DE3914563A1 - Werkzeug zum entfernen von ueberschuessigem material - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Entfernen von über­ schüssigem Material, das an Werkstücken als Grat, Formstoff o. ä. anhaftet. Die Werkzeuge sind scheibenförmig mit einem Durchmesser-Dicken-Verhältnis von 30 bis 100 : 1 oder wal­ zenförmig mit zahnartigen Elementen ausgebildet und als aktive Arbeitselemente elastisch gelagert. Sie entfernen das überschüssige Material vorwiegend durch Brechen.

Das Entfernen des überschüssigen Materials, insbesondere des Grates, stellt innerhalb der Nachbehandlungstechnologie von Gußstücken einen Schwerpunkt dar. Bisher werden dazu Werkzeuge mit geometrisch bestimmter Schneide wie Fräser, Dreh- und Hobelmeißel und Feilen sowie Werkzeuge mit geome­ trisch unbestimmter Schneide, beispielsweise Schleifkörper, verwendet. Um den Beanspruchungsbedingungen des Einsatz­ zweckes dieser Werkzeuge in der spanenden Bearbeitung zu genügen, werden diese Werkzeuge aus Werkstoffen mit hoher Zähigkeit und Verschleißbeständigkeit, beispielsweise aus Schnellarbeitsstahl, Hartmetall, beschichtetem Hartmetall oder Kaltarbeitsstählen, hergestellt. Bei den letztgenannten handelt es sich um mit sonderkarbidbildenden Elementen hoch­ legierte Stähle, deren Gefüge nach der Wärmebehandlung aus feinnadeligem, angelassenen Martensit als Matrix und darin eingelagerten Primär- und Sekundärkarbiden dieser Elemente besteht. Auf Grund der Legierungselemente und der verhältnis­ mäßig aufwendigen Herstellungsverfahren sind diese Werkzeu­ ge teuer. So ist es beispielsweise bekannt, Fräser aus den o. g. Werkstoffen durch Feingießen herzustellen. Die dazu erforderlichen Modelle und Formen erfordern eine hohe Genau­ igkeit und sind daher in ihrer Herstellung aufwendig. Um die für eine ausreichende Bruchsicherheit erforderliche Duktili­ tät zu erlangen, muß sich an den Gießvorgang in jedem Fall eine spezielle Abkühlung und/oder Wärmebehandlung an­ schließen. Außerdem ist zur Realisierung der erforderlichen Schneidengeometrie sowie Schneidleistung eine abschließende mechanische Bearbeitung, meistens ein Schleifen der Werkzeuge erforderlich.

Zur Verringerung des Material- und Herstellungsaufwandes ist es gemäß CH-PS 5 95 938 bekannt, Werkzeuge zum Schneiden aus einem zähen Kern, auf den aus harten, verschleißfesten Material bestehende Arbeitskanten aufgeschweißt sind, herzu­ stellen. Das gleiche Ziel wird beim Einsatz von hartme­ tallbestückten Werkzeugen angestrebt. Trotz des verringerten Material- und Herstellungsaufwandes sind diese Werkzeuge noch verhältnismäßig teuer.

Auch die Herstellung der beim Entfernen von überschüssigem Material durch Schleifen verwendeten Werkzeuge verursachen verhältnismäßig hohe Kosten. Zur Gewährleistung der beim Schleifen erforderlichen Bruchsicherheit der Schleifkörper werden die harten, den Abtrag gewährleistenden Körner in ein spezielles formstabiles Material eingebunden.

Eine ähnliche technische Lösung, bei der harte Schleifmit­ tel, z. B. Aluminiumoxid, Siliziumcarbid u. a., in einer metallischen Grundmasse, im vorliegenden Fall GGL, eingebet­ tet sind, ist in der DD-PS 2 40 861 gezeigt. Die auf diese Weise gefertigten Ziehsteine erfordern eine abschließende Wärmebehandlung. Das erhöht den ohnehin durch die Einlage­ rung der Schleifmittel bedingten Herstellungsaufwand.

In dem SU-US 11 91 179 werden in einer Einrichtung zum Ent­ fernen von Gußgrat elastisch gelagerte Schneidelemente ver­ wendet. Diese besitzen, ähnlich wie Räumwerkzeuge, schräg zur Schnittrichtung verlaufende Schneiden. Ihre Herstellung ist aus den bereits bei der Fertigung spanender Werkzeuge genannten Gründen aufwendig.

Elastisch gelagerte aktive Werkzeugelemente werden auch in der Vorrichtung zum Entfernen von überschüssigem Material gemäß DD-PS 2 66 466 verwendet. In beiden technischen Lö­ sungen passen sich die Werkzeugelemente infolge ihrer elasti­ schen Lagerung der Kontur des zu bearbeitenden Werkstückes an, d. h. sie gleichen selbständig herstellungsbedingte Unregelmäßigkeiten aus, so daß sie die gesamte mit über­ schüssigem Material behaftete Kontur bearbeiten und auch kleinste Mengen beispielsweise von Grat entfernen, ohne daß dabei Werkstück oder Werkzeug beschädigt werden. Die Beson­ derheit dieses Bearbeitungsvorganges gegenüber dem zuvor beschriebenen, nach den Gesetzmäßigkeiten der Spanungstech­ nik ablaufenden Bearbeitungsvorgang besteht darin, daß das überschüssige Material vom Werkstück entfernt wird, ohne dabei seine Kontur mit dem Werkzeug zu verletzen. Es werden nur die Flächen bearbeitet, d. h. die Stärke des zu trennenden Querschnittes ist gleich der Dicke des überschüssigen Mate­ rials, beispielsweise der Gratdicke. Somit besteht der Nach­ teil des Stande der Technik darin, daß für das Entfernen von überschüssigem Material die teueren Werkzeuge der Spanungstechnik verwendet werden.

Ziel der Erfindung ist es, die zum Entfernen von überschüs­ sigem Material verwendeten und als aktive Arbeitselemente elastisch gelagerten Werkzeuge billiger und mit wesentlich geringerem Aufwand als herkömmliche Werkzeuge herzustellen.

Mit den in der Vorrichtung zum Entfernen von überschüssigem Material gemäß DD-PS 2 66 466 verwendeten elastisch gelager­ ten Werkzeugen wurden umfangreiche Untersuchungen durchge­ führt und neue Erkenntnisse zu den Besonderheiten des Ent­ fernens des überschüssigen Materials, insbesondere des Ent­ gratevorganges, gegenüber dem herkömmlichen Spanungsprozeß gewonnen. Danach handelt es sich im Gegensatz zu den meisten spanenden Verfahren sowohl beim Entfernen von Formstoff als auch beim Entgraten um verhältnismäßig spröde Werkstoffe und, bedingt durch die dünnen Querschnitte des Grates, um einen Brechvorgang, wobei bei Eingriff des Werkzeuges zu­ nächst größere Materialpartien und anschließend kleinere Materialpartien bei gleichzeitiger Annäherung des Werkzeugs an das Gratbasisprofil ausbrechen und schließlich das Werk­ zeug die Kontur des Werkstückes überwiegend reibend bear­ beitet. Diese letzte Stufe ist etwa mit einem Glättvorgang zu vergleichen, wobei das Werkzeug unter dem Druck der ela­ stischen Elemente an der Werkstückkontur anliegt. Der eben beschriebene Vorgang erfordert deutlich geringere Kräfte als ein spanender Vorgang.

Ausgehend von diesen Erkenntnissen besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Werkzeug zum Entfernen von überschüs­ sigem Material zu entwickeln, das bei Berücksichtigung der tatsächlichen Beanspruchungsbedingungen auf einfache Weise und in möglichst wenigen Arbeitsstufen herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Werkzeug aus einem unlegierten Gußeisenwerkstoff besteht. Das Werkzeug wird auf der Basis einer Schmelze gegossen, die die gleiche Zusammensetzung besitzt, wie sie für die Ferti­ gung von Gußstücken aus grau erstarrenden Werkstoffmarken, wie z. B. GGL, GGG, GGV bzw. getempertes Gußeisen, benötigt wird. Bei Verwendung von eutektischen bzw. untereutektischen unlegierten Gußeisenwerkstoffen, z. B. GGL 20 bis GGL 35, erstarrt die in die Gießform der Werkzeuge eingebrachte Schmelze auf Grund der konstruktiven Gestalt der Werkzeuge automatisch ganz oder teilweise weiß oder meliert. Bei übereutektischen unlegierten Gußeisenwerkstoffen, z. B. GGL 10 und GGL 15, muß die weiße bzw. melierte Erstarrung durch an sich bekannte Maßnahmen, die eine entsprechend hohe Ab­ kühlgeschwindigkeit zumindest in den Randbereichen der Werk­ zeuge sichern, gewährleistet werden.

Bei dieser Vorgehensweise wird der Dualismus der Eisen- Kohlenstoff-Gußwerkstoffe bei ihrer Erstarrung aus der Schmelze bewußt ausgenutzt. Die metastabile bzw. teilweise metastabile Erstarrung, zu der die ansonsten nach dem stabi­ len System erstarrenden unlegierten Gußeisenwerkstoffe zu­ mindest in den Randbereichen der Werkzeuge entweder allein durch die konstruktive Gestalt der Werkzeuge oder durch die bei der Abkühlung der Schmelze gezielt erzeugte hohe Ab­ kühlgeschwindigkeit gezwungen sind, gewährleistet eine ausreichend hohe Verschleißfestigkeit und Härte zumindest der mit dem überschüssigen Material in Berührung gelangen­ den Randbereiche der Werkzeuge, obwohl Werkstoffe mit relativ geringen Festigkeiten als Basis für die Schmelze verwendet werden.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die unlegierten Gußeisenwerkstoffe sehr billig und in den Gie­ ßereien meist ohne weiteres verfügbar sind. Die Werkzeuge werden praktisch in einem einzigen Verfahrensschritt herge­ stellt, d. h. es sind weder eine nachfolgende Wärmebehand­ lung noch eine mechanische Bearbeitung erforderlich. Die Werkzeuge werden den o. g. besonderen Bedingungen, die beim Entfernen von überschüssigem Material durch überwiegendes Brechen vorherrschen, gerecht.

Ein weiterer Vorteil bei der Herstellung der Werkzeuge ist in dem deutlich verringerten Aufwand bei der Herstellung der Gießform begründet. Die Genauigkeit, die nach dem Verdich­ tungsverfahren gefertigte Formen gewährleistet, ist ausrei­ chend. Als Modell kann praktisch ein gefertigtes Werkzeug selbst verwendet werden.

Als günstig hat sich erwiesen, die metastabile Erstarrung der Schmelze durch eine gezielte konstruktive Gestaltung der Randbereiche des Werkzeuges zu unterstützen. Das ist bei­ spielsweise durch das Einbringen von Nuten in den Randbereich der Werkzeuge möglich. Das gilt auch für solche Teile, bei denen die Randbereiche eine zahnartige Gestalt, beispielswei­ se wie bei gezahnten Walzen, aufweisen. Werkzeuge mit gerin­ gen Abmessungen können aus einem Stück gegossen werden, während größere Werkzeuge zweckmäßigerweise geteilt ausgeführt bzw. die aktiven Arbeitselemente auf einem Grund­ körper montiert werden sollten. Zur Verhinderung des Aus­ bruchs oder eines sehr hohen Verschleißes sind spitze Kontu­ ren in den Randbereichen der Werkzeuge zu vermeiden.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Werkzeug mit axialen und radi­ alen Nuten,

Fig. 2 das Werkzeug gemäß Fig. 1 im Schnitt,

Fig. 3 ein auf einen Grundkörper aufgesetztes ringförmiges Werkzeug und

Fig. 4 ein walzenförmiges Werkzeug.

Ein erfindungsgemäßes Werkzeug ist in Fig. 1 als eine Brechscheibe 1, die in ihrem Randbereich mit axialen Nuten 2 und radialen Nuten 3 versehen ist, dargestellt. Derartige Scheiben können in allen Durchmesserbereichen bis zu ca. 250 mm hergestellt werden. Das Durchmesser-Dicken-Verhältnis beträgt zur Erzielung eine weißen bzw. melierten Erstar­ rung im Bereich der Nuten 2, 3 etwa 60 : 1.

Fig. 2 zeigt die Brechscheibe 1 im Schnitt, wobei die durch die Nuten 2, 3 erzeugte Kontur der im Eingriff mit dem über­ schüssigen Material befindlichen Bereiche des Werkzeuges deutlich wird.

Zur Herstellung des Werkzeuges wurde ein Modell aus Holz benutzt. Es ist aber auch möglich, andere Modellwerkstoffe wie PUR-Schaum oder Metalle zu verwenden. Die Form wurde im Handformverfahren gefertigt, wobei als Modellsand ein Form­ stoff mit folgender Zusammensetzung zur Verfügung stand:
91% Quarzsand und 9% Bentonit. Hinterfüllt wurde der Modellsand mit einem Formstoffgemisch, bestehend aus 98% Altsand, 1,5% Neusand und 0,5% Bentonit. Der Anschnitt des Formhohlraumes erfolgte direkt.

Nach dem Abgießen kommt es in den Bereichen der Nuten 2, 3 zu einer metastabilen Erstarrung. Die übrigen Bereiche der Brechscheibe 1 erstarren überwiegend grau, so daß eine für das Entfernen von überschüssigem Material günstige Eigen­ schaftskombination von verschleißfesten Randbereichen und, im Vergleich zu diesen, weniger sprödem Kern erreicht wird. Nach einer Abkühlzeit von ca. 30 Minuten erfolgte das Aus­ packen, Entsanden und Abtrennen des Eingußsystems. Damit war das Werkzeug einsatzbereit.

In Fig. 3 ist ein Werkzeug dargestellt, bei dem an einem Grundkörper 4 ringförmige Segmente 5 befestigt sind. Sie weisen in Analogie zu Fig. 1 und 2 Nuten auf.

Fig. 4 zeigt ein walzenförmiges Brechwerkzeug 6 mit axialen Zähnen 7, das zum Entgraten größerer Flächen, beispiels­ weise zur Beseitigung von Kernmarkengrat, verwendet werden kann. Bei diesem Beispiel wird die metastabile Erstarrung in den Zähnen 7 erzielt.

Aufstellung der Bezugszeichen

1 Brechscheibe
2 axiale Nuten
3 radiale Nuten
4 Grundkörper
5 Segmente
6 Brechwerkzeug
7 Zähne

Claims (1)

1. Werkzeug zum Entfernen von überschüssigem Material, das an Werkstücken als Grat, Formstoff oder ähnlichem anhaftet, wobei das Werkzeug vorwiegend scheibenförmig mit einem Durchmesser-Dicken-Verhältnis von 30 bis 100 : 1 oder wal­ zenförmig mit zahnartigen Elementen ausgebildet, als aktives Arbeitselement elastisch gelagert ist und das überschüssige Material vorwiegend durch Brechen entfernt, gekennzeichnet dadurch, daß das Werkzeug aus einem unlegierten Gußeisenwerkstoff besteht.