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Stanzwerkzeug
Stanzwerkzeuge werden bekanntlich ausser- ordentlich hohen Beanspruchungen ausgesetzt, die sich in erster Linie als Verschleiss auswirken.
Hinzu kommt aber noch, je nach der Wirkungs- weise der verwendeten Presse eine verhältnismässig hohe Schlagwirkung, vornehmlich beim end- gültigen Abtrennen der ausgestanzten Werkstücke aus dem Ausgangswerkstück. Besonders hoch sind die Beanspruchungen beim Verarbeiten von
Werkstücken aus hochschmelzenden Werkstoffen, z. B. Wolfram, Molybdän u. dgl. sowie von
Legierungen aus diesen Werkstoffen. Wolfram- bleche werden beispielsweise durch Stanzen zu zu Ronden verarbeitet. Die Stanzarbeit kann nur bei Rotglut, d. h. also bei Temperaturen zwischen
800 und 1000 C, vorgenommen werden, so dass ein ausserordentlich hoher Werkzeugverschleiss auftritt.
Zur Herstellung der Stanzstempel und der
Stanzmatrizen, insbesondere wenn es sich um derart hohe Beanspruchungen handelt, werden bisher hochlegierte Wolframschnellarbeitsstähle oder auch hochchromlegierte Stähle verwendet.
Diese Stähle weisen im gehärteten Zustand hohe Härte und damit Verschleissfestigkeit auf und besitzen anderseits eine genügend hohe Zähigkeit zur Aufnahme der schlagartigen Beanspruchungen, die beim Stanzvorgang eintreten. Der gesamte Matrizenblock und der gesamte Stempel sind aus einem solchen Werkstoff hergestellt, da nur so eine Gewähr dafür vorhanden ist, dass die Beanspruchungen ertragen werden und die höchstmögliche Standzeit der Werkzeuge erreicht wird. Trotzdem befriedigen die tatsächlich erzielten Standzeiten vom wirtschaftlichen Standpunkt aus nur wenig. Schon nach wenigen Stanzungen ist der Stempel stark verschlissen.
Er bekommt Riefen, nimmt im Durchmesser ab, die untere Kante stumpft rasch und zwischen Matrizenöffnung und Stempel wird das Spiel stets grösser mit der Folge, dass die Werkstücke beim Stanzen nicht mehr abgeschert, sondern mehr oder weniger abgerissen werden. Beim Stanzen von Ronden aus Wolfram beispielsweise führt dies dazu, dass ihre Oberflächen nicht mehr plan sind und keine scharfen Kanten mehr erzielt werden. Die Ronde erscheint mehr oder weniger stark bombiert und die Kanten sind ausgerissen und unscharf und schliesslich entstehen auch
Risse im gesamten Rondenkörper.
Mit einem
Stanzwerkzeug, dessen Stempel und Matrize aus einem 18%igen Wolframstahl mit etwa 4%
Chrom und 1% Vanadin besteht, können bei sorgfältiger Arbeit nur etwa 60 bis 80 Ronden von 10 bis 25 mm Durchmesser aus 2 bis 4 mm starkem Wolframblech ausgestanzt werden, wenn eine einwandfreie Beschaffenheit der Erzeugnisse gewährleistet sein soll. Schon die letzten Ronden einer Serie von 60 bis 80 Stück weisen nicht mehr die Masshaltigkeit auf, die bei den ersten Ronden erzielt wird und bei Anfertigung einer grösseren
Serie von mehr als etwa 80 Stück müssen die letzten Ronden aus den oben angeführten Gründen überhaupt verworfen werden. Diese Tatsachen sind bisher als unabänderlich feststehend hin- genommen worden.
An die Verwendung von Hartmetall zur Her- stellung derartiger Stanzwerkzeuge ist bisher nicht gedacht worden. Sie verbot sich aus der Überlegung heraus, dass Hartmetall schlagartigen
Beanspruchungen, insbesondere an den Schneidkanten, nach geltender Auffassung nicht gewachsen sein könnte, obwohl eine gewisse Wahrscheinlichkeit dafür bestand, dass die reinen Verschleissbeanspruchungen in einem Stanzwerkzeug von Hartmetall würden ertragen werden können.
Überraschenderweise hat es sich jedoch gezeigt, dass es möglich ist, Stanzwerkzeuge auch für hohe Beanspruchungen, insbesondere zur Verarbeitung von Werkstücken aus hochschmelzenden Werkstoffen, wie Wolfram und Molybdän, unter Verwendung von Hartmetall herzustellen. Demgemäss wird vorgeschlagen, ein solches Werkzeug, u. zw. sowohl den Matrizen-, als auch den Stempelkörper aus unlegiertem oder schwach legiertem Kohlenstoffstahl herzustellen und sie mit Hartmetall zu armieren. Dieses Hartmetall hat die Zusammensetzung 10 bis 20% Kobalt, Titankarbid, Vanadinkarbid, Niobkarbid, Tantalkarbid, Zirkonkarbid und Molybdänkarbid einzeln oder zu mehreren in einer Gesamtmenge bis 3% und Rest Wolframkarbid.
Besonders bewährt haben sich solche Werkzeuge, deren Armierung aus einem Hartmetall mit etwa 13% Kobalt, etwa 2% Titankarbid und Rest Wolframkarbid besteht. Mit einem solchen Werkzeug, dessen auf Verschleiss
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beanspruchte Flächen mit Hartmetall armiert sind, werden wider alles Erwarten selbst bei der
Verarbeitung des besonders schwierig zu hand- habenden Wolframs ausserordentlich hohe Stand- zeiten erreicht. So ist es möglich, mit einem derartigen Werkzeug mehr als 5000 Wolfram- ronden auszustanzen, ohne dass die Masshaltigkeit der letzten Ronden von den ersten mit diesem
Werkzeug hergestellten Ronden abweicht. Ab- gesehen von dieser grossen Masshaltigkeit zeichnen sich die erzeugten Ronden durch scharfe glatte
Kanten und Ränder sowie plane Oberflächen aus.
Auch Risse in den ausgestanzten Ronden, wie sie vielfach bei der Verwendung von Schnellstahl- werkzeugen auftreten, werden bei Benutzung eines hartmetallarmierten Werkzeuges gemäss der Er- findung nicht beobachtet. Bemerkenswerterweise treten ausserdem an den Werkzeugen selbst
Erscheinungen, wie Ausreissen, Abbröckeln der
Kanten oder Zerspringen der Arbeitsflächen, nicht auf, obwohl solche Erscheinungen bei der Verwendung von Hartmetall in derart beanspruchten Werkzeugen erwartet werden mussten.
Zur Armierung des Werkzeuges können ver- schiedene Wege beschritten werden. Als be- sonders günstig hat es sich erwiesen, den Stempel so auszubilden, dass er mit einem aufgelöteten Hartmetallring versehen ist. Es ist zweckmässig, bei der Befestigung des Ringes so vorzugehen, dass dieser an seinem unteren Ende am Innenumfang leicht abgeschrägt ist. In diese Abschrägung wird der Werkstoff des Trägerkörpers hineingestaucht. Dies erfolgt am besten unmittelbar nach dem Löten, wenn sich insbesondere der Trägerwerkstoff noch auf hoher Temperatur befindet. Die Stauchung wird zweckmässigerweise durch leichte Hammerschläge herbeigeführt.
Eine andere Möglichkeit, den Stempel zu armieren, besteht darin, den unteren Teil des Stempels durch einen Hartmetallbolzen entsprechenden Durchmessers zu ersetzen, wobei dieser Bolzen mit einem Zapfen in den Trägerkörper eingelötet ist.
Das Einstauchen des Trägerwerkstoffes in den Ring und die Verbindung mittels der Verzapfung haben den Zweck, nach Möglichkeit die Lötfuge beim Stanzen zu entlasten. Insbesondere, wenn bei erhöhter Temperatur gestanzt wird, wie dies beispielsweise bei der Bearbeitung von Wolfram notwendig ist, schrumpft infolge der Abkühlung das Blech, aus dem die Werkstücke ausgestanzt werden, um denPressstempelherumzusammen und der Pressstempel muss daher aus dem Werkstoff herausgerissen werden. Insbesondere die Ausbildungsform, bei welcher der Trägerwerkstoff in den Hartmetallring eingestaucht wird, entlastet in idealer Form die Lötfuge.
Die Hartmetallmatrize wird mittels eines in die Matrizenöffnung warm eingeschrumpften Hartmetallringes armiert. Das Einschrumpfen des Hartmetallringes in den erwärmten Matrizenblock hat den Vorteil, dass dem Ring eine Vorspannung gegeben wird, die den Ring instand setzt, die beim Stanzen auftretenden Druckspannungen mit Sicherheit und ohne Gefahr des Bruches auf- zunehmen. In Fällen, in denen eine geringere
Beanspruchung der Matrize zu erwarten ist, kann es auch genügen, den Hartmetallring in den
Matrizenblock einzulöten.
In den Zeichnungen sind einige Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt in teilweisem Schnitt eine Ausführungsform eines Pressstempels gemäss der Erfindung und die
Figuren 2 und 3 Einzelheiten des Stempels.
Der Trägerkörper 1 des Stempels besteht aus einem unlegierten Kohlenstoffstahl mit etwa 0-55 bis 0-65% Kohlenstoff. Gelegentlich kann es auch zweckmässig sein, einen Stahl zu verwenden, der noch eine gewisse Menge an Legierungselementen enthält. In den weitaus meisten Fällen ist aber mit dem genannten unlegierten Kohlenstoffstahl auszukommen. Am unteren Ende des Stempels ist der Hartmetallring 2 aufgelötet. Der Hartmetallring hat zweckmässigerweise die Form, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, bei welcher die untere Kante der Innenwandung, wie bei 3 angedeutet, abgeschrägt ist. Der Schaft des Stempels 1 wird, wie aus Fig. 3 ersichtlich, so ausgebildet, dass er bei 4 etwas länger ist als dem aufgesetzten Ring 2 entspricht.
Nachdem das Löten beendet ist, wird das leicht überstehende Ende 4 des Stempels in die Abschrägung 3 durch leichte Hammerschläge hineingestaucht. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Lötfuge von den Kräften entlastet wird, die auftreten, wenn der Stempel nach beendetem Stanzvorgang aus dem gestanzten Blech herausgezogen wird. Es ergeben sich in dieser Arbeitsphase starke Beanspruchungen in der Lötfuge, weil das Blech um den Stempel herum infolge der Abkühlung festschrumpft.
In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Pressstempels gemäss der Erfindung dargestellt. Der Trägerkörper 1 besteht auch hier aus einem unlegierten Kohlenstoffstahl mit 0-55 bis 0-65% Kohlenstoff. Das untere Ende des Schaftes ist ersetzt durch einen Hartmetallbolzen 5. Dieser Bolzen ist mittels eines Zapfens 6 in den Schaft eingesetzt und verlötet. Auch diese Verbindung hält den Abreisskräften stand, die beim Herausziehen des Stempels aus dem gestanzten Werkstoff auftreten.
Stempel gemäss Fig. 1 und 4 arbeiten zusammen mit Matrizen gemäss Fig. 5. Der Matrizenkörper 7 besteht ebenfalls aus dem mehrfach erwähnten unlegierten Kohlenstoffstahl. In die Matrizen- öffnung ist ein Hartmetallring 8 eingesetzt. Die Befestigung des Ringes erfolgt vorzugsweise dadurch, dass er warm eingeschrumpft wird. Zu diesem Zweck wird der Matrizenblock 7 auf etwa 400 bis 500 C erwärmt. Das Einschrumpfen hat den Vorteil, dass dem Hartmetallring eine gleichmässige Vorspannung gegeben wird, die ihn dazu instandsetzt,-die Druckbeanspruchungen, die beim Stanzen auftreten, aufzunehmen. Es kann aber auch so vorgegangen werden, dass der Ring 8 eingelötet wird.
Als besonders zweckmässig hat es sich erwiesen, den Stempeldurchmesser und die Matrizen- öffnung nicht so aufeinander abzustimmen, dass
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sie saugend ineinanderpassen, sondern dass zwischen Stempeldurchmesser und Matrizen- öffnung ein Spiel von 0-15 bis 0. 30 mm besteht.
Auf diese Weise wird vermieden, dass sich der Stempel in dem Blech, aus dem die Werkstücke ausgestanzt werden, festklemmt. Wird ein solches Spiel zwischen Stempeldurchmesser und Matrizen- öffnung nicht eingehalten, so ergeben sich unter Umständen sehr starke Abreisskräfte, wenn der Stempel nach beendetem Stanzvorgang aus dem Blech wieder herausgezogen wird. Dies gilt besonders dann, wenn, wie beispielsweise beim Verarbeiten von Wolfram, bei erhöhten Temperaturen gestanzt wird. Bemerkenswert ist, dass die Werkstücke, beispielsweise aus Ronden, genau mit dem Mass der Matrizenöffnung anfallen, obwohl der Stempel ein geringeres Mass aufweist.
Es ist daher möglich, trotz Anwendung des als vorteilhaft erkannten Spieles zwischen Stempeldurchmesser und Matrizenöffnung genau masshaltige Werkstücke zu erzeugen.
Abgesehen von den Vorteilen, die sich bei Verwendung eines Stanzwerkzeuges gemäss der Erfindung für das Erzeugnis ergeben, wird noch eine erhebliche Werkstoffersparnis erzielt. Während bisher der gesamte Stempel 1 und der gesamte Matrizenblock 7 aus einem hochlegierten Werkzeugstahl hergestellt werden mussten, genügt nunmehr eine verhältnismässig geringe Menge an hochwertigem Hartmetall für beide Teile. Nimmt man beispielsweise an, dass bisher mit einem 10% igem Wolframstahl gearbeitet werden musste, so wurden für die Herstellung eines Werkzeuges bestimmter Abmessung 1 kg Werkzeugstahl mit etwa 100 Wolfram benötigt. Bei der Herstellung eines entsprechenden Werkzeuges gemäss der Erfindung wird nur 60 g Hartmetall benötigt, das zu etwa 80% aus Wolfram besteht.
Mit einem Werkzeug, das mit Schnelldrehstahl besetzt ist, können bis zu 150 Ronden einer Abmessung hergestellt werden. Es kann dann die Matrize ausgeschliffen werden, worauf noch einmal etwa 500-600 Ronden mit jeweils grösserem Durchmesser hergestellt werden können. Mit einem Werkzeug gemäss der Erfindung dagegen lassen sich über 5000 Stanzungen durchführen, ohne dass das Werkzeug auch nur einmal nachgearbeitet werden braucht. Hiezu kommt noch, dass beim Zubruchgehen des hartmetall- armierten Werkzeuges das Hartmetall wiedergewonnen und erneut zu Hartmetallwerkzeugen verarbeitet werden kann, was bei Schnelldrehstahlwerkzeugen nicht ohne weiteres möglich ist.
Die Ausbildung der Werkzeuge gemäss der Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es ist durchaus möglich, die Hartmetallbewehrung an Matrize und Stempel auch in abgewandelter Form anzubringen. Die Vorteile, die solche Werkzeuge bieten, sind im wesentlichen geschildert für den Fall der Verarbeitung von Wolfram zu Ronden. Die Werkzeuge können aber auch mit ähnlichen Vorteilen zur Verarbeitung anderer Werkstoffe unter anderen Bedingungen benutzt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Stanzwerkzeug, insbesondere für hohe Beanspruchungen, wie sie bei der Verarbeitung von Werkstücken aus hochschmelzenden Werkstoffen, z. B. Wolfram und Molybdän, auftreten, gekennzeichnet durch Matrizen-und Stempelkörper aus unlegiertem oder schwach legiertem Kohlenstoff- stahlmit einer Hartmetallarmierung der Zusammen- setzung 10 bis 20% Kobalt, Titankarbid, Vanadinkarbid, Niobkarbid, Tantalkarbid, Zirkonkarbid und Molybdänkarbid einzeln oder zu mehreren in einer Gesamtmenge bis zu 3% und Rest Wolframkarbid, vorzugsweise etwa 13% Kobalt, etwa 2% Titankarbid und Rest Wolframkarbid.