EP2979784A1

EP2979784A1 - Workpiece blank and method for manufacturing a workpiece with a volume changing process

Info

Publication number: EP2979784A1
Application number: EP14002707.9A
Authority: EP
Inventors: Gerd Axel Walther
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-08-02
Filing date: 2014-08-02
Publication date: 2016-02-03

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Werkstückrohling zur Weiterverarbeitung in einem Volumenänderungsprozesses, mit einem Grundkörper, der als Pressteil aus einem metallischen oder keramischen Pulver hergestellt ist und der einen außenliegenden Einspannabschnitt (2) zur Aufnahme in einer Einspannvorrichtung einer Bearbeitungsmaschine und einen einstückig mit dem Einspannabschnitt (2) ausgebildeten, innenliegenden Nutzteilabschnitt (3) zur Ausformung wenigstens eines Nutzteils (4) in einem gestaltverändernden Herstellungsverfahren mittels der Bearbeitungsmaschine umfasst, wobei am Einspannabschnitt (2), insbesondere an einer Außenoberfläche (8) des Einspannabschnitts (2), wenigstens eine auf den wenigstens einen Nutzteil (4) bezogene und im gleichen gestaltverändernden Herstellungsverfahren wie der Nutzteil (4) hergestellte Referenzgeometrie (11) ausgebildet ist, die für eine lagerichtige Orientierung des wenigstens einen Nutzteils (4) nach Durchführung eines Volumenänderungsprozesseses ausgebildet ist.The invention relates to a workpiece blank for further processing in a volume change process, having a base body which is produced as a pressed part from a metallic or ceramic powder and having an outer clamping section (2) for receiving in a clamping device of a processing machine and one integral with the clamping section (2). formed on the clamping portion (2), in particular on an outer surface (8) of the Einspannabschnitts (2), at least one of the at least one at least one useful portion (3) formed for forming at least one useful part (4) in a shape-changing manufacturing method by means of the processing machine Formed reference portion (4) and in the same shape-changing manufacturing process as the useful part (4) produced reference geometry (11), for a correct orientation of the at least one useful part (4) after performing a Volumenänderungsprozes seses is formed.

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkstückrohling zur Weiterverarbeitung in einem Volumenveränderungsprozess sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit einem Volumenveränderungsprozess.The invention relates to a workpiece blank for further processing in a volume change process and to a method for producing a workpiece with a volume change process.

Bei der Herstellung von Werkstücken, die als Einzel-Losgröße oder in kleinen Stückzahlen ausgehend von einem Werkstückrohling unter Zwischenschaltung eines Volumenveränderungsprozesses, beispielsweise einer thermischen oder chemischen Behandlung, die zu einer Volumenveränderung des Nutzteils führt, hergestellt werden sollen, ist es gemäß einem dem Anmelder bekannten, druckschriftlich nicht niedergelegten Stand der Technik bekannt, zunächst einen Werkstückrohling, beispielsweise aus einem metallischen oder keramischen Pulver und ggf. einem zusätzlichen Bindemittel, herzustellen. Dieser Werkstückrohling wird anschließend vor der Durchführung eines Volumenveränderungsprozesses in einem spanenden Bearbeitungsprozess, insbesondere in einem Fräsprozess, zumindest bereichsweise zur Erzeugung wenigstens eines Nutzteils möglichst weitgehend bearbeitet. Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei der nachfolgenden Durchführung des Volumenveränderungsprozesses in Abhängigkeit vom gewählten Verfahren, insbesondere durch Quellung, eine Volumenvergrößerung, durch Verzug bei zumindest im Wesentlichen gleichem Volumen eine Gestaltveränderung oder durch Schwindung eine Volumenverkleinerung des Werkstückrohlings auftritt. Aufgrund dieser Volumenveränderung müssen der oder die aus dem Werkstückrohling herausgearbeiteten Nutzteile, die vor der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses als Nutzteilrohlinge mit Hilfe des gestaltverändernden, insbesondere spanenden, Fertigungsverfahrens hergestellt werden, ein Unter- oder Übermaß aufweisen, das die anschließend auftretende Volumenveränderung berücksichtigt und gleichzeitig so gewählt ist, dass nach der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses nur noch eine geringfügige Oberflächenbearbeitung der entstandenen Nutzteile notwendig ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn durch den Volumenveränderungsprozess erzeugten Nutzteile verglichen mit den Nutzteilrohlingen vor der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses eine deutlich höhere Härte aufweisen, die eine Werkstückbearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide, beispielsweise in einem Fräsvorgang, nur in Ausnahmefällen zulässt. Dementsprechend ist es für eine kostengünstige und präzise Herstellung von Nutzteilen von Interesse, den Umfang der Fertigbearbeitung der Nutzteile nach dem Volumenveränderungsprozess möglichst gering zu halten.In the production of workpieces, which are to be produced as a single batch size or in small quantities starting from a workpiece blank with the interposition of a volume change process, for example a thermal or chemical treatment, which leads to a change in volume of the useful part, it is according to a known to the applicant , Known from the prior art by printing, initially a workpiece blank, for example, from a metallic or ceramic powder and optionally an additional binder to produce. This workpiece blank is then, as far as possible, at least partially processed to produce at least one useful part before performing a volume change process in a machining process, in particular in a milling process. It should be noted that in the subsequent implementation of the volume change process depending on the selected method, in particular by swelling, an increase in volume, by default at least substantially the same volume Change in shape or by shrinkage, a reduction in volume of the workpiece blank occurs. Because of this change in volume, the useful part or parts machined out of the workpiece blank, which are produced before the volume change process as usable blank blanks by means of the shape-changing, in particular machining, manufacturing process, must have an undersize or oversize which takes into account the subsequently occurring change in volume and at the same time so chooses is that after performing the volume change process only a minor surface processing of the resulting useful parts is necessary. This is especially true when generated by the volume change process useful parts compared to the Nutzteilrohlingen before performing the volume change process have a much higher hardness that allows a workpiece machining with geometrically defined cutting, for example, in a milling process, only in exceptional cases. Accordingly, it is of interest for a cost-effective and precise production of useful parts to minimize the amount of finish machining of the useful parts after the volume change process.

Daraus resultiert die Aufgabe, einen Werkstückrohling und ein Verfahren zur Herstellung eines Nutzteils bereitzustellen, bei denen die Nacharbeiten am Nutzteil nach der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses reduziert werden können.This results in the task of providing a workpiece blank and a method for producing a useful part, in which the reworking of the useful part can be reduced after the volume change process has been carried out.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Erfindungsaspekt mit einem Werkstückrohling gelöst, der zur Weiterverarbeitung in einem Volumenveränderungsprozess vorgesehen ist und der einen Grundkörper umfasst, der einen außenliegenden Einspannabschnitt zur Aufnahme in einer Einspannvorrichtung einer Bearbeitungsmaschine und einen einstückig mit dem Einspannabschnitt ausgebildeten, innenliegenden Nutzteilabschnitt zur Ausformung wenigstens eines Nutzteils in einem gestaltverändernden, insbesondere spanenden, Herstellungsverfahren mittels einer Bearbeitungsmaschine umfasst, wobei am Einspannabschnitt, insbesondere an einer Außenoberfläche des Einspannabschnittes, wenigstens eine auf das wenigstens eine Nutzteil bezogene und im gleichen gestaltverändernden, insbesondere spanenden Herstellungsverfahren wie das Nutzteil hergestellte Referenzgeometrie ausgebildet ist, die für eine lagerichtige Orientierung des wenigstens einen Nutzteils nach Durchführung eines Volumenveränderungsprozesses ausgebildet ist.This object is achieved according to a first aspect of the invention with a workpiece blank which is provided for further processing in a volume change process and which comprises a base body having an outer clamping portion for receiving in a clamping device of a processing machine and an integrally formed with the clamping portion, inner Nutzteilabschnitt to Forming at least one useful part in a shape-changing, in particular cutting, manufacturing process by means of a processing machine, wherein formed at the clamping section, in particular on an outer surface of the Einspannabschnittes, at least one reference to the at least one Nutzteil related and in the same shape-changing, in particular machining production method as the Nutzteil reference geometry is, which is designed for a correct position orientation of the at least one useful part after performing a volume change process.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, die Referenzgeometrie vor, während oder nach dem Bearbeitungsvorgang zu erzeugen, mit dem auch die Bearbeitung des Nutzteils vor der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses durchgeführt wird. Bei dem Bearbeitungsvorgang handelt es sich um eine gestaltverändernde Bearbeitung, insbesondere um einen spanenden Abtragvorgang oder um einen Abtragvorgang, beispielsweise mittels Laser- oder Elektronenstrahlverdampfung, oder um einen Auftragvorgang, beispielsweise mittels eines Laseraufschmelzverfahrens. Vorzugsweise findet die Herstellung der Referenzgeometrie in der gleichen Aufspannung in der Einspannvorrichtung der Bearbeitungsmaschine statt, die auch zur Bearbeitung des Nutzteils eingesetzt wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Referenzgeometrie in unmittelbarer zeitlicher Abfolge vor der oder nach der Herstellung des Nutzteils erzeugt wird, um dadurch Einflüsse wie beispielsweise Temperaturschwankungen an der Bearbeitungsmaschine möglichst weitgehend auszuschließen. Dementsprechend ist eine räumliche Lage des Nutzteils gegenüber der Referenzgeometrie ausschließlich durch die Genauigkeit der eingesetzten Bearbeitungsmaschine bestimmt. Hierdurch kann ein Vorteil gegenüber Vorgehensweisen erzielt werden, bei denen die Referenzgeometrie beispielsweise von vorne herein an den Grundkörper angeformt wird und zunächst eine Vermessung der Referenzgeometrie bei der Einspannung in die Einspannvorrichtung der Bearbeitungsmaschine vorgenommen wird. In einem derartigen Fall addieren sich die Ungenauigkeiten des Messverfahrens mit den Ungenauigkeiten der Bearbeitungsmaschine. Eine Anordnung der Referenzgeometrie, bei der es sich beispielsweise um eine oder mehrere Ausnehmungen am Einspannabschnitt des Grundkörpers handeln kann, wird in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Werkstückrohlings gewählt.According to the invention, it is thus provided to generate the reference geometry before, during or after the machining operation, with which the machining of the useful part is also carried out before the volume change process is carried out. The machining process is a shape-changing machining, in particular a machining removal process or a removal process, for example by means of laser or electron beam evaporation, or an application process, for example by means of a laser melting process. Preferably, the production of the reference geometry takes place in the same clamping in the clamping device of the processing machine, which is also used for processing the Nutzteils. It is particularly advantageous if the reference geometry is generated in direct temporal sequence before or after the production of the useful part in order to exclude influences such as temperature fluctuations on the processing machine as much as possible. Accordingly, a spatial position of the useful part relative to the reference geometry is determined exclusively by the accuracy of the processing machine used. As a result, an advantage over approaches can be achieved in which the reference geometry, for example, of is formed in front of the main body and initially a measurement of the reference geometry is made in the clamping in the clamping device of the processing machine. In such a case, the inaccuracies of the measuring method add up with the inaccuracies of the processing machine. An arrangement of the reference geometry, which may be, for example, one or more recesses on the clamping section of the base body, is selected as a function of the properties of the workpiece blank.

Wenn beispielsweise davon ausgegangen werden kann, dass der Werkstückrohling während der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses eine in allen Raumrichtungen gleichförmige Volumenänderung, insbesondere eine gleichförmige Schwindung (isotrope Schwindung) aufweist, kann eine punktsymmetrische oder spiegelsymmetrische Anordnung einzelner Ausnehmungen der Referenzgeometrie vorgesehen werden.If, for example, it can be assumed that the workpiece blank has a volume change which is uniform in all spatial directions, in particular a uniform shrinkage (isotropic shrinkage) during the volume change process, a point-symmetrical or mirror-symmetrical arrangement of individual recesses of the reference geometry can be provided.

Sollte der Werkstückrohling aufgrund seiner Werkstoffzusammensetzung und/oder des ausgewählten Volumenveränderungsprozesses eine anisotrope oder in unterschiedlichen Raumrichtungen ungleichförmige Volumenänderung, insbesondere eine ungleichförmige Schwindung aufweisen, können Ausnehmungen der Referenzgeometrie vorzugsweise in denjenigen Raumrichtungen zueinander angeordnet werden, in denen eine möglichst geringe Volumenänderung während des Volumenveränderungsprozesses auftritt.If, due to its material composition and / or the selected volume change process, the workpiece blank has an anisotropic or non-uniform shrinkage in different spatial directions, then recesses of the reference geometry can preferably be arranged in those spatial directions in which the smallest possible volume change occurs during the volume change process.

Nach der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses dient die Referenzgeometrie dazu, den Werkstückrohling in einer weiteren Einspannvorrichtung aufzunehmen, die Eingriffsmittel für einen Eingriff in die Referenzgeometrie aufweist und für eine lagerichtige Orientierung des wenigstens einen Nutzteils sorgt. Dabei kann die Positionierung des wenigstens einen Nutzteils gegenüber der Referenzgeometrie in vorteilhafter Weise und mit hoher Genauigkeit nachvollzogen werden, dementsprechend ist nur ein geringes Unter- oder Übermaß für die Nutzteile erforderlich, da die Nutzteile exakt positioniert sind und präzise mit den Bearbeitungswerkzeugen angefahren werden können. Somit müssen bei der nachfolgenden Fertigbearbeitung des Nutzteils nur noch geringe Oberflächenabtragungen, insbesondere durch Schleifen, Verdampfen mittels Laser, Erodieren, etc., vorgenommen werden.After carrying out the volume change process, the reference geometry serves to receive the workpiece blank in a further clamping device, which has engagement means for engagement in the reference geometry and for a correct orientation of the at least one useful part provides. In this case, the positioning of the at least one useful part relative to the reference geometry can be reproduced in an advantageous manner and with high accuracy, accordingly, only a small under- or oversize for the useful parts is required because the Nutzteile are accurately positioned and can be approached precisely with the editing tools. Thus, in the subsequent finishing of the useful part only small Oberflächeneabtragungen, in particular by grinding, evaporation by laser, erosion, etc., must be made.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Zweckmäßig ist es, wenn der Grundkörper eine zylindrische, insbesondere kreiszylindrische, Gestalt aufweist und wenn der Einspannabschnitt ringförmig ausgebildet ist und einen, insbesondere zumindest im Wesentlichen kreisförmigen, Nutzteilabschnitt umgibt. Eine zylindrische Gestaltung des Grundkörpers liegt vor, wenn sich ein beliebiges Querschnittsprofil längs einer Extrusionsgeraden erstreckt. Dabei kann das Profil an die Gestalt des Nutzteils angepasst sein, insbesondere geometrisch ähnlich zu einem Querschnitt des Nutzteils gewählt werden. Die Ausgestaltung des Grundkörpers mit einer kreiszylindrischen Gestaltung ist dann von Vorteil, wenn von einer isotropen Volumenveränderung, insbesondere einer isotropen Schwindung, des Werkstückrohlings während der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses ausgegangen wird. Durch die gleichmäßige Volumenänderung des Werkstückrohlings in allen Raumrichtungen, wie sie beim isotropen Volumenänderungsvorgang zugrundegelegt wird, findet bei Verwendung einer kreiszylindrischen Gestaltung des Grundkörpers keine geometrische Verzerrung statt, wie sie bei Grundkörpern mit anders gewählter geometrischer Gestaltung auftreten könnte. Bevorzugt weist der vor der Einspannung in die Einspannvorrichtung der Bearbeitungsmaschine vorzugsweise ebene, quer zu einer Kreismittelachse des Grundkörpers ausgerichtete Stirnflächen auf. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Werkstückrohlings kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper vor der Aufnahme in die Einspannvorrichtung einen ausgeformten Nutzteilabschnitt aufweist, der vorzugsweise zueinander parallele und quer zur Rotationsachse des zylindrischen Grundkörpers ausgerichtete Oberflächen aufweist. Von diesen Oberflächen ragen bereichsweise Rohgeometrien ab, die für die nachfolgende gestaltverändernde Bearbeitung von Nutzteilen dienen. Exemplarisch kann vorgesehen sein, dass der Werkstückrohling als Nutzen für mehrere Nutzteile ausgebildet ist und dementsprechend im Bereich des Nutzteilabschnitts mehrere von den ebenen Stirnflächen abragende Vorsprünge vorgesehen sind, die anschließend mit dem spanenden Herstellungsverfahren zu den Nutzteilen geformt werden. Vorteilhaft ist es ferner, wenn der Nutzteilabschnitt zumindest im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist, da auch hier unter der Voraussetzung eines isotropen Volumenänderung des Werkstückrohlings während des Volumenveränderungsprozesses eine Verzerrung der im Rahmen des Pressvorgangs ausgebildeten Vorsprünge und der daraus geformten Nutzteile zumindest nahezu vollständig vermieden werden kann.It is expedient if the base body has a cylindrical, in particular circular cylindrical, shape and if the clamping section is annular and surrounds a, in particular at least substantially circular, utility section. A cylindrical configuration of the base body is present when any cross-sectional profile extends along an extrusion straight line. In this case, the profile can be adapted to the shape of the useful part, in particular be selected geometrically similar to a cross section of the useful part. The design of the base body with a circular-cylindrical configuration is advantageous if it is assumed that an isotropic change in volume, in particular an isotropic shrinkage, of the workpiece blank during the performance of the volume change process. Due to the uniform change in volume of the workpiece blank in all spatial directions, as it is based on the isotropic volume change process takes place when using a circular cylindrical design of the body no geometric distortion instead, as could occur in basic bodies with different geometrical design. Prefers has the front of the clamping in the clamping device of the processing machine preferably flat, aligned transversely to a circular central axis of the body end faces. In an advantageous development of the workpiece blank, provision may be made for the base body to have a shaped useful part section before being received in the clamping device, which preferably has surfaces aligned parallel to one another and aligned transversely to the axis of rotation of the cylindrical base body. From these surfaces protrude partially raw geometries, which serve for the subsequent shape-changing processing of useful parts. By way of example, provision can be made for the workpiece blank to be designed as a utility for a plurality of useful parts, and correspondingly provided in the area of the useful section for projecting a plurality of projections projecting from the planar end faces, which are then formed into the useful parts by the machining method. It is also advantageous if the useful portion is formed at least substantially circular, since even under the condition of an isotropic change in volume of the workpiece blank during the volume change process distortion of the formed during the pressing process projections and the useful parts formed therefrom can be at least almost completely avoided.

Alternativ kann vorgesehen werden, eine Außengeometrie des Grundkörpers an eine Geometrie des herzustellenden Nutzteils anzupassen, um eine besonders kompakte Gestaltung des Grundkörpers zu ermöglichen.Alternatively, it can be provided to adapt an outer geometry of the basic body to a geometry of the useful part to be produced, in order to allow a particularly compact design of the basic body.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die am Einspannabschnitt ausgebildete Referenzgeometrie als Anordnung von mehreren, insbesondere genau drei, Vertiefungen ausgebildet ist. Vorzugsweise sind diese Vertiefungen bezogen auf eine Mittelachse des zylindrischen Grundkörpers kreisförmig umlaufend in gleicher Winkelteilung und im gleichen radialen Abstand zur Mittelachse angeordnet, so dass bei der Fertigbearbeitung des oder der Nutzteile nach der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses eine präzise Einspannung des aus dem Werkstückrohling durch den Volumenveränderungsprozesses hervorgegangenen Werkstücks erreicht werden kann.In an advantageous development of the invention, it is provided that the reference geometry formed on the clamping section is designed as an arrangement of several, in particular exactly three, depressions. Preferably, these are Recesses with respect to a central axis of the cylindrical base body circularly arranged in the same angular pitch and at the same radial distance from the central axis, so that in the finishing of the useful parts or after the implementation of the volume change process a precise clamping of the resulting from the workpiece blank by the volume change process workpiece can be achieved can.

Vorteilhaft ist es, wenn die Vertiefungen keilförmig in radialer Richtung nach innen verjüngt ausgebildet sind, da hierdurch unabhängig von der Volumenveränderung mit Hilfe von beispielsweise walzenförmigen Greifmitteln, die in die Vertiefungen eingreifen, eine vorteilhafte Zentrierung des Einspannabschnitts erreicht werden kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vertiefungen jeweils spiegelsymmetrisch zu Spiegelebenen ausgebildet sind, wobei die Spiegelebenen der Vertiefungen längs einer gemeinsamen Schnittlinie schneiden. Ferner ist es vorteilhaft, wenn genau drei Vertiefungen für die Einspannung des Werkstückrohlings genutzt werden, da hierdurch eine statische Überbestimmung beim Einspannen vermieden wird.It is advantageous if the recesses are tapered in the form of a wedge in the radial direction, since in this way an advantageous centering of the clamping section can be achieved independently of the change in volume with the aid of, for example, roller-shaped gripping means which engage in the recesses. It is particularly advantageous if the depressions are each formed mirror-symmetrically to mirror planes, wherein the mirror planes of the depressions intersect along a common cutting line. Furthermore, it is advantageous if exactly three recesses are used for the clamping of the workpiece blank, since this avoids a static overdetermination during clamping.

Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt mit einem Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks gelöst. Dieses Verfahren umfasst die Schritte: Herstellen eines Werkstückrohlings, Einspannen des Werkstückrohlings in eine Bearbeitungsmaschine und gestaltverändernde Herstellung wenigstens eines Nutzteils in einem Nutzteilabschnitt des Werkstückrohlings sowie gestaltverändernde Herstellung einer auf das Nutzteil bezogenen Referenzgeometrie an einem den Nutzteilabschnitt umgebenden Einspannabschnitt, Durchführen eines Volumenveränderungsprozesses für den Werkstückrohling zur Erzeugung eines Werkstücks, Einspannen des Werkstücks unter Verwendung der Referenzgeometrie und Fertigbearbeitung des wenigstens einen Nutzteils. Aufgrund der Herstellung des oder der Nutzteile und der Referenzgeometrie in der gleichen Einspannung mit der gleichen Bearbeitungsmaschine hängen Lagetoleranzen zwischen dem wenigstens einen Nutzteil und der Referenzgeometrie nur von der Genauigkeit der Bearbeitungsmaschine ab, wodurch ein enger Toleranzbereich eingehalten werden kann.The object of the invention is achieved according to a second aspect of the invention with a method for producing a workpiece. This method comprises the steps of: producing a workpiece blank, clamping the workpiece blank into a processing machine and shape-changing production of at least one useful part in a useful part section of the workpiece blank and shape-changing production of a reference geometry related to the useful part on a clamping section surrounding the payload section, performing a volume change process for the workpiece blank Production of a workpiece, clamping the Workpiece using the reference geometry and finishing of the at least one useful part. Due to the production of the useful parts and the reference geometry in the same clamping with the same processing machine positional tolerances between the at least one useful part and the reference geometry depend only on the accuracy of the machine, whereby a narrow tolerance range can be met.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Bearbeitung des Nutzteils vor der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses einen Fräsvorgang umfasst, bei dem eine Rohteilgeometrie des Nutzteils mit einem Untermaß oder Übermaß gegenüber einer Fertigteilgeometrie erzeugt wird, wobei das Untermaß oder Übermaß eine Volumenveränderung des Nutzteils während des Volumenveränderungsprozesses berücksichtigt. Bei der Volumenveränderung des Nutzteils kann es sich in Abhängigkeit von der Materialauswahl für den Werkstückrohling sowie in Abhängigkeit vom Volumenveränderungsprozess um eine isotrope oder anisotrope Volumenänderung handeln. Dementsprechend muss in Kenntnis des Volumenänderungsverhaltens des Werkstückrohlings während des Volumenveränderungsprozesses und der Geometrie der Nutzteile durch Simulation und/oder empirische Betrachtung das Untermaß oder Übermaß für die Rohteilgeometrie des Nutzteils ermittelt werden. Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens und der dadurch erzielten präzisen Ausrichtung zwischen dem wenigstens einen Nutzteil und der Referenzgeometrie kann das Übermaß gering gehalten werden, wodurch die Nacharbeit am Nutzteil möglichst gering gehalten werden kann.In an advantageous embodiment of the method, it is provided that a processing of the useful part before performing the volume change process includes a milling operation in which a blank geometry of the useful part is generated with an undersize or excess compared to a finished part geometry, wherein the undersize or oversize a volume change of the useful part during taken into account in the volume change process. The change in volume of the useful part can be an isotropic or anisotropic volume change, depending on the material selection for the workpiece blank and depending on the volume change process. Accordingly, knowing the volume change behavior of the workpiece blank during the volume change process and the geometry of the useful parts by simulation and / or empirical consideration, the undersize or excess for the blank geometry of the useful part must be determined. Due to the method according to the invention and the precise alignment thereby achieved between the at least one useful part and the reference geometry, the oversize can be kept low, as a result of which the reworking on the useful part can be kept as low as possible.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass für die Durchführung des Fräsvorgangs wenigstens ein Profilfräser eingesetzt wird, dessen Profilierung einer angestrebten Oberfläche des Nutzteils unter Berücksichtigung der Volumenveränderung entspricht. Mit Hilfe eines Profilfräsers kann ein Oberflächenabschnitt des Nutzteils, der eine gekrümmte, insbesondere eine zweidimensional gekrümmte, Oberfläche aufweist, spanend hergestellt werden, ohne hierzu die Oberfläche in mehrere Unterabschnitte unterteilen zu müssen, die dann im Zuge mehrerer, nebeneinanderliegender Fräsbahnen hergestellt wird. In vorteilhafter Weise kann ein Profilfräser zur Herstellung von Oberflächenabschnitten des Nutzteils eingesetzt werden, wobei ein Abfahren des Oberflächenabschnitts entlang einer einzigen Fräsbahn ausreichend ist. Bei einer Herstellung eines solchen Oberflächenabschnittes mit einem zylindrischen Fräser oder mit einem Kugelfräser kann die gewünschte Oberflächengeometrie nur in mehreren, insbesondere parallelen, Fräsbahnen erzeugt werden.In an advantageous embodiment of the method is provided that at least one profile cutter is used for carrying out the milling process, its profiling corresponds to a desired surface of the useful part, taking into account the change in volume. With the aid of a profile cutter, a surface section of the useful part, which has a curved surface, in particular a two-dimensionally curved surface, can be produced by machining, without having to subdivide the surface into a plurality of subsections, which is then produced in the course of several, adjacent milling paths. Advantageously, a profile cutter for the production of surface portions of the useful part can be used, wherein a running off of the surface portion along a single milling path is sufficient. When producing such a surface section with a cylindrical milling cutter or with a ball milling cutter, the desired surface geometry can only be produced in a plurality of, in particular parallel, milling paths.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass für die Fertigbearbeitung des wenigstens einen Nutzteils ein Schleifvorgang wenigstens einer Oberfläche des Nutzteils durchgeführt wird.In a further embodiment of the method, it is provided that a grinding operation of at least one surface of the useful part is carried out for the finishing of the at least one useful part.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass vor der Durchführung der Fertigbearbeitung des wenigstens einen Nutzteils eine Vermessung der Orientierung und/oder der Geometrie des wenigstens einen Nutzteils und/oder der Orientierung der Referenzgeometrie auf einer zur Durchführung der Fertigbearbeitung vorgesehenen Bearbeitungsmaschine sowie eine Ausrichtung des Nutzteils auf der Bearbeitungsmaschine in Abhängigkeit der ermittelten Messergebnisse erfolgt. Insbesondere kann hierdurch ein Vergleich zwischen der erwarteten Volumenveränderung des Werkstückrohlings nach der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses mit einer tatsächlichen Volumenveränderung des Werkstückrohlings verglichen werden. Anschließend kann wahlweise durch Verwendung geeigneter Berechnungsalgorithmen auf die Position und die notwendigen Nachbearbeitungsschritte für die Fertigstellung des Nutzteils geschlossen werden oder bei Vorliegen geeigneter Messtechnik kann der Werkstückrohling hinsichtlich seiner Lage und/oder Geometrie unmittelbar ermittelt werden. Anschließend ist eine manuelle oder automatisierte Ausrichtung des Nutzteils auf der Bearbeitungsmaschine in Abhängigkeit der ermittelten Messergebnisse vorgesehen, um die abschließende Fertigbearbeitung des Nutzteils zur Fertigstellung mit Hilfe eines abtragenden Verfahrens, insbesondere eines Schleifvorgangs, durchführen zu können.In a further embodiment of the method, it is provided that, prior to carrying out the finishing of the at least one useful part, a measurement of the orientation and / or the geometry of the at least one useful part and / or the orientation of the reference geometry on a processing machine provided for the purpose of finishing and alignment of the Useful part on the machine according to the determined measurement results. In particular, this makes it possible to compare a comparison between the expected change in volume of the workpiece blank after the volume change process has been carried out with an actual volume change of the workpiece blank. Subsequently, optionally by using suitable calculation algorithms be closed to the position and the necessary post-processing steps for the completion of the useful part or in the presence of suitable measurement technology, the workpiece blank can be determined directly in terms of its position and / or geometry. Subsequently, a manual or automated alignment of the useful part is provided on the processing machine as a function of the determined measurement results in order to carry out the final finishing of the useful part for completion by means of an ablating process, in particular a grinding process.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Herstellung des Nutzteils und der auf den Nutzteil bezogenen Referenzgeometrie in der gleichen Aufspannung für den Werkstückrohling und in unmittelbarer zeitlicher Abfolge vorgenommen wird. Hierdurch wird erreicht, dass einzig die Ungenauigkeit der Bearbeitungsmaschine, die zur Herstellung des Nutzteils und der Referenzgeometrie herangezogen wird, in die Lagetoleranzen zwischen Nutzteil und Referenzgeometrie einfließt. Dementsprechend kann in vorteilhafter Weise eine hochpräzise Anordnung des wenigstens einen Nutzteils gegenüber der Referenzgeometrie erzielt werden.In a further embodiment of the invention, it is provided that a production of the useful part and related to the Nutzteil reference geometry is made in the same setting for the workpiece blank and in immediate time sequence. This ensures that only the inaccuracy of the processing machine, which is used for the production of the useful part and the reference geometry, flows into the position tolerances between the useful part and reference geometry. Accordingly, a high-precision arrangement of the at least one useful part with respect to the reference geometry can advantageously be achieved.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:

Figur 1: eine Vorderansicht auf einen Werkstückrohling, der einen Einspannabschnitt, einen Nutzteilabschnitt und ein zentrisch im Nutzteilabschnitt angeordnetes Nutzteil sowie eine Referenzgeometrie umfasst,
Figur 2: eine Seitenansicht von rechts auf den Werkstückrohling gemäß der Figur 1,
Figur 3: eine Schnittdarstellung des Werkstückrohlings gemäß der Figur 1,
Figur 4: eine schematische Schnittdarstellung des Nutzteils mit einer gestrichelt eingezeichneten Kontur des angestrebten Fertigteils und
Figur 5: einen Profilfräser zur Herstellung des in der Figur 4 dargestellten Nutzteils.

An advantageous embodiment of the invention is shown in the drawing. Hereby shows:

FIG. 1: a front view of a workpiece blank, comprising a clamping portion, a Nutzteilabschnitt and a centrally disposed in the Nutzteilabschnitt useful part and a reference geometry,
FIG. 2: a side view from the right on the workpiece blank according to the FIG. 1 .
FIG. 3: a sectional view of the workpiece blank according to the FIG. 1 .
FIG. 4: a schematic sectional view of the Nutzteils with a dashed line contour of the desired finished part and
FIG. 5: a profile cutter for the production of in the FIG. 4 shown useful part.

Ein in den Figuren 1 bis 3 dargestellter Werkstückrohling 1 dient zur Herstellung eines in der Figur 4 schematisch dargestellten Nutzteils 4, das durch eine gestaltverändernde, insbesondere spanende, Bearbeitung, einen nachfolgenden Volumenveränderungsprozesses und eine gestaltverändernde, insbesondere spanende, Nachbearbeitung zu dem in der Figur 4 gestrichelt dargestellten Werkstück 14 geformt werden soll. Exemplarisch ist der Werkstückrohling 1 als Pulverpressteil aus einem metallischen Pulver oder einem keramischen Pulver oder einem Kunststoffpulver oder einem Compositepulver hergestellt und wurde durch Verwendung einer nicht näher dargestellten Bearbeitungsmaschine, die eine ebenfalls nicht dargestellte Einspannvorrichtung zur zeitweiligen Aufnahme des Werkstückrohlings 1 umfasst, gestaltverändernd, beispielsweise spanend, bearbeitet.One in the FIGS. 1 to 3 illustrated workpiece blank 1 is used to produce a in the FIG. 4 schematically shown useful part 4, the by a shape-changing, in particular machining, machining, a subsequent volume change process and a shape-changing, in particular machining, post-processing to that in the FIG. 4 dashed shown workpiece 14 is to be formed. By way of example, the workpiece blank 1 is produced as a powder compact from a metallic powder or a ceramic powder or a plastic powder or a composite powder and has been shape-changing, for example by machining, by using a processing machine not shown in detail, which also includes a clamping device, not shown, for temporarily receiving the workpiece blank 1 , processed.

Exemplarisch kann ferner vorgesehen sein, dass der Werkstückrohling 1 vor der Durchführung der gestaltverändernden Bearbeitung bereits während des vorgelagerten Pressvorgangs derart geformt wird, dass er einen radial außenliegenden Einspannabschnitt 2 sowie einen vom Einspannabschnitt 2 zirkular umgebenen Nutzteilabschnitt 3 umfasst. An dem Nutzteilabschnitt 3 ist entsprechend der Darstellung der Figuren 1 und 3 ein fertig bearbeitetes Nutzteil 4 ausgebildet, das aus einem nicht näher dargestellten Vorsprung des Nutzteilabschnitts 3 geformt wurde.By way of example, it may further be provided that the work piece blank 1 is already shaped during the preceding pressing process in such a way that it comprises a radially outer clamping section 2 and a useful section 3 surrounded by the clamping section 2 in a circular manner. At the Nutzteilabschnitt 3 is according to the illustration of FIGS. 1 and 3 a finished working part 4 is formed, which consists of a not shown projection of the Nutzteilabschnitts 3 was formed.

Der Einspannabschnitt 2 ist beispielhaft ringförmig ausgebildet und weist an einer radial außenliegenden Außenoberfläche 8 mehrere Ausnehmungen 9 auf, die vorzugsweise in gleicher Winkelteilung bezogen auf eine Symmetrieachse 10 des Werkstückrohlings 1 angeordnet sind und die eine Referenzgeometrie 11 bilden. Diese Referenzgeometrie 11 wird zusammen mit dem Nutzteil 4 auf der nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine in einem, vorzugsweise einzigen, Bearbeitungsvorgang hergestellt, so dass eine Positionstoleranz des Nutzteils 4 gegenüber den Ausnehmungen 9 ausschließlich von einer Bearbeitungsgenauigkeit der nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine abhängig ist. Beispielhaft sind die Vertiefungen 9 keilförmig in radialer Richtung nach innen verjüngt ausgebildet, wodurch bei einem Eingriff von walzenförmigen Greifelementen 13 einer ansonsten nicht näher dargestellten Greifeinrichtung eine selbsttätige Zentrierung des Einspannabschnitts 2 relativ zu den Greifelementen 13 erfolgt. Vorzugsweise werden für diesen Greifvorgang genau drei, insbesondere in einer Winkelteilung von 120 Grad angeordnete, Vertiefungen 9 genutzt, während die weiteren drei Vertiefungen 16 beispielsweise zum Eingriff eines nicht näher dargestellten Transportwerkzeugs vorgesehen sind. Somit kann der Werkstückrohling 1 von einer ersten nicht dargestellten Greifeinrichtung, die in genau drei der Vertiefungen 9 eingreift, in eine zweite, nicht dargestellte Greifeinrichtung transportiert werden, bei der ebenfalls ein Eingriff in die genau drei Vertiefungen 9 erfolgt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein nicht dargestelltes Transportwerkzeug in die übrigen randseitigen Vertiefungen 16 eingreift, die somit als Transportvertiefungen dienen. Besonders bevorzugt werden die Vertiefungen 16 auf der nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine in dem gleichen Bearbeitungsvorgang hergestellt wie die Vertiefungen 9.The clamping section 2 is formed by way of example annular and has a plurality of recesses 9 on a radially outer outer surface 8, which are preferably arranged in the same angular pitch with respect to an axis of symmetry 10 of the workpiece blank 1 and form a reference geometry 11. This reference geometry 11 is produced together with the useful part 4 on the processing machine, not shown, in a, preferably single, machining operation, so that a positional tolerance of the useful part 4 relative to the recesses 9 depends exclusively on a processing accuracy of the processing machine, not shown. By way of example, the depressions 9 are designed to taper in a wedge shape in the radial direction inwardly, whereby an automatic centering of the clamping section 2 relative to the gripper elements 13 takes place during engagement of roller-shaped gripping elements 13 of a gripping device otherwise not shown. Preferably, exactly three, in particular arranged in an angular pitch of 120 degrees, recesses 9 are used for this gripping operation, while the other three recesses 16 are provided, for example, for engagement of a transport tool, not shown. Thus, the workpiece blank 1 by a first gripping device, not shown, which engages in exactly three of the recesses 9, are transported to a second, not shown, gripping device, in which also takes place an engagement in the exactly three recesses 9. It is preferably provided that a transport tool, not shown, engages in the remaining peripheral recesses 16, which thus serve as transport recesses. Particularly preferably, the depressions 16 on the processing machine, not shown, produced in the same processing operation as the wells. 9

Exemplarisch ist der Nutzteilabschnitt 3 im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet und geht in einstückiger Weise in einem radial außenliegenden Bereich direkt in den Einspannabschnitt 2 über. Vorzugsweise umfasst der Nutzteilabschnitt 3 zwei parallel zueinander und quer zur Symmetrieachse 10 ausgerichtete Oberflächen 12, 15.By way of example, the useful portion 3 is substantially disc-shaped and merges in one piece directly into the clamping portion 2 in a radially outer region. Preferably, the Nutzteilabschnitt 3 comprises two parallel to each other and transverse to the axis of symmetry 10 aligned surfaces 12, 15th

Exemplarisch sind in einem radial außenliegenden Bereich des Nutzteilabschnitts 3 spiegelsymmetrisch zueinander angeordnete Aufnahmebohrungen 18 ausgebildet, die ebenfalls als Bestandteil der Referenzgeometrie 11 angesehen werden können. Diese Aufnahmebohrungen 18 werden zusammen mit der Bearbeitung des Nutzteils 4 und der Ausnehmungen 9 in der gleichen Aufspannung des Werkstückrohlings 1 auf der nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine erzeugt. Die Aufnahmebohrungen 18 dienen nach dem Volumenveränderungsprozess für eine Aufnahme des dann auch als Werkstück bezeichneten Werkstückrohlings 1 an einer mit entsprechenden Passstiften ausgerüsteten, ebenfalls nicht dargestellten Einspannvorrichtung, um eine Erstausrichtung des Werkstückrohlings 1 vor einer endgültigen Einspannung anhand der ebenfalls zur Referenzgeometrie 11 gehörigen Ausnehmungen 9 zu ermöglichen. Beispielsweise kann nach einer Aufnahme des volumenveränderten Werkstückrohlings 1 auf den nicht dargestellten Passstiften mittels der Aufnahmebohrungen 18 zunächst eine Vermessung der Orientierung und/oder Ausdehnung des Nutzteils 4 und ggf. der Positionierung der Ausnehmungen 9 gegenüber dem Nutzteil 4 vorgenommen werden, um für die abschließende Bearbeitung des Nutzteils 4 die korrekte Ausrichtung des Werkstückrohlings 1 vornehmen zu können.By way of example, receiving bores 18 arranged mirror-symmetrically to one another in a radially outer region of the utility section 3, which can likewise be regarded as part of the reference geometry 11, are formed. These receiving bores 18 are generated together with the processing of the useful part 4 and the recesses 9 in the same clamping of the workpiece blank 1 on the processing machine, not shown. The receiving holes 18 are used after the volume change process for receiving the workpiece blank also called workpiece workpiece 1 on a equipped with corresponding dowel pins, also not shown jig to initial alignment of the workpiece blank 1 before a final clamping on the basis of the reference geometry 11 recesses 9 too enable. For example, after a recording of the volume-changed workpiece blank 1 on the dowel pins, not shown, by means of the mounting holes 18, first a measurement of the orientation and / or expansion of the useful part 4 and possibly the positioning of the recesses 9 relative to the Nutzteil 4 are made to the final processing of the useful part 4 to be able to make the correct alignment of the workpiece blank 1.

Vor der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses kann exemplarisch vorgesehen sein, das Nutzteil 4 mit Hilfe des in Figur 5 dargestellten Profilfräsers 19 in die Geometrie zu bringen, wie sie in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist. Dabei ermöglicht es der Profilfräser 19, die rotationssymmetrische Außengeometrie des Nutzteils 4 durch eine Kombination einer Rotationsbewegung des Profilfräsers 19 um seine Symmetrieachse 20 sowie eine weitere Rotation des Profilfräsers 19 auf einer Kreisbahn um die Symmetrieachse 10 des Nutzteils 4 zu erzeugen, ohne dass dabei die Oberflächenbearbeitung für den Nutzteil 4 wie bei einem sogenannten Abzeilverfahren in mehrere Fräsbahnen unterteilt werden muss.Before the volume change process is carried out, it can be provided by way of example that the useful part 4 is replaced by means of the in FIG. 5 shown profile cutter 19 in the geometry to bring, as in the Figures 3 and 4 is shown. In this case, the profile cutter 19 makes it possible to generate the rotationally symmetrical outer geometry of the useful part 4 by a combination of a rotational movement of the profile cutter 19 about its axis of symmetry 20 and a further rotation of the profile cutter 19 on a circular path about the axis of symmetry 10 of the useful part 4, without causing the surface treatment for the useful part 4 as in a so-called Abzeilverfahren must be divided into several milling tracks.

Bei der schematischen Darstellung gemäß der Figur 4 ist beispielhaft erkennbar, dass das Nutzteil 4 durch den Volumenveränderungsprozesses eine isotrope, also in alle Raumrichtungen prozentual gleiche Volumenveränderung, vorliegend eine Volumenreduzierung oder Schwindung, erfährt. Dadurch ergibt sich längs der Symmetrieachse 10 aufgrund der in dieser Raumrichtung größten Ausdehnung des Nutzteils 4 auch der größte absolute Schwindungsbetrag. Quer zur Symmetrieachse 10 tritt aufgrund der in dieser Raumrichtung kleineren Ausdehnung ein geringerer absoluter Schwindungsbetrag beim Nutzteil 4 auf. Die vom Profilfräser 19 vor dem Volumenveränderungsprozesses erzeugte Geometrie des Nutzteils 4, die in der Figur 4 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist, umfasst das Übermaß, das aufgrund des Schwindungsvorgangs einbezogen werden muss, um nach Durchführung des Volumenveränderungsprozesses eine möglichst geringe Nachbearbeitung der Oberfläche des mit der gestrichelten Linie dargestellten Werkstücks 14 vornehmen zu müssen.In the schematic representation according to the FIG. 4 By way of example, it can be seen that the useful part 4 experiences an isotropic volume change, ie a volume change that is the same in all directions in space, in the present case a volume reduction or shrinkage, as a result of the volume change process. This results along the axis of symmetry 10 due to the largest in this spatial direction expansion of the useful part 4 and the largest absolute shrinkage amount. Transverse to the axis of symmetry 10 occurs due to the smaller dimension in this spatial direction a smaller absolute shrinkage amount in the Nutzteil 4. The generated by the profile cutter 19 before the volume change process geometry of the useful part 4, in the FIG. 4 is shown by a solid line, includes the excess that must be included due to the shrinkage process in order to make the smallest possible reworking of the surface of the workpiece 14 shown with the dashed line after performing the volume change process.

Claims

Workpiece blank for further processing in a volume change process, having a base body which is produced as a powder compact, in particular a metallic or ceramic powder, and which has an outer clamping section (2) for receiving in a clamping device of a processing machine and integral with the clamping section (2) , at least one on the at least one useful part on the clamping section (2), in particular on an outer surface (8) of the clamping section (2) (4) formed and in the same shape-changing manufacturing process as the useful part (4) produced reference geometry (11) is formed, for a correct orientation of the at least one useful part (4) after performing a volume change process is trained.

Workpiece blank according to claim 1, characterized in that the base body has a cylindrical, in particular circular cylindrical shape and that the clamping section (2) is annular and surrounds a, in particular at least substantially circular, Nutzteilabschnitt (3).

Workpiece blank according to claim 1 or 2, characterized in that a thickness of the Nutzteilabschnitts (3) away from the at least one useful part (4) less than 30 percent, preferably less than 15 percent, more preferably less than 10 percent, in particular less than 5 percent, a thickness of the body is.

Workpiece blank according to Claim 1, 2 or 3, characterized in that the reference geometry (11) formed on the clamping section (2) is designed as an arrangement of several, in particular exactly three, recesses (9).

A process for producing a useful part (4) comprising the steps of: producing a workpiece blank (1) from a, in particular metallic or ceramic, powder in a pressing process, clamping the workpiece blank (1) into a processing machine and shape-changing production of at least one useful part (4) in FIG a Nutzteilabschnitt (3) of the workpiece blank (1) and shape-changing a reference to the Nutzteil (4) reference geometry (11) on a Nutzteilabschnitt (3) surrounding clamping section (2), performing a volume change process for the workpiece blank (1) for generating a Workpiece, clamping the workpiece using the reference geometry (11) and finishing the at least one useful part (4).

A method according to claim 5, characterized in that a processing of the useful part (4) prior to performing the volume change process comprises a milling operation in which a blank geometry of the useful part (4) is generated with an undersize or oversize compared to a finished part geometry, wherein the undersize or oversize a change in volume of the useful part (4) during the volume change process.

A method according to claim 6, characterized in that for performing the milling operation at least one profile cutter (19) is used, the profiling of a desired surface of the useful part (4), taking into account the change in volume corresponds.

A method according to claim 5, 6 or 7, characterized in that for the finishing of the at least one useful part (4) a grinding operation of at least one surface of the useful part (4) is performed.

Method according to one of claims 5 to 8, characterized in that prior to the completion of the finishing of the at least one useful part (4), a measurement of the orientation and / or the geometry of the at least one useful part (4) and / or the orientation of the reference geometry (11 ) is carried out on a processing machine provided for the purpose of finishing and an orientation of the useful part (4) on the processing machine as a function of the determined measuring results.

Method according to one of claims 5 to 9, characterized in that a preparation of the useful part (4) and on the useful part (4) related reference geometry (11) in the same setting for the workpiece blank (1) and in immediate time sequence is made ,