DE2364204A1

DE2364204A1 - Verfahren zum herstellen der praegewerkzeugoberflaechen einer praegevorrichtung

Info

Publication number: DE2364204A1
Application number: DE19732364204
Authority: DE
Inventors: Hisaji Tanazawa
Original assignee: TANAZAWA HAKKOUSHA CO
Current assignee: TANAZAWA HAKKOUSHA CO
Priority date: 1973-08-10
Filing date: 1973-12-22
Publication date: 1975-03-06
Also published as: FR2240301A1; BR7310153D0; IT1000694B; JPS5224506B2; FR2240301B1; JPS5039235A; GB1434268A

Description

PATENTANWALT DIPL. INQ. RAINER VIETHEN

KÖLN-Lindenthal

Bachemer Straße 54-56 2364204

19. Dezember 1973 V/Fs

Mein Zeichen: T 17/1

Anmelderin: Tanazawa Hakkousha Co., Ltd.

1-10 Nishi Ishikiricho
2-chome, Higashi

Osaka Gity/Japan

Titel: Verfahren zum Herstellen der Prägewerkzeugoberflächen einer Prägevorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen zusammenwirkender konkaver und konvexer Prägemuster auf den Arbeitsoberflächen einander entsprechender Prägewalzen oder Preßformen usw. Gegenstand der Erfindung ist auch eine nach diesem Verfahren hergestellte Prägevorrichtung.

Zur Bildung eines Prägemusters auf einem Metallblech muß man konkave und konvexe Prägemuster oder Prägeformen als Matrizen herstellen, die dem zu prägenden Prägebild entsprechen, und wenn man eine glatte und saubere Prägung erreichen will, muß man die Vertiefung in der Arbeitsoberfläche des einen Prägewerkzeuges und die entsprechende Erhebung in der Arbeitsoberfläche des anderen Prägewerkzeuges so ausbilden, daß ein der Dicke des zu prägenden Werkstückes entsprechender Spielraum zwischen beiden vorhanden ist. Wenn dieser richtige Spielraum nicht vorhanden ist, wird das Werkstück bei der Einpressung zwischen den beiden Prägeformen zerrissen, durch-stoßen oder abgeschert. Es ist jedoch sehr schwierig, in bzw. auf den Arbeitsoberflächen von Stahlrollen oder -formen die konkaven und konvexen Prägeeintiefungen und -erhöhungen so auszubilden, daß der Abstand oder der

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Spielraum zwischen den aufeinander gepreßten Prägewerkzeugen im Bereich des Prägebiides gleich der Dicke des su prägenden Metalibleches ist, und dies ist besonders dann beinahe unmöglich,, wenn komplizierte_? unregelmäßige oder ungewöhnliche Prägebilder zu prägen sind»

Wenn das zu prägende Metall ein weiches Aluminiumblech oder ein sehr dünnes Stahlblech war, dann hat man bisher dieses Blech zwischen einer Stahlwalze₉ auf der das konkav-konvexe Prägebild geformt war, und einer gegen diese Stahlwalze gepreßten weichen Walze hindurchgeführt, deren glatte Oberfläche aus Preßpapier, Gummi usw. befand; infolge der Verformung der weichen oder nachgiebigen Walze erfuhr das Metallblech dabei eine plastische Verformung, durch die das Prägebild erzeugt wurde.

Dieses Arbeitsverfahren hat sich jedoch als sehr nachteilig erwiesen, weil wegen der Nachgiebigkeit der Arbeitsoberfläche der einen Walze dickes Stahlblech und Edelstahlblech nicht bearbeitet werden konnte. Außerdem tritt bei den Prägewerkzeugen ein extrem starker Verschleiß auf.

Um ein Prägebild auf dicken Metallblechen allgemein und insbesondere bei dicken Edelstahlblechen zu erzeugen, müssen beide Walzen Stahlrollen hoher Härte und Festigkeit sein, das Verfahren zur Ausbildung der spiegelbildlichen Prägemuster auf zwei Stahlrollen mit einem Zwischenraum, der gleich der Dicke des zu prägenden Werkstückes ist, auf einer der Walzen, bereitet jedoch die oben erläuterten Schwierigkeiten. Daher konnte man bisher in dicken Stahlblechen und dicken Edelstahlblechen keine Prägebilder mit befriedigende® Ergebnis erzeugen.

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Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zum Ausbilden der konkaven und konvexen Prägeformvorsprünge und -Vertiefungen in den Arbeitsoberflächen von Stahlwalzen oder Preßformen mittels Fotoätzung. Neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Fotografie machen es möglich, transparente Filme identischer Größe und Musterung herzustellen, wobei der eine jedoch negativ und der andere positiv ist. Führt man nun das Ätzverfahren unter Verwendung dieser zwei Arten von transparenten Filmen als Masken für die Fotoätzung der Arbeitsoberflächen der Walzen durch, dann bilden sich die konvexen und konkaven Prägeformen exakt spiegelbildlich aus und darüberhinaus kann man, wenn man eine ausreichende Ätzzeit anwendet, jede Seitenfläche oder Abmessung der konkaven und konvexen Prägeformen gleichzeitig ätzen und so dieses konkav-konvexe Prägebild in einer Tiefe oder Höhe herstellen, die gleich der Dicke des zu prägenden Werkstückes ist. Auf dem Gebiet der Ätztechnik gilt das seitliche Einätzen unter die Ätzschutzschicht als großer Nachteil und großes Problem und man hat sehr viele Bemühungen angestellt, diese seitliche Unterätzung zu verhindern. Ganz im Gegensatz hierzu wird bei der vorliegenden Erfindung das seitliche Einätzen ausgenützt, um den gewünschten Zwischenraum oder Spielraum zwischen den Arbeitsoberflächen der Prägewalzen oder Prägeformen zu erzielen. Somit nutzt die vorliegende Erfindung eine bisher als Nachteil angesehene Erscheinung in vorteilhafter Weise aus, um zu neuen und unerwarteten Ergebnissen zu kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem nan auf den Oberflächen zweier Stahlwalzen oder Stahlformen einander entsprechende und zusammenwirkende Prägevorsprünge und -Vertiefungen ausbilden kann, wobei zwischen diesen Vorsprüngen und Vertiefungen ein gleichmäßiger Zwischenraum vorhanden ist, wenn die Walzen oder Formen-zusammengepreßt wer-

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den, um so die Prägung von dicken Stahlblechen oder dicken Edelstahlblechen möglich zu lachen.. Ferner soll die Erfindung ein Verfahren zur Ausbildung konvexer und konkaver Prägeformen auf den Arbeitsoberflächen von Malzen oder Formen angeben, die durch Fotoätzung unter Verwendung zweier transparenter Filme oder Folien hergestellt werden, wobei diese Filme das Prägemuster in identischer Größe, jedoch der eine positiv und der andere negativ tragen, so da0₉ weira si© auf ihre entsprechenden Walzen aufgelegt werden, man die Fotoätzung durchführen kann, um die zusammenwirkenden und einander entsprechenden konkaven und konvexen Prägebilder auf diesen Waisen zu erzeugen.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines der Erläuterung und nicht etwa der Abgrenzung des Erfindungsgedankens dienenden Ausfürhungsbeispiels, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 a und Ib bis 3a und 3b die Verfahrensschritte zur Bildung des konvexen und konkaven Prägereliefs auf den Arbeitsoberflächen durch Fotoätzung gemäß der Erfindung, wobei die Teile jedes die beiden Arbeitsoberflächen darstellenden Figurenpaares mit gleichen Bezugszeichen unter HinzufUgung der Buchstaben a und b bezeichnet sind,

Fig. 4a und 4b vergrößerte Darstellungen der Fig. 3a und 3b, aus denen die Bedingungen zur Bildung der geätzten Seiten ersichtlich sind,

Fig. 5 einen Schnitt durch zwei gegeneinandergepreßte Prägeformen gemäß der Erfindung mit dazwischenliegendem Werkstück während des Prägevorganges und

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Fig. 6 eine Schrägansicht zweier Prägewalzen.

Um die Arbeitsoberflächen 41a, 41b zweier Stahlwalzen dem Ätzverfahren gemäß der Erfindung zu unterwerfen, werden zwei transparente Blätter als Masken la, Ib jeweils auf die betreffenden Walzen aufgelegt. Auf der einen Maske ist als lichtundurchlässiges Bild das Prägemuster 11a entsprechend dem Ätzbild vorhanden und auf der anderen Maske ist ein symmetrisches Prägemuster 11b gleicher Größe wie das Prägemuster lla vorhanden. Bevor jedoch diese Masken la, Ib auf die beiden Arbeitsoberflächen 41a, 41b aufgebracht werden, wird auf die Walzen 4a, 4b, die einer Oberflächenbehandlung, wie etwa einer Härtung, Polierung usw. unterzogen worden sind, eine lichtempfindliche Beschichtung 2 aufgebracht und getrocknet. Nachdem dann die Maske la mit dem lichtundurchlässigen Ätzbild fest auf eine der Walzen geklebt worden ist und die Maske Ib mit dem entsprechenden transparenten Ätzbild auf die andere Walze, werden die lichtempfindlichen Beschichtungen 2 in bekannter Welse durch einen Schlitz 5 belichtet, wobei die Walzen 4a, 4b langsam gedreht werden, während man eine Lichtquelle, beispielsweise eine Kohlanstofflichtbogenlampe oder dgl., über den Masken brennen läßt (Fig. la, Ib).

Nachdem die Arbeitsoberflächen 41a, 41b so belichtet worden sind, werden sie durch Tauchen oder irgendein anderes bekanntes Verfahren mit einem Entwickler entwickelt, wobei dieser Entwickler je nach der Eigenart der Entwicklung der lichtempfindlichen Schicht 2 Wasser oder Ammoniakwasser für wasserlösliche lichtempfindliche Beschichtungen und Trichloräthylen usw. für ein Lösungsmittel enthaltende lichtempfindliche Schichten enthalten kann. Der belichtet· Teil der lichtempfindlichen Beschichtung 2 bleibt dann als säurebeständige Beschichtung 3 zurück und der nicht belichtet« Teil wird entfernt. Entsprechend bildet sich

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auf der Walze 4a, auf die di© Maske la mit dem transparenten Ätzbild aufgeklebt war, das Ätsbild aus der säurebeständigen Beschichtung 3 positiv &b_s während auf der anderen Walze 4b, auf die die Maske Ib mit dem liehturadurchlässigen Ätzbild fest aufgeklebt war, eia entsprechendes ₉ symmetrisches Ätzbild gleicher Größe aus der säurebeständigen Beschichtung 3 als Negativbild vorhanden ist (Fig. 2a, 2b)_β

Danach werden di© beiden eingesetzt und ihre freilie ätzt, daß man auf die aus dem die Waisen bestehen_s säure oder eine andere Ätzlosira jedoch di© mit den säurefesten le der Arbeitsoberflächen auf der einen Walze 4a eia während auf der anderen Walz© steht (Fig. 3).

4a, 4b in die Ätzvorrichtung

Oberflächen werden dadurch geje nach dem Material,

F@rrichlorid, Salpetersäure, Salzg gleichmäßig aufsprüht, wobei hiehtungen 3 versehenen Teibleiben.' Auf diese Weise wird Frägerslief 43 heraus geätzt,

®±n konkaves Prägerelief ent

Mit fortschreitender Ätzung werden mich, die Seiten des oberseitig mit der säurefesten Beschichtung 3 abgedeckten konvexen Prägereliefs 43 von der Ätzlösuog angegriffen3 die Folge ist, daß auch diese Seitenflächen 46 mntsr die !Minder der säurefesten Beschichtung 3 geätzt werden· Daher wird auf der Arbeitsoberfläche 41a das Prägerelief 43, das anfangs die Breite ρ hatte, gemäß der Darstellung in Fig. 4a beiderseits oder allseitig jeweils um die Breite al abgeätzt, so daß das Prägerelief 43 schließlich nur noch die Breite a hat. Dieses Prägereiief 43 wird dabei in erwünschter Wais® seitlich so angeätzt, daß es zum freien Ende hin schaKler wird. Entsprechendes gilt für das konkav· Pr*g*reli«f 42 auf der Arbeitsoberfläche 41b gemäß der Dar-

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stellung in Fig. 4b, wo die Anfangsbreite ρ beiderseits oder allseitig um die zusätzlichen Beträge bl angeätzt wird, so daß dieses .konkave Prägerelief 42 schließlich die Breite b hat.

Nach Vollendung des Ätzvorganges werden die säurefesten Beschichtungen 3 mit einem Lösungsmittel für diese Beschichtungen entfernt.

Wenn die so hergestellten Prägereliefe 42,43 auf den Walzen 4a, 4b ineinander geführt werden, bleibt infolge der beschriebenen Seitenätzung ein Zwischenraum 44 von der Breite al + bl zwischen den Seitenwänden 45,46 (siehe Fig. 5). Wenn man den Ätzvorgang so durchführt, daß dieser Zwischenraum 44 gleich der Dicke des zu prägenden Werkstückes 6 ist, dann kann man diesen Werkstück 6, bei dem es sich etwa um ein dickes Stahlblech, ein dickes Edelstahlblech usw. handeln kann, zwischen den aneinander gepreßten Walzen 4a, 4b prägen, wobei das Werkstück 6 die gewünschte plastische Verformung zur Bildung des Prägemusters erfährt. Wegen des Zwischenraumes 44 von der Dicke des Bleches 6 erfolgt diese Prägung gleichmäßig und ohne Beschädigung des Bleches. Es ist bekannt, daß man das Ausmaß (al, bl) der Seitenätzung zur Bildung des Zwischenraumes 44 durch entsprechende Wahl des Ätzverfahrens auf die Stärke des zu prägenden Bleches, d.h. auf die gewünschte Größe des Zwischenraumes 44, einstellen kann.

Oben wurde das erfindungsgemäße Verfahren zur Bildung der konvexen und konkaven Prägereliefe auf den Arbeitsoberflächen von Walzen im einzelnen beschrieben, es liegt jedoch auf der Hand, daß man dieses Verfahren zur Herstellung derartiger Prägereliefe auf den Arbeiteoberflächen zweier glatter Preßformen auf die gleiche Weise unter Anwendung der bekannten Ätzverfahren für

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flache Ätzflächen durchführen kann.

Bei der Anwendung des Verfahrens zur Herstellung identischer, zusammenwirkender und entsprechender positiver und negativer Prägebilder aus säurefester Beschichtung auf den Arbeitsoberflächen kann man die eine lichtempfindliche Beschichtung auf der einen Arbeitsoberfläche aus eiiaer tralöslicheo Posi-Posi-lichtempfindlichen-Lösiäng herstellen, die bei Belichtung löslich wird, und auf der anderem Arbeitsoberfläche mit einer Posi-Nega-lichtempfindliehen-LBsuag;, die bei Belichtung unlöslich wirdj man kann dann transparente Masken mit dem gewünschten Ätzbild verwenden, die beide positiv ©der negativ sind,,

Da gemäß der vorliegenden Erfindung das Prägerelief durch Fotoätzung der Oberfläche der Stahlwalze oder Stahlform usw. erzeugt wird, welche ssuvor in der oben beschriebenen Weise Oberflächenbehandlungen, wie etwa Polieren usw., unterzogen wird, ergeben sich bei der nach der Prägereliefbildung erfolgenden Härtung keine Spannungen im Prägewerkzeug, wie es früher der Fall war. Da die Prägereliefe mit einem der Dicke des zu prägenden Bleches entsprechenden Zwischenraum mit sehr hoher Dimensionsgenauigkeit auf den Stahlwalzen erzeugt werden, kann man sehr dicke Stahlbleche und dicke Edelstahlbleche prägen. Da außerdem beide Arbeitsoberflächen der Prägewerkzeuge aus Metall, wie etwa Stahl, bestehen, sind diese Prägewerkzeuge sehr widerstandsfähig und haben eine sehr viel längere Lebensdauer.

Da außerdem durch die Anwendung des Seitenätzeffektes ein Zwischenraum zwischen den konkaven und konvexen Prägereliefen erzeugt wird, die anfangs identsiche Abmessungen haben, weisen die Prägewerkzeuge gemäß der Erfindung eine außerordentlich hohe Abmessungsgenauigkeit auf; Die Behandlung und das Arbeiten mit

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ihnen ist leicht, ihre Herstellung ist preiswert und sie haben zahlreiche andere, hervorragende Vorteile.

Die vorstehend im einzelnen erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Rahmen des fachmännischen Könnens selbst· verständlich abwandelbar, ohne den der Erfindung zugrundeliegenden Erfindungsgedanken zu verlassen.

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Claims

PATENTANWALT DSPL. SNQ. RAINER VIETHEN

KÖLN-Lindenthal 2 3 6 A 2 O 4

Bachemer Straße 54-56

19. ©ezember 1973

Mein Zeichens T 17/1

Anmeldering Tanazawa Hakkousha Gq₀J₁ Ltd».

1-10 Nishi Ishikiricho
2-chome, Higashi

Osaka City/Japan

Patentansprüche

/ 1. jVerfahren zum Herstellen einander entsprechender erhabener und vertiefter Prägereliefs auf den beiden Prägewerkzeugoberflächen einer Prägevorriclitung ₉ dadurch gekennzeichnet, daß man das Prägerelief in Form einer säurefesten Beschichtung auf die eine Prägewerkzeugoberfläche als Positivbild und auf die andere Prägewerkseugoberfläche als spiegelbildliches Negativbild aufbringt und daß man beide Prägewerkzeugoberflächen dann einer Ätzbehandiung unterwirft, um so auf den Prägewerkzeugoberfiächen deo säurefesten Beschichtungen entsprechend einmal ein erhabenes und einmal ein vertieftes Reliefbild des Prägemusters auszuätzen, wobei man die Ätzbehandlung so durchführt, daß auch die Seitenflächen des erhabenen und vertieften Reliefbildes so weit abgeätzt werden, daß zwischen diesen Seitenflächen ein Zwischenraum verbleibt, wenn die beiden Prägewerkzeuge zum Prägen aufeinander gepreßt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Ätzen die Ätzlösung auf die Prägewerkzeugoberfläche spritzt.

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3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Prägewerkzeugoberflächen die zylindrischen Oberflächen von Prägewalzen sind, dadurch gekennzeichnet, daß man die Prägewalzen beim Ätzen langsam dreht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Zwischenraum zwischen den Seltenflächen der Reliefbilder etwa gleich der Dicke des zu prägenden Werkstückes macht.

5. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß man als säurefeste Beschichtung eine lichtempfindliche Beschichtung auf die Prägewerkzeugoberflächen aufbringt, die ihre Löslichkeit bei Belichtung ändert, daß man auf die Beschichtungen der beiden Prägewerkzeugoberflächen transparente Masken fest auflegt, wobei die eine Maske ein lichtdurchlässiges Bild des Prägemusters trägt, während die andere Maske bis auf das Spiegelbild des Prägemusters lichtundurchlässig ist, daß man die beiden Prägewerkzeugoberflächen mit aufliegenden Masken dann belichtet und anschließend ätzt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als säurefeste Beschichtung auf der einen Prägewerkzeugoberfläche eine lösliche, durch Belichtung unlöslich werdende Beschichtung und auf der anderen Prägewerkzeugoberfläche eine unlösliche, durch Belichtung löslich werdende Beschichtung aufbringt, daß man auf diese Beschichtungen je eine Maske dicht auflegt, die das Bild bzw. das Spiegelbild des Prägemusters als lichtundurchlässiges oder lichtdurchlässiges Abbild tragen, daß man die Prägewerkzeugoberflächen dann belichtet, so daß auf der einen Prägewerkzeugoberfläche das Prägemuster als Positivbild und auf der anderen Prägewerkzeugoberfläche als Spiegelbild des Prägemusters als Negativ-

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bild in der säurefesten Beschichtung entsteht, und daß man die Prägewerkzeugoberflächen dann ätzt.

7. Prägevorrichtung mit zwei Prägewerkzeugen, die auf ihren zusammenwirkenden Arbeitsoberflächen das Prägemuster einmal als erhebenes und einmal als vertieftes Reliefbild tragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägemuster-Reliefs (42,43) aus den Arbeitsoberflächen (41a, 41b) mittels einer säurefesten Beschichtung (3a, 3b) durch Ätzen ausgeformt sind, wobei auch die Seitenflächen (45,46) der Prägemuster-Reliefs (42,43) zur Bildung eines Zwischenraumes (44) zwischen den beim Prägen gegeneinander gepreßten Prägewerkzeugen ausgeätzt sind.

8. Prägevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (44) gleich der Dicke des zu prägenden Werkstückes (6) ist.

9. Prägevorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägewerkzeuge zwei gegeneinander gepreßte Prägewalzen (4a, 4b) sind.

10. Prägevorrichtung nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennziechnet, daß die Prägewerkzeuge zwei gegeneinander gepreßte Prägestempelplatten sind.

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