NO319403B1 - Strengpressverktoy og fremgangsmate for dets fremstilling - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et strengpresseverktøy som angitt i innledningen i krav 1. Videre omfatter oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av et slikt strengpresseverktøy som angitt i krav 9.

Hardheten til tidligere kjente pressverktøy, eksempelvis anvendt til fremstilling av aluminiumsprofiler er for industrielt bruk ofte ikke tilstrekkelig til å få en tilfredsstillende slitasjefasthet og dermed å oppnå driftsmessig fornuftige holdbar-hetstider. Av denne grunn blir slike strengpresseverktøy herdet med kjente herde-metoder.

Strengpresseverktøy fremstilt av varmarbeidsstål blir etter den sponavgivende fremstillingen herdet til omtrent 46 til 50 HRC og deretter ferdigbehandlet, ved sliping, senke- og tråderodering. Vanligvis skjer det så en utprøving av verktøyet i aluminiumspressverket og - dersom det er nødvendig - en korrigering. Er streng-presseverktøyet presseferdig så blir det på foreskreven måte ved nitrering brakt opp ril en overflatehårdhet på omtrent 1000 HV. Erfaringer har vist at denne hårdheten i praktisk bruk gir tilstrekkelig slitasjebeskyttelse.

Til de kjente nitreringsfremgangsmåtene hører saltbadnitrering ved hjelp av cyanidsalter. Denne fremgangsmåten medfører betydelige miljøproblemer, slik at dens industrielle fremtid er tvilsom. Nitrering ved hjelp av gass har den ulempen at herdingssjiktet som dannes er relativt tykt og derfor har en begrenset seighet. Endelig finnes muligheten for plasmanitrering, idet denne fremgangsmåten ikke egner seg særlig til verktøy med smale spalter som gjennombrudd.

De kjente herdefremgangsmåtene ved nitrering har i tillegg den felles ulempen at med økende temperatur diffunderer herdesjiktet bort. Ved en temperatur på omtrent 500 °C er eksempelvis et sjikt oppnådd ved saltbadnitrering etter omtrent femten timer ikke lenger tilstede.

Hvis nitreringssjiktet i pressdrift da er forsvunnet må pressforløpet avbrytes, verktøyet blir beiset fritt, renset og nitrert på nytt. Ved hyppige etternitreringer nær anløpstemperaturen for det anvendte stålet synker dessuten hårdheten og grunnfast-heten kontinuerlig, noe som fører til for tidlig svikt. Således ligger holdbarhetstiden for tynnveggede verktøy bare mellom omtrent 30 til 100 utpressinger før en ny, kostbar etternitrering blir nødvendig.

JP 08066720 angår fremstilling av et strengpresseverktøy spesielt for aluminium og har et stålmateriale med et pådampet overflatebelegg. Dette overflate-belegget består av bornitrid og blir påført stålmaterialet ved hjelp av en pådamp-ningsprosess understøttet av ionestråler ved mellomkopling av et SixNy-mellomsjikt.

I JP 59193713 blir en generell påføringsfremgangsmåte for belegg drøftet som kan foregå både med CVD og med PVD eller med smeltesprøyting.

Fra den kjente teknikk på området skal det videre vises til GB 1 542 286.

Med kjennskap til teknikkens stand er formålet med oppfinnelsen å skape et strengpresseverktøy som ikke bare oppnår en virksom og vedvarende slitasjebeskyttelse, og dermed også en tydelig lengre holdbarhetstid, men som også egner seg godt for tynnveggede verktøy. Fremstillingsfremgangsmåten skal kunne gjen-nomføres på en enkel måte og uten belastning for miljøet.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette formål ved at strengpresseverktøyet har de karakteristiske trekk som angitt i krav 1. Fordelaktige utførelsesformer er angitt i de uselvstendige krav.

Ifølge oppfinnelsen er grunnmaterialet et deformasjonsfattig varmearbeidsstål, hvor belegget på strengpresseverktøyet er laget av et beleggmateriale som er utvalgt av titankarbid, titannitrid, titanborid, vanadiumkarbid, kromkarbid, aluminiumoksid, silisiumnitrid og gruppen som omfatter kombinasjoner av disse. Dette beleggmaterialet er påført overflaten av strengpresseverktøyet ved en CVD-gassutfellingsfrem-gangsmåte, fortrinnsvis ved temperaturer over 1 000 °C, og deretter herdet.

Ifølge oppfinnelsen omfatter fremgangsmåten trinnene: sponavgivende forming av strengpresseverktøyet av et deformasjonsfattig varmearbeidsstål til den ønskede formen; herding og ferdigbearbeiding av strengpresseverktøyet; påføring av belegg på det formede stålmaterialet på forutbestemte steder med minst ett beleggmateriale nevnt ovenfor ved hjelp av den såkalte CVD-fremgangsmåten; fornyet herding av det belagte stålmaterialet.

Den termisk aktiverte CVD-fremgangsmåten, Chemical Vapour Deposition, for fremstilling av innkrystalliseringer, impregnering av fiberskjeletter med karbon eller keramikker og også generelt for utfelling av tynne sjikt, det være seg ved påføring eller diffundering av borider, karbider, nitrider, oksyder er i og for seg kjent.

Fremgangsmåten, ifølge oppfinnelsen fører til et slitebelegg for strengpresse-verktøyet som uten ytterligere etterbehandling varer ut over selve verktøyets levetid. Denne overraskende egenskap oppstår takket være belegget som er påført gjennom CVD-fremgangsmåten, som blir påført ved temperaturer på fortrinnsvis mer enn 1000 °C. På fordelaktig måte starter her oppfinnelsen over de hittil kjente herdingsfremgangsmåtene som gjennomgående forblir under temperaturer på omtrent 500 til 600 °C, altså anløpsgrensen for det anvende stålmaterialet.

Riktignok krever CVD-påføringen herding av det ferdige verktøyet etter påføringsforløpet, men ved nøyaktig kontrollering av flytforløpet i verktøyene og utvalget ifølge oppfinnelsen av spesielt deformeringsfattig varmearbeidsstål til reali-seringen av oppfinnelsen blir denne teknologien på en overraskende og ikke forutsigbar måte kontrollerbar og frembringer fremragende herde- og også slitasje-fasthetsegenskaper.

Til påføringen av belegget egner seg i det førstnevnte tilfelle, som allerede nevnt, i fordelaktig videreutvikling av oppfinnelsen spesielt titankarbid, titanborid, vanadiumkarbid, kromkarbid og også aluminiumoksid. Alt etter materiale kan det oppnås mikrohårdheter mellom HV = ca. 2000 og HV = ca. 4000. Spesielt titankarbid eller aluminiumoksid har, påført ved hjelp av CVD-fremgangsmåten, fremragende egenskaper, mens eksempelvis kromkarbid i særlig grad er motstandsdyktig overfor abrasiv slitasje og mindre utsatt for riper eller porer. Spesielt også titankarbid utmerker seg i tillegg gjennom fordelaktige friksjonsegenskaper. CVD-påføringsfremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, nemlig den direkte utfellingen av de nevnte faste stoffer fra gassfasen, bringer med seg tallrike fordeler på det foreliggende anvendelsesområdet for strengpressematrisen, som ved siden av slitasjefasthet, altså lang levetid også gir hardhet og seighet; - nøyaktig og jevnt belegg, selv for verktøy med komplisert form, gjennom CVD-prosessenes iboende spredningsmuligheter er det spesielt mulig med stor nøyaktighet å påføre et jevnt belegg, - gunstige forhold av feilkvoter og verktøykvalitet, gjennom den godt kontrol-lerbare CVD-fremgangsmåten består det ved fremstillingen og påføringen av belegg på strengpressematrisene ifølge oppfinnelsen betydelig prosessikkerhet og god reproduserbarhet, slik at det med minst mulig feil kvalitativt kan fremstilles meget høyverdige verktøy, - høy sjiktheftelse, takket være forbindelsens metallurgiske karakter blir det ved CVD-fremgangsmåten oppnådd en meget god forbindelse mellom grunnmaterialet og belegget.

Som utgangsmateriale for fremstillingen av strengpressematrisene ifølge oppfinnelsen anvendes seige deformasjonsfattige høytemperaturfaste stålkvaliteter som f.eks. er legert med Cr, Mo eller Wolfram, og som eksempelvis er smeltet om gjennom ESU (Elektroschlacke-Umschmelzen) for høy seighet.

De tidligere nevnte beleggmaterialene, vilkårlige kombinasjoner av disse, også flerlags eller alternative, egnede materialer blir så utfelt ved hjelp av en CVD-prosess ved temperaturer mellom ca. 700 og ca. 1050 °C med en varighet på mellom 5 og 6 timer.

Verktøyet laget på denne måten blir etter dette påføringsforløpet for belegg herdet på nytt.

De anvendte stållegeringene er valgt slik at det gjennom temperaturstigningen forbundet med CVD-beleggfremgangsmåten ikke inntreffer noen vesentlig deformering. En forekommende deformering kan bli trukket inn allerede ved konstruksjonen av verktøyet på grunn av de ventede flytforholdene i materialet.

Tilsvarende gjelder for den konkrete strengpressingen, av f.eks. aluminiumsprofiler, ved hjelp av et slikt verktøy fremstilt ifølge oppfinnelsen. Også flytforholdene i aluminium kan bli tatt hensyn til, og inngår i utformingen og herdingen av strengpressematrisen. Her er det spesielt foretrukket å ta hensyn til flytforholdene ved å foreta en forutgående simuleringsberegning.

Som resultat blir det da ikke bare oppnådd en betraktelig lengre levetid; også ettersyn av verktøyene som beskrevet i innledningen er i praksis ikke lenger nød-vendig. Ut over dette blir det på fordelaktig måte oppnådd en mindre friksjon ved beleggmaterialene som blir påført ved hjelp av CVD-fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, slik at bearbeidings- h.h.v. pressehastigheten for strengpressematrisen blir øket og en bedre profilkvalitet blir mulig.

Andre fordeler, kjennetegn og detaljer ved oppfinnelsen fremgår av den etterfølgende beskrivelsen av et foretrukket utførelseseksempel og under henvisning til tegningen, hvor den eneste figuren viser et skjematisk lengdesnitt gjennom en innretning 10 for strengpressing av profiler.

Et anlegg for bearbeiding av en pressbolt 12 av lettmetall, særlig av en aluminiumslegering, har en presse, som ellers ikke er vist her, et presstempel 14 med presskive 16 som i préssretningen x er skjøvet inn i presskanalen 18 for en mottager eller holder 20.

I munningen 15 av presskanalen 14 lengst bort fra stemplet befinner det seg i en verktøyholder 22 et kammerverktøy 24 med verktøykrave 26 og også skive-liknende matrise 28 tilknyttet i pressretning x. Denne siste omfatter et sentrisk form-gjennombrudd 30 som er anordnet i lengdeaksen M av innretningen 10 og holder den frie formenden av en dor 32.

I den frie matriseenden 29 slutter det seg i préssretningen x en omkretsring 34 som er omgitt av en mellomring 36, hvor det i mellom denne og et tverrhode 40 er anordnet en trykkplate 38. Strengpresseprofilen som er dannet i formgjennom-bruddet 30, som er utelatt på tegningen, blir ved sentriske gjennombrudd 35, 37, 39 trukket av i trykklatens 38 mellomring 36 og tverrhodet 40.

Verktøyet 24, 28, 32 er formet av et deformasjonsfattig varmearbeidsstål og også forsynt med et slitasjesjikt, etter den sponavgivende bearbeidingen som ikke er vist på tegningen; dette skjer ved den i og for seg kjente (Chemical Vapour Deposition) CVD-fremgangsmåten ved over 1000 °C. Verktøyet 24, 28, 32 blir varmet opp til omtrent 1000 °C for å påføre et belegg, og så påført belegg med titan-, vanadium- eller kromkarbid, med aluminiumoksid, titan- eller silisiumnitrid.

Kjemiske reaksjoner hvor utgangsproduktene foreligger som gasser eller damp, hovedproduktet blir skilt ut som fast legeme og biproduktene er gasser, blir betegnet som CVD-reaksjoner. Som eksempel er det her vist bruttoreaksjons-ligningen for titannitrid oppstilt etter høytemperatur-CVD-fremgangsmåten, hvor (g) = gassform og (s) - fast stoff:

Her blir den reduserende bæregassen ( H2) tilsatt i overskudd.

Deretter skjer det en herding av grunnmaterialet, nemlig bråkjøling av verktøystålet og anløpning for å oppnå høy hårdhet.

Claims (15)

1. Strengpresseverktøy, særlig slaveliknende pressmatrise med minst et formgivningsgjennombrudd til strengpressing av metall som aluminium eller en aluminiumslegering, av et stålmateriale med et overflatebelegg, hvor beleggmaterialet er utvalgt av karbider, nitrider, borider, oksider og kombinasjoner av gruppen som inneholder disse stoffer, idet beleggmaterialet er påført på strengpresseverktøyet ved en CVD-utfellingsfremgangsmåte, karakterisert ved at strengpresseverktøyets grunnmateriale (24, 28, 32) er et deformasjonsfattig varmearbeidsstål, og at stålmaterialet er herdet etter beleggpåføringen, idet mikrohardheten ligger mellom HV = omtrent 2 000 og HV = omtrent 4 000.

2. Strengpresseverktøyet ifølge krav 1, karakterisert ved at beleggmaterialet er utvalgt av titankarbid, titannitrid eller titanborid og gruppen som omfatter kombinasjoner derav.

3. Strengpresseverktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at beleggmaterialet er utvalgt av vanadiumkarbid, kromkarbid, aluminiumoksid, silisiumnitrid og gruppen som omfatter kombinasjoner derav.

4. Strengpresseverktøy ifølge krav 3, karakterisert ved et beleggmateriale av eller med titan-, vanadium- og/eller krumkarbid.

5. Strengpresseverktøy ifølge krav 3, karakterisert ved et beleggmateriale av eller med titan- og/eller silisiumnitrid.

6. Strengpresseverktøy ifølge krav 3, karakterisert ved aluminiumoksid som beleggmateriale.

7. Strengpresseverktøy ifølge krav 3, karakterisert ved titanborid som beleggmateriale.

8. Strengpresseverktøy ifølge ett av kravene 1-7, karakterisert ved at strengpressematrisen som er hardstoffbelagt ved hjelp av en CVD-fremgangsmåte er utfor-met for fremstilling av minst en profil av aluminium eller en aluminiumslegering.

9. Fremgangsmåte for fremstilling av et strengpresseverktøy for strengpressing av metall som aluminium eller en aluminiumslegering, særlig et strengpresseverktøy ifølge ett av kravene 1-8, omfattende trinnene: sponavgivende forming av strengpresseverktøyet av et deformasjonsfattig varmearbeidsstål herding og ferdigbearbeiding av strengpresseverktøyet, belegging av det formede stålmateriale på forutbestemte steder med minst ett karbidisk, nitridisk, boridisk og/eller oksidisk beleggmateriale ved hjelp av en CVD-fremgangsmåte, fornyet herding av det belagte stålmateriale.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at herdingen utføres ved hjelp av en CVD-fremgangsmåte.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved at CVD-fremgangsmåten utføres ved en temperatur mellom 700 °C og 1 100 °C, fortrinnsvis over 1 000 °C.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved et beleggmateriale av eller med titan-, vanadium- og /eller kromkarbid.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved et beleggmateriale av eller med titan- og/eller silisiumnitrid.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved aluminiumoksid som beleggmateriale.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved titanborid som beleggmateriale.