DE10040309C1

DE10040309C1 - Herstellungsverfahren für einen Sinterstab und Sinterstab

Info

Publication number: DE10040309C1
Application number: DE2000140309
Authority: DE
Inventors: Arno Friedrichs
Original assignee: Arno Friedrichs
Current assignee: ARNO FRIEDRICHS HARTMETALL GMBH & CO. KG, DE
Priority date: 2000-08-17
Filing date: 2000-08-17
Publication date: 2002-03-21
Anticipated expiration: 2020-08-18

Abstract

Zum Herstellen eines Sinterstabs (1') mit einer Stabachse (6) wird pastöses Sintermaterial (1) extrudiert. Dabei wird in das Sintermaterial (1) mindestens ein parallel und exzentrisch zur Stabachse (6) verlaufender Kanal (5) mit einem Kanalquerschnitt eingebracht, der nicht kreisförmig ist. Der Kanal (5) weist ferner eine Außenkante (7) auf, die nicht konzentrisch zur Stabachse (6) verläuft. Eine ggf. vorhandene Längsachse (7') des Kanals (5) verläuft ebenfalls nicht konzentrisch zur Stabachse (6). Das extrudierte Sintermaterial (1) wird auf eine Stablänge (1) abgelängt und dann mit einem über die Stablänge (1) konstanten Drall verdrallt. Das verdrallte Sintermaterial (1) wird schließlich zum Sinterstab (1') gesintert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für einen Sinterstab mit einer Stabachse, mit folgenden Schritten:

- pastöses Sintermaterial wird extrudiert,
- während des Extrudierens wird in das Sintermaterial mindes tens ein exzentrisch zur Stabachse verlaufender Kanal mit einem Kanalquerschnitt eingebracht,
- das Sintermaterial wird verdrallt und
- das verdrallte Sintermaterial wird zum Sinterstab gesin tert.

Ein derartiges Verfahren ist z. B. aus den Patent Abstracts of Japan zur JP 63-69904 A bekannt.

Aus dem DE-GM 17 50 203 ist bekannt, in gefilterte Formkör per, die aus Hartstoffen bestehen und zur spanabhebenden Be arbeitung von Werkstoffen bestimmt sind, Bohrungen einzubrin gen, die einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

Aus der GB 1 533 100 ist bekannt, Hohlkörper zu sintern, in die zylindrische Bohrungen von nennenswertem Querschnitt ein gebracht sind. Die Hohlkörper werden dabei vor dem Sintern abgelängt.

Bereits seit langem werden insbesondere Bohrereinsätze mit Kanälen aus Sintermaterial hergestellt. Als Sintermaterial wird dabei Hartmetall oder Keramik verwendet. Der Kanal dient im Betrieb des Bohrereinsatzes der Zufuhr von Kühl- und/oder Schmiermittel.

Es ist ferner bekannt, zunächst in einen Stabkern im wesent lichen halbkreisförmige, helixartig um eine Stabkernachse um laufende Nuten einzubringen und über den Kern im wesentlichen formschlüssig eine Stabhülse zu schieben. Die Kombination von Stabkern und Stabhülse wird dann gesintert, wodurch sich eine formschlüssige Verbindung ergibt. Auf diese Art kann ein Sin terstab mit um die Stabachse herum verlaufenden Kanälen kon stanter Steigung geschaffen werden, deren Kanalquerschnitt nicht kreisförmig ist. Dieses Verfahren ist aber aufwendig und teuer. Ferner ist es nur bei vergleichsweise dicken Stä ben anwendbar. Ferner verläuft verfahrensbedingt zwangsweise die Außenkante des Kanals konzentrisch zur Stabachse.

Auch ist bekannt, um einen Stabkern helixartig um dessen Stabkernachse umlaufende Paraffinfäden zu legen und pulver förmiges Sintermaterial unter hohem Druck an den Stabkern und die Paraffinfäden anzupressen, wodurch eine Außenschicht auf den Stabkern und die Paraffinfäden aufgebracht wird. Beim Pressen werden die Paraffinfäden verquetscht, so dass sie zu Gebilden mit einer Längsachse werden, die im Stabquerschnitt konzentrisch zur Stabachse verläuft. Dieser Stab wird dann gesintert, wobei die Paraffinfäden verdampfen und so die Ka näle entstehen. Bei dieser Vorgehensweise verläuft verfah rensbedingt zwangsweise die Längsachse des Kanals konzen trisch zur Stabachse.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Möglichkeit zu schaffen, einen Sinterstab mit einem um die Stabachse herumverlaufenden Kanal zu schaffen, wobei der Ka nalquerschnitt flexibel wählbar sein soll. Insbesondere soll z. B. der Kanalquerschnitt an eine Schneidengeometrie einer Bohrerspitze anpassbar sein, wenn aus dem Sinterstab später ein Bohrer gefertigt werden soll.

Die Aufgabe wird für das Herstellungsverfahren dadurch ge löst, daß während des Extrudierens in das Sintermaterial min destens ein parallel und exzentrisch zur Stabachse verlaufen der Kanal für ein Kühl- und/oder ein Schmiermittel mit einem Kanalquerschnitt eingebracht wird, wobei der Kanalquerschnitt nicht kreisförmig ist und der Kanal eine Außenkante aufweist, die nicht konzentrisch zur Stabachse verläuft, und dass das abgelängte Sintermaterial mit einem über die Stablänge kon stanten Drall verdrallt wird.

In der älteren, am Anmeldetag nicht vorveröffentlichen DE 199 42 966 A1 ist zwar schon ein Herstellungsverfahren beschrie ben, bei dem während des Extrudierens in das Sintermaterial mindestens ein parallel und exzentrisch zur Stabachse verlau fender Kanal mit einem Kanalquerschnitt eingebracht wird und das abgelängte Sintermaterial mit einem über die Stablänge konstanten Drall verdrallt wird. Auch scheint der Kanalquer schnitt nicht kreisförmig zu sein. Über den Verlauf der Au ßenkante und eines etwaigen Längskanals ist der genannten An meldung aber nichts zu entnehmen.

In den Sinterstab ist in der Regel mindestens eine Spankammer eingebracht. Die Spankammer kann dabei nach dem Sintern in den Sinterstab eingebracht werden. Vorzugsweise aber wird das Sintermaterial vor dem Sintern getrocknet und die Spankammer in das getrocknete, noch nicht gesinterte Sintermaterial ein gebracht. Denn zu diesem Zeitpunkt ist das Sintermaterial noch erheblich leichter bearbeitbar.

Wenn die Spankammer derart in das getrocknete Sintermaterial bzw. in den Sinterstab eingebracht wird, dass der Kanal im Stabquerschnitt gesehen im wesentlichen parallel zur Grenze zur Spankammer verläuft, ergibt sich im Betrieb eines aus dem Sinterstab gefertigten Bohrers bzw. Bohrereinsatzes eine op timale Kühl-/Schmierwirkung bezüglich einer an der Stabspitze angebrachten Schneidkante.

Hiermit korrespondierend ist ein erfindungsgemäßer Sinterstab dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkante des Kanals nicht konzentrisch zur Stabachse verläuft, dass der Sinterstab eine Schneidkante aufweist und dass der Kanal im Querschnitt gese hen im wesentlichen parallel zur Schneidkante verläuft.

Falls der Kanal eine Längsachse aufweist, verläuft diese vor zugsweise ebenfalls nicht konzentrisch zur Stabachse.

Vorzugsweise werden während des Extrudierens in das Sinter material mehrere gleich ausgebildete, relativ zur Stabachse um einen Drehwinkel versetzt angeordnete Kanäle eingebracht. Denn auch der aus dem Sinterstab gefertigte Bohrer bzw. Boh rereinsatz weist im Regelfall mehr als eine Spankammer auf. Somit verbleiben zwischen benachbarten Spankammern Stabfel der, wobei dann der Sinterstab pro Stabfeld mindestens einen Kanal aufweist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbin dung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung Fig. 1 schematisch eine Extrusion von pastösem Sintermate rial,

Fig. 2 eine Frontansicht des extrudierten pastösen Sinter materials,

Fig. 3 eine Drallvorrichtung von der Seite,

Fig. 4 die Drallvorrichtung von Fig. 3 von oben,

Fig. 5 einen Teilverfahrensablauf des Herstellungsverfah rens,

Fig. 6 einen Sinterstab von der Seite,

Fig. 7 den Sinterstab von Fig. 6 im Querschnitt und

Fig. 8 den Sinterstab von Fig. 7 von vorne.

Gemäß Fig. 1 wird pastöses Sintermaterial 1 durch einen nur schematisch dargestellten Extruderkopf 2 extrudiert. Das pastöse Sintermaterial 1 besteht aus einem Hartmetall- oder Keramikpulver, das mit einem Bindemittel versetzt ist. Die Extrusion erfolgt rein linear in einer Extrusionsrichtung x mit einer im wesentlichen konstanten Extrusionsgeschwindig keit v. Wenn der extrudierte Strang des Sintermaterials 1 ei ne hinreichende Länge 1 erreicht hat, wird er mittels einer Schneide 3 abgelängt. Das Ablängen kann dabei wahlweise manu ell oder automatisch erfolgen.

Im Extrusionskopf 2 sind gestrichelt dargestellte Formkörper 4 gehalten. Gemäß Fig. 1 sind dabei zwei Formkörper 4 vor handen. Es könnten aber auch mehr oder weniger Formkörper 4 vorhanden sein. Mittels der Formkörper 4 werden während des Extrudierens in das Sintermaterial 1 Kanäle 5 eingebracht. Die Kanäle 5 verlaufen parallel, aber exzentrisch zu einer Stabachse 6. Die Stabachse 6 ist die Schwerpunktachse des extrudierten Sintermaterials 1.

Gemäß Fig. 2 weisen die Kanäle 5 Kanalquerschnitte auf, wel che nicht kreisförmig sind. Sie sind - gemäß Ausführungsbei spiel - z. B. dreieckig. Ferner weisen sie Außenkanten 7 und Längsachsen 7' auf. Weder die Außenkanten 7 noch die Längs achsen 7' verlaufen konzentrisch zur Stabachse 6. Ersichtlich sind die Kanäle 5 relativ zueinander gleich ausgebildet und relativ zur Stabachse um einen Drehwinkel versetzt angeord net. Der Drehwinkel ergibt sich dabei zu 360° dividiert durch die Zahl der Kanäle 5. Im vorliegenden Fall beträgt er also 180°.

Das Sintermaterial 1 ist auch nach dem Ablängen noch leicht plastisch verformbar. Es wird daher gemäß Fig. 3 auf eine ebene Unterlage 8 gelegt, und zwar derart, daß es radial zur Drehachse 9 eines Drehtellers 10 angeordnet ist. Der Drehtel ler 10 wird dann - siehe auch Fig. 4 - auf das abgelängte Sintermaterial 1 abgesenkt und um einen Schwenkwinkel ϕ ver schwenkt. Dadurch wird das extrudierte Sintermaterial 1 über die Stablänge 1 mit einem konstanten Drall verdrallt.

Das verdrallte Sintermaterial 1 wird dann - siehe Fig. 5 in einen Trockenofen 11 eingeführt und dort getrocknet. Danach werden in das getrocknete Sintermaterial 1 mittels einer Schleifscheibe 12 Spankammern 13 eingebracht. Im Stabquer schnitt gesehen entstehen dadurch zwischen den Spankammern 13 Stabfelder 14. Das so vorbearbeitete Sintermaterial 1 wird dann einem Sinterofen 15 zugeführt, in dem es zu einem Sin terstab 1' gesintert wird.

Hinter dem Sinterofen 15 ist eine weitere Schleifscheibe 12' angeordnet. Mittels dieser Schleifscheibe 12' erfolgt eine Nachbearbeitung der Spankammern 13. Alternativ ist es auch möglich, daß erst mittels der Schleifscheibe 12' die Spankam mern 13 in den dann bereits gesinterten Sinterstab 1' einge bracht werden. Das Einbringen der Spankammern 13 vor dem Sin tern mittels der Schleifscheibe 12 ist aber vorzuziehen, da zu diesem Zeitpunkt das Sintermaterial 1 noch relativ leicht bearbeitbar ist.

Fig. 6 zeigt nun den Sinterstab 1' nach seiner Weiterbear beitung zu einem Bohrerrohling von der Seite. Ersichtlich weist er zwei Spankammern 13 auf, die helixartig um die Stab achse 6 umlaufen.

Fig. 7 zeigt nun einen Querschnitt entlang einer der gestri chelten Linien in Fig. 6. Der Querschnitt ist stets der gleiche. Ersichtlich wurden daher die Spankammern 13 derart in das getrocknete Sintermaterial 1 bzw. in den Sinterstab 1' eingebracht, daß die Kanäle 5 im Stabquerschnitt gesehen im wesentlichen parallel zu den Grenzen zu den Spankammern 13 verlaufen. Da ferner der Querschnitt unabhängig von der Stel le ist, an welcher er vorgenommen wurde, laufen zwangsweise auch die Kanäle 5 mit konstanter Steigung helixartig um die Stabachse 6 herum. Die Kanalquerschnitte sind gegenüber der Darstellung gemäß Fig. 2 unverändert geblieben. Sie sind al so weiterhin dreieckförmig, also insbesondere nicht kreisför mig. Ferner verlaufen weder ihre Außenkanten 7 noch ihre Längsachsen 7' konzentrisch zur Stabachse 6.

Ersichtlich weist der Bohrerrohling 1' zwei Spankammern 13 und zwei zwischen den Spankammern 13 angeordnete Stabfelder 14 auf. Pro Stabfeld 14 weist der Bohrerrohling 1' einen Ka nal 5 auf. Die beiden Kanäle 5 sind dabei ersichtlich gleich ausgebildet.

Fig. 8 zeigt nun den Bohrerrohling 1' von vorne, also aus Richtung der Pfeile gemäß Fig. 6. Gemäß Fig. 8 weist der Bohrerrohling 1' an seiner Spitze zwei Schneidkanten 16 auf. Ferner verlaufen die Kanäle 5 im Querschnitt gesehen im we sentlich parallel zu den Schneidkanten 16. Genauer ausge drückt: Sie weisen Seitenkanten 17 auf, welche im wesentli chen parallel zu den Schneidkanten 16 verlaufen.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Form der Kanäle 5 ergibt sich gegenüber dem Stand der Technik ein vergrößerter Kanalquer schnitt. Somit ist ein höherer Durchsatz eines Mediums durch die Kanäle 5 erreichbar. Ferner können die Schneidkanten 16 im Betrieb fast über ihre gesamte Länge mit dem Medium beauf schlagt werden. Kühlung, Schmierung des Bohrers und Abführung von Bohrspänen sind somit optimiert.

Claims

1. Herstellungsverfahren für einen Sinterstab (1') mit einer Stabachse (6), mit folgenden Schritten:

- pastöses Sintermaterial (1) wird extrudiert,
- während des Extrudierens wird in das Sintermaterial (1) mindestens ein parallel und exzentrisch zur Stabachse (6) verlaufender Kanal (5) für ein Kühl- und/oder ein Schmiermittel mit einem Kanalquerschnitt eingebracht, wobei der Kanalquerschnitt nicht kreisförmig ist und der Kanal (5) eine Außenkante (7) aufweist, die nicht konzentrisch zur Stabachse (6) verläuft,
- das extrudierte Sintermaterial (1) wird auf eine Stablänge (1) abgelängt,
- das abgelängte Sintermaterial (1) wird mit einem über die Stablänge (1) konstanten Drall verdrallt,
- das verdrallte Sintermaterial (1) wird zum Sinterstab (1') gesintert.

2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintermaterial (1) vor dem Sintern getrocknet wird und in das getrocknete Sintermaterial (1) mindestens eine Spankammer (13) eingebracht wird.

3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Sinterstab (1') nach dem Sintern mindestens eine Spankammer (13) eingebracht wird.

4. Herstellungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spankammer (13) derart in das getrocknete Sinter material (1) bzw. in den Sinterstab (1') eingebracht wird, daß der Kanal (5) im Stabquerschnitt gesehen im we sentlichen parallel zur Grenze zur Spankammer (13) ver läuft.

5. Herstellungsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Extrudierens in das Sintermaterial (1) mehrere gleich ausgebildete, relativ zur Stabachse (6) um einen Drehwinkel versetzt angeordnete Kanäle (5) einge bracht werden.

6. Herstellungsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsachse (7') des Kanals (5) ebenfalls nicht konzentrisch zur Stabachse (6) verläuft.

7. Sinterstab mit einer Stabachse (6) und mindestens einem um die Stabachse (6) herum verlaufenden Kanal (5) für ein Kühl- und/oder ein Schmiermittel mit konstanter Steigung und einem Kanalquerschnitt, wobei der Kanalquerschnitt nicht kreisförmig ist und der Kanal (5) eine Außenkante (7) aufweist, die nicht konzentrisch zur Stabachse (6) verläuft, wobei in den Sinterstab (1') mindestens eine Spankammer (13) eingebracht ist und wobei der. Sinterstab (1') eine Schneidkante (16) aufweist und der Kanal (5) im Querschnitt gesehen im wesentlichen parallel zur Schneid kante (16) verläuft.

8. Sinterstab nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er mehr als eine Spankammer (13) aufweist, so daß zwischen benachbarten Spankammern (13) Stabfelder (14) verbleiben, und daß der Sinterstab (1') pro Stabfeld (14) mindestens einen Kanal (5) aufweist.

9. Sinterstab nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (5) gleich ausgebildet sind.

10. Sinterstab nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsachse (7') des Kanals (5) ebenfalls nicht konzentrisch zur Stabachse (6) verläuft.