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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Hartmetallpresslings sowie einen Hartmetallpressling. Die vorliegende Offenbarung befasst sich ferner mit der Herstellung von Rohlingen für das Sintern von Bauteilen aus Hartmetallen, insbesondere von Schneidwerkzeugen. Schneidwerkzeuge können etwa Schneideinsätze, Wendeschneidplatten und Ähnliches umfassen.
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Schneidwerkzeuge aus Hartmetallen werden allgemein bei hohen Temperaturen gesintert. Zur Herstellung formgenauer Zwischenprodukte, die auch als Presslinge, Rohlinge oder Grünlinge bezeichnet werden, sind zwei wesentliche Verfahren bekannt. Ein Verfahren betrifft die urformende Herstellung mittels Spritzguss. Ein anderer Ansatz betrifft die Herstellung von Presslingen mittels Pressen. Die vorliegende Offenbarung befasst sich primär mit dem Pressen von Hartmetallpulver bei hohen Drücken zur Herstellung von Presslingen für die pulvermetallurgische Herstellung von Schneidwerkzeugen oder Ähnlichem.
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Die
WO 2015/120496A1 beschreibt ein Formwerkzeug zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Grünlings, mit einem Oberstempel und einem Unterstempel, die entlang einer gemeinsamen Pressachse verfahrbar sind, einem Matrizenkörper mit einen Füllschacht zur Aufnahme von Pulvermaterial, wobei der Matrizenkörper einen oberen Bereich aufweist, in dem der Oberstempel im Füllschacht entlang der Pressachse beweglich geführt ist, und einen unteren Bereich aufweist, in dem der Unterstempel im Füllschacht entlang der Pressachse beweglich geführt ist, und mit zumindest zwei Querschiebern, die einen Formbereich ausbilden, der die seitliche Außenkontur eines Grünlings bestimmt, und die in einer von der Pressachse abweichenden Richtung verschiebbar am Matrizenkörper angeordnet sind, wobei die zumindest zwei Querschieber nur miteinander in Kontakt treten, wenn die zumindest zwei Querschieber in ihrer jeweiligen Endposition angeordnet sind, wobei ein Hohlraum, der die Form eines gepressten Grünlings bestimmt, durch die in ihren Endpositionen angeordneten Unterstempel und Oberstempel und die in ihren Endpositionen angeordneten zumindest zwei Querschieber in einem geschlossenen Zustand des Formwerkzeugs ausgebildet ist, und wobei die zumindest zwei Querschieber einen Formbereich ausbilden, der die gesamte seitliche Außenkontur eines Grünlings bestimmt.
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Es sind Werkzeuggeometrien bekannt, deren Presslinge im Rahmen des vorstehend beschriebenen Pressverfahrens nicht ohne aufwendige Nachbearbeitung hergestellt werden können. Die Nachbearbeitung erhöht den Fertigungsaufwand. Umgedreht können mittels bekannter Pressverfahren zur Herstellung von Grünlingen nicht alle gewünschten Geometrien und Gestaltungen von Hartmetallpresslingen nachbearbeitungsfrei oder nachbearbeitungsarm erzeugt werden. Dies führt im Umkehrschluss dazu, dass bei der Gestaltung derartiger Werkzeuge Rücksicht auf die Fertigungsbedingungen genommen wird, so dass Kompromisse eingegangen werden. Dies kann die Leistungsfähigkeit der Werkzeuge limitieren.
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Ein Beispiel für ein Hartmetallwerkzeug ist eine sog. Wendeschneidplatte, insbesondere ein sog. Zweischneider, der zwei Schneiden oder Schneidkanten umfasst. Es sind Zweischneider bekannt, die punktsymmetrisch gestaltet sind. Mit anderen Worten kann ein derartiger Zweischneider etwa einen Basiskörper mit einer Längserstreckung aufweisen, wobei an einem ersten Ende und an einem dem ersten Ende abgewandten zweiten Ende jeweils eine Schneide ausgebildet ist, wobei die Schneiden, bezogen auf ein Zentrum des Basiskörpers, gegensinnig orientiert sind. Eine derartige Gestaltung erfordert besondere Maßnahmen bei der Herstellung der Presslinge. Insbesondere sind verschiedene Gestaltungsgrundsätze zu beachten. So wird die Kavität, in der der Pressling geformt wird, üblicherweise in bestimmter Weise in Bezug auf eine Hauptpressachse angeordnet. Pressen zur Herstellung von Hartmetallpresslingen umfassen üblicherweise einen Oberstempel und einen Unterstempel, die entlang der Hauptpressachse aufeinander zu bewegt werden können, um ein in einer Kavität aufgenommenes Pulver unter Druck zu setzen und zu verdichten.
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Ferner wird bei der Gestaltung von Matrizen für die pulvermetallurgische Herstellung von Hartmetallpresslingen darauf geachtet, keine Formteilung vorzusehen, die über die Schneidkanten bzw. quer dazu verläuft. Gleichwohl liegen die Schneidkanten vorzugsweise in einer Haupttrennebene. Dies kann dazu führen, dass Rohlinge bestimmter Schneidwerkzeuge nicht nachbearbeitungsfrei oder nachbearbeitungsarm mittels Pressen erzeugbar sind.
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Eine weitere Herausforderung bei der Auslegung von Presswerkzeugen zur Herstellung von Presslingen für Hartmetallwerkzeuge betrifft das Entformen von schrägen, spitzen Fasen bzw. tangentialen Übergängen, die in die Trennebene münden. Dies führt häufig dazu, dass Teile der Matrize bzw. Teile der Presse, die die Gestalt des Presslings abbilden, zumindest abschnittsweise sehr dünnwandig oder spitz ausgeführt sein müssen. Dies erhöht den Verschleiß und die Bruchgefahr und wird somit vorzugsweise vermieden.
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Das Pressen von Hartmetallpresslingen erfolgt bei sehr hohen Drücken, die Bereiche von etwa 2000 bis etwa 4000 bar (0,2 bis 0,4 GPa) erreichen können. Das Pressen von Hartmetallpulvern kann nicht ohne weiteres mit dem Pressen von Metallpulver oder von anderen pulverförmigen Werkstoffen verglichen oder gar gleichgesetzt werden. Ein Grund hierfür ist das sogenannte Auffederverhalten von gepressten Hartmetallpresslingen. Diese bestehen im Gegensatz zur Presslingen auf Basis von Metallpulver zu einem nicht unerheblichen Teil aus Plastifikatoren (z. B. Paraffinen, Wachsen) und sind porös, weisen also Lufteinschlüsse bzw. Hohlräume auf. Das Auffederverhalten kann sich beispielhaft in einer Volumenzunahme nach dem Pressen niederschlagen, die etwa 3% des Ausgangsvolumens betragen kann.
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Pressvorrichtungen für das Hartmetallpressen weisen üblicherweise neben den Hauptstempeln, die der Hauptpressachse zugeordnet sind, keine weiteren Stempel auf. Wie vorstehend bereits beschrieben, handelt es sich bei den Hauptstempeln üblicherweise um einen Oberstempel und einen Unterstempel, die vertikal verfahrbar sind und insbesondere aufeinander zu bewegt werden können, um den Pressling zu erzeugen.
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Auf dem Gebiet der Hartmetall-Pulvermetallurgie können diese Hauptstempel nicht einfach durch weitere (seitliche) Stempel ergänzt werden, die etwa ähnlich seitlichen Schiebern beim Spritzguss gestaltet sind, aber als Stempel fungieren. Dies ist zum einen durch die hohen Drücke beim Pressvorgang bedingt. Auch hätten derartige (seitliche) Stempel einen negativen Einfluss auf die Pressdichteverteilung des Presslings. Die Pressdichteverteilung wird im Rahmen dieser Offenbarung auch als Pressgefügeverteilung bezeichnet
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Die obige Einschränkung schließt nicht aus, dass zuweilen Nebenstempel oder Hilfsstempel genutzt werden, die entlang einer Ebene verfahren werden, die gegenüber der Vertikalen geneigt ist. Derartige Hilfsstempel werden jedoch üblicherweise nur dazu genutzt, nachrangige Konturen, wie etwa Durchbrüche, seitliche Mulden oder Ähnliches, zu erzeugen. Die Wirkfläche, mit der ein derartiger Hilfsstempel auf den Pressling einwirkt, ist üblicherweise deutlich kleiner als die Fläche der jeweiligen Seite der Matrizenwandung, die den Pressling umschließt.
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Um eine möglichst günstige Bauteilstruktur, insbesondere ein hinreichend homogene Pressdichte, zu erzeugen, wird üblicherweise angestrebt, die Hauptstempel derart zu bemessen, dass diese, in vertikaler Richtung betrachtet, die Silhouette bzw. den Umriss des Presslings möglichst vollständig abdecken. Wäre dies nicht der Fall, wäre also ein Hauptstempel deutlich kleiner als die Silhouette des Presslings, würde es zu ungünstigen Spannungsverläufen bzw. Druckverläufen beim Pressen kommen, da nicht der gesamte Querschnitt des Presslings unmittelbar dem (vorrangig) durch die Hauptstempel erzeugten Pressdruck ausgesetzt wäre.
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Abgesehen von den Stempeln weist eine Matrize zum Pressen von Rohlingen für die Herstellung von Hartmetallschneidwerkzeugen üblicherweise weitere Formteile auf, die jedoch nicht aktiv (als angetriebener Stempel) am Pressvorgang beteiligt sind. Derartige Formteile können grundsätzlich beweglich sein und werden dann etwa als Schieber bezeichnet. Es sind jedoch auch feste Formteile denkbar. Allgemein werden die Formteile während des Pressvorgangs selbst nicht bewegt. Bewegliche Formteile, etwa Schieber oder dergleichen, werden für den Entformvorgang bewegt, um den Pressling auszuformen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Offenbarung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur endkonturnahen Herstellung von Hartmetallpresslingen, insbesondere zur Herstellung von Sinterrohlingen für Schneidwerkzeuge, anzugeben, die eine hohe Gestaltungsfreiheit betreffend die Werkzeuggeometrie sowie eine Herstellung mit einem günstigen Pressgefügeverlauf bzw. mit einem günstigen Pressdichteverlauf erlauben. Insbesondere soll die Herstellung von Hartmetallpresslingen mit punktsymmetrischer Gestaltung vereinfacht werden. Dies betrifft insbesondere auch Presslinge für Schneidwerkzeuge, die Schneidkanten aufweisen, die gegensinnig orientiert und voneinander abgewandt sind. Ferner soll möglichst eine Herstellung von Hartmetallpresslingen für Schneidwerkzeuge beschrieben werden, die die Erzeugung von Schneidkanten erlaubt, die nicht durch Formteilungen oder Grate beeinträchtigt, insbesondere gekreuzt, werden. Schließlich soll ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben werden, die die Nutzung besonders robust gestalteter Stempel und vorzugsweise auch Formteile gestattet, die insbesondere keine übermäßig dünnen und spitzen Gestaltabschnitte umfassen.
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Das Verfahren betreffend wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur endkonturnahen Herstellung von Hartmetallpresslingen, insbesondere zur Herstellung von Sinterrohlingen für Schneidwerkzeuge, gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- – Bereitstellung einer mehrteiligen Matrize, umfassend:
- – Zuführen zumindest eines Frontalformteils, das in einer ersten Ebene, insbesondere einer Horizontalebene, verfahrbar ist,
- – Zuführen zumindest eines Querformteils, das in einer zweiten Ebene, insbesondere in einer Vertikalebene, verfahrbar ist,
- – Arretieren des zumindest einen Frontalformteils und des zumindest einen Querformteils, um eine Kavität für einen Pressling zu definieren,
wobei Zuführrichtungen des zumindest einen Frontalformteils und des zumindest einen Querformteils schräg zueinander orientiert sind, vorzugsweise senkrecht zueinander,
wobei das zumindest eine Frontalformteil und das zumindest eine Querformteil Flächen des Presslings definieren, und
wobei die sich ergebende Kavität zumindest eine Öffnung aufweist, durch die ein Stempel einführbar ist,
- – Zuführen eines Füllschuhs über eine Öffnung der Kavität und Befüllen der Kavität mit einem Hartmetallpulver, und
- – Verdichten des Pulvers mit zumindest einem Stempel, der parallel zu einer Hauptpressrichtung verfahrbar ist,
wobei das Zuführen des zumindest einen Querformteils entlang einer Zuführrichtung erfolgt, die parallel zur Hauptpressrichtung ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollständig gelöst.
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Erfindungsgemäß ist die Zuführachse des zumindest einen Querformteils parallel zur Hauptpressachse, d. h. zu der Zuführachse des zumindest einen Stempels, orientiert. Gleichwohl dient das zumindest eine Querformteil überwiegend zur Formgebung eines seitlichen Abschnitts des Presslings. Der zumindest eine Stempel dient zur Formgebung zumindest eines oberen oder unteren Abschnitts des Presslings. Die Zuführrichtung des Querformteils erlaubt insbesondere die Entformung von Geometrien, die mit rein seitlich (entlang der Horizontalebene) entformenden Formteilen nicht darstellbar sind. Auf diese Weise kann insgesamt die Anzahl der Teile, die zur Bildung der Matrize erforderlich sind, begrenzt werden. Gleichwohl ist eine große Gestaltungsfreiheit gewährleistet.
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Es können Presslinge erzeugt werden, die Außenflächen aufweisen, die etwa zur Hauptpressrichtung leicht geneigt sind und/oder tangential auslaufende Radien aufweisen. Daneben können hinterschnittige Konturen entformt werden, die auf andere Weise nicht ohne weiteres nachbearbeitungsfrei entformbar sind. Zum Beispiel kann bei bestimmten Ausführungsformen von Wendeschneidplatten mit zwei gegensinnig orientieren Schneiden ein Gratverlauf quer zur Schneidkante des Schneidwerkzeugs vermieden werden.
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Das Zuführen des zumindest einen Frontalformteils und des zumindest einen Querformteils kann insbesondere ein Einfahren bzw. ein Überführen der Formteile in eine geschlossene Stellung umfassen. Das Arretieren kann insbesondere ein Verriegeln, Fixieren, allgemein ein festes Halten der Formteile in der geschlossenen Stellung umfassen. Auf diese Weise wird klargestellt, dass es sich bei dem zumindest einen Frontalformteil und bei dem zumindest einen Querformteil nicht um Stempel handelt.
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Es versteht sich, dass die Bezeichnung endkonturnahe Herstellung nicht ausschließt, dass die Presslinge während eines nachfolgenden Sintervorgangs schrumpfen, da sich die Partikel weiter verdichten bzw. da Bindemittel und dergleichen entfernt wird.
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Das Verfahren eignet sich insbesondere zur nachbearbeitungsarmen oder nachbearbeitungsfreien Herstellung von Hartmetallpresslingen für Schneideinsätze. Im Rahmen dieser Offenbarung soll unter nachbearbeitungsarm bzw. nachbearbeitungsfrei verstanden werden, dass keine aufwendigen Schleifvorgänge oder andere materialabtragende Bearbeitungsvorgänge erforderlich sind, bei denen beträchtliche Mengen des Materials abgetragen werden. Gleichwohl schließt die Bezeichnung nachbearbeitungsarm bzw. nachbearbeitungsfrei nicht aus, dass etwa eine Schneidkante, die schon ausgebildet ist, bearbeitet wird. Ferner schließt dies nicht aus, dass Trenngrate und Ähnliches entfernt werden.
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In beispielhafter Ausgestaltung des Verfahrens wird das zumindest eine Frontalformteil seitlich zugeführt, wobei das zumindest eine Frontalformteil einen frontalen Formgebungsabschnitt aufweist, der einen seitlichen Abschnitt der Gestalt des Presslings definiert, und wobei das zumindest eine Querformteil vertikal zugeführt wird und einen seitlichen Formgebungsabschnitt aufweist, der einen weiteren seitlichen Abschnitt der Gestalt des Presslings definiert.
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Demgemäß kann das zumindest eine Frontalformteil als seitlicher Schieber bezeichnet werden. Das zumindest eine Querformteil wird gemäß der obigen Ausgestaltung zwar auch vertikal zugeführt, also etwa von oben oder von unten. Gleichwohl ist ein seitlicher Formgebungsabschnitt vorgesehen, der also nicht primär einen oberen oder einen unteren Abschnitt der Gestalt des Presslings definiert. Mit anderen Worten weist ein frontaler Abschnitt des zumindest einen Querformteils gerade keinen Formgebungsabschnitt für den Pressling auf.
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Im Rahmen dieser Offenbarung ist ein frontaler Formgebungsabschnitt eines Formteils ein Abschnitt bzw. eine Fläche, die sich im Wesentlichen senkrecht zur Zuführrichtung erstreckt. Hingegen ist ein seitlicher Formgebungsabschnitt etwa parallel zur Zuführrichtung orientiert. Abweichungen sind denkbar, insbesondere zur Ausbildung nicht-gerader Konturen des Presslings. Bei dem zumindest einen Querformteil erfolgt also eine Trennung von Zuführrichtung und (Haupt-)Orientierung des Formgebungsabschnitts. Dies heißt mit anderen Worten, beim Arretieren des zumindest einen Querformteils ist zu beachten, dass ein einfaches Sperren in der Zuführrichtung nicht ausreicht. Vielmehr sind andere Maßnahmen zu treffen, um dem Pressdruck standzuhalten, der auch quer oder zumindest schräg zur Zuführrichtung auf das Querformteil einwirkt.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird der zumindest eine Stempel vertikal zugeführt, wobei der zumindest eine Stempel einen frontalen Formgebungsabschnitt aufweist, der einen Abschnitt der Gestalt des Presslings definiert, wobei der Formgebungsabschnitt des Stempels vorzugsweise bruchunempfindlich gestaltet ist und insbesondere stumpfe Vertiefungen zur Ausbildung korrespondierender Erhebungen des Presslings aufweist. Gemäß dieser Ausgestaltung kann auf dünnwandige oder gar spitze Abschnitte beim Formgebungsabschnitt des Stempels verzichtet werden. Gleichwohl können Presslinge mit Verjüngungen, Schrägen, Radien oder tangentialen Übergängen erzeugt werden.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst der Schritt der Bereitstellung einer mehrteiligen Matrize ein Zuführen eines oberen Querformteils und eines unteren Querformteils, wobei der Schritt des Verdichtens ein Zuführen eines Oberstempels und eines Unterstempels umfasst, wobei der Oberstempel und das obere Querformteil einer ersten Seite, insbesondere eine Oberseite, zugeordnet sind, wobei der Unterstempel und das untere Querformteil einer zweiten Seite, insbesondere eine Oberseite, zugeordnet sind, wobei der Oberstempel und das obere Querformteil zumindest abschnittsweise über gemeinsame Führungselemente zugeführt werden, und wobei der Unterstempel und das untere Querformteil zumindest abschnittsweise über gemeinsame Führungselemente zugeführt werden.
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Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Stempel und die Querformteile gleiche Führungselemente nutzen bzw. sich gegenseitig abstützen. Dies ist möglich, da die entsprechenden Zuführrichtungen parallel zueinander orientiert sind.
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In Vorbereitung eines Pressvorgangs wird üblicherweise zunächst die Kavität gebildet, indem die beteiligten Formteile (noch ohne die Stempel) aus einer geöffneten Stellung in eine geschlossene Stellung gefahren werden. In der geschlossenen Stellung werden die Formteile fixiert bzw. arretiert. Demgemäß können die Querformteile eine Führung für die Stempel bereitstellen. Insgesamt können auf diese Weise mögliche Platzprobleme im oberen Bereich und im unteren Bereich der Matrize umgangen werden. Dies gilt insbesondere im Hinblick darauf, dass der Oberstempel und der Unterstempel möglichst die gesamte obere und untere Silhouette des Presslings abdecken. Dies erlaubt eine günstige Pressgefügegestaltung.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform definieren der Oberstempel und das untere Querformteil gemeinsam eine erste Schneidkante, wobei der Unterstempel und das oberen Querformteil gemeinsam eine zweite Schneidkante definieren.
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Auf diese Weise können sowohl die erste Schneidkante und auch die zweite Schneidkante, die einer ersten und einer zweiten Schneide zugeordnet sind, in der (Haupt-)Trennebene angeordnet werden. Gratverläufe bzw. Formteilungen quer zur Schneidkante können vermieden werden. Der Oberstempel wirkt demgemäß mit dem unteren Querformteil zusammen. Der Unterstempel wirkt mit dem oberen Querformteil zusammen. Demgemäß bilden die Formgebungsabschnitte der Querformteile nicht ausschließlich seitliche Konturen der Kavität, sondern zumindest abschnittsweise auch einen oberen Bereich bzw. einen unteren Bereich aus. Der Oberstempel kontaktiert beim Pressen das untere Querformteil. Der Unterstempel kontaktiert beim Pressen das obere Querformteil. Das heißt, in dem Bereich, in dem die jeweiligen Querformteile ausgebildet sind, wirken der Oberstempel und der Unterstempel nicht direkt gegeneinander bzw. überdecken sich nicht.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der ersten Schneidkante eine erste Spanfläche und eine erste Freifläche zugeordnet, wobei der zweiten Schneidkante eine zweite Spanfläche und eine zweite Freifläche zugeordnet ist, und wobei die erste Spanfläche durch den Oberstempel, die zweite Spanfläche durch den Unterstempel, die erste Freifläche durch das untere Querformteil, und die zweite Freifläche durch das obere Querformteil gebildet wird.
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Auf diese Weise kann etwa eine Wendeschneidplatte nach Art eines Zweischneiders erzeugt werden, insbesondere eine Wendeschneidplatte mit einer punktsymmetrischen Gestaltung.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform schließt sich nach dem Verdichten des Pulvers ein Entformschritt an, aufweisend ein Öffnen der mehrteiligen Matrize, umfassend Ausfahren des zumindest eines Frontalformteils, Ausfahren des zumindest eines Querformteils, und Ausfahren des zumindest einen Stempels, wobei das zumindest eine Querformteil parallel zur Hauptpressrichtung verfahren wird, um in der gegenebenen Konfiguration der Matrize seitlich nicht entformbare seitliche Konturen des Presslings freizugeben.
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Diese Gestaltung ist beispielsweise für Werkzeuge für das Glanzdrehen oder ähnlich gestaltete Schneidwerkzeuge von Vorteil, die kreisförmige bzw. kreisabschnittsförmige Schneiden aufweisen, die einen Durchmesser aufweisen, der größer als eine Breite eines Basiskörpers der Schneidplatte ist. Eine derartige Schneidplatte ist etwa knochenartig gestaltet. Ein mittiger Bereich des ”Knochens” kann demgemäß durch entsprechende Frontalformteile ausgeformt werden, wobei die Enden des ”Knochens” jeweils durch den Oberstempel und das untere Querformteil sowie durch den Unterstempel und das obere Querformteil entformt werden. Auf diese Weise können auch voneinander abgewandte und gegensinnig zueinander orientierte Schneiden ausgeformt werden.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst der Schritt des Zuführens eines Füllschuhs ein seitliches Zuführen des Füllschuhs zu einer oberen Öffnung der Kavität, wobei der Füllschuh über einen Freiraum geführt wird, der durch den Oberstempel bereitgestellt wird, der von der Kavität beabstandet ist.
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Üblicherweise wird die Kavität schwerkraftunterstützt mit dem Pulver befüllt. Zu diesem Zweck wird der Füllschuh seitlich zugeführt und beispielsweise über diejenige Öffnung der Kavität gebracht, in die der Oberstempel beim Pressvorgang eindringt. Demgemäß ist der Oberstempel beim Befüllen ausgefahren. Vorzugsweise ist das obere Querformteil derart gestaltet, dass dem Füllschuh genügend Raum zur Verfügung steht, um die Kavität zu befüllen. Demgemäß erlaubt die durch das obere Querformteil mittelbar oder unmittelbar für den Oberstempel bereitgestellte Führung eine entsprechende Ausrückbewegung des Oberstempels.
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Gegenstand der Offenbarung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von Hartmetall-Schneidwerkzeugen, insbesondere von Schneideinsätzen, umfassend:
- – Herstellung eines Presslings gemäß einer Ausgestaltung des hierin beschriebenen Verfahrens,
- – nachbearbeitungsarmes oder nachbearbeitungsfreies Teile-Handling, insbesondere Transfer von einer Pressanlage zu einer Sinteranlage, und
- – Sintern der Presslinge.
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Unter Teile-Handling ist insbesondere eine Teilehandhabung zu verstehen, die beispielsweise ein Umsetzen der Presslinge von der Pressvorrichtung hin zu einer Sintervorrichtung umfasst. Gegebenenfalls kann zwischendurch eine temporäre Lagerung erfolgen. Gelichwohl können auch definierte Bearbeitungsschritte am Pressling durchgeführt werden, wie z. B. ein automatisiertes Entgraten. Das Entgraten kann etwa durch Bürsten oder Blasen erfolgen und betrifft üblicherweise unverpresste Bestandteile am Pressling.
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Die Vorrichtung betreffend wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Vorrichtung zur endkonturnahen Herstellung von Hartmetallpresslingen, insbesondere zur Herstellung von Sinterrohlingen für Schneidwerkzeuge, gelöst, mit einem Bett, einer mehrteiligen Matrize zur Ausbildung einer Kavität, die zumindest ein Frontalformteil, das in einer ersten Ebene, insbesondere einer Horizontalebene, verfahrbar ist, und zumindest ein Querformteil aufweist, das in einer zweiten Ebene, insbesondere in einer Vertikalebene, verfahrbar ist, wobei dem zumindest einen Frontalformteil und dem zumindest einen Querformteil Führungen zugeordnet sind, die zueinander schräg oder winklig orientiert sind, vorzugsweise senkrecht zueinander, wobei das zumindest eine Frontalformteil und das zumindest eine Querformteil zwischen einer geöffneten Stellung und einer Schließstellung verfahrbar sind, wobei das zumindest eine Frontalformteil und das zumindest eine Querformteil in der Schließstellung Flächen des Presslings definieren, und wobei die sich ergebende Kavität zumindest eine Öffnung aufweist, durch die ein Stempel einer Stempeleinheit einführbar ist, wobei die Vorrichtung ferner eine Fülleinheit und eine Stempeleinheit aufweist, wobei die Fülleinheit einen Füllschuh aufweist, der einer Öffnung der Kavität zuführbar ist, um die Kavität mit einem Hartmetallpulver zu befüllen, wobei die Stempeleinheit zumindest einen Stempel aufweist, der zur Verdichtung des Pulvers entlang einer Hauptpressrichtung verfahrbar ist, und wobei das zumindest eine Querformteil entlang einer Zuführachse zuführbar ist, die parallel zur Hauptpressrichtung ist.
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Auch auf diese Weise wird die Aufgabe der Erfindung vollständig gelöst.
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Bei dem zumindest einen Frontalformteil und dem zumindest einen Querformteil handelt es sich um schieberartig gestaltete Teile der Matrize. Es handelt sich dabei nicht um Stempel. Die Horizontalebene wird nachfolgend beispielhaft auch als X-Y-Ebene bezeichnet, mit Bezugnahme auf ein noch zu definierendes Koordinatensystem. Demgemäß ist ferner eine Z-Richtung vorgesehen, die eine Vertikalrichtung definiert, die parallel zur Hauptpressrichtung ist. Jede Ebene, die parallel zur Vertikalrichtung oder deckungsgleich mit der Vertikalrichtung ist, wird im Rahmen dieser Offenbarung als Vertikalebene bezeichnet.
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Das zumindest eine Frontalformteil und das zumindest eine Querformteil definieren insbesondere im Wesentlichen seitliche Flächen bzw. seitliche Abschnitte des Presslings.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zumindest zwei Frontalformteile, deren Formgebungsabschnitte einander zugewandt sind und die zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung verfahrbar sind, zumindest zwei Querformteile, deren Formgebungsabschnitte einander zugewandt sind und die zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung verfahrbar sind, und zumindest zwei Stempel, deren Formgebungsabschnitte einander zugewandt sind und die zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung verfahrbar sind.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung genau zwei Stempel, nämlich einen Oberstempel und einen Unterstempel, und genau zwei Querformteile, nämlich ein oberes Querformteil und ein unteres Querformteil. Beispielhaft können ferner genau zwei Frontalformteile vorgesehen sein. Diese können etwa als vorderes Frontalformteil und hinteres Frontalformteil bezeichnet werden.
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Es sind Gestaltungen vorstellbar, bei denen sämtliche den Pressling abbildende Matrizenteile als bewegliche Formteile gestaltet sind. Gleichwohl sind auch Gestaltungen denkbar, bei denen zumindest ein Abschnitt der Kavität als fixes Formteil ausgebildet ist.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das zumindest eine Frontalformteil seitlich zuführbar und mit einem frontalen Formgebungsabschnitt versehen, der einen Abschnitt der Gestalt des Presslings definiert, wobei das zumindest eine Querformteil einen seitlichen Formgebungsabschnitt aufweist, der einen weiteren Abschnitt der Gestalt des Presslings definiert.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der zumindest eine Stempel einen frontalen Formgebungsabschnitt auf, der einen weiteren Abschnitt der Gestalt des Presslings definiert. Vorzugsweise ist der Formgebungsabschnitt des Stempels vorzugsweise bruchunempfindlich gestaltet. Vorzugsweise weist der Formgebungsabschnitt stumpfe Vertiefungen (bzw. Erhebungen) zur Ausbildung korrespondierender Erhebungen (bzw. Vertiefungen) des Presslings auf.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind zumindest ein Stempel der Stempeleinheit und zumindest ein Querformteil der Matrize parallel zueinander geführt. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform nutzen zumindest ein Stempel der Stempeleinheit und zumindest ein Querformteil der Matrize zumindest abschnittweise gleiche Führungselemente.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung stellt das obere Querformteil einen Führungsabschnitt für den Oberstempel bereit. Gleichermaßen stellt das untere Querformteil beispielhaft einen Führungsabschnitt für den Unterstempel bereit. Der Oberstempel und das obere Querformteil sowie der Unterstempel und das untere Querformteil können auch mittelbar über eine gemeinsame Führung miteinander gekoppelt sein.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Stempeleinheit einen Oberstempel und einen Unterstempel auf, wobei die Matrize ein oberes Querformteil und ein unteres Querformteil aufweist, wobei der Oberstempel und das obere Querformteil zumindest abschnittweise gleiche Führungselemente nutzen, und wobei der Unterstempel und das untere Querformteil zumindest abschnittweise gleiche Führungselemente nutzen.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform definieren der Oberstempel und das untere Querformteil gemeinsam eine erste Schneidkante des Presslings und der Unterstempel und das oberen Querformteil gemeinsam eine zweite Schneidkante des Presslings.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der ersten Schneidkante eine ersten Spanfläche und eine erste Freifläche des Presslings zugeordnet, wobei der zweiten Schneidkante eine zweite Spanfläche und eine zweite Freifläche des Presslings zugeordnet ist, wobei die erste Spanfläche durch den Oberstempel, die zweite Spanfläche durch den Unterstempel, die erste Freifläche durch das untere Querformteil, und die zweite Freifläche durch das obere Querformteil gebildet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung ferner eine Arretiereinrichtung, die die Querformteile und die Frontalformteile in der geschlossenen Stellung fixiert, um eine Umfangskontur des Presslings auszubilden. Vorzugsweise ist die Arretiereinrichtung etwa ringartig gestaltet. Mit anderen Worten kann die Arretiereinrichtung die Querformteile und die Frontalformteile seitlich umschließen, um diese in der geschlossenen Stellung zu sichern.
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Durch die Arretiereinrichtung wird die Kavität verriegelt, um den hohen Pressdrücken standzuhalten. Die Arretiereinrichtung kann eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Arretierung bewirken. Die Arretiereinrichtung kann die Querformteile und die Frontalformteile relativ zueinander und/oder relativ zum Bett der Vorrichtung fixieren. Die geschlossene Arretiereinrichtung kann auch als geschlossene Arretiereinrichtung bezeichnet werden. Beispielhaft handelt es sich bei der Arretiereinrichtung um eine mechanisch wirksame Haltevorrichtung.
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Vorzugsweise trägt auch das obere Querformteil dazu bei, dass dem Füllschuh genügend Raum zur Verfügung steht. Insbesondere kann das obere Querformteil eine Führung bereitstellen oder mit einer Führung gekoppelt sein, die auch vom Oberstempel genutzt wird. Ferner ist auch das obere Querformteil derart gestaltet, dass der Füllschuh die Öffnung der Kavität erreichen kann. Dies kann beispielsweise durch entsprechende Aussparungen beim Querformteil erfolgen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Offenbarung einen Hartmetallpressling, insbesondere einen nachbearbeitungsarm oder nachbearbeitungsfrei erzeugten Pressling für ein Wendewerkzeug, mit zumindest einer Schneidkante, die durch eine Trennebene einer mehrteiligen Matrize definiert ist, mit einem durch eine Hauptpressachse definierten Pressgefügeverlauf bzw. Pressdichteverlauf, der eine Lage in der Matrize bedingt, umfassend eine nicht ausschließlich seitlich entformbare Gestaltung, insbesondere bedingt durch die Anordnung der zumindest einen Schneidkante, wobei zumindest ein seitlicher Abschnitt des Presslings, insbesondere ein geneigter oder gekrümmter Freiflächenabschnitt, durch einen seitlichen Formgebungsabschnitt eines Querformteils gebildet ist, dessen Bewegungsrichtung in der Matrize parallel zur Hauptpressachse orientiert ist. Ein derartiger Pressling kann gemäß einer Ausgestaltung des hierin beschriebenen Verfahrens gefertigt werden. Vorzugsweise wird der Pressling in einer Ausgestaltung der hier beschriebenen Vorrichtung gefertigt.
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Auch auf diese Weise wird die Aufgabe der Erfindung vollständig gelöst.
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Bei dem Pressling handelt es sich insbesondere um einen Hartmetall-Schneideinsatz, der zwei Schneiden aufweist, die zueinander symmetrisch, insbesondere punktsymmetrisch, ausgebildet sind. Vorzugsweise weist der Pressling keine durch die Matrize der Pressvorrichtung bedingten Grate auf, die Schneidkanten der Schneiden kreuzen.
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Sofern auf Basis des nachbearbeitungsarm oder nachbearbeitungsfrei erzeugten Presslings ein Schneidwerkzeug erzeugt ist, kann man diesem ansehen, ob es gemäß einer Ausgestaltung des hierin beschriebenen Verfahrens und/oder in einer Ausgestaltung der hierin beschriebenen Vorrichtung gefertigt ist. Insbesondere Gratverläufe, der Verlauf der Trennebene und die sonstige Gestaltung, umfassend etwa Bereiche, die nicht ohne weiteres mittels (seitlicher) Schieber entformbar sind, erlauben einen entsprechenden Rückschluss.
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Am Pressling können insbesondere nachbearbeitungsarm oder nachbearbeitungsfrei erzeugt werden: Schneidkanten, tangentiale Übergänge, Spanmulden, Freiflächen oder Freiwinkel, Verjüngungen, gekrümmte oder kreisartige Schneiden, die eine Erstreckung aufweisen, die eine seitliche Entformung erschwert, oder dergleichen.
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Die Offenbarung ist nicht auf derartige Schneideinsätze beschränkt, insbesondere nicht ausschließlich auf die weiter oben beschriebenen Zweischneider mit zwei einander entgegengesetzt angeordneten, gegensinnig orientierten Schneiden. Gleichwohl wird zu Veranschaulichungszwecken auf diese Art von Schneideinsätzen Bezug genommen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Offenbarung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Hartmetall-Schneidwerkzeugs, welches gemäß zumindest einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung herstellbar ist;
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2 eine Seitenansicht der Ausgestaltung gemäß 1;
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3 eine frontale Ansicht der Ausgestaltung gemäß 1;
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4 eine Draufsicht der Ausgestaltung gemäß 1;
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5 eine schematische perspektivische Darstellung einer Pressvorrichtung für Hartmetallpresslinge, in einem explodierten Zustand;
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6 eine weitere Darstellung der Anordnung gemäß 5 in einer Füllkonfiguration;
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7 eine weitere Darstellung der Ausgestaltung gemäß 6, wobei ein Füllschuh über einer Öffnung einer Kavität platziert ist;
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8 eine weitere Ansicht der Ausgestaltung gemäß den 5 bis 7, wobei eine Matrize geschlossen ist und Stempel zum Pressen eingefahren sind;
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9 eine perspektivische Schnittansicht der Anordnung gemäß 8, wobei Stempel der Vorrichtung und der erzeugte Pressling aus Veranschaulichungsgründen nicht geschnitten sind, und wobei die Stempel und Formteile der Vorrichtung zur besseren Darstellbarkeit leicht ausgefahren sind;
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10 eine weitere Schnittansicht der Ausgestaltung gemäß den 8 und 9 in einer von der Darstellung gemäß 9 abweichenden Orientierung;
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11 eine Detailansicht der Darstellung gemäß 10 zur Veranschaulichung der Kavität;
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12 eine an die Darstellung gemäß 9 angelehnte Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines Presslings;
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13 eine Detaildarstellung der Ausgestaltung gemäß 12 zur Veranschaulichung einer Kavität, wobei in 13 der Pressling aus Veranschaulichungsgründen nicht gezeigt ist; und
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14 eine schematische, stark vereinfachte, teilweise geschnittene Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung von Presslingen, zur Veranschaulichung einer Arretiereinrichtung.
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Mit Bezugnahme auf die 1, 2, 3 und 4 wird eine beispielhafte Ausgestaltung eines Presslings 10 veranschaulicht, der für die pulvermetallurgische Herstellung eines Hartmetallwerkzeugs, insbesondere eines Schneideinsatzes, verwendbar ist. Der Pressling 10 ist nachbearbeitungsfrei oder nachbearbeitungsarm mittels Pulverpressen erzeugbar. Dies bedarf jedoch einer spezifischen Gestaltung einer Vorrichtung bzw. eines spezifischen Verfahrens zur Herstellung des Presslings.
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Der Pressling 10 dient vorrangig als Veranschaulichungsbeispiel für eine große Vielzahl und Vielfalt weiterer Presslinge, deren Herstellung gemäß hierin beschriebenen Aspekten erfolgen kann, die die Vorrichtung und/oder das Verfahren betreffen.
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Zumindest vom Grundsatz her kann eine Gestaltung des Presslings 10 auch mittels alternativer Verfahren und Vorrichtungen erfolgen, etwa mittels Spritzgussverfahren oder alternativer Pressverfahren zur Erzeugung von Rohlingen. Gleichwohl weisen diese alternativen Ansätze jeweils spezifische Nachteile auf, die im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zumindest teilweise überwunden werden. Sofern ein zumindest ähnlicher Pressling mittels konventioneller Pressverfahren erzeugt wird, ist eine Nachbearbeitung unabdingbar. Üblicherweise wird mittels Pressen oder Spritzgießen eine Rohkontur gewonnen, die umfangreich bearbeitet werden muss, insbesondere mittels Schleifen.
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Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung erlauben gemäß zumindest einigen Ausführungsformen eine deutliche Reduzierung bzw. sogar Eliminierung einer solchen Nachbearbeitung mittels Schleifen. Mit anderen Worten kann endkonturnah und nachbearbeitungsarm bzw. nachbearbeitungsfrei gefertigt werden.
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In Zusammenschau kann den 3 und 4 ein kartesisches Koordinatensystem X, Y, Z entnommen werden, das zur Veranschaulichung verwendet wird. Eine X-Achse bezeichnet eine Längsachse. Eine Y-Achse bezeichnet eine Querachse. Eine Z-Achse bezeichnet eine Höhenachse. Es versteht sich, dass andere Zuordnungen und Bezeichnungen verwendbar sind. Der Fachmann kann die erforderlichen gedanklichen Transformationen und Zuordnungen ohne weiteres nachvollziehen. Dasselbe gilt auch für Lage- und Richtungsangaben wie oben, unten, seitlich, quer, vorne, hinten und dgl. Auf das Koordinatensystem X, Y, Z wird nachfolgend zu Veranschaulichungszwecken wiederholt Bezug genommen.
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Der Pressling 10 umfasst einen Hauptkörper 12, der sich im Wesentlichen in einer Längsrichtung X erstreckt, vgl. auch 3 und 4. Am jeweiligen Ende des Hauptkörpers 12 ist eine Schneidkante 18 ausgebildet, die eine Schneide 16 definiert. Bei der Schneidkante 18 handelt es sich beispielhaft um eine zumindest abschnittsweise kreisartig gestaltete Schneidkante 18. Werkzeuge mit derartigen Schneidkanten 18 können etwa zur Glanzbearbeitung bzw. zum Glanzdrehen genutzt werden.
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Insbesondere der Darstellung gemäß 4, die eine Draufsicht zeigt, ist entnehmbar, dass die Schneidkanten 18 einen Durchmesser bzw. eine Quererstreckung (in Y-Richtung) aufweisen, die größer als eine Quererstreckung des Hauptkörpers 12 ist. Demgemäß ist zwischen den mit den Schneidkanten 18 versehenen Enden eine Verjüngung oder Einschnürung 14 ausgebildet.
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In grundsätzlich bekannter Weise umfassen die Schneiden 16 neben den Schneidkanten 18 eine Spanfläche 20 sowie eine Freifläche 22, die eine Verjüngung umfasst. Die Schneiden 16 sind in Bezug auf ein Zentrum des Presslings 10 punktsymmetrisch gestaltet. Dies erlaubt in einfacher Weise einen Wechsel zwischen den beiden Schneiden 16 durch eine 180° Rotation des Schneideinsatzes.
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Vorzugsweise ist der Pressling 10 in einer Kavität einer Pressvorrichtung derart orientiert, dass die Z-Achse mit einer Hauptpressrichtung zusammenfällt. Demgemäß müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um den Pressling 10 mit einer möglichst geringen Anzahl an Formteilen und Stempeln im Rahmen einer möglichst endkonturnahen, nachbearbeitungsarmen oder nachbearbeitungsfreien Fertigung entformen zu können.
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Gemäß der Ansichtsorientierung in 4 ist die Hauptpressachse Z senkrecht zur dortigen Darstellung orientiert. Mit anderen Worten würde ein Stempel die in 4 gezeigte Silhouette ”sehen”. Würde man versuchen, auch die Freiflächen 22 der Schneiden 16 mit den in der Hauptpressrichtung Z verfahrbaren Stempeln zu entformen, würde dies zu sehr dünnen Wänden bei den Stempeln führen.
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Ein rein seitliches Entformen, bei dem etwa zwei Schieber vorgesehen sind, die entlang der Y-Richtung verfahrbar sind, würde jeder Schieber etwa die in 3 gezeigte Kontur bzw. Silhouette abbilden. Dies würde jedoch im Bereich der jeweils äußeren Enden (in X-Richtung) der Schneidkanten 18 zu einer Formteilung und somit zu einer Gratbildung führen. Dies ist unerwünscht.
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Daher wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagen, den Pressling 10 durch ein Zusammenspiel aus Frontalformteilen und Querformteilen zu entformen.
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In 3 ist durch mit 24 bezeichnete gestrichelte Linien ein Bereich angedeutet, der seitlich in der Querrichtung Y durch entsprechende Schieber entformbar ist. Zwischen den Linien 24 kann sich ein etwa quaderförmiger oder trapezförmig gestalteter Schieber erstrecken. In den 1 und 3 sind weitere Formteilungen 26, 28 angedeutet. Die Formteilung 28 fällt im Wesentlichen mit den Schneidkanten 18 zusammen. Die Formteilung 26 beschreibt einen Übergang zwischen einer Seitenfläche des Hauptkörpers 12 und einer Erhebung 36 am jeweiligen oberen und unteren Rücken 34 des Hauptkörpers 12.
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In 3 begrenzen die Formteilungen 24 und 26 eine Fläche 30, die durch ein sog. Frontalformteil entformbar ist. Die Fläche 30 ist im Wesentlichen eben gestaltet. Eine mit 32 bezeichnete Fläche kennzeichnet den Bereich, der durch ein sog. Querformteil entformbar ist. Im Wesentlichen fällt die Fläche 32 mit der Freifläche 22 zusammen. Demgemäß beinhaltet die Fläche 32 eine Verjüngung in Z-Richtung.
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Mit 34 ist eine Fläche bezeichnet, die durch die Formteilungen 26, 28 definiert ist und den Bereich beschreibt, der durch einen in der Hauptpressrichtung Z verfahrbaren Stempel entformbar ist. Die Fläche 34 umfasst etwa die Spanfläche 20 inklusive der rückenförmigen Erhebung 36.
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Die rückenförmige Erhebung 36 ist in der Z-Richtung stumpf oder stumpfwinklig gestaltet. Demgemäß kann die Erhebung 36 durch die Geometrie der Stempel geformt werden, ohne dass es zu signifikanten, nachteiligen Wandstärkenreduktionen bei den Stempeln kommt.
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Insbesondere anhand der Formteilungen 24, 26, 28 sowie des durch die Hauptpressachse Z bedingten Pressdichteverlaufs kann zumindest im Rohzustand des Presslings 10 ein Rückschluss auf die Art der Fertigung und der Gestaltung einer zur Fertigung genutzten Matrize erfolgen. Darüber hinaus kann insbesondere anhand der Formteilungen 24, 26, 28 auch im Sinterzustand des Werkstücks ein Rückschluss auf die Art der Fertigung und der Gestaltung einer zur Fertigung genutzten Matrize erfolgen.
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Mit Bezugnahme auf die 5 bis 11 werden beispielhafte Aspekte und Ausgestaltungen einer Vorrichtung sowie eines Verfahrens zur endkonturnahen Erzeugung Hartmetallpresslingen veranschaulicht. Die Vorrichtung ist insgesamt mit 40 bezeichnet. Die Vorrichtung 40 kann etwa Teil einer Pressanlage sein. Insbesondere ist die Vorrichtung 40 beispielhaft dazu ausgebildet, Hartmetallpresslinge auf Basis von Hartmetallpulver zu erzeugen, deren Gestalt der Form des anhand der 1 bis 4 veranschaulichten Presslings 10 zumindest ähnlich ist.
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Die nachfolgenden Figuren zeigen aus Veranschaulichungsgründen vereinfachte Darstellungen des Presslings 10 sowie von Komponenten der Vorrichtung 40. Die Orientierung des Presslings 10 in der Vorrichtung 40 wird durch das Koordinatensystem X, Y, Z veranschaulicht, welches in zumindest einigen der nachfolgend zu beschreibenden Figuren dargestellt ist.
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Die Vorrichtung 40 dient insbesondere zur Verarbeitung von Hartmetallpulver zur Erzeugung von Hartmetallpresslingen für die pulvermetallurgische Herstellung von Schneideinsätzen, Schneideinsätzen etc.
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Die Vorrichtung umfasst ein Bett 42, das Teil eines Gestells sein kann oder zumindest mit diesem gekoppelt ist. Ferner ist eine Matrize 46 vorgesehen, die eine Kavität 48 ausbildet, vgl. auch 6. In 6 ist ferner eine mit 50 bezeichnete (obere) Öffnung der Kavität 48 veranschaulicht.
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Die Matrize 46 umfasst ein erstes Frontalformteil 54 und ein zweites Frontalformteil 56, die beispielhaft in der Querrichtung Y voneinander versetzt am Bett 42 aufgenommen sind. Demgemäß ist das erste Frontalformteil 54 an einer Horizontalführung 58 aufgenommen. Das zweite Frontalformteil 56 ist an einer Horizontalführung 60 aufgenommen. Die Horizontalführungen 58, 60 sind etwa als Profilführungen gestaltet.
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Ferner umfasst die Matrize 46 sog. Querformteile 64, 66. Das anhand der 5 bis 11 veranschaulichte Ausführungsbeispiel weist ein erstes Querformteil 64 und ein zweites Querformteil 66 auf. Das erste Querformteil 64 ist in 5 einer ersten Seite der Vorrichtung 40 zugeordnet, die auch als Oberseite bezeichnet werden kann. Das zweite Querformteil 66 ist einer zweiten Seite der Vorrichtung 40 zugeordnet, die auch als Unterseite bezeichnet werden kann. Die Querformteile 64, 66 sind in der Vertikalrichtung entlang der Vertikalachse Z voneinander versetzt.
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Zur Bewegung des ersten Querformteils 64 ist eine Vertikalführung 68 vorgesehen. Zur Bewegung des zweiten Querformteils 66 ist eine Vertikalführung 70 vorgesehen. Über die Vertikalführungen 68, 70 sind die Querformteile 64, 66 mit dem Bett 42 gekoppelt.
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Gemeinsam definieren die Frontalformteile 54, 56 und die Querformteile 64, 66 Teile der Matrize 46, die beim Pressvorgang selbst nicht aktiv bewegt werden. Die Formteile 54, 56, 64, 66 werden zum Entformen des Presslings 10 geöffnet. Durch Öffnungen 50 in der (geschlossenen) Kavität 48, die durch die Formteile 54, 56, 64, 66 gebildet ist, können Stempel 74, 76 zum Verdichten einfahren. In dem anhand der 5 bis 11 veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 40 wird die Kavität 48 ausschließlich durch grundsätzlich bewegliche Teile gebildet. Dies schließt jedoch nicht aus, dass in anderen Ausführungsbeispielen Formgebungsabschnitte der Kavität 48 durch gestellfest mit dem Bett 42 gekoppelte Formteile gebildet werden.
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Die Vorrichtung 40 umfasst Stempel 74, 76, die einer Stempelgruppe oder Stempeleinheit 82 zugeordnet sind. Der erste Stempel 74 kann auch als Oberstempel bezeichnet werden. Der zweite Stempel 76 kann auch als Unterstempel bezeichnet werden. Demgemäß ist der erste Stempel 74 einer Oberseite der Vorrichtung 40 bzw. der Matrize 46 zugeordnet. Der zweite Stempel 76 ist einer Unterseite der Vorrichtung 40 bzw. der Matrize 46 zugeordnet. Beim Hartmetallpressen von Sinterrohlingen werden üblicherweise zwei Stempel 74, 76 verwendet, die einander gegenüberliegend in der Höhenrichtung oder Vertikalrichtung Z voneinander versetzt angeordnet und aufeinander zuführbar sind, um das in der Kavität 48 aufgenommene Hartmetallpulver zu verdichten und in Form zu bringen.
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Für die Bewegung des ersten Stempels 74 ist eine erste Vertikalführung 78 vorgesehen. Zur Bewegung des zweiten Stempels 76 ist eine zweite Vertikalführung 80 vorgesehen. Die Vertikalführung 80 des Stempels 74 ist zumindest gemäß einigen Ausführungsbeispielen mittelbar oder unmittelbar mit dem ersten Querformteil 64 gekoppelt. Die Vertikalführung 80 des zweiten Stempels 76 ist beispielhaft mittelbar oder unmittelbar mit dem zweiten Querformteil 66 gekoppelt.
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Die Horizontalführungen 58, 60 für die Frontalformteile 54, 56 umfassen ein Führungsprofil 88, das auch als Führungsbasis bezeichnet werden kann. An den Frontalformteilen 54, 56 ist ein entsprechendes Gegenprofil ausgebildet.
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Die Vertikalführungen 68, 70 für die Querformteile 64, 66 umfassen gleichermaßen ein Führungsprofil 90, das am Bett 42 ausgebildet ist. Über ein entsprechendes Gegenprofil können die Querformteile 64, 66 das Führungsprofil 90 kontaktieren.
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Die Vertikalführungen 78, 80 für die Stempel 74, 76 der Stempeleinheit 82 umfassen beispielhaft Führungsprofile 92 und 94. Zumindest gemäß dem anhand der 5 bis 11 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Führungsprofile 92, 94 der Vertikalführungen 78, 80 nicht direkt am Maschinenbett 42 ausgebildet bzw. fest mit diesem gekoppelt. Stattdessen sind die Führungsprofile 92, 94 mittelbar oder unmittelbar den Querformteilen 64, 66 zugeordnet bzw. mit diesen gekoppelt. Mit anderen Worten können die Querformteile 64, 66 die Führung der Stempel 74, 76 für die Bewegung in der Z-Richtung gewährleisten, oder zumindest Teil einer solchen Führung sein. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass die Querformteile 64, 66 und die Stempel 74, 76 parallel zueinander in der Z-Richtung bewegbar sind.
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In 5 sind Zuführrichtungen bzw. Bewegungsrichtungen der Formteile 54, 56, 64, 66 sowie der Stempel 74, 76 durch Doppelpfeile angedeutet. Die Zuführrichtung des Frontalformteils 54 ist mit 100 bezeichnet. Die Zuführrichtung des Frontalformteils 56 ist mit 102 bezeichnet. Die Zuführrichtung des Querformteils 64 ist mit 104 bezeichnet. Die Zuführrichtung des Querformteils 66 ist mit 106 bezeichnet. Die Zuführrichtung des Stempels 74 ist mit 108 bezeichnet. Die Zuführrichtung des Stempels 76 ist mit 110 bezeichnet.
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Die Frontalformteile 54, 56 sind entlang einer Horizontalebene zuführbar, die durch die Achsen X, Y definiert ist. Die Querformteile 64, 66 sind entlang einer Vertikalebene zuführbar, die parallel zur Z-Achse orientiert ist bzw. mit der Z-Achse zusammenfällt. Mit anderen Worten sind die Frontalformteile 54, 56 seitlich zuführbar. Die Querformteile 64, 66 sind vertikal (von oben bzw. von unten) zuführbar. Die Stempel 74, 76 sind ebenso vertikal (von oben bzw. von unten) zuführbar. Das erste Querformteil 64 und der erste Stempel 74 weisen parallele Zuführrichtungen 104, 108 auf. Das zweite Querformteil 66 und der zweite Stempel 76 weisen parallele Zuführrichtungen 106, 110 auf. Die Zuführrichtungen 104, 106, 108, 110 sind parallel zueinander. Die Zuführrichtungen 100, 102 sind parallel zueinander und beispielhaft etwa senkrecht zu den übrigen Zuführrichtungen 104, 106, 108, 110 orientiert. Bei Verwendung mehrerer Frontalformteile können weitere (seitliche) Zuführrichtungen gegeben sein, die nicht zwingend parallel zu allen anderen (seitliche) Zuführrichtungen sein müssen.
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Am ersten Frontalformteil 54 ist ein frontaler Formgebungsabschnitt 116 ausgebildet. Am zweiten Frontalformteil 56 ist ein frontaler Formgebungsabschnitt 118 ausgebildet. Am ersten Querformteil 64 ist ein seitlicher Formgebungsabschnitt 120 ausgebildet. Am zweiten Querformteil 66 ist ein seitlicher Formgebungsabschnitt 122 ausgebildet. Am ersten Stempel 74 ist ein frontaler Formgebungsabschnitt 124 ausgebildet. Am zweiten Stempel 76 ist ein frontaler Formgebungsabschnitt 126 ausgebildet.
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Im Sinne dieser Offenbarung ist unter einem frontalen Formgebungsabschnitt ein Abschnitt des jeweiligen Formteils zu verstehen, der die Kavität 48 bzw. die Form des zu erzeugenden Presslings 10 definiert und der sich im Wesentlichen quer bzw. senkrecht zur Zuführrichtung des genutzten Formteils erstreckt. Hingegen ist unter einem seitlichen Formgebungsabschnitt ein Abschnitt des Formteils zu verstehen, der die Kavität 48 bzw. die Form des zu erzeugenden Presslings 10 definiert und sich etwa parallel oder leicht geneigt zur jeweiligen Zuführrichtung des Formteils erstreckt.
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Gemeinsam definieren die Formgebungsabschnitte 116, 118, 120, 122, 124, 126 die Gestalt des zu erzeugenden Presslings 10, die sich aus der Gestaltung der Kavität 48 ergibt. Zur Veranschaulichung der Kavität 48 wird ferner ergänzend auf die Detailansichten in den 11 und 13 verwiesen.
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Die Frontalformteile 54, 56 sind seitlich zuführbar, vgl. die Zuführrichtungen 100, 102. Die Formgebungsabschnitte 116, 118 der Frontalformteile 54, 56 bilden seitliche Abschnitte der Kavität 48 und des zu formenden Presslings 10. Insbesondere kann mit den Formgebungsabschnitten 116, 118 die seitliche Fläche 30 des Presslings 10 erzeugt werden, vgl. auch die 1 bis 4.
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Auch die Stempel 74, 76 sind mit ”frontalen” Formgebungsabschnitten 122, 124 versehen, mit denen die jeweilige Fläche 34 (vgl. 1 bis 4) des Presslings 10 gebildet wird, die beispielhaft an der Oberseite und Unterseite des zu fertigenden Presslings 10 ausgebildet ist. Somit sind die durch die ”frontalen” Formgebungsabschnitte 116, 118 sowie 122, 124 zu bildenden Flächen 30, 34 im Wesentlichen senkrecht bzw. allenfalls nur leicht geneigt zu den Zuführrichtungen 100, 102 sowie 108, 110 ausgebildet.
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Bei den Querformteilen 64, 66, die entlang der Zuführrichtungen 104, 106 zuführbar sind, kann es sich deutlich anders verhalten. Die ”seitlichen” Formgebungsabschnitte 120, 122 definieren Abschnitte bzw. Flächen 32 des zu bildenden Presslings 10. Die Flächen 32 können auch als seitliche Flächen aufgefasst werden, da sie sich im Wesentlichen senkrecht oder leicht geneigt zu einer Horizontalebene erstrecken, die durch die Achsen X, Y gebildet wird. Jedoch sind die Zuführrichtungen 106, 108 der Stempel 74, 76 parallel zur Z-Achse. Mit anderen Worten werden die Querformteile 64, 66 vertikal zugeführt, etwa von oben oder von unten, obgleich sie eben ”seitliche” Abschnitte oder Flächen 32 des Presslings 10 ausbilden. Zuführrichtung und Wirkrichtung des Formgebungsabschnitts sind etwa quer zueinander orientiert.
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Dies erlaubt ein vertikales, gegensinniges Entformen der Flächen 32, die etwa die Freiflächen 22 der Schneiden 16 definieren. Ein seitliches Entformen (entlang der X-Richtung) ist nicht möglich, da in diesem Fall die Einschnürung 14 des Hauptkörpers 12 einen hinterschnittigen Bereich darstellt. Ein seitliches Entformen in der Y-Richtung wäre nachteilig, da dann eine Formteilung quer bzw. senkrecht zum Verlauf der Schneidkante 18 erforderlich wäre.
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Das Zusammenwirken der Formgebungsabschnitte 116, 118, 120, 122, 124 kann insbesondere der vergrößerten Darstellung in 11 entnommen werden, wobei die Kavität 48 dort nicht vollständig geschlossen gezeigt ist, und wobei dort aufgrund der geschnittenen Darstellung der Formgebungsabschnitt 122 des Querformteils 66 nicht gezeigt ist.
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Mit Bezugnahme auf die 5 bis 11 wird ein beispielhafter Fertigungsablauf zur Erzeugung des Presslings 10 veranschaulicht. Ausgehend von einer geöffneten Stellung, bei der die Frontalformteile 54, 56, die Querformteile 64, 66 und die Stempel 74, 76 zumindest ein Stück weit ausgehend von einer geschlossenen Stellung ausgefahren sind, erfolgt ein zumindest teilweises Schließen der Kavität, vgl. insbesondere 6.
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6 veranschaulicht eine Füllkonfiguration, bei der sich zumindest die Frontalformteile 54, 56 und die Querformteile 64, 66 in der geschlossenen Stellung befinden. Mit anderen Worten ist bereits eine Kavität 48 definiert, die mit einem Hartmetallpulver befüllbar ist. Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung 40 eine Fülleinheit 132 auf, die einen Füllschuh 134 umfasst. Vorzugsweise ist der Füllschuh 134 einer Oberseite der Matrize 46 zuführbar, um die Kavität 48 zu befüllen, vgl. auch 6 und 7. Eine Zuführrichtung des Füllschuhs 134 ist in 7 mit 136 bezeichnet. Der Füllschuh 134 ist entlang einer Horizontalebene zuführbar, die durch die X-Achse und die Y-Achse definiert ist.
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Der Füllschuh 134 wird beispielhaft über der Öffnung 50 platziert, durch die der (obere) Stempel 74 einfahren kann. Demgemäß ist zumindest der Stempel 74 der Stempel 182 in der Füllkonfiguration von der Matrize 46 beabstandet. Dies ist in den 6 und 7 anschaulich gezeigt.
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Auch das (obere) Querformteil 64 weist eine entsprechende Aussparung auf, so dass der Füllschuh 134 der Kavität 48 zugeführt werden kann. Üblicherweise erfolgt das Befüllen der Kavität 48 mit dem Hartmetallpulver schwerkraftunterstützt.
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In vorteilhafter Weise ist der Stempel 74 an einem Führungsausleger 138, insbesondere an dessen Führungsprofil 92 (vgl. 5) geführt, um genügend Platz für den Füllschuh 134 schaffen zu können. Die Kopplung der Führungen des Stempels 74 und des Querformteils 64 schafft die erforderliche Zugänglichkeit für den Füllschuh 134.
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Gleichermaßen kann auch bei dem (unteren) Querformteil 66 ein Führungsausleger 140 ausgebildet sein, an dem der (untere) Stempel 76 über ein korrespondierendes Führungsprofil 92 geführt wird.
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Die weiteren Führungsprofile 94 der Querformteile 64, 66 (vgl. wiederum 5) sind den seitlichen Formgebungsabschnitten 120, 122 benachbart angeordnet.
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8 zeigt einen geschlossenen Presszustand, in dem auch die Stempel 74, 76 in die Matrize 46 eingefahren sind, um das sich dort befindliche Hartmetallpulver unter Druck zu setzen. Nunmehr sind die Stempel 74, 76 jeweils sowohl mit dem Führungsprofil 92 am Führungsausleger 138, 140 als auch mit dem Führungsprofil 94, das dem Formgebungsabschnitt 120, 122 benachbart ist, gekoppelt. Demgemäß kann insbesondere während des Pressvorgangs eine präzise Führung und Krafteinleitung erfolgen.
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9 veranschaulicht in einer teilweise geschnittenen Darstellung einen Zustand nach dem eigentlichen Pressvorgang, in dem der Pressling 10 ausgebildet ist. In 9 sind aus Veranschaulichungsgründen der Pressling 10 sowie die Stempel 74, 76 nicht geschnitten dargestellt. Die in 9 gezeigte Schnittebene verläuft zentral durch die Matrize 46 sowie parallel zur X-Achse und zur Z-Achse. Ferner sind in 9 die Formteile 56, 64, 66 sowie die Stempel 74, 76 teilweise ausgerückt dargestellt. Der Pressling 10, der eine der Gestaltung gemäß den 1 bis 4 grundsätzlich ähnliche Form aufweist, kann entformt bzw. entnommen werden.
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In 9 sind aus Veranschaulichungsgründen der Pressling 10 sowie die Stempel 74, 76 nicht geschnitten dargestellt. Die in 9 gezeigte Schnittebene verläuft zentral durch die Matrize sowie parallel zur X-Achse und zur Z-Achse.
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10 zeigt eine analoge perspektivische teilweise geschnittene Darstellung der Vorrichtung 40 nach dem Pressvorgang, wobei die Schnittebene in 10 parallel zur Y-Achse sowie parallel zur Z-Achse verläuft. Wiederum sind die Formteile 54, 56, 64 sowie die Stempel 74, 76 teilweise ausgerückt gezeigt. 11 veranschaulicht eine Detaildarstellung der Gestaltung gemäß 10. Das Zusammenwirken der Formgebungsabschnitte 116, 118, 120, 122, 124, 126 kann einer Zusammenschau der 9 bis 11 entnommen werden. Ergänzend wird auf die weitere Schnittdarstellung gemäß 12 sowie die zugehörige Detaildarstellung gemäß 13 verwiesen.
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12 zeigt eine weitere perspektivische teilweise geschnittene Darstellung einer mit 40 bezeichneten Vorrichtung, deren Gestaltung grundsätzlich der Gestaltung der anhand der 9 gezeigten Vorrichtung 40 ähnlich ist.
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Eine Weiterbildung kann darin bestehen, am Bett 42 Anschlagflächen 144, 146 auszubilden, die auch als Fasen bezeichnet werden können. Aus der Schnittdarstellung in 12 wird ersichtlich, dass an den Querformteilen 64, 66 entsprechende Gegenflächen ausgebildet sind. Auf diese Weise kann sich eine hochgenaue Positionierung und Ausrichtung der Querformteile 64, 66 in Bezug auf das Bett 42 ergeben. Dies resultiert in einer hochgenau definierten Kavität.
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In der ergänzenden Detaildarstellung gemäß 13 ist aus Veranschaulichungsgründen der Pressling 10 nicht dargestellt. Ferner sind in 13 die Formteile 64, 66 sowie 56 in der geschlossenen Stellung gezeigt. Auch die Stempel 74, 76 sind in der eingefahrenen, geschlossenen Stellung gezeigt. Auf diese Weise wird die Kavität 48 veranschaulicht, die ein Negativ des Presslings 10 darstellt.
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14 zeigt eine schematische, stark vereinfachte teilweise geschnittene Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung 40. In 14 verläuft die Schnittebene etwa parallel zur X-Achse und zur Y-Achse zentral durch die Kavität 48. Demgemäß sind die Frontalformteile 54, 56 und die Querformteile 64, 66 geschnitten dargestellt.
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Ferner veranschaulicht 14 eine mit 150 bezeichnete Arretiereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, seitliche Kräfte oder Drücke beim Pressvorgang aufzunehmen. Mit anderen Worten dient die Arretiereinrichtung 150 zur Fixierung bzw. Verriegelung der Frontalformteile 54, 56 sowie der Querformteile 64, 66 in der geschlossenen Stellung, um die Kavität 48 hochgenau zu bilden.
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Beispielhaft kann die Arretiereinrichtung 150 zumindest einen Halter 152, 154 umfassen. Die Arretiereinrichtung 150 kann die Formteile 54, 56, 64, 66 formschlüssig, kraftschlüssig oder in anderer Weise zumindest während des Pressvorgangs abstützen und fixieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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