-
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Werkzeugen zum Pressen
geformter Werkstücke Für die Herstellung geformter Gegenstände durch Pressen sind
Werkzeuge erforderlich, die man bisher zum größten Teil durch die zerspanende Bearbeitung
eines Metallblockes angefertigt hat. Besonders einfache Werkzeuge wurden in gewissen
Fällen auch durch Kaltsenken hergestellt. Dieses an sich einfache Arbeitsverfahren
ist aber aus verschiedenen Gründen nur in sehr beschränktem Maße anwendbar. Besitzt
das Werkstück eine verwickeltere Form oder an seiner Oberfläche Verzierungen, dann
nimmt die zerspanende Bearbeitung des Werkzeugstahles einen außerordentlich großen
Umfang an. Zu gleicher Zeit erhöht sich der Zeitaufwand für die Herstellung des
Werkzeuges, da insbesondere die Gravurarbeiten am Werkzeug mit größter Sorgfalt
ausgeführt werden müssen. Bei Preßteileu und Kunstharzen und anderen plastischen
Massen machen die Werkzeugkosten erfahrungsgemäß einen erheblichen Teil der Selbstkosten
aus. Dieser Anteil wird noch größer, wenn die Gegenstände entweder verhältnismäßig
verwickelt sind oder als Gebrauchsgegenstände Verzierungen aufweisen. Da zudem die
Herstellung der Preßwerkzeuge in den meisten Fällen einen längeren Zeitraum erfordert,
so muß häufig nicht nur aus wirtschaftlichen, sondern auch aus zeitlichen Gründen
die Anfertigung des Preßteiles unterbleiben.
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf Verfahren und Vorrichtungen,
mit denen größere
Preßwerkzeuge durch Sintern oder Verkitten geformten
Metallpulvers besonders wirtschaftlich hergestellt werden können. Dabei ist es möglich,
den außerordentlich großen Zeitaufwand und die Bearbeitungskosten der bisherigen
Arbeitsverfahren auf einen Bruchteil zu senken. Es ist an sich bereits bekannt,
einfache kleine Formkörper für spanabhebende @,#"erkzeuge oder auch kleine Ziehdüsen
aus Metallpulver oder Metallpulv ergemischen zu pressen und bei hohen Temperaturen
gegebenenfalls unter Druck zu sintern oder zu verkitten. Die dabei bisher angewendeten
Herstellungsverfahren sind jedoch für den vorliegenden Fall unzureichend, da die
Preßwerkzeuge nicht nur unvergleichlich größere Abmessungen als jene bekannten Formkörper
aufweisen, sondern wegen ihrer verwickeltenForm auch erheblich schwieriger herzustellen
sind. Wie sich nun gezeigt hat, können die Schwierigkeiten bei der Anfertigung großer
Preßwerkzeuge aus Metallpulver oder Metallpülv ergemischen beseitigt werden, wenn
gemäß der vorliegenden Erfindung das Metallpulver innerhalb eines metallischen Formrahmens
von großer Festigkeit aufgeschüttet und durch ein Modell des Werkstückes unter Anwendung
höheren Druckes zu dem gewünschten Preßwerkzeug geformt wird.
-
Das neue -Verfahren erfordert also zunächst ein Modell des Werkstückes,
das je nach den Anforderungen an seine Festigkeit und dem Sintervorgang aus den
verschiedensten Werkstoffen hergestellt werden kann. Nach Möglichkeit wird man jedoch
nur solche Werkstoffe verwenden, die das Modell in kürzester Zeit und mit größter
Genauigkeit anzufertigen gestatten. Beispielsweise kann man das Modell aus Hartholz,
Steinholz, teuerfesten Mörtelmassen, Zementen mit organischen oder anorganischen
Zuschlägen oder gegebenenfalls aus leicht verform- und bearbeitbaren Metallen anfertigen.
In letzterem Falle darf jedoch das Modell während des Sintervorganges nicht im Formrahmen
verbleiben.
-
Nach seiner Herstellung wird das Modell erfindungsgemäß entweder mit
Hilfe einer geeigneten Druckvorrichtung in das in einem Formrahmen aufgeschüttete
Metallpulver eingepreßt oder umgekehrt in den Formrahmen gelegt und dann der freie
Raum zwischen Modell und Formrahmen mit dem Metallpulver ausgefüllt. Gleichzeitig
werden gegebenenfalls Einlagen od. dgl. in das Metallpulver eingebettet, um Kanäle
oder Aussparungen für die Beheizungseinrichtungen des Werkzeuges, für Ausstosser,
Einlegemetalle od. dgl. zu erhalten. Nötigenfalls können diese Einlagen sowohl am
Modell wie am Formrahmen befestigt werden, damit sie ihre Lage beim Zusammenpreßen
des Metallpulvers nicht ändern können.
-
Ob das geformte Metallpulver während des Sinterns im Formrahmen verbleibt
oder nicht, muß von Fall zu Fall entschieden werden. Besitzt das Werkzeug größere
Abmessungen oder eine verwickelte Form, dann wird man vorteilhaft das geformte Metallpulver
in dem Formrahmen belassen, um eine Beschädigung, die durch die Ent fernung des
Rahmens eintreten könnte, zu vermeiden.
-
Für die meisten Werkstücke bzw. Preßteile wird man sowohl die Patrize
als auch die Matrize auf die eben beschriebene neuartige Weise herstellen. Im allgemeinen
sind also für jedes Werkstück -zwei Modelle bzw. Werkzeughälften erforderlich. Nur
bei besonders einfacher Form des Werkstückes kann es unter Umständen vorteilhafter
sein; die Patrize auf die bisherige Art und Weise aus einem Stahlblock herauszuarbeiten.
Die nach dem neuen Verfahren hergestellten Preßwerkzeuge besitzen eine große Festigkeit
und Härte, so daß sie ohne besonderen Verschleiß eine hohe Auflage von Preßteilen
zu liefern imstande sind. Ferner bringt das neue Verfahren den wesentlichen Vorteil
mit sich, daß man sogar bei verhältnismäßig verwickelten Werkzeugformen auf das
Vor sintern und nachträgliche Ausarbeiten der endgültigen Form verzichten kann.
Weiterhin ermöglicht es die Verwendung des Formrahmens und Werkstückmodells, die
Herstellung der Werkzeuge den jeweiligen Erfordernissen anzupassen. Weist beispielsweise
das Werkstück Verzierungen oder sonstwie verwickelte Oberflächen auf, dann bleibt
das Modell erfindungsgemäß während des Sinterns oder Verkittens im Metallpulver
eingebettet: Eine Beschädigung der Werkzeugform, die durch Herausnahme des Modells
möglich sein könnte, wird also vermieden. In diesem Falle darf allerdings das Modell
nicht aus Metall gefertigt sein.
-
Häufig müssen die Werkzeuge wegen der Form des Werkstückes Unterschneidungen
erhalten, so daß das Modell nach dem Pressen des Metallpulvers nicht mehr herausgenommen
werden kann. In diesem Falle ist das Werkzeug mehrteilig auszuführen, was bei dem
neuen Verfahren auf besonders vorteilhafte Weise möglich ist. Man preßt nämlich
in einem solchen Falle das Metallpulver erfindungsgemäß stufenweise, wobei nach
jeder Stufe eine nichtmetallische, gegebenenfalls wärmebeständige Zwischenlage eingebracht
wird. Auf diese Weise läßt sich das Werkzeug zerlegen und vor bzw. nach der Sinterung
in seine Bestandteile auseinandernehmen. Die mehrteiligen Werkzeuge wird man vorzugsweise
in einem Arbeitsvorgang sintern oder verkitten. In jedem Falle werden die hohen
Kosten der nach den bisherigen Arbeitsverfahren hergestellten mehrteiligen Werkzeuge
ganz beträchtlich herabgesetzt. Wegen der erforderlichen hohen Preßdrückc sind die
Preßwerkzeuge meistens sehr großen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt.
-
Bei der Verarbeitung gewisser Kunstharze werden die Formen auch chemischen
Angriffen ausgesetzt: sie müssen daher eine entsprechend hohe Festigkeit und ein
möglichst dichtes Gefüge aufweisen. Diese Bedingungen werden in besonders weitgehendem
Maße erfüllt, wenn man das geformte Metallpulver in an sich bekannter Weise unter
Druck sintert. Diese Arbeitsweise ist auch dann von Vorteil, wenn die Oberfläche
des Werkzeuges
zerklüftet ist oder verwickelte Gravuren aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Drucksinterung des geformten Metallpulvers
in einem metallischen Formrahmen mit nichtmetallischer Auskleidung, so daß ein Ansintern
des Metallpulvers an dem Formrahmen verhindert wird. An Stelle der nichtmetallischen
Auskleidung kann der Formrahmen auch einen hitzebeständigen, gegebenenfalls mit
organischen Zusätzen versehenen Anstrich erhalten. Ein derartiger Formrahmen wird
mit Vorteil auch dann verwandt, wenn das geformte Metallpulver keine Drucksinterung
erfährt, sondern aus anderen Gründen während der Sinterung im Formrahmen verbleibt.
-
Bei der Herstellung großer Werkzeuge oder solcher mit verwickelter
Oberfläche kann eine besonders scharfe Ausprägung der Form erreicht werden, wenn
erfindungsgemäß außer einem senkrechten Druck gleichzeitig ein Seitendruck auf das
Metallpulver oder das Modell ausgeübt wird. Zu diesem Zwecke wird gemäß der vorliegenden
Erfindung der Formrahmen so unterteilt, daß die Einzelteile zur Ausübung eines Horizontaldruckes
auf das Metallpulver bzw. das Modell gegeneinanderbewegt werden können. Auf diese
Weise läßt sich das Metallpulver von allen Seiten unter Druck setzen. Da das Metallpulver
hierbei in die feinsten Fugen und Einschnitte des Modells eindringt, wird die Nacharbeit
am fertigen Werkzeug durch diese neue Maßnahme außerordentlich verringert. Ebenso
kann bei Verwendung des geteilten Formrahmens häufig das zeitraubende und verhältnismäßig
teure Vorsintern erspart werden.
-
Die Sinterung unter Druck hat man bisher vorzugsweise mit Hilfe mechanischer
oder hydraulischer Pressen vorgenommen. Diese Arbeitsweise ist aber nur bei kleineren
Formkörpern zweckmäßig, da deren Heizvorrichtungen noch auf dem Tisch der Presse
untergebracht werden können. Besitzt das Werkzeug größere Abmessungen, dann kann
die Drucksinterung einfacher und betriebssicherer durchgeführt werden, wenn man
den Formrahmen erfindungsgemäß mit einer oder mehreren Spannvorrichtungen versieht,
die während des Sinterns einen Druck auf das Modell oder das Metallpulver ausüben.
Da die Spannvorrichtungen sehr gedrängt gebaut werden können, nimmt die gesamte
Vorrichtung nur wenig Platz ein. Wird für das Sintern des Metallpulvers ein mehrteiliger
Rahmen benutzt, dann läßt sich durch eine passende Anordnung der Spannvorrichtungen
der Druck von allen Seiten auf das Modell oder das Metallpulver ausüben. Die Höhe
des Druckes richtet sich nach den Eigenschaften des Metallpulvers, der Höhe der
Sintertemperatur sowie nach den Abmessungen des Werkzeuges. Er kann bei der neuen
Vorrichtung in weiten Grenzen eingestellt werden.
-
Um die für die Sinterung erforderlichen hohen Temperaturen, die bei
Stahlpulver im allgemeinen über iooo° liegen, zu erreichen, werden in dem geformten
Metallpulver in an sich bekannterWeise hochfrequente Ströme induziert. Dieses Heizverfahren
besitzt den besonderen Vorteil, daß die Erwärmung des Metallpulvers schnell und
völlig gleichmäßig erfolgt. Andererseits ist es aber auch möglich, das Metallpulver
von außen her durch Wärmeleitung und -strahlung in normalen Glühöfen oder in besonderen,
für den vorliegenden Fall gebauten Ofen zu erhitzen. Falls.die Sinterung des Metallpulvers
durch induzierte hochfrequente Ströme erfolgt, versieht man den Formrahmen nach
der vorliegenden Erfindung mit einer keramischen Auskleidung, die in ausreichendem
Abstande von dem Rahmen die Primärwicklung enthält. Damit in dem Rahmen keine unerwünschten
Wirbelströme entstehen können, wird dieser weitgehend unterteilt und erforderlichenfalls
aus siliziertem Stahl hergestellt. Natürlich kann die Sinterung des geformten Metallpulvers
auch ohne Einbettung in dem Formrahmen stattfinden.
-
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Formrahmen
bei der Sinterung durch Induktionsströme selbst als Primärwicklung wirkt und zu
diesem Zwecke entsprechend unterteilt ist. Auch in diesem Falle wird zwischen Rahmen
und Werkzeug eine nichtleitende Auskleidung vorgesehen.
-
Durch geeignete Wahl des Metallpulvers oder von Metallpulvermischungen
sowie durch entsprechende Führung des Sintervorganges kann man dem Werkzeug allein
durch die Sinterung bereits eine ziemlich große Härte verleihen. Nötigenfalls läßt
sich aber die Oberfläche des Werkzeuges durch Aufkohlung oder Nitrierung noch härter
machen. Dabei kann die Aufkohlung schon während der Sinterung durchgeführt werden,
während die Nitrierung wegen der niedrigen Verfahrenstemperatur frühestens nach
erfolgter Sinterung während der Abkühlung des Werkzeuges vorgenommen werden kann.
Gegebenenfalls erfolgt vor der Härtung noch eine Bearbeitung der Werkzeugoberfläche.