DE1228488B

DE1228488B - Process for the electroforming production of objects with high dimensional accuracy, wear resistance and hardness

Info

Publication number: DE1228488B
Application number: DEP20663A
Authority: DE
Inventors: Alfred Emil Patrick Grazen
Original assignee: Platecraft of America Inc
Current assignee: Platecraft of America Inc
Priority date: 1957-07-19
Filing date: 1958-05-09
Publication date: 1966-11-10
Also published as: FR1209965A; GB860290A; DE1204491B; FR1205648A; GB860291A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ^TtiS^ PATENTAMTFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY GERMAN ^ TtiS ^ PATENT OFFICE Int.CL:Int.CL:

C23bC23b

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Deutsche Kl.: 48 a-7/00German class: 48 a-7/00

Nummer: 1228 488 Number: 1228 488

Aktenzeichen: P 20663 VI b/48 aFile number: P 20663 VI b / 48 a

Anmeldetag: 9. Mai 1958 Filing date: May 9, 1958

Auslegetag: 10. November 1966Opening day: November 10, 1966

Bekanntlich werden gegenwärtig Prüflehren, z. B. für Schraubengewinde, aus gehärtetem Metall hergestellt, das nachträglich auf Mikrometergenauigkeit geschliffen oder geläppt wird. Derartige Lehren sind wegen der Ungenauigkeiten, die durch Verschleiß beim Gebrauch entstehen, im allgemeinen mit Mitteln zur Einstellung versehen. Solche Lehren sind aber sehr teuer und besitzen, selbst wenn für den Verschleiß eine Nachstellmöglichkeit vorgesehen ist, nach der Nachstellung eine unrunde Form.As is well known, test gauges, z. B. for screw threads, made of hardened metal, that is subsequently ground or lapped to micrometer accuracy. Such teachings are generally by means of inaccuracies caused by wear and tear in use provided for setting. However, such gauges are very expensive and possess, even if for wear and tear an adjustment option is provided, after the adjustment a non-round shape.

Es ist bekannt, Formteile von hoher Genauigkeit auf galvanoplastischem Wege herzustellen, indem zunächst von dem Modell eine Matrize hergestellt wird, auf der ein Metall elektrolytisch abgeschieden wird. Nach dem Entfernen der Matrize durch Wegschmelzen oder chemisches Auflösen stellt der elektrolytisch geformte Teil ein genaues Doppel des Modells dar (vgl. H. R. C laus er, Chemisches Zentralblatt, 1948, I, S. 1154). Derart hergestellte Formteile weisen aber den gleichen Nachteil auf wie die obenerwähnten Prüflehren, da auch sie beim Gebrauch einen Verschleiß erleiden.It is known to produce molded parts of high accuracy by electroforming First of all, a die is produced from the model, on which a metal is electrolytically deposited will. After removing the die by melting it away or chemically dissolving it, the electrolytic restores formed part represents an exact duplicate of the model (cf. H. R. C lauser, Chemisches Zentralblatt, 1948, I, p. 1154). Moldings produced in this way, however, have the same disadvantage as the above-mentioned test gauges, since they too suffer wear and tear during use.

Aus der deutschen Patentschrift 957 677 ist ein Verfahren zur Herstellung von selbstschmierenden metallischen Gleitschichten auf der Gleitfläche von Gleitkörpern durch Elektrolyse unter Verwendung bekannter pulverförmiger Schmiermittel, wie Graphit und Molybdänsulfid, bekannt, bei dem die pulverförmigen Schmiermittel in dem Elektrolyt fein verteilt und zusammen mit dem die Gleitschicht bildenden Metall auf der Gleitfläche niedergeschlagen werden, wobei der Elektrolyt vorzugsweise in Bewegung gehalten wird.From the German patent specification 957 677 is a method for the production of self-lubricating metallic sliding layers on the sliding surface of sliding bodies by using electrolysis known powdered lubricants, such as graphite and molybdenum sulfide, known, in which the powdery Lubricant finely distributed in the electrolyte and together with that forming the sliding layer Metal can be deposited on the sliding surface, with the electrolyte preferably in motion is held.

Die deutsche Patentschrift 972 056 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer nicht zum Schleifen bestimmten Schicht auf Werkzeugen, vor allem für Meß, Tast- und Kontrollzwecke, oder auf anderen auf Abrieb beanspruchten Flächen, welches darin besteht, daß Diamantstaub galvanisch nur bis zu ^r' einer gewissen Höhe gebunden wird und die Lücken zwischen den freien Diamantspitzen mit einem harten Werkstoff, z. B. durch Aufdampfen, ausgefüllt werden, woran notfalls noch ein Abstumpfungsverfahren angeschlossen wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird also auf ein bereits hergestelltes Werkzeug auf galvanischem Wege eine Hartstoffteilchen enthaltende Schicht aufgebracht; es ist aber nicht möglich, auf diese Weise verschleißfeste Prüflehren oder Gesenkteile von vornherein maßgenau ".-herzustellen, so daß sie nicht mehr abgeschliffen zu werden brauchen, um sie auf genaues Maß zu bringen.The German patent specification 972 056 describes a method for producing a layer not intended for grinding on tools, especially for measuring, touch and control purposes, or on other surfaces subject to abrasion, which consists in the fact that diamond dust is galvanically only up to ^r 'one Is bound to a certain height and the gaps between the free diamond tips with a hard material, z. B. by vapor deposition, to which, if necessary, a blunting process is connected. In this known method, a layer containing hard material particles is applied to an already produced tool by electroplating; but it is not possible to establish accurately in this way wear-resistant test gauges or die parts from the beginning ".- so that they need not be more ground to bring them to exact measure.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist Verfahren zur galvanoplastischen Herstellung von Gegenständen hoher Maßgenauigkeit,
Verschleißfestigkeit und HärteThe object on which the invention is based is a method for the electroforming production of objects of high dimensional accuracy,
Wear resistance and hardness

Anmelder:Applicant:

Platecraft of America, Inc.,Platecraft of America, Inc.,

Buffalo, N. Y. (V. St. A.)Buffalo, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,Dr.-Ing. W. Abitz, patent attorney,

München 27, Pienzenauer Str. 28Munich 27, Pienzenauer Str. 28

Als Erfinder benannt:
Alfred Emil Patrick Grazen,
Buffalo, N. Y. (V. St. A.)Named as inventor:
Alfred Emil Patrick Grazen,
Buffalo, NY (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 19. Juli 1957 (672 935) ■V. St. v. America July 19, 1957 (672 935) ■

es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, nach dem Gegenstände von hoher Maßgenauigkeit, Verschleißfestigkeit und Härte unmittelbar hergestellt werden können, bei denen zur Erzielung der erforderlichen Maßgenauigkeit kein Nachschleifen der Oberfläche mehr erforderlich ist.it is to provide a method by which objects of high dimensional accuracy, wear resistance and hardness can be produced immediately, in which to achieve the required Dimensional accuracy no more regrinding of the surface is required.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur galvanoplastischen Herstellung von Gegenständen hoher Maßgenauigkeit, Verschleißfestigkeit und Härte, insbesondere Lehren und Gesenkteile, ist dadurch gekennzeichnet, daß zum galvanischen Abscheiden eines Metallüberzuges ein Feststoffteilchen, insbesondere Hartmetalle, Oxyde oder Carbide, enthaltendes Bad verwendet wird.The inventive method for the electroforming production of objects of high Dimensional accuracy, wear resistance and hardness, especially gauges and die parts, are characterized by that for the galvanic deposition of a metal coating, a solid particle, in particular A bath containing hard metals, oxides or carbides is used.

- Nach einer bevorzugten Ausführungsform, der Erfindung wird auf der die Feststoffteilchen enthaltenden Schicht anschließend ein Überzug aus einem spannungsfreien Metall auf galvanischem Wege abgeschieden.- According to a preferred embodiment, the invention is based on the solid particles containing Then layer a coating made of a stress-free metal by electroplating deposited.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Form aus einem Werkstoff von einer Brinellhärte zwischen 75 und 100 hergestellt und nach Beendigung der elektrolytischen Abscheidung mit.Hilfe eines gegenüber den galvanisch abgeschiedenen Schichten indifferenten Lösungsmittels chemisch aufgelöst. ....·..:-.In the method according to the invention, the mold is preferably made of a material from a Brinell hardness between 75 and 100 produced and after completion of the electrodeposition with the aid of a solvent that is inert to the galvanically deposited layers dissolved. .... · ..: -.

609 710/251609 710/251

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen. ':^: ■■ .-.:..'■To further explain the invention, reference is made to the drawing. ^': ■■ ..: ..' ■

F i g. 1 ist eine Seitenansicht einer Normallehre, die ein Negativ des herzustellenden Gegenstandes ist und auf der die den Gegenstand bildenden Schichten galvanisch abgeschieden werden;F i g. Fig. 1 is a side view of a normal gauge, which is a negative of the article to be manufactured and on which the layers forming the article are electrodeposited;

Fig.2 ist ein Schnitt durch eine Gewindelehre, auf die eine widerstandsfähige Schicht aufgebracht worden ist; ■ ■Fig.2 is a section through a thread gauge to which a resistant layer is applied has been; ■ ■

F i g. 3 ist ein Schnitt durch die /Gewindelehre, wobei eine Stützschicht auf der widerstandsfähigen Schicht auf galvanischem Wege abgeschieden worden ist;F i g. 3 is a section through the / thread gauge with a backing layer on top of the tough Layer has been deposited by electroplating;

F ig. 4 ist eine Teilansicht im Schnitt von einer hohlen Normallehre und einer Stützschicht, die im ersten galvanischen Abscheidungsbad mit Zusätzen aufgebracht worden ist;Fig. Fig. 4 is a partial cross-sectional view of a hollow template and support sheet shown in Fig first electrodeposition bath with additives has been applied;

F i"g. 5 ist ein Schnitt durch eine fertige Gewindelehre; Fig. 5 is a section through a finished thread gauge;

F i g. 6 ist ein Schnitt durch die fertige Gewindelehre in vergrößertem Maßstab;F i g. 6 is a section through the finished thread gauge on an enlarged scale;

F i g. 7 ist ein Schnitt durch eine gemäß der Erfindung hergestellte Lehrmutter, undF i g. 7 is a section through a master nut made in accordance with the invention, FIGS

F i g. 8 ist ein Schnitt durch ein nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestelltes Gesenk.F i g. Figure 8 is a section through a die made by the method according to the invention.

Für die Durchführung des Verfahrens muß der Gegenstand, auf dem die galvanische Abscheidung erfolgt, eine glatte, harte Oberfläche haben, um eine genaue Kopie und eine lange Lebensdauer erzielen zu können. Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung eine Gewindelehre 10, eine Lehrmutter 11 und ein Gesenk 12 mit den komplementären Teilen 13 und 14 dargestellt.To carry out the process, the object on which the electrodeposition made to have a smooth, hard surface in order to achieve an exact copy and a long service life to be able to. To explain the invention, a thread gauge 10, a nut 11 is shown in the drawing and a die 12 with complementary parts 13 and 14 is shown.

Zur Herstellung der Gewindelehre 10 wird zuerst eine Normallehre oder ein Gegenstück 15 der Lehre aus einem Werkstoff hergestellt, der nachträglich aus der galvanisch aufgebrachten Schicht ohne Beeinträchtigung der Maßgenauigkeit des Erzeugnisses entfernt wird. Vorzugsweise besteht die Normallehre aus einem' Werkstoff, der sich in . Säuren oder Lösungsmitteln löst, die die galvanisch abgeschiedenen Schichten nicht angreifen, der aber so hart ist, daß er sich mit hoher Maßgenauigkeit auf eine hohe Oberflächengüte bearbeiten läßt und daß er den beim Messen auftretenden mechanischen Beanspruchungen durch Meßdrahte und Meßanschläge Widerstand leisten kann. Der Werkstoff der Normallehre soll eine Brinelihärte zwischen 75 und 100 haben. Für diesen Zweck eignen sich Aluminiumlegierungen. Die Normallehre wird zunächst gereinigt und in einem ersten elektrolytischen Bad bekannter Art galvanisch mit einer Schicht 16 aus Hartmetall, wie Nickel oder Chrom, beschichtet. Zur Erhöhung der Härte und Verschleißfestigkeit der Schicht enthält der Elektrolyt des Bades feste Zusätze 20 in zerkleinerter oder körniger Form, die gleichzeitig mit dem Metall auf der Normallehre abgeschieden werden. Als körnige Stoffe können wasserunlösliche anorganische Salze, Metalloxyde, Metallcarbide, z. B. Aluminiumoxyd, Siliciumdioxydj Eisenoxyd, Wolfram- und Siliciumcarbid, Diamanten und andere Mineralien, keramische Stoffe oder Gemische solcher Stoffe verwendet werden, durch die den Flächen eine hohe Verschleißfestigkeit, Härte und/oder Korrosionsbeständigkeit verliehen wird. Zusätze aus elektrisch leitenden Stoffen dienen zur Erhöhung der Geschwindigkeit der Abscheidung und setzen daher die Kosten des Aufbringens der widerstandsfähigen Schicht herab.To produce the thread gauge 10, a normal gauge or a counterpart 15 of the gauge is first used made of a material that can subsequently be made from the electroplated layer without impairment the dimensional accuracy of the product is removed. The normal teaching is preferred from a 'material that can be found in. Acids or solvents that dissolve the electrodeposited Do not attack layers, which are so hard that they can reach a high level with high dimensional accuracy Surface quality can be processed and that it can withstand the mechanical stresses that occur during measurement can provide resistance through measuring wires and measuring stops. The material of the normal doctrine should be a Have a Brineli hardness between 75 and 100. Aluminum alloys are suitable for this purpose. The normal doctrine is first cleaned and electroplated in a first electrolytic bath of a known type a layer 16 made of hard metal, such as nickel or chromium, coated. To increase the hardness and Wear resistance of the layer contains the electrolyte of the bath solid additives 20 in crushed or granular form, which are deposited on the standard gauge at the same time as the metal. As grainy Substances can be water-insoluble inorganic salts, metal oxides, metal carbides, e.g. B. aluminum oxide, Silicon dioxide, iron oxide, tungsten and silicon carbide, diamonds and other minerals, ceramic Substances or mixtures of such substances are used which give the surfaces a high level of wear resistance, Hardness and / or corrosion resistance is conferred. Additives made of electrically conductive Substances are used to increase the speed of deposition and therefore set the cost of the Applying the resistant layer down.

Nach dem Aufbringen der Schicht 16 wird die Normallehre vorzugsweise in einem zweiten galvanischen Bad mit einer dicken Stützschicht 21 aus einem spannungsfreien Metall versehen.After applying layer 16, the normal gauge preferably in a second electroplating bath with a thick support layer 21 made of one tension-free metal.

Nach dem Aufbringen der Stützschicht 21 auf die widerstandsfähige Schicht 16 werden die Schichten an den Enden des Erzeugnisses durch Bearbeitung weggenommen, so daß die Enden der Normallehre 15 freiliegen. Sodann wird die Normallehre chemischAfter the support layer 21 has been applied to the resistant layer 16, the layers are at the ends of the product removed by machining, so that the ends of the standard gauge 15 exposed. Then the normal doctrine becomes chemical

xo herausgelöst. Es wurde festgestellt, daß die Normallehre mittels Ätznatron oder Salzsäure so herausgelöst werden kann, daß ein Erzeugnis mit einer glatten, maßgenauen und verschleißfesten Innenfläche hinterbleibt. xo detached. It was found that the normal teaching was removed by means of caustic soda or hydrochloric acid can be that a product remains with a smooth, dimensionally accurate and wear-resistant inner surface.

Wie Fig.4 zeigt, kann die Normallehre22 mit einer axialen Ausnehmung 23 versehen werden, und die Enden der Normallehre können durch Masken 24 abgedeckt werden, so daß an diesen Flächen keine Metallabscheidung erfolgt. Fig.4 zeigt außerdem insofern eine Abänderung, als die auf galvanischem Wege aufgebrachte Schicht 25 die widerstandsfähige Schicht der anderen Ausführungsformen und die Stützschicht in sich vereinigt. Dies wird dadurch erreicht, daß die galvanische Abscheidung von Metall mit oder ohne Zusätze im ersten Bad so lange fortgesetzt wird, bis die gewünschte Schichtdicke erreicht ist. Wenn dann die Abscheidung nach dem Aufbringen der widerstandsfähigen Schicht mit Zusätzen fortgesetzt wird, kann eine Materialersparnis erzielt werden.As Figure 4 shows, the standard gauge22 can with an axial recess 23 are provided, and the ends of the standard gauge can by masks 24 are covered so that no metal deposition takes place on these surfaces. 4 also shows A modification insofar as the galvanically applied layer 25 is the more resistant Layer of the other embodiments and the support layer combined. This is because of this achieved that the electrodeposition of metal with or without additives in the first bath for so long is continued until the desired layer thickness is achieved. If then the deposition after the Application of the resistant layer is continued with additives, a material saving be achieved.

Da Lehren sich bei der Handhabung verändern, bringt man vorzugsweise einen Mantel 26 aus Kunststoff od. dgl. auf die Außenfläche 27 der Lehre auf. Zu diesem Zweck wird das Erzeugnis durch Bearbeiten in der Drehbank mit einer glatten Außenfläche versehen. Der Mantel wird dabei so dick gehalten, daß die Lehre gegen ungewöhnliche Ternperaturschwankungen isoliert ist.Since gauges change during handling, it is preferable to bring a jacket 26 made of plastic Od. Like. On the outer surface 27 of the teaching. For this purpose, the product is processed by machining provided with a smooth outer surface in the lathe. The coat becomes so thick held that the teaching is isolated from unusual temperature fluctuations.

Bei der galvanischen Formgebung der in Fig.7 gezeigten Lehrenmutter 11 arbeitet man, wie in Verbindung mit der Gewindelehre beschrieben. Hier ist die widerstandsfähige Schicht mit 30 und die Stützschicht mit 31 bezeichnet. Nach dem Abdrehen wird auf die glatte zylindrische Oberfläche 32 eine Hülse 33 aus wärmebeständigem Werkstoff aufgebracht.In the galvanic shaping of the in Fig. 7 The gauge nut 11 shown works as described in connection with the thread gauge. Here is the resistant layer is denoted by 30 and the support layer is denoted by 31. After turning it off A sleeve 33 made of heat-resistant material is applied to the smooth cylindrical surface 32.

Zu Herstellung der beiden in F i g. 8 gezeigten komplementären Gesenkteile 13 und 14 wird die Normallehre 34 auf galvanischem Wege zunächst mit der widerstandsfähige Zusätze enthaltenden Schicht 35 und dann mit der Stützschicht 40 beschichtet. Die Dicke der Schichten 40 soll dabei so bemessen sein, daß sie nachträglich zur Verwendung in einer Gesenkpresse bearbeitet werden können. Bei der Abscheidung der Schichten 35 und 40 wird vorzugsweise der ringförmige Umfang der Normallehre 34 zwischen den Gesenkteilen durch eine Maske 41 abgedeckt, so daß hier kein Metall abgeschieden wird. Bei der Herstellung solcher Erzeugnisse, die keine nach innen ragenden Teile aufweisen, kann der galvanoplastisch hergestellte Gegenstand von der Normallehre mit Hilfe eines Werkzeuges getrennt werden. Wenn die Normallehre auf chemischem Wege entfernt werden soll, kann das Lösungsmittel die Normallehre durch den durch das Wegnehmen des Abdeckringes entstehenden Raum erreichen.To produce the two in FIG. 8 shown complementary die parts 13 and 14 is the Normal gauge 34 first galvanically with the layer containing resistant additives 35 and then coated with the support layer 40. The thickness of the layers 40 should be dimensioned so that that they can be post-processed for use in a die press. In the Deposition of layers 35 and 40 is preferably the annular periphery of standard gauge 34 covered between the die parts by a mask 41 so that no metal is deposited here. In the manufacture of such products that do not have any inwardly protruding parts, the Electroplated object separated from the normal gauge with the help of a tool will. If the normal teaching is to be removed chemically, the solvent can reach the normal gage through the space created by removing the cover ring.

Die Korngröße der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Feststoffteilchen kann im Bereich der US-Standard-Siebreihe von der Sieb-The grain size of the solid particles used in the process according to the invention can be im Area of the US standard sieve row from the sieve

nummer 10 bis zu Siebnummer 1000 oder feiner liegen. In den meisten Fällen dürfte jedoch eine der US-Standard-Siebnummer 600 und höher entsprechende Korngröße zweckmäßig sein. Der Volumanteil der Zusätze des auf galvanischem Wege aufgebrachten Metalls hängt von der Eigenschaft ab, die von der fertigen widerstandsfähigen Beschichtung gefordert wird, und kann 1 bis 90 Volumprozent betragen.number 10 up to sieve number 1000 or finer. In most cases, however, a the US standard sieve number 600 and higher corresponding grain size may be appropriate. The volume fraction the additions of the electroplated metal depends on the property that is required of the finished, resistant coating and can be 1 to 90 percent by volume be.

Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß bei den nach der Erfindung hergestellten Gegenständen kein Schleifen und keine Größeneinstellung erforderlich ist und daß die Maßgenauigkeit des Gegenstandes über lange Betriebszeiträume erhalten bleibt.From the foregoing it follows that in the articles manufactured according to the invention no Grinding and no sizing is required and that the dimensional accuracy of the item is maintained over long periods of operation.

Claims

Patent claims:

1. Process for the electroforming production of objects with high dimensional accuracy, Wear resistance and hardness, especially gauges and die parts, thereby identified draws that for the electrodeposition of a metal coating a solid particle, in particular A bath containing hard metals, oxides or carbides is used.

2. The method according to claim 1, characterized in that on which the solid particles containing layer then a coating of a stress-free metal on galvanic Ways is separated.

3. The method according to claim 1 to 2, characterized in that the mold is made of a material made of a Brinell hardness between 75 and 100 and after completion of the electrolytic Deposition with the aid of a layer that is indifferent to the electrodeposited layers Solvent is chemically dissolved.

Considered publications:

German Patent No. 957 677;

»Galvanotechnik« (formerly Pfauhauser), 1949,
P. 1285;

Presentation in the Chemisches Zentralblatt, 1948/1, p. 1154 on »Sei. American "176, January 15-17 1947.

1 sheet of drawings