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Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung zusammengesetzter Werkzeuge und Arbeitsgeräte.
Die Erfindung bezieht sieh auf die Herstellung zusammengesetzter Werkzeuge und Arbeitsgeräte, z. B. Ziehsteine, die mindestens einen aus sogenanntem Hartmetall bestehenden Teil aufweisen, der die Arbeit des Werkzeuges oder Geräts zu leisten bestimmt ist. Unter Hartmetall sind dabei z. B. gesinterte oder geschmolzene Karbidlegierungen (z. B. Wolframkarbid) hochschmelzender Metalle (Schmelzpunkt über 20000 C) mit oder ohne Zusatz eines niedriger schmelzenden Hilfsmetalls (z. B. Kobalt, Nickel.
Eisen) verstanden. Die Erfindung bezweckt in erster Linie, Werkzeuge sowie Arbeitsgeräte der angegebenen Art zu schaffen, die sich durch eine technisch sehr rasch durchführbare und daher besonders vorteilhafte Herstellungsweise auszeichnen und gute mechanische und physikalische Eigenschaften aufweisen. Dieser Zweck wird der Erfindung gemäss dadurch erreicht, dass der Hartmetallteil bzw. die aus Hartmetall bestehenden Teile mit dem Grundkörper (z. B. dem Schaft) durch Heisspressen starr verbunden sind. Unter Heisspressen ist dabei ein Vorgang verstanden, bei dem der aus der Hartmetallegierung zu fertigende Teil gleichzeitig der Anwendung von Druck und hoher Temperatur ausgesetzt wird.
Auf der Zeichnung sind schematisch drei Ausführungsformen von Vorrichtungen gemäss der Erfindung nebst den mit diesen herstellbaren Werkzeugen oder Arbeitsgeräten veranschaulicht, u. zw. zeigen Fig. 1, 3 und 6 je einen aufrechten Schnitt durch die das erste, zweite und dritte. Ausführungsbeispiel bildenden Vorrichtungen nebst den mit diesen erzeugten Werkzeugen, Fig. 2 und 7 je einen Schnitt nach den Linien 2-2 bzw. 7-7 der Fig. 1 bzw. Fig. 6 von oben gesehen, Fig. 4 und 5 eine Ansicht und Draufsieht auf den Schaft eines Schneidstahles, Fig. 8 und 9 je einen Einzelteil der Vorrichtung nach Fig. 6, Fig. 10 und 11 verschiedene Ansichten eines in der Vorrichtung'nach Fig. 6 erzeugbaren Werkzeuges.
Als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung soll ein Schneidstahl sowie das zu seiner Herstellung angewendete Verfahren und die dabei benutzte Vorrichtung erläutert werden. Der Schneidstahl von der aus Fig. 1 ersichtlichen Form ist aus einem zum Schneiden bestimmten Kopf A und einem diesen
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ist aber keineswegs unbedingt erforderlich. Kopf. A und Schaft B sind erfindungsgemäss durch Heisspressen starr miteinander verbunden.
Zum Heisspressen wird eine in einen elektrischen Stromkreis einschaltbare Pressvorrichtung ge- braucht, die aus einer als untere Elektrode dienenden zylindrischen Unterlagsplatte C, einer einen Pressstempel D aufnehmenden Pressform E und einer zylindrischen Deckelplatte F besteht. Die Platte C ist auf ihrer Oberseite mit einer zylindrischen Ausnehmung cl versehen, in die eine radial gerichtete und bis zum Aussenrande der Platte reichende Ausnehmung c2 von rechteckigem Querschnitt einmündet. In die Ausnehmung cl ist die hohlzylindrische Pressform E aus Kohle oder Graphit so eingesetzt, dass ein ihre Hohlzylinderwand durchdringender Schlitz el von ebenfalls rechteckigem Querschnitt sich an die Ausnehmung c2 anschliesst.
Die Querschnitte der Ausnehmung c2 und des Schlitzes el sind so bemessen, dass der Schaft B des zu fertigenden Sehneidstahles gerade in die Ausnehmung c2 und in den Schlitz el hineinpasst. In die ausgehöhlte Form E kann der Kohlestempel D von rechteckigem Querschnitt eingeführt werden, auf den die Kohledeckelplatte F aufgesetzt werden kann, die mit einer zylindrischen Aus- nehmung 11 sich auf den Stempel D auflegt und die Form E in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise kappenartig umschliesst.
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Bei der erfindungsgemässen Fertigung eines Schneidstahles wird zunächst die Form E in die zylindrische Ausnehmung c und darauf der Schaft B in die Ausnehmung ce der Platte C eingesetzt. Nach der Einführung des Schaftes B wird eine feinstgepulverte Mischung G von Wolframkarbid und Kobalt in die Form E von oben eingeschüttet und etwas festgestampft. Hierauf werden der Stempel D und die ) Platte F aufgesetzt. Dann wird die gesamte Vorrichtung unter eine Pressvorrichtung beliebiger an sich bekannter Bauart gebracht, bei der durch das Einschalten des Druckes auch ein die Platte F, den Stempel D, die Form E, die Mischung G und die Platte C durchdringender elektrischer Strom eingeschaltet wird.
Dieser ist so bemessen, dass die Mischung G in kurzer Zeit (in etwa einer Minute) auf über 1400-16000 C erhitzt wird, während gleichzeitig der mechanische Druck des Stempels D (etwa 10-20 leg) die) Iischung G ) zusammenpresst. Durch diese gleichzeitige Anwendung von Druck und Erhitzung auf etwa 1400-1600" C wird die Mischung G gesintert und verdichtet sowie ausserdem so stark mit dem Schaft B, der sich während der Erhitzung höchstens bis zu dunkler Rotgluht erhitzt hatte, verbunden, dass der gesinterte und mit dem Schaft B in der angegebenen Weise verschweisste Kopf G nachher in keiner Weise vom Schaft durch Schläge oder Stösse getrennt werden kann (die obere Kante des heissgepressten Kopfes ist durch die gestrichelte Kante gl angedeutet).
Nachdem der in dieser Weise fertiggestellte Schneidstahl aus der Pressform herausgezogen ist, braucht der Kopf nur noch geschliffen zu werden, um gebrauchsfähig zu sein.
An Stelle des Hartmetallpulvers kann auch ein kalt vorgepresstes oder vorgesintertes Hartmetallplättehen auf den Schaft B aufgebracht und durch Heisspressen gesintert bzw. fertiggesintert und mit dem Schaft starr verbunden werden.
Ferner kann auch ein bereits fertiggesintertes oder durch Vergiessen hergestelltes Hartmetallplättchen aufgebracht und durch Heisspressen mit dem Schaft B starr verbunden werden.
Die Heisspressvorrichtung nach Fig. 3, die ebenfalls zur Herstellung von Drehstählen bestimmt ist, die aber auch zum Herstellen von Bohrkronen mit eingesetzten Hartmetallstiften gebraucht werden kann, unterscheidet sich von der erläuterten dadurch, dass der in einen als Widerlager dienenden Block H eingesteckte Schaft B von unten in die Pressform eingeführt wird und gleichzeitig als Unterstempel dient.
Wie diese Vorrichtung benutzt wird, ist nach dem Erläuterten ohne weiteres verständlich. Fig. 4 und 5 lassen erkennen, dass der Schaft B auf seiner zur Aufnahme des Hartmetallkopfes G bestimmten Fläche einen abgesetzten Vorsprung b2 von quadratischem Querschnitt aufweist, der dem Zwecke dient, das Zusammenhalten des Kopfes G und des Schaftes B noch zu verbessern.
Bei der Heisspressvorrichtung nach Fig. 6-9, bei der der Schaft B des zu fertigenden Werkzeuges (Spitzbohrers) (s. auch Fig. 10 und 11) durch eine quer zur Längsachse der Pressform E2, E3 gerichtete Bohrung e4 in die Pressform eingeführt wird, besteht der Kohlestempel aus einem Unterstempel D1 und aus einem Oberstempel D2 von genau gleichen Längen ; die Kohlepressform besteht aus zwei durch radiale Trennungsfugen eS getrennten Teilen E2 und E3, was ein Herausziehen eines sonst nicht aus der Form entfernbaren Werkzeuges gestattet. An Stelle der radialen Trennungsfugen eS können auch niehtradiale Fugen treten, wodurch ein Abgleiten der Formteile voneinander vermieden wird.
Der wichtigste technische Vorteil der den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahren besteht darin, dass die Sinterung des Hartmetalls und seine Vereinigung mit dem aus Stahl oder Eisenlegierung oder aus einem andern Metall oder einer andern Metallegierung bestehenden Grundkörper unter Druck und in einem einzigen Arbeitsgang bei einer Temperatur von etwa 1400 bis 16000 C durchgeführt wird.
Der so erzeugte Hartmetallkopf besitzt nämlich ganz besonders gute Festigkeitseigenschaften und ist so innig und so fest mit dem Grundkörper verbunden, dass er allen bei der Benutzung des Werkzeuges oder des Arbeitsgerätes auftretenden Beanspruchungen sehr gut standhält. Die in der angegebenen Weise erreichte besonders innige Verbindung des Hartmetallteiles mit seiner Unterlage bewirkt dabei offensichtlich-abgesehen von der durch das Heisspressen an sich erzielten Steigerung der Zähigkeit-eine weitere Verbesserung der Zähigkeit. Wenn man beim Fertigen des Werkzeuges oder des Arbeitsgerätes zwischen dem Werkzeug-oder Arbeitsgerätkorper und den Hartmetallkopf noch eine Folie eines Metalls oder einer Metallegierung (z.
B. eines 42 % igen Niekelstahles) einlegt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient. ungefähr gleich ist dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Hartmetalle, so wird mit Sicherheit vermieden, dass im Hartmetall zufolge einer ungleichen Ausdehnung von Hartmetall und Stahl Wärme-
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so schnell wie Kohle. Besonders vorteilhafte Pressformen werden demgemäss erhalten, wenn man die eigentlichen (geteilten oder nicht geteilten) Pressformen aus Kohle herstellt und mit einer (geteilten oder nicht geteilten) Hülle aus Graphit umgibt, die nach ihrem Verzundern leicht durch eine andere ersetzt werden kann. Man kann die innere Pressform auch vorteilhaft aus einer keramischen Masse-etwa Aluminiumoxyd-herstellen und sie mit einer Graphitsehale umhüllen.
Die die Heizung bewirkende Stromleitung wird in diesem letzteren Falle ausschliesslich von der Graphitschale übernommen.
Das erläuterte Verfahren ermöglicht es, auch reines Wolframkarbid (ohne Zusatz von niedriger
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Härte-durch eine bemerkenswerte Zähigkeit aus, die einmal in der Druckverdichtung und dann in der besonders innigen Verbindung des Wolframkarbides mit der Unterlage (teilweises Hineindiffundieren der Unterlage in die Wolframkarbidsehicht) begründet ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Werkzeugen und Arbeitsgeräten mit mindestens einem zur Leistung der Arbeit bestimmten Teile aus Hartmetall, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartmetallteil bzw. die Hartmetallteile (G) mit dem Grundkörper (B) durch Heisspressen starr verbunden werden.