DE10234000A1

DE10234000A1 - Werkzeug, insbesondere Extrusions- oder Kalibrierwerkzeug

Info

Publication number: DE10234000A1
Application number: DE10234000A
Authority: DE
Inventors: Peter Schramm; Ludwig Mühlbauer
Original assignee: Friatec AG
Current assignee: Friatec De GmbH
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-26
Also published as: DE10234000B4

Abstract

Ein Werkzeug, insbesondere Extrusions- oder Kalibrierwerkzeug, mit welchem ein Werkstück aus einer bevorzugt thermoplastischen Extrusionsmasse herstellbar ist, enthält eine Wandung (10), an welcher die Extrusionsmasse bevorzugt unter Druck vorbeibewegbar ist. Das Werkzeug soll dahingehend weitergebildet werden, dass die Abnutzung deutlich reduziert wird und somit die Standzeit bzw. die Intervalle für den Einsatz eines neuen Werkzeuges verlängert werden. Es wird vorgeschlagen, dass das Werkzeug zumindest im Bereich der genannten Wandung (10) einen verschleißfesten Sinterwerkstoff enthält, welcher eine wesentlich größere Härte als Stahl aufweist, und/oder dass die Härte nach Vickers bevorzugt größer als 20 GPa ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug, insbesondere Extrusions- oder Kalibrierwerkzeug, gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Bisher werden Extrusionswerkzeuge und Kalibrierungen überwiegend aus Messing- oder Stahllegierungen hergestellt, wobei eine wirtschaftliche Herstellung derartiger Werkzeuge, Werkzeugscheiben oder Kalibrierelemente zur Herstellung komplexer technischer Profile mittels Drahterosion erreicht wird. Die abrasive Wirkung der Extrusionsmasse führt im Laufe der Nutzungsdauer zu einer Abnutzung der mit der Extrusionsmasse in Berührung stehenden Wandungen. Hierdurch werden die hergestellten Wanddicken der technischen Profile infolge des Verschleißes des Werkzeugs immer dicker. Betriebswirtschaftlich ergibt sich in der Folge ein Break Even, welcher den Austausch gegen ein neues Werkzeug (Folgewerkzeug) erforderlich macht, zumal der weitere Betrieb des abgenutzten Werkzeuges, je nach Rohstoffkosten, durch erhöhte Metergewichte unwirtschaftlich würde. Zudem werden kritische Funktionsmaße und sonstige Qualitäts kriterien, wie beispielsweise die Oberflächenplanität oder Glanzgrad am Profil infolge der Abnutzung in nachteiliger Weise beeinflusst.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Abnutzung der Extrusions- und Kalibrierwerkzeuge deutlich zu reduzieren und somit die Standzeit bzw. die Intervalle für den Einsatz eines neuen Werkzeuges zu verlängern, wobei ferner die Toleranzen und die Maßhaltigkeit dauerhaft verbessert werden sollen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.
Das erfindungsgemäße Werkzeug weist einen hohen Verschleißwiderstand auf und hat sich für tribotechnische Aufgabenstellungen als besonders günstig erwiesen. Zumindest der mit der Extrusionsmasse in Berührung gelangende Wandungsbereich enthält einen verschleißfesten Sinterwerkstoff, welcher eine wesentliche größere Härte als Stahl aufweist, wobei die Vickers-Härte bevorzugt größer als 20 GPa ist und insbesondere im Bereich zwischen 20 bis 26 GPa liegt. Als besonders vorteilhaft hat sich als verschleißfester Sinterwerkstoff Siliziumcarbid SiSiC erwiesen, insbesondere mit einem Anteil freien Siliziums im Bereich zwischen 5 bis 15%. Dieser Sinterwerkstoff ist zweckmäßig derart ausgewählt, dass die Herstellung bzw. Bearbeitung des Werkzeugs und/oder der genannten Werkzeuge mittels herkömmlicher Draht-Erodier-Maschinen erfolgen kann. Ferner können als Sinterwerkstoff Oxydkeramiken, wie bevorzugt Aluminiumoxyd Al₂O₃ oder die unter der Firmenbezeichnung FZT der Anmelderin vertriebene Oxydkeramik aus im wesentlichen 90% Al₂O₃ und im wesentlichen 10% ZrO₂ oder Mischungen hieraus erwiesen. Derartige Oxydkeramiken ermöglichen eine mechanische Bearbeitung, wobei eine Weiterbearbeitung mittels Schleifen und Polieren, insbesondere durch diamantbesetzte Schleif- und Polierkörper durchführbar ist. Das verbindungsgemäß Werkzeug gelangt in bevorzugter Weise als Extrusionsdüse in Extrusions- oder Hohlkammer-Extrusionsanlagen oder Kalibriersystemen zur Herstellung von technischen Profilen aus thermoplastischem Kunststoff, insbesondere plattenförmigen Schaumprodukten, Kunststofffolien oder dergleichen, zum Einsatz.
In besonders zweckmäßiger Weise ist der verschleißfeste Sinterwerkstoff dahingehend ausgewählt, dass eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit gegen Säure gegeben ist, wobei im Falle von HCl 36%ig oder HNO₃ 65%ig oder H₂SO₄, 96%ig oder HP₃O₄ 85%ig bei einer Temperatur von 90°C während einer Zeit von 100 stunden keine Veränderung feststellbar ist. Ein weiterer wesentlicher Parameter für den erfindungsgemäß zum Einsatz gelangenden Sinterwerkstoff ist dessen Wärmeleitfähigkeit, welche bevorzugt im Bereich zwischen 100 bis 150 W/mK, insbesondere im Bereich zwischen 110 bis 130 W/mK, vorgegeben ist.
Der verschleißfeste Sinterwerkstoff besitzt bevorzugt eine Druckfestigkeit im Bereich zwischen 2.500 bis 3.800 MPa, vorzugsweise im Bereich zwischen 2.700 bis 3.600 MPa und insbesondere im Bereich zwischen 3.000 bis 3.500 MPa. Zusätzlich oder alternativ ist der verschleißfeste Sinterwerkstoff dahingehend ausgewählt, dass er ein feinkörniges Gefüge aufweist. Die mittlere Korngröße oder der Korngrößenschwerpunkt liegt bevorzugt im Bereich zwischen 3 bis 12 μm, insbesondere im Bereich zwischen 5 bis 10 μm.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass insoweit eine Beschränkung erfolgt. Es zeigen in schematischer Darstellung:
1 Einen axialen Schnitt durch eine Extrusionsdüse,
2 einen axialen Schnitt durch ein Kalibrierwerkzeug,
3 einen axialen Schnitt durch einen Teileeinsatz.
1 zeigt, das als Extrusionsdüse ausgebildete Werkzeug mit einem Werkzeugkörper 2 zur Aufnahme und Halterung von mehreren Einsätzen 4–7. Diese Einsätze 4–7 sind entsprechend der Formgebung des herzustellenden technischen Profils ausgebildet und angeordnet, wobei die Profilkontur entsprechend dem Freiraum oder der Öffnung 8 der Extrusionsdüse vorgegeben ist. In bekannter Weise wird die Extrusionsmasse durch die vorgegebene Öffnung 8 gepresst und an der jeweiligen Wandung der genannten Einsätze vorbei bewegt. Die Einsätze 4–7 bestehen bei der hier dargestellten Ausführungsform aus dem verschleißfesten Sinterwerkstoff, doch genügt grundsätzlich zumindest im Bereich der Wandung bzw. Wandungen 10, den verschleißfesten Sinterwerkstoff als eine Schicht vorzusehen. Als Sinterwerkstoff gelangt vorzugsweise Siliziumcarbid, SiSiC mit einem Anteil von insbesondere 5 bis 15% freiem Silizium, zum Einsatz, wobei mittels eines Draht-Erodierverfahrens die Bearbeitung der Einsätze 4–7 zur Erzeugung der erforderlichen Geometrie der Wandung 10 erfolgt. Des weiteren kann im Rahmen der Erfindung als Sinterwerkstoff Oxydkeramik, wie insbesondere Aluminiumoxyd, vorgesehen sein, welches durch mechanische Bearbeitung, insbesondere der Teileinsätze 5, 6, 7, zum Einsatz gelangt, wobei die Weiterbearbeitung bzw. die Bearbeitung der Wandungen in zweckmäßiger Weise mittels Schleifen und Polieren bei Einsatz von diamantbesetzten Schleif- und Polierkörpern erfolgt ist.
2 zeigt ein Kalibrierwerkzeug mit einem zweigeteilten Werkzeugkörper 2, 3 mit einem einzigen Einsatz 4. Mit einem derartigen Kalibrierwerkzeug wird das mittels der Extrusionsdüse gemäß 1 gefertigte technische Profil auf die geforderte exakte Außenkontur kalibriert. Wie dargestellt, besteht der Einsatz 4 insgesamt aus dem verschleißfesten Sinterwerkstoff. Ferner kann im Rahmen der Erfindung auch nur ein Teilbereich der Wandung 10, wie mit gestrichelten Linien 12 angedeutet, aus dem Sinterwerkstoff bestehen bzw. als eine Schicht aus dem Sinterwerkstoff ausgebildet sein. Die Dicke ist vorteilhaft im Bereich zwischen 0,1 bis 15 mm vorgegeben.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines technischen Hohlprofils, wobei der Werkzeugkörper 2 eine Anzahl von Teileinsätzen 14–17 aus dem verschleißfesten Sinterwerkstoff enthält. Diese Teileinsätze 14–17 sind in geeigneter Weise im Werkzeugkörper fixiert und/oder mit diesem verbunden. Die der Öffnung 8 zugewandte Wandung der Teileinsätze und auch der übrigen Einsätze sind – wie oben bereits erläutert – insbesondere mittels Schleifen und Polieren exakt bearbeitet, und zwar entsprechend der geforderten Geometrie des mit dem Werkzeug herzustellenden und/oder zu bearbeitenden technischen Profils.

2: Werkzeugkörper
4–7: Einsatz
8: Freiraum/Öffnung
10: Wandung
12: Teilbereich/Schicht
14–17: Teileinsatz

Claims

Werkzeug, insbesondere Extrusions- oder Kalibrierwerkzeug, mit welchem ein Werkstück aus einer bevorzugt thermoplastischen Extrusionsmasse herstellbar ist, enthaltend eine Wandung, an welcher die Extrusionsmasse bevorzugt unter Druck vorbei bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug zumindest im Bereich der genannten Wandung (10) einen verschleißfesten Sinterwerkstoff enthält, welcher eine wesentlich größere Härte als Stahl aufweist, und/oder dass die Härte nach Vickers bevorzugt größer als 20 GPa ist.
Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte nach Vickers im Bereich zwischen 20 bis 26 GPa, bevorzugt zwischen 22 bis 25 GPa vorgegeben ist.
Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterwerkstoff eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber Säuren aufweist, und/oder dass bei Einwirkung von HCl 36%ig oder HNO₃ 65%ig oder H₂SO₄ 96%ig oder HP₃O₄ 85%ig, jeweils bei einer Temperatur von 90°C während einer Zeitdauer von 100 Stunden keine Veränderung erfolgt.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte des verschleißfesten Sinterwerkstoffs derart vorgegeben ist und/oder dass ein derartiger verschleißfester Sinterwerkstoff ausgewählt ist, dass die Bearbeitung der Wandung (10) oder einer die Wandung (10) aufweisenden Öffnung (8) des Werkzeugs mittels des Draht-Erosionsverfahren durchführbar ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterwerkstoff eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 100 bis 150 W/mK, insbesondere von 110 bis 130 W/mK, aufweist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der verschleißfeste Sinterwerkstoff in Richtung der Wärmeabfuhr eine derart vorgegebene Dicke aufweist, dass insbesondere bei Ausbildung als Kalibrierwerkzeug die erforderliche Wärmeabfuhr sicher gestellt wird und/oder dass die Dicke im Bereich zwischen 0,1 bis 15 mm vorgegeben ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der verschleißfeste Sinterwerkstoff als Kompletteinsatz ausgebildet ist, wobei die Extrusionsgeometrie und/oder die Öffnung (8) durch Drahterosion herausgearbeitet ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der verschleißfeste Sinterwerkstoff aus einer Anzahl von Einsätzen (4–7) zusammengesetzt und in den Werkzeugkörper (2) montiert ist, wobei die Extrusionsform oder Öffnung (8) durch Formgebung vor dem Brennen des verschleißfesten Sinterwerkstoffes oder nach dem Brennen desselben durch anschließende Nachbearbeitung herausgearbeitet ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterwerkstoff eine mittlere Korngröße oder einen Korngrößenschwerpunkt im Bereich zwischen 3 bis 12 μm, insbesondere zwischen 5 bis 10 μm, aufweist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterwerkstoff eine Druckfestigkeit im Bereich zwischen 2.500 bis 3.800 MPa, bevorzugt im Bereich zwischen 2.700 bis 3.600 MPa und insbesondere im Bereich zwischen 3.000 bis 3.500 MPa aufweist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterwerkstoff eine offene Porosität von zumindest näherungsweise 0 % besitzt.