DE1773964B1

DE1773964B1 - STAMP FOR A PRESS FOR GENERATING HIGH PRESSURES

Info

Publication number: DE1773964B1
Application number: DE19681773964
Authority: DE
Inventors: Kazuo Yasunami
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1967-08-01
Filing date: 1968-08-01
Publication date: 1972-03-23
Also published as: GB1234242A; US3570063A; FR1575261A

Description

1515th

Die Erfindung betrifft einen Stempel für eine Presse zur Erzeugung hoher Drücke mit einer an einem Werkstück angreifenden, am Stempel einstückig angeformten konvexen Angriffsfläche, deren Krümmungsmittelpunkt auf der Wirkungsmittellinie des Stempels liegt.The invention relates to a punch for a press for generating high pressures with a a workpiece attacking, on the punch integrally formed convex attack surface, the Center of curvature lies on the center line of action of the punch.

Von der Anmelderin wurden Stempel verwendet, bei denen die am Werkstück angreifende Angriffsfläche nicht konvex, sondern eben ausgebildet ist. Die ebene Form der Angriffsfläche ist theoretisch die zur Komprimierung von Festkörpern am besten geeignete Form. Wird nämlich die Angriffsfläche abweichend von der ebenen Form, beispielsweise konvex oder konkav, ausgebildet, so greift der Stempel nicht über seiner gesamten Angriffsfläche, sondern nur bereichsweise an dem Werkstück an. Das Werkstück wird somit nicht gleichförmig, sondern asymmetrisch komprimiert, so daß im Werkstück unerwünschte Scherspannungen auftreten.The applicant used punches in which the attack surface engaging the workpiece is not convex, but flat. The flat shape of the attack surface is theoretical the most suitable form for compressing solids. Namely, the attack surface is different of the planar shape, for example convex or concave, so the punch engages not over its entire attack surface, but only in areas on the workpiece. The workpiece is thus not compressed uniformly, but asymmetrically, so that undesirable in the workpiece Shear stresses occur.

Die Anmelderin hat jedoch festgestellt, daß die ebene Form der Angriffsfläche in der Praxis mit Nachteilen verbunden ist. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Angriffsfläche beim Komprimieren eines Festkörpers konvex verformt wird. Dies wiederum bewirkt, daß im Stempel eine beträchtliche Zugspannung a_t parallel zur Angriffsfläche erzeugt wird. Da die für den Stempel verwendeten Werkstoffe (z. B. Wolframkarbid) zwar eine große Druckfestigkeit (500 bis 600 kp/cm²), jedoch im allgemeinen eine geringe Zugfestigkeit (100 kp/cm²) besitzen, war dies häufig die Ursache für eine Rißbildung im Stempel.However, the applicant has found that the flat shape of the attack surface is associated with disadvantages in practice. It has been shown that the attack surface is convexly deformed when compressing a solid. This in turn has the effect that a considerable tensile stress a _{t is} generated in the punch parallel to the attack surface. Since the materials used for the stamp (e.g. tungsten carbide) have a high compressive strength (500 to 600 kp / cm ² ), but generally a low tensile strength (100 kp / cm ² ), this was often the cause of a Crack formation in the stamp.

Aus der britischen Patentschrift 1 004165, deren Inhalt auch Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldung 1288 078 ist, ist ein Stempel für eine Presse zur Erzeugung hoher Drücke bekannt, dessen Angriffsfläche eine konvexe Krümmung aufweist, deren Mittelpunkt in der Wirkungsmittellinie des Stempels liegt. Im Gegensatz zu dem Stempel, von dem die Erfindung ausgeht, ist jedoch bei dieser Presse die Angriffsfläche nicht einstückig am Stempel angeformt; die Angriffsfläche wird vielmehr von einer vom Stempel getrennten Kugel gebildet, die im übrigen nicht unmittelbar, sondern über eine das Werkstück umgebende kubische Umhüllung in Form eines mechanischen Teils, einer pulverisierten chemischen Substanz od. dgl. am Werkstück angreift. Die Kugel ist in einer halbkugelförmigen Ausnehmung des Stempels eingesetzt.From British patent specification 1 004165, the content of which is also the subject of the earlier German patent application 1288 078, a punch for a press for generating high pressures is known, its Attack surface has a convex curvature, the center of which is in the center line of the action Stamp lies. In contrast to the stamp from which the invention is based, however, this is Press the attack surface not formed in one piece on the punch; the attack surface is rather from a formed by the punch separate ball, the rest not directly, but via a the workpiece surrounding cubic envelope in the form of a mechanical part, a powdered chemical Substance or the like attacks the workpiece. The ball is in a hemispherical recess of the Stamp used.

Wie der betreffenden Patentschrift zu entnehmen ist, hat die Verwendung einer kugelförmigen Angriffsfläche im wesentlichen den Zweck, den Stempel ohne scharfe Kanten auszubilden, die sich spannungssteigernd auswirken und insbesondere in das Material der zwischen Stempel und Werkstück angeordneten Umhüllung eindringen und diese somit zerreißen könnten. Daß durch die konvexe Form der Angriffsfläche die Beanspruchung der Angriffsfläche und des Stempels verringert werden kann, ist der betreffenden Patentschrift nicht zu entnehmen. Die Lagerung der Kugel in der halbkugelförmigen Ausnehmung des Stempels hat im übrigen zur Folge, daß die Kugel bei hohen Drücken die anliegende Fläche des Stempels konkav nach innen verformt, so daß im Stempel (ähnlich wie bei dem Stempel mit ebener Angriffsfläche) Zugspannungen erzeugt werden. Durch die starke Krümmung der Angriffsfläche entstehen außerdem im Werkstück Scherspannungen.As can be seen from the patent in question, the use of a spherical contact surface has essentially the purpose of forming the punch without sharp edges, which increase the tension have an effect and in particular in the material between the punch and the workpiece Enclosure penetrate and thus tear it. That the convex shape of the Attack surface the stress on the attack surface and the stamp can be reduced, is the one in question Patent specification not to be found. The storage of the ball in the hemispherical recess the ram also has the consequence that the ball touches the adjacent surface at high pressures of the stamp is deformed concavely inwards, so that in the stamp (similar to the stamp with flat Attack surface) tensile stresses are generated. Due to the strong curvature of the attack surface also shear stresses in the workpiece.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stempel für eine Presse zur Erzeugung hoher Drücke derart auszubilden, daß die Gefahr einer Rißbildung im Stempel verringert wird, ohne jedoch das Werkstück einer Scherbeanspruchung auszusetzen. Dies wird bei einem Stempel der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Krümmungsradius etwa doppelt so groß wie die diagonale Breite der Angriffsfläche ist.The invention is based on the object of a punch for a press for generating high pressures to form such that the risk of cracking in the punch is reduced, but without the workpiece subject to shear stress. In the case of a stamp, this is indicated at the beginning Art achieved according to the invention in that the radius of curvature is about twice as large as the diagonal The width of the attack surface is.

Die Angriffsfläche des Stempels ist hierbei derart konvex ausgebildet, daß sie beim Komprimieren des Werkstücks eine im wesentlichen ebene Form annimmt. Hierdurch wird zum einen erreicht, daß im Bereich der Angriffsfläche des Stempels keine Zugspannung, sondern lediglich eine Druckspannung entsteht. Hierdurch wird die Rißbildung im Werkstoff des Stempels, der gegen Druckspannungen weniger empfindlich als gegen Zugspannungen ist, vermieden. Zum anderen liegt der Stempel im Betrieb im wesentlichen mit seiner gesamten Angriffsfläche am Werkstück an, so daß im Werkstück keine Scherspannungen erzeugt werden.The attack surface of the stamp is convex in this case that it is when compressing the Workpiece assumes a substantially flat shape. This achieves on the one hand that in the In the area of the contact surface of the punch, there is no tensile stress, but only compressive stress. As a result, the formation of cracks in the material of the punch, which is resistant to compressive stresses, is less sensitive than is to tensile stresses, avoided. On the other hand, the stamp is essentially in operation with its entire contact surface on the workpiece, so that no shear stresses in the workpiece be generated.

Weitere Ausgestaltungsmerkmale und Einzelheiten der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigtFurther design features and details of the invention are given in the following description of a preferred embodiment and explained with reference to the drawings. It shows

Fig. 1 eine perspektivische Schemadarstellung einer mit sechs Stempeln arbeitenden Presse zur Erzeugung hoher Drücke,1 shows a perspective schematic representation of a press operating with six punches for production high pressures,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines herkömmlichen Stempels der in F i g. 1 gezeigten Presse,FIG. 2 is a partially sectioned side view of a conventional stamp of the type shown in FIG. 1 shown Press,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Stempels,FIG. 3 shows a view corresponding to FIG. 2 a stamp designed according to the invention,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Stempel gemäß Fig. 3,FIG. 4 is a plan view of the stamp according to FIG. 3,

Fig. 5 ein Diagramm der Druckverteilung im Stempel.5 shows a diagram of the pressure distribution in the stamp.

Bei der in F i g. 1 gezeigten Presse herkömmlicher Bauart werden sechs Stempel 1, die eine verjüngte, z. B. konische Spitze aufweisen und längs dreier orthogonaler Achsen gleitend verschiebbar sind, mittels eines geeigneten Antriebsmechanismus auf ein Werkstück M zu bewegt, das im Mittelpunkt der Gruppe der Pressen 1 angeordnet ist und unter Druck gesetzt werden soll. In dem Druckzentrum, in dem sich das Werkstück M befindet, wird somit ein sehr hoher Druck erzeugt.In the case of the FIG. 1 conventional type of press shown are six punches 1, which have a tapered, z. B. have a conical tip and are slidably displaceable along three orthogonal axes, moved by means of a suitable drive mechanism towards a workpiece M which is arranged in the center of the group of presses 1 and is to be pressurized. A very high pressure is thus generated in the pressure center in which the workpiece M is located.

Die bisher benutzten Stempel der beschriebenen Presse haben die Form eines Stumpfes, z. B. Kegelstumpfes, wobei die als Angriffsfläche dienende Spitze 2, wie in Fig. 2 dargestellt, als Ebene aus-The previously used stamp of the press described have the shape of a stump, for. B. truncated cone, the serving as the attack surface Tip 2, as shown in Fig. 2, as a plane

gebildet ist, die rechtwinklig zur Mittelachse des Stempels verläuft. Abgesehen davon, daß diese Form der Angriffsfläche — wie bereits eingangs erwähnt — die Gefahr einer Rißbildung in sich birgt, ist es bei dem bekannten Stempel nicht möglich, den Druckwirkungsgrad über eine bestimmte Grenze zu steigern. Unter Druckwirkungsgrad wird hierbei das Verhältnis zwischen dem tatsächlichen Druck P₁, der im Zentrum des zu komprimierenden Werkstücks erzeugt wird, und dem mittleren Druck F_n auf der Oberfläche 2 verstanden. Dies hat folgende Ursache: Die Oberfläche 2 des Stempels verformt sich während der Druckeinwirkung zu einer konkaven Mulde, wie dies durch die gestrichelte Mulde 2' in Fig. 2 angedeutet ist. Dieser Umstand kann genau beobachtet werden, indem die äußere Form und Gestalt des Werkstücks M nach der Druckeinwirkung gemessen wird. Diese Tendenz wird um so deutlicher, je größer das Volumen des zu komprimierenden Werkstück ist, d. h. wenn die Angriffsfläche des Stempels größer wird. Bedingt durch diese Verformung ist die im Zentrum des zu komprimierenden Werkstücks auftretende Verformung geringer als die Verformung an der Außenseite einer jeden Fläche des Werkstücks. Hieraus folgt, daß der im Werkstück M erzeugte Druck im Druckzentrum O — wie durch die Linie A in F i g. 5 dargestellt — ein Minimum hat und im Bereich der beiden Außenseiten größer wird. Bei dem in den F i g. 3 und 4 dargestellten erfindungsgemäßen Stempel 10 ist die Angriffsfläche 20 an der Spitze konvex gekrümmt ausgebildet. Unter konvex gekrümmt ist hierbei jede beliebige konvexe Oberfläche zu verstehen, die einen oder mehrere Krümmungsradien aufweist, einschließlich Teile einer Kugel, eines Ellipsoids, eines Paraboloids usw.is formed, which is perpendicular to the central axis of the punch. Apart from the fact that this form of the attack surface - as already mentioned - harbors the risk of cracking, it is not possible with the known stamp to increase the printing efficiency beyond a certain limit. Pressure efficiency is understood here to mean the ratio between the actual pressure P ₁ , which is generated in the center of the workpiece to be compressed, and the mean pressure F _n on the surface 2. This has the following cause: The surface 2 of the stamp deforms during the action of pressure to form a concave depression, as indicated by the dashed depression 2 'in FIG. 2. This fact can be closely observed by measuring the external shape and shape of the workpiece M after the application of pressure. This tendency becomes all the more evident the larger the volume of the workpiece to be compressed, that is to say when the contact surface of the punch becomes larger. As a result of this deformation, the deformation occurring in the center of the workpiece to be compressed is less than the deformation on the outside of each surface of the workpiece. From this it follows that the pressure generated in the workpiece M in the pressure center O - as indicated by the line A in FIG. 5 - has a minimum and becomes larger in the area of the two outer sides. In the case of the FIG. 3 and 4 illustrated punch 10 according to the invention, the attack surface 20 is formed convexly curved at the tip. Here, convexly curved is to be understood as any convex surface that has one or more radii of curvature, including parts of a sphere, an ellipsoid, a paraboloid, etc.

Wenn auf die Angriffsfläche 20 in Vertikalrichtung ein Druck ausgeübt wird, verformt sich die Oberfläche zu einer Form, wie sie in F i g. 3 durch die gestrichelte Linie 20' dargestellt ist.When pressure is exerted on the attack surface 20 in the vertical direction, the surface is deformed to a form as shown in FIG. 3 is represented by the dashed line 20 '.

Da in diesem Fall eine Druckspannung a_c auf der Angriffsfläche 20 tangential zur Stempelachse wirkt, wird die Gefahr einer Rißbildung verringert. Ferner ist die im Zentrum des zu verformenden Werkstücks auftretende Verformung größer als im Bereich der Oberfläche des Werkstücks. Hierdurch ergibt sich — wie durch die LinieB in Fig. 5 dargestellt — eine Druckverteilung, bei der das im Druckzentrum O liegende Druckminimum P₂ größer als das Druckminimum P₁ der herkömmlichen Anordnung ist. Hieraus resultiert eine Verbesserung des Druckwirkungsgrades PJP_n. Da die Angriffsfläche 20 des erfindungsgemäßen Stempels 10 konvex gekrümmt ist, ist ferner die Volumenverringerung des erfindungsgemäß komprimierten Werkstücks unter Anwendung desselben Kompressionsschlages größer als bei der herkömmlichen Anordnung. Dies bedeutet, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Stempels ein höherer Druck erzielt werden kann.Since in this case a compressive stress a _c acts on the contact surface 20 tangentially to the punch axis, the risk of crack formation is reduced. Furthermore, the deformation occurring in the center of the workpiece to be deformed is greater than in the area of the surface of the workpiece. This results - as shown by the line B in FIG. 5 - in a pressure distribution in which the pressure minimum P ₂ located in the pressure center O is greater than the pressure minimum P _{1 of} the conventional arrangement. This results in an improvement in the pressure efficiency PJP _n . Since the contact surface 20 of the punch 10 according to the invention is convexly curved, the reduction in volume of the workpiece compressed according to the invention using the same compression stroke is greater than with the conventional arrangement. This means that a higher pressure can be achieved with the aid of the stamp according to the invention.

Mit dem erfindungsgemäßen Stempel kann ohne Schwierigkeit ein Druck von etwa 100 000 at in einem Werkstück mit einem Volumen von 8 cm³ erzielt werden, wobei der Wirkungsgrad etwa 80% beträgt. Es besteht hierbei keine Gefahr, daß der Stempel Schaden nimmt.With the stamp according to the invention, a pressure of about 100,000 atm can be achieved without difficulty in a workpiece with a volume of 8 cm ³ , the efficiency being about 80%. There is no risk of the stamp being damaged.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

A punch for a press for generating high pressures with a contact surface which engages a workpiece and is integrally formed on the punch, the center of curvature of which lies on the center line of the punch, characterized in that the radius of curvature (R) is about twice as large as the diagonal width (L) is the target.