DE661132C - Verfahren zur Herstellung von Werkzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf ein Verfahren zur Herstellung zusammengesetzter Werkzeuge bzw. Arbeitsgeräte, die mindestens einen aus sogenanntem Hartmetall bestehenden Teil aufweisen, der die Arbeit des Werkzeuges bzw. Geräts zu leisten bestimmt ist. Unter einer Hartmetallegierung sind dabei z. B. gesinterte oder geschmolzene Carbidlegierungen, z. B. Wolframcarbid, hochschmelzender Metalle (Schmelzpunkt über 2000⁰ C) mit oder ohne Zusatz eines niedriger schmelzenden Hilfsmetalls, z. B. Kobalt, Nickel, Eisen, verstanden. Die Erfindung bezweckt in erster Linie, Werkzeuge sowie Arbeitsgeräte der angegebenen Art zu schaffen, die sich durch eine technisch sehr rasch durchführbare und daher besonders vorteilhafte Herstellungsweise auszeichnen und gute mechanische und physikalische Eigenschaften

ao aufweisen. Dieser Zweck wird bei den angegebenen Werkzeugen und Arbeitsgeräten der Erfindung gemäß dadurch erreicht, daß der Grundkörper des Werkzeuges bzw. i\rbeitsgerätes mit dem zur Aufnahme des Hartmetallkopfes bestimmten Teil in eine Kohleoder Graphitpreßform eingeschoben, mit einem kalt gepreßten oder vorgesinterten oder fertiggesinterten oder erschmolzenen Hartmetallplättchen belegt wird, worauf durch Vermittlung eines Druckstempels und eines durch die Preßform sowie gegebenenfalls durch den Stempel geschickten elektrischen Heizstromes die starre Verbindung des Hartmetallplättchens mit dem Grundkörper bewirkt wird.

In zweiter Linie bilden den Gegenstand der Erfindung Vorrichtungen, die bei der Ausübung des Verfahrens verwendet werden.

Es ist bereits Gegenstand eines älteren Patents, scheibenförmige Schneidwerkzeuge in der Weise herzustellen, daß die aus den Ausgangsstoffen einer bekannten gesinterten Hartmetallegierung bestehenden gepulverten Bestandteile der eigentlichen Schneidscheibe zwischen zwei Metallscheiben aus einem weicheren Metall unter Anwendung von Druck und Hitze gesintert und dabei mit den beiden Metallscheiben fest verbunden werden. Es ist ferner bereits bekannt, Hartmetallziehsteine in der Weise herzustellen, daß eine erhitzte Metallfassung durch Abkühlung auf einen Hartmetallkern aufgeschrumpft wird. Diese Verfahren sowie die nach diesen Verfahrenhergestellten scheibenförmigen Schneidwerkzeuge bzw. Ziehsteine gehören nicht zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Auf der Zeichnung sind schematisch drei Ausführungsformen von Vorrichtungen nebst den mit diesen herstellbaren Werkzeugen bzw. Arbeitsgeräten veranschaulicht, und zwar zeigen:

Abb. i, 3 und 6 je einen aufrechten Schnitt durch die das erste, zweite und dritte Ausführungsbeispiel bildenden Vorrichtungen nebst den mit diesen erzeugten Werkzeugen,

Abb. 2 und 7 je einen Schnitt nach 2-2 bzw. ⁶S y-J der Abb. 1 bzw. Abb. 6 von oben gesehen,

Abb. 4 und 5 eine Ansicht und Aufsicht auf den Schaft eines Schneidstahles,

Abb. 8 und 9 je einen Einzelteil der Vorrichtung nach Abb. 6,
■5 Abb. 10 und 11 verschiedene Ansichten eines in der Vorrichtung nach Abb. 6 erzeugbaren Werkzeuges.

Als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung soll ein Schneidstahl sowie das zu seiner Herstellung angewendete Verfahren und die bei der Anwendung des Verfahrens benutzte Vorrichtung erläutert werden. Der Schneidstahl besitzt die aus Abb. 1 ersichtliche Form und ist aus einem zum Schneiden bestimmten Kopf A und einem diesen tragenden Schaft B zusammengesetzt. Der Kopf A besteht aus einer an sich bekannten Wolfram-Carbid-Legierung mit Kobaltzusatz, z. B. enthaltend . etwa 90 0/0 Wolfram, etwa 5 0/0 Kohlenstoff, ao etwa 5 0/0 Kobalt, und der Schaft B aus einer Stahllegierung. Der Schaft B ist auf dem zur Aufnahme des Kopfes A bestimmten abgesetzten Ende mit einem eingesetzten Stift b¹ versehen, der in die Masse des Kopfes A hin- *5 einragt; dieser Stift ist aber keineswegs unbedingt erforderlich. Kopf A und Schaft B werden erfindungsgemäß durch das sogenannte Heißpreßverfahren starr miteinander verbunden. Die Durchführung dieses Heißpreßverfahrens und die bei der Durchführung gebrauchte Vorrichtung sollen im folgenden erläutert werden.

Zum Durchführen dieses Heißpreßverfahrens wird eine in einem elektrischen Stromkreis einschaltbare Preßvorrichtung gebraucht, die aus einer als untere Elektrode dienenden zylindrischen Unterlagsplatte C, einer einen Preßstempel D aufnehmenden Preßform E und einer zylindrischen Deckel platte F besteht. Die zylindrische Unterlagsplatte C ist auf ihrer Oberseite mit einer zylindrischen Ausnehmung c¹ versehen, in die eine radial gerichtete und bis zum Außenrande der Unterlagsplatte reichende Ausnehmung c² von rechteckigem Querschnitt einmündet. In die zylindrische Ausnehmung c¹ ist die aus Kohle oder Graphit hergestellte hohlzylindrische Preßform E so eingesetzt, daß ein ihre Zylinderwand durchdringender Schlitz e^l von ebenfalls rechteckigem Querschnitt sich an die rechteckige Ausnehmung cder Unterlagsplatte C anschließt. Die Querschnitte der rechteckigen Ausnehmung c² und des rechteckigen Schlitzes c¹ sind so bemessen, daß der Schaft B des zu fertigenden Schneidstahles gerade in die Ausnehmung c² und in den Schlitz e¹ hineinpaßt. In die ent-■ sprechend ausgehöhlte Kohlepreßform E kann der Kohlestempel D von rechteckigem Querschnitt eingeführt werden, auf den die Kohledeckelplatte F aufgesetzt werden kann, die mit einer zylindrischen Ausnehmung/¹ sich auf den Kohlestempel D auflegt und die Kohlepreßform E in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise kappenartig umschließt.

'Bei der erfindungsgemäßen Fertigung eines Schneidstahles verfährt man nun folgendermaßen. Zunächst wird die Preßform E in die zylindrische Ausnehmung c¹ und darauf der Schaft B des Schneidstahles in die radiale Ausnehmung c² der Unterlagsplatte C eingesetzt. Nach der Einführung des Schaftes JS wird ein vorgesintertes, aus Wolframcarbid und Kobalt bestehendes Hartmetallstück G in die Kohlerohrpreßform von oben eingeführt. Hierauf werden der Kohlestempel D und die Deckelplatte F aufgesetzt. Nach diesen vorbereitenden Handlungen wird die gesamte Vorrichtung unter eine Preßvorrichtung beliebiger an sich bekannter Bauart gebracht, bei der durch das Einschalten des Druckes auch ein die Deckelplatte F, den Stempel D, die Preßform E, den Formkörper G und die _ Unterlagsplatte C durchdringender elektrischer Strom eingeschaltet wird. Dieser Strom ist sobemessen, daß der Formkörper G in kurzer Zeit (in etwa 1 Minute) auf über 1400 bis 1600⁰C erhitzt wird, während gleichzeitig der mechanische Druck des Stempels D (etwa 10 bis 20 kg) den Formkörper G zusammenpreßt. Durch diese gleichzeitige Anwendung von Druck und Erhitzung auf etwa 1400 bis i6oo° C wird das Hartmetallstück G fertiggesintert und verdichtet sowie außerdem so starr mit dem Schaft B des Schneidstahles, der sich während des Erhitzungsvorganges höchstens bis zu dunkler Rotglut erhitzt hatte, verbunden, daß der gesinterte und mit dem Schaft B in der angegebenen Weise verschweißte Kopf G nachher in keiner Weise vom Schaft durch .Schläge oder Stöße getrennt werden kann, die obere Kante des heiß gepreßten Kopfes ist durch die gestrichelte Kante g¹ angedeutet. Nachdem der in dieser Weise fertiggestellte Schneidstahl aus der Preßform herausgezogen ist, braucht der Kopf nur noch geschliffen zu werden, um gebrauchsfähig zu sein.

Eine zweite Heißpreßvorrichtung, die benfalls zur Herstellung von Drehstählen uo bestimmt ist, die aber auch zum Herstellen von Bohrkronen mit eingesetzten Hartmetallstiften gebraucht werden kann, ist in Abb. 3 dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der erläuterten dadurch, M₅ daß der in einen als Widerlager dienenden Block H eingesteckte Schaft B von unten in die Preßform eingeführt wird und gleichzeitig als Unterstempel dient. Wie diese Vorrichtung benutzt wird, ist nach dem Erläuterten ohne weiteres verständlich und braucht daher nicht besonders geschildert zu werden.

Die Abb. 4 und 5 lassen erkennen, daß der Schaft B auf seiner zur Aufnahme des Hartmetallkopfes G bestimmten Fläche einen abgesetzten Vorsprung b² von quadratischem Querschnitt besitzt, der dem Zwecke dient, das Zusammenhalten des Kopfes G und des Schaftes B noch zu verbessern.

Eine dritte Ausführungsform einer Heißpreßvorrichtung und eines mit dieser herstellbaren Werkzeuges, bei der der Schaft B des zu fertigenden Werkzeuges (Spitzbohrers) durch eine quer zur Längsachse der Preßform E², E^s gerichtete Bohrung e⁴ in die Preßform E², E³ eingeführt wird, ist aus den Abb. 6 bis 11 ersichtlich. Bei dieser Heißpreßvorrichtung besteht der Kohlestempel aus einem Unterstempel D¹ und aus einem Oberstempel D² von genau gleichen Längenabmessungen; außerdem besteht die Kohlepreßform aus zwei durch radiale Trennungsfugen e^s getrennten Teilen E² und E³, was ein Herausziehen eines sonst nicht aus der Form entfernbaren Werkzeuges gestattet. Im übrigen ist auch die Wirkungsweise dieser Vorrichtung aus dem Vorhergehenden und aus der Zeichnung ohne weiteres verständlich. An Stelle der radial gerichteten Trennungsfugen können auch nicht radiale Trennungsfugen treten, wodurch ein Abgleiten der Formteile voneinander vermieden wird.

Nach der Durchführung des im vorstehenden beschriebenen Verfahrens besitzt der Hartmetallkopf ganz besonders gute Festigkeitseigenschaften und ist so innig und so fest mit dem Grundkörper verbunden, daß er allen bei der Benutzung des Werkzeuges oder des Arbeitsgerätes auftretenden Beanspruchungen sehr gut standhält. Die in der angegebenen Weise erreichte besonders innige Verbindung des Hartmetallteiles mit seiner Unterlage bewirkt dabei offensichtlich, abgesehen von der durch das Heißpressen an sich erzielten Steigerung der Zähigkeit, eine weitere Verbesserung der Zähigkeit. Wenn man beim Fertigen des Werkzeuges oder des Arbeitsgerätes zwischen den Werkzeug- oder Arbeitsgerätkörper und den Hartmetallkopf noch eine Folie eines Metalls oder einer Metallegierung, z.B. eines 420/0igen Nickel-Stahles, einlegt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient ungefähr gleich ist dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Hartmetalle, so wird mit Sicherheit vermieden, daß· im Hartmetall zufolge einer ungleichen Ausdehnung von Hartmetall und Stahl Wärmespannungen bzw. Wärmerisse auftreten, die die Güte der gefertigten Stücke herabsetzen.

Formen aus Kohle sind zufolge ihrer größeren Härte und der geringeren Neigung von Hartmetall, an ihnen festzukleben, an sich günstiger als Graphit; andererseits verbrennt aber Graphit an Luft nicht so schnell wie Kohle. Besonders vorteilhafte Preßformen werden demgemäß erhalten, wenn man die eigentlichen geteilten oder nichtgeteilten Preßformen aus Kohle herstellt und mit einer geteilten oder nichtgeteilten Hülle aus Graphit umgibt, die nach ihrem Verzundern leicht durch eine andere ersetzt werden kann. Man kann die innere Preßform 70' auch vorteilhaft aus- einer keramischen Masse, etwa Aluminiumoxj'd, herstellen und sie mit einer Graphitschale umhüllen. Die die Heizung bewirkende Stromleitung wird in diesem letzteren Falle ausschließlich von der Graphitschale übernommen.

Das erläuterte Verfahren ermöglicht es, auch reines Wolframcarbid ohne Zusatz von niedriger schmelzenden Hilfsmetallen auf Werkzeuge und Arbeitsgeräte heiß aufzupressen. Die auf diese Weise gefertigten Werkzeuge und Arbeitsgeräte zeichnen sich, abgesehen von ihrer ganz besonders hohen Härte, durch eine bemerkenswerte Zähigkeit aus, die einmal in der Druckverdichtung und dann in der besonders innigen Verbindung des Wolframcarbids mit der Unterlage (teil-•weises Hineindiffundieren der Unterlage in die Wolframcarbidschicht) begründet ist.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ι. Verfahren zur Herstellung von Werkzeugen bzw. Arbeitsgeräten mit mindestens einem zur Leistung der Arbeit bestimmten Teil aus Hartmetall, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (B) des Werkzeuges bzw. Arbeitsgeräts mit dem zur Aufnahme des Hartmetallkopfes (G) bestimmten Teil in eine Kohle- oder Graphitpreßform (E bzw. E², E^s) eingeschoben, mit einem kalt gepreßten oder vorgesinterten oder fertiggesinterten oder erschmolzenen Hartmetallplätt'chen (G) belegt wird, worauf durch Vermittlung eines Druckstempels (D bzw. D¹, D-) und eines durch die Preßform (E bzw. E², E^a) sowie gegebenenfalls durch den Stempel (D bzw. D¹, D-) geschickten elektrischen Heizstromes die starre Verbindung des _Μο Hartmetallplättchens (G) mit dem Grundkörper (B) bewirkt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Aufnahme der Hartmetallteile bestimmten Flächen des Grundkörpers Vorsprünge (b¹, b²) aufweisen, die den Zusammenhalt des Hartmetalls mit dem Grundkörper verbessern.
3. 3. Vorrichtung zum Ausüben des Verfahr ens nach den Ansprüchen 1 oder 2, die in eine von einem elektrischen Strom

   durchflossen Druckvorrichtung eingelegt werden kann und bei der in einer den elektrischen Strom leitenden, z. B. aus Kohle oder Graphit bestehenden Preßform (E bzw. JS², E³) ein oder zwei leitende oder nichtleitende Preßstempel (D bzw. D¹, D²) aus Kohle oder Graphit oder Aluminiumoxyd beweglich sind, auf der gegebenenfalls noch eine ebenfalls den elektrischen Strom leitende Platte (F) aufliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßform in mindestens zwei Teile (E², E^s) geteilt ist, wobei die Teilungsflächen radial oder nichtradial verlaufen können.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Preßstempel aus Holzkohle oder einer keramischen Masse, ζ< B. Aluminiumoxyd, bestehen und in einer aus Graphit bestehenden Preßform beweglich sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßform aus Holzkohle hergestellt und mit einer Hülle aus Graphit umgeben ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen