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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sintern von schlanken, mit einem Fuss ausgebildeten Hartmetallbolzen und von ähnlichen Werkstücken, wobei eine Formänderung während des Sintervorganges vermieden werden soll.
Während des Endsinterns ändern schlanke Hartmetallbolzen, Rohre und ähnliche Werkstücke, ihre Form. Ein Teil der Formänderung ist die Schrumpfung, eine natürliche Folge des Sinterprozesses, ein anderer Teil ist aber jene unerwünschte Erscheinung, die darin besteht, dass sich die Werkstücke in irgendeiner, auch ihre Längsachse einschliessenden Ebene verbiegen, d. h. verformen.
Die Neigung zur Deformation hängt von der Form bzw. von der Schlankheit der Werkstücke, ferner von dem Co-Gehalt ab.
Je schlanker das Werkstück und je grösser dessen Co-Gehalt ist, desto eher neigt es während des Endsinterns zu Deformation. Auch bei den z. B. auf 1380 C endgesinterten Hartmetallwerkstoffen mit 10 bis 11% Co-Gehalt tritt während der 15 bis 30 min langen Sinterzeit eine Deformation auf, beim Endsintern des gewöhnlich 15 bis 30 min lang auf 13500C gehaltenen Hartmetalls mit 15% Co-Gehalt - im Falle von schlanken Bolzen und ähnlichen Werkstücken-ebenfalls u. zw. in beträchtlichem Ausmass.
Da diese Formänderungen während des Endsinterns sowohl bei den einachsigen, als auch bei den mit isostatischem Pressen hergestellten Werkstücken fast gesetzmässig auftreten, werden sie schon bei der Dimensionierung berücksichtigt und das Werkstück wird mit grossem Masszuschlag in seinem vorgesinterten Zustand gepresst bzw. bearbeitet. Der grosse Masszuschlag hat jedoch zur Folge, dass das Werkstück nach dem Endsintern durch eine lange kostspielige Bearbeitung auf Fertigmass gebracht werden muss.
Zur Verminderung der Deformation von schlanken Hartmetallbolzen während des Endsinterns ist es üblich, Prismen zu verwenden, in welche die Bolzen zum Endsintern eingelegt werden. Die Prismen ermöglichen wohl eine Herabsetzung der Deformation und der Verwindung in geringem Ausmass, können jedoch nur zum Endsintern von Rollenbolzen ohne Abstufung und ohne Schultern und zum Endsintern von ähnlichen Werkstücken verwendet werden, zum Endsintern von Werkstücken, die mit Schultern und ähnlichen Ansätzen ausgebildet sind, eignen sie sich nicht.
Eine bekannte Methode ist ferner, dass vor dem Endsintern in die Bohrung von Hohlzapfen ein Haltebolzen eingelegt wird, der während des Endsinterns das Werkstück festhält und so eine Deformation verhindert. Diese Verfahrensweise kann nur bei Bolzen mit einer Durchgangsbohrung oder ähnlichen Werkstücken angewendet werden, bei Vollbolzen bzw. bei massiven Werkstücken jedoch nicht.
Es ist auch ein Verfahren bekannt, bei welchem der Hartmetallbolzen oder ein anderes Werkstück im vorgesinterten Zustand unter Berücksichtigung der Endschrumpfung auf Endmass bearbeitet wird. Sollte das Werkstück nach dem Endsintern deformiert sein, wird es in endgesintertem Zustand ausgerichtet.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass das endgesinterte Werkstück ein zweites Mal, eventuell noch ein drittes Mal in den Ofen gelegt, erhitzt und dann abgekühlt werden muss, wodurch die Struktur des Materials grob wird. All dies beansprucht ausserdem viel Arbeitszeit und einen bedeutenden Energieaufwand, ferner sind komplizierte Prismensysteme erforderlich. Ist die Wandstärke des Werkstückes gross, so kann während des Ausrichtens auch im Werkstück ein Riss entstehen.
Es wurde weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei welchen das Werkstück während des Endsinterprozesses in einer konischen Bohrung gehalten wird. Der Durchmesser der konischen Bohrung ist dabei oben grösser als unten, weshalb das Werkstück während des Endsinterprozesses, d. h. während der Abnahme seiner Abmessung in der Bohrung kontinuierlich nach unten sinkt.
Auf diese Weise liegt der äussere Mantel des Werkstückes immer an der Wand der Bohrung an, so dass eine Verbiegung des Werkstückes vermieden ist. Der Nachteil dieser Lösung aber ist, dass sie nur zur Endsinterung von kegelförmigen und nicht von zylinderförmigen Werkstücken geeignet ist. Falls mit diesem Verfahren zylindrische Werkstücke gesintert werden, tritt unvermeidbar eine Verbiegung auf.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, womit das Endsintern von mit einem Fuss versehenen schlanken Hartmetallbolzen und von ähnlichen Werkstücken aus jedem beliebigem Material mit Co- oder Ni- und eventuell andern Metallgehalten praktisch ohne Deformation und ohne Verbiegung durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren gelöst, das darin besteht, dass der Hartmetallbolzen oder das ähnliche Werkstück auf einer Unterlagsscheibe aus Kunstkohle oder vorgebranntem Metalloxyd oder auf einem so beschaffenen Ring im Unterteil oder Bohrung eines Kunstkohleringes angeordnet wird, worauf durch Heizen Wärme erzeugt wird und der Hartmetallbolzen oder das
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Werkstück mittels mehrerer während der Schrumpfung des Hartmetallbolzens oder des Werkstückes an dem Aussenmantel, der Aussenfläche desselben anliegenden, in den Nuten des Kohleringes geführten Stützkeile in geradem Zustand gehalten wird.
Zweckmässig wird das erfindungsgemässe Verfahren so durchgeführt, dass der Hartmetallbolzen oder das Werkstück während des Endsinterns mittels der in dem auf seine Längsachse vertikalen Querschnitt voneinander durch Raumabstand getrennt angeordneten und der Schrumpfung des Hartmetallbolzens oder des Werkstückes in Längsrichtung und Querrichtung folgenden Stützkeile festgehalten wird.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dient eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen Kunstkohlering mit einer Bohrung zum Aufnehmen des Hartmetallbolzens oder eines ähnlichen Werkstückes, im Unterteil der Bohrung einen Storing, im Unterteil der Bohrung des Stossringes eine Unterlagsscheibe aus Kunstkohle oder vorgebrannte Metalloxyd oder einen so beschaffenen Ring, sowie in dem Kunstkohlering radial ausgebildete, in den in ihrem Radialschnitt keilförmigen Nuten angeordnete und in diesen geführte Stützkeile aufweist.
Es ist vorteilhaft, wenn die Stützkeile der erfindungsgemässen Vorrichtung aus Kunstkohle bestehen.
Eine zweckmässige Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkeile aus vorgebranntem Metalloxyd, vorteilhaft aus Al203 oder aus Kunstkohle sind, welche auf ihrer mit dem Hartmetall in Berührung kommenden Fläche mit einer Metalloxydschicht versehen sind.
Es ist ferner vorteilhaft, die Vorrichtung so auszubilden, dass die äusseren, mit dem Boden der Nut des Kunstkohleringes in Berührung kommenden Flächen der Stützkeile mit der Horizontalen einen Winkel von 75 oder einen noch grösseren Winkel einschliessen.
Die wichtigsten Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens und der erfindungsgemässen Vorrichtung sind die folgenden :
Beliebig schlanke, d. h. im Verhältnis zu ihren Abmessungen in Durchmesserrichtung beliebig lange Hartmetallbolzen oder ähnliche Werkstücke können vor dem Endsintern- unter Berücksichtigung der Schrumpfung - auf Endmass bearbeitet werden, weil während des Endsinterns keine Verbiegung und keine Deformation auftreten kann. Dabei kann dieselbe Vorrichtung praktisch zur Endsinterung von Hartmetallbolzen beliebiger Zahl benutzt werden, weil die Vorrichtung nicht schadhaft werden kann. Die Vorrichtung ist billig und durch Austauschen der inneren Bestandteile kann sie auch zum Endsintern von Hartmetallbolzen oder ähnlichen Werkstücken verschiedener Abmessung und Form verwendet werden.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung darstellen, wobei Fig. 1 die erfindungsgemässe Vorrichtung im Vertikalschnitt, teils in Ansicht, Fig. 2 die Vorrichtung in Draufsicht, zeigt.
Mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens soll der schlanke, mit einem Fuss versehene Hartmetall- bolzen --1-- gesintert werden, wobei der Fuss --2-- auf einer Unterlagsscheibe --5-- aufruht, welche im Unterteil der Bohrung eines Ringes --3-- aus Kunstkohle - innerhalb eines ebenfalls aus Kunstkohle hergestellten Stossringes-4-angeordnet ist. In dem Kunstkohlering --3-- sind - bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel - vier Nuten --6-- vorhanden, die sich im Kunstkohlering --3-- radial erstrecken und im Verhältnis zueinander um 900 versetzt sind. In jeder Nut --6-- ist je ein Stützkeil - angeordnet, der mit seiner Aussenfläche an dem Boden der zu ihm gehörenden Nut --6-- anliegt.
Der Boden der Nuten --6-- und demnach die Aussenfläche der Stützkeile-7-schliessen mit der Horizontalen einen Winkel von 750 oder einen noch grösseren Winkel ein. Die in den Nuten --6-- angeordneten Stützkeile --7-- werden von den Nuten --6-- in vertikaler Richtung bewegbar geführt.
Die Innenfläche der Stützkeile --7-- ist - bei dem in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiel-in der auf die Längsachse des Hartmetallbolzens--1--vertikalen Ebene zylindrisch. Der Radius der Zylinderfläche ist so gewählt, dass im endgesinterten Fertigzustand des Hartmetallbolzens--1-- die Mantelfläche des Hartmetallbolzens --1-- dieselbe Krümmung aufweist, wie die an ihr anliegende Fläche des Stützkeiles --7--. Ist der Aussenmantel des Hartmetallbolzens--1--nicht zylindrisch, sondern eben, so ist die Innenfläche der Stützkeile --7-- ebenfalls eben.
In den Fig. 1 und 2 veranschaulicht die linke Seite der Figur den Zustand vor dem Beginn des Endsinterns, die rechte Seite aber den Zustand im Zeitpunkt der Beendigung des Endsinterns. Vor dem Beginn des Endsintervorganges ist zwischen der unteren Fläche des Stützkeiles --7-- und der oberen Fläche des Stossringes --4-- ein Ringraum --8--, dessen Höhe dem Ausmass der longitudinalen Schrumpfung des Hartmetallbolzens --1-- entspricht. Während des Sinterns verringert sich die Höhe des
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Ringraumes --8-- kontinuierlich, da sich der Stützkeil --7-- infolge der Verringerung der Höhe des Hartmetallbolzens --1--, ferner zufolge der Abnahme seines Durchmessers abwärts bewegt. Im Zeitpunkt
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während des Sinterns seine Form nicht verändern.
Der Kunstkohlering --3-- und die Kunstkohle des Stossringes --4-- verändern ihre Form auf der
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vorgebranntem Metalloxyd, z. B. aus Al203 oder aus Kunstkohle verfertigt werden, in dem letzteren Fall wird aber auf die mit dem Hartmetallbolzen --1-- in Berührung kommende Fläche eine Metalloxydschicht aufgetragen. Die Unterlagsscheibe --5-- oder der Unterlagsring ist ebenfalls aus Kunstkohle oder-im Falle eines Co-Gehaltes über 10% - aus Metalloxyd angefertigt.
In einzelnen Fällen kann es vorkommen, dass das Eigengewicht der Stützkeile --7-- und die durch die Berührung mit dem Hartmetallbolzen --1-- hervorgerufene Reibungskraft nicht herbeiführen können, dass die Stützkeile --7-- der Schrumpfung des Hartmetallbolzens --1-- in Längs- und in Durchmesserrichtung folgen. In solchen Fällen können auf die obere Fläche der Stützkeile Gewichte gelegt werden oder die Stützkeile können auf irgendeine andere Weise abwärts gedrückt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist nicht auf das erläuterte Ausführungsbeispiel des Hartmetallbolzens und der Vorrichtung beschränkt. So können z. B. auch Hartmetallbolzen und Rohre mit Schultern bzw. Bolzen und Rohre ohne Schulter und Fuss mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens endgesintert werden. Die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung können durch Bestandteile ähnlicher Funktion und Wirkung, doch anderer Ausbildung ersetzt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
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oder ein ähnliches Werkstück auf einer Unterlagsscheibe aus Kunstkohle oder vorgebranntem Metalloxyd oder auf einem so beschaffenen Ring im Unterteil der Bohrung eines Kunstkohleringes angeordnet wird, worauf durch Heizen Wärme erzeugt wird und der Hartmetallbolzen oder das Werkstück mittels mehreren während der Schrumpfung des Hartmetallbolzens oder des Werkstückes an dem Aussenmantel, der Aussenfläche desselben anliegenden, in Nuten des Kohlenstoffringes geführten Stützkeile in geradem Zustand gehalten wird.
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