DE69930244T2

DE69930244T2 - Verfahren zum stanzen eines mehrschichtigen streifens

Info

Publication number: DE69930244T2
Application number: DE69930244T
Authority: DE
Inventors: L. Thomas Roseville MORSE; D. Alfred Stillwater NELSON; L. Brian Hastings JOHNSON
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2019-04-08
Also published as: JP2002540949A; DE69930244D1; EP1169178B1; KR100626626B1; AU3476699A; KR20010108472A; EP1169178A1; WO2000059725A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Teil und ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Teils mit einer relativ starren oberen und unteren Schicht und einer viskoelastischen Zwischenschicht. In einer besonderen Ausführungsform betrifft sie ein Verfahren zum Stanzen eines flachen Teils mit gleichmäßigen Kanten aus einem mehrschichtigen Streifen mit einer viskoelastischen Zwischenschicht auf Massenproduktionsbasis.
Für das Stanzen oder Ausschneiden von Teilen aus Bahnen oder Streifen eines Materials verwendet man normalerweise verschiedene allgemein bekannte Techniken. In der Regel wird das Teil aus dem Streifen geschert oder geschnitten, indem der Streifen an gewünschten Stellen Scherbelastungen ausgesetzt wird. Eine übliche Stanzmaschine enthält einen Stempel und eine Matrize oder ähnliche Stanzpressenwerkzeuge. Stempel und Matrize sind entsprechend einer gewünschten Form des Endteils gestaltet und können daher eine Anzahl verschiedener Formen annehmen, beispielsweise kreisförmig, rechteckig usw. Allgemein ausgedrückt, wird der Materialstreifen zwischen den Stempel und die Matrize gelegt, und der Stempel wird in Richtung der Matrize angetrieben. Während dieses Vorgangs wird das Teil entlang Bruchlinien, die durch den Stempel und die Matrize verursacht werden, aus dem Streifen geschert. Zu weiteren ähnlichen Schertechniken gehören Abstanzen, Feinstanzen, Stanzformen usw.
Zwar sind Ausschneidoperationen mittels einer herkömmlichen Stanzpresse oder einer ähnlichen Technik weit verbreitet, doch inhärente Beschränkungen dieser Schertechniken tragen normalerweise gewisse Mängel in das resultierende Teil ein. So ist beispielsweise bei dem üblichen Stempel-Matrize-Konzept der Abstand zwischen dem Stempel und der Matrize ein Ausschlaggebender Faktor bei der Bestimmung der Form und der Qualität der gescherten Kante des Teils. Während des Schervorgangs beginnt das eigentliche Scheren mit der Entstehung von Brüchen oder Rissen an den Grenzflächen zwischen dem Teil und dem Stempel und dem Teil und der Matrize. Diese Brüche definieren Verformungszonen und treffen schließlich aufeinander, was zu einer vollständigen Trennung führt. Wenn man sich dies vor Augen hält, ist klar, dass die gescherte Kante des Teils in der Regel weder glatt ist noch senkrecht zu einer Ebene des Streifens verläuft. Insbesondere wird bei zunehmendem Abstand die Kante des Teils umso rauer, je größer die Verformungszone entlang der Kante des Teils wird. Material wird in den Abstandsbereich gezogen, und die Kante des gescherten Teils wird zunehmend abgerundet. Außerdem entstehen normalerweise Grate an der Unterseite des Teils. Die Bruchbildung lässt sich möglicherweise besser steuern, wenn man den Stempel mit einer Schneidkante versieht. Doch selbst bei relativ dünnem Streifenmaterial kommt es immer noch zu unkontrollierten Brüchen entlang der gescherten Kante des Teils.
Je nach dem Endverwendungszweck des Teils sind die oben beschriebenen Defekte möglicherweise nicht weiter von Belang. Beispielsweise werden Edelstahlunterlegscheiben in der Regel durch einen Stanzvorgang hergestellt. Für die meisten Verwendungszwecke ist es nicht erforderlich, dass die Unterlegscheibe extrem flach ist oder gleichmäßige Kanten am Innen- und Außenumfang hat. Des Weiteren können dort, wo Flachheit und Kantengleich mäßigkeit von größerer Bedeutung sind, bestimmte zusätzliche Prozesssteuerungen implementiert werden. Es kann beispielsweise ein Feinstanzverfahren verwendet werden, bei dem ein V-förmiger Niederhalter oder ein Aufprallring die Materialschicht oder den Materialstreifen fest am Platz hält, so dass die Gratbildung minimiert und eine gleichmäßigere Scherung unterstützt wird. Alternativ können zusätzliche Fertigungsschritte wie beispielsweise Walzen, Ebenbrennen, Schaben, Entgraten usw. verwendet werden.
Ein konkretes Produkt, das normalerweise mittels eines Stanzvorgangs hergestellt wird, ist das Scheibenträgermaterial für einen drehbaren Speichergegenstand wie beispielsweise eine Computerfestplatte. Scheibenträger, die in Computerfestplattenlaufwerken verwendet werden, werden in der Regel durch Ausschneiden eines entsprechend geformten Teils aus einem Aluminiumflachmaterial massenproduziert. Anschließend werden weitere Materialien auf gegenüberliegende Flächen der Scheibe aufgebracht, wie beispielsweise plattiertes Nickel und gesputtertes magnetisches Material. Der Scheibenträger selbst wird jedoch mit einer Stempel-Matrize-Vorrichtung hergestellt. Pro Jahr werden schätzungsweise eine Milliarde Computerfestplatten hergestellt. Es versteht sich von selbst, dass der Scheibenträger flach sein muss. In dieser Hinsicht verlangen die momentanen Industriestandards eine Flachheit von weniger als 8 μm je 96 mm (ein typischer Festplattenträgerdurchmesser) oder 5 μm je 84 mm (ein weiterer typischer Plattendurchmesser). Um diese strenge Normvorgabe zu erfüllen, wird in der Regel eine Niederhaltertechnik verwendet, um die Gratbildung zu minimieren. Des Weiteren wird der Scheibenträger nach dem Ausschneid- oder Stanzvorgang in der Regel ebengebrannt.
Die oben beschriebenen Techniken erreichen die verlangte Scheibenträgerflachheit aufgrund der monolithischen Natur des Flachmaterials. Das monolithische Aluminiummaterial unterstützt ein erfolgreiches Ebenbrennen, weil die während des Stanzens eingetragenen Defekte relativ gleichmäßig über die Scheibendicke verteilt sind. Für die meisten Endverwendungszwecke ist ein monolithischer oder einschichtiger Aluminiumscheibenträger mehr als ausreichend. Im Zuge der Weiterentwicklung der Computerfestplattenlaufwerkstechnologie werden jedoch an die Computerfestplatte zunehmend höhere Ansprüche gestellt. Beispielsweise sind Anstrengungen unternommen worden, die Drehzahl der Festplatte zu erhöhen. Festplattenlaufwerke drehen sich normalerweise mit konstanter Drehzahl. Die Drehzahlen reichen in der Regel von 3600 bis 7200 Umdrehungen in der Minute (U/min). Die jüngsten Verbesserungen bei den Festplattenkonstruktionen haben zu Drehzahlen von weit über 10000 U/min geführt. Bei diesen Drehzahlen beginnt die Platte in Reaktion auf den Luftwiderstand und/oder innere Festplattenoberschwingungen zu flattern oder zu vibrieren. Die Auswirkungen einer sinusförmigen Bewegung werden bei höheren Drehzahlen enorm verstärkt. Weil der übliche Computerfestplattenträger monolithisch ist, werden Resonanzschwingungen, die an einer Unterseite des Scheibenträgers entstehen, zur Oberseite (und umgekehrt) übertragen oder ausgebreitet, was zu Lese- und/oder Schreibfehlern führen kann.
Um die Resonanzschwingungsprobleme zu überwinden, hat man sich bei den jüngsten Scheibenträgerkonstruktionen auf den Einbau eines internen Dämpfungsmechanismus' konzentriert. Dieser interne Dämpfungsmechanismus dient dem Absorbieren oder Dämpfen von Resonanzschwingungen, wodurch die Schwingungsausbreitung und daraus resultierende Lese- und/oder Schreibfehler vermieden werden. Ein solcher Computerfestplattenträger (oder ein ähnlicher rotierender Speichergegenstand) ist in US-Patent Nr. 5,538,774 an die Minnesota Mining and Manufacturing Company aus St. Paul, Minnesota, beschrieben. Der beschriebene Scheibenträger enthält wenigstens eine Schicht, die aus einem viskoelastischen Material besteht. Die viskoelastische Schicht dient dem Dämpfen von Resonanzschwingungen, die während des Betriebes erzeugt werden.
Das Einbauen eines viskoelastischen Materials in einen Computerfestplattenträger ist eine überaus sinnvolle Lösung des Resonanzschwingungsproblems. Jedoch können bestimmte Fertigungsbedenken während der Massenproduktion auftauchen. Eine Technik zur Herstellung eines mehrschichtigen Scheibenträgers oder eines beliebigen anderen Produkts, das relativ starre äußere Schichten und eine viskoelastische Zwischenschicht enthält, besteht darin, jede der drei oder mehr Schichten voneinander unabhängig herzustellen. Nach dem Schneiden auf die richtige Form und Größe werden die drei oder mehr Schichten aneinander angehaftet. Im Hinblick auf die Massenproduktion mag diese Technik relativ zeitaufwändig sein. Des Weiteren kann es beim korrekten Ausrichten der Schichten aufeinander zu Schwierigkeiten kommen. Umgekehrt können die drei oder mehr Schichten zu einem kontinuierlichen Streifen ausgebildet werden. Dann wird ein einzelner Computerfestplattenträger oder eine andere Komponente entsprechend den zuvor beschriebene Stanzverfahren aus dem Streifen ausgestanzt.
Bei herkömmlichen Stanztechniken schneidet die obere starre Schicht praktisch wenigstens einen Abschnitt der unteren starren Schicht. Im Gegensatz zu einem monolithische Teil ist es jedoch über die Maßen schwierig, durch das Stanzen verursachte Defekte in einem mehrschichtigen Teil zu korrigieren, das eine viskoelastische Zwischenschicht enthält. Weil die viskoelastische Zwischenschicht weich und verformbar ist, verformt sich das Material der starren äußeren Schicht leicht an der Grenzfläche zu dem viskoelastischen Material. Diese interne Verformung oder Verbiegung ist entlang der Umfangskanten des Teils noch ausgeprägter. weil sich die viskoelastische Grenzfläche im Inneren befindet, erscheint es als extrem schwierig, Kantenverbiegungen über eine externe Kompressionskraft und/oder Ebenbrennen zu korrigieren. Es kann sich somit als schwierig erweisen, die Flachheitsvorgaben von weniger als 8 μm je 96 mm auf Massenproduktionsbasis zu erfüllen. Die herkömmlichen Stanztechniken führen im Endeffekt zu einer uneben gescherten Kantenfläche und inakzeptablen Flachheitsabweichungen. Genau die gleichen Probleme zeigen sich nicht nur bei Computerfestplattenträgern, sondern ebenso bei allen sonstigen mehrschichtigen gestanzten Teilen.
Die Implementierung einer viskoelastischen Materialschicht zwischen relativ starren Materialschichten bringt wesentliche Verbesserungen für viele derzeit erhältliche Produkte mit sich. Jedoch kann die Herstellung dieser Produkte mit bekannten Stanztechniken inakzeptable Flachheitsabweichungen verursachen. Daher besteht ein großer Bedarf an einem Verfahren zum Stanzen eines gleichmäßigen flachen Teils aus einem mehrschichtigen Streifen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stanzen eines Teils aus einem länglichen Streifen eines mehrschichtigen Materials, wobei das mehrschichtige Material eine obere Schicht, eine Zwischenschicht und eine untere Schicht enthält. Die Zwischenschicht ist viskoelastisch. Die obere und die untere Schicht sind im Vergleich zur Zwischenschicht relativ starr. Das Verfahren beinhaltet das Bereitstellen einer Stanzvorrichtung, die einen Ober- und einen Unterstempel aufweist, die symmetrisch aufeinander ausgerichtet sind. Sowohl der Ober- als auch der Unterstempel enthält eine Materialverdrängungskante, die einer gewünschten Form des Teils entspricht. Zu diesem Zweck ist jede der Materialverdrängungskanten durch eine Freifläche und eine Teilkontaktfläche definiert. Die Freifläche und die Teilkontaktfläche kombinieren sich zu einem positiven Freiwinkel. Der Streifen wird so zwischen dem Oberstempel und dem Unterstempel positioniert, dass sich die Materialverdrängungskante des Oberstempels benachbart zu der oberen Schicht befindet und die Materialverdrängungskante des Unterstempels sich benachbart zu der unteren Schicht befindet. Dann werden Abschnitte der oberen und der unteren Schicht durch den Oberstempel bzw. den Unterstempel geschert. Genauer gesagt, durchdringt die Materialverdrängungskante des Oberstempels einen Abschnitt der oberen Schicht, so dass ein Nutmuster in der oberen Schicht entsteht. in ähnlicher Weise durchdringt die Materialverdrängungskante des Unterstempels einen Abschnitt der unteren Schicht, so dass ein Nutmuster in der unteren Schicht entsteht. Sowohl das Nutmuster in der oberen Schicht als auch das Nutmuster in der unteren Schicht definiert einen Umfang des Teils. Schließlich wird das Teil aus dem Streifen herausgelöst. Das so hergestellte Teil hat eine im Wesentlichen gleichmäßige Umfangskante und ist im Wesentlichen flach.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stanzen eines Teils aus einem länglichen Streifen eines mehrschichtigen Materials. Das mehrschichtige Material enthält eine obere Schicht, eine Zwischenschicht und eine untere Schicht. Die Zwischenschicht ist viskoelastisch. Die obere und die untere Schicht sind im Vergleich zur Zwischenschicht relativ starr. Das Verfahren beinhaltet das Ausbilden einer ersten Nut in der oberen Schicht, wobei die erste Nut einen Umfang des Teils definiert und eine Tiefe aufweist, die geringer ist als eine Dicke der oberen Schicht. Eine zweite Nut wird in der unteren Schicht ausgebildet. Die zweite Nut ist zu der ersten Nut symmetrisch und hat eine Tiefe, die geringer ist als eine Dicke der unteren Schicht. In dieser Hinsicht werden die erste Nut und die zweite Nut im Wesentlichen gleichzeitig ausgebildet. Schließlich wird das Teil aus dem Streifen herausgelöst. Das auf diese Weise hergestellte Teil hat eine im Wesentlichen gleichmäßige Umfangskante und ist im Wesentlichen flach.
Des Weiteren wird eine Vorrichtung zum teilweisen Stanzen eines Teils aus einem länglichen Streifen eines mehrschichtigen Materials offenbart. Das mehrschichtige Material enthält eine obere Schicht, eine Zwischenschicht und eine untere Schicht. Die Zwischenschicht ist viskoelastisch. Die obere Schicht und die untere Schicht sind im Vergleich zur Zwischenschicht relativ starr. Die Vorrichtung weist einen ersten Stempel, einen zweiten Stempel, einen Antriebsmechanismus und einen Endanschlag auf. Der erste Stempel enthält eine Materialverdrängungskante, die einer gewünschten Form des Teils entspricht. Des Weiteren ist die Materialverdrängungskante durch eine Freifläche und eine Teilkontaktfläche definiert. Die Freifläche und die Teilkontaktfläche kombinieren sich zu einem Freiwinkel. Der zweite Stempel enthält eine Materialverdrängungskante, die mit der Materialverdrängungskante des ersten Stempels im Wesentlichen identisch ist. Der erste Stempel und der zweite Stempel sind vertikal so angeordnet, dass die Materialverdrängungskanten symmetrisch aufeinander ausgerichtet sind. Der Antriebsmechanismus ist dafür konfiguriert, den ersten Stempel während eines Stanzvorgangs in Richtung des zweiten Stempels zu drängen. Und schließlich ist der Endanschlag dafür konfiguriert, den Abstand zwischen den Materialverdrängungskanten während eines Stanzvorgangs zu steuern. Genauer gesagt, steuert der Endanschlag den Stanzvorgang derart, dass ein vertikaler Abstand zwischen den Materialverdrängungskanten vorzugsweise größer ist als eine Dicke der Zwischenschicht.
Des Weiteren wird ein Teil offenbart, das mittels einem der oben beschriebenen Verfahren hergestellt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Teil ein drehbarer Speichergegenstand wie beispielsweise ein Computerfestplattenträger. Ein weiterer verwandter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt einen Scheibenträger zur Verwendung als eine Basiskomponente eines drehbaren Speichergegenstandes bereit. Der Scheibenträger ist durch eine Außenumfangskante und eine Innenumfangskante definiert. Die Scheibe enthält eine obere Schicht, eine untere Schicht und eine Zwischenschicht. Die Zwischenschicht ist zwischen der oberen Schicht und der unteren Schicht angeordnet und ist viskoelastisch. Die obere und die untere Schicht sind im Vergleich zur Zwischenschicht relativ starr. Des Weiteren sind die obere Schicht, die untere Schicht und die Zwischenschicht so konfiguriert, dass sie im Wesentlichen planar und von der äußeren Umfangskante zur inneren Umfangskante im Wesentlichen parallel zueinander sind.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.
1A ist eine teilweise Draufsicht auf einen mehrschichtigen Materialstreifen, aus dem ein Teil herausgestanzt wird, gemäß der vorliegenden Erfindung.
1B ist eine Querschnittsansicht des Materialstreifens von 1A entlang der Linie 1B-1B.
2 ist eine Draufsicht auf den Streifen von 1A, der so bearbeitet wurde, dass er Führungslöcher und ein Reliefmuster enthält.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum teilweisen Stanzen, die den Streifen von 2 enthält.
4 ist eine Querschnittsansicht der Anordnung von 3 in einem teilweisen Stanzvorgang.
5A ist eine Querschnittsansicht des Streifen von 2 nach einem teilweisen Stanzvorgang.
5B ist eine Draufsicht auf den Streifen von 5A.
6 ist eine schematische Veranschaulichung eines Stanzvorgangs.
7A ist eine Draufsicht auf den Materialstreifen von 5A nach dem Stanzvorgang.
7B ist eine Draufsicht auf ein Teil, das aus dem Streifen von 7A geschert wurde; und
7C ist eine Querschnittsansicht des Teils von 7B.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stanzen von Teilen aus einem Materialstreifen, wie beispielsweise einem Streifen 10, wie in 1A gezeigt ist. Der Streifen 10 ist vorzugsweise länglich, um die Massenproduktion von Teilen zu unterstützen. Zu diesem Zweck enthält der in 1A gezeigte Streifen 10 ein Teilmuster 12 (mit Strichlinien dargestellt). Das Teilmuster 12 steht für ein Teil, das aus einem Streifen 10 gestanzt werden soll, und kann eine breite Vielfalt an Konfigurationen und Formen annehmen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform jedoch bezieht sich das Teilmuster 12 auf einen Computerfestplattenträger wie beispielsweise jene, die zur Herstellung drehbarer Speichergegenstände verwendet werden, und zeigt daher einen Ring mit einem Loch in der Mitte. Zu diesem Zweck definiert das Teilmuster 12 einen äußeren Umfang ÄU und einen inneren Umfang IU. Es versteht sich, dass das Teilmuster 12 in 1A nur zu Veranschaulichungszwecken gezeigt ist. Vor der Bearbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Streifen 10 vorzugsweise kontinuierlich und enthält nicht das Teilmuster 12.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Streifen 10 mehrschichtig. Beispielsweise besteht der Streifen 10, wie in 1B gezeigt, aus einer oberen Schicht 14, einer Zwischenschicht 16 und einer unteren Schicht 18. Die Zwischenschicht 16 ist viskoelastisch.
Die obere Schicht 14 und die untere Schicht 18 sind vorzugsweise im Vergleich zur Zwischenschicht 16 relativ starr. Beispielsweise können die obere Schicht 14 und die untere Schicht 18 aus eine metallischen Material wie beispielsweise Aluminium bestehen.
Die Zwischenschicht 16 basiert vorzugsweise auf einem Polymer oder einem ähnlichen Material, das viskos und daher in der Lage ist, Energie zu dissipieren, und trotzdem bestimmte elastische Eigenschaften aufweist und daher in der Lage ist, Energie zu speichern. Das heißt, ein viskoelastisches Material ist ein elastomeres Material, das in der Regel langkettige Moleküle enthält, die mechanische Energie in Wärme umwandeln können, wenn sie verformt werden. Zu geeigneten viskoelastischen Materialien gehören Fluorpolymere, Urethankautschukarten, Silikonkautschukarten, Butylkautschukarten, Poly(meth)acrylate, Polyester, Polyurethane und Polyamide, um nur einige zu nennen. Des Weiteren kann eine effektive Menge eines fasrigen und/oder teilchenförmigen Materials mit dem viskoelastischen Material kombiniert werden. Bei dieser Konfiguration dient die Zwischenschicht 16 als eine Dämpfungsschicht relativ zu der oberen Schicht 14 und der unteren Schicht 18.
Ein Teil (nicht gezeigt), das aus dem Streifen 10 gestanzt wurde, kann hervorragend für zahlreiche Anwendungszwecke geeignet sein, beispielsweise als Computerfestplattenträger (durch das Teilmuster 12 in 1A
dargestellt), der zur Herstellung eines drehbaren Speichergegenstandes benutzt werden kann. Beispiele für akzeptable Materialien für die Zwischenschicht 16 finden sich im US-Patent Nr. 5,538,774, dessen Lehren hiermit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen werden.
Es versteht sich, dass, obgleich die obere Schicht 14 und die untere Schicht 18 als äußere Flächen des Streifen 10 dargestellt sind, auch weitere Materialien oder Schichten, wie beispielsweise Informationsspeicherschichten oder Schutzüberzugsschichten, auf die obere Schicht 14 und/oder die untere Schicht 18 aufbeschichtet oder anderweitig aufgebracht werden können. In ähnlicher Weise können eine oder mehrere weitere Materialschichten und/oder Klebstoffe zwischen der oberen Schicht 14 und der Zwischenschicht 16 und/oder zwischen der Zwischenschicht 16 und der unteren Schicht 18 angeordnet werden.
Wie in 1B gezeigt, haben die obere Schicht 14 und die untere Schicht 18 vorzugsweise eine identische Dicke. Des Weiteren hat die Zwischenschicht 16 eine Dicke, die geringer ist als eine Dicke der oberen Schicht 14 und der unteren Schicht 18. Alternativ können auch andere Dicken und Dickenbeziehungen für die obere Schicht 14, die Zwischenschicht 16 und/oder die untere Schicht 18 Verwendung finden.
Wenn man die oben beschriebenen Merkmale des Streifens 10 berücksichtigt, beginnt die Herstellung eines Teils (das beispielsweise durch das Teilmuster 12 in 1A dargestellt ist) gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem vorläufigen Stanzvorgang, bei dem Führungslöcher 20, ein inneres Reliefmuster 22 und ein äußeres Reliefmuster 24, die allgemein in 2 gezeigt sind, ausgebildet. Wir erinnern uns, dass das Teilmuster 12, obgleich es nicht tatsächlich in dem Streifen 10 ausgebildet ist, für eine gewünschte Form eines Teils steht. Stanz- oder Stempeloperationen, die an dem Streifen 10 ausgeführt werden, dürfen daher kein Material in dem Teilmuster 12 behindern oder anderweitig beschädigen, da aus diesem Material das fertige Teil bestehen wird. Daher sind die Führungslöcher 20, das innere Reliefmuster 22 und das äußere Reliefmuster 24 von dem Innenumfang IU bzw. dem äußeren Umfang ÄU des Teilmuster 12 entfernt angeordnet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind vier der Führungslöcher 20 vorhanden, obgleich auch jede andere Anzahl akzeptabel ist. Die Führungslöcher 20 können mit einer Reihe verschiedener Fertigungstechniken hergestellt werden, einschließlich beispielsweise einem Stanzvorgang. Die Führungslöcher 20 sind vorzugsweise vorhanden, um eine Bewegung des Streifen 10 von einer Bearbeitungsvorrichtung zu einer anderen zu unterstützen und an der korrekten Ausrichtung des Streifens 10 relativ zu einer bestimmten Bearbeitungsvorrichtung mitzuwirken.
Das innere Reliefmuster 22 und das äußere Reliefmuster 24 sind neben dem inneren Umfang IU bzw. dem äußeren Umfang ÄU des Teilmusters 12 ausgebildet. Vor allem sind das innere Reliefmuster 22 und das äußere Reliefmuster 24 so konfiguriert, dass sie sich nicht in Material des Streifens 10 innerhalb des Teilmusters 12 hinein erstrecken oder es anderweitig beschädigen. Oder anders ausgedrückt: Das innere Reliefmuster 22 ist ein wenig von dem inneren Umfang IU beabstandet, wohingegen das äußere Reliefmuster 24 ein wenig von dem äußeren Umfang ÄU beabstandet ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, wo das Teil (beispielsweise durch das Teilmuster 12 dargestellt) ein Scheibenträger zur Verwendung als eine Basiskomponente einer Computerfestplatte ist, ist das innere Reliefmuster 22 ein Loch, das innerhalb des inneren Umfang IU ausgebildet ist. Alternativ kann das innere Reliefmuster 22 ein Schlitz sein. Es ist zu beachten, dass bestimmte Teile (außer beispielsweise einem Ring) die aus dem Streifen 10 hergestellt werden, kontinuierlich sein können. Bei diesem Design braucht nur der äußere Umfang ÄU ausgebildet zu werden, und der innere Umfang IU entfällt. Beim Stanzen eines in dieser Weise konfigurierten Teils braucht kein inneres Reliefmuster 22 ausgebildet zu werden.
Das äußere Reliefmuster 24 ist in 2 so dargestellt, dass es eine Reihe von Schlitzen 26a–26d aufweist. Bei der Ausbildung der Schlitze 26a–26d entstehen vorzugsweise mehrere Stege 28a–28d. Die Stege 28a–28d dienen zum Verbinden von Material innerhalb des äußeren Reliefmusters 24 mit dem Rest des Streifens 10. Oder anders ausgedrückt: Die Stege 28a–28d verhindern, dass das Material innerhalb des äußeren Reliefmusters 24 vom Rest des Streifens 10 abfällt. Obgleich vier der Stege 28a–28d in 2 gezeigt sind, ist auch jede andere Anzahl – größer oder kleiner – akzeptabel. Um die weitere Bearbeitung, die unten beschrieben ist, zu unterstützen, hat jeder der Stege 28a–28d eine relativ schmale Breite von ungefähr einer Dicke des Streifens 10. Bei einer Dicke eines Streifen 10 von 0,81 mm (0,032 Inch) beispielsweise hat jeder der mehreren Stege 28a–28d eine Breite von weniger als etwa 1 mm (0,04 Inch), obgleich auch andere Abmessungen akzeptabel sind.
Das äußere Reliefmuster 24 ist so angeordnet, dass jeder der Schlitze 26a–26d sich neben dem äußeren Umfang ÄU des Teilmuster 12, aber ein wenig von diesem beabstandet, befindet. Wie weiter unten noch näher beschrieben wird, hat das äußere Reliefmuster 24 den Zweck, das Fortdrängen von Material von dem Teilmuster 12 während der anschließenden Bearbeitung zu erleichtern. Zu diesem Zweck sind die Schlitze 26a–26d vorzugsweise von dem Teilmuster 12 um eine Entfernung beabstandet, die ungefähr gleich der Dicke des Streifens 10 ist.
Das innere Reliefmuster 22 und das äußere Reliefmuster 24 können auf vielfältige Weise ausgebildet werden, wie beispielsweise mittels einer Stanzpresse, einer Vorlageschneidemaschine usw. Des Weiteren können die Führungslöcher 20, das innere Reliefmuster 22 und das äußere Reliefmuster 24 gleichzeitig oder an separaten Bearbeitungsstationen ausgebildet werden. Beispielsweise können zuerst die Führungslöcher 20 und das innere Reliefmuster 22 ausgebildet werden, anschließend die Schlitze 26a und 26c, gefolgt von den Schlitzen 26b 26d. Unabhängig von der konkreten Reihenfolge kann der Streifen 10 nach dem vorläufigen Stanzvorgang mittels der Führungslöcher 20 zu anschließenden Bearbeitungsstationen geführt und in diesen Bearbeitungsstationen ausgerichtet werden. Des Weiteren erleichtern das innere Reliefmuster 22 und das äußere Reliefmuster 24 die Verdrängung von Material vom Teilmuster 12 weg.
Nach dem vorläufigen Stanzvorgang wird der Streifen 10 durch eine Vorrichtung zum teilweisen Stanzen, wie beispielsweise die in 3 gezeigte Vorrichtung 40 zum teilweisen Stanzen, bearbeitet. Allgemein ausgedrückt, enthält die Vorrichtung 40 zum teilweisen Stanzen einen Oberstempel 42 und einen Unterstempel 44. Der Oberstempel 42 enthält eine Innenumfangssektion 46 und eine Außenumfangssektion 48. In ähnlicher Weise enthält der Unterstempel 44 eine Innenumfangssektion 50 und eine Außenumfangssektion 52. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind der Oberstempel 42 und der Unterstempel 44 jeweils mit einer oberen Grundplatte 53 einstückig ausgebildet und verbunden. Die obere Grundplatte 53 wiederum ist mit einem Stößel 54 verbunden. Der Stößel 54 wird vertikal über einen (nicht gezeigten) Antriebsmechanismus wie beispielsweise eine Verdrängungsmotor angetrieben. Ein Endanschlagblock 56 erstreckt sich vom Stößel 54 und ist dafür konfiguriert, die vertikale Bewegung des Stößels 54 und daher des Oberstempels 42 relativ zu dem Streifen 10 zu begrenzen. Was den Unterstempel 44 anbelangt, sind die Innenumfangssektion 50 und die Außenumfangssektion 52 mit einer unteren Grundplatte 57 verbunden. Die untere Grundplatte 57 ist an einer Basis 58 befestigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Basis 58 stationär. Des Weiteren erstreckt sich ein Endanschlagblock 60 von der Basis 58 und ist dafür konfiguriert, die vertikale Bewegung des Streifens 10 relativ zum Unterstempel 44 zu begrenzen.
Der Oberstempel 42 ist dafür konfiguriert, ein Schnitt- oder Nutmuster in dem Streifen 10 zu erzeugen, das einer gewünschten Form des fertigen Teils (nicht gezeigt) entspricht. Wenn also das Teil (beispielsweise durch das Teilmuster 12 von 2 dargestellt) ein Ring zur Verwendung als ein Computerfestplattenträger ist, so ist die Innenumfangssektion 46 entsprechend dem inneren Umfang IU (2) bemessen, während die Außenumfangssektion 48 entsprechend dem äußeren Umfang ÄU (2) bemessen ist. Zu diesem Zweck enthält die Innenumfangssektion 46 eine Freifläche 62 und eine Teilkontaktfläche 64, die sich zu einer Materialverdrängungskante 66 kombinieren. In ähnlicher Weise enthält die Außenumfangssektion 48 eine Freifläche 68 und eine Teilkontaktfläche 70, die sich zu einer Materialverdrängungskante 72 kombinieren. Wie in 3 gezeigt, sind die Teilkontaktflächen 64, 70 im Wesentlichen vertikal, so dass sie senkrecht zu einer Ebene des Streifens 10 verlaufen. Umgekehrt erstreckt sich die Freifläche 62, 68 in einem Winkel von der jeweiligen Teilkontaktfläche 70, so dass ein positiver Freiwinkel A, B definiert wird. Der Freiwinkel A, B liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 20°–70°, besonders bevorzugt etwa 40°–50° und ganz besonders bevorzugt etwa 45°.
Wie weiter unten noch näher beschrieben wird, sind die Materialverdrängungskanten 66, 72 jeweils dafür konfiguriert, einen Abschnitt des Streifens 10 so zu scheren, dass ein Umfang des Teils (beispielsweise durch das Teilmuster 12 von 2 dargestellt) definiert wird. Wenn also das Teil ein Ring ist, so sind die Materialverdrängungskanten 66, 72 der Innenumfangssektion 46 bzw. der Außenumfangssektion 48 kreisförmig. In dieser Hinsicht definiert die Materialverdrängungskante 72 der Außenumfangssektion 48 einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser der Innenumfangssektion 46. Alternativ können die Materialverdrängungskanten 66, 72 auch eine beliebige andere Form gemäß einer gewünschten Gestalt des fertigen Teils annehmen.
So können die Materialverdrängungskanten 66, 72 ein Quadrat, ein Rechteck, eine Kurvenlinienform usw. bilden. Es ist zu beachten, dass, wie oben beschrieben, die Innenumfangssektion 46 entfällt, wenn das Teil kein Loch in der Mitte enthält.
Die Komponenten der Innenumfangssektion 46 und der Außenumfangssektion 48, einschließlich der Freiflächen 62, 68, der Teilkontaktflächen 64, 70 und der Materialverdrängungskanten 66, 72, sind als vorzugsweise identisch beschrieben worden. Es versteht sich jedoch, dass die Innenumfangssektion 46 und die Außenumfangssektion 48 ein voneinander verschiedenes Design haben können. Beispielsweise kann sich der Freiwinkel A, der zu der Innenumfangssektion 46 gehört, von dem Freiwinkel B, der zu der Außenumfangssektion 48 gehört, unterscheiden. Des Weiteren können die Materialverdrängungskanten 66, 72 verschiedene Formen aufweisen.
Die Freiflächen 62, 68 sind so konfiguriert, dass sie während des Gebrauchs Material, das durch die Materialverdrängungskanten 66 und 72 verdrängt wird, von den Teilkontaktflächen 64 bzw. 70 fort lenken. In dieser Hinsicht können die Freiflächen 62, 68 – obgleich sie linear dargestellt sind – auch eine oder mehrere zusätzliche Winkel oder Kurvenkonfigurationen beinhalten. Die Teilkontaktflächen 64, 70 sind andererseits vorzugsweise vertikal (relativ zu dem Streifen 10), so dass ein im Wesentlichen gerader, im Wesentlichen gleichmäßiger Umfang des Teils (nicht gezeigt) definiert wird.
Der Unterstempel 44 ist vorzugsweise mit dem Oberstempel 42 identisch. So enthält die Innenumfangssektion 50 eine Freifläche 62' und eine Teilkontakt fläche 64', die sich zu einer Materialverdrängungskante 66' kombinieren. Die Materialverdrängungskante 66' bildet einen positiven Freiwinkel A', der mit dem Freiwinkel A identisch ist. In ähnlicher Weise enthält die Außenumfangssektion 52 eine Freifläche 68' und eine Teilkontaktfläche 70', die sich zu einer Materialverdrängungskante 72' kombinieren. Die Materialverdrängungskante 72' bildet einen positiven Freiwinkel B', der mit dem Freiwinkel B identisch ist. Wie in 3 gezeigt, ist der Unterstempel 44 vertikal unter dem Oberstempel 42 ausgerichtet. Bei dieser Konfiguration sind der Oberstempel 42 und der Unterstempel 44 symmetrisch. Genauer gesagt, sind die Materialverdrängungskanten 66, 66', die zu den Innenumfangssektionen 46, 50 gehören, symmetrisch aufeinander ausgerichtet, und die Materialverdrängungskanten 72, 72' der Außenumfangssektionen 48, 52 sind symmetrisch aufeinander ausgerichtet.
Der Oberstempel 42 und der Unterstempel 44 bestehen aus einem gehärteten Material wie beispielsweise CPM-Werkzeugstahl (Crucible Particle Metallurgy) von der Crucible Materials Corp. aus Camillus, New York, oder einem Material, das nach anderen herkömmlichen Stahlherstellungsverfahren hergestellt ist. Alternativ kommen auch andere gehärtete Materialien in Frage, die üblicherweise in Verbindung mit Flachmaterialstanzwerkzeugen verwendet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Vorrichtung 40 zum teilweisen Stanzen des Weiteren eine Haltevorrichtung (nicht gezeigt) zum Halten des Streifens 10 relativ zu den Stempeln 42, 44 während des teilweisen Stanzvorgangs. Beispielsweise kann die Haltevorrichtung einen Metallabstreifblock und einen Gummiblock enthalten, die den Stempeln 42, 44 zugeordnet sind. Genauer gesagt, wird ein Block aus Gummimaterial, wie beispielsweise Urethangummi, zwischen die Innenumfangssektion 46 und die Außenumfangssektion 48 des Oberstempels 42 eingebettet und stößt dabei gegen die obere Grundplatte 53. Ein Metallabstreifblock ist gleichermaßen zwischen die Innen- und die Außenumfangssektion 46 bzw. 48 eingebettet und stößt gegen den Gummiblock. Vor dem Gebrauch erstreckt sich der Metallabstreifblock ein wenig über die Materialverdrängungskanten 66, 72 hinaus. Eine ähnliche Gummiblock-Metallabstreifblock-Anordnung ist für den Unterstempel 44 vorgesehen. Während des teilweisen Stanzvorgangs (weiter unten näher beschrieben) nehmen die Metallabstreifblöcke den Streifen 10 auf gegenüberliegenden Seiten in Eingriff, während der Oberstempel 42 und der Unterstempel 44 aufeinander zu bewegt werden. Die Gummiblöcke werden ein wenig zusammengedrückt, so dass die Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' den Streifen 10 in Eingriff nehmen können. Die Metallabstreifblöcke üben jedoch über die Gummiblöcke einen konstanten Druck auf den Streifen 10 aus, um den Streifen 10 flach zu halten. Alternativ kann ein federbelasteter Mechanismus oder eine ähnliche Vorrichtung verwendet werden, um den Streifen 10 während des teilweisen Stanzens festzuhalten.
Unter Berücksichtigung der obigen Beschreibung der Vorrichtung 40 zum teilweisen Stanzen wird der Streifen 10 zwischen dem Oberstempel 42 und dem Unterstempel 44 angeordnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Streifen 10 auf die Materialverdrängungskanten 66', 72' des Unterstempels 44 gelegt. Mit der Stanzvorrichtung 40 wird dann ein teilweiser Stanzvorgang aus geführt. Genauer gesagt, wird die Stanzvorrichtung 40 von einer Ausgangsposition (in 3 gezeigt), in der ein vertikaler Abstand zwischen den Materialverdrängungskanten 66, 72 des Oberstempels 42 und den Materialverdrängungskanten 66', 72' des Unterstempels 44 größer ist als eine Dicke des Streifens 10, in eine Eingriffnahmeposition bewegt, in der die Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' den Streifen 10 in Eingriff nehmen. Der Streifen 10 wird praktisch zwischen dem Oberstempel 42 und dem Unterstempel 44 eingeklemmt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beispielsweise wird der Stößel 54 so betätigt, dass der Oberstempel 42 in Richtung des Unterstempels 44 bewegt wird. Alternativ kann der Unterstempel 44 auch mechanisch in Richtung des Oberstempels 42 bewegt werden. Darüber hinaus können sowohl der Oberstempel 42 als auch der Unterstempel 44 eine Hilfsantriebsvorrichtung enthalten, die den Oberstempel 42 und den Unterstempel 44 unabhängig aufeinander zu bewegt.
Während des teilweisen Stanzvorgangs berühren und durchdringen die Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' vorzugsweise im Wesentlichen gleichzeitig einen Abschnitt der oberen Schicht 14 bzw. der unteren Schicht 18, wie in 4 gezeigt. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird der Oberstempel 42 in Richtung des Unterstempels 44 derart bewegt, dass die Materialverdrängungskanten 66, 72 die obere Schicht 14 berühren. Eine weitere vertikale Bewegung des Oberstempels 42 bewegt die Materialverdrängungskanten 66, 72 in die obere Schicht 14 hinein. Außerdem bewirkt die Kraft, die durch den Oberstempel 42 auf den Streifen 10 ausgeübt wird, dass sich der Streifen 10 derart abwärts bewegt, dass die Materialverdrängungskanten 66' 72' des Unterstempels 44 einen Abschnitt der unteren Schicht 18 durchstoßen und durchdringen. Diese Stanz- oder Scheraktion des Oberstempels 42 und des Unterstempels 44 in den Streifen 10 hinein erfolgt gleichzeitig, dergestalt, dass der Streifen 10 durch den Oberstempel 42 und den Unterstempel 44 eingeklemmt wird.
Während des Stanzvorgangs definieren der Oberstempel 42 und der Unterstempel 44 und insbesondere die Teilkontaktflächen 64, 64', 70, 70' Umfänge des fertigen Teils (beispielsweise durch das Teilmuster 12 von 2 dargestellt). Material des Streifens 10 wird durch die Freiflächen 62, 62', 68, 68', die zu dem Oberstempel 42 bzw. dem Unterstempel 44 gehören, von den Teilkontaktflächen 64, 64', 70, 70' fort gelenkt. Beispielsweise lenkt die Freifläche 68 der Außenumfangssektion 48 Material der oberen Schicht 14 von der Teilkontaktfläche 70 fort in Richtung des äußeren Reliefmuster 24, wenn sich der Oberstempel 42 nach unten bewegt. In ähnlicher Weise lenkt die Freifläche 62 der Innenumfangssektion 46 Material der oberen Schicht 14 von der Teilkontaktfläche 64 fort in Richtung des inneren Reliefmusters 22. Die Innen- und die Außenumfangssektion 50 bzw. 52 des Unterstempels 44 verformen die untere Schicht 18 in praktisch identischer Weise. Es ist zu beachten, dass durch das Vorhandensein des inneren Reliefmusters 22 und des äußeren Reliefmusters 24 der Widerstand gegen die gewünschte vertikale Bewegung der Materialverdrängungskanten 66 relativ zum Streifen 10 deutlich verringert wird, wodurch die Anzahl der Stanzzyklen erhöht wird, welche die Materialverdrängungskante 66 durchlaufen kann, bevor sie geschärft werden muss. Und weil die Freiflächen 62, 62', 68, 68' Material von den Teil kontaktflächen 64, 64', 70, 70' fort lenken, entstehen entlang des Teilumfangs kaum – wenn überhaupt noch – Grate.
Das Stanzen der oberen Schicht 14 und der unteren Schicht 18 durch die Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' geht weiter, bis die Endanschlagblöcke 56, 60 den Streifen 10 berühren. Alternativ können auch andere Endanschlagkonfigurationen vorgesehen werden. Wie in 4 gezeigt, sind die Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' des Oberstempels 42 bzw. des Unterstempels 44 in der Endanschlagposition vertikal um eine Distanz voneinander beabstandet, die größer ist als eine Dicke der Zwischenschicht 16. Das heißt, die Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' berühren nicht die Zwischenschicht 16. Des Weiteren wird wenigstens ein Abschnitt der oberen Schicht 14 und der unteren Schicht 18 nicht durch die Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' geschert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform führt der teilweise Stanzvorgang dazu, dass die Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' ungefähr um die Zwischenschicht 16 herum zentriert sind. Vorzugsweise ragen die Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' in die obere Schicht 14 bzw. die untere Schicht 18 um eine Distanz von wenigstens drei Dritteln einer Dicke der oberen Schicht 14 bzw. der unteren Schicht 18, besonders bevorzugt von vier Fünfteln der Dicke der oberen Schicht 14 und der unteren Schicht 18, hinein. Wenn beispielsweise die obere Schicht 14 und die untere Schicht 18 eine Dicke von 0,40 mm haben, so ragen die Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' jeweils um eine Distanz von etwa 0,35 mm in die obere Schicht 14 bzw. die untere Schicht 18 hinein. Weil jede der Frei flächen 62, 62', 68, 68' und die jeweiligen Teilkontaktflächen 64, 64', 70, 70' einen spitzen Winkel bilden (im Gegensatz zu einem flachen Stempel), erzeugt der teilweise Stanzvorgang keinen großen Bruch in dem Streifen 10. Des Weiteren wird jeder Bruch, der durch eine der Materialverdrängungskanten (beispielsweise die Materialverdrängungskante 66) verursacht wird, durch einen ähnlichen Bruch ausgeglichen, der durch die symmetrisch gegenüberliegende Materialverdrängungskante (beispielsweise die Materialverdrängungskante 66') hervorgerufen wird.
Nach dem teilweisen Stanzvorgang wird der Streifen 10 von dem Oberstempel 42 und dem Unterstempel 44 fortgenommen. Wie in 5A gezeigt, hat der Streifen 10 ein Nut- oder Schnittmuster 90, das durch den Oberstempel 42 und den Unterstempel 44 (4) gebildet wurde. Die Nuten 90 definieren ein Teil 92, das in Form und Größe dem Teilmuster 12 entspricht, das in 2 gezeigt ist. Beispielsweise hat der Streifen 10 eine äußere Nut 90a, die in der oberen Schicht 14 ausgebildet ist und den äußeren Umfang ÄU des Teils 92 definiert (allgemein in 5A gezeigt). Eine praktisch identische äußere Nut 90b ist in der unteren Schicht 18 ausgebildet und definiert auch hier den äußeren Umfang ÄU des Teils 92. Wenn das Teil 92 ein Scheibenträger ist, der als ein Ring geformt ist, so enthält der Streifen 10 des Weiteren eine innere Nut 90c, die in der oberen Schicht 14 ausgebildet ist und den inneren Umfang IU des Teils 92 definiert. Eine praktisch identische innere Nut 90d ist in der unteren Schicht 18 ausgebildet und definiert den inneren Umfang IU des Teils 92.
Jede der Nuten 90a–90d wird durch eine Vorderseite 100 und einer Rückseite 102 definiert. Die Vorderseite 100 verläuft senkrecht zu einer Ebene des Streifens 10, während sich die Rückseite 102 in einem Winkel von der Vorderseite 100 entsprechend der Ausrichtung der zuvor beschriebenen Freifläche 62, 62', 68, 68' (3) erstreckt. Unter Berücksichtigung dieser Ausrichtung definiert die Vorderseite 100 einen Umfang des Teils 92. Insbesondere erstrecken sich bei bevorzugten Ausführungsformen die Nuten 90a–90d nicht in die Zwischenschicht 16 hinein. Was die äußeren Nuten 90a–90b anbelangt, bleibt ein kleiner Haltesteg 104 zwischen den Nuten 90a–90b bestehen. Der Haltesteg 104 dient dem Verbinden des Teils 92 mit dem Rest des Streifens 10. Genauer gesagt, wie in 5B am besten zu sehen, sind die Stege 28a–28d mit dem Haltesteg 104 (5A) verbunden, der seinerseits mit dem Teil 92 verbunden ist. Außerdem ist jeder der Stege 28a–28d mit einem Rest des Streifens 10 verbunden. So kann nach dem teilweisen Stanzvorgang der Streifen 10 (beispielsweise mittels der Führungslöcher 20) an eine separate Stelle verschoben werden, ohne dass das Teil 92 völlig von dem Streifen 10 gelöst wird. Weil die Zwischenschicht 16 vorzugsweise viskoelastisch ist, enthält der Haltesteg 104 einen Abschnitt der oberen Schicht 14 und der unteren Schicht 18, um eine relativ starre Verbindung zwischen dem Teil 92 und den Stegen 28a–28d herzustellen.
Der Streifen 10 wird dann vorzugsweise zu einer Ausstanzstation bewegt, wo das Teil 92 aus dem Streifen 10 herausgenommen wird, wie in 6 gezeigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Ausstanzstation einen Stempel 110 und eine Matrize 112. Zu Veranschaulichungszwecken ist nur ein Abschnitt des Stempels 110 und der Matrize 112 in 6 gezeigte. Der Stempel 110 ist vorzugsweise ein Flachstempel, während die Matrize 112 vorzugsweise Scherkanten 114 (von denen eine in 6 gezeigt ist) enthält, die entsprechend den zuvor beschriebenen Nuten 90b, 90d (5A) bemessen sind. Der Streifen 10 wird derart auf die Matrize 112 gelegt, dass die Scherkanten 114 die Nuten 90b, 90d in Eingriff nehmen (wobei nur die Nut 90b in 6 gezeigt ist). Der Stempel 110 wird dann abwärts in Richtung der Matrize 112 bewegt und nimmt dabei die obere Schicht 14 des Streifens 10 in Eingriff. Eine weitere Abwärtsbewegung des Stempel 110 bewirkt, dass die Scherkanten 114 den Haltesteg 104 entlang von Umfängen (wie beispielsweise des äußeren Umfangs ÄU, der in 6 gezeigt ist) des Teils 92 scheren. Weil der Haltesteg 104 relativ dünn ist, führt die erforderliche Scherwirkung nicht zur Entstehung von großen Brüchen, die ansonsten die Kantenintegrität des Teils 92 beeinträchtigen könnten.
Nach dem Ausstanzvorgang wird das Teil 92 aus dem Streifen 10 herausgenommen. Wie in 7A gezeigt, bleibt der Haltesteg 104 mit dem Streifen 10 über die Stege 28a–28d verbunden. Ein Beispiel des Teils 92 ist in 7B gezeigt. Der oben beschriebene Stanzvorgang führt zu einer überaus gleichmäßigen Umfangskante 116 des Teils 92, wie in 7C gezeigt. Es versteht sich, dass 7C die Kante 116 des äußeren Umfang ÄU (7B) zeigt. Wenn das Teil 92 ein Scheibenträger ist, der als ein Ring zur Verwendung als eine Basiskomponente einer Computerfestplatte verwendet wird, so ist die Kante des inneren Umfang IU (7B) in ähnlicher Weise gleichmäßig geformt. Die obere Schicht 14, die Zwischenschicht 16 und die untere Schicht 18 sind im Wesentlichen entlang der Kante 116 gleichmäßig und enthalten keine Grate. Dadurch ist das Teil 92 extrem flach. In dieser Hinsicht, wie in 7C gezeigt, sind die obere Schicht 14, die Zwischenschicht 16 und die untere Schicht 18 allesamt im Wesentlichen Planar und erstrecken sich infolge dessen von der Umfangskante 116 in einer im Wesentlichen parallelen Weise. Obgleich die Zwischenschicht 16 viskoelastisch ist, beseitigt das Verfahren der vorliegenden Erfindung praktisch Kantenverbiegungen in der Zwischenschicht 16. Genauer gesagt, kann die Zwischenschicht 16 des Teils 92 allgemein durch einen Innenumfangsabschnitt 120, einen mittigen Abschnitt 122 und einen Außenumfangsabschnitt 124 definiert werden. Wie in den 7B und 7C zu sehen ist, erstreckt sich der Innenumfangsabschnitt 120 von der Innenumfangskante IU zu dem mittigen Abschnitt 122, während sich der Außenumfangsabschnitt 124 von der Außenumfangskante ÄU zu dem mittigen Abschnitt 122 erstreckt. Bezüglich der Ausrichtung von 7C definiert der mittige Abschnitt 122 eine im Wesentlichen gleichmäßige horizontale Ebene. Es kann unvermeidlich zu einer gewissen vertikalen Verbiegung des Innenumfangsabschnitts 120 und/oder des Außenumfangsabschnitts 124 relativ zu der Ebene des mittigen Abschnitts 122 kommen. Jedoch weist das Teil 92, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, eine Verbiegung des Innenumfangsabschnitts 120 und/oder des Außenumfangsabschnitts von weniger als etwa 25 μm auf, bevorzugt weniger als etwa 15 μm, besonders bevorzugt weniger als etwa 10 μm, und ganz besonders bevorzugt weniger als etwa 5 μm.
Aufgrund der gleichmäßigen Kanten (wie beispielsweise die Kante 116) kann das Teil 92 weiterverarbeitet werden, um einen noch höheren Flachheitsgrad zu er reichen. Beispielsweise kann das Teil 92 auf eine Flachheit von weniger als etwa 8 μm je 96 mm ebengebrannt werden.
Das Verfahren des Stanzens eines Teils aus einem länglichen Streifen eines mehrschichtigen Materials gemäß der vorliegenden Erfindung stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber den früheren Techniken dar. Im Gegensatz zu einem üblichen Stempel-Matrize- oder Niederhalterverfahren erbringt das Verfahren der vorliegenden Erfindung ein Teil mit einer überaus gleichmäßigen Umfangskante und verformt nicht die viskoelastische Zwischenschicht. Des Weiteren kann durch Integrieren einer Vorrichtung, die dafür konfiguriert ist, gleichzeitig symmetrische Nuten auf gegenüberliegenden Seiten des Streifens auszubilden, die Gesamtstandzeit der Vorrichtung deutlich verlängert werden.
Beispiele
Die Erfindung wurde anhand verschiedener konkreter und bevorzugter Ausführungsformen beschrieben und wird nun weiter anhand der folgenden detaillierten Beispiele beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass es viele Erweiterungen, Varianten und Modifizierungen an den Grundthemen der vorliegenden Erfindung über diejenigen hinaus gibt, die in den Beispielen und der detaillierten Beschreibung gezeigt sind, die in den Geist und Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung fallen. Um das Verständnis der Beispiele zu vereinfachen, wird, wo immer möglich, auf Elemente Bezug genommen, die in den zuvor beschriebenen Figuren benannt wurden.
Beschreibung von Probestücken
Ein Streifen 10 einer viskoelastischen Zwischenschicht 16 zwischen zwei relativ starren äußeren Schichten 14, 18 wurde folgendermaßen hergestellt:
Die Zwischenschicht 16 aus einem viskoelastischen Material, genauer gesagt einem Fluorpolymer (bei der Dyneon LLC, St. Paul, Minnesota unter dem Handelsnamen FLUOREL FT-2481 erhältlich), wurde von einer Rolle abgewickelt und gleichzeitig mit der unteren Schicht 18 aus sauberem, vorgewärmtem Aluminium (bei Kobe Precision, Hayward, Kalifornien, zu beziehen) mit einer Dicke von 0,41 mm (0,016 Inch) und einer Breite von 104,8 mm (4,125 Inch) einer Quetschwalze so zugeführt, dass die untere Schicht 18 mit der Zwischenschicht 16 zusammengefügt wurde. Die obere Schicht 14 aus sauberem, vorgewärmtem Aluminium mit einer Dicke von 0,41 mm (0,016 Inch) und einer Breite von 104,8 mm (4,125 Inch) wurde auf die exponierte Oberfläche der Zwischenschicht 16 gelegt, und die drei Schichten 14, 16, 18 wurden bei einer Druckeinstellung von 0,48 bis 0,55 MPa (70 bis 80 psi) durch eine zweite Quetschwalze geführt, wodurch der Streifen 10 entstand. Der Streifen 10 wurde auf einen Kern aufgewickelt und gelagert.
Der oben hergestellte Streifen 10 wurde von seinem Kern abgewickelt, durch einen Metallrichtapparat (unter dem Handelsnamen BENCHMASTER 910 bei der Benchmaster Manufacturing Co., Gardena, Kalifornien, zu beziehen) geführt und in 1,22 Meter (4 Fuß) lange Abschnitte geschnitten.
Ein 1,22 Meter langer Abschnitt des Streifens 10 wurde dann unter einen Stempel geführt, der mit Endanschlagblöcken justiert war, um die Führungslöcher 20, einen Abschnitt des äußeren Reliefmusters 24, einschließlich zweier gegenüberliegender, 4,76 mm (3/16 Inch) breiter gekrümmter Schlitze 26a und 26c, die um 84,985 mm (3,3459 Inch) voneinander beabstandet waren, und das innere Reliefmuster 22 in Form eines 24 mm (0,9450 Inch) durchmessenden Lochs zu stanzen. In einer zweiten Stanzstation wurde der übrige Abschnitt des äußeren Reliefmusters 24, einschließlich zweier gegenüberliegender, 4,76 mm (3/16 Inch) breiter gekrümmter Schlitze 26b und 26d, die um 84,985 mm (3,3459 Inch) voneinander beabstandet waren, in den Streifen gestanzt. Es wurden Stempel aus A-2-Werkzeugstahl benutzt. Der Pressendruck betrug 909 bis 45.455 Kilogramm (10 bis 50 Tonnen).
Der Streifen 10 wurde zu der Station für das teilweise Stanzen weitergeleitet, die aus einem stationären Unterstempel 44 und einem beweglichen Oberstempel 42 bestand. Der Oberstempel 42 und der Unterstempel 44 waren dafür bemessen, ein scheibenförmiges Teil mit einem Außendurchmesser von 84,76 mm (3,337 Inch) und einem mittigen Loch mit einem Durchmesser von 23,7 mm (0,935 Inch) teilweise zu stanzen. Der Oberstempel 42 und Unterstempel 44 drangen etwa gleichzeitig in den Streifen auf eine solche Tiefe ein, dass der Abstand zwischen den Materialverdrängungskanten 72 und 72' und 66 und 66' etwas kleiner als 20 % der Gesamtdicke des Streifens 10 war (beispielsweise etwa 0,10 bis 0,15 mm (4 bis 6 mils)). Auf diese Weise wurde der Streifen 10 teilweise gestanzt, wobei die äußeren Nutmuster 90a, 90b um den äußeren Umfang ÄU herum ausgebildet wurden und diesen definierten und die inneren Nutmuster 90c, 90d um den inneren Umfang IU herum ausgebildet wurden und diesen definierten.
Der Streifen 10 wurde dann zu einer Ausstanzstation bewegt, wo der Stempel 110 und die Matrize 112 dafür benutzt wurden, das scheibenförmige Teil (oder den Scheibenträger) 92 von dem Haltesteg 104 abzustanzen. Der Stempel 110 hatte einen Außendurchmesser von 84,76 mm (3,337 Inch) und ein mittiges Loch mit einem Außendurchmesser von 23,7 mm (0,935 Inch), und die Matrize 112 hatte einen Außendurchmesser von 85,52 mm (3,367 Inch) und ein mittiges Loch mit einem Außendurchmesser von 24,5 mm (0,965 Inch).
Das oben hergestellte scheibenförmige Teil 92 (im Weiteren als "Scheibe" bezeichnet) wurde mit Aceton gereinigt und auf eine Spannvorrichtung gesteckt. Die Spannvorrichtung bestand aus einer Stahlplatte mit den Abmessungen 254 mm × 254 mm × 25,4 mm (10 Inch × 10 Inch × 1 Inch), zwei runden Aluminium-Distanzstücken [31,75 mm (1,25 Inch) dick und 101,6 mm (4 Inch) im Durchmesser mit einem 19,48 mm (0,767 Inch) durchmessenden mittigen Loch], einem runden Stahl-Distanzstück [25,4 mm (1,0 Inch) dick und 101,6 mm (4 Inch) im Durchmesser mit einem 19,48 mm (0,767 Inch) durchmessenden mittigen Loch] und einer Gewindestahlstange. Etwa acht bis zwölf scheibenförmige Teile wurden auf die Stahlstange gesteckt, mit jeweils einem Aluminium-Distanzstück auf jeder Seite. Die Stahlstange wurde in die stählerne Bodenplatte hineingeschraubt und so in ihr verankert. Die Distanzstücke wurden durch die Stahlstange zusammengezogen, wodurch die Aluminiumscheiben zusammengedrückt wurden, und auf 11,29 Newtonmeter (100 Inch-Pounds) angezogen. Die Spannung wurde durch eine Feder, ein Federdistanzstück und eine Mutter aufrecht erhalten. Der zusammengedrückte Scheibenstapel wurde für bis zu 18 Stunden in einen auf 320°C (608°F) eingestellten Umluftofen eingebracht. Die wärme wurde abgestellt, und man ließ den Ofen wenigstens 2 Stunden bei geöffneten Türen abkühlen. Die Scheiben wurden dann zum Testen von der Spannvorrichtung heruntergenommen.
Eine gemäß dem obigen Verfahren hergestellte Scheibe wurde mittels einer Testvorrichtung MESA HORIZONTAL, bei der Zygo Corporation, Middlefield, Connecticut, erhältlich, auf Flachheit getestet. Es wurde ein Computerprogramm (MetroPro^TM, PC-Version OMP-0398C), das für eine Festplatte modifiziert war, verwendet. Es wurden "Peak-to-Valley"-Messungen (PV-Messungen) an 70.000 Punkten genommen und gemittelt. Die Messungen wurden auf jeder Seite der Scheibe (beispielsweise Seite A und Seite B) vorgenommen. Die Flachheit wurde als der durchschnittliche "Peak-to-Valley"-Messwert in Mikrometern angegeben.
Beispiel 1
Mittels des obigen Verfahrens wurden zehn Scheiben hergestellt, wofür ein Fluorpolymer (unter dem Handelsnamen FLUOREL FT-2481 bei der Dyneon LLC, St. Paul, Minnesota, zu beziehen) mit einer Abmessung von 0,0127 mm (0,5 mils) verwendet wurde, und mit der Ausnahme, dass man den Scheibenstapel zwei Tage lang in dem Ofen abkühlen ließ.
Jede Scheibe wurde gemäß dem oben beschriebenen Testverfahren auf Flachheit getestet. Die Flachheit ist in Tabelle 1 unten angegeben. Es waren keine sichtbaren Kantengrate vorhanden, und der Kantenschnitt verlief ungefähr vertikal.
Tabelle 1
Beispiel 2
Es wurden acht Scheiben gemäß dem obigen Verfahren hergestellt, wofür ein Fluorpolymer (unter dem Handelsnamen FLUOREL FT-2481 bei der Dyneon LLC, St. Paul, Minnesota, zu beziehen) mit einer Abmessung von 0,006 mm (0,25 mils) verwendet wurde, und mit der Ausnahme, dass man den Scheibenstapel aus dem Ofen entnahm und 24 Stunden abkühlen ließ.
Jede Scheibe wurde gemäß dem oben beschriebenen Testverfahren auf Flachheit getestet. Die Flachheit ist in Tabelle 2 unten angegeben. Es waren keine sichtbaren Kantengrate vorhanden, und der Kantenschnitt verlief ungefähr vertikal.
Tabelle 2
Obgleich die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, leuchtet dem Fachmann ein, dass Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne dass vom Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung, wie er in den Ansprüchen dargelegt ist, abgewichen wird. Beispielsweise wurde das Verfahren der vorliegenden Erfindung so beschrieben, dass ein Scheibenträger hergestellt wird, der als ein Ring geformt ist, um ihn als eine Computerfestplatte zu verwenden. Aber es sind auch andere drehbare Speichergegenstände wie beispielsweise DVDs, magnetische, optische, magnetooptische und mechanische Scheiben möglich. Des Weiteren ist eine breite Vielfalt anderer Formen und Endverwendungszwecke denkbar, die nichts mit drehbaren Speichergegenständen zu tun haben. Unter denselben Prämissen braucht das resultierende Teil auch kein Loch in der Mitte zu enthalten. Des Weiteren kann – obgleich das Verfahren der vorliegenden Erfindung anhand eines dreischichtigen Materialstreifens beschrieben wurde – auch eine größere Anzahl von Materialschichten verwendet werden. Jede dieser weiteren Schichten kann relativ starr oder kann viskoelastisch sein. Außerdem kann – obgleich bei dem beschriebenen Verfahren separate "Stationen" zum Aus führen des teilweisen Stanzens und des Ausstanzens verwendet wurden – auch eine einzelne Station verwendet werden, die dafür konfiguriert ist, beide Arbeitsgänge auszuführen. Des Weiteren kann der Ausstanzvorgang weggelassen werden, so dass die beschriebenen Ober- und Unterstempel, die zu der Vorrichtung zum teilweisen Stanzen gehören, so betrieben werden, dass das Teil in einer einzigen Stanzbewegung aus dem Streifen aus dem Streifen herausgelöst wird.

Claims

Verfahren zum Stanzen eines Teils aus einem länglichen Streifen eines mehrschichtigen Materials, wobei das mehrschichtige Material eine obere Schicht, eine Zwischenschicht und eine untere Schicht aufweist, wobei die Zwischenschicht viskoelastisch ist und die obere und die untere Schicht im Vergleich zur Zwischenschicht relativ starr sind, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen einer Stanzvorrichtung mit einem Ober- und einem Unterstempel, die symmetrisch aufeinander ausgerichtet sind, wobei sowohl der Ober- als auch der Unterstempel eine Materialverdrängungskante aufweisen, die einer gewünschten Gestalt des Teils entspricht und durch eine Freifläche und eine Teilkontaktfläche definiert wird, die sich zu einem positiven Freiwinkel kombinieren; Anordnen des Streifens zwischen dem Ober- und dem Unterstempel derart, dass sich die Materialverdrängungskante des Oberstempels benachbart zu der oberen Schicht befindet und die Materialverdrängungskante des Unterstempels sich benachbart zu der unteren Schicht befindet; Scheren der oberen und der unteren Schicht mit dem Oberstempel bzw. dem Unterstempel, wobei die Materialverdrängungskante des Oberstempels durch einen Abschnitt der oberen Schicht dringt, so dass ein Nutmuster in der oberen Schicht entsteht, und die Materialverdrängungskante des Unterstempels durch einen Abschnitt der unteren Schicht dringt, so dass ein Nutmuster in der unteren Schicht entsteht, wobei sowohl das obere als auch das untere Nutmuster eine Umfangslinie des Teils definieren; und Trennen des Teils von dem Streifen, wobei das Teil einen im Wesentlichen gleichmäßigen Umfangsrand aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Oberstempel und der Unterstempel die obere bzw. die untere Schicht im Wesentlichen gleichzeitig scheren.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das gleichzeitige Scheren aufweist: Steuern der Stanzvorrichtung derart, dass die Materialverdrängungskante des Oberstempels nicht die Zwischenschicht berührt und die Materialverdrängungskante des Unterstempels nicht die Zwischenschicht berührt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Steuern der Stanzvorrichtung aufweist: Betreiben der Stanzvorrichtung zwischen einer Anfangsposition, in der die Materialverdrängungskanten um eine Entfernung voneinander getrennt sind, die größer ist als eine Dicke des Streifens, und einer Stoppposition, in der die Materialverdrängungskanten um eine Trennungsentfernung voneinander getrennt sind, die kleiner ist als die Dicke des Streifens, aber größer als eine Dicke der Zwischenschicht.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Trennungsentfernung in der Stoppposition mindestens fünf Prozent größer ist als die Dicke der Zwischenschicht.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Steuern der Stanzvorrichtung aufweist: Verhindern, dass ein Bruch, der durch die Materialverdrängungskante des Oberstempels in der oberen Schicht ausgebildet wurde, sich zur Zwischenschicht ausbreitet.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Steuern der Stanzvorrichtung des Weiteren aufweist: Verhindern, dass ein Bruch, der durch die Materialverdrängungskante des Unterstempels in der unteren Schicht ausgebildet wurde, sich zur Zwischenschicht ausbreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Scheren des Streifens aufweist: Steuern der Stanzvorrichtung derart, dass ein Bruch, der durch den Oberstempel in der oberen Schicht ausgebildet wurde, im Wesentlichen durch einen Bruch ausgeglichen wird, der durch den Unterstempel in der unteren Schicht ausgebildet wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Scheren des Streifens aufweist, den Oberstempel zu dem Unterstempel hin zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen einer Stanzvorrichtung aufweist: Versehen der Materialverdrängungskante des Oberstempels bzw. der Materialverdrängungskante des Unterstempels mit einem Freiwinkel im Bereich von etwa 20°–70°.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Freiwinkel der Materialverdrängungskanten etwa 45° beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Trennen des Teils von dem Streifen aufweist: Bereitstellen einer Schervorrichtung, die einen Flachstempel und eine Matrize aufweist, wobei der Flachstempel und die Matrize jeweils entsprechend der gewünschten Größe des Teils bemessen sind; Ausrichten des Teils auf die Matrize; und Lenken des Stempels zu der Matrize, um das Teil entlang dem Nutmuster der oberen Schicht und dem Nutmuster der unteren Schicht aus dem Streifen zu lösen.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren aufweist Ebenbrennen des Teils nach dem Herauslösen aus dem Streifen, derart, dass das Teil eine Ebenheit von weniger als etwa 8 μm je 96 mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Teil ein Ring mit einem Außenumfang und einem mittigen Loch, das einen Innenumfang definiert, ist, und wobei des Weiteren die Materialverdrängungskante des Oberstempels bzw. die Materialverdrängungskante des Unterstempels jeweils einen ersten Abschnitt, der dem Außenumfang entspricht, und einen zweiten Abschnitt, der dem Innenumfang entspricht, aufweisen.
Verfahren zum Stanzen eines Teils aus einem länglichen Streifen eines mehrschichtigen Materials, wobei das mehrschichtige Material eine obere Schicht, eine Zwischenschicht und eine untere Schicht aufweist, wobei die Zwischenschicht viskoelastisch ist und die obere und die untere Schicht im Vergleich zur Zwischenschicht relativ starr sind, wobei das Verfahren aufweist: Ausbilden einer ersten Nut in der oberen Schicht, wobei die erste Nut einen Umfang des Teils definiert und eine Tiefe aufweist, die geringer ist als eine Dicke der oberen Schicht; Ausbilden einer zweiten Nut in der unteren Schicht, wobei die zweite Nut zu der ersten Nut symmetrisch ist und eine Tiefe aufweist, die geringer ist als die Dicke der unteren Schicht; wobei die erste Nut und die zweite Nut im Wesentlichen gleichzeitig ausgebildet werden und einen Umfang des Teils definieren; und Trennen des Teils von dem Streifen, wobei das Teil einen im Wesentlichen gleichmäßigen Umfangsrand aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die erste und die zweite Nut dadurch gebildet werden, dass man den Streifen zwischen einander gegenüberliegenden Stempeln einklemmt, die Materialverdrängungskanten aufweisen, die dafür konfiguriert sind, die erste bzw. die zweite Nut auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die erste und die zweite Nut dadurch gebildet werden, dass man Material der oberen bzw. der unteren Schicht vom Umfang des Teils weg verdrängt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei jede der Materialverdrängungskanten durch eine Freifläche definiert ist, die dafür konfiguriert ist, verdrängtes Material zu lenken.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei jede der Materialverdrängungskanten des Weiteren durch eine Teilkontaktfläche definiert ist, die zusammen mit der Freifläche einen Freiwinkel bildet, wobei der Freiwinkel im Bereich von etwa 20°–70° liegt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Ausbilden der ersten und der zweiten Nut nicht zu einem Bruch führt, der sich zur Zwischenfläche ausbreitet.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die erste Nut und die zweite Nut jeweils durch eine erste Seite, die im Wesentlichen im rechten Winkel zu einer Ebene des Streifens verläuft, und eine zweite Seite, die einen spitzen Winkel mit der ersten Seite bildet, definiert werden.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei sich zwischen der ersten und der zweiten Nut eine Haltebahn erstreckt, die einen Abschnitt der oberen Schicht, der Zwischenschicht und einen Abschnitt der unteren Schicht aufweist, und wobei das Trennen des Teils von dem Streifen aufweist: Durchscheren der Haltebahn.