DE2545452A1

DE2545452A1 - Werkzeug sowie verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2545452A1
Application number: DE19752545452
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Hoffmann
Original assignee: HANS GEORG HOFFMANN FA
Current assignee: HANS GEORG HOFFMANN FA
Priority date: 1975-10-10
Filing date: 1975-10-10
Publication date: 1977-04-14
Also published as: AT351233B; NL7611151A; GB1516775A; FR2327010B3; FR2327010A1; SE7611209L; ATA748176A

Description

DR. SOLF & ZAPF PATENTANWÄLTE _

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DR.-ING. DIPL.-ING. A. SOLF DIPL-ING. CHR. ZAPF

5Θ Wuppertal 1 * g _% Wall 37/29

⁹ Postfach 13O219

Patentanmeldung ¹¹¹ZSP/ 175

Firma Hans-Georg Hoffmann, 5630 Remscheid, Steinberger Str.

Werkzeug sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug, bestehend aus einem Grundkörper und wenigstens einem Bearbeitungselement aus Hartmetall. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Werkzeuges.

Es ist bekannt, Werkzeuge der verschiedensten Art mit Bearbeitungselementen aus Hartmetall auszurüsten, weil Hartmetall sich durch hohe Verschleißfestigkeit und Härte auszeichnet. Dabei wird unter Hartmetall der Oberbegriff für gegossene Hartlegierungen (eine Gruppe von Legierungen höheren Kohlenstoffgehalts, die im wesentlichen aus Karbidbildnern, wie Chrom, Wolfram, Molybdän usw. und Kobald bestehen) und gesinterte Hartmetalle, die aus einem oder mehreren Hartstoffen (Wolfram-, Titan-, Tanfalkarbid usw.) mit einem Bindemetall der Eisengruppe, meist Kobald, aber auch Nickel und Eisen bestehen,verstanden. Die herkömmlichen Werkzeuge mit Bearbeitungselementen aus Hartmetall sind sowohl materialmäßig als auch herstellungsmäßig sehr aufwendig und kostenbringend. Ein Grund hierfür besteht darin, daß das den Grund-

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körper des Werkzeuges bildende Trägermaterial stets aus Werkzeugstahl besteht, und zwar unabhän-gig davon, welche Arbeiten mit dem jeweiligen Werkzeug durchzuführen sind oder auch unabhängig davon, welche Materialien mit dem Werkzeug bearbeitet werden sollen. Der Grundkörper der bekannten Werkzeuge wird somit ausschließlich aus dem Vollen durch spanabhebende Bearbeitung gebildet. Ein weiterer Grund für die aufwendige und kostenintensive Herstellung der bekannten mit Hartmetall-Bearbeitungselementen bestückten Werkzeuge besteht darin, daß es bisher als erforderlich erachtet wurde, auf die Grundkörper die Hartmetall-Bearbeitungselemente im Hartlötverfahren aufzulöten. Dieses Auflöten erfordert wegen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten (Hartmetall zu Stahl 5 : 12 ) besondere arbeitsintensive Vorkehrungen und ist wesentlich abhängig von der Geschicklichkeit des Ausführenden. So kann beispielsweise durch eine Spaltdicke von etwa o,3 mm und ein geeignetes Lot die von den unterschiedlichen Schrumpfspannungen herrührende Rißbildung vermieden werden. Weil der Vergrößerung des Spaltes Grenzen gesetzt sind, wurden auch schon Einlagen, z. B. aus Nickeldrahtgewebe geschaffen, die auch mit Lot plattiert lieferbar sind. Andere Möglichkeiten bestehen im Unterteilen langer Plättchen aus Hartmetall und dem Verkleinern seitlicher Anlageflächen. Vor der Herstellung der Hartlötverbindung müssen die Werkstücke gut bearbeitet (Paßflächen an den Trägerkörpern, Hartmetalle geschliffen) und die Flächen fettfrei sein.

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Auch müssen die Hartmetall-Bearbeitungselemente mit Draht befestigt, durch Gewichte gehalten oder festgeklemmt werden bevor die Hartlötung erfolgen kann. Es versteht sich, daß aufgrund dieser aufwendigen Herstellungsprozedur die bekannten Werkzeuge recht teuer sind.

Der Erfindung liegt hiernach die Aufgabe zugrunde, Werkzeuge mit Bearbeitungselementen aus Hartmetall zu schaffen, die wesentlich einfacher, schneller und kostengünstiger herstellbar sind als Werkzeuge herkömmlicher Art.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Grundkörper aus einem Gußkörper mit einer maximalen Schmelztemperatur von etwa 800 C besteht,in dem das Bearbeitungselement angeordnet ist. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wurde ein Werkzeug geschaffen, das sich durch besonders einfache Herstellbarkeit und Preisgünstigkeit auszeichnet, und das - wie Versuche gezeigt haben - für die unterschiedlichsten Anwendungsgebiete verwertbar ist. Dabei war es für den Fachmann völlig überraschend, daß es möglich ist, ein Hartmetall in einem Gußkörper als Trägermaterial anzuordnen.

Der Grundkörper des Werkzeuges kann erfindungsgemäß aus ei-

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nem gießfähigen Metallmaterial bestehen, wobei es sich als besonders zweckmäßig erwiesen hat, Leichtmetall,insbesondere Aluminium oder Zink-Druckguß vorzusehen. Erfindungsgemäß kann der Grundkörper des Werkzeuges aber auch aus Kunststoff bestehen.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß Hartmetall-Bearbeitungselement durch Hintergießen im Grundkörper zu verankern. Dabei kann das Bearbeitungselement erfindungsgemäß zumindest eine hinterschnittene Öffnung und/oder zumindest einen profilierten Vqrsprung zum Hinterlauf des Gußmaterials besitzen. Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform ist ein Werkzeug als Bohrer ausgebildet, der aus einem Bohrerkopf und einem Einspannschaft besteht, wobei im Bohrerkopf zwei Schneiden und eine Zentrierspitze aus Hartmetall angeordnet sind und jeder Schneide ein Spankanal zugeordnet ist. Dieses Werkzeug zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus,, daß die Schneiden mit Zentrierspitze aus einer einstückigen Hartmetallplatte sowie der Bohrerkopf mit Einspannschaft aus einem Gußkörper bestehen, wobei die Hartmetallplatte im Bohrerkopf durch Hintergießen verankert ist. Bei einem derartigen Bohrer brauchen der Erfindung zufolge nicht mehr zwei Schneiden und eine Zentrierspitze, wie es beim Stand der Technik erforderlich ist,jeweils separat angefertigt und am Bohrer

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zeit— und kostenaufwendig angelötet zu werden, sondern die Schneide mit Zentrierspitze bilden erfindungsgemäß eine einstückige Einheit, die im Gußkörper durch Hintergießen zuverlässig verankert ist. Insbesondere fällt beim Gießen von Bohrerkopf und Einspannschaft auch kein Materialabfall an, was die Herstellung weiterhin vereinfacht. In zweckmäßiger Weiterbildung kann dabei die Hartmetallplatte erfindungsgemäß im Bereich jeder Schneide zumindest eine Durchgangsöffnung zum Hinterlauf des Gußmaterials aufweisen, die sich jeweils zum Spankanal hin tricherförmig erweitert. Ein derartiges als Bohrer ausgebildetes Werkzeug wird, wie Versuche gezeigt haben, den technischen Anforderungen vollauf gerecht, insbesondere auch dann, wenn der Bohrer zur Einarbeitung von z. B. Scharnierlochbohrungen in mit Kunststoff beschichteten Spanplatten benutzt wird, die bei der Herstellung von Möbelstücken in ständig zunehmendem Maße Verwendung finden. Um möglichen Verschleißerscheinungen am Einspannschaft des Bohrers durch ein Spannfutter einer Bohrmaschine vorzubeugen, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen werden, daß. der Einspannschaft einen angesetzten, im Gußmaterial verankerten Eisenkern aufweist. Eine weitere besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Hartmetallplatte senkrecht im Bohrerkopf angeordnet ist. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß eine solche Anordnung eine vollauf befriedigende Schnittleistung bei hohen Stanzzeiten der Bohrer erbringt.

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Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, das Bearbeitungselement mit dem Grundkörper zu verkleben. Diese Maßnahme ist besonders einfach durchzuführen und bietet eine unbedingt zuverlässige Verbindung zwischen Grundkörper und Bearbeitungselement. Für das Verkleben können handelsübliche Metall- oder Kontaktkleber verwendet werden.

Die Verbindung zwischen Grundkörper und Bearbeitungselement kann auch dadurch erfolgen, daß erfindungsgemäß das Bearbeitungselement mit dem Grundkörper verschraubt ist. Hierfür kann das Bearbeitungselement Bohrungen zur Durchführung von z. B. selbstschneidenden Schrauben aufweisen, die im Grundkörpermaterial einen festen Halt finden. Zweckmäßigerweise kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, daß das Bearbeitungselement eine angeformte Lasche aufweist, die eine Bohrung zur Durchführung einer Befestigungsschraube besitzt. Dabei kann eine verbesserte Führung des Bearbeitungselementes durch angeformte Stege oder dgl. erzielt werden.

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Zur« Herstellung eines Werkzeuges wird ein Verfahren aufgezeigt, das sich dadurch auszeichnet, daß ein mit hinterschnittener Öffnung und/oder profiliertem Vorsprung vorbereitetes Bearbeitungselement aus Hartmetall in eine Form gelegt wird, die einen dem Werkzeug entsprechenden Hohlraum besitzt, die Form mit Gießmaterial mit einer maximalen Schmelztemperatur von etwa 800 C ausgegossen wird, wonach der Gießling abgekühlt und aus der Form genommen wird. Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, daß eine flüssige öder teigige Nichteisen-Metall-Legierung unter Druck in stählerne Dauerformen mit einem der Außenkatur des Werkzeuges entsprechenden Hohlraum gegossen wird.

' Ein Werkzeug gemäß der Erfindung, das sich durch einfache Herstellbarkeit, kostengünstigen Materialeinsatz und geringen Materialverbrauch auszeichnet, aus einem Grundkörper aus Gußmaterial und darin angeordneten Bearbeitungselementen aus Hartmetall besteht, kann in Form und Abmessung den unterschiedlichsten Verwendungszwecken angepaßt werden. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Werkzeug als Schneidwerkzeug in Form eines Bohrers, Fräsers, einer Säge und dergleichen ausgebildet sein. Es kann aber auch als Hammer mit Hartmetallspitze, beispielsweise für Fliesenleger, als Anreißnadel mit Hartmetallspitze, als Zange mit Hartmetallschneiden, als Lineal mit Hartmetallkante und vieles

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mehr ausgebildet sein. Besteht der Grundkörper eines Werkzeuges z. B. erfindungsgemäß aus Zink-Druckguß mit darin angeordneten Bearbeitungselementen aus Hartmetall, so kann das Werkzeug relativ hohen Beanspruchungen ausgesetzt werden» Denn eine im Druckgieß - Verfahren verarbeitete aluminiumhaltige Legierung auf der Basis Feinzink 99,995 der Bezeichnung GDZnAl 4 mit Legierungsbestandteilen von 3,5 bis 4,3% Al, 0 bis 0,6 % Cu 0,02 bis 0,05 % Mg und gegebenenfalls Beimengungen von max. 0,011 % Pb + Cd und max. 0,001 % Sn, besitzt eine Zugfestigkeit von mindestens 2 5 Kp / mm bei einer Bruchdehnung von mindestens 1,5 % und einer BRINELL-Härte von mindestens 70 Kp/mm (ermittelt an gesondert gegossenen Probestäben). Hieraus folgt, daß die Anwendung der erfindungsgemäßen Gußmaterial/Hartmetall/Kombination nicht auf Werkzeuge beschränkt ist, sondern, daß sich die Erfindung überall dort erfolgreich einsetzen läßt, wo es wo es darauf ankommt, den Verschleiß durch Verwendung von Hartmetall möglichst gering zu halten und die Hartmetallteile im Grundkörper zu haltern.

Anhand der anliegenden Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeuges in Form eines Bohrers näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Bohrer in Ansicht,

Fig. 2 den Bohrer nach Fig. 1 um 90 um seine Längsachse gedreht, -Q-

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Fig. 3 eine Draufsicht auf Fig. 1 und Fig. 4 einen Schnitt, folgend der Linie IV-IV in Fig.

Der insbesondere zum Scharnierlochbohren von mit Kunststoff beschichteten Spanplatten bestimmte Bohrer besitzt einen Bohrerkopf 1 mit von diesem getragenen Hartmetallplättchen 2 und einen Einspannschaft 3.

Die Hartmetallplatte 2 bildet einstückig Bohrerschneiden 4j 5 und mittig eine Zentrierspitze 6. Die von den Bohrerschneiden bei der Bohrarbeit von einem Werkstück abgehobenen Späne werden durch die im Bohrerkopf 1 ausgesparten Spankanäle 7 abgeführt. Im Bereich eines jeden Spankanals besitzt die Hartmetallplatte 2 jeweils zumindest eine sich zum Spankanal hin trichterförmig erweiternde Durchgangsöffnung 8, die vom Bohrerkopfmaterial ausgefüllt ist, wie dies insbesondere durch Fig. 4 verdeutlicht ist.Die Hartmetallplatte 2 sitzt wie Fig. -2 bis 4 erkennen lassen senkrecht im Bohrerkopf 1, wobei die Schneiden 4, 5 überraschend gute Schneideigenschaften aufweisen..

Bohrerkopf 1 und Einspannschaft 3 werden in einer Gießform einstückig hergestellt, wobei gleichzeitig eine Verankerung des in die Gießform eingelegten Hartmetallstreifen 2 erfolgt, indem das schmelzflüssige oder teigige Gießmaterial in die hinterschnittenen Durchgangsöffnungen 8 gelangt. Anstelle

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oder zusätzlich zu den hinterschnittenen Durchgangsöffnungen 8 können auch profilierte Vorsprünge vorgesehen werden. Die beispielsweise zweiteilige Gießform, die eine stählerne Dauerform sein kann besitzt dabei vorzugsweise eine auszugießende Öffnung, die der Endform des Bohrers mit Freiflächen 9 und Spankanälen 8 entspricht, so daß sich eine etwaige Nachbearbeitung des gegossenen Bohrers auf ein Verputzen, d. ti. auf die Entfernung von Gießgrate oder dgl., beschränken kann. Es ist zweckmäßig, das Schleifen der Schneiden 4, 5 des Hartmetallstreifen 2 erst nach dem Vergießen vorzunehmen, da somit etwaige Ausrichtungsungenauigkeiten, die beim Einschieben des Hartmetallstreifens in die Gießform eintreten können, ausgeglichen werden können.

Der Bohrerkopf 1 mit Einspannschaft 3 kann aus jedem geeigneten Metall gegossen werden, dessen Schmelzpunkt unterhalb 800° C liegt. Besonders geeignet ist Aluminium oder Zink-Druckguß. Fernerhin kann der Bohrerkopf mit Einspannschaft auch aus Kunststoff gegossen sein, wobei in erster Linie duroplastische Kunststoffe in Frage kommen.

Beim Gießen des Bohrers kann der Einspannschaft durch einen nicht gezeigten Eisenkern verstärkt werden, der im Gußmaterial verankert ist und besseren Verschleißschutz für einen Bohrfutterangriff bietet als z. B. Aluminium.

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Claims

Ansprüche

( 1. /Werkzeug, bestehend aus einem Grundkörper und wenigstens einem Bearbeitungselement aus Hartmetall, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper aus einem Gußkörper mit einer maximalen Schmelztemperatur von etwa 800 C besteht,in dem das Bearbeitungselement angeordnet ist.
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper aus einem gießfähigen Metallmaterial besteht.
3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper aus Leichtmetall, insbesondere Aluminium oder aus Zink-Druckguß besteht.
4. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge-

k enn zeichnet, daß der Grundkörper aus Kunststoff besteht.
5. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungselement durch Hintergießen im Grundkörper verankert ist.

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6. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungselement zumindest eine hinterschnittene Öffnung und/oder zumindest einen profilierten Vorsprung zum Hinterlaufen des Gußmaterials besitzt.
7. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungselement mit dem Grundkörper verklebt ist.
8. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungselement mit dem Grundkörper verschraubt ist.
9. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungselement eine angeformte Lasche aufweist, die eine Bohrung zur Durchführung einer Befestigungsschraube besitzt.
10. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, in Form eines Bohrers, bestehend aus einem Bohrerkopf und einem Einspannschaft, wobei im Bohrerkopf zwei Schneiden und eine Zentrierspitze aus.Hartmetall angeordnet sind und jeder Schneide ein Spankanal zugeordnet ist, d ad u r c h g e k e η η ζ ei ch η et, daß die Schneiden, (4, 5) mit Zentrierspitze (6) aus einer einstückigen Hartmetallplatte (2) sowie der Bohrerkopf (1) mit Einspannschaft (3) aus einem Gußkörper bestehen, wobei die Hartmetallplatte (2) im Bohrerkopf (1) durch hintergießen verankert ist. - 13 -

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11. Werkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartmetallplatte (2) im Bereich jeder Schneide (4, 5) zumindest eine Durchgangsöffnung (8) zum Hinterlauf des Gußmaterials aufweist, die sich jeweils zum Spankanal (7) hin trichterförmig erweitert.
12. Werkzeug nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspannschaft (3) einen angesetzten, in Gußmaterial verankerten Eisenkern aufweist.
13. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartmetallplatte (2) senkrecht im Bohrerkopf (1) sitzt.
14. Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit hinterschnittener Öffnung und/oder profilierten Vorsprung vorbereitetes Bearbeitungselement aus Hartmetall in eine Form gelegt wird, die einen dem Werkzeug entsprechenden Hohlraum besitzt, die Form mit Gießmaterial mit einer max. Schmelztemperatur von'etwa 800 C ausgegossen wird, wonach der Gießling abgekühlt und aus der Form genommen wird.

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15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch geken nzeichnet, daß eine flüssige oder teigige NichtEisen-Metall-Legierung unter Druck in stählerne Dauerformen mit einem der Außenkontur des Werkzeuges entsprechenden Hohlraum gegossen wird.