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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer
Kugelschreiber-Rohspitze
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Zu diesem Zweck sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Kugelschreiber-Rohspitze mit einem nach vorne (zur Schreibkugel hin) konisch verjüngten Spitzenkörper vor, welch letzterer koaxial einen an seinem vorderen Ende angeordneten Napf zur Aufnahme der Schreibkugel, einen in die- sen Napf mündenden zentralen Tintenzuführungskanal und einen nach hinten ragenden hülsenförmigen
Fortsatz (Hülsenteil) für den Anschluss des Tintenbehälters aufweist, wobei das Hauptkennzeichen dieses
Verfahrens darin besteht, dass die Rohspitze in einem Arbeitsgang durch Umformung eines Ausgangswerk- stückes aus duktilem Material in einer Aussenform des Spitzenkörpers und die Innenform des Napfes be- stimmenden Pressform hergestellt wird,
indem ein Ausgangswerkstück durch Schlageinwirkung eines die innere Form des Hülsenteiles bestimmenden und koaxial zu einer nach hinten offenen Pressform geführten
Stempels in diese Pressform gegen den den Napfrand formenden und entlüfteten Teil derselben getrieben wird, so dass das vorwärtsfliessende Material durch Ausfüllen der Pressform den Spitzenkörper, den Kugel- napf und den Tintenzuführkanal bildet, während gleichzeitig das in der Gegenrichtung am Stempel ent- lang aus der Pressform verdrängte Material den Hülsenteil formt, wobei der Widerstand gegen das Rück- wärtsfliessen des Materials vorzugsweise durch entsprechendeQuerschnittsbemessung der Rückfliesswege auf den Widerstand abgestimmt wird, den das Material zum vollständigen Ausfüllen des den Napfrand formen- den Formteiles zu überwinden hat,
wobei gegebenenfalls zwischen der Stirnfläche des Pressstempels und dem Grund des Napfes ein den Tintenzufuhrkanal abschliessender, nachträglich zu entfernender Steg gebildet wird.
Ein geeignetes duktiles Material ist ein Material von metallischer oder anderer Art, welches einer starken bleibenden Verformung ohne Bruch unterworfen werden kann und welches, nachdem es gemäss der Erfindung verformt wurde, genügende Härte und Festigkeit aufweist und behält, um der Abnutzung standzuhalten, welcher das Schreibende unter normalen Gebrauchsverhältnissen ausgesetzt ist. Das Material sollte einen Elastizitätsmodul von nicht weniger als 3, 5 X 104 kg/cm2 haben, der vorzugsweise grösser sein soll als 7,0 x 104 kg/cm2. Seine Fliessgrenze bei der Temperatur der Verformung nach der Erfindung soll vorzugsweise 3500 kg/cm2 nicht überschreiten. Das Material soll ferner mit einer für Kugelschreiber geeigneten Tinte chemisch verträglich sein.
Vorteilhafterweise dringt dabei der Stempel mit seiner den Werkstoff nach vorne treibenden Stirnfläche in den konischenTeil der Pressform so weitein, dass derAbstand dieser Fläche vom Rand des Napfes kleiner ist als der dreifache, vorzugsweise nicht grösser als der eineinhalbfache Durchmesser des den Napfrand bildenden Formteiles.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die bei der Verformung auf das Werkstück übertragene Arbeit zu seiner Temperaturerhöhung führt.
Es sind Verfahren zum Umformen metallischer Rohlinge bekannt, bei denen durch Druck eines Stempels der Werkstoff aus einem offenen Gesenk oder einer Pressbüchse verdrängt wird. Solche Verfahren werden allgemein alsFliesspressen bezeichnet und sind z. B. im Buch von Feldmann über das "Fliesspressen von Stahl" (Springer Verlag, 1959) beschrieben worden. Zwischen diesen und dem in der Erfindung beschriebenen Verfahren bestehen jedoch grundlegende Unterschiede. Fliesspressen ist ein Verdrängen des Materials aus einem Gesenk.
In der Erfindung wird die Aussen- und Innenform des Rohspitzenvorderteiles durch Hineintreiben des Materials in die Pressform hergestellt ; der Vorgang ist also ein Eindrängen in die Form unter sehr hohem Druck und nicht ein Verdrängen aus der Form, wobei das verdrängte Material sich entspannt.
Darüber hinaus sind dieMaximalgeschwindigkeiten desFliesspressens um ein vielfaches kleiner als die in der Erfindung. Hohe Geschwindigkeiten und schlagartige Einwirkung wird beim Fliesspressen wegen geringer Standzeiten der Werkzeuge vermieden, während dies sich bei der Erfindung als besonders günstig erwiesen hat.
Auch ist der bei der Erfindung notwendige Stempel- und Gesenkinnendruck ganz bedeutend höher als beim Fliesspressen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die Fliesswiderstände des Materials gegen Eindrängung in einen äusserst engen, sich verjüngenden ringförmigen Hohlraum überraschend hoch sind und daher der Gesenkdruck nur dadurch gehalten werden kann, dass der Widerstand gegen das Rückfliessen des
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oder an einem oder an beiden Enden verjüngt oder abgeschrägt sein. Es kann auch hohl ausgebildet sein.
DasAusgangswerkstück kann auch kugelförmig sein. Kugelförmige Ausgangswerkstücke haben den Vorteil, dass sie in Massenfertigung mit sehr grosser Genauigkeit des Volumens hergestellt und in einfacher Weise automatisch aus einem Trichter od. dgl. dem Gerät zugeführt werden können, in welchem sie verformt werden. Wenn dieForm mit einem trichterförmigen Eintrittskanal ausgestattet ist, kann dabei eine Kugel,
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welche in ihrer Grösse so gewählt ist, dass sie in diesen Eingangskanal passt, automatisch genau in der
Form zentriert werden, wodurch gewährleistet wird, dass die Länge der herausgepressten Hülse gleichmässig ausfällt. Diese Gleichförmigkeit macht dann jede Feinbearbeitung an dem freien Hülsenende entbehrlich.
Anderseits kann dadurch auch die Länge des Stempels sehr klein gewählt werden, wodurch die Gefahr einer
Verbiegung des Stempels vermieden wird.
Elektrolytkupfer hat sich als ein besonders geeignetes Ausgangsmaterial erwiesen. Es sind jedoch auch andere Metalle, wie z. B. reines Aluminium, Silber und gewisse Zinnlegierungen verwendbar. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann auch ein aus Metall bestehendes Ausgangswerkstück verwendet wer- den, das mit einer chemisch und/oder mechanisch besonders widerstandsfähigen Metallschicht plattiert ist, so dass ein plattierter Rohling entsteht. Wenn das Ausgangswerkstück kugelförmig ist, kann die Plat- tierung sogar an der Aussen- und an der Innenfläche des erzeugten Rohlings erscheinen.
Den Gegenstand der Erfindung bildet ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen
Verfahrens, welche sich kennzeichnet durch eine an einem Ende offene Pressform, mit einem Hohlraum, der sich nach dem andern mit einer Entlüftung versehenen Ende zu verjüngt, einen mit der Form starr verbundenen Kerndorn, der in die Hohlform ragt und die innere Gestalt des Napfes bestimmt und einen achsgleich zu dem Kerndorn angeordneten, gegebenenfalls hohlen Pressstempel, durch welchen das am offenen Ende der Form eingeführte Ausgangswerkstück unter Druck durch relative Axialbewegung zwischen
Stempel und Form verformbar ist, wobei zwischen dem Stempel und den Formwandungen bzw. im In- neren des Stempels ein entsprechender kreisringförmiger bzw.
kreisförmiger freier Raum (Spalte) für den
Durchtritt des entgegen der Stempelbewegung verdrängten Materials belassen ist, der auf den Querschnitt des Napfrandes unter Berücksichtigung der notwendigen Fliesswiderstände abgestimmt ist. Die Pressform kann dabei, wie an sich bekannt, einen zu dem Formhohlraum führenden, das eingelegte Ausgangswerk- stück zentrierenden Eintrittstrichter aufweisen. Ausserdem kann der Kerndorn zur Bildung mehrerer Vor- sprünge in der Grundfläche des Napfes mit in Umfangsrichtung im Abstand angeordneten Ausnehmungen ausgestattet sein.
Das Verfahren nach der Erfindung wird durch Schlag in einer einzigen Operation und nicht durch An- wendung eines länger dauernden Druckes ausgeführt. Es wurde gefunden, dass zur Herstellung eines kleinen Kupfer-Rohlings gemäss der Erfindung ein aufrecht erhaltener Druck an dem Stempel von nicht weniger als 230 kg erforderlich sein kann, während derselbe Rohling durch einen einzigen Schlag hergestellt wer- den kann, der nicht grösser zu sein braucht als 0, 5 mkg, z. B. durch ein Fallgewicht von 1 kg aus einer Höhe von 0, 5 m. Es wurde ferner festgestellt, dass Beanspruchungen in der Grössenordnung von 150 kg/mm erzeugt werden, wenn ein Kupferkörper gemäss der Erfindung in einen Rohling verformt wird. Diese Beanspruchung nähert sich der zulässigen Arbeitsbeanspruchung von Werkzeugstahl.
Es ist daher wichtig, dafür zu sorgen, dass diese Arbeitsbeanspruchung nicht überschritten und jede Fehlausrichtung zwischen relativ bewegten Teilen des Werkzeuges, insbesondere zwischen Hohlform und Stempel oder Schwankungen in der Grösse oder Form des Ausgangswerkstückes vermieden werden. Zweckmässig wird man jeden tatsächlichen Kontakt oder jede relative Bewegung bei Berührung zwischen den Teilen des Werkzeuges vermeiden, die eintreten würde, wenn zwischen Form und Stempel ein Schiebesitz vorgesehen wäre. Zu diesem Zweck wird die Anordnung vorzugsweise so getroffen, dass alles überschüssige Material des Ausgangswerkstückes, welches nicht zwischen Form und Stempel eingeschlossen bleibt, ausgestossen werden kann.
Es ist wesentlich, dass in einer Stufe des Verformungsvorganges das Material in den und formgetreu zu dem den Rand bestimmenden Teil der Hohlform fliessen kann. Dies bedeutet, dass in dieser Stufe das Material in den den Rand bestimmenden Raumteil wenigstens so leicht fliessen können muss wie in andere Teile der Form. In dieser Stufe (welche als die letzte Stufe des Verfahrens angesehen wird) muss also der Austrittswiderstand in jedem vorhandenen Austrittsspalt so gross sein, dass der Druck, welcher in dem in der Hohlform eingeschlossenen Material herrscht, angemessen ist, um das Material in den den Rand bestimmenden Raumteil ausfüllend fliessen zu lassen.
Im allgemeinen wird die Aussenseite des Rohlings um den Napf herum bis zu dem Rand verjüngt, indem die denKernzapfen umgebende Hohlform entsprechend verjüngt wird. Die Wandstärke des Randes ist dabei vorzugsweise nicht grösser als 0, 125 mm (vor der die Randeinschnürung bewirkenden Operation).
Bei dem Verformungsvorgang muss also das Material des Werkstückes in einen ringförmigen Hohlraum von abnehmender Weite hineinverdrängt werden, wobei die abnehmende Weite den Widerstand vergrössert, was nicht der Fall wäre, wenn das Material, wie bei normalem Vorwärtsauspressen, aus dem unter Druck stehenden Bereich frei abfliessen könnte.
Es ist anzunehmen, dass hierin der Grund dafür liegt, dass der Abstand zwischen der Stirnfläche des Stempels und dem Napfrand so klein wie möglich sein soll, wenn die Pressoperation zu Ende geführt ist.
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Es hat sich in der Tat gezeigt, dass je grösser dieser Abstand ist, umso grösser die Kraft wird, welche erforderlich ist, um einen gut ausgebildeten Rand hervorzubringen.
Der sich ergebende Rohling kann daher einen Fassungskörperteil aufweisen, der an einem Ende durch den Napfrand und am andern Ende durch eine Querstirnfläche begrenzt ist, wobei der Abstand zwischen dem Rand und der Querstirnfläche kleiner ist als der dreifache und vorzugsweise nicht grösser als der an- derthalbfache Durchmesser des Napfes.
Die Operationen, die an dem Rohling ausgeführt werden müssen, um die Ausbildung eines fertigen Schreibspitzen-Rohlings zu Ende zu führen, entsprechen im wesentlichen der bekannten Technik. Es wird eine Kugel in den Napf eingesetzt und der Napfrand um die Kugel herum in solcher Weise eingeschnürt, dass oberhalb und gegebenenfalls auch unterhalb des Kugeläquators ein teilsphärischerSeitensitzhervorge- bracht wird. Bei dieser Operation oder in einer vorhergehenden Operation kann die Kugel gegen die Grundfläche des Napfes gedrückt werden, um die teilsphärische Grundsitzfläche oder Grundsitzflächen hervorzubringen (z. B. indem die Erhöhungen oder Warzen, die oben erwähnt wurden, verformt werden).
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen erläutert ; in diesen zeigen : Fig. l einenschnitt durch die Werkzeuge (Form undStempel) und ein hohles zylindrisches Werkstück ; die Fig. 2, 3 und 4Schnitte im grösseren Massstab, welche aufeinanderfolgende Stufen des Kaltverformungsverfahrens veranschaulichen ; die Fig. 5 und 6 Schnitte, welche ein Verfahren zur Befestigung des fertigen Schreibendes an einem Behälterrohr veranschaulichen ;
Fig. 7 einen Schnitt durch abgeänderte Werkzeuge und einen massiven zylindrischen Ausgangskörper ; die Fig. 8, 9 und 10 Schnitte entsprechend den Fig. 2, 3 und 4, welche verschiedene Stufen des Verformungsvorganges bei Verwendung der abgeänderten Werkzeuge veranschaulichen ; die Fig. 11 und 12 teilweise als Ansicht, teilweise als Schnitt ein Verfahren zum Abtrennen eines ausgepressten Ansatzes von einem mit den abgeänderten Werkzeugen hergestellten Roh-
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schaulicht, der gemäss der Erfindung aus einem kugelförmigen Ausgangswerkstück erzeugt wurde ; die Fig. 14-17 die Werkzeuge für aufeinanderfolgende Stufen bei der Herstellung eines abgeänderten Rohlings Fig. 18 die Endstufe bei der Herstellung eines weiteren, abgewandelten Rohlings aus einem sphärischen Ausgangskörper unter Verwendung eines massiven Stempels ;
die Fig. 19 und 20 zwei aufeinanderfolgende Stufen beim Ausstossen eines Metallsteges, der an der Grundfläche des Napfes bei dem in Fig. 18 gezeigten Rohling verbleibt ; die Fig. 21 und 22 die Erzeugung von Tintenrillen in der Grundfläche des Napfes gleichzeitig mit demAusstossen des Metallsteges ; Fig. 23 eine stark vergrösserte Wiedergabe des geätzten Schnittes eines Rohlings gemäss Fig. 18, wobei die Makrostruktur mit den Kornfliesslinien sichtbar ist ; Fig. 24 eine ähnliche Wiedergabe, welche das Kornfliessbild in dem fertigen Schreibende darstellt.
NachFig. 1 enthält dieForm 10 eine verjüngte Hohlform 11, die in dem hohlen Teil 12 ausgebildet ist und einen Kerndorn 13, welcher auf einem Block 14 ausgebildet ist und in die Hohlform hineinragt. Das Ausgangswerkstück 15 wird in dieser Hohlform unter Druck mittels eines Stempelwerk- zeuges 16 verformt, welches einen hohlen Stempel 17 aufweist, in welchem ein Dorn 18 verschiebbar ist, auf den das Werkstück 15 aufgeschoben werden kann.
Die Gestalt der Hohlform 11 ist deutlich aus Fig. 2 ersichtlich. Sie zeigt einen trichterförmigen Eingang 19 und einen zylindrischen oder fast zylindrisch ausgebildeten Teil 20 sowie einen verjüngten Endteil 21. Der verjüngte Kerndorn 13 besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Teil 22, welcher an dem Block 14 angebracht ist, einem konischen Teil 23 und einem im we-
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zeugt seine Grundfläche. In dem Teil 23 sind am Umfang in Abständen Eindrückungen 25 vorgesehen, deren Zweck noch erläutert wird.
Das hohle Werkstück 15, welches von dem Ende des Domes 18 getragen wird, wird in kaltem Zustand in die Hohlform eingeführt, indem zwischen den Werkzeugen 10 und 16 eine Annäherungsbewegung stattfindet, die durch die trichterförmige Mündung 19 geführt wird. Fig. 2 zeigt den Zustand, in welchem das Werkstück 15 ganz eingeführt, aber noch nicht zusammengedrückt und der Dorn 18 von dem Ende 24 des Kerndornes angehalten wurde.
Wenn der Stempel 17 relativ zu der Form, wie in Fig. 3 gezeigt, mit einer Schlagenergie von 0, 4 mkg vorbewegt wird, wird das Werkstück 15 verformt, bis es beginnt, sich der inneren Gestalt der Hohlform 11 und der äusseren Gestalt des Kerndornes 13 anzupassen. Das Material des Werkstückes beginnt nach rückwärts durch die schmalen ringförmigen Austrittsspalten auszutreten, die zwischen der Aussenseite des Stempels 17 und dem im wesentlichen zylindrischen Teil 20 der Formsowie zwi- schen der Aussenseite des Endstückes 24 desKerndornes und der Innenseite des Stempels 17 vorhanden
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sind. Das Material wird auch in die Eindrückungen 25 hineingepresst. Die Luft, welche sonst in der Hohlform eingeschlossen wäre, kann durch einen engen Entlüftungsspalt 26 zwischen den Teilen 12 und 14 entweichen.
Diese Entlüftungsöffnung hat beispielsweise eine Weite von 0, 025 mm.
Der Vorschub des Stempels 17 setzt sich fort, bis die Endstufe nach Fig. 4 erreicht ist. Während dieses fortgesetzten Vorschubes wird das duktile Material weiter um das Ende des Kerndornes herum und nach oben in den Innenraum des Stempels 17 sowie zwischen die Aussenseite des Stempels und die Innenseite des Teiles 20 der Form als rohrförmige Teile 27 und 28 herausgedrückt. Wenn die innere Hülse 27 nach und nach ausgestossen wird, drückt sie den Stift 18 zurück in den Stempel 17 hin- ein. Das duktile Material wird ausserdem innerhalb der Hohlform nach vorne gedrückt, so dass es die Form vollständig ausfüllt und sich dem den Rand bestimmenden Teil des Hohlraumes anschmiegt.
Wie schon erwähnt, wird dies erreicht, indem dafür gesorgt wird, dass der Widerstand gegen das rückseitige Austreten des Materials (d. h. der Widerstand gegen die durch Auspressen erfolgende Bildung der Rohrteile 27, 28) genügend gross ist. Zu diesem Zweck ist in der Endstufe die Weite der Austrittsspalte zwischen der konischen Aussenfläche des Kerndornes und der inneren Stirnkante des Stempels bzw. zwischen der äusseren StirnkantedesStempelsunddeminnerenUmfangderFormengeralsdieWeitederNapflippe 29.
Dies ergibt sich aus Fig. 4 und aus den Abmessungen, die in folgender Tabelle angegeben sind.
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<tb>
<tb> a= <SEP> 1, <SEP> 80 <SEP> mm <SEP> 0 <SEP> g= <SEP> 1, <SEP> 12 <SEP> mm <SEP>
<tb> b= <SEP> 1, <SEP> 37 <SEP> mm <SEP> h <SEP> = <SEP> 1, <SEP> 3 <SEP> mm
<tb> c= <SEP> l, <SEP> 12 <SEP> mm <SEP> (p <SEP> i <SEP> =5, <SEP> 0 <SEP> mm
<tb> d <SEP> = <SEP> 1, <SEP> 63 <SEP> mm <SEP> 0 <SEP> j <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 38mm <SEP>
<tb> e= <SEP> 0, <SEP> 71 <SEP> mm0 <SEP> k= <SEP> 260 <SEP>
<tb> f <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 51 <SEP> mm <SEP> < P <SEP> l <SEP> =26 <SEP>
<tb> m= <SEP> mu <SEP>
<tb>
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werden, wie z. B. auf einer Maschine der Drehtisch- oder Revolverbauart. Die Operationen an dem her- gestellten Rohling können sogar ausgeführt werden, ohne diesen von dem Stempel abzunehmen.
Die Hülse 28 bildet einen zweckmässigen Ansatz, durch welchen die Schreibspitze an ihrem Zu- führungsrohr oder an einem Adapter, durch welchen die Schreibspitze mit einem Vorratsrohr verbunden werden kann, befestigt werden kann. Geeignete Operationen für diesen Zweck sind in den Fig. 5 und 6 veranschaulicht. Das Rohr 37, dessen Aussendurchmesser etwa derselbe ist wie der Innendurchmesser der Hülse 28, wird in diese eingesetzt und die Schreibspitze mittels des Rohres durch eine Öffnung 38 in eine Form gedrückt, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Die Öffnung 38 verjüngt sich auf einen geringen Durchmesser, welcher etwas kleiner ist als der Aussendurchmesser der Hülse 28, so dass, wenn die Schreibspitze durch die Öffnung hindurchgedrückt wird, die Hülse auf das Rohr 37 aufgequetscht und die Schreibspitze zuverlässig befestigt wird.
Die abgeänderten Werkzeuge 16'und 10'nach Fig. 7 sind in erster Linie zur Verarbeitung eines massiven zylindrischen Ausgangswerkstückes 15'bestimmt. Wie ersichtlich, ist hier, obwohl der Stempel 17'hohl ausgebildet ist, der mittlere Stift 18 nicht vorgesehen. Ausserdem ist das zylindrische Ende 24' (Fig. 8) des Kerndornes 13'kürzer als das Ende 24 des Kerndornes 13.
AüsFig. 9 ist ersichtlich, dass wenn derStempel 17'sich vorbewegt (Schlagenergie 0,4 mkg), nicht nur das Material um den Stempel herum in der beginnendenAusbildung der Hülse 28 ausgepresst wird, sondern es wird auch nach oben in den hohlen Stempel austreten. Dadurch wird, wie in Fig. 10 gezeigt, ein Metallansatz 40 nach oben in das Innere des Stempels ausgedrückt. In der Endstufe ist die innere Kante des Stempelendes sehr dicht an dem Umfang des konischen Teiles 23 des Kerndornes 13', so dass der hier gebildete ringförmige Austrittsspalt verengt ist, so dass der Ansatz 40 mit dem Fassungskörperteil 30 nur durch einen sehr dünnen und leicht zu brechenden Ring verbunden ist. Der Ansatz kann daher leicht in einer späteren Stufe abgebrochen werden.
Die Abmessungen der geänderten Werkzeuge und des sich ergebenden Rohlings sind dieselben wie sie obenangegeben wurden, jedochmitAusnahme derAbmessungen h und i, die wie folgtsind : h = 2, 1 mm ; i = 6, 4 mm. Das Ausgangswerkstück zur Verwendung mit Werkzeugen von diesen Abmessungen kann einen Durchmesser von 1, 8 mm und eine Länge von 2, 2 mm haben. Die in den beiden vorhergehenden Beispielen beschriebenen Werkzeuge eignen sich auch zur Verwendung mit einem kugelförmigen Ausgangswerkstück von 2, 0 mm Durchmesser.
Das Abtrennen des Ansatzes 40 von dem Rohling ist in den Fig. 11 und 12 veranschaulicht. Es wird durchgeführt, indem man einen Stempel 41 durch den Napf hindurch bis zur Berührung mit dem Wurzelteil des Ansatzes herabdrückt, so dass dieser abgeknipst wird. Das Abtrennen kann erfolgen, während der Rohling sich noch auf dem Stempel befindet.
Die Operationen zurFertigstellung derSchreibspitze aus dem Rohling und zur Befestigung der Schreibspitze auf einem Zuführungsrohr oder Adapter können wie oben beschrieben durchgeführt werden.
Wenn man einen gemäss der Erfindung hergestellten Rohling durchschneidet und die Schnittfläche in bekannter Weise poliert und ätzt, wird das Fliessbild des Materials sichtbar, welches darüberAufschluss gibt, in welcher Weise der Rohling gefertigt wurde. Ein typisches Fliessbild ist in Fig. 13 wiedergegeben.
Der hier veranschaulichte Rohling wurde durch Kaltverformung eines massiven kugelförmigen Kupferkörpers hergestellt, jedoch unterscheidet sich das Fliessbild eines Rohlings, welcher aus einem massiven zylindrischen oder hohlen zylindrischen Ausgangswerkstück hergestellt wurde, von dem dargestellten Fliessbild nicht wesentlich. Die Zeichnungen zeigen dieBruchlinie 52, an welcher derAnsatz 40 abgebrochen wurde. Wie ersichtlich, verlaufen die Faserfliesslinien in dem die Umfangsfläche des Napfes bildenden Material im wesentlichen parallel zu der Innenfläche des Napfes 34, u. zw. sowohlin axialer als auch in Umfangsrichtung. Dies beruht auf dem Umstand, dass während der Verformung die Oberflächenschicht des Ausgangskörpers ausgedehnt und ohne Bruch über den Kerndorn gebreitet wird.
Fig. 14-17 veranschaulichen die Herstellung eines Rohlings ausgehendvon einem kugelförmigen Werkstück 15", für eine Schreibspitze mit einer Hülse, in welche ein Behälterrohr eingesetzt werden kann.
Der Fassungskörperteil 30 (Fig. 11, 12) des Rohlings ist im wesentlichen übereinstimmend mit demjenigen bei den oben beschriebenen Beispielen, jedoch sind die Teile des Rohlings, die rückwärts von dem Teil 30 liegen, von jenen Beispielen etwas abweichend.
Der Formteil 12", in welchem die Hohlform ausgebildet ist, hat eine trichterförmige Eingangsmündung 19", einen zylindrischenTeil 20" und einen verjüngten Endteil 21". Der Kerndorn 13 ist im wesentlichen übereinstimmend mit vorher beschriebenen Beispielen und dasselbe gilt für Form und Grösse desjenigenTeiles des verjüngtenAbschnittes 21", der Form, welcher den Kerndorn umgibt. Der Stempel 17" ist hohl und besitzt an seiner Arbeitsfläche eine Öffnung 42, welche zu einer einen
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Ausweichraum bildenden Öffnung 43 führt.
Die Abmessungen der Werkzeuge, welche von denjenigen derfrüherenbeispiele abweichen, sind 1 = 300, n = 3, 3 mm0, o = 0, 61 mm0, p = 11, 4 mm, q= 5, 1 mm, r = 3, 8 mm 0. Das Werkstück 15" hat einen Durchmesser von 4,0 mm und die Schlagenergie beträgt
5, 5 mkg.
Der sphärische Ausgangskörper 15" passt in den Zuführungstrichter 19" und wird durch diesen genau zentriert. Wenn das Werkzeug 17" vorgeschoben wird, wird der Ausgangskörper nach unten in die Hohlform verdrängt und ein Teil seines Materials wird nach hinten um das verjüngte Stirnende des
Stempels und durch die Öffnung 42 in dem Stempel ausgepresst. Fig. 15 zeigt eine Stufe, in welcher der geleistete Arbeitsaufwand etwa 1, 4 mkg erreicht hat.
Fig. 16 veranschaulicht eine nachfolgende S tufe, in welcher der Arbeitsaufwand etwa 2, 8 mkg erreicht hat, wobei ersichtlich ist, dass das rückseitige Auspressen durch und um den Stempel sowie das vorder- seitigeAuspressen in den den Fassungskörper bildenden Teil der Hohlform fortgeschritten ist. Fig. 17 zeigt die Endstufe, in welcher der Arbeitsaufwand 5, 5 mkg erreicht hat. Der Rohling ist vollständig fertigge- stellt und um den Stempel 17" herum ist eine vollständige Hülse 44 gebildet, die durch einen hohlen konischen Teil 45 mit dem Teil 30 verbunden ist. Innerhalb des Stempels befindet sich ein ausgepresster Ansatz 40", dessen unteres Ende bei 46 hohl ist, so dass der Ansatz mit dem Teil 30 durch einen dünnen Ringteil verbunden ist, an dem er leicht abgebrochen werden kann.
Wie ersichtlich, ist in der Endstufe der Abstand zwischen der Stirnfläche des Stempels und dem Rand des Napfes im wesentlichen so gross wie der Durchmesser des Napfes. Die Austrittsspalte, welche sich wäh- rend des Verformungsvorganges zwischen der Aussenkante der Stirnfläche des Stempels und dem verjüngten
Teil 21" (Fig. 16) der Form und zwischen einer Schulter 47 an dem Stempel und dem Teil 20" bilden, sind jedoch grösser als die Randbreite des Napfes. Es wird indessen dafür gesorgt, dass in der End- stufe der Auspresswiderstand in den Austrittsspalten so hoch ist, dass in der Hohlform der Druck entsteht, der erforderlich ist, um den schmalen Napfrand auszubilden.
Ebenso wie in den vorhergehenden Beispie- len wird auch bei dieserAusführungsform die Luft durch die Entlüftungsöffnung 26 entweichen, welche die dafür angemessene Grösse hat.
Die Operationen, die erforderlich sind, um aus dem so hergestellten Rohling eine fertige Schreib- spitze herzustellen, sind im wesentlichen die gleichen, wie sie oben beschrieben wurden. Man kann ein
Behälterrohr von kapillarer Weite direkt in die Hülse 44 einsetzen und diese um das Rohr herum klem- men oder quetschen, um die Schreibspitze und den Behälter fest miteinander zu verbinden.
Bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen besitzt das Werkzeug einen hohlen Stempel. Fig. 18 zeigt die Endstufe bei der Formung eines Rohlings 55 aus einem sphärischen Ausgangskörper unter Ver- wendung eines vollenstempels 54. DieForm 50 entspricht im grossen und ganzen der oben beschrie- benen und dargestellten Form. Sie besitzt einen trichterförmigen Eingang 51, welcher den sphärischen
Ausgangskörper zentriert und zu einem im wesentlichen zylindrischen Teil 52 führt, der leicht einge- zogen ist und zu einem verjüngten Endteil 53 führt. Der zur Bildung des Napfes dienende Kerndorn 13' ist etwas schmaler als das schmale Ende der Hohlform und ragt in diese von dem Block 14 aus hinein.
Ausserdem ist wieder eine Entlüftungsöffnung 26 vorgesehen.
DerStempel 54 hat eine stufenweise angesetzte zylindrische Form mit einem Führungsende 54a, das im Durchmesser verkleinert ist und mit der Stirnfläche 54b abschliesst. Die Abmessungen in Fig. 18 sind folgende :
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<tb>
<tb> a <SEP> = <SEP> 2, <SEP> 54mm < P <SEP> i <SEP> = <SEP> 6, <SEP> 7 <SEP> mm
<tb> b <SEP> = <SEP> 1, <SEP> 27 <SEP> mm0 <SEP> j <SEP> = <SEP> 0.
<SEP> 38mm <SEP>
<tb> c <SEP> = <SEP> 1, <SEP> 09 <SEP> mm <SEP> ( <SEP> k <SEP> = <SEP> 260 <SEP>
<tb> d <SEP> = <SEP> 2, <SEP> 18 <SEP> mm0 <SEP> 1= <SEP> 1000 <SEP>
<tb> d'= <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP> mm0 <SEP> q <SEP> = <SEP> 2, <SEP> 80 <SEP> mm
<tb> f <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 51 <SEP> mm <SEP> 0 <SEP> s= <SEP> 1, <SEP> 14 <SEP> mm <SEP>
<tb> g <SEP> = <SEP> 1,mm <SEP> (, <SEP> & <SEP> t <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 33 <SEP> mm <SEP>
<tb> u <SEP> = <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> mm
<tb> v <SEP> = <SEP> 50 <SEP>
<tb>
Wenn der Stempel 54 sich abwärts bewegt, verdrängt er den sphärischen Ausgangskörper aus dem Eingangstrichter 51 in den Teil 52 der Form und bewirkt dann, dass das Material des Ausgangskörpers in den verjüngten Teil 53 hineingepresst wird, so dass es diesen ausfüllt, während es rückseitig um denStempel herum als Aussenhülse 56 austritt.
Während dieser Verformung wird das Material des Aus-
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gangskörpers über den Kerndorn 13'ohne Bruch seiner Oberflächenschicht gestreckt. Der Austrittsspalt zwischen der Schulter 54c des Stempels und dem Teil 52 der Hohlform ist so eng, dass dem rück- seitigen Auspressen der Hülse 56 durch diesen Spalt ein solcher Widerstand entgegengesetzt wird, dass der in der Hohlform entwickelte Druck ausreicht, um zu gewährleisten, dass der schmale Rand des Napfes voll ausgebildet wird. Die leichte konische Einziehung des Teiles 52 bewirkt, dass dieser Spalt in seiner Weite abnimmt, wenn der Stempel 54 sich vorschiebt, was dazu führt, dass das freie Ende der
Hülse 56 etwas stärker ist als ihr Wurzelteil.
Da das innere Auspressen fehlt, welches nach rückwärts im Inneren eines hohlen Stempels stattfindet, hat der vollestempel den Vorteil, dass er einen genügend grossen Formdruck entwickelt, um den schmalen Rand des Napfes in einer früheren Stufe des Stempelvor- schubes auszubilden. Daher können gutgeformte Ränder erzeugt werden, wenn die Stirnfläche 54b des massiven Stempels kurz vor derStirnfläche desKerndornes 13'in einer Entfernung von dem Rand, wel- che etwa dem 1, 5-3fachenDurchmesser des Napfes entspricht, zum Stillstand kommt. In dem in Fig. 18 veranschaulichten Beispiel entspricht der Abstand dem 1, 35fachen Durchmesser des Napfes.
Wie ersichtlich, wird bei einer solchen Anordnung zwischen der Stirnfläche 54b des Stempels und der Stirnfläche des Kerndornes 13'ein dünner Wandsteg des Materials bestehen bleiben. Dieser Wandsteg kann eine Stärke von etwa 0, 25 bis 0, 38 mm haben. In dem Beispiel nach Fig. 18 beträgt die Wandstärke 0, 33 mm. Dieser Wandsteg muss nachträglich entfernt werden, z. B. durch Ausstanzen und das für diese Operation bestimmte Werkzeug ist in den Fig. 19 und 20 dargestellt. Es besteht aus einer Aufnahme 58 für die Zentrierung des Rohlings 55, einem Stempel 59 und einem hohlen Amboss 60" welcher in den Rohling eingeführt wird und diesen gegen die Einwirkung des Stempels abstützt.
Die Bohrung 61 dieses Ambosses ist im Durchmesser etwas grösser als der Stempel 59, so dass bei der Ab- wärtsbewegung desStempels derWandsteg ausgestanzt wird und in denAmboss herabfällt, wie dies bei 62 in Fig. 20 dargestellt ist.
Bei allen bisher beschriebenen Anordnungen ist der Kerndorn am Umfang mit einer Reihe von Eindrückungen oder Grübchen versehen, so dass an dem Boden des Napfes im Abstand angeordnete Warzen gebildet werden, auf welchen die in Umfangsrichtung verteilten Grundsitzflächen nachträglich eingedrückt werden können. Diese Grundsitzflächen werden durch radiale Tintenzuführungskanäle unterteilt, welche durch die zwischen den Warzen vorhandenen Zwischenräume gebildet werden.
AnStelle eines solchen mitGrübchen versehenen Kerndornes kann auch ein glatter Kerndorn verwendet werden. In diesem Falle werden die Tintenzuführungskanäle in einer nachfolgenden Operation hervorgebracht, wie dies in den Fig. 21 und 22 veranschaulicht ist. Der hier gezeigte Rohling 63 entspricht etwa dem Rohling 55 in Fig. 18 mit der Ausnahme, dass die Warzen in dem verjüngten unteren Teil 64 des Napfes 65 fehlen, welcher zu einem rudimentären blind endenden mittleren Zuführungskanal 66 führt. Der Stempel 67 hat ein glattes Ende 67a, um den Wandsteg 62 (Fig. 22) nach innen in den Amboss 60 auszustanzen, er ist jedoch ausserdem mit mehreren Rippen 68 versehen, welche in der Endstufe des Ausstanzens in die Grundfläche des Napfes radiale Tintenkanäle 69 eindrücken.
Der hier beschriebene Rohling erfährt während der Kaltverformung eine Werkstoffverfestigung. Die stärkste Werkstoffverhärtung des ursprünglich geglühten Werkstückmaterials tritt in den Oberflächenschichten des Metalls ein, welche mit dem Stempel und dem Kerndorn in Berührung kommen. Dies ist vorteilhaft, weil gerade diejenigen Oberflächenschichten, welche den Kerndorn berühren, in der fertigen Schreibspitze der Abnutzung ausgesetzt sind, welche durch die Umdrehung der Schreibkugelhervorgerufen wird.
Diese Selbstverhärtung um den Kerndorn herum findet, wie schon in Verbindung mit Fig. ze erwähnt wurde, statt, ohne dass in der Oberflächenschicht des Werkstückmaterials ein Bruch eintritt. Fig. 23 ist ein Schnitt durch einen unter Verwendung eines vollen Stempels nach Fig. 18 hergestellten Kupferrohling 55 und lässt die geätzte Makrostruktur mit den Faserfliesslinien erkennen. Wie ersichtlich, erstrecken sich die Faserfliesslinien im wesentlichen parallel zu den Innenflächen des erwähnten rudimentären Kanals 66, der Warzen 32 und des Napfes 65.
Die Darstellung nach Fig. 24 entspricht der Fig. 23, sie zeigt jedoch den Endteil der fertigenschreibspitze mit der eingesetzten Schreibkugel 70.
Nachdem der rudimentäre Zuführungskanal 66 durch Ausstanzen des Wandsteges 62 fertig bearbeitet wurde, so dass ein vollständiger Zuführungskanal 166 entsteht, wird eine Kugel, welche die Schreibkugel 70 oder eine ähnliche Kugel sein kann, in den Napf 65 eingesetzt, wobei sie auf den Warzen 32 ruht. Hierauf wird der Napfrand 29 um die eingesetzte Kugel herum bleibend eingeschnürt, was durch Anwendung eines geeigneten Werkzeuges, z. B. eines konischen Formwerkzeuges, geschieht. Dabei schmiegt sich die Innenfläche des Napfes der Kugeloberfläche an und bildet einen teil-
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sphärischen Seitensitz 71, welcher sich um die Kugel oberhalb des Kugeläquators erstreckt, gegebe- nenfalls auch unterhalb.
Gleichzeitig wird die Kugel auf die Warze 32 angedrückt, so dass in jeder
Warze eine teilsphärische Grundsitzfläche 72 eingedrückt wird. Diese Flächen 72, welche den
Grundsitz bilden, sind in Umfangsrichtung in Abständen angeordnet, wobei zwischen ihnen Tintenzufüh- rungskanäle 74 von dem Ende des Zuführungskanals 166 radial nach aussen zu einem die Kugel um- gebenden Ringraum 73 verlaufen, der zwischen dem Seitensitz und dem Grundsitz angeordnet ist. Der
Verlauf der Fliesslinien bei den Sitzflächen 71 und 72 ist in Fig. 24 deutlich zu sehen.
Abschliessend seien die wesentlichen Merkmale des Verfahrens kurz zusammengefasst. Die Gesamt- heit desjenigen Teiles des Rohlings, welcher schliesslich die Kugel umgibt (und tatsächlich der gesamte Rohling) wird in einer einzigen Fliesspressoperation ausgeformt, u. zw. durch S chlageinwirkung, d. h. un- ter hohen kurzzeitigen Pressdrücken in einer Form, welche aus einem konischen Formteil (zur Festlegung der äusseren Gestalt des Rohlings) in starrer und genau konzentrischer Verbindung mit einem Kerndorn (zur Festlegung der Innengestalt des Napfes) und aus einem im wesentlichen zylindrischen Stempel (zur
Festlegung der Stirnquerfläche) an der Rückseite des mittleren Zuführungskanals besteht.
Diese Form hat wenigstens zwei Öffnungen, nämlich einen rückseitigen ringförmigen Austrittsweg für das um den Stempel fliessende Metall und einenEntlüftungsspalt an dem vorderen Ende des schmalen Ringraumes, welcher den
Rand des Napfes bestimmt. Die Öffnungen oder Austrittswege sind so eng, dass der Widerstand, den sie dem Auspressen des Metalls aus dem Formgehäuse entgegensetzen, genügend gross ist, um in der Hohl- form den Druck entstehen zu lassen, welcher zur Ausbildung des schmalen Napfrandes erforderlich ist. Der
Abstand zwischen derStirnfläche des Stempels und dem Napfrand am Ende des Schmiedehubes ist kleiner als der dreifache und vorzugsweise nicht grösser als der ein-bis eineinhalbfache Napfdurchmesser.
Je höher der Fliesspunkt des Werkstückmetalls liegt, umso grösser sollte die Geschwindigkeit der rela- tivenAnnäherung zwischen Form und Stempel gewählt werden. Bei Zinnlegierungen kann ein langsameres
Pressen angewendet werden, jedoch hat sich für Kupfer eine Geschwindigkeit, welche etwa 1, 5 m/sec nicht unterschreitet, als vorteilhaft erwiesen. Das Ausgangswerkstück soll zweckmässig in der Form selbst- zentriert werden, d. h., dass es die Formwände berührt, bevor es die Stirnfläche des Kerndornes berührt, und dass die Symmetrieachse des Ausgangswerkstückes mit der Längsachse der Form zusammenfällt. Der
Stempel erhält zweckmässig eine glatte zylindrische oder gestufte zylindrische Form, eine Ausbildung, die gegenüber einem nach vorne verjüngten Stempel bevorzugt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zurHerstellung einer Kugelschreiber-Rohspitze mit einem nach vorne (zur Schreibkugel hin) konisch verjüngten Spitzenkörper, der koaxial einen an seinem vorderen Ende angeordneten Napf zur
Aufnahme der Schreibkugel, einen in diesen Napf mündenden zentralen Tintenzuführungskanal und einen nach hinten ragenden hülsenförmigen Fortsatz (Hülsenteil) für den Anschluss des Tintenbehälters aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohspitze in einem Arbeitsgang durch Umformung eines Aus- gangswerkstückes aus duktilem Material in einer die Aussenform des Spitzenkörpers und die Innenform des
Napfes bestimmenden Pressform hergestellt wird,
indem ein Ausgangswerkstück durch Schlageinwirkung eines die innere Form des Hülsenteiles bestimmenden und koaxial zu einer nach hinten offenen Press- form geführtenStempels in diese Pressform gegen den denNapfrand formenden und entlüftetenTeil derselben getrieben wird, so dass das vorwärtsfliessende Material durch Ausfüllen der Pressform den Spitzenkörper, den Ku- gelnapf und denTintenzufuhrkanal bildet, währendgleichzeitig das in der Gegenrichtung amStempelentlang aus der Pressform verdrängte Material den Hülsenteil formt, wobei der Widerstand gegen das Rückwärtsfliessen des Materials vorzugsweise durch entsprechende Querschnittsbemessung der Rückfliesswege auf den Widerstand abgestimmt wird,
den das Material zum vollständigenAusfüllen des denNapfrand formendenFormteiles zu überwinden hat, wobei gegebenenfalls zwischen der Stirnfläche des Pressstempels und dem Grund des
Napfes ein den Tintenzufuhrkanal abschliessender, nachträglich zu entfernender Steg gebildet wird.
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Method and apparatus for producing a
Ballpoint pen raw tip
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For this purpose, the invention provides a method for producing a ballpoint pen raw tip with a conically tapered tip body towards the front (towards the writing ball), the latter coaxially having a bowl arranged at its front end for receiving the writing ball, one opening into this bowl central ink supply channel and a rearwardly projecting sleeve-shaped
Has extension (sleeve part) for the connection of the ink container, the main characteristic of this
The method consists in that the raw tip is produced in one operation by forming a starting workpiece made of ductile material in an outer shape of the tip body and the press shape that determines the inner shape of the cup,
in that an initial workpiece is guided coaxially to a press mold open to the rear by the impact of a blow that determines the inner shape of the sleeve part
The stamp is driven into this mold against the part that forms and ventilates the edge of the cup, so that the forward-flowing material forms the tip body, the ball cup and the ink feed channel by filling the mold, while at the same time that in the opposite direction along the stamp Press mold displaced material forms the sleeve part, whereby the resistance to the backward flow of the material is preferably matched to the resistance that the material has to overcome in order to completely fill the molded part forming the edge of the cup, by appropriate cross-sectional dimensioning of the backflow paths,
a web that closes off the ink supply channel and can be subsequently removed is formed between the end face of the press ram and the base of the cup.
A suitable ductile material is a material of metallic or other type which can be subjected to severe permanent deformation without breakage and which, after being deformed according to the invention, has and retains sufficient hardness and strength to withstand the wear and tear which the person who writes it exposed under normal conditions of use. The material should have a modulus of elasticity of not less than 3.5 x 104 kg / cm2, which should preferably be greater than 7.0 x 104 kg / cm2. According to the invention, its flow limit at the temperature of the deformation should preferably not exceed 3500 kg / cm2. The material should also be chemically compatible with an ink suitable for ballpoint pens.
Advantageously, the punch penetrates the conical part of the mold with its end face driving the material forward so far that the distance between this area and the edge of the cup is less than three times, preferably not greater than one and a half times the diameter of the molded part forming the cup rim.
It should be noted that the work transferred to the workpiece during the deformation leads to its temperature increase.
There are known methods for reshaping metallic blanks in which the material is displaced from an open die or a press sleeve by pressing a punch. Such methods are commonly referred to as extrusion and are e.g. B. in the book by Feldmann on the "extrusion of steel" (Springer Verlag, 1959) has been described. However, there are fundamental differences between these and the method described in the invention. Extrusion is the displacement of material from a die.
In the invention, the outer and inner shape of the tube tip front part is produced by driving the material into the press mold; the process is therefore a pushing into the mold under very high pressure and not a displacement out of the mold, whereby the displaced material relaxes.
Moreover, the maximum extrusion speeds are many times smaller than those in the invention. High speeds and sudden effects are avoided in extrusion because of the short service life of the tools, while this has proven to be particularly favorable in the case of the invention.
The internal punch and die pressure required in the invention is also significantly higher than in extrusion. It has been shown that the flow resistance of the material to penetration into an extremely narrow, tapering annular cavity is surprisingly high and therefore the die pressure can only be maintained by the resistance to the backflow of the
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or be tapered or beveled at one or both ends. It can also be made hollow.
The starting workpiece can also be spherical. Spherical starting workpieces have the advantage that they can be mass-produced with a very high degree of accuracy in terms of volume and automatically fed in a simple manner from a funnel or the like to the device in which they are deformed. If the mold is equipped with a funnel-shaped inlet channel, a ball,
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which is selected in size so that it fits into this input channel, automatically exactly in the
Shape are centered, which ensures that the length of the pressed-out sleeve is even. This uniformity then makes any fine machining on the free end of the sleeve unnecessary.
On the other hand, the length of the stamp can also be selected to be very small, thereby reducing the risk of a
Bending of the stamp is avoided.
Electrolytic copper has proven to be a particularly suitable starting material. However, there are also other metals, such as. B. pure aluminum, silver and certain tin alloys can be used. According to a further feature of the invention, a starting workpiece made of metal can also be used, which is plated with a chemically and / or mechanically particularly resistant metal layer, so that a plated blank is produced. If the initial workpiece is spherical, the cladding can even appear on the outer and inner surfaces of the blank produced.
The subject matter of the invention is also a device for carrying out the invention
Process, which is characterized by a press mold open at one end, with a cavity that tapers to the other end provided with a vent, a core mandrel rigidly connected to the mold, which protrudes into the hollow mold and determines the inner shape of the cup and an optionally hollow press ram, arranged on the same axis as the core mandrel, through which the starting workpiece introduced at the open end of the mold is pressurized by relative axial movement between
The stamp and the mold are deformable, with a corresponding circular ring-shaped or circular ring between the stamp and the mold walls or in the interior of the stamp.
circular free space (column) for the
Passage of the material displaced against the punch movement is left, which is matched to the cross-section of the cup rim taking into account the necessary flow resistances. As is known per se, the press mold can have an entry funnel leading to the mold cavity and centering the inserted starting workpiece. In addition, the core mandrel can be equipped with recesses arranged at a distance in the circumferential direction in order to form a plurality of projections in the base area of the cup.
The method according to the invention is carried out by impact in a single operation and not by applying a prolonged pressure. It has been found that for the production of a small copper blank according to the invention a sustained pressure on the punch of not less than 230 kg may be required, while the same blank can be produced by a single blow which cannot be larger needs than 0, 5 mkg, e.g. B. by a falling weight of 1 kg from a height of 0.5 m. It was also found that stresses in the order of magnitude of 150 kg / mm are generated when a copper body according to the invention is deformed into a blank. This stress approximates the permissible working stress of tool steel.
It is therefore important to ensure that this workload is not exceeded and that any misalignment between relatively moving parts of the tool, in particular between the hollow mold and punch, or fluctuations in the size or shape of the initial workpiece are avoided. Expediently, any actual contact or any relative movement during contact between the parts of the tool will be avoided, which would occur if a sliding fit were provided between the mold and the punch. For this purpose, the arrangement is preferably made in such a way that all excess material of the starting workpiece which does not remain enclosed between the mold and the punch can be ejected.
It is essential that, in one stage of the deformation process, the material can flow into and true to the shape of the part of the hollow mold that defines the edge. This means that at this stage the material must be able to flow into the part of the space that defines the edge at least as easily as it does into other parts of the mold. In this stage (which is regarded as the last stage of the process) the exit resistance in each existing exit gap must be so great that the pressure that prevails in the material enclosed in the hollow mold is adequate to force the material into the edge to let the determining part of the room flow in a filling manner.
In general, the outside of the blank is tapered around the cup up to the edge in that the hollow shape surrounding the core pin is tapered accordingly. The wall thickness of the edge is preferably not greater than 0.125 mm (before the operation causing the edge constriction).
During the deformation process, the material of the workpiece must be displaced into an annular cavity of decreasing width, with the decreasing width increasing the resistance, which would not be the case if the material, as with normal forward extrusion, flow freely from the area under pressure could.
It is believed that this is the reason why the distance between the end face of the punch and the cup rim should be as small as possible when the pressing operation is completed.
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It has in fact been shown that the greater this distance, the greater the force that is required to produce a well-formed edge.
The resulting blank can therefore have a socket body part which is limited at one end by the cup rim and at the other end by a transverse face, the distance between the rim and the transverse face being less than three times and preferably not greater than another half Diameter of the bowl.
The operations which must be carried out on the blank in order to complete the formation of a finished nib blank correspond essentially to the known art. A ball is inserted into the cup and the cup rim is constricted around the ball in such a way that a partially spherical side seat is brought out above and optionally also below the ball equator. In this operation or in a previous operation, the ball can be pressed against the base of the cup in order to produce the partially spherical base or base (e.g. by deforming the protrusions or warts mentioned above).
Embodiments of the invention are explained with reference to the drawings; these show: FIG. 1 a section through the tools (mold and punch) and a hollow cylindrical workpiece; FIGS. 2, 3 and 4 are sections on a larger scale illustrating successive stages of the cold working process; Figures 5 and 6 are sections illustrating a method of attaching the finished writing end to a container tube;
7 shows a section through modified tools and a solid cylindrical starting body; 8, 9 and 10 sections corresponding to FIGS. 2, 3 and 4, which illustrate different stages of the deformation process when using the modified tools; 11 and 12 partly as a view, partly as a section, a method for separating a pressed attachment from a raw material produced with the modified tools.
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Schaulicht, which was produced according to the invention from a spherical starting workpiece; 14-17 the tools for successive stages in the production of a modified blank; FIG. 18 the final stage in the production of a further modified blank from a spherical starting body using a solid punch;
FIGS. 19 and 20 show two successive stages in the ejection of a metal web which remains on the base of the cup in the case of the blank shown in FIG. 18; Figs. 21 and 22 show the creation of ink grooves in the base of the cup simultaneously with the ejection of the metal web; 23 shows a greatly enlarged reproduction of the etched section of a blank according to FIG. 18, the macrostructure with the grain flow lines being visible; 24 is a similar representation showing the grain flow pattern in the finished writing end.
According to Fig. 1, the mold 10 includes a tapered cavity 11 formed in the hollow portion 12 and a core mandrel 13 formed on a block 14 and protruding into the cavity. The starting workpiece 15 is deformed in this hollow shape under pressure by means of a punch tool 16 which has a hollow punch 17 in which a mandrel 18 can be displaced, onto which the workpiece 15 can be pushed.
The shape of the hollow mold 11 can be clearly seen from FIG. It shows a funnel-shaped entrance 19 and a cylindrical or almost cylindrical part 20 as well as a tapered end part 21. The tapered core mandrel 13 consists of an essentially cylindrical part 22 which is attached to the block 14, a conical part 23 and a we -
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evidences its base. In the part 23 indentations 25 are provided on the circumference at intervals, the purpose of which will be explained.
The hollow workpiece 15, which is carried by the end of the dome 18, is introduced into the hollow mold in the cold state by an approaching movement taking place between the tools 10 and 16, which is guided through the funnel-shaped mouth 19. Fig. 2 shows the state in which the workpiece 15 has been completely inserted but not yet compressed and the mandrel 18 has been stopped by the end 24 of the core mandrel.
If the punch 17 is advanced relative to the mold, as shown in FIG. 3, with an impact energy of 0.4 mkg, the workpiece 15 is deformed until it begins to take on the inner shape of the hollow mold 11 and the outer shape of the core mandrel 13 to adapt. The material of the workpiece begins to emerge backwards through the narrow annular exit gaps which exist between the outside of the punch 17 and the essentially cylindrical part 20 of the mold and between the outside of the end piece 24 of the core mandrel and the inside of the punch 17
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are. The material is also pressed into the indentations 25. The air which would otherwise be trapped in the hollow mold can escape through a narrow ventilation gap 26 between the parts 12 and 14.
This vent opening has a width of 0.025 mm, for example.
The advance of the punch 17 continues until the final stage according to FIG. 4 is reached. During this continued advance, the ductile material is pushed out further around the end of the core mandrel and up into the interior of the punch 17 and between the outside of the punch and the inside of the part 20 of the mold as tubular parts 27 and 28. When the inner sleeve 27 is gradually pushed out, it pushes the pin 18 back into the punch 17. The ductile material is also pressed forwards inside the hollow mold, so that it completely fills the mold and clings to the part of the hollow space that defines the edge.
As already mentioned, this is achieved by ensuring that the resistance to the rear leakage of the material (i.e. the resistance to the formation of the tube parts 27, 28 by extrusion) is sufficiently great. For this purpose, the width of the exit gap between the conical outer surface of the core mandrel and the inner front edge of the punch or between the outer front edge of the punch and the inner circumference of the shape is just the width of the lip 29.
This is evident from FIG. 4 and from the dimensions given in the table below.
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<tb>
<tb> a = <SEP> 1, <SEP> 80 <SEP> mm <SEP> 0 <SEP> g = <SEP> 1, <SEP> 12 <SEP> mm <SEP>
<tb> b = <SEP> 1, <SEP> 37 <SEP> mm <SEP> h <SEP> = <SEP> 1, <SEP> 3 <SEP> mm
<tb> c = <SEP> l, <SEP> 12 <SEP> mm <SEP> (p <SEP> i <SEP> = 5, <SEP> 0 <SEP> mm
<tb> d <SEP> = <SEP> 1, <SEP> 63 <SEP> mm <SEP> 0 <SEP> j <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 38mm <SEP>
<tb> e = <SEP> 0, <SEP> 71 <SEP> mm0 <SEP> k = <SEP> 260 <SEP>
<tb> f <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 51 <SEP> mm <SEP> <P <SEP> l <SEP> = 26 <SEP>
<tb> m = <SEP> mu <SEP>
<tb>
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become, such as B. on a turntable or turret type machine. The operations on the produced blank can even be carried out without removing it from the punch.
The sleeve 28 forms an expedient approach by means of which the writing tip can be attached to its feed tube or to an adapter by means of which the writing tip can be connected to a supply tube. Suitable operations for this purpose are illustrated in Figs. The tube 37, the outer diameter of which is approximately the same as the inner diameter of the sleeve 28, is inserted into the latter and the writing tip is pressed into a mold by means of the tube through an opening 38, as shown in FIG. The opening 38 tapers to a small diameter, which is slightly smaller than the outer diameter of the sleeve 28, so that when the writing tip is pushed through the opening, the sleeve is squeezed onto the tube 37 and the writing tip is reliably attached.
The modified tools 16 'and 10' according to FIG. 7 are primarily intended for processing a solid, cylindrical starting workpiece 15 '. As can be seen, although the punch 17 'is hollow, the middle pin 18 is not provided here. In addition, the cylindrical end 24 '(FIG. 8) of the core mandrel 13' is shorter than the end 24 of the core mandrel 13.
OutFig. 9 it can be seen that when the punch 17 'advances (impact energy 0.4 mkg), not only is the material around the punch pressed out in the initial formation of the sleeve 28, but it will also exit upwards into the hollow punch. As a result, as shown in FIG. 10, a metal projection 40 is pushed up into the interior of the punch. In the final stage, the inner edge of the punch end is very close to the circumference of the conical part 23 of the core mandrel 13 ', so that the annular exit gap formed here is narrowed, so that the extension 40 with the socket body part 30 only through a very thin and easy to breaking ring is connected. The approach can therefore easily be terminated at a later stage.
The dimensions of the modified tools and the resulting blank are the same as given above, except for dimensions h and i, which are as follows: h = 2.1 mm; i = 6.4 mm. The starting workpiece for use with tools of these dimensions can have a diameter of 1.8 mm and a length of 2.2 mm. The tools described in the two preceding examples are also suitable for use with a spherical starting workpiece with a diameter of 2.0 mm.
The separation of the extension 40 from the blank is illustrated in FIGS. 11 and 12. It is carried out by pressing a punch 41 down through the cup until it touches the root part of the attachment, so that it is clipped off. The cutting can be done while the blank is still on the stamp.
Operations to fabricate the nib from the blank and attach the nib to a delivery tube or adapter can be performed as described above.
If a blank produced according to the invention is cut through and the cut surface is polished and etched in a known manner, the flow pattern of the material becomes visible, which provides information about the way in which the blank was produced. A typical flow diagram is shown in FIG.
The blank illustrated here was produced by cold working a solid spherical copper body, but the flow diagram of a blank which was produced from a solid cylindrical or hollow cylindrical starting workpiece does not differ significantly from the flow diagram shown. The drawings show the break line 52 at which the tab 40 was broken off. As can be seen, the fiber flow lines in the material forming the peripheral surface of the cup run essentially parallel to the inner surface of the cup 34, and the like. between both in the axial and in the circumferential direction. This is based on the fact that during the deformation the surface layer of the starting body is expanded and spread over the core mandrel without breaking.
14-17 illustrate the manufacture of a blank starting from a spherical workpiece 15 "for a writing tip with a sleeve into which a container tube can be inserted.
The socket body part 30 (Figs. 11, 12) of the blank is essentially the same as that in the examples described above, but the parts of the blank which lie rearward of the part 30 are somewhat different from those examples.
The molded part 12 "in which the hollow shape is formed has a funnel-shaped entrance mouth 19", a cylindrical part 20 "and a tapered end part 21". The core mandrel 13 is essentially the same as the examples previously described, and the same applies to the shape and size of that part of the tapered section 21 ", the shape which surrounds the core mandrel. The punch 17" is hollow and has an opening 42 on its working surface which leads to a one
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Opening 43 leading to escape space.
The dimensions of the tools, which differ from those of the previous examples, are 1 = 300, n = 3.3 mm0, o = 0.61 mm0, p = 11.4 mm, q = 5.1 mm, r = 3.8 mm 0. The workpiece 15 "has a diameter of 4.0 mm and the impact energy is
5.5 mkg.
The spherical output body 15 "fits into the feed hopper 19" and is precisely centered by it. When the tool 17 ″ is advanced, the output body is displaced downwards into the hollow shape and part of its material is drawn backwards around the tapered end of the
Stamp and pressed through the opening 42 in the stamp. Fig. 15 shows a stage in which the work done has reached about 1.4 mkg.
16 illustrates a subsequent stage in which the amount of work has reached about 2.8 mkg, it being evident that the rear pressing through and around the punch as well as the front pressing into the part of the hollow mold forming the socket body has progressed. Fig. 17 shows the final stage in which the amount of work has reached 5.5 mkg. The blank is completely finished and a complete sleeve 44 is formed around the punch 17 ″, which is connected to the part 30 by a hollow conical part 45. Inside the punch there is a pressed-out extension 40 ″, the lower end of which is at 46 is hollow so that the neck is connected to part 30 by a thin ring part at which it can be easily broken off.
As can be seen, in the final stage the distance between the end face of the stamp and the edge of the cup is essentially as large as the diameter of the cup. The exit gap, which tapered during the deformation process between the outer edge of the end face of the punch and the
Part 21 ″ (FIG. 16) of the mold and between a shoulder 47 on the punch and part 20 ″, but are larger than the edge width of the cup. It is, however, ensured that in the final stage the extrusion resistance in the outlet gaps is so high that the pressure that is required to form the narrow cup rim is created in the hollow mold.
As in the previous examples, in this embodiment too the air will escape through the vent opening 26, which is of the appropriate size.
The operations that are required to produce a finished nib from the blank produced in this way are essentially the same as those described above. One can
Insert the container tube of the capillary width directly into the sleeve 44 and clamp or squeeze it around the tube in order to firmly connect the writing tip and the container to one another.
In the previous exemplary embodiments, the tool has a hollow punch. 18 shows the final stage when a blank 55 is formed from a spherical starting body using a full punch 54. The shape 50 corresponds by and large to the shape described and shown above. It has a funnel-shaped entrance 51, which is the spherical
The output body is centered and leads to an essentially cylindrical part 52 which is slightly drawn in and leads to a tapered end part 53. The core mandrel 13 'used to form the cup is somewhat narrower than the narrow end of the hollow shape and protrudes into this from the block 14.
In addition, a ventilation opening 26 is again provided.
The punch 54 has a cylindrical shape attached in steps with a guide end 54a which is reduced in diameter and terminates with the end face 54b. The dimensions in Fig. 18 are as follows:
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<tb>
<tb> a <SEP> = <SEP> 2, <SEP> 54mm <P <SEP> i <SEP> = <SEP> 6, <SEP> 7 <SEP> mm
<tb> b <SEP> = <SEP> 1, <SEP> 27 <SEP> mm0 <SEP> j <SEP> = <SEP> 0.
<SEP> 38mm <SEP>
<tb> c <SEP> = <SEP> 1, <SEP> 09 <SEP> mm <SEP> (<SEP> k <SEP> = <SEP> 260 <SEP>
<tb> d <SEP> = <SEP> 2, <SEP> 18 <SEP> mm0 <SEP> 1 = <SEP> 1000 <SEP>
<tb> d '= <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP> mm0 <SEP> q <SEP> = <SEP> 2, <SEP> 80 <SEP> mm
<tb> f <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 51 <SEP> mm <SEP> 0 <SEP> s = <SEP> 1, <SEP> 14 <SEP> mm <SEP>
<tb> g <SEP> = <SEP> 1, mm <SEP> (, <SEP> & <SEP> t <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 33 <SEP> mm <SEP>
<tb> u <SEP> = <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> mm
<tb> v <SEP> = <SEP> 50 <SEP>
<tb>
When the punch 54 moves downwards, it displaces the spherical output body from the input funnel 51 into the part 52 of the mold and then causes the material of the output body to be pressed into the tapered part 53, so that it fills this while it is backwards around the punch emerges as the outer sleeve 56.
During this deformation, the material of the
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gang body stretched over the core mandrel 13 'without breaking its surface layer. The exit gap between the shoulder 54c of the punch and the part 52 of the hollow mold is so narrow that the pushing-out of the sleeve 56 through this gap is opposed by such a resistance that the pressure developed in the hollow mold is sufficient to ensure that the narrow edge of the bowl is fully formed. The slight conical retraction of the part 52 causes this gap to decrease in its width when the punch 54 advances, which means that the free end of the
Sleeve 56 is slightly stronger than its root part.
Since there is no inner pressing, which takes place backwards inside a hollow punch, the full punch has the advantage that it develops a sufficiently large molding pressure to form the narrow rim of the cup at an earlier stage of the punch advance. Therefore, well-shaped edges can be produced when the end face 54b of the solid punch comes to a standstill shortly before the end face of the core mandrel 13 'at a distance from the edge which corresponds approximately to 1.53 times the diameter of the cup. In the example illustrated in FIG. 18, the distance corresponds to 1.35 times the diameter of the cup.
As can be seen, with such an arrangement a thin wall web of the material will remain between the end face 54b of the punch and the end face of the core mandrel 13 '. This wall web can have a thickness of about 0.25 to 0.38 mm. In the example according to FIG. 18, the wall thickness is 0.33 mm. This wall bar must be removed later, e.g. B. by punching and the tool intended for this operation is shown in FIGS. It consists of a receptacle 58 for centering the blank 55, a punch 59 and a hollow anvil 60 ″ which is inserted into the blank and supports it against the action of the punch.
The bore 61 of this anvil is somewhat larger in diameter than the punch 59, so that the wall web is punched out during the downward movement of the punch and falls down into the anvil, as is shown at 62 in FIG.
In all the arrangements described so far, the core mandrel is provided on the circumference with a series of indentations or dimples so that spaced-apart protrusions are formed on the bottom of the cup, on which the base seat surfaces distributed in the circumferential direction can be subsequently pressed. These base seat surfaces are divided by radial ink supply channels which are formed by the spaces between the warts.
Instead of such a pitted core mandrel, a smooth core mandrel can be used. In this case, the ink supply passages are brought up in a subsequent operation as illustrated in Figs. The blank 63 shown here corresponds approximately to the blank 55 in FIG. 18 with the exception that the lugs are missing in the tapered lower part 64 of the cup 65, which leads to a rudimentary, blind-ended central supply channel 66. The punch 67 has a smooth end 67a in order to punch out the wall web 62 (FIG. 22) inwardly into the anvil 60, but it is also provided with several ribs 68, which in the final stage of punching into the base of the cup have radial ink channels 69 press in.
The blank described here experiences a material hardening during cold forming. The strongest hardening of the originally annealed workpiece material occurs in the surface layers of the metal which come into contact with the punch and the core mandrel. This is advantageous because precisely those surface layers which contact the core mandrel are exposed in the finished writing tip to the wear which is caused by the rotation of the writing ball.
This self-hardening around the core mandrel takes place, as has already been mentioned in connection with FIG. 1E, without a break occurring in the surface layer of the workpiece material. FIG. 23 is a section through a copper blank 55 produced using a full punch according to FIG. 18 and shows the etched macrostructure with the fiber flow lines. As can be seen, the fiber flow lines extend essentially parallel to the inner surfaces of the aforementioned rudimentary channel 66, the warts 32 and the cup 65.
The illustration according to FIG. 24 corresponds to FIG. 23, but shows the end part of the finished writing tip with the inserted writing ball 70.
After the rudimentary feed channel 66 has been finished by punching out the wall web 62 so that a complete feed channel 166 is created, a ball, which can be the writing ball 70 or a similar ball, is inserted into the cup 65, whereby it rests on the lugs 32 . Then the rim of the cup 29 is permanently constricted around the inserted ball, which can be achieved by using a suitable tool, e.g. B. a conical mold, happens. The inner surface of the cup hugs the spherical surface and forms a partial
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spherical side seat 71, which extends around the sphere above the spherical equator, possibly also below it.
At the same time, the ball is pressed onto the wart 32 so that in each
Wart a partially spherical base seat 72 is pressed. These surfaces 72, which the
Forming the base seat are arranged at intervals in the circumferential direction, between them ink supply channels 74 extending from the end of the supply channel 166 radially outward to an annular space 73 surrounding the ball, which is disposed between the side seat and the base seat. Of the
The course of the flow lines in the case of the seat surfaces 71 and 72 can be clearly seen in FIG.
Finally, the essential features of the process are briefly summarized. The entirety of that part of the blank which finally surrounds the ball (and actually the entire blank) is formed in a single extrusion operation, u. betw. by impact, d. H. under high short-term pressing pressures in a mold which consists of a conical shaped part (to define the outer shape of the blank) in a rigid and precisely concentric connection with a core mandrel (to define the inner shape of the cup) and of an essentially cylindrical punch (for
Definition of the front transverse surface) on the back of the central feed channel.
This shape has at least two openings, namely a rear annular exit path for the metal flowing around the punch and a ventilation gap at the front end of the narrow annular space which is the
Edge of the bowl determined. The openings or exit paths are so narrow that the resistance they oppose when the metal is pressed out of the mold housing is large enough to allow the pressure to develop in the hollow mold which is required to form the narrow edge of the cup. Of the
The distance between the end face of the punch and the cup rim at the end of the forging stroke is less than three times and preferably not greater than one to one and a half times the cup diameter.
The higher the flow point of the workpiece metal, the greater the speed of the relative approach between form and punch should be selected. In the case of tin alloys, a slower
Presses are used, but a speed that does not fall below about 1.5 m / sec has proven to be advantageous for copper. The initial workpiece should be self-centered in the form, i.e. That is, that it touches the mold walls before it touches the face of the core mandrel, and that the axis of symmetry of the starting workpiece coincides with the longitudinal axis of the mold. Of the
The stamp is expediently given a smooth cylindrical or stepped cylindrical shape, a design which is preferred over a stamp that is tapered towards the front.
PATENT CLAIMS:
1. A process for the production of a ballpoint pen raw tip with a tip body which tapers conically towards the front (towards the writing ball) and which coaxially supports a cup arranged at its front end
Receiving the writing ball, a central ink supply channel opening into this cup and a rearwardly projecting sleeve-shaped extension (sleeve part) for the connection of the ink container, characterized in that the raw tip in one operation by forming an initial workpiece made of ductile material into an outer shape of the tip body and the inner shape of the
The mold that determines the cup is produced,
in that an initial workpiece is driven by the impact of a punch, which determines the inner shape of the sleeve part and is guided coaxially to a press mold open to the rear, into this mold against the part that forms and ventilates the edge of the cup, so that the forward-flowing material fills the mold with the tip body, the Ku - forms the gel bowl and the ink feed channel, while at the same time the material displaced in the opposite direction on the stamp along from the die forms the sleeve part, the resistance to the reverse flow of the material preferably being matched to the resistance by appropriate cross-sectional dimensioning of the return flow paths,
which the material has to overcome in order to completely fill the molded part that forms the edge of the cup, possibly between the end face of the press ram and the base of the
Well, a web that closes off the ink supply channel and is subsequently removed is formed.