DE2524806A1

DE2524806A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines werkzeuges zum tiefziehen, formen, strangpressen bzw. extrudieren oder dergleichen

Info

Publication number: DE2524806A1
Application number: DE19752524806
Authority: DE
Inventors: Hans Boerje Eugen Jansson
Original assignee: Volvo AB
Current assignee: Volvo AB
Priority date: 1975-06-04
Filing date: 1975-06-04
Publication date: 1976-12-16
Also published as: DE2524806C2

Description

Verwahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Werkzeuges zum Tiefziehen, iormen, Strangpressen bzw. Extrudieren oder dergleichen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ilerstellen eines Werkzeugs zum Tiefziehen, Formen, Stran#-pressen bzw. Extrudieren oder dergleichen, das aus einer Patrize und Patrize oder anderen Formwerkzeugteilen besteht.
Das Verfangen geht aus von einem positiven oder negativen Arbeitsmodell, z.rd. aus Kunststoff, Holz, Wachs oder dergleichen, wobei auf das Modell ein Trennmittel aufgetragen wird, eine dünne Schicht aus einem leicht schmelzbaren Metall oder einer Metallegierung warm aufgespritzt wird und danach aur diese sich anschmiegende Schicht eine verschleißfeste Beschichtung aus einem anderen metall oder einer Metallegierung warm aufgespritzt wird.
Weiterhin bezieht die Erfindung sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines Werkzeugs zum Tiefziehen, Formen, Strangprcssen bzw. Extrudieren oder dergleichen, das aus einer Matrize und Patrize oder anderen Fornt#erkzeugteilen besteht, mit einem positiven oder negativen Arbeitsmodell z.B. aus Kunststoff, Holz, Wachs oder dergleichen, mit einem auf das Modell aufgetragenen Trennmittel, einer warm aufgespritzten, dünnen Schicht aus einem leicht schmelzbarren Metall, einer Metallegierung, und mit einer, auf diese sich anschrniegende Schicht warm aufgespritzten, verschleißfesten Beschichtung aus einem anderen Metall oder einer Metallegierung.
Außerdem bezieht sich die Erfindung auf das mit der Vorrichtung hergestellte Werkzeug.
Werkzeuge zum Tiefziehen, Formen oder Strangpressen werden allgemein aus Stahl hergestellt, der in verschiedener Weise bearbeitet wird, z.B. durch Schlichten, Bohren, Fräsen, Schleifen oder Polieren. Dieses Herstellungsverfahren ist besonders für große Werkzeuge zienilich teuer und zeitraubend.
Um die Werkzeugherstellung, z.B. für Experimente, Teste oder relativ kleine Fertigungszahlen billiger zu gestalten, werden bereits warm aufgespritzte Netallschalen verwendet, die mit verschiedenen Materialien abgestützt werden, z.B. mit nicht schwindendem Zement oder Kunststoff mit Füllmaterial. Insbesondere Metall wird auf ein Modell warm aufgesprüht, so daß eine Metallschale entsteht, die mit Zement, Gips oder Kunststoff abgestützt und danach vom Modell abgenonimen wird. Die meistverwendeten metalle sind Zink, Zinn, Bronze und Kombinationen dieser Metalle. Stahl wird ebenfalls verwendet.
Die Werkzeuge nach dem Stand der Technik weisen jedoch eine Anzahl von Nachteilen auf, aufgrund der Tatsache, daß es bei Stahl nicht möglich ist, eine Beschichtung dicker als 0,2 mm zu spritzen, weil das aufgespritzte Metall sich vom Grund abhebt oder die odelltreue der Form auf andere Art und Weise verlorengeht, wenn versucht wird, die Dicke einer Metallschicht zu steigern. Es ist leicht verstandlich, daß die Metallschicht von entscheidender Bedeutung für die Lebensdauer des Werkzeugs ist, und wenn das zum Abstützen der Schale verwendete I4aterial nicht maßbeständig ist, kann auch keine zufriedenstellende Maßhaltigkeit oder Lebensdauer erzielt werden.
Schwer aufzuspritzende fnaterialien, wie z.B. Karbide oder Oxyde und bestimmte Metallegierungen konnten bisher noch nicht erfolgreich als glatte, modellgetreue, ausreichend dicke verschleißfeste Oberflächen für Werkzeuge der in Frage stehenden Art aufgetragen werden. Die bisher hergestellten dünnen verschleißfesten Oberflächen benötigen häufig eine nachträgliche Behandlung, z.B. Schleifen oder Riieren.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines oben näher beschriebenen Werkzeugs vorzusehen, mit denen die erwähnten Nachteile vermieden werden.
Die Erfindung macht es möglich, Werkzeuge mit einer warm aufgespritzten, modellgetreuen verschleißfesten Beschichtung aus einem Metall, einer Metallegierung, insbesondere Stahl, einem Karbid oder Oxyd herzustellen, und zwar mit einer Dicke von 2 bis 5 mm und in intimen mechanischen Kontakt nit einer maßbestandigen geforrnten und wärmebeständigen j#nststoffabstützung, die wahlweise mit zusätzlichen t?üllstoffen und Versteifungsmaterial verstärkt ist.
Erfindungsgemäß wird dies bei einem wie oben beschriebenen Verfahren dadurch erreicht, daß eine Abstützung aus wärme beständigem Kunststoff auf das dem Arbeitsmodell aufgespritzte leicht schmelzbare Metall aufgebacken wird, daß das Arbeitsmodell aus der mit dem Kunststoff abgestützten Metallschicht (aufgespritztes Modell) gelöst wird, so daß ein blanker und glatter Abdruck der Arbeitsmodelle erhalten wird, daß der Kunststoff (aufgespritztes Modell) ausgehärtet wird oder so beschaffen ist, daß er eine Temperatur ~aushält, die mindestens 200C höher ist als die zun Schmelzen der leicht schmelzbaren Metallschicht benötigte, daß die blanke und glatte Oberfläche der leicht schmelzbaren Metalleinprägung (aufgespritztes Modell) mit einer verschitßCesten Beschichtung des gewünschten Werkzeugs überzogen wird, daß auf der warm aufgespritzten verschleißfesten Beschichtung eine Werkzeug-Abstützung aus einem Kunststoff aufgebaut wird, der eine Temperatur aushält, die hoch genug ist, um die leicht schmelzbare Metallschicht des aufgespritzten Modells zu schmelzen, daß der Kunststoff der Werkzeug-Abstützung auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der das leicht schmelzbare Metall schmilzt und das auf diese Weise entstandene, mit der verschleißfesten Beschichtung versehene Werkzeug oder Werkzeugteil vom aufgespritzten Modell getrennt wird.
Das Ziel der Erfindung wird erfindungsgemäß weiterhin mit der eingangs bereits beschriebenen Vorrichtung erreicht durch eine Abstützung aus wärmebeständigem Kunststoff die auf die der Arbeitsmodell aufgespritzte leicht schmelzbare Metallschicht aufgebacken ist, und die nach Lösung des Arbeitsmodells aus der abgestützten Fietallsehicht mit einem blanken und glatten Abdruck des Arbeitsmodells aushärtbar ist oer so geschaffen ist, daß sie eine Temperatur aushält, die mindestens 200C höher ist als die zum Schmelzen der leicht schmel7baren Iletallschicht benötigte und durch eine die blanke und glatte Oberfläche der leicht schmelzbaren Sletallschicht(aui'gespritztes Modell) überziehende verschleißfeste Beschichtung für das Werkzeug.
Das erfindungsgemäße Werkzeug ist gekennzeichnet durch eine auf der warm aufgespritzten verschleißfesten Beschichtung aufgebaute Werkzeugabstützung aus einem Kunststoff, der eine Temperatur aushält, die hoch genug ist, um die leicht schmelzbare Metallschicht des aufgespritzten Modells zu schrnclzen und das gesamte hergestellte Werkzeug vom aufgespritzten Modell zu trennen.
Erfindungzgemäß kann die warm aufgespritzte verschleißfeste Beschichtung vorteilhaft aus einem Metall, einer Metallegierung, insbesondere Stahl, Karbiden oder Oxyden bestehen.
In einer Ausführungsfcrm der Erfindung kann der Kunststoff in der der verschleißfesten Beschichtung nächsten Lage des Werkzeugs mit Siliziumkarbid, Stahlfasern, Kohlefasern oder ähnlichemm l;aterial und in den übrigen Bereichen mit billigereì.l Füllmaterial, z.B. Quarz verstärkt sein.
Der für die Werkzeug-Abstützung vorteilhafte Kunststoff sollte so gewählt sein, daß er eine Temperatur aushält, die den Schmelzpunkt des leicht schmelzbaren Metalls oder der Metallegierung um mindestens 2000 übersteigt.
Der als Abstü'K,zung für die verschleißfeste Beschichtung verwendete Kunststoff ist ein bei Raumtempcratur warm härtbarer Kunststoff, der bei erhöhter Temperatur eine abschließende Häriing durehmacht und/oder die Eigenschaft besitzt, eine Temperatur auszuhalten, wie sie zum Schmelzen des leicht schmelzbaren Metalls oder der sIetallegierung des aufgespritzten modells nötig ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist.
i'ig. 1 bis 3 zeigen die verschiedenen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Werkzeugs mit Hilfe eines Arbeitsmodells gemäß Fig. lA, wobei Fig. 3 eine genaue Kopie des in Fig. 1A gezeigten Teils ist.
Das in Fig. 1A gezeigte Arbeitsmodell 10 ist mit einer Ablöseschicht 11 bedeckt. Dieses Arbeitsmodell ist in Fig. ~H mit einer warm aufgesprühten Beschichtung 12 eines leicht schmelzenden IjIetalls oder einer Metallegierung bedeckt. Die in der Fig. gezeigte äußere Oberfläche der aufgespritzten Schicht fällt etwas uneben aus, während die des gegen das Arbeitsmodell 10 gerichtete innere Oberfläche glatt und eine Kopie der Oberfläche des Arbeitsmodells ist. Die warm aufgespritzte Metallbeschichtung 12 wird danach in einen warmhärtbaren Kunststoff 13 (Fig. 1C) eingebacken, so daß die Adhäsion zwischen dem Kunststoff 13 und der aufgespritzten leicht schmelzbaren Metallbeschichtung 12 aufgrund der Unregelmäßigkeit der f#tallbeschichtung außerordentlich fest ist. So kann gesagt werden, daß der Kunststoff 15 in die aufgesprühten Unebenheiten der Metallbeschichtung eingreift.
In Fig. 2A ist das Arbeitsmodell 10 abgetrennt von dem aufgespritzten Modell, das aus mit der leicht schmelzenden Sletallbeschichtung zusammengebackenen Kunststoff besteht.
Diese Trennung wird ermöglicht durch das Ablösemittel 11 (Fig. 1A). Das aufgespritzte Modell gem. Fig. 2A besteht also aus gehärtetem Kunststoff 13 und einer warm aufgespritzten i'#tallbeschichtung 12, die sich in intimem Kontakt mit dem Kunststoff 13 befindet und eine glatte und ebene Oberfläche entsPrechend der Originaloberfläche des Arbeitsmodells 10 aufweist.
Auf diese glatte Oberfläche der leicht schmelzbaren Legierung wird eine verschleißfeste Beschichtung 14 aufgespritzt, die aus Metall, einer Metallegierung, insbesondere Stahl, einem Karbid oder Oxyd mit einer Dicke von 2 bis 5 mm (Fig. 2B) besteht. Warm aufgespritzt haftet die verschleißfeste Beschichtung außerordentlich gut in den Mikroporen der leicht schmelzbaren Legierungsbeschichtung 12 (Fig. 2B), und die verschleißfeste Beschichtung erhält dadurch genau die Form des Original-Arbeitsmodells. Wenn die verschleißfeste Beschichtung 14 eine ausreichende Dicke erreicht hat, wird der 5.larmspritzvorgang beendet und der wärmhärtende Kunststoff 15 auf die warm aufgespritzte verschleißfeste Beschichtung auf seiner ~Aufspritzseite11 angebacken. Eine intime Adhäsion zwischen aufgespritzter verschleißfester Beschichtung auf dem aufgebrachten Kunststoff 15 wird auch in diese Fall erzielt. Wenn der Kunststoff 15 ausgehärtet ist, wird die aus aufgesprühtem Modell 15 und Kunststoff 15 bestehende Einheit auf eine Temperatur erwärmt, welche den Schmelzpunkt der leicht schmelzbaren Legierung 12 um wenigstens 20 0C übersteigt. Die Beschichtung 12 schmilzt daraufhin und das aufgespritzte Modell kann von dem fertiggestellten Werkzeug oder Werkzeugteil 15, wie in Fig. 5 dargestellt, getrennt werden. Dadurch entsteht das Werkzeug gemäß Fig. 3, das eine genaue Kopie des Arbeitsmodells gemäß Fig. 1A ist. Das Werkzeug oder Werkzeugteil gemäß Fig. ) kann selbstverständlich mit Hilfe geeigneter Mittel in Haltern oder Vorrichtungen angebracht werden.
Die in den Figuren der Zeichnung gezeigten Schichten sind in einigen Fällen aus Klarheitsgründen dicker dargestellt.
Ein maßbeständiger und wärmebeständiger Kunststoff ist z.B. Ciba-Harz LW 561 mit dem dazugehörigen Härtemittel IN 561. Als Beispiel für ein Ablösemittel kann Dorco genannt werden, und die ungefähr 90 zusa#tzlichen Materialien in Draht- oder Pulverform, wie sie von iletco Scandinavia auf den Markt gebracht werden, sind Beisijiele für verschleißfeste Beschichtungen.

Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugs zum Tiefziehen, Formen, Strangpressen bzw. Extrudieren oder dergleichen, das aus einer Matrize und Patrize oder anderen Formwerkzeugteilen besteht, ausgehend von einem positiven oder negativen Arbeitsmodell, z.B. aus Kunststoff, Holz, Wachs oder dergleichen, wobei auf das modell ein Trennmittel aufgetragen wird, eine dünne Schicht aus einem leicht schmelzbaren Metall oder einer Metallegierung warm aufgespritzt wird, und auf diese sich anschmiegende Schicht eine verschleißfeste Beschichtung aus einem anderen Metall oder einer @etallegierung warm aufgespritzt wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Abstützung aus wärmebeständigem Kunststoff auf das dem Arbeitsmodell aufgespritzte leicht schn#ibare Hetall aufgebacken wird, daß das Arbeitsmodell aus der Illit dem Kunststoff abgestützten I'4etallschicht (aufgespritztes Modell) gelöst wird, so daß ein blanker und glatter Abdruck des Arbeitsmodells erhalten wird, daß der Kunststoff (auf£espritstes Modell) ausgehärtet wird, oder so beschaffen ist, daß er eine Temperatur aushält, die mindestens 2000 höher ist als die zun Schmelzen der leicht schmelzbaren Metallschicht benötigte, daß die blanke und glatte Oberfläche der leicht schmelzbaren Metalleinprägung (aufgespritztes Modell) mit einer verschleißfesten Beschichtung des gewütnschten Werkzeugs überzogen wird, daß auf der warm aufgespritzten verschleißfesten Beschichtung eine Werkzeug-Abstützung aus einem Kunststoff aufgebaut wird, der eine Temperatur aushält, die hoch genug ist, um die leicht schmelzbare Metallschicht des aufgespritzten modells zu schmelzen, daß der Kunststoff der Werkzeug-Abstützung auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der das leicht schmelzbare Metall schmilzt und das auf diese Weise entstandene, mit der verschleißfesten beschichtung versehene Werkzeug oder Werkzeugteil vom aufgespritzten Modell getrennt wird.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die warm aufgespritzte verschleißfeste Beschichtung aus einem Metall, einer Metallegierung, insbesondere aus Stahl, einem Karbid oder Oxyd besteht.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch L; e k e n n -z e i c h n e t, daß der Kunststoff der Werkzeug-Abstützung in der der verschleißfesten Beschichtung des Werkzeugs nächsten Schicht verstärkt wird, und zl,lar mit Siliziumkaroxid, Stahlfasern, Kohlefasern oder ähnlichem Material und in den übrigen Bereichen mit billigerem Füllmaterial, z.13.

Quarz.

4.) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Kunststoff eine den Schmelzpunkt des leicht schmelzbaren Metalls oder der Metallegierung um wenigstens 20°C übersteigende Temperatur aushält.

5.) Verfahren nach einen. der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß bei Raumtemperatur warmhärtbarer Kunststoff als Abstützung für die verschleißfeste Beschichtung verwendet wird, wobei der Kunststoff einer abschließenden Aushärtung bei erhöhter Temperatur unterzogen wird und/oder die Eigenschaft besitzt, eine Temperatur auszuhalten, die zum Schmelzen des auf dem Modell aufgespritzten leicht schmelzbaren Metalls oder der Metallegierung erforderlich ist.

6.) Vorrichtung zum Herstellen eines Werkzeugs zum Tiefziehen, Formen, Strangpressen bzw. Extrudieren oder dergleichen, das aus einer Matrize und Patrize oder anderen Formwerkzeugteilen besteht, mit einem positiven oder negativen Arbeitsmodell z.B. aus Kunststoff, Holz, Wachs oder dergleichen, mit einem auf das modell aufgetragenen Trennmittel, einer warm aufgespritzten, dünnen Schicht aus einem leicht schmelzbaren Metall, einer I#etallegierung, und mit einer, auf diese sich anschmiegende Schicht warm aufgespritzten, verschleißfesten Beschichtung aus einem anderen tletall oder einer Metallegierung, g e k e n n -z e i c h n e t, durch eine Abstützung aus wärmebeständigen, Kunststoff (1)'), die auf die dem Arheitsmodell (10) aufgespritzte leicht schmelzbare Metallschicht (12) aufgebacken ist, und die nach Lösung des Arbeitsmodells (10) aus der abgestützten lietallschicht (12) mit einem blanken und glatten Abdruck des Arbeitsmodells aushärtbar ist oder so beschaffen ist, daß sie eine Temperatur aushält, die mindestens 20 0C höher ist als die zum Schmelzen der leicht schmelzbaren Metallschicht (12) benötigte, und durch eine die blanke und glatte Oberfläche der leicht schmelzbaren Metallschicht (12) (aufgespritzLes Modell) überziehende verschleißfeste Beschichtung (14) für das Werkzeug.

7.) t'jit einer Vorrichtung nach Anspruch 6 hergestelltes Werkzeug, g e k e n n z e i c h n e t durch eine auf der warm aufgespritzten verschleißfesten Beschichtung (14) aufgebaute Werkzeugabstützung (15) aus einem Kunststoff, der eine Temperatur aushält, die hoch genug ist, um die leicht schmelzbare Metallschicht des aufgespritzten modells zu schmelzen und das gesamte hergestellte Werkzeug vom aufgespritzten Modell zu trennen.

L e e r s e i t e