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Verfahren zur Herstellung von Blöcken und Hohlköfpern durch VerbundguB
Die Herstellung von Verbundguß für verschiedene Verwendungszwecke, z. B. für die
Erzeugung von Eisenbahnschienen, Gleitschienen usw. ist bekannt. Hierbei handelt
es sich um Blöcke von vierkantigem oder rechteckigem Querschnitt, bei denen ein
Teil des Querschnittes aus einem bestimmten Werkstoff und der andere Teil aus einem
anderen Werkstoff besteht.
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Es war jedoch bisher nicht möglich, Verbundgußblöcke mit einer äußeren
Ummantelung aus einem geeigneten Werkstoff, z. B. Schnellstahl und einem inneren
Kern aus geringerem Werkstoff zur Herstellung von Stahlstangen für die Erzeugung
hochwertiger verschleißfester Werkzeuge, wie Gewindebohrer, Reibahlen, Fräser usw.,
herzustellen. Dazu wurde bisher fast ausschließlich Material verwendet, das im ganzen
Querschnitt aus sehr teurem verschleißfestem Werkstoff besteht.
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Eine Ausnahme machen Werkzeuge größerer Abmessungen, die mit eingesetzten
oder aufgeschweißten Messern oder Zähnen aus Schnellstahl ausgestattet werden, während
der Körper aus geringerem Werkstoff besteht. Derartige Werkzeuge haben aber nie
die Stabilität wie solche aus einem einzigen massiven Werkstoff hergestellte. Die
beste Lösung, die Herstellungskosten für hochwertige Werkzeuge und viele andere
Werkstücke, die in größeren Mengen gebraucht werden, herabzusetzen, ist die Erzeugung
von Verbundstahl.
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Die Stahlstangen, z. B. Rundstäbe für Werkzeuge,
benötigen
nur außen eine Ummantelung aus hochwertigem Werkstoff (Schnellstahl), nicht viel
stärker, als bei Gewindebohrern für die Zähne und bei Reibahlen für die Schneiden
erforderlich ist. Die Verwendung eines Verbundstahls würde eine enorme Ersparnis
durch den Minderverbrauch der zur Herstellung hochwertiger Werkstoffe erforderlichen
sehr teuren Legierungsmetalle, wie Wolfram, Vanadium, Molybdän, Chrom usw., herbeiführen
Eine solche Ersparnis wird durch das Verfahren nachstehend beschriebener Erfindung
erzielt.
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Es wird besonders hervorgehoben, daß der Erfolg bei der Herstellung
von Verbundwerkstoff, eine innige Verbindung der beiden verschiedenen metallischen
Werkstoffe zu erzielen, auf der absoluten Notwendigkeit beruht, diese in sehr heißem
flüssigen Zustande zusammenzubringen, ohne daß vorher eine Oxydation der Verbindungsflächen
erfolgt, und das ist bei dein Verfahren der Erfindung der Fall. Die Herstellung
derartiger Verbundblöcke für die verschiedensten Verwendungszwecke geschieht wie
folgt: In eine Kokille i (Abb. i) gießt man flüssigen Werkstoff 2, z. B. Schnellstahl.
In diesen flüssigen Werkstoff wird, wie in Abb.2 dargestellt, durch einen Führungsring
3 ein durch eine Presse betätigter Dorn 4 eingefahren, so daß ein Hohlkörper 5 entsteht.
Sobald der Hohlkörper 5 Standfestigkeit erreicht hat, wird der Dorn 4 herausgezogen
und der Führungsring 3 von der Kokille abgenommen, während der Hohlkörper in der
Kokille verbleibt. Sofort anschließend wird, wie Abb. 3 zeigt, bis an den oberen
Rand des auf hoher Temperatur stehenden Hohlkörpers 5 hocherhitzter, geringwertigerer
Werkstoff 6 eingegossen: In schneller Reihenfolge wird nun auf den Hohlkörper 5
und Werkstoff 6 ein Stempel 7 aufgefahren und durch diesen vermittels der Presse
Hohlkörper 5 und Werkstoff 6 unter Druck gesetzt. Durch .die hohe Temperatur des
Hohlkörpers 5 und die noch höhere Temperatur des flüssigen Werkstoffes 6 wird die
innere Wandfläche des Hohlkörpers 5 wieder flüssig, so,daß sich beide Werkstoffe
5 und 6 durch Zusammenlaufen verbinden, und zwar besonders durch die Anwendung des
Preßdruckes, so daß ein massiver Körper aus Verbundguß mit hoher Verbindungsgüte
der Verbundflächen entsteht. Derart hergestellter Verbundstahl hat gegenüber normalem
massivem Schnellstahl noch besondere Vorzüge.
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Schnellstahlblöcke zeigen gewöhnlich an den äußeren Flächen mehr oder
minder große feinere Risse und Bläschen, die vom Abschrecken an der Kokillenwand
herrühren. Infolgedessen müssen diese Blöcke vor . der Weiterverarbeitung geputzt
werden, was durch Ausschleifen der Risse und Bläschen oder Abdrehen der.Blöcke erfolgt.
Diese Arbeit ist bei den vorstehend beschriebenen Verbundblöcken nicht notwendig,
denn bei der Herstellung des Hohlkörpers für die Ummantelung und bei der Verbindung
beider Werkstoffe können weder Risse noch Lunker durch die Anwendung des Preßdruckes
entstehen, so daß ein dichtes Gefüge die Folge ist, Das Verdichten von normalen
Gußblöcken, also solchen aus einem einzigen Werkstoff in flüssigem Zustand durch
Anwendung von Preßdruck ist bekannt. Unbekannt jedoch ist die Anwendung von Preßdruck
bei der Herstellung vorstehend beschriebener Verbundblöcke, zu deren Ummantelung
ein Hohlkörper, erzeugt aus flüssigem Werkstoff, verwendet wird und das Zusammenbringen
der verschiedenen sehr heißen bzw. flüssigen Werkstoffe unter sofort anschließender
Anwendung von Preßdruck erfolgt, wodurch außer der hohen Verbindungsgüte gleichzeitig
eine Verdichtung der beiden Werkstoffe erzielt wird.
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Die Anwendung des Verfahrens ist für die verschiedensten Qualitäten
möglich, z. B. auch für Blöcke, außen aus hochwertigem Manganhartstahl, innen aus
billigerem Werkstoff, zur Herstellung verschleißfester Bolzen, N\'ellen usw. ; oder
umgekehrt, Blöcke außen weicher, innen harter Werkstoff.
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Das Verfahren läßt sich anwenden für verschiedene Verbundblöcke, und
zwar für Verbindungen von :Metallen aller Art, soweit sie innerhalb ihrer Zusammenstellung
eine Verschweißung bzw. innige Verbindung in flüssigem Zustande zulassen.
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Nach der Erfindung können auch Hohlkörper aus Verbundguß erzeugt werden.
Die Herstellung ist in Abb. 4 und 5 dargestellt. Hierfür wird, und zwar in einer
höheren Kokille zuerst, ein Verbundblock erzeugt nach dem Verfahren, wie in Abb.
i, 2 und 3 dargestellt.
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Nachdem der innere Werkstoff 8 sich mit dem äußeren Werkstoff 9 verbunden
hat und Standfestigkeit eingetreten ist, wird der Druckstempel hochgezogen. An dessen
Stelle tritt dann der Lochdorn io (Abb. 4), der in dem Verbundblock eingefahren
wird, wodurch ein Verbundhohlkörper i i, wie ihn Abb. 5 zeigt, entsteht.
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Nach dem Lochen wird der Lochdorn io aus dem Verbundhohlkörper n herausgezogen,
und dieser kann dann aus der Kokille entfernt werden.
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Derartig hergestellte Hohlkörper, außen weich und innen hart, oder
umgekehrt, außen hart und innen weich, können für die verschiedensten Zwecke verarbeitet
werden, z. B. für Führungsbüchsen, Lager, Zylinder, Fahrzeugrohre, Laufrollen, Hohlwellen,
sonstiges Konstruktionsmaterial und für viele andere Zwecke im Auto-, Fahrzeug-
und Maschinenbau. Außer hoher Verschleißfestigkeit bieten solche Hohlkörper auch
eine große Stabilität. Aus einem wie vorstehend beschrieben hergestellten Verbundhohlkörper
läßt sich auch ein massiver Verbundblock aus drei verschiedenen Werkstoffen herstellen,
indem in den Verbundhohlkörper i i nach Herausziehen des Lochdornes io flüssiger
Werkstoff 12 gegossen wird und die Verbindung desselben mit dem Verbundhohlkörper
durch Aufsetzen eines unter Preßdruck stehenden Stempels 13 erfolgt, wie
in Abb. 6 dargestellt.
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Das Verfahren läßt sich nicht nur anwenden für die Herstellung von
runden Verbundblöcken, wie vorstehend bereits beschrieben und ein solcher in Abb.7
im Querschnitt dargestellt ist, sondern es
lassen sich auch Blöcke
verschiedener Querschnitte erzeugen, wie solche in den Abb. 8 bis 17 dargestellt
sind. Die äußere Ummantelung kann, wie ersichtlich, geschlossen oder teilweise angeordnet
sein.
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l)ie geschlossene äußere Ummantelung wird genau so, wie bereits beschrieben
und in den Abb. 1 und 2 dargestellt, erzeugt, nur mit dem Unterschied, daß an Stelle
der runden Kokille eine solche von vierkantigem Querschnitt verwendet wird.
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Die Herstellung der teilweise äußeren Ummantelung erfolgt in der Weise,
daß in die Vierkantkokille flüssiger Werkstoff gegossen und mittels eines in diesen
eingepreßten Dornes das Profil oder der Streifen geformt wird. Sofort nach der Erstarrung
der teilweisen L'nunantelung wird der Dorn aus der Kokille herausgezogen, während
das hocherhitze gepreßte Profil oder der Streifen in der Matrize verbleibt. Der
in der Matrize frei gewordene Raum wird nunmehr sofort anschließend mit sehr heißem
Werkstoff bis an den oberen Rand der Ummantelung gefüllt. In schneller Reihenfolge
wird darin auf das Ummantelungsprofil oder den Streifen sowie auf den flüssigen
Werkstoff ein Druckstempel gesetzt, der die Verschweißung bzw. innige Verbindung
der Ummantelung mit dem flüssigen Werkstoff fördert.
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:\bh. 8 zeigt einen Vierkantverbundblock rin Querschnitt mit vollständiger
Ummantelung des inneren Kerns, während die Abb. 9 bis i i eine teilweise bzw. einseitige
L?nimantelung eines Vierkantverbundblockes darstellen. Bei diesen und ähnlichen
Querschnitten kann die Ummantelung verschiedenartig','tark, je nach (lein zu erzeugenden
Endprodukt, gewählt werden.
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:\tis derartigen oder Verbundblöcken mit anderen Querschnitten lassen
sich Profile aller Art schmieden oder walzen.
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O1) die Ummantelung hart und der Kern weich, oder aber umgekehrt gewählt
wird, kommt auf den Verwendungszweck an und ist nach diesem zu bestimmen.
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Bei der Verwendung von Verbundstahl für Profile für Eisenkonstruktionen
könnten für die gleiche Beanspruchung wie bisher nunmehr leichtere Profile angewandt
und dadurch Gewicht, 'Material und Geld gespart werden.
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Verbundbleche lassen sich ebenfalls aus Blöcken nach vorstehendem
Verfahren herstellen.
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Walzen, an der äußeren Arbeitsfläche mit einer Ummantelung aus verschleißfestem
Werkstoff, der Kern und die Zapfen aus billigerem Werkstoff, können nach dem Verfahren
in besonders geformten Kokillen hergestellt bzw. gepreßt werden.
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Auch können in einer Kokille, die innen in der Form des Querschnittes
eines Fräsers ausgebildet ist, formgerechte Werkstücke aus Verbundstahl gepreßt
werden, die dadurch außen an der Ummantelung aus Schnellstahl weniger Nacharbeit
bedürfen, als wenn die Fräser aus runden Werkstücken hergestellt werden.
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Auch sonst ergeben sich noch eine ganze Menge Anwendungsmöglichkeiten
für die nach der Erfindung hergestellten Verbundblöcke, wie z. 13. die Herstellung
von Feilenstahl und Bandstahl für Sägeblätter mit Zähnen aus verschleißfestem Stahl.
Es ist also durch die Anwendung dieses Verbundstahls möglich, Werkzeuge so auszubilden,
daß nur die Arbeitsflächen bzw. Schneiden oder Zähne, welche die Arbeit leisten,
aus teurem verschleißfesten Werkstoff bestehen, während der übrige Teil aus billigerem
Werkstoff besteht.
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Für die aus flüssigem Werkstoff gepreßte äußere Ummantelung besteht
noch eine weitere Verwendungsmöglichkeit. Diese Ummantelung kann auch als 'Vorstiick
für die Herstellung nahtloser Rohre und Hohlkörper verwendet werden.