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Werkzeug, insbesondere Zieh- oder Preßwerkzeug, mit einem Hartmetallkern
und einer diesen umgebenden Metallfassung und Verfahren zum Verbinden des Kernes
mit der Fassung Ziehsteine, Preßwerkzeuge od. dgl. aus Hartmetall werden im allgemeinen
in der Weise hergestellt, daß der aus Hartmetall hergestellte Kern des. Werkzeugs
in eine Fassung eines anderen Metalls, vorzugsweise Stahl oder Eisen, eingebettet
wird. Es hat sich nun insbesondere bei Ziehsteinen gezeigt, daß die Hartmetallkerne
sehr leicht reißen oder platzen, und man hat schon die verschiedensten Vorschläge
gemacht, um diesem Übelstand abzuhelfen. Es ist z. B. bekannt, die Fassung durch
eine Kühlflüssigkeit zu kühlen, um eine zu starke Erwärmung des Hartmetallkernes
zu verhindern, ferner ist es bekannt, ein weiches nachgiebiges Metall für die Fassung
zu verwenden, z. B. Messing oder Bronze. Auch die Verbindung des Kernes mit der
Fassung ist in der verschiedensten Weise durchgeführt worden, und zwar sowohl durch
Aufschrumpfen als auch durch Löten oder Schweißen; auch hat man vorgeschlagen, das
Fassungsmaterial um den Kern herumzusintern oder das Fassungsmetall um den Kern
herumzugießen oder um den Kern herumgelegtes Fassungsmetall innerhalb einer Form
niederzuschmelzen.
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Alle vorgeschlagenen Verfahren bringen zwar -nach der einen oder anderen
Richtung Verbesserungen, haben aber den Nachteil des Platzens der
Kerne
nicht beseitigen können. Der Grund liegt wahrscheinlich darin, daß die Kerne außen
bisher stets zylindrisch ausgeführt wurden. Der beim Ziehen auftretende Druck richtete
sich nun im wesentlichen gegen die untere äußere ringförmige Kante des Kernes, so
.daß sich an dieser Stelle ein hoher Auflagedruck zwischen Kern und Fassung ergab,-
die Fassung infolgedessen, insbesondere wenn noch eine Lötschicht dazwischen lag,
etwas nachgab und dann infolge der durch das Sintern in dem Kern vorhandenen inneren
Spannungen ein Reißen eintrat. Die Fassung konnte aus den angegebenen Gründen kein
ausreichend starkes Widerlager für den Kern bilden.
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Die Erfindung hilft nun diesem Übelstand durch eine entsprechende
Gestaltung und Befestigung des in einer umgebenden Metallfassung befindlichen Hartmetallkernes
ab, derart, daß der äußere Umfang des Kernes eine in der Ziehrichtung sich verjüngende
kegelartige oder gewölbte Form aufweist, die eine genügend große, etwa senkrecht
zu der auftretenden Druckbeanspruchung liegende Berührungsfläche zwischen Kern und
Fassung bildet, und die obere Fläche des Kernes durch einen starr mit dem Gehäuse
verbundenen Teil abgedeckt ist.
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Es sind bereits an sich Ziehsteine bekannt, bei denen der Umfang des
Kernes eine in der Ziehrichtung sich verjüngende gewölbte Form aufweist, andererseits
auch solche, bei denen die obere Fläche des Kernes durch einen starr mit dem Gehäuse
verbundenen Teil abgedeckt ist. Beide Arten von Ziehsteinen weisen indessen den
durch die Erfindung vermiedenen Nachteil auf, nämlich :den, daß durch ein Nachgeben
oder Verschieben des Kernes in der Fassung infolge der inneren Spannungen einReißen
des Kernes verursacht wird, und zwar wird diese Verschiebung einmal deswegen eintreten,
weil die kugelförmige Gestalt dazu Veranlassung gibt und kein genügender Widerstand
auf die Oberfläche des Ziehsteines wirkt, andermal deswegen, weil die Beanspruchung
an der äußeren unteren Kante zu groß wird. Erst durch die Vereinigung der beiden
Merkmale an dem gleichen Ziehstein wird der von der Erfindung angestrebte Erfolg
erreicht und ein Ziehstein geschaffen, der tatsächlich allen praktischen Anforderungen
entspricht und entgegen den mit Ziehsteinen mit Hartmetallkern bisher gemachten
Erfahrungen eine außerordentlich große Lebensdauer hat.
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Die Zeichnung zeigt als Beispiele mehrere Ausführungsformen der Erfindung,
und zwar ist Fig. i ein Schnitt durch einen Ziehstein gemäß der Erfindung, in eine
Fassung eingesetzt; Fig. 2 ist eine gleiche Darstellung wie Fig. i, nur hat hier-
der Ziehstein eine etwas abgeänderte Form; Fig.3 ist eine Darstellung der Metallfassung
allein vor der Einfügung des Kernes, und Fig.4 zeigt eine Preßmatrize gemäß der
Erfindung.
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Der Kern i des Ziehsteines ist in der üblichen Weise durch Sintern
aus Hartmetall 'hergestellt. Als Hartmetall werden vorzugsweise die Karbide, Boride
oder Nitride der Metalle ,der Wolframgruppe, also Wolfram, Molybdän, Titan, Vanadin,
Chrom usw., verwendet. Bei der Ausführungsform nach Fig. i ist der obere Teil des
Ziehloches kegelförmig ausgebildet. Der Winkel an der Spitze des Kegels beträgt
nach der Zeichnung 2 a. Beim Hindurchziehen des Drahtes werden auf die hohlkegelige
Fläche des Ziehkernes Kräfte in der Achsrichtung des Ziehloches und senkrecht zur
Kegelfläche ausgeübt. Diese Kräftewirkungen sind durch die beiden Pfeile :2 und
3 bezeichnet. Es ergibt sich hieraus eine Resultierende in der Richtung des Pfeiles
4. Um nun den durch .den Ziehkern auf die Fassung 5 ausgeübten Druck gut aufnehmen
zu können, ist -an dem Ziehkern eine äußere kegelförmige Auflagefläche 6 geschaffen,
deren Erzeugende senkrecht zur Richtung der resultierenden Kraft 4 steht.
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Bei dieser Ausgestaltung der äußeren Auflagefläche wird der spezifische
Auflagedruck zwischen Zichkern und Fassung stark herabgesetzt, und es werden die
auftretenden Kräfte gleichmäßig üb-,r eine -größere Fläche verteilt, so daß,ein
Platzen des Kernes nicht mehr eintreten kann. Die Kräfteverteilung ist so, daß der
Winkel ß, d. h. der Winkel zwischen der Erzeugenden des inneren und des äußeren
Kegels
ist. Es würde also in Fig. i der Winkel ß gleich dem Winkel y sein, -mit anderen
Worten, der Winkel ß an der Spitze des äüßeren-Kea-els züzüg=-lich des Winkels y
ist gleich einem rechten Winkel abzüglich der Hälfte des Winkels -an der Spitze
des inneren Kegels.
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Es kommt auch vor, daß man den Eingangsteil des Ziehloches nicht kegelförmig
gestaltet, sondern als Rotationsfläche ausbildet, deren Erzeugende nach innen oder
außen gewölbt ist. Dementsprechend ergeben sich-auch an den verschiedenen Punkten
Resultierende von verschiedener Richtung, und es muß auch die Außenfläche anstatt
eines reinen Kegels theoretisch eine mit einer konvexen oder konkaven Erzeugenden
gebildete Rotationsfläche sein. Es hat sich nun gezeigt, daß in allen solchen Fällen,
aber auch dann, wenn theoretisch die äußere Auflagefläche wie bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. i eine reine Kegelfläche sein müßte, zweckmäßig diese Kegelfläche oder
der sonstige Rotationskörper durch eine sich der theoretischen Fläche möglichst
anschließende Kugelkappe ersetzt wird, wie dies in Fig.2 gezeigt ist.
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Die kugelkappenförmigeAuflagefläche7 zwischen dem Ziehkern i und der
Fassung 5 hat den Vorteil; daß auch bei einer etwas abweichenden Ziehrichtung der
Druck . durch die Auflagefläche gut aufgenommen wird. Außerdem bietet die kugelkappenförmi-ge
Gestaltung die Möglichkeit einer genauen Anpassung; sie sichert auch eine stets
dichte Anlage. zwischen Ziehkern und. Fassung. Man wählt die Kugelkappe am besten
so, däß der
Kugelmittelpunkt oberhalb der Mitte des Ziehkanals liegt.
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Es hat sich gezeigt, daß derartige Zielkerne am besten in der Weise
in die Fassung einges;tzt werden, daß man der Fassung zunächst die in Fig. 3 gezeigte
Form gibt, d. h. die Fassung ist mit einer Aussparung 8 versehen, deren untere Fläche
genau der Außenfläche der Kugelkappe oder des Kegels des Ziehkernes entspricht.
Nach dem Einsetzen des Kernes in diese Fassung wird letztere erwärmt und dann unter
einer Presse so zusammen.gedrückt, daß der obere über dem Kern überstehende Teil
der Seitenwandung auf .die Oberfläche des Kernes heruntergedrückt wird. Schließlich
wird dann durch Bearbeitung der Eingangs-und Ausgangsöffnung .der Fassung dieser
die aus Fig. i ersichtliche Form gegeben.
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Die Erfindung ist nicht nur für Ziehwerkzeuge, sondern auch für Preßwerkzeuge
geeignet. Es ist z. B. in Fig. 4 eine Preßmatrize dargestellt, wie sie zum Pressen
von Fahrradpedalen verwendet werden kann. Auch hier ist der aus Hartmetall gebildete
Kern i an seiner Außenfläche nach den gleichen Gesichtspunkten ausgeführt, wie oben
für den Ziehstein nach Fig. i und 2 angegeben.
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Für .die Fassung kann ein beliebiges geeignetes Metall verwendet werden.
Am besten eignet sich ein Stahl, der bei einer Wärmebehandlung biss höchstens 105o°
C und darauffolgender Abkühlung eine Festigkeit von wenigstens i io kg/mm2 erhält.
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Es ist natürlich nicht nötig, daß die äußere Auflagefläche eine genaue
Kugelkappe ist, man wird, insbesondere bei gewölbter Ziehöffnung, auch einen Rotationskörper
wählen können, der zwischen dem theoretisch richtigen Rotationskörper und einer
Kugelkappe liegt.