Processtekniska sätt att minska formförändringar vid härdning av serietillverkade kronhjul Erfarenheter dragna från Scanias produktionslinje

Transkript

1 Processtekniska sätt att minska formförändringar vid härdning av serietillverkade kronhjul Erfarenheter dragna från Scanias produktionslinje Anders Olofsson + Stefan Jonsson Scania DX + KTH MSE

2 Hardening Distortions of Serial Produced Gears Licentiatseminarium , kl 14:30, Hörsalen by 260, Scania Södertälje Licentiand Anders Olofsson Diskussionsledare Arne Melander Swerea Kimab Handledare Stefan Jonsson KTH Julia Gerth Scania

3 Hållfasthet Mål: Minimera formförändringar vid sätthärdning av transmissionskomponenter. Sätthärdning Sätthärdad Grundmaterial Yta Kärna

4 Vad är formförändring? Förändring i dimension Förändring i form Formförändring = förändring av dimension + förändring av form ISO 4885:2017, Ferrous materials Heat treatments Vocabulary

5 Formförändring många orsaker [Tardío, J A; Juncoso, M: Aplicacion del diseno de experimentos. Tratamientos Termicos, dec 1991, p 44-55]

6 Formförändringar hos kronhjul Warp, chipsform Gear runout rundgångsfel Inner diameter Back-face tilt Bakplanslutning 6

7 Paper 1 A. Olofsson, S. Jonsson, B. Brash, Hardening Distortions Related to Segregations in Crown Wheels / Härteverzug in Relation zu Seigerungen in Tellerrädern, HTM Journal of Heat Treatment and Materials, 71 (2016) doi: / Paper 2 A. Olofsson, S. Jonsson, Hardening Distortions of Serial Produced Crown Wheels, Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 2017, 48, Paper 3 A. Olofsson, M. Köhn, S. Jonsson, Identifying process parameters influencing gear runout, Accepted for publication with minor revisions in Mat.-wiss. u. Werkstofftech

8 Material för kronhjul Steel grade C Si Mn P S Cr Mo Ni Cu Al N 17NiCrMoS <0.035 < <0.35 <

9 Tillverkningskedja Ståltillverkning Smide Mjukbearbetning Härdning Hårdbearbetning Götgjutning alt. Stränggjutning Varmvalsning Värmebehandling Förformning Sänksmide Värmebehandling Svarvning Borrning Kuggfräsning Värmning Uppkolning Presshärdning Anlöpning Hårdsvarvning Kuggslipning W. Seger, Beeinflussung des Verzugsverhaltens von rotationssymmetrischen Schmiedeteilen durch Erstarrungslenkung Valsade stänger Ämne J. Bodin: Formförändring vid sätthärdning IVF-skrift Mjukt tillstånd Härdat tillstånd Färdigt tillstånd

10 Sätthärdningsprocessen Pusherugn flöde

11 [Tardío, J A; Juncoso, M: Aplicacion del diseno de experimentos. Tratamientos Termicos, dec 1991, p 44-55]

12 Formförändringar kronhjul Stålverk

13 Formförändringar kronhjul Stålverk och kronhjulsgeometri

14 Count Back-face tilt [mm] Count Count Formförändringar kronhjul Gjutmetod och kronhjulsgeometri 0,08 0,06 0,04 0,02 Continuous casting "step" Ingot casting "step" Ingot casting "flat" b) 15 Continuous casting "step" 10 (34 pcs) 5 0-0,07-0,03 0,01 0,05 Tilt [mm] 15 Ingot casting "step" 10 (41 pcs) 0,00-0,02-0, c) 5 0-0,07-0,03 0,01 0,05 Tilt [mm] 15 Ingot casting "flat" 10 (38 pcs) -0,06 5-0,08 a) Crown wheel No. d) 0-0,07-0,03 0,01 0,05 Tilt [mm]

15 Back-face tilt [mm] Formförändringar kronhjul Gjutmetod och kronhjulsgeometri Back-face tilt 0,1 Top 0,075 Middle Bottom 0,05 0, , Δ machined Δ press quenched -0,05-0,075 Top Middle Bottom Top Middle Bottom -0,1 Ingot 1 Ingot 2

16 -0,05-0,04-0,03-0,02-0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 0,11 Frequency [%] Back-face tilt [mm] Formförändringar kronhjul Gjutmetod och kronhjulsgeometri 0,1 0,075 0,05 0, ,025-0,05-0,075 Back-face tilt Top Middle ,1 Bottom Ingot 2 Bottom Ingot 2 summarised Ingot Ingot 2 Middle 2 summarised Ingot Heat 2 Top H2 "step"

17 Carbon concentration [wt%] [wt%] Back-face tilt [mm] Formförändringar kronhjul Gjutmetod och kronhjulsgeometri 0,23 0,1 0,075 0,05 0, ,025-0,05 Back-face tilt Top Middle Bottom 0,22 0,21 0,20 0,19-0,075-0,1 Top Bottom 0,18 0,17 A AB C A B B C AC B C Bottom Middle Top

18 18 Inverkan av våning på bakplanslutning (med steg)

19 19 Inverkan av våning och position i götet på bakplanslutning (med steg) Top Middle Bottom DXTGR

20 Formförändringar kronhjul Inverkan av våning

21 Formförändringar kronhjul Inverkan av våning

22 Formförändringar kronhjul Inverkan av våning 5 Lucköppningar 4 Härdas en och en Likadant oljeföde för 3 varje kronhjul 2 Temperaturskillnader 1 mellan våningar! Inga lucköppningar Härdas samtidigt Individuellt oljeflöde Temperaturskillnader mellan våningar?

23 Formförändringar kronhjul Inverkan av våning

24 Runout Inner Ø B-F tilt 26 Faktorer som signifikant påverkar formförändringar FACTORS LEVELS DISTORTION PARAMETERS Casting method Ingot casting; top, middle, bottom Continuous casting CC/CC-NS X Casting geometry Rectangular / Round / Square X Forger No. 1 / No. 2 / No. 3 Loading arrangement Stacking level X X Component geometry Thin / Thick X Step / Flat X

25 Slutsatser Material Process