannt) ist ein Verfahren, bei dem eine Welle bei Raumtemperatur mithilfe einer hydraulischen Presse oder einer mechanischen Presse mit V-Block-Auflagen und Messuhr wieder gerade gebogen wird. Beim Kaltrichten wird ein Biegemoment angelegt, das die Streckgrenze des Materials am Kontaktpunkt übersteigt. Die plastische Verformung korrigiert den Biegeverzug. Mit Kaltrichten lässt sich eine Rundlaufgenauigkeit von 0,01–0,05 mm Rundlaufabweichung pro 100 mm Länge für Wellen bis zu 50 mm Durchmesser und von 0,02–0,10 mm Rundlaufabweichung pro 100 mm Länge für Wellen über 50 mm Durchmesser erzielen. Das Kaltrichten eignet sich für Wellen mit einer Härte bis zu 45 HRC und ist die gängigste Methode für induktionsgehärtete Wellen mit einer Oberflächenhärte von 50–60 HRC, da der duktile Kern die plastische Verformung aufnimmt.
Was ist Heißglätten und wann ist es dem Kaltglätten vorzuziehen?
Das Warmrichten (auch Flammenrichten oder Heißpunktrichten genannt) ist ein Verfahren, bei dem die höchste Stelle (die konvexe Seite der Biegung) lokal mit einer Autogenflamme oder einer Induktionsspule erhitzt wird. Dadurch entsteht eine lokale Wärmeausdehnung, die beim Abkühlen zu einer Kontraktion der höchsten Stelle führt. Mit dem Warmrichten lässt sich eine Rundlaufgenauigkeit von 0,02–0,08 mm TIR pro 100 mm Länge erzielen. Diese ist typischerweise 2–3 Mal weniger genau als beim Kaltrichten, ermöglicht aber das Richten von Wellen, die für das Kaltrichten zu hart sind (über 45 HRC). Das Warmrichten ist das bevorzugte Verfahren für: (1) Wellen mit einer HRC über 45 (einsatzgehärtete, durchgehärtete oder nitrierte Wellen); (2) Wellen mit geringer Einsatzhärtungstiefe, die beim Kaltrichten reißen würden; (3) Wellen mit großem Querschnitt, bei denen die Kraft beim Kaltrichten die Presskapazität übersteigt. Das Warmrichten ist das Ausweichverfahren, wenn das Kaltrichten nicht möglich ist.
Wie hoch ist die Geradheitsgenauigkeit gemäß ISO 2768-2 und DIN 874?
ISO 2768-2:1989 legt allgemeine geometrische Toleranzen, einschließlich Geradheit und Ebenheit, mit drei Toleranzklassen (H, K, L) für Nennlängen von 0 bis 3000 mm fest. Für die Geradheit von Wellen im Längenbereich von 100 bis 300 mm spezifiziert ISO 2768-2 Toleranzen von 0,2 mm (Klasse H), 0,4 mm (Klasse K) und 0,8 mm (Klasse L). Für Wellen im Längenbereich von 300 bis 1000 mm betragen die Toleranzen 0,3 mm (H), 0,6 mm (K) und 1,2 mm (L). DIN 874 spezifiziert Präzisions-Ebenheitstoleranzen für die Referenzfläche zur Prüfung der Wellengeradheit mit Toleranzwerten von 2 µm bei 100 mm Länge bis 87 µm bei 5000 mm Länge für die höchste Präzisionsklasse. Die Geradheit der Referenzgeraden nach DIN 874 bestimmt unmittelbar die Messgenauigkeit der Wellengeradheitsprüfung.
Wie wirkt sich das Kaltrichten auf die Eigenspannungen und die Dauerfestigkeit einer Motorwelle aus?
Das Kaltrichten führt zu zusätzlicher Biegeverformung der Welle, wodurch sich der Eigenspannungszustand an der Oberfläche verändert. Das Kaltrichten an der höchsten Stelle (Druckseite) erzeugt zusätzliche Druckeigenspannungen, die sich positiv auf die Dauerfestigkeit auswirken. Das Kaltrichten an der niedrigsten Stelle (Zugseite) erzeugt hingegen zusätzliche Zugeigenspannungen, die die Dauerfestigkeit beeinträchtigen und diese um 20–50 % reduzieren können, wenn die Zugspannung die durch die Induktionshärtung entstandenen Druckeigenspannungen an der Oberfläche übersteigt. Es empfiehlt sich daher, die höchste Stelle (die Druckseite) zu richten, sodass die zusätzliche plastische Verformung die vorhandenen Druckeigenspannungen aus der Induktionshärtung ergänzt. Dadurch wird die Dauerfestigkeit erhalten oder sogar verbessert.
Welche typische Presskraft ist zum Kaltrichten einer Motorwelle erforderlich?
Die typische Presskraft, die zum Kaltrichten einer Motorwelle erforderlich ist, wird durch das Biegemoment bestimmt, das benötigt wird, um die Streckgrenze am Kontaktpunkt zu überschreiten. Die Presskraft wird üblicherweise nach der Formel F = (σy × S) / (L × k) berechnet, wobei σy die Streckgrenze des Materials, S das Widerstandsmoment, L der Abstand zwischen den V-förmigen Stützen und k der Korrekturfaktor (typischerweise 0,8–1,2) ist. Für eine induktionsgehärtete 4140-Stahlwelle mit 50 mm Durchmesser (σy = 600 MPa, S = 24500 mm³) mit einem V-förmigen Stützabstand von L = 500 mm und einem Korrekturfaktor k = 1,0 beträgt die Presskraft ungefähr F = (600 × 24500) / (500 × 1,0) = 29400 N (ca. 3 Tonnen). Die Presskraft von 3 Tonnen liegt deutlich innerhalb der Kapazität einer typischen 10-Tonnen-Hydraulikpresse, die in der Produktion eingesetzt wird.
Welches Risiko besteht bei der Kaltrichtung von induktionsgehärteten Motorwellen?
Das Risiko von Rissen beim Kaltrichten induktionsgehärteter Motorwellen hängt von der Einsatzhärtungstiefe, der Einsatzhärte und dem Biegeradius ab. Das Risiko ist hoch (Ausschussrate 1–5 %), wenn: (1) die Einsatzhärtungstiefe 2,5 mm überschreitet und die Einsatzhärte über 60 HRC liegt, da die spröde Einsatzschicht die plastische Verformung nicht aufnehmen kann; (2) der Biegeradius (V-Block-Radius) weniger als das Fünffache des Wellendurchmessers beträgt, da ein kleiner Biegeradius zu lokalen Spannungskonzentrationen führt; (3) die Welle Schleifbrand oder Schleifrisse aufweist, da sich die Risse unter der Richtspannung ausbreiten. Das Risiko ist gering (Ausschussrate unter 0,1 %), wenn: (1) die Einsatzhärtungstiefe unter 1,5 mm liegt und die Einsatzhärte 58–60 HRC beträgt; (2) der Biegeradius mehr als das Zehnfache des Wellendurchmessers beträgt; (3) die Welle keine Schleifbrand oder Oberflächenrisse aufweist. Die Gefahr von Rissen ist der Hauptgrund, warum das Warmrichten bei aufgekohlten und durchgehärteten Wellen mit hoher Einsatzhärte bevorzugt wird.