DE3635146C2

DE3635146C2 -

Info

Publication number: DE3635146C2
Application number: DE19863635146
Authority: DE
Inventors: Da Hsiung Kaohsiung Tw Peng
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-10-15
Filing date: 1986-10-15
Publication date: 1988-12-22
Also published as: DE3635146A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stanzwerk zeuges, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges, dessen oberes Ende mit einem Wolframkarbidteil versehen ist.

Heutzutage gibt es zwei Typen von Stanzwerkzeugen. Der eine ist aus Wolframkarbid, das hohe Produktionskosten verursacht und von Natur aus spröde ist, was in der Praxis häufig zu Werkzeugbrüchen führt. Der andere, in Fig. 1 dargestellte Typ umfaßt einen Stanzstempel 4 und eine Wolframkabidstange 3, die mit mehr als einem Drittel ihrer Länge in einem genau dimensionierten Bohrloch in den Stanzstempel 4 eingesetzt und mit diesem durch ein Hartlötmaterial 34 verbunden ist. Der zweite Typ stellt eine Verbesserung des früheren Bautyps dar. Er weist jedoch immer noch folgende Nachteile auf:

1. Er setzt voraus, daß die Wolframkarbidstange 3 eine geeignete Länge hat, damit die Stangen 3 und 4 sicher zusammengesetzt werden können.
2. Das entsprechende Bohrloch muß genau justiert und dimensioniert werden, um dann die Wolframkarbidstanze so sicher lagern zu können, daß das Stanzwerkzeug eine lange Standzeit erhält. Dennoch weist ein der artiges Stanzwerkzeug keine genügende Festigkeit auf und erfordert deshalb ein häufiges Auswechseln, was wiederum unweigerlich die Wirksamkeit reduziert.
3. Infolge der Unterschiede im Material neigt die Wolframkarbidstange 3 aufgrund von erhöhten Spannungen zu Brüchen an der Stelle, an der sie mit dem äußeren, unteren Teil der entsprechenden Ausnehmung verbunden ist.

In dem Buch von Oehler, Kaiser: Schnitt-, Stanz- und Ziehwerkzeuge, 6. Auflage, 1973, wird auf den Seiten 644 bis 648 eine Verbindung einer Schneidmatrize mit einem Schneidmatrizeneinsatz beschrieben, bei der die Schneidmatrize an ihrer Stirnfläche einen zylindrischen Vorsprung aufweist, in den der Schneidmatrizeneinsatz mit einer entsprechenden Ausnehmung eingreift. Die Verbindung der beiden Teile erfolgt durch Hartlöten.

In der Zeitschrift IDR, 15. Jahrgang (1981), Nr. 2, wird auf den Seiten 117 und 118 eine neue Löttechnik beschrieben, hier am Beispiel der Verbindung von Diamantschneidern mit metallischen Werkzeughaltern. Das dort beschriebene Verfahren der Hochvakuumverlötung bietet gegenüber her kömmlicher Löttechnik den Vorteil einer stabileren Verbindung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Stanzstempels mit Wolframkarbidspitze mit geringen Herstellungskosten bereit zustellen, bei dem die Wolframkarbidstanzenspitze eine gegenüber den bisherigen Verfahren nochmals erhöhte Trag-, Form-, Biege- und Stoß festigkeit erhält.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Stanzstempels mit Wolframkarbidspitze enthält folgende Schritte:

1. Vorbereiten eines Stanzstempelrohlings mit einer Oberfläche an der Spitze, die einen zylindrischen Vorsprung, der aus der Oberfläche herausragt, aufweist;
2. Aufsetzen eines Wolframkarbidteiles, das eine größere Härte als der Stanzstempel aufweist, an der Oberfläche des Stanzstempels, wobei das Wolframkarbidteil eine Unterfläche mit einer kronenförmigen Einsenkung aufweist, die auf der Unterfläche eine Öffnung mit einem Durchmesser, der etwas größer ist als der zylindrische Vorsprung und der gut mit dem zylindrischen Vorsprung des Stanzstempels an der niedrigsten Stelle der kronenförmigen Einsenkung zusammenpaßt, wobei die kronen förmige Einsenkung ihren maximalen Durchmesser nicht an der Öffnung der kronenförmigen Einsenkung, sondern an einer anderen Stelle aufweist;
3. Auftragen eines Hartlötmaterials auf jede der Erhebungen der kronen förmigen Einsenkung des Wolframkarbidteils und auf die ineinander greifenden Flächen des Stanzstempels und des Wolframkarbidteils;
4. mechanisches Einschieben des zylindrischen Vorsprungs des Stanzstem pels in die kronenförmige Einsenkung des Wolframkarbidteils, so daß die Spitze des zylindrischen Vorsprungs entlang der Erhebungen der kronenförmigen Einsenkung des Wolframkarbidteils eine kronenförmige Form annimmt, so daß der Stanzstempel und das Wolframkarbidteil miteinander verbunden werden und
5. Erhitzen des Hartlötmaterials unter Vakuum, um das geschmolzene Hartlötmaterial über die aufeinanderwirkenden Flächen des Stanz stempels und des Wolframkarbidteils fließen zu lassen, um den Stanzstempel und das Wolframkarbidteil noch inniger miteinander zu verbinden.

Darüber hinaus kann zur Vereinfachung der mechanischen Verbindung des Stanzstempels mit dem Wolframkarbidteil und zur Vereinfachung des Auftragens des Hartlötmaterials der Stanzstempel mittels eines Rohres auf einer Stützkonstruktion während des Verbindungsvorganges gehalten werden.

Beim Schritt der Vakuumerwärmung des Hartlötmaterials fließt das geschmolzene Hartlötmaterial über alle ineinandergreifenden Flächen, so daß eine offensichtlich feste Verbindung erreicht wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungs beispiels. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Wolframkarbidstanzenspitze, die nach einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik hergestellt wurde;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Stanzstempel und ein Wolframkar bidteil zum Zusammenbau einer erfindungsgemäßen Wolframkar bidstanzenspitze und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Wolframkarbidstanzenspitze, die mit dem in Fig. 2 dargestellten Stanzstempel und dem Wolframkar bidteil gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.

Eine entsprechend Fig. 2 dargestellte Wolframkarbidstanzenspitze, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, besteht aus einem Stanzstempel 11, welcher eine Stirnfläche 111 aufweist, die einen zylindrischen Vorsprung 112, der vom Zentrum der Stirnfläche 111 ausgeht, aufweist, und einem Wolframkarbidteil 12, das eine Ausnehmungsoberfläche 121, welche eine kronenförmige Einsenkung 122 aufweist, die mit zwei gebogenen Erhebungen versehen ist und die vom Zentrum der unteren Oberfläche 121 ausgeht, um mit dem zylindrischen Vorsprung 112 der Stanzstange 11 in Eingriff zu gehen. Der Durchmesser der kronenförmigen Einsenkung 122 ist an deren Öffnung am kleinsten.

Als Material der Stanzstange 11 kommt üblicherweise SKH-9 oder SKD-11 (gemäß dem japanischen Industriestandard) in Frage, wobei SKD-11 1,4-1,6% Kohlenstoff, 0,1-0,35% Silizium, 0,3-0,6% Mangan, 11-13% Chrom, 0,2- 0,5% Vanadium, 0,8-1,2% Molybdän, 0,05% Polonium und 0,01% Schwefel, Rest Eisen und SKH-9 0,8-0,9% Kohlenstoff, 0,5% Mangan, 3,4-4,5% Chrom, 1,6- 2,2% Vanadium, 4,5-5,5% Molybdän, 0,03% Polonium, 0,01% Schwefel und 5,5-6,7% Wolfram, Rest Eisen enthält.

Die Wolframkarbidspitze 12 besteht aus einer Zusammensetzung von 82% Wolframkarbid und 18% Kobalt und hat eine Dicke von circa 3,5 mm bis 7 mm.

Zusätzlich beträgt das Verhältnis zwischen dem Stanzstempel 11 und der Wolframkarbidstange 12 gemäß den Fig. 2 und 3 vorzugsweise:

d 1 = von D/ 3 bis D/ 2
d 2 ≅ d 1 + 0,3 mm
d 3 ≅ d 1 - 0,1 mm
h 2 ≅ h 1 - 0,1 mm.

Hierin ist D der äußere Durchmesser der Wolframkarbidstange 12, d 1 der Durchmesser der Öffnung der kronenförmigen Einsenkung der Wolframkar bidstange 12, d 2 der maximale Durchmesser der kronenförmigen Einsenkung der Wolframkarbidstange 12, d 3 der Durchmesser des zylindrischen Vorsprungs 112 des Stanzstempels 11, h 1 die Höhe des zylindrischen Vorsprungs 112 des Stanzstempels und h 2 die Tiefe im Zentrum der kronenförmigen Einsenkung 122 der Wolframkarbidstange 12.

Nach Vorbereitung des Stanzstempels 11 und der Wolframkarbidstange 12 wird Hartlötmaterial auf die Spitzen der kronenförmigen Einsenkung 122 des Wolframkarbidteils 12 und auf die ineinandergreifenden Flächen der zwei Werkteile 11 und 12 aufgebracht. Das aufgetragene Hartlötmaterial kann zum Beispiel ein Ni-Cr in Aceton gemischtes Legierungspulver sein.

Eine Rückhaltepulverschicht wird dann um das auf die ineinandergreifenden Flächen des Stanzstempels 11 und des Wolframkarbidteils 12 aufgetragene Hartlötmaterial herum aufgebracht.

In der Folge wird der Stanzstempel 11 mit dem Wolframkarbidteil 12 verbunden.

Infolge der Tatsache, daß das Wolframkarbidteil 12 eine Härte von HRA (Rockwell Härte A) von 82-86 Grad aufweist, während der Stanzstempel 11 eine Härte von nur HRC (Rockwell Härte C) von 10-20 Grad aufweist, verformt sich das Oberteil des zylindrischen Vorsprungs 112 entlang der gebogenen Erhebungen der kronenförmigen Einsenkung 122 in eine kronen förmige Form, wenn der zylindrische Vorsprung 122 des Stanzstempels 11 in die kronenförmige Einsenkung 122 der Wolframkarbidstange 12 mittels einer hydraulischen Montagevorrichtung (nicht dargestellt) geschoben wird. Dabei wird die kronenförmige Form, in die sich das Oberteil des zylin drischen Vorsprungs verformt, zu einer festen Einpassung in die kronen förmige Einsenkung 122 der Wolframkarbidstange 12.

Selbstverständlich kann der Stanzstempel 11 zur Vereinfachung der Verbindung des Stanzstempels 11 mit dem Wolframkarbidteil 12 während des Verbindens in einem kreisförmigen Rohr auf einer Montagehilfsvorrich tung gehalten werden.

Im letzten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt wird die formschlüssige Verbindung des Stanzstempels 11 und der Wolframkarbidstange 12 in einer Vakuumheizvorrichtung - wie zum Beispiel dem FHH-45GH Modell, von NIHON PUNCH SHINKU KABUSHIKI KAISHIYA in Japan hergestellt - angeordnet, um das Hartlötmaterial zu schmelzen und das geschmolzene Hartlötmaterial über alle ineinandergreifenden Flächen zu verteilen, wobei der Stanzstempel 11 und die Wolframkarbidstange 12 durch das geschmolzene Hartlötmaterial noch inniger verbunden werden. Es ist offensichtlich, daß das geschmol zene Hartlötmaterial über alle ineinandergreifenden Flächen fließen kann, weil es nach unten entlang der gebogenen Erhebungen der Einsenkung 122 fließen kann.

Der letzte Verfahrensschritt unterteilt sich gemäß der folgenden Ausführung in weitere fünf Teilschritte:

1. Anordnen des Stanzstempels 11 und der Wolframkarbidstange 12, die mittels einer hydraulischen Montagevorrichtung zusammengebaut sind (nachstehend als Baugruppe bezeichnet), in eine Vakuumbeheizungsvor richtung, die ein Vakuum von 0,3 Torr aufrechterhält;
2. Warmhalten der Baugruppe bei einer Temperatur von 450°-550°C;
3. Warmhalten der Baugruppe bei einer Temperatur 700°-850°C;
4. Warmhalten der Baugruppe bei einer Temperatur von 900°-1030°C und
5. Erhitzen der Baugruppe bis zu einer Temperatur von 25°-100°C über den Schmelzpunkt des Hartlötmaterials.

Es werden für jeden der Teilschritte 2-4 circa eine halbe Stunde und für den Teilschritt 5 10-30 Minuten benötigt.

Nachdem der Teilschritt 5 ausgeführt ist, wird die zusammengebaute Vorrichtung in eine Kühlkammer gestellt und unterliegt dann einer Härtebehandlung. Für den SKH-9-Stanzstempel 11 wird die Härtebehandlung dreimal für jeweils eine Stunde bei einer Temperatur von 540°-580°C durchgeführt. Jede der ineinandergreifenden Flächen muß vorher gründlich vorgeschliffen sein.

Zusätzlich zu der ursprünglichen erfindungsgemäßen mechanischen Ver bindung wird dann das Hartlötverfahren über alle ineinandergreifenden Flächen des Stanzstempels 11 und der Wolframkarbidstange 12 durch geführt. Dadurch wird die Wolframkarbidstanzenspitze nach der mecha nischen Verbindung und insbesondere nach dem Hartlötverfahren sehr wider standsfähig und haltbar. Somit wird durch das erfindungsgemäße Verfahren der obenerwähnte Gegenstand hergestellt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Stanzstempels mit Wolframkarbidspitze, wobei ein Stanzstempelrohling (11) verwendet wird, der an einer Stirnfläche (111) einen zylindrischen Vorsprung (112) aufweist, in den ein Wolframkarbidteil (12) mit einer entsprechenden Ausnehmung (121) eingreift und wobei zwischen die ineinandergreifenden Flächen Hartlot eingebracht wird, das dann durch Erhitzen von Stanzstempelrohling (11) und Wolframkarbidteil (12) zum Schmelzen gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß in das Wolframkarbidteil (12) eine kronenförmige Einsenkung (121) mit mehreren Erhebungen eingebracht wird, die zur Boden oberfläche (122) des Wolframkarbidteils (12) eine Öffnung (121) mit einem Durchmesser aufweist, der geringfügig größer ist als derjenige des zylindrischen Vorsprungs (112) an der Stirnfläche (111) des Stanzstempels (11), wobei die kronenförmige Einsenkung (121) ihren maximalen Durchmesser an einer anderen Stelle als an der Öffnung aufweist, worauf ein Hartlötmaterial auf jeder der Erhebungen der kronenförmigen Einsenkung (121) des Wolframkarbidteils (12) und auf die ineinandergreifenden Flächen des Stanzstempels (11) und des Wolframkarbidteils (12) aufgebracht wird, worauf dann der zylindrische Vorsprung (112) des Stanzstempels (11) in die kronenförmige Einsenkung (121) des Wolframkarbidteils (12) derart eingepreßt wird, daß die Spitze des zylindrischen Vorsprungs (112) entlang der Erhebungen der kronenförmigen Einsenkung (121) in eine kronenförmige Form deformiert wird, um den Stanzstempel (11) und das Wolframkarbidteil (12) mechanisch miteinander zu verbinden, worauf schließlich das Erhitzen des Stanzstempels (11) und des Wolframkarbidteils (12) mit dem Hartlot in einem Vakuumofen erfolgt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kronenförmige Einsenkung (121) zwei Erhebungen aufweist und die Tiefe des Mittelteils der kronenförmigen Einsenkung (121) nur geringfügig kleiner ist als die Höhe des zylindrischen Vorsprungs (112).

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der kronenförmigen Einsenkung (121) sich im Verhältnis zum zylindrischen Vorsprung (112) gemäß folgender Beziehung verhält: d 1 = von D/ 3 bis D/ 2
d 2 ≅ d 1 + 0,3 mm
d 3 ≅ d 1 - 0,1 mm
h 2 ≅ h 1 - 0,1 mmwobei D der äußere Durchmesser des Wolframkarbidteils (12) ist, d 1 der Durchmesser der Öffnung der kronenförmigen Einkerbung (121) des Wolfram karbidteils ist, d 2 der maximale Durchmesser der kronenförmigen Einker bung (121) des Wolframkarbidteils (12) ist, d 3 der Durchmesser des zylindrischen Vorsprungs (112) des Stanzstempels (11) ist, h 1 die Höhe des zylindrischen Vorsprungs (112) des Stanzstempels (11) ist und h 2 die Tiefe des zentralen Teils der kronenförmigen Einsenkung (121) des Wolframkarbidteils (12) ist.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sperrpulverschicht um das auf die ineinandergreifenden Oberflächen aufgebrachte Hartlötmaterial herum aufgebracht wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlötung folgende fünf Teilschritte umfaßt:

1. Anordnen des aufgetragenen Hartlötmaterials und der ineinander greifenden Oberflächen der Teile (11, 12) in eine Vakuum beheizungsvorrichtung, die ein Vakuum von 0,3 Torr aufweist;
2. Warmhalten des Hartlötmaterials und der ineinandergreifenden Oberflächen bei einer Temperatur von 450°-550°C;
3. Warmhalten des Hartlötmaterials und der ineinandergreifenden Oberflächen bei einer Temperatur von 700°-850°C;
4. Warmhalten des Hartlötmaterials und der ineinandergreifenden Oberflächen bei einer Temperatur von 900°-1030°C;
5. Erhitzen des Hartlötmaterials und der ineinandergreifenden Oberflächen auf eine Temperatur von 25°-100°C über den Schmelz punkt des Hartlötmaterials und,
6. Abkühlung der zusammengebauten Vorrichtung in einer Kühlkammer zur Härtebehandlung,

wobei die Zeit, die für jeden der Teilschritte 2-4 aufgewandt wird, ungefähr eine halbe Stunde und die Zeit, die für den Teilschritt 5 aufgewandt wird, ca. 10-30 Minuten beträgt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen der kronenförmigen Einsenkung (121) gewölbt sind.