DE4244627A1 - Verfahren zum Verbinden von Arbeitsplatten mit einem Grundkörper aus Stahl zur Herstellung von Werkzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden von Arbeitsplatten mit einem Grundkörper aus Stahl zur Herstellung von Werkzeugen, insbesondere von Schnitt-, Stanz-, Biege- und Umformwerkzeugen durch Hartlöten.

Es ist bekannt, Arbeitsplatten in Form von Schneidplatten mit Grundkörpern, bei Drehstählen durch Hartlöten, miteinander zu verbinden. Hierbei erfolgt die Erwärmung durch eine elektrische Induktions- oder Widerstandserwärmung zwischen Wolfram- oder Kupferelektroden. Dabei bestehen die Schneidplatten aus Schnell­ arbeitsstählen oder aus Hartmetall. Das Aufbringen und Befesti­ gen derartiger Platten ist aufgrund der Form und Größe der Schneidplatten relativ einfach.

Durch die DE-AS 22 19 709 ist ein Verfahren zum Anlöten von kleinen quaderartigen Hartmetallstücken an Spitzen von Sägewerkzeugen, wobei jeweils zwei aneinanderstoßende Flächen der Hartmetallstücken mit Lot beschichtet werden, die in einem nachfolgenden Erwärmungsvorgang mit zwei korrespondierenden Flächen der zugeordneten Sägewerkzeugspitze zu verbinden sind, bekannt.

Hierbei erfolgt die Beschichtung der Hartmetallstücken in an sich bekannter Weise mit Vakuum mittels Niederschlag aus deren Dampfphase, wobei vor dem Beschichten auf die Hartmetallstücken in genauer Nebeneinanderausrichtung einer Vielzahl derselben, wobei neben jeweils zwei zu beschichtenden Gesamtflächen ledig­ lich noch zwei aneinanderstoßende, nicht zu beschichtende Gesamtflächen freiliegen, zwei Leisten zum Abdecken zumindest der beiden aneinanderstoßenden, nicht zu beschichtenden Gesamt­ flächen zum Anhaften gebracht werden. Anschließend werden dann die Hartmetallstückchen an die Spitzen der Sägewerkzeuge durch Hartlöten angebracht.

Hierbei wird deutlich, wie arbeitsaufwendig es ist, wenn eine Vielzahl von Schneidplatten anzubringen sind. Dabei erfordert der Einsatz von Hartmetallplättchen keine weitere Behandlung derselben, da sie bei ihrer Fertigung die gewünschten Eigen­ schaften erhalten. Der Werkstoff ist jedoch relativ teuer und sein Einsatz, aufgrund seiner Materialeigenschaften, begrenzt. Für große Stanz-, Biege- und Umformwerkzeuge kann Hartmetall lediglich an besonders belasteten Stellen eingesetzt werden. Derartige Werkzeuge sind deshalb auch besonders kostenaufwendig, da der Materialeinsatz an hochwertigen Stählen bei diesen sehr grob ist. Die Reparatur derartiger Werkzeuge ist ebenfalls sehr zeit- und kostenaufwendig und vielfach auch nicht möglich. So ist es bekannt, Material durch Auftragsschweißen aufzutragen. Hierbei können Spannungsrisse im Werkzeug auftreten, und die Bearbeitung des durch das Auftragsschweißen aufgetragenen Ma­ terials ist ebenfalls sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ver­ binden von Arbeitsplatten mit einem Grundkörper aus Stahl zur Herstellung von Werkzeugen, insbesondere von Schnitt-, Stanz-, Biege- und Umformwerkzeugen, durch Hartlöten zu schaffen, mit denen es möglich ist, ein Werkzeug mit einer großen Arbeits­ fläche und formschwierigem Aufbau zu schaffen, bei dem eine feste Verbindung zwischen der Arbeitsplatte aus einem hochfesten Material und dem Grundkörper aus Stahl erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf einem Grundkörper aus Stahl eine oder mehrere großflächige und/oder formschwierige Arbeitsplatten aus Schnellarbeitsstahl aufgelegt und fixiert werden und dieses Werkzeug anschließend in einen Vakuumofen eingebracht und dort erwärmt wird, wobei die Arbeits­ platten mit dem Grundkörper mittels eines Hochtemperaturlotes unter Vakuum hochtemperaturgelötet und die Arbeitsplatten in einem Arbeitsgang damit gehärtet werden.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, die Arbeits­ platte aus Schnellarbeitsstahl, d. h. aus SS- oder HSS-Material, herzustellen, während der Grundkörper selbst aus einem einfachen Vergütungs- oder Werkzeugstahl besteht. Hierbei kann die Verbindung der Arbeitsplatte mit einem gehärteten vergüteten oder auch weichem Grundkörper erfolgen. Dadurch ist es möglich, die Materialkosten bei Großwerkzeugen, wie beispielsweise Stanzwerkzeugen oder Preßwerkzeugen, zu senken. Dabei können gleichzeitig deren Standzeiten erhöht werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß die Arbeitsplatte aus einem Hochleistungsschnellarbeitsstahl besteht und das Hochtemperaturlöten unter Vakuum bei einer Temperatur zwischen 1120°C und 1250°C erfolgt, wobei die Arbeitsplatte mit dem Grundkörper stoffschlüssig verbunden wird und dabei gehärtet sowie während des Abkühlens im erforderlichen Umfang angelassen wird.

Durch das Hochtemperaturlöten, bei Einsatz eines entsprechenden Lotes mit hohem Schmelzpunkt, wird erreicht, die Vorgänge Löten und Härten in einem Arbeitsgang zu vereinen. Die Abkühlung des Werkzeuges erfolgt dann ebenfalls unter Vakuum bzw. in einer inerten Gasatmosphäre, wobei dann, durch Anlassen des Werk­ zeuges, die Arbeitsplatte die gewünschte Härte erhält. Aufgrund des Einsatzes unterschiedlicher Stähle für die Arbeitsplatte und den Grundkörper ist es möglich, daß diese eine höhere Zähigkeit aufweist, wodurch die Haltbarkeit des Werkzeuges erhöht wird. Es ist auch möglich, insbesondere bei Prägestempeln oder Formen vor allem für Warmarbeit, daß die Arbeitsplatte aus einem Blech besteht, welches der in dem Grundkörper eingearbeiteten Form des Werkzeuges angepaßt und durch das Hochtemperaturlöten fest mit diesem verbunden und gehärtet wird.

Wie bereits dargelegt, können die Arbeitsplatte und der Grund­ körper eine unterschiedliche Härte aufweisen, wobei der Grund­ körper eine größere Zähigkeit besitzt.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Das herzustellende Werkzeug besteht aus wenigstens zwei Bau­ teilen, d. h. einer oder mehrere Arbeitsplatten sowie dem Grund­ körper. Dabei wird die Arbeitsplatte aus einem Schnellarbeits­ stahl oder Hochleistungsschnellstahl gefertigt, während der Grundkörper aus einem einfachen Vergütungs- oder Werkzeugstahl bestehen kann. In Vorbereitung der Verbindung beider Teile des Werkzeuges werden diese aneinander angepaßt und gegenseitig fixiert. Als Lot wird dabei ein Hochtemperaturlot eingesetzt. Je nach Größe des Werkzeuges kann das Lot in Form von Draht, Pulver, Paste oder einer Folie verwendet werden.

Das Werkzeug wird dann in einen Vakuumofen eingeführt und unter Vakuum auf die Temperatur zum Hochtemperaturlöten, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1120°C und 1250°C, erhitzt. Bei dieser Temperatur wird die Arbeitsplatte mit dem Grundkörper verbunden. Die Temperatur wird dabei so eingestellt, daß die Arbeitsplatte bzw. die Arbeitsplatten gleichzeitig gehärtet werden. Danach er­ folgt eine Abkühlung des Werkzeuges, wenn erforderlich beschleu­ nigt, und ein Anlassen. Die Abkühlung kann in einem inerten Gas, wie Stickstoff, erfolgen.

Durch die Bearbeitung unter Vakuum wird das Entstehen einer Oxydhaut weitgehend vermieden, und es wird eine sehr gute Lot­ verbindung erreicht. Durch Versuche wurde festgestellt, daß die Eigenschaften an der Verbindungsstelle den zu verbindenden Ma­ terialien entsprechen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, beispiels­ weise bei Preßformen die Oberfläche des Preßstempels oder der Matrize mit einem Blech aus Schnellarbeitsstahl auszukleiden und dann dem Grundkörper anzupassen sowie mit diesem, durch Hoch­ temperaturlöten, zu verbinden.

Die auf diese Weise hergestellten Werkzeuge können nach dem Lötvorgang weiter bearbeitet werden, bspw. durch Elektroero­ dieren.

Es ist auch möglich, Werkzeuge zu reparieren, indem die Arbeitsplatte ganz oder teilweise durch vorgearbeitete, neue Teile ersetzt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch bei besonders groben Werkzeugen, durch ungleichmäßige Erwärmung, auftretende Spannungen vermieden werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die Standzeiten der Werkzeuge zu erhöhen und dabei besonders auch eine höhere Warmarbeitshärte zu erreichen. Dabei wird gleich­ zeitig der Einsatz von teuren Materialien verringert.

In einem Versuch wurde eine Arbeitsplatte aus HSS- Werkstoffnr. 1.3207 DIN 510-4-3-10 mit einem Grundkörper aus Werkzeugstahl unter Verwendung eines Hochtemperaturlotes verbunden.

Das zu verbindende Werkzeug wurde in einen Vakuumofen einge­ bracht. Dieser wurde bis auf 2 m bar evakuiert. Die Erwärmung erfolgte in Vakuum. In der Vorwärmstufe wurden die Teile inner­ halb einer Gesamtzeit von 50 min auf 1050°C erwärmt, wobei die Haltedauer 20 min betrug. Anschließend erfolgte eine weitere Erwärmung auf eine Härtestufe bei 1210°C mit einer Haltedauer von 10 min.

Die Loterstarrungsstufe lag bei 1030°C. Die Zeit betrug 5 min und die Haltedauer 1 min.

Die Abkühlung erfolgte ab Chargentemperatur 1045°C in Distick­ stoff N₂ und bei einem Druck von 6 bar.

Im Ergebnis des Versuches wurde eine Oberflächenhärte von 63,5 HRC erreicht. Der Oberflächenzustand des Werkzeuges war metal­ lisch blank. Es wurde eine feste Lötverbindung zwischen der Ar­ beitsplatte und dem Grundkörper erreicht.

Bei diesem Versuch wurde nicht davon ausgegangen, die obere Härtegrenze zu erreichen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Verbinden von Arbeitsplatten mit einem Grund­ körper aus Stahl zur Herstellung von Werkzeugen, insbeson­ dere von Schnitt-, Stanz-, Biege- und Umformwerkzeugen, durch Hartlöten, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Grundkörper aus Stahl, eine oder mehrere großflächige und/ oder formschwierige Arbeitsplatten aus einem Schnell­ arbeitsstahl aufgelegt und fixiert werden und dieses Werkzeug anschließend in einen Vakuumofen eingebracht und dort erwärmt wird, wobei die Arbeitsplatten mit dem Grund­ körper mittels eines Hochtemperaturlotes unter Vakuum hoch­ temperaturgelötet und die Arbeitsplatten in einem Arbeits­ gang damit gehärtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsplatte aus einem Hochleistungsschnellarbeitsstahl besteht und das Hochtemperaturlöten sowie das Härten unter Vakuum bei einer Temperatur zwischen 1120° und 1250°C erfolgt, wobei die Arbeitsplatte mit dem Grundkörper stoffschlüssig verbunden und dabei in einem Arbeitsgang gehärtet wird sowie während des Abkühlens in erforderlichen Umfang angelassen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsplatte aus einem Blech besteht, welches der in den Grundkörper eingearbeiteten Form des Werkzeuges angepaßt und durch das Hochtemperaturlöten fest mit diesem verbunden und gehärtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsplatte und der Grundkörper eine unterschied­ liche Härte aufweisen, wobei der Grundkörper eine größere Zähigkeit besitzt.