-
Vorrichtung zum Heißpressen von Hartmetall oder anderen aus pulverförmigen
Ausgangsstoffen hergestellten Metallegierungen Es ist aus der Literatur bekannt,
da,ß besondere Vorteile bei der Herstellung von Hartmetall bzw. Hartmetallformkörp,em
erzielt werden können, wenn die Ausgangsstoffe, nämlich das Pulver, oder auch: die
fertigen Körper unter gleichzeitiger Erhitzung einem Preßdruck unterworfen werden.
D,ie weitaus meisten der bekannten Voräcbläge ;gehen dahin, die Erhitzung im unmittelbären
Strom. durchgang vorzunehmen, wobei die aus Kohle oder Graphit hergestellten Elektroden
gleichzeitig als Preßstempel für die Erzielung des erwünschten Druckes gebraucht
werden. Die Handhabung der zur Durchführung derartiger Verfahren benötigten Vorrichtungen
ist jedoch sehr umständlich, und es hat fast nach jeder Dxucksinterung bzw. Druckverdichtung
ein Auswechseln der Kohleelektroden stattzufinden, ganz abgesehen davon, daß auch
häufig die Formen erheblich leiden. Es ist daher auch in den weitaus meisten Fällen
in der Praxis auf das Heißpressen und damit auf die Vorteile, die eine derartige
Maßnahme mit sich bringt, verzichtet worden.
-
Es ist ferner schon bekannt, Hartmetalle und andere aus pulverförmigen
Ausgangs: stoffen hergestellte Legierungen unter Verwendung hochfrequenter Ströme
in Vorrichtungen mit einer Form aus Kohle oder Graphit, in deren offene Enden ebenfalls
aus Kohle oder Graphit bestehende Preßstempel eingeführt werden, heiß zu pressen.
Solche Vorrichtungen haben sich bisher in der Praxis nur sehr schwer eingeführt,
weil die seither
übliche Ausbildung dieser Vorrichtungen, welche
gewöhnlich mehrwindige Induktionsspulen aufwiesen, eine fließende Massenfertigung
nicht zuließen. Mehrwindige Spulen haben den Nachteil, daß sie bezüglich der Isolation
der einzelnen Windungen gegeneinander besonders empfindlich sind und beispielsweise
auch nur schwer derart geteilt ausgeführt werden können, daß ein Aufklappen der
Spule möglich wird.
-
Die Erfindung bezieht sich auf solche Heißpr eßv orrichtungen.
-
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die Spule einwindig ausgebildet
wird und die Form zwecks Aufnahme seitlicher Preßdrücke mechanisch eng umschließt.
-
Es sind zwar an sich schon über einen Zwischentransformator an die
elektrische Energiequelle angeschlossene einwindige Induktionsspulen zum Erhitzen
der Kanten von Rohren bei deren Herstellung vorgeschlagen, die Anwendung solcher
Spulen als Induktionsspulen von Heißpreßvorrichtungen bei gleichzeitiger Ausbildung
derselben als druckfester, die Preßform eng umschließender Ring ist jedoch neu.
Auf diese Weise wird eine besonders einfache und ratensparende Sint:e.reinrichtung
geschaffen, die gegehenen.falls leicht auseinandernehmbar ist und bei der die Wandstärke
der Form besonders dünn gehalten werden kann. Die an beiden Enden offene Kohleform
kann entweder aus einem Stück hergestellt oder aus mehreren losen Teilen zusammengesetzt
:sein.
-
Die einwindige Spule kann eckige oder runde Form aufweisen und besteht
zweckmäßigerweise aus einem Vollkupferband. Zur Kühlung der Spule wird außen auf
das Kupferband ein kühlmitteldurchflossenes metallisches Rohr, zweclnnäßig aus Kupfer,
aufgesetzt. Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, die Kohleform nicht aus
einem Stück herzustellen, sondern aus mehreren losen Teilen zusammenzusetzen, wobei
dann eine an sich bekannte, aufklappbare oder .auscinandernehmbare Spule verwendet
wird, die aus zwei Teilen besteht. Die Verbindung der Teile kann entweder mittels
eines Scharniers bewerkstelligt werden, so daß die Spule zum Einsetzen insbesondere
der geteilten Form aufgeklappt werden kann. Die Sicherung im geschlossenen Zustande
kann durch eine Schraubenverbindung hergestellt werden. An Stelle e iner Schraubenverbindung
können auch Klötze aus Kunstharzpreßstoff o. dgl. treten. Diese Klötze, in die die
Spulenteile mit ihren Kühleinrichtungen eingelassen sind, werden gegeneinandergepreßt
und sorgen somit einerseits für einen leichten und rasch zu bewerkstelligenden Schluß
der Form bzw. Kontakt der Spulenhälften, und andererseits nehmen sie einen Teil
des auf die Spule einwirkenden Druckes auf.
-
Im nachfolgenden wird an Hand der Abbildungen, die einige Ausführungsbeispiele
darstellen, die Erfindung näher erläutert.
-
Abb. i ist ein Schnitt längs der Linie A-A der Abb. 2.
-
Abb. 2 stellt eine Aufsicht der Abb. i dar, und Abb.3 und q. sind
Aufsichten zweler weiterer Ausführungsformen.
-
Nach Abb. i wird der zu pressende Werkstoff i in einer Form 3 aus
Kohle oder Graphit mittels der beiden Stempel e, die zweckmäßig aus Kohle oder Graphit
hergestellt werden, von oben und von unten gleichmäßig unter Druck gesetzt. Während
der Formraum der Kohleform 3, der oben und unten offen ist, in dem gewählten Beispiel
etwa quadratische Form aufweist, ist der äußere L'mriß der Form rund gewählt und
in sich vollkommen geschlossen. Die Form ist umgeben von einer Wärme- und Isolationsschicht.l,
auf die die eigentliche Spule 5, bestehend aus einem Vollkupferband, aufgesetzt
ist. Das Vollkupferband 5 läuft an einer Stelle in z«-ei Anschlußschienen 8 aus,
die durch eine Isolationsschicht 9 elektrisch voneinander getrennt sind. Außen auf
die Spule 5 aus Vollkupferband ist ein kühlmitteldurchflossener Ring 6 aufgesetzt.
Dieser Ring kann aus irgendeinem gut wärmeleitenden Metall, vorzugsweise aus Kupfer,
hergestellt sein. Die Form des Kühlringes ist beliebig und kann auch in mehreren
Windungen vorgesehen sein. Als besonders zweckmäßig hat sich die Ausführungsform
nach Abb. i erwiesen, bei welcher der Ring rechteckigen Querschnitt aufweist und
einNrzndig ist. Für den Zu- und Ablauf des Kühlmittels, zwe.ckmäßi.g Wasser, sind
Anschlußstutzen 7 vorgesehen.
-
Mittels einer derartigen Vorrichtung läßt sich die Auflieizung des
zu pressenden Werkstoffes in allerkürzester Zeit be«-erkstelligen, da es mittels
der einwindigen Spule, die unter Zwischenschaltung eines Transformators an die Energiequelle
angeschlossen ist, möglich ist, an der gewünschten Stelle starke elektrische Energie
zu konzentrieren. Durch geeignete Wahl der Frequenz des elektriscb-en Stromes gelingt
es ohne weiteres, eine Erhitzung hervorzurufen, die sich im wesentlichen auf den
zu behandelnden Werkstoff konzentriert, während die Kohle- oder Graphitform 3 bzw.
die in die Form eingeführten Kohledruckstempel2 verhältnismäßig kalt bleiben. Es
beträgt der elektrische Widerstand für Kohle etwa ioo Ohm, für Graphit io Ohm und
beispielsweise für ein Hartmetall, bestehend aus Wolframcarbid-Titancarbid und Kobalt
als Hilfsmetall, der elektrische Widerstand etwa i Ohm. Die auf induktivem Wege
erzeugten.
Wirbelströme fließen vorzugsweise in dem zu pressenden metallischen Werkstoff. Für
andere Harpmetallarten ergibt sich ein ähnliches Verhältnis der elektrischen Widerstände
von Kohle bzw. Graphit zum zu pressenden Werkstoff. Das gleiche gilt für andere
metallische Werkstoffe.
-
Die Ausführung der Vorrichtung gemäß Abb..i und 2 ist sehr einfach,
jedoch besteht ein gewisser Nachteil darin, daß sich gelegentlich die fertiggepreßten
Körper schwer aus der Form entfernen. lassen.
-
Dieser Nachteil. kann dadurch beseitigt werden, daß die Form, wie
aus Abb.3 und 4 hervorgeht, aus, ,einzelnen Stücken zusammengesetzt ist. Nach Abb.
3 hat die Kohleform 3 und damit auch die Spule und die übrige. Vorrichtung einen
kreisförmigen Umfang. Im Gegensatz zur Abb. i ist aber die Form .3 aus einzelnen
Segmenten 3" bis 3d zusammengesetzt. Unter Zwischenschaltung einer Wärme-
und elektrischen Isolationsschicht 4, zweckmäßig aus Asbest o. dgl., ist um die
Kohleform 3 eine aufklappbare einwindige Spule i o herumgelegt. Die Spule besteht
aus zwei Hälften ioa und iob, die bei I I durch ein Scharnier miteinander
veTbunden sind. Die eine Hälfte ioa läuft in eine Anschlußschiene 8 aus. Die zweite
Anschlußschene 12 legt sich lose an einen Ansatz 13 der Spulenhälfte iob an. Die
mechanische und elektrische Verbindung an dieser Stelle wird durch eine Schraube
14 sichergestellt, die unter Zwischenschaltung isolierender Schichten 15 durch den
Ansebluß 8 hindurchgeführt ist.
-
Entsprechend den Abb. i und 2 ist UM
die Vollkupferspule ioa
eine Kühleinrichtung 16 herumgelegt, wobei jede Hälfte 16a bzw. 16b je einen. Zu-
und Abfluß 17 für das Kühlmittel besitzt.
-
Die Handhabung dieser Vorrichtung ist dexart, daß der zu pressende
Körper oder das Pulver auf einen der beiden Kohlepreßstempel aufgelegt wird, die
einzelnen Segmente 3a bis 3d der Kohleform um den Stempel bzw. den zu pressenden
Körper herum aufgesetzt werden, worauf dann die zu diesem Zweck aufgeklappte Spule
um die Kohleform herum geschlossen und mit der Schraube 14 gesichert wird. Die Pressung
nimmt infolge der außerordentlich raschen Erhitzung, die durch die besondere Ausführung
der Spule gewährleistet ist, nur wenige A benblicke in Anspruch, worauf dann die
Schraube 14 gelöst und die Spule aufgeklappt wird. Die einzelnen Teile der Form
fallen auseinander, und es kann der fertige Preßkörper ohne Schwierigkeiten entnommen
werden. Auf diese Weise wird die Kohleform sehr geschont, und die einzelner: Teile
_ können, mehrfach hintereinander für Pressungen benutzt werden. An dieser Stelle
sei bemerkt, daß auch die Kohlestempel2 sich wenig abnutzen, und es ist nur hin
und wieder erforderlich, die Preßflächen der Stempel tetwas nachzuschleifen.
-
Bei einer Anordnung nach Abb.3 wird man es nicht immer der Spule io
überlassen können, die sich seitlich auswirkenden mechanischen Drücke aufzunehmen,
und es ist daher erforderlich, Klötze, die zweckmäßig aus Kunstharzpreßstoff oder
ähnlichen Werkstoffen hergestellt sind, zu verwenden, die die gesamte Einrichtung
umschließen und den mechanischen Druck aufnehmen. Wenn aus mechanischen Gründen
die Anordnung derartiger Klötze erforderlich wird, kann die Einlichtung dadurch
vereinfacht werden, daß auf die Schraubenverbindung 14, 15 verzichtet wird, die
in der Massenfertigung der benötigten Zeit für das Auf- und Zuschrauben wegen als
störend empfunden werden könnte.
-
Eine solche Ausführungsform ist in Abb.4 dargestellt. Die Kohleform
3 mit ihren einzelnen Teilen 3, bis 3d hat quadratischen Umriß. Unter
Zwischenschaltung einer Wärmt-und elektrischen Isolationsschicht ist um die Form
die zweiteilig ausgeführte Spule 18 mit ihren Hälften 18" und I 8b herumgelegt.
Die Kühlung der Spule erfolgt wiederum durch außen anliegende Kühlrohre iga und
19b für jede Spulenhälfte getrennt. Die Spulenhälft.e 18" mit ihrer Kühlvorrichtung
19a ist in einen Klotz 2o" eingelassen. Der Klotz wird zweckmäßigerweise aus Kunstharzpreßstoff
oder einem ähnlichen, elektrisch isolierenden Werkstoff hergestellt. Entsprechend
sitzen die Teile i8b und I9b in einem Klotz tob. Beide Klötze lassen sich durch
Wasser- oder Luftdruckmittel, die in der Zeichnung der übersicht halber fortgelassen
sind, in Richtung, der Pfeile B gegen die Form zusammenpressen. Dabei wird einerseits
der mechanische Zusammenhalt der gesamten Vorrichtung gewährleistet und andererseits
der elektrische Kontakt zwischen den Spulenhälften 18" und 18b an der Stelle 21
gewährleistet. Ferner wird der erforderliche Kontaktdruck an der Stromzuführungsstelle
22 sichergestellt. Dier eine Anschluß 8 stellt eine Verlängerung des Spulenteiles
18" dar, während die zweite Anschlußscbiene 12 unter Zwischenschaltung einer Isolationsschicht
9 lose reingeschoben bzw. isoliert an 8 befestigt ist.
-
Handhabung und Wirkungsweise der Vorrichtung ergeben sich aus den
bisherigen Darlegungen, und es ist ersichtlich, daß mit einer derartigen Vorrichtung
ein besonders rasches Arbeiten ermöglicht wird, da das Zusammendrücken auf hydraulischem
Wege bzw. durch Preßluft äußerst rasch erfolgt.
-
Die Vorteile, die sich mit dem sog. Heißpressen von Hartmetall und
auch von anderen
metallischen Legierungen, bei denen von pulverförmigen
Ausgangsstoffen ausgegangen wird, erzielen lassen, und zwar gleichgültig, ob ein
bereits zur festen Form gesinterter Körper oder Pulver behandelt wird, sind bekannt.
Es ergeben sich auf diese Weise im allgemeinen dichtere und zähere Körper, und insbesondere
beim Hartmetall wird eine erhebliche Steigerung der Schneidleistung beobachtet,
wenn der Werkstoff in Werkzeugen für die spanabhebende Bearbeitung benutzt wird.
Mittels der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es möglich, die Vorteile des Heißpressens
im praktischen Betriebe ohne Schwierigkeiten auszunutzen. Insbesondere ist @es möglich,
das Heißpressen in einen fließenden Fertigungsgang einzuschalten, ohne daß hierdurch
untragbare Verzögerungen der gesamten Arbeitsgänge eintreten.
-
In den dargestellten Ausführungsformen ist stets der Einfachheit halber
eine quadratische Form des zu pressenden Körpers gewählt worden. Es ist selbstverständlich,
daß auch Körper anderer Gestalt heißgepreßt werden können, wobei dann eine zweckentsprechende
Ausbildung der Formen und gegebenenfalls auch der Stempel stattzufinden hat. Die
anzuwendenden Drücke sind der Höhe nach begrenzt durch die höchstzulässige Beanspruchung,
die den Kahle- bzw. Graphitstempeln zugemutet -werden kann. Sie beträgt etwa ioo
kg/cm=.
-
Es ist auch möglich, elektrisch nichtleitende Werkstoffe auf gleiche
Weise zu pressen. Die Form muß dann die elektrische Leitung übernehmen und wird
dann zweckmäßig aus Graphit oder mehrschichtig aus Graphit und zur Spule hin aus
Kohle hergestellt. Umgekehrt ist es auch möglich, statt Kohle oder Graphit leim
Pressen von Metallen bzw. Metalllegierungen geeignete keramische (nichtleitende)
Preßformen zu verwenden.