DE19720927A1 - Werkzeugform zum Druck- oder Spritzgießen von Metallen und/oder Kunststoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugform zum Druck- oder Spritzgießen von Metallen und/oder Kunststoffen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Werkzeugform ist in einem vorveröffentlich­ ten sechsseitigen Faltblatt "Chemisch Nickel-Beschichtungen in der Kunststoffverarbeitung und für den Werkzeug- und For­ menbau" der Novo-Plan GmbH Oberflächen- und Werkstofftechnik, D-73430 Aalen, beschrieben. Mit einer Gleitbeschichtung ver­ sehene gleitbewegliche Funktionselemente einer Werkzeugform sind z. B. Gewinde, Schieber oder auch Auswerferhülsen und Auswerferstifte.

Ansonsten ohne Gleitbeschichtung verwendete Auswerfer­ stifte sind z. B. in dem Prospekt "Auswerfer-Programm" 6/93 (s. dort Seite 19) der HASCO-Normalien Hasenclever GmbH + Co, D-58513 Lüdenscheid, beschrieben. Demnach weisen Auswerfer­ stifte im Bereich ihres Schaftes eine Oberflächenhärte von 60 ± 2 HRC auf, sind demnach wesentlich härter als die die Aus­ werferschäfte umgebenden und Gleitführungen darstellenden Bohrlochwandungen von aus Maschinenbau-Stahl bestehenden Werkzeugplatten mit einer Härte von etwa 45 HRC.

Bei der vorbekannten Härtepaarung kann es gegebenenfalls zu einem Verschleiß (sogenanntes Auslaufen der Bohrung) der Bohrlochwandung kommen, was zu einem unzulässig großen form­ plattenseitigen formbildenden Ringspalt führen kann, der lästige Auswerfermarkierungen auf dem fertigen Artikel hin­ terläßt.

Demgegenüber ergibt entsprechend dem vorerwähnten Falt­ blatt der Novo-Plan GmbH eine Gleitbeschichtung von Auswer­ fer-Schäften mit chemisch Nickel/PTFE mit einer Oberflä­ chenhärte von ca. 30-35 HRC folgenden Effekt: Da die Oberflä­ che der Gleitbeschichtung des Auswerfers eine wesentlich geringere Härte als die formplattenseitige Innenfläche (Werkzeugstahl mit einer Härte von etwa 45 HRC) besitzt, ver­ schleißt nur die Gleitbeschichtung, was aber erst nach sehr langer Standzeit unter Schmierfilmbildung erfolgt. Da die Stärke der Gleitbeschichtung frei wählbar ist, ist auch das durch die Verschleißrate der Gleitbeschichtung entstehende geringfügig vergrößerte Passungsspiel im Unterschied zu unbe­ schichteten Auswerferstiften von vornherein eingegrenzt und definiert. Der Vorteil eines mit chemisch Nickel/PTFE beschichteten gleitbeweglichen Funktionselementes besteht also darin, daß dieses erst nach längerer Standzeit, ohne daß Verschleißerscheinungen an der Gegengleitfläche auftreten, ausgewechselt werden muß, wenn die Schmierfilmbildung erschöpft ist.

Der Nachteil der mit einer Gleitbeschichtung aus che­ misch Nickel/PTFE versehenen gleitbeweglichen Funktionsele­ mente besteht indessen darin, daß eine solche Beschichtung maximal nur 250°C erträgt, demnach für Werkzeugformen höhe­ rer Temperaturführung, also auch für Metall-Druckgießformen, nicht verwendbar ist.

Aus der DE-Z "Gießerei-Praxis", Nr. 9-1993 S. 166-169 ist es bekannt, zur Vermeidung von Metallanschweißungen in Druckgießformen deren Gravurflächen mit Titannitrid (TiN) zu bedampfen oder die Gravurflächen in einem Salzbad-Diffusions­ verfahren mit Vanadincarbid (VC) zu beschichten.

Aus dem DE-B "Hitzebeständige Korrosions-, Wärme- und Verschleißschutzschichten" von A.A. Appen und A. Petzold ist es bekannt, einen nichtmetallischen keramikähnlichen Hart­ stoff Borozon (BN) als Komposit-Bestandteil einer elektroche­ mischen Dispersionsschicht zu verwenden, deren Metallanteil aus Nickel (Ni) besteht. Bei dem Hartstoff Borozon (BN) han­ delt es sich um eine kubische Variante, deren Mohs-Härte na­ hezu an die des Diamanten (Mohs-Härte 10) heranreicht. Die kubische Variante des Bornitrids wird auch als "anorganischer Diamant" bezeichnet.

Ausgehend von einer Werkzeugform mit gleitbeweglichen Funktionselementen, welche entsprechend dem vorerwähnten Faltblatt der Novo-Plan GmbH Oberflächen- und Werkstofftech­ nik mit einer Gleitbeschichtung aus chemisch Nickel/PTFE versehen sind, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einem Gleitverschleiß unterliegende Funktionselemente von Werkzeugformen zum Druck- oder Spritzgießen von Metallen und/oder Kunststoffen mit einer derartigen Gleitbeschichtung zu versehen, die in der Lage ist, wesentlich höhere Tempera­ turen als bisher zu ertragen.

Entsprechend der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der in der Matrix der Gleitschicht eines der bei­ den Funktionselemente eingelagerte, die Partikel bildende Zusatzstoff aus Bornitrid besteht, und daß die Härte der Gleitfläche der Gleitschicht etwa 30-50 HRC beträgt.

Die Härte der Gleitfläche der Gleitschicht von etwa 30- 50 HRC besagt zugleich, daß als Zusatzstoff nicht etwa die kubische Variante des Bornitrids (BN) sondern ausschließlich die hexagonale Kristallform des Bornitrids (BN) in Frage kommt. Das hexagonale Bornitrid (Mohs-Härte 1-2) besitzt ein Schichtengitter wie Graphit und wird deshalb auch "weißer Graphit" genannt.

Ein entsprechend der Erfindung ausgerüstetes gleitbeweg­ liches Funktionselement, wie z. B. ein Auswerferstift oder Auswerferstift oder eine Auswerferhülse, erträgt Temperaturen von mindestens etwa 650°C.

Entsprechend der Erfindung wirkt die Gleitschicht als Dauerschmierschicht ohne zusätzliche Fettung. In Verbindung mit Führungsbohrungen von Werkzeugplatten aus Maschinenbau-Stahl mit einer Härte z. B. von etwa 45 HRC schützt die erfin­ dungsgemäße Gleitschicht die Bohrungen vor lästigem Ver­ schleiß, also vor einem sog. Auslaufen der Bohrungen.

Durch den Beschichtungsmechanismus ist gewährleistet, daß die aufgetragene Gleitschicht planparallel, also absolut konturentreu, z. B. auch auf Innenflächen, wie z. B. auf Hül­ senbohrungen, aufgetragen werden kann. Das Aufbringen der Gleitschicht geschieht mit genau definierter und überall gleich vorhandener Schichtdicke, die grundsätzlich frei wähl­ bar ist und etwa 1 - etwa 50 µm betragen kann. Der erfin­ dungsgemäße Zusatzstoff aus Bornitrid ist über die gesamte Schichtdicke mit einem gleichbleibenden Prozentsatz enthal­ ten. Zudem wird die erfindungsgemäße Gleitschicht ohne Ein­ fluß auf den Grundwerkstoff des gleitbeweglichen Funktions­ elementes abgeschieden.

Die Metallmatrix aus chemisch Nickel fungiert als Trä­ germaterial für den Zusatzstoff Bornitrid und zugleich als Verbindungsschicht zum Grundwerkstoff des insbesondere aus Stahl bestehenden gleitbeweglichen Funktionselementes.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Zusatzstoff bis zu etwa 35 Volumenprozent in der Gleitschicht enthalten.

Weiterhin hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß die maximale Korngröße des Bornitrids etwa 3 µm beträgt.

Erfindungsgemäß kann die Härte der Gleitfläche der Gleitschicht zwischen etwa 30 und etwa 50 HRC eingestellt werden. Eine geringere Härte der Gleitschicht erfordert je­ weils einen größeren Anteil an Bornitrid.

Wie vorerwähnt, befaßt sich die Erfindung in erster Linie mit Auswerferelementen. Erfindungsgemäß bildet daher ein Funktionselement ein Auswerferelement, welches eine Gleitschicht trägt, deren Gleitfläche eine Härte von etwa 35 HRC aufweist, wobei das andere Funktionselement, welches mit dem beschichteten Funktionselement zusammenwirkt, aus Maschi­ nenbau-Stahl besteht. Die Gleitfläche des aus Maschinenbau-Stahl bestehenden anderen Funktionselementes besteht für den Fall, daß dieses nicht beschichtet ist, beispielsweise etwa 45 HRC.

In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand eines bevor­ zugten Ausführungsbeispiels dargestellt, es zeigt

Fig. 1 eine Teildarstellung einer Auswerfer-Anordnung, und zwar Teil einer Formplatte und mit einem Auswerfer­ stift,

Fig. 2 eine stark vergrößerte Detaildarstellung zur Ver­ deutlichung einer Oberflächenbeschichtung entsprechend der in Fig. 1 mit II bezeichneten Einkreisung.

In Fig. 1 ist ein Auswerferstift 10 aus Stahl gezeigt, der einen Kopf 11 aufweist und dessen Schaft 12 durch die kreiszylindrische Innenmantelfläche 13 einer Auswerferbohrung (Führungsbohrung) 14 einer nur teilweise dargestellten Form­ platte 15 geführt ist.

Die Formplatte 15 bildet Teil der Gravurfläche G, welche die mit F gekennzeichnete Formhöhlung begrenzt, innerhalb welcher ein nicht gezeigter Kunststoff-Spritzgußartikel oder Metall-Druckgußartikel entsteht.

Der Auswerferstift 10 ist entsprechend dem mit x gekenn­ zeichneten Bewegungs-Doppelpfeil hin- und herbeweglich.

Die Innenmantelfläche 13 der Auswerferbohrung 14 der aus Maschinenbau-Stahl gefertigten Formplatte 15 weist eine Ober­ flächenhärte von etwa 45 HRC auf.

Gemäß Fig. 2, die eine stark vergrößerte Längsschnitt­ darstellung zeigt, ist nur ein Teil des Auswerferstiftes 10 zu sehen. Die Oberfläche 16 selbst des Auswerferstiftes 10 weist, wie üblich, eine Oberflächenhärte von etwa 60 ± 2 HRC auf.

Auf die Oberfläche 16 des Auswerferstiftes 10 ist eine Gleitschicht 17 mit einer Schichtstärke S von etwa 20 µm auf­ getragen. Die Gleitschicht 17 weist eine Matrix 18 aus che­ misch Nickel, d. h. aus stromlos aufgetragenem Nickel, auf, der zugleich Einlagerungen (Partikel) eines aus Bornitrid (BN) bestehenden Zusatzstoffes 19 umschließt.

Der Zusatzstoff 19 ist mit etwa 35 Volumenprozent in der Gleitschicht 17 enthalten.

Fig. 2 zeigt, daß die Gleitschicht 17 außen einen Schmierfilm 20 bildet, welcher auch an der Innenmantelfläche 13 der Führungsbohrung 14 haftet. Die Härte der vom Schmier­ film 20 gebildeten Gleitfläche 21 beträgt etwa 35 HRC.

Die Härte der die Gegengleitfläche darstellenden Innen­ mantelfläche 13 der Auswerferbohrung 14 weist, wie vorer­ wähnt, demgegenüber eine Härte von etwa 45 HRC auf. Die Par­ tikelgröße des Zusatzstoffs 19 beträgt weniger als 3 µm. Die Temperaturbelastbarkeit der Gleitschicht 17 beträgt minde­ stens 650°C.

Claims (8)

1. Werkzeugform zum Druck- oder Spritzgießen von Metal­ len und/oder Kunststoffen mit mindestens zwei relativ zuein­ ander gleitbeweglichen Funktionselementen (10, 15), von denen ein Funktionselement (10) zumindest auf Bereichen seiner Oberfläche (16) mit einer eine Gleitfläche (21) bildenden Gleitschicht (17) versehen ist, die aus einer Matrix (18), wie chemisch Nickel od. dgl., und in die Matrix (18) eingela­ gerten, die Gleiteigenschaften verbessernden Partikeln eines Zusatzstoffes (19) besteht, wobei das andere Funktionselement (15) mit einer Gegengleitfläche (13) an der Gleitfläche (21) des einen Funktionselementes (10) anliegt, und wobei die Gleitfläche (21) der Gleitschicht (17) eine geringere Härte als die Gegengleitfläche (13) aufweist, dadurch gekennzeich­ net, daß der in die Matrix (18) der Gleitschicht (17) eines der beiden Funktionselemente (10, 15) eingelagerte, die Par­ tikel bildende Zusatzstoff (19) aus Bornitrid besteht, und daß die Härte der Gleitfläche (21) der Gleitschicht (17) etwa 30-50 HRC beträgt.

2. Werkzeugform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff (19) bis zu ca. 35 Volumenprozent in der Gleitschicht (17) enthalten ist.

3. Werkzeugform nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Korngröße des Borni­ trids (19) etwa drei µm beträgt.

4. Werkzeugform nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Gleitschicht (17) etwa 1-50 µm beträgt.

5. Werkzeugform nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der Gleitfläche (21) der Gleitschicht (17) etwa 30-35 HRC beträgt.

6. Werkzeugform nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Funktionselement ein Auswer­ ferelement (10) bildet, welches die Gleitschicht (17) trägt, deren Gleitfläche (21) eine Härte von etwa 35 HRC aufweist, und daß das andere Funktionselement (15) aus Maschinenbau-Stahl besteht.

7. Werkzeugform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegengleitfläche (13) des anderen Funktionselementes (15) unbeschichtet ist.

8. Werkzeugform nach Anspruch 6 oder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Funktionselement (15) aus Maschinenbaustahl besteht, dessen Gegengleitfläche (13) eine Härte von etwa 45 HRC aufweist.