DE3503855C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von mit Graphit versehenen gießbaren Kunststoffen zur Herstellung von Modellen beim Formenschleifen.

Formenschleifverfahren sind in verschiedenartigen Verfahrensvarianten bekannt. Nach einer Ausführungs­ form des Formenschleifverfahrens zur Herstellung von Gesenken geht man von einer vorgegebenen Positiv-Form aus und stellt mittels eines Gießverfahrens unter Einsatz von Füllstoff versetztem Kunststoff ein Modell her. Dieses Modell dient wiederum zur Herstel­ lung einer Funkenerosionselektrode aus Graphit, mit der dann mittels Elektroerosion in an sich bekannter Weise ein maßgenaues Gesenkteil hergestellt werden kann.

Zur Herstellung des Modells wird üblicherweise ein gießfähiges Kunstharz unter Zufügung von Zusatzstof­ fen und Härter verwendet. Als Gießharze werden bei­ spielsweise Epoxide, Polyurethane, Polyester, aber auch Phenol-Formaldehyd-Harze etc., eingesetzt. Als Füllstoffe können unterschiedliche Materialien heran­ gezogen werden, wie beispielsweise sogenannte "Mikro­ ballons", Aluminiumsilikat, Talkum und andere.

An die zur Herstellung des Modells dienenden Materia­ lien werden eine Reihe von Anforderungen gestellt. Die Materialien müsen entweder ein gutes Abformver­ mögen und gute Entformbarkeit oder eine gute Zerspan­ barkeit besitzen. Auch soll sich die Aushärtung des Kunst­ stoffs nebst eingebrachten Füll- und Hilfsstoffen ohne die Ausbildung innerer Spannungen vollziehen, da es anderenfalls, z. B. beim nachfolgenden Fräsen durch die Auflösung solcher Spannungen zu Formunge­ nauigkeiten kommen kann. Schließlich sollen die genannten Materialien gute Oberflächencharakteri­ stiken ergeben, umweltfreundlich sein etc.

Aufgrund der ständig wachsenden Anforderungen an Maßgenauigkeit, Rationalisierung von Verfahrensab­ läufen sowie Umweltneutralität eingesetzter und ab­ fallender Produkte, ergibt sich ein laufender Bedarf nach einer Verbesserung des Formenschleifverfahrens und insbesondere von Teilstufen hiervon.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrun­ de, im Rahmen von Formenschleifverfahren zur Herstel­ lung von Hohlformen, z. B. Gesenken bzw. Teilen hier­ von, in denen ausgehend von Modellen unter Verwendung von Abgußmaterialien auf Kunststoffbasis über mehre­ re Verfahrensstufen mittels Graphitelektroden durch Elektroerosion diese angeführten Teile erzeugt wer­ den, Verbesserungen vorzunehmen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mit Graphit versehene gießbare Kunststoffe zur Herstellung von Mo­ dellen beim Formenschleifen verwendet werden.

Grundsätzlich kann der Graphit unter Naturgraphit, Elektrographit und deren Gemischen ausgewählt werden. Je nach Anwendungszweck können verschiedenartige Gra­ phitqualitäten in Betracht gezogen werden, z. B. auch Graphite mit inhärenten (keramischen) Komponenten, beispielsweise sogenannte Tongraphite etc. Die letztgenannten Materialien eignen sich aber nur insoweit, als keine Nachbearbeitung durch Zerspanen erfolgt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Verwendung wird als Graphit der beim Kopierfräsen (Vorkopieren) der Elektroden anfallende Abfallgraphit eingesetzt. Auf diese Weise kann der bislang als Abfallmaterial angesehene Graphit, der bei Herstellung der Funkenerosionselektrode anfällt, einer sinnvollen Verwendung bei der Zubereitung des Abformmaterials, d. h. der Modellkunststoffe und/oder der Modellmaterialien, zugeführt werden.

Es kann aber auch mit Vorteil Abfall-Graphit aus der Produktion von Graphitteilen, wie Lagerringen, Kohle­ bürsten, Kolbenringen, Tiegeln etc., zum Einsatz ge­ langen.

Die Mengenanteile des Graphits innerhalb des herange­ zogenen Materials können in breiten Bereichen schwan­ ken. Im allgemeinen ist der Graphit in einer Menge von 30 bis 85 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Modellmaterials, eingesetzt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung wird der Graphit in einer Menge von 45 bis 80 Gew.-% und insbesondere im Bereich von 50 bis 75 Gew.-% verwendet, wobei sich der letztgenannte Bereich besonders für Modellmaterialien eignet. Wenngleich die hier angegebenen Mengen bevorzugte Mengen dar­ stellen, so ist es doch auch möglich - je nach heran­ gezogenem Kunststoff und dessen Härtersystem, der Graphit­ qualität und der Korngröße des Graphits - auch gute Materialien mit abweichenden Graphitanteilen herzu­ stellen. Insbesondere kann der Graphit auch in Men­ gen, die unter 30 Gew.-% liegen, eingemischt werden, gegebenenfalls unter Zufügung weiterer Hilfsstoffe.

Die Korngröße des Graphits kann in weiten Bereichen schwanken, wobei es bevorzugt ist, daß der Graphit in einer im wesentlichen einheitlichen Korngröße vorliegt. Im allgemeinen wird der Graphit in Korn­ größen von 10 µm bis zu 1 mm, vorzugsweise aber 10 µm bis 0,1 mm, für die Materialien der Form vor­ liegen, wobei der untere Bereich der Korngröße bis zu staubfeinen Graphitqualitäten geht. Für die Mo­ dellmaterialien kann der Korngrößenbereich des ein­ gesetzten Graphits zwischen 10 µm und 5 mm und vor­ zugsweise im Bereich von etwa 50 µm und 1 mm liegen.

Üblicherweise werden der gießbare Kunststoff und der Graphit unter Erhalt eines ho­ mogenen Gemisches innig miteinander vermischt. Dabei ist es günstig, die Vermischung durch Vakuum, z. B. in Vakuummischern etc., vorzunehmen, weil sich sonst beim Rühren und Mischen Luftblasen mit in die noch flüssige Masse einmischen können.

Bei der Herstellung des Modellmaterials ist es zweck­ mäßig, nach der Vermischung unter Druck, insbesondere 20 bis 80 bar, langsam auszuhär­ ten.

Als gießbare Kunststoffe sind im Regelfall die üblicherweise für Abformmaterialien zur Herstellung von Modellen verwendeten Kunststoffe ein­ setzbar. Als solche können beispielhaft und auch be­ vorzugt, weil im Rahmen der erfindungsgemäßen Ver­ wendung auch besonders günstig, Epoxidharze, Poly­ urethanharze, Polyesterharze sowie Harze genannt wer­ den, die mit Formaldehyd auspolymerisiert bzw. -kon­ densiert wurden. Als Beispiel letzterer Harze können mit Vorteil Phenol-Formaldehyd-Harze genannt werden.

Zweckmäßigerweise liegen diese Kunststoffe als Gießharz vor.

Als Beispiele für solche gießbaren Kunststoffe können genannt werden: schnellhärtende, handelsübliche Poly­ urethan-Gießharze. Als Beispiel für Polyesterharz kann eine handelsübliche anorganische Füllstoffanteile ent­ haltende nachgetemperte Gießmasse angeführt werden. Andere Beispiele sind Harze, die auf der Basis Phenol- Formaldehyd-Harzen formuliert sind und damit in die Gruppe der Duroplaste fallen. Auch modifizierte Epoxid­ harze, wie sie im Handel sind, können genannt werden. Der Einsatz dieser und anderer Kunststoffe zur Herstel­ lung von Modellen ist bekannt, wie auch geeignete Här­ tersysteme für diese Kunststoffe.

Als besonders geeignete Qualitäten kann z. B. Graphit einer Dichte von 1,75 bis 1,85 g/cm³, einer Shore- Härte von 40 bis 80, einer Biegefestigkeit von 28 bis 50 N/mm², einer Druckfestigkeit von 60 bis 110 N/mm², eines E-Moduls von 9000 bis 11 000 N/mm², einer thermischen Ausdehnung von 2,8 bis 3,8 K^-1 × 10^-6 (290-47 OK), eines spezifischen elektri­ schen Widerstandes von 12 bis 14 µΩm und einer Wärmeleitung von 80 bis 110 W/mk genannt werden.

Bei dem Elektroerosionsverfahren wird mit Hilfe elek­ trischer Funkenüberschläge zwischen einer Elektrode und dem zu bearbeitenden Metallblock von letzterem Metall abgetragen. Die Elektrode hat dabei etwa eine der einen Hälfte des Schmiedestückes entsprechende Oberflächenform. Bei dem Erodiervorgang macht die Graphitelektrode üblicherweise eine translatorisch­ kreisende Bewegung (Planetärbewegung). Der zur Her­ stellung solcher Funkenerosionselektroden herangezo­ gene Graphit eignet sich insbesondere zur Einbringung in die gießbaren Kunststoffe.

Im Rahmen der Erfindung sind auch Anwen­ dungen zur Herstellung von Gesenken bzw. Teilen hier­ von umfaßt, in denen man von einer Positiv-Form mit­ tels eines Gießverfahrens unter Einsatz von mit Füllstoff und Schleifmittel versetztem, gießbaren Kunststoff ein Modell fertigt, das Modell zur Herstellung einer Fun­ kenerosionselektrode aus Graphit heranzieht und so­ dann hiermit durch Elektro-Erosion in an sich bekann­ ter Weise ein maßgenaues Gesenkteil herstellt, wobei man zur Herstellung des Modells als Füllstoff für den Kunststoff 30 bis 85 Gew.-% Graphit, bezogen auf das Gesamtgewicht des Modellmaterials, einsetzt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform dieser Verwen­ dung wird der bei der Herstellung der Funkenerosions­ elektrode anfallende Abfallgraphit gesammelt und zu­ mindest teilweise als Füllstoff für den gießbaren Kunststoff gegebenenfalls unter Zufügung weiterer Füll- und Hilfsstoffe, zur Herstellung des Modellmaterials der Abgußform eingesetzt.

Durch die Erfindung werden eine Reihe von Vorteilen erzielt. Zum einen werden gut zerspanbare Massen mit hervorragender Oberflächencharakteristik geschaffen, die nach Aushärtung nur geringe oder keine innere Spannungen besitzen. Damit können die Kunststoffe mit die­ sen Füllstoffen nach deren Aushärtung problemlos durch Zerspanen bearbeitet werden. Andererseits ist es durch die Erfindung überraschenderweise möglich geworden, den Abfallgraphit, der bei Herstellung der Funkenerosionselektrode anfällt, einer sinnvollen Verwendung zuzuführen, weshalb entsprechende Umwelt­ probleme minimiert und der Ablauf des Formenschleif­ verfahrens in der Gesamtheit rationalisiert werden.

Claims (17)

1. Verwendung von mit Graphit versehenen gießbaren Kunststoffen zur Herstellung von Modellen beim Formenschleifen.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Graphit unter Natur­ graphit, Elektrographit und Gemischen hiervon ausgewählt ist.

3. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der beim Kopierfräsen (Vorkopieren) der Elektroden anfallende Abfall- Graphit eingesetzt wird.

4. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der bei der Herstellung von Graphit-Produkten anfallende Abfall-Graphit eingesetzt wird.

5. Verwendung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Graphit in einer Menge von 30 bis 85 Gew.-%, bezogen auf das Ge­ samtgewicht des Modellmaterials, eingesetzt wird.

6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Graphit in einer Menge von 50 bis 80 Gew.-% eingesetzt wird.

7. Verwendung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Korngröße des Graphits im Bereich von 10 µm bis 5 mm liegt.

8. Verwendung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Korngröße des Graphits im Bereich von 50 µm bis 1 mm liegt.

9. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der gießbare Kunststoff und der Graphit zuvor unter Erhalt eines homogenen Gemisches innig vermischt werden.

10. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der gießbare Kunststoff zur Bindung des Graphits unter Erhalt eines homogenen Gemisches innig vermischt wird.

11. Verwendung nach Anspruch 9 und 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vermischung unter Vakuum vorgenommen wird.

12. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gemisch zur Herstellung von Modellmate­ rial unter Druck, insbesondere bei 20 bis 80 bar, langsam ausgehärtet wird.

13. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der gießbare Kunststoff zur Bindung des Graphits zur Abformung unter Epoxidharzen, Polyurethanharzen, Polyesterharzen, sowie Har­ zen, die mit Formaldehyd auspolymerisiert bzw. -kondensiert werden, ausgewählt wird.

14. Verwendung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gießbare Kunststoff 30 bis 85 Gew.-%, bezo­ gen auf das Gesamtgewicht des Modellmate­ rials, an Graphit in einer Teilchengröße im Bereich von 10 µm bis 5 mm in homogener Einmischung enthält.

15. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Graphit in Funkenerosions­ elektroden-Qualität vorliegt.

16. Verwendung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche zur Herstellung von Gesenken bzw. Teilen hiervon, wobei man von einer Positiv-Form mit­ tels eines Gießverfahrens unter Einsatz von mit 30 bis 85 Gew.-% Graphit als Füllstoff, bezogen auf das Ge­ samtgewicht des Modells, und Schleifmittel versetztem härtbaren Kunst­ stoff ein Modell fertigt, das Modell zur Herstellung einer Funkenerosionselektrode aus Graphit heranzieht und sodann hiermit durch Elektro-Erosion in an sich bekannter Weise eine maßgenaue Hohlform herstellt.

17. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man den bei Herstellung der Funkenerosionselektrode anfallenden Abfall- Graphit sammelt und zumindest teilweise als Füll­ stoff für das Kunstharz gegebenenfalls unter Zufü­ gung weiterer Füll- und Hilfsstoffe, zur Herstellung des Modells einsetzt.