DE1773964C

DE1773964C - Stamp for a press for producing high pressures

Info

Publication number: DE1773964C
Authority: DE
Inventors: Kazuo Ashiya Yasunami (Japan)
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Publication date: 1972-10-19

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 rben ausgebildet ist. Die ebene Form i'.ir Angriffsfläche ist theoretisch die zur Komprimierung von Festkörpern am besten geei ,nete 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 rather red. The planar shape i'.ir attack surface is theoretically the most suitable shape for compressing solids. If the contact surface is designed to deviate from the planar shape, for example convex or concave, then the punch does not attack the workpiece over its entire contact surface, but only in certain areas. The workpiece is thus not compressed uniformly, but asymmetrically, so that undesirable shear stresses occur in the workpiece.

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 o, parallel zur Angriffsfläche erzeugt wird. Da die für den Stempel verwendeten Werkstoffe (z. B. Wolframkarbid) zwar eine große Druckfestigkeit (500 bis 600 k- cm²), jedoch im allgemeinen eine geringe Zugfestigkeit (100 kp/cm²) besitzen, war dies häufig die L/rsache 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 o, 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 k-cm ² ), but generally a low tensile strength (100 kp / cm ² ), this was often the case for cracking in the punch.

Aus der britischen Patentschrift 1004165, deren Inhalt auch Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldung 1 288 078 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 1004165, whose The content of the earlier German patent application 1 288 078 is a stamp for a Known press for generating high pressures, the attack surface of which has a convex curvature, the center of which lies in the center line of the punch. In contrast to the stamp, from which the invention proceeds, however, in this press, the contact surface is not in one piece on the punch molded; the attack surface is rather formed by a ball separated from the punch, the rest of the ball not directly, but via a cubic envelope surrounding the workpiece in the form of a mechanical part, a pulverized chemical substance or the like. Attacks on the workpiece. The ball. is inserted in a hemispherical recess of the stamp.

'vVii¹ der betreffenden Patentschrift zu entnehmen ist, hat die Verwendung einer kugelförmigen Angriffsfläche im wesentlichen den Zweck, &;n 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 ü:^p. 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.'VVII ¹ of the patent specification in question is clear from the use has a spherical engagement surface substantially the purpose,? form n stamp without sharp edges that affect voltage-enhancing and penetrate in particular in the material of which is arranged between the punch and workpiece envelope and this thus could tear. The patent in question does not reveal that the convex shape of the attack surface can reduce the stress on the attack surface and the punch. The storage of the ball in the hemispherical recess of the stamp has, moreover, the consequence that ü: ^p . Ball at high pressures, the adjacent surface of the punch is deformed concavely inward, so that tensile stresses are generated in the punch (similar to the punch with a flat contact surface). The strong curvature of the contact surface also creates shear stresses in the workpiece.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stempel für eine Presse zur Erzeugung hohei Drücke derart auszubilden, »laß 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 train in such a way, "leave the danger of cracking is reduced in the punch, but without exposing the workpiece to shear stress. this is achieved according to the invention in a stamp of the type specified in that the The radius of curvature is about twice as large as the diagonal width of the attack surface.

Die Angriffsfläche des Stempels ist hierbei derait 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 derait here Convex designed so that it assumes a substantially flat shape when the workpiece is compressed. On the one hand, this ensures that there is no tensile stress in the area of the contact surface of the punch, but only a compressive stress arises. This causes cracking in the material of the punch, which is less sensitive to compressive stresses than to tensile stresses, avoided. On the other hand, during operation the punch lies essentially with its entire contact surface on the workpiece so that no shear stresses are generated in the workpiece.

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,

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines herkömmlichen Stempels der in F i g. 1 gezeigten Presse,F i g. 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,

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

F i g. 5 ein Diagi umm der Druckverteilung im Stempel.F i g. 5 a diagram of the pressure distribution in Rubber stamp.

Bei der in F i £ ι 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 conventional type of press shown in FIG . 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, with the tip 2 serving as the attack surface, as shown in FIG. 2, as a plane

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gebildet ist, die rechtwinklig zur Mittelachse des Oberfläche zu verstehen, die einen oder mehrere Stempels verläuft. Abgesehen davon, daß diese Form Krümmungsradien aufweist, einschließlich Teile einer der Angriffsfläche —wie bereits eingangs erwähnt— Kugel, eines Ellipsoids, eines Paraboloids usw.
die Gefahr einer Rißbildung in sich birgt, ist es bei Wenn auf die Angriffsfläche 20 in Vertikal richtung dem bekannten Stempel nicht möglich, den Druck- 5 ein Druck ausgeübt wird, verformt sich die Oberwirkungsgrad über eine bestimmte Grenze zu stei- fläche zu einer Form, wie sie in Fig. 3 durch d<2 gegern. Unter Druckwirkungsgrad wird hierbei das strichelte Linie 20' dargestellt ist.
Verhältnis zwischen dem tatsächlichen Druck P₁, der Da in diesem Fall eine Druckspannung o_c auf der im Zentrum des zu komprimierenden Werkstücks er- Angriffsfläche 20 tangential zur Stempelachse wirkt, zeugt wird, und dem mittleren Druck P_n auf der io wird die Gefahr einer Rißbildung verringert. Ferner Oberfläche 2 verstanden. Dies hat folgende Ursache: ist die im Zentrum des zu verformenden Werkstücks Die Oberfläche 2 des Stempels verformt sich wäh- auftretende Verformung größer als im Bereich der rena der Druckeinwirkung zu einer konkaven Mulde, Oberfläche des Werkstücks. Hierdurch ergibt sich wie dies durch die gestrichelte Mulde 2' in F i g. 2 — wie durch die Linie B in F i g. 5 dargestellt — angedeutet ist. Dieser Umstand kann genau beolI- 15 eine Druckverteilung, bei der das im Druckzentrum O achtet werden, indem die äußere Form und Gestalt liegende Druckminimum P., größer als das Druckdes Werkstücks M nach der Druckeinwirkung genies- minimum P₁ der herkon, alichen Anordnung ist. sen wird. Diese Tendenz wird um so deutlicher, je Hieraus resultiert eine Verbesserung des Druckwirgrößer das Volumen des zu komprimierenden Werk- kungsgrades PJP_n. Da die Angriffsfläche 20 des erstück ist, d. h. wenn die Angriffsfläche des Stempels 20 findungsgeniäßen Stempels 10 konvex gekrümmt ist, giößer wird. Bedingt durch diese Verformung ist die ist ferner die Volumenverringerung des erfindungsim Zentrum des zu komprimierenden Werkstücks gemäß komprimierten Werkstücks unter Anwendung auftretende Verformung geringer als die Verformung desselben Kompressionssch'ages größer als bei der an der Außenseite einer jeden Fläche des Werk- herkömmlichen Anordnung. Dies bedeutet, daß mit Stücks. Hieraus folgt, daß der im Werkstück M er- 25 Hilfe des trfindungsgemäßen Stempels ein höherer zeugte Druck im Druckzentrum O — wie durch die Druck erzielt werden kann.is formed, which is to be understood at right angles to the central axis of the surface, which runs one or more punches. Apart from the fact that this shape has radii of curvature, including parts of one of the attack surfaces - as already mentioned at the beginning - a sphere, an ellipsoid, a paraboloid, etc.
If the known punch is not able to apply pressure to the contact surface 20 in the vertical direction, the upper efficiency is deformed beyond a certain limit to a steep surface to a shape, as opposed to in Fig. 3 by d <2. The dashed line 20 'is shown here under pressure efficiency.
Relationship between the actual pressure P ₁ , which in this case, a compressive stress o _c acts on the attack surface 20 tangential to the punch axis in the center of the workpiece to be compressed, and the mean pressure P _n on the io, the risk of a Reduced cracking. Furthermore, surface 2 is understood. This has the following cause: is the one in the center of the workpiece to be deformed The surface 2 of the punch deforms when the deformation that occurs is greater than in the area of the pressure effect to form a concave depression, surface of the workpiece. This results in how this is shown by the dashed trough 2 'in FIG. 2 - as shown by line B in FIG. 5 shown - is indicated. This circumstance can exactly be a pressure distribution in which that in the center of pressure O is respected, in that the outer shape and shape of the pressure minimum P , is greater than the pressure of the workpiece M after the application of pressure, the minimum _{P 1 of} the conventional arrangement . will sen. This tendency becomes all the more clear, the more this results in an improvement in the pressure, the greater the volume of the degree of work PJP _n to be compressed. Since the contact surface 20 of the piece, ie when the contact surface of the stamp 20 of the inventive stamp 10 is convexly curved, becomes thicker. As a result of this deformation, the reduction in volume of the deformation occurring in the center of the workpiece to be compressed according to the compressed workpiece is also less than the deformation of the same compression stroke greater than the conventional arrangement on the outside of each surface of the work. This means that with pieces. It follows from this that the pressure generated in the workpiece M with the aid of the stamp according to the invention, a higher pressure in the pressure center O - can be achieved, as can be achieved by the pressure.

Linie Λ in Fig. 5 dargestellt — ein Minimum hat Mit dem erfindungsgemäßen Stempel kann ohneLine Λ shown in Fig. 5 - has a minimum With the stamp according to the invention can without

und im Bereich der beiden Außenseiten größer wird. Schwierigkeit ein Druck von etwa 100 000 at in einemand becomes larger in the area of the two outer sides. Difficulty a pressure of about 100,000 at in one

Bei dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten erfin- Werkstück mit einem Volumen von 8 cm^:1 erzieltIn the case of the invention workpiece shown in FIGS. 3 and 4 with a volume of 8 cm ^{: 1} achieved

dungsgemäßen Stempel 10 ist die Angriflsfläclie 20 30 werden, wobei der Wirkungsgrad etwa 80% beträgt,according to the punch 10 is the attack surface 20 30, the efficiency is about 80%,

an der Spitze konvex gekrümmt ausgebildet. Unter Es besteht hierbei keine Gefahr, daß der Stempelformed convexly curved at the tip. There is no risk that the stamp

konvex gekrümmt ist hierbei jede beliebige konvexe Schaden nimmt.If it is convexly curved, any convex damage takes place here.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

A punch for a press for generating high pressures with an attack surface which engages on a workpiece and is started in one piece 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.