DE68915114T2 - Schneidplatte und Verfahren zu deren Herstellung. - Google Patents
Schneidplatte und Verfahren zu deren Herstellung.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schneideinsatz und ein Herstellungsverfahren für einen solchen Schneideinsatz entsprechend den beigefügten Ansprüchen 1 und 9.
- Aufgrund der komplizierten Einsatzgeometrien war es bis jetzt praktisch nicht möglich, herkömmliche Preßwerkzeuge für das Pressen von Einsätzen zu benutzen, die eine doppelt positive Geometrie haben, d.h. doppelseitige Einsätze mit Oberflächen, die sich mit angrenzenden Seitenflächen unter spitzen Winkeln schneiden. Wenn solche bisher benutzten doppelt positiven Einsätze direkt in herkömmlichen Preßwerkzeugen gepreßt würden, wäre es nicht möglich, ohne Schaden zu verursachen, den Pulverkörper von seiner Form nach Fertigstellung des Pressens zu lösen.
- In FR-A-1,522,955 wird ein Verfahren zum Zusammensetzen von zwei Teilstücken, die aus gesintertem Metallpulver hergestellt sind, beschrieben. Gemäß diesem Verfahren sind zwei Stücke mit passenden Vorsprüngen und Aussparungen versehen, und die Stücke werden so zusammengepreßt, daß die Vorsprünge und Aussparungen miteinander durch plastische Verformung verschlossen werden. Diese zwei Stücke sind in der Form nicht identisch, und daher müssen zwei verschiedene Typen von Preßwerkzeugen bei der Herstellung verwendet werden, was diese Methode zeitaufwendig gestaltet. Der Zeitaufwand wird auch aufgrund der Tatsache vergrößert, daß das Hartlötmaterial zwischen die Stücke eingeführt wird, bevor das Pressen stattfindet. Dieses Verfahren kann nicht für den Zusammenbau von zwei Pulverkörpern aus hartem Material aufgrund ihrer Sprödigkeit vor dem Sintern, verwendet werden. Die plastische Verformung führt in das Material innere Spannungen ein, was bei der Produktion von Sintercarbideinsätzen wegen des geringen Widerstandes gegen Zugspannungen störend ist, was für Sintercarbide typisch ist.
- In der US-A-3,429,700 ist ein Riemenscheibenrad beschrieben, welches durch Verbindung zweier Teilstücke von im wesentlichen identischer Form mit aufeinander einwirkenden Vorsprüngen und Verfiefungen, hergestellt ist. Diese zwei Teilstücke werden zusammengebracht und dann gesintert. Diese Erwähnung sagt nichts über harte Materialien und Schneideinsätze. Außerdem gibt sie nicht die Herstellung von Gegenständen mit spitzen Kantenwinkeln an.
- Es ist daher Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Schneideinsatz zu schaffen, der leicht hergestellt werden kann.
- Ein anderes Ziel ist es, einen doppelseitigen Einsatz zu schaffen, der von sich aus nötige Freiwinkel hat.
- Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein einfaches Herstellungsverfahren für Schneideinsätze zu liefern, die eine komplizierte Geometrie haben.
- Diese und andere Ziele wurden durch Formen des Einsatzes und durch Schaffung eines Herstellungsverfahrens erreicht, wie später in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben wird.
- Die Erfindung wird jetzt mehr im einzelnen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
- Figur 1 eine Schnittansicht eines Pulverkörpers nach der Erfindung entlang der Linie I-I in Figur 2 ist;
- Figur 2 eine Ansicht von unten des Pulverkörpers in Figur 1 ist;
- Figur 3 eine Draufsicht eines Einsatzes nach der Erfindung ist;
- Figur 4 eine Seitenansicht und zum Teil eine Schnittansicht eines Einsatzes ist;
- Figuren 4A und 4B vergrößerte Querschnittansichten, die in Figur 4 genommen sind, aufweisen;
- Figur 5 eine Querschnittansicht einer alternativen Einsatzausführungsform nach der Erfindung ist;
- Figur 6 eine Fotografie ist, die die Mikrostruktur der Übergangszone in der Fläche A zwischen den zwei identischen Körpern in 1000-fach zeigt, nachdem sie zusammengesintert wurden.
- Figuren 1 und 2 zeigen einen Pulverkörper 10, nachdem er in einem Preßwerkzeug (nicht dargestellt) verdichtet wurde, aber vor dem Sintern. Der Pulverkörper besteht aus einem Bindermaterial und Metallcarbiden, Metallnitriden oder keramischem Material. Der Körper ist ein hauptsächlich scheibenförmig, ringförmig oder polygonal geformter Körper mit einer oberen Fläche 11, einer unteren Fläche 12 und mindestens einer Seitenoberfläche 13, die die genannte obere und untere Fläche verbindet. Die obere Fläche 11 schneidet jede Seitenoberfläche 13, um einen spitzen Kantenwinkel α zu definieren. Der Körper 11 hat eine zentrale Öffnung 14. Die obere Fläche kann direkt gepreßte Profile, wie Spanbildner, deren Formgestaltung frei gewählt werden kann, beinhalten. Die untere Fläche 12 ist hauptsächlich eben und weist in diesem dargestellten Fall eine Ausnehmung 15 und einen Vorsprung 16 auf. Alternativ können eine oder mehrere Ausnehmung und Vorsprünge vorgesehen werden. Die Ausnehmung 15 hat einen kreisförmigen Querschnitt und ist mit einem Durchmesser versehen, der von der unteren Fläche 12 zu der oberen Fläche 11 hin abnimmt. Die Ausnehmung hat eine Tiefe d, welche 1/4 der Dicke t des Körpers nicht überschreiten sollte. Der Vorsprung 16, der einen zu der genannten Ausnehmung komplementären Querschnitt haben kann, ist in diesem Fall mit einem nahezu polygonalen Querschnitt versehen, dessen Abmessung in einer Richtung von der unteren Fläche 12 abnimmt. Der Vorsprung hat deshalb die Form einer kegelstumpfartigen Pyramide. Die Höhe h des Vorsprunges über der unteren Fläche beträgt maximal 1/4 der Dicke t des Körpers, während sie etwas kleiner als die Tiefe d der Ausnehmung 15 ist. Der Vorsprung ist mit weich abgerundeten Eckteilstücken versehen, die, wie man in einem Querschnitt parallel zu der genannten unteren Fläche sieht, auf einem Kreis angebracht sind, dessen Durchmesser geringer ist als der Durchmesser der Ausnehmung, wenn er in einem entsprechenden Querschnitt genommen wird. Die Ausnehmung und der Vorsprung sind auf einem Kreis C angeordnet, dessen Mittelpunkt mit der Mitte CL des Körpers 10 zusammenfällt. Der Radius R des Kreises C ist vorzugsweise größer als der Radius eines genormten eingeschriebenen Kreises des genannten Körpers. Eine gerade Linie L kann so gezogen werden, daß sie sich mit dem genannten Vorsprung, der genannten Ausnehmung und der Mitte CL in Körpern mit vier Ecken schneidet, wie z.B. ein Körper von rhombischer oder rechteckiger Form. Bei einem Körper mit dreieckiger Basisgestalt würde solch eine Linie L nicht durch die Mitte CL des genannten Körpers gehen.
- Der Körper kann mit einem identisch geformten zweiten Pulverkörper zusammengebaut und anschließend mit ihm gesintert werden, wodurch er zur spanbildenden Bearbeitung geeignet wird.
- Das Herstellungsverfahren eines Einsatzes 20 nach der Erfindung wird in der folgenden Weise unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4B durchgeführt. Die Verdichtungskammer einer gebräuchlichen Presse wird zuerst mit Pulver gefüllt. Diese gebräuchliche Presse ist nur für Preßeinsätze von negativer oder einfach positiver Form nützlich. Der Locher und der Stempel der Presse, die Profile haben, welche in Bezug auf diese der gewünschten Profile umgekehrt sind, sind so gegeneinander versetzt, daß das Pulver verdichtet oder festgepackt ist. Ein aus solchem Pulver bestehender spröder Körper 10 mit gewünschter Geometrie kann aus der Kammer auf einem üblichen Weg entfernt werden. Das einige Sekunden dauernde Preßverfahren wird so wiederholt, daß zwei identische Pulverkörper erhalten werden. Die unteren Seiten 12 der Körper 10 sind gegeneinander gerichtet und ein Körper ist in der Ebene der unteren Seite gedreht, wobei diese Drehung eine Winkeldrehung von 180º in Bezug auf den anderen Körper hat, so daß die Ausnehmung 15 und der Vorsprung 16 linear zueinander gerichtet sind. Die Körper werden danach zueinander so versetzt, daß die Vorsprünge in den genannten Ausnehmungen aufgenommen werden, wobei hier nicht mehr als ein Kontakt zwischen einem geringen Teil jedes Körpers besteht, d.h. Linienkontakt zwischen der Wand der Ausnehmung und den Ecken des Vorsprunges hergestellt, ist. Wenn die unteren Seiten so miteinander in Kontakt sind, wird ein solches Paket in einen Brennofen eingesetzt, um es auf Sintertemperatur zu erhitzen, so daß ein Sintern geschieht, d.h. daß die unteren Seiten der Körper und der Vorsprung und die entsprechende Ausnehmung metallurgisch miteinander verbunden werden. Die normale Sinterbedingung für Sintercarbide, die aus 8-10 % Co, 3-7 % TiC + TaC + NbC, Rest WC bestehen, ist eine Temperatur von 1350-1500ºC im Vakuum für einen Zeitraum von 0,5-2h. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung von negativen Einsätzen, mit Befestigungslöchern, die einen abnehmenden Durchmesser des Querschnittes gegen die Seitenoberflächen 21 und 22 haben, wobei die Schaffung eines Kanalsystemes innerhalb des Einsatzes rund um seine Zwischenebene ermöglicht wird.
- Die Figuren 3 bis 4B zeigen einen völlig gesinterten Einsatz 20 nach der Erfindung. Der Einsatz 20 besteht aus zwei identischen Pulverkörpern, die zusammengefügt und zusammengesintert sind. Der Einsatz hat eine doppel positive Form, das bedeutet, daß die oberen Flächen 21 und die unteren Flächen 22 in einem spitzen Winkel α an ihrem Schnittpunkt mit den Kantenflächen 23 angeordnet sind. Die Kantenflächen 23 können eben oder nicht eben sein. Der Einsatz besteht also aus zwei identischen Hälften, die metallurgisch miteinander hauptsächlich entlang der zentralen Mittelebene M des Einsatzes verbunden sind. Es verbleibt ein Spiel 24 zwischen der Ausnehmung 15 und dem Vorsprung 16 aufgrund der Tatsache, daß die Höhe h des genannten Vorsprunges 16 ungefähr 0,1 mm kleiner als die Tiefe der genannten Ausnehmung ist. Die Anwesenheit eines solchen Spieles 24 fördert ein genaues ebenes Widerlager zwischen den unteren Seiten der genannten Hälften in Verbindung mit dem Sintern. Dieses Spiel 24 kann mit der Kantenoberfläche 23 über einen Kanal zum Zwecke der Aufnahme von Sensoren in Verbindung stehen, wie z.B. elektronische Schaltkreise in Mikromaßstab zum Messen von mechanischen und/oder thermischern Spannungen. Alternativ können spezielle leere Räume in der mittleren Ebene M zur Unterbringung solcher Sensoren vorgesehen werden. Zusätzlich können Kanäle, z.B. für den Transport von Kühlmitteln, einfach an der mittleren Ebene M angeordnet werden, indem Schlitze in dem Pulverkörper 10 in Verbindung mit dem verdichteten Körper angebracht werden. Der Einsatz hat eine zentrale Öffnung 25 symmetrisch um seine zentrale Achse CL mit konvex abnehmendem Querschnittsdurchmesser zur mittleren Ebene M hin. Alternativ kann diese Öffnung, wie in Figur 5 gezeigt, einen konkav zunehmenden Durchmesser zur mittleren Ebene hin haben.
- Die vorliegende Erfindung liefert also einen Schneideinsatz und ein Verfahren zu seiner Herstellung, wodurch ein Pulverkörper, wenn er mit einem ähnlichen Körper zusammengebaut und zusammengesintert ist, zur spanbildenden Bearbeitung benutzt werden kann, wobei der Einsatz den Gebrauch einer doppel positiven Geometrie ermöglicht, so daß dieses Verfahren auch die Benutzung neuer Formen von Löchern und Einschlüssen von hierin enthaltenen Meßsensoren ermöglicht.
- Preßkörper gemäß den Figuren 1 bis 3 mit Vorsprüngen und Vertiefungen an der unteren Seite, wurden in vier verschiedenen Zusammensetzungen vorbereitet. Preßkörper derselben Zusammensetzung wurden paarweise zusammengebracht und dann in einem Laboratoriumsbrennofen unter folgenden Bedingungen gesintert: Zusammensetzung Sinterbedingungen Rest Vakuum
- Die gesinterten Preßkörper wurden geschnitten, poliert und die Übergangszonen zwischen den zwei Originalhälften wurden in einem Lichtmikroskop und auch in einem Rasterelektronenmikroskop untersucht. Man fand, daß die zwei Hälften vollständig zusammengesintert wurden. Die Übergangszone konnte als ein Kobaltband mit geringer oder keiner Restporosität gesehen werden. In einigen Fällen war die Übergangszone fast nicht zu sehen. Ein Beispiel einer Übergangszone wird in Figur 6 gezeigt.
Claims (9)
1. Schneideinsatz aus Hartmaterial zur spanbildenden Bearbeitung mit Schneidkanten, die
an dem Schnitt zwischen gegenüberliegenden oberen und unteren Oberflächen (21, 22)
und einer Kantenoberfläche (23) vorgesehen sind, die dazwischenliegt, wobei der
Einsatz doppelseitig ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz zwei identische
Pulverkörper (10) aufweist, die mittels Sintern metallurgisch miteinander entlang einer
mittleren Ebene (M) verbunden sind, daß jede der zwei an der mittleren Ebene (M)
vorspringenden Seiten mindestens eine Ausnehmung (15) und mindestens einen
Vorsprung (16) aufweist, welche getrennt und auf einem imaginären Kreis angeordnet
sind, der ein Zentrum hat, welches mit dem Zentrum (CL) jedes Pulverkörpers
zusammenfällt, und daß die oberen und unteren Oberflächen (21, 22) die
Kantenoberfläche (23) unter einem spitzen Winkel (α) schneidet.
2. Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (15)
und der Vorsprung (16) verschiedene Formen in einer Querschnittsansicht haben, die
parallel zu der mittleren Ebene (M) genommen ist, und daß die Abmessung der
Ausnehmung und des Vorsprunges jedes der zwei Pulverkörper in einer Richtung zu ihrer
Oberfläche hin, entgegengesetzt zur mittleren Ebene abnimmt bzw. zunimmt.
3. Schneideinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausnehmung (15) und der Vorsprung (16) gleiche oder komplementäre Form haben in einer
Querschnittsansicht, die parallel zu der genannten mittleren Ebene (M) genommen ist,
und daß die Abmessung der Ausnehmung und des Vorsprunges jedes der zwei
Pulverkörper in einer Richtung gegen seine Oberfläche entgegengesetzt zur mittleren
Ebene abnimmt bzw. anwächst.
4. Schneideinsatz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausnehmung (15), der Vorsprung (16) und die Mitte (CL) jedes Pulverkörpers
auf einer gemeinsamen, geraden gedachten Linie (L) angeordnet sind.
5. Schneideinsatz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausnehmung (15) einen kreisförmigen Querschnitt und eine Tiefe (d) in Bezug
auf die vorspringende Seite (12) des entsprechenden Pulverkörpers hat und daß der
Vorsprung (16) die Form einer kegelstumpfförmigen Pyramide hat, die mit einer Höhe
(h) relativ zur vorspringenden Seite (12) versehen ist, wobei die Verhältnisse derart
sind, daß die Tiefe (d) größer als die Höhe (h) ist, wobei Hohlräume (24) in dem
Schneideinsatz gebildet sind.
6. Schneideinsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren in den
Hohlräumen (24) vorgesehen sind.
7. Schneideinsatz nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem
zentralen Befestigungsloch (25) versehen ist, dessen Abmessung in Richtung zur
mittleren Ebene (M) hin anwächst oder abnimmt, und daß die Hohlräume (24) in
getrennten Stellen auf den entgegengesetzten Seiten der mittleren Ebene angeordnet
sind.
8. Schneideinsatz wie in Anspruch 7 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hohlräume (24) mit einem Kanalsystem in dem Einsatz in Verbindung stehen.
9. Verfahren zur Herstellung eines Schneideinsatzes nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
das die Schritte der Benutzung einer Presse mit einer Verdichtungskammer beinhaltet,
wobei die Presse ein Stanzwerkzeug und einen Stempel hat mit folgenden Schritten:
- Vorsehen eines Stanzwerkzeuges oder eines Stempels, deren aktive
Oberfläche mindestens eine Ausnehmung und einen Vorsprung aufweist,
- Füllen einer geeigneten Menge an Pulver in die Verdichtungskammer,
- Verdichten des Pulvers, um einen Pulverkörper (10) zu erhalten, dessen untere
Seite (12) eine Form hat, die in Bezug auf das Stanzwerkzeug oder den
Stempel so umgekehrt ist, daß eine im Abstand vorgesehene Ausnehmung (15) und
ein Vorsprung (16) erhalten werden, die so ausgerichtet sind, daß die
Ausnehmung (15), der Vorsprung (16) und die Mitte (CL) des Körpers (10) auf einer
gemeinsamen, geraden gedachten Linie (L) angeordnet sind,
- Lösen des Pulverkörpers aus der Kammer,
- Wiederholen der letztgenannten drei Schritte, um einen zusätzlichen
Pulverkörper zu erhalten,
- Anordnen der Oberflächen (12) des Pulverkörpers (10) so, daß diese
Oberflächen mit Ausnehmung und Vorsprung einander gegenüberliegen, indem sie
winkelig durch Rotation in der Ebene der Oberflächen verlagert werden,
- Ausrichtung der Vorsprünge und Ausnehmungen derart, daß sie linear
angeordnet sind und Verschieben derselben in gegenseitiges passendes Anstoßen,
- Erhitzen der zusammengefügten Pulverkörper auf eine Sintertemperatur von
1350ºC bis 1500ºC im Vakuum für einen Zeitraum von 0,5 bis 2h, und
Abkühlen des gesinterten Körpers.
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