專利名稱：用于由粉末狀或顆粒狀材料制造預制坯的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及以一種按權利要求I的前序部分所述的、用于由粉末狀或顆粒狀材料制造預制坯的裝置以及一種按權利要求6的前序部分所述的、用于由粉末狀或顆粒狀材料制造預制還的方法。
背景技術：
已知的加工工具例如動力頭和圓鋸片包括與切削段連接的主體。各切削段例如通過激光焊接與主體連接并且包括腳區域和使用區域。與加工工具的主體連接的切削段區域稱作為腳區域并且切削段的其余部分稱為使用區域。腳區域例如由能焊接的材料制成，以便能將主體與切削段良好地焊接。使用區域由基礎材料和切削顆粒制成，所述切削顆粒嵌入到基礎材料中。切削顆粒構造為金剛石顆粒或者其它的研磨顆粒，所述顆粒適用于切削加工。切削作用通過切割顆粒實現，基礎材料用于固定切削顆粒。 切削段以兩階段的方法由粉末狀或顆粒狀的材料制造在第一階段中由相疊的材料層構造預制坯并且在第二階段中預制坯在燒結設備中通過溫度作用和/或壓力作用完成制造。在第一組制造方法中切削顆粒混合到基礎材料中并且均勻地分布在基礎材料中。不利的是，可能形成降低切削能力和切削段壽命的切削顆粒夾雜物。在第二組制造方法中基礎材料逐層地通過填充靴施加并且切削顆粒在單獨的安置步驟中由安置單元安置到基礎材料中。通過單獨的安置步驟，切削顆粒在材料層中的濃密程度和分布能改變并且能適配于加工任務。用于由粉末狀或顆粒狀材料通過彼此相繼施加和壓實材料來制造預制坯的已知的裝置包括填充靴，該填充靴用所述材料填充并且構造成能借助于調節裝置調節；帶有至少一個構造腔的型模，填充靴用材料逐層地填充該構造腔；以及帶有下沖頭和上沖頭的壓機，該上沖頭和該下沖頭能借助于高度調節裝置進行調節并且壓實在所述構造腔中逐層施加的材料。為填充靴設置第一停止位置，填充靴在沖壓過程期間設置在該第一停止位置中。為了用材料填充構造腔，填充靴由該停止位置運動到一個終端位置，在該終端位置中打開填充靴并且將材料填充到構造腔中。在填充過程結束時關閉填充靴。這個位置稱作為用于填充靴的第二終端位置。填充靴在填充過程之后由第二終端位置經過第一終端位置返回到所述停止位置。在填充靴在第一與第二終端位置之間的前進運動中，以及在填充靴在第二與第一終端位置之前的返回運動中，在構造腔的邊緣上發生材料的單側壓實。材料的單側的壓實導致材料厚度的不均勻性。這種不均勻性會降低切削能力和切削段的使用壽命。為了減少在填充過程中單側壓實的問題，已知通過在填充過程期間的振動或擺動使得型模和/或填充靴處于振動中。振動或擺動導致材料在構造腔中的均勻的分布。但是問題是，切削顆粒同樣均勻地在材料層中分布并且不再處于在安置步驟中由安置單元預定的位置中。有選擇地，填充靴可以沿不同的運動方向運動經過型模或者說經過構造腔，以便減小單側壓實。在這種方案中的問題在于，通過運動增大了機器的復雜性并且需要附加的機器部件。
發明內容
本發明的目的在于，進一步發展用于由粉末狀或顆粒狀材料通過逐層地施加和壓實材料來制造預制坯的裝置和方法，使得在沒有附加的機器部件的情況下切削段具有均勻的材料厚度。此外用于構造預制坯的必需的時間降低。該目的在開頭所述的用于由粉末狀或顆粒狀材料制造預制坯的裝置中按本發明通過獨立權利要求I的特征解決并且在開頭所述的用于由粉末狀或顆粒狀材料制造預制坯的方法中按本發明通過獨立權利要求6的特征解決。有利的進一步方案在從屬權利要求中描述。
在開頭所述的裝置中按本發明設定，為填充靴設置第二停止位置，該第二停止位置不同于第一停止位置。通過為填充靴設置第二停止位置，在填充過程之后可以保持填充靴的運動方向。填充靴不必首先制動并且然后沿相反的運動方向加速。如果填充靴在填充過程之后后退到其停止位置，那么經過型模的路程必須附加地走過。此外施加材料的運動方向能在彼此相繼的材料層中反向，而不需要第二個填充靴。在一種優選的實施形式中填充靴在第一和/或第二停止位置中能與填充站連接，該填充站對填充靴填充材料。填充靴設置在停止位置中的輔助時間用于對填充靴填充材料。由于填充站，填充靴可以較小地構造，因為填充靴可以規律地用材料填充。如果沒有設置用于填充靴的填充站，那么填充靴必須用大量的材料填充或者通過輸送管與儲備容器連接。通過填充靴的運動會發生輸送管的中斷，使得材料輸送被干擾或者被中斷。尤其優選地，填充靴在第一停止位置中能與第一填充站連接并且在第二停止位置中能與第二填充站連接。通過第二填充站可以較好地使用填充靴設置在停止位置中的輔助時間。在優選的第一方案中，第一材料能在第一填充站上填充并且第二材料能在第二填充站上填充。通過在每個填充站上僅填充一種材料，填充系統結構更簡單地構成。每個填充站僅須通過一個輸送管與儲備容器連接。在優選的第二方案中，能在第一和第二填充站上填充第一和第二材料。必須在填充靴中存在的材料越少，填充靴就能越小地并且從而越緊湊地構成。在兩個填充站上能填充所有材料的情況下，填充靴包含用于施加一個材料層的材料就足夠了。優選地，填充靴的速度能通過調節裝置調節。填充靴運動的速度的可調節性可以用于，相對于填充過程的在第一與第二終端位置之間的恒定的進給速度，提高填充靴定位時的速度。在定位時較高的速度能降低在構造預制還時的輔助時間。在此，填充靴的調節裝置尤其優選構造為電動機。填充靴經過工作板的運動速度能通過控制裝置調節。為了降低在構造預制坯時的輔助時間，填充靴以比在填充過程中更高的速度由停止位置運動到終端位置或者由終端位置運動到停止位置。在填充過程中的進給速度尤其取決于材料的填充特性。在開頭所述的方法中按本發明設定，填充靴在施加材料之后由第二終端位置運動到第二停止位置，該第二停止位置不同于第一停止位置。通過填充靴在填充過程之后運動到第二停止位置中，降低填充靴的定位路程。如果填充靴在填充過程之后后退到其停止位置，那么經過型模的路程必須附加地走過。優選的是，在一個材料層中沿第一運動方向施加材料，并且在隨后的另一個材料層中沿第二運動方向施加材料，其中第一和第二運動方向彼此相反。通過進給運動，在填充過程中在材料層的端部區域中產生具有提高的材料厚度的壓實區域。通過在每個材料層之后運動方向反轉，誤差不是疊加而是互相抵消。優選填充靴在停止位置與終端位置之間運動的速度相對于填充靴在各終端位置之間的恒定的速度至少局部地提高。在定位填充靴時的較高的速度能降低在構造預制還時的輔助時間并且從而降低用于構造預制坯的必需的時間。下面借助于附圖解釋本發明的實施例。這些附圖應該不必符合比例地描述實施例，更確切地說用于解釋的附圖以示意的和/或稍微變形的形式畫出。鑒于補充由附圖直接可知的教導，參考相關的現有技術。在此要考慮，關于實施形式的形式和細節能進行各種 修改和改變，而不偏離本發明的總體構思。本發明的在說明書、附圖以及權利要求書中公開的特征對于本發明的進一步方案不僅可以單獨地并且可以任意組合地是重要的。此外由在說明書、附圖和/或權利要求書中公開的特征中的至少兩個特征構成的所有組合落入本發明的范圍中。本發明的總體構思不限制于隨后示出的并且說明的優選實施形式的準確的形式或者細節，也不限制于在權利要求書中要求保護的主題。在給出的測量范圍中，位于給出的邊界內的值也應該作為邊界值公開并且能任意地使用和要求保護。
下面為了簡化起見對于相同的或類似的部件或者具有相同的或類似的功能的部件采用相同的附圖標記。其中圖I顯示用于制造預制坯的按本發明的裝置，該預制坯由粉末狀或顆粒狀材料、通過用填充靴彼此相繼施加材料并且用壓機壓實材料來制造；圖2以側視圖的形式顯示圖I的壓機，包括下沖頭和上沖頭，各沖頭能調節高度地構成并且沿沖壓方向對壓；圖3以從上面看的視圖的形式顯示圖I的填充靴，其中填充靴能在第一停止位置與第二停止位置之間調節。
具體實施例方式圖I顯示用于由粉末狀或顆粒狀材料通過彼此相繼施加并且壓實材料來制造預制坯的按本發明的裝置I。該裝置I包括機框2、帶有型模4的水平設置的工作板3、填充靴5以及帶有下沖頭7和上沖頭8的壓機6。型模4可替換地設置在工作板3中并且包括用于第一預制坯的第一構造腔9A以及用于第二預制坯的第二構造腔9B。在型模4中構造腔9A、9B構造為通孔，下沖頭7和上沖頭8能嵌入到這些通孔中。構造腔9A、9B在預制坯構造期間以材料逐層地填充。構造腔9A、9B的幾何形狀相應于切削段的期望的幾何形狀，其中在燒結預制坯時要考慮收縮效果。在圖I中顯示的構造腔9A、9B相同地構成，使得制造相同的切削段。有選擇地，構造腔也可以不同地構成。
用于將材料施加到構造腔9A、9B中的填充靴5設置在工作板3上方。填充靴5固定在保持臂10上并且能借助于調節裝置11在工作板3的上側調節。調節裝置11構成為擺動裝置，該擺動裝置使得填充靴5繞擺動軸12擺動。有選擇地，調節裝置可以構成為直線驅動裝置或者組合式的驅動單元。預制坯由粉末狀或顆粒狀材料在多層中制成。在此，預制坯能由相同的材料或者不同的材料制成。例如切削段的腳部區域即與主體連接的切削段區域由能焊接的材料構成，以便能良好地焊接切削段和主體。切削段的其余部分由易磨損材料構成，切削顆粒嵌入到該易磨損材料中。填充靴5包括用于填充第一構造腔9A的第一填充容器13A和用于填充第二構造腔9B的第二填充容器13B。填充容器13A、13B分別具有兩個材料腔，即用于第一材料14的第一材料腔和用于第二材料15的第二材料腔。各材料腔的大小這樣選擇，使得各材料腔能 容納對于預定數量的材料層來說足夠的材料14、15。填充容器13A、13B在填充站16上用第一和第二材料14、15填充。填充站16通過用于第一材料14的第一輸送管17和用于第二材料15的第二輸送管18與儲備容器19 (圖2)連接。有選擇地，填充容器13A、13B能通過輸送管直接與儲備容器19連接。裝置I除了填充站16之外還具有另一個填充站20。在圖I顯示的實施形式中，填充站16、20相同地構成。填充站20通過輸送管與儲存第一和第二材料14、15的儲備容器連接。有選擇地，第一填充站16能使填充容器13A、13B的第一材料腔用第一材料14填充，并且第二填充站20能使填充容器13A、13B的第二材料腔用第二材料15填充。圖2以側視圖的形式顯示圖I的、帶有下沖頭7和上沖頭8的壓機6。下沖頭7設置在工作板3的下方并且與機框2連接。上沖頭8設置在工作板3的上方并且同樣與機框2連接。下沖頭7和上沖頭8沿沖壓方向21對壓，以便壓實預制坯。在壓實時，切削顆粒暫且固定在材料層中并且防止切削顆粒在材料層中移動。下沖頭7能通過高度調節裝置22沿沖壓方向21進行機動的調節并且在型模4的下側上嵌入到構造腔9A、9B中。上沖頭8能通過高度調節裝置23沿沖壓方向21進行機動的調節并且在型模4的上側上作用到預制坯上。在下沖頭7與上沖頭8之間的區域稱作為沖壓區24。為了構造預制坯，需要不同的加工單元，這些加工單元的運動在時間上和空間上必須協調。在第一方法部分中粉末狀或顆粒狀材料14、15通過填充靴5逐層地填充到構造腔9A、9B中，在第二方法部分中切削顆粒通過安置單元25安置到材料層中，并且在第三方法部分中通過壓機6實現預制坯的壓實。為了防止加工單元5、6、25相撞，不起作用的加工單元必須離開當時起作用的加工單元的加工區域。填充靴5在填充過程之后移動到位于沖壓區24之外的位置中。基于在壓實時上沖頭8必須施加的高的沖壓力，上沖頭8結實地構成并且沖壓區24相應大地構成。圖3以從上面看工作板3的視圖形式顯示填充靴5，其中沒有畫出壓機6的上沖頭8。填充靴5設置在位于沖壓區24之外的位置中，該位置稱作為第一停止位置31。在第一停止位置31中填充靴5與第一填充站16連接并且填充靴5的填充容器13A、13B能用第一和第二材料14、15填充。為了用材料14、15填充構造腔9A、9B，填充靴5由第一停止位置31運動到第一終端位置32中。在第一終端位置32中打開填充靴5的填充容器13A、13B并且開始填充過程。填充靴5運動經過構造腔9A、9B直至第二終端位置33，所述構造腔通過填充容器13A、13B用材料14、15填充。在第二終端位置33中關閉填充靴5的填充容器13A、13B并且結束填充過程。填充靴5由第二終端位置33運動到第二停止位置34中。第二停止位置34如第一停止位置31那樣位于沖壓區24之外。填充靴5的不同的位置31 34在控制裝置中被預先調節或者由傳感裝置探測。填充靴5在第一與第二停止位置31、34之間的運動分成定位運動和填充運動。在填充構造腔9A、9B之前和之后用于定位填充靴5所需的運動稱作為定位運動。在此，區分趨近運動與退出運動。在趨近運動中填充靴5由停止位置運動到開始填充過程的終端位置。在退出運動中填充靴5由結束填充過程的終端位置運動到停止位置中。通過逐層地施加并且壓實而構成預制坯根據下面的按本發明的用于由粉末狀或顆粒狀的材料制成預制坯的方法實現。該方法包括多個部分，它們反復地重復，直到預制坯達到期望的高度。
在第一部分中構成第一材料層。第一部分包括多個分步驟下沖頭7借助于高度調節裝置22以第一材料層的期望的層厚度下降。在材料層已經處于構造腔9a、9B中時，下沖頭和上沖頭7、8 —起以期望的層厚度下降并且緊接著上沖頭8往回運動到其初始位置中。填充靴5沿第一運動方向35通過趨近運動由第一停止位置31運動到第一終端位置32。緊接著填充靴5運動經過容納腔9A、9B直至第二終端位置33，所述容納腔在填充過程期間用材料14、15填充。在填充過程之后，填充靴5通過退出運動沿第一運動方向35由第二終端位置33運動到第二停止位置34。緊接著安置單元25將切削顆粒按期望的分布方式安置到第一材料層中。在切削顆粒不是混合到材料中而是零散地安置到材料層中時才實現安置步驟。在填滿第一材料層之后在第二部分中壓實材料。上沖頭8首先下降直至構造腔9A、9B的上邊緣。緊接著下沖頭7和上沖頭8沿沖壓方向21對壓，以便壓實第一材料層。在壓實之后，下沖頭7和上沖頭8—起通過行程運動以第二材料層的期望的層厚度下降。最后，上沖頭8后退到其初始位置。在第三部分中構成第二材料層。第三部分包括多個分步驟。填充靴5沿第二運動方向36通過趨近運動由第二停止位置34運動到第二終端位置33。緊接著填充靴5在第二終端位置33與第一終端位置32之間運動經過構造腔9A、9B，所述構造腔在填充過程期間用材料14、15填充。在填充過程之后，填充靴5通過退出運動沿第二運動方向36由第一終端位置32運動到第一停止位置31。緊接著，安置單元25將切削顆粒按期望的分布方式安置到第二材料層中。在第四部分中借助于可調節的下沖頭7和上沖頭8類似于壓實第一材料層地壓實第二材料層。填充靴5的填充運動和定位運動在構造第二材料層時沿第二運動方向36實現，該第二運動方向與在構造第一材料層時的第一運動方向35反向。通過填充靴5的進給運動在填充過程時在材料層的端部區域中產生具有提高的材料厚度的壓實區。通過運動方向35、36在每個材料層之后反轉，誤差不會疊加而是互相抵消。填充靴5的進給速度在填充運動中在兩個終端位置32、33之間是恒定的，以便建立均勻的材料施加。材料14、15的填充特性確定在填充運動中最大可能的進給速度。在填充運動期間的較高的進給速度中存在如下危險，即構造腔9A、9B沒有被均勻填充并且尤其沒有以必需的材料量填充。
填充靴5在停止位置31、34與終端位置32、33之間的趨近運動與退出運動中，該填充靴的最大可能的進給速度通過調節裝置11的功率確定。
權利要求
1.預制坯制造裝置(I)，用于由粉末狀的或顆粒狀的材料(14、15)通過彼此相繼地施加和壓實所述材料(14、15)制造預制坯，所述預制坯制造裝置包括填充靴(5)，該填充靴用材料(14、15)填充并且構造成能借助于調節裝置(11)調節，為填充靴(5)設置第一停止位置(31);帶有至少一個構造腔(9A、9B)的型模(4)，填充靴(5)用材料(14、15)逐層地填充所述構造腔；和帶有下沖頭(7)和上沖頭(8)的壓機￠)，該上沖頭和該下沖頭能借助于高度調節裝置(22、23)進行調節并且壓實在所述至少一個構造腔(9A、9B)中逐層施加的材料(14、15)，其特征在于為填充靴(5)設置第二停止位置(34)，該第二停止位置(34)不同于第一停止位置(31)。
2.按權利要求I所述的預制坯制造裝置，其特征在于填充靴(5)在第一和/或第二停止位置(31、34)中能與填充站(16、20)連接，所述填充站對填充靴(5)填充材料(14、15)。
3.按權利要求2所述的預制坯制造裝置，其特征在于填充靴(5)在第一停止位置(31)中能與第一填充站(16)連接，并且在第二停止位置(34)中能與第二填充站(20)連接。
4.按權利要求I至3任一項所述的預制坯制造裝置，其特征在于填充靴(5)的速度能通過調節裝置(11)調節。
5.按權利要求4所述的預制坯制造裝置，其特征在于用于填充靴(5)的調節裝置(11)構造為電動機。
6.用于由粉末狀的或顆粒狀的材料(14、15)制造預制坯的方法，包括如下方法步驟用材料(14、15)填充的填充靴(5)借助于調節裝置(11)由一個停止位置(31、34)運動到一個終端位置(32、33)，并且填充靴(5)由所述一個終端位置(32、33)運動到另一個終端位置(33、32)，所述填充靴(5)在各終端位置(32、33)之間運動經過至少一個構造腔(9A、.9B)，并且所述構造腔(9A、9B)逐層地用材料(14、15)填充，其特征在于在用材料(14、15)填充構造腔(9A、9B)之后，填充靴(5)由所述終端位置(33、32)運動到第二停止位置(34、.31)，該第二停止位置(34、31)不同于第一停止位置(31、34)。
7.按權利要求6所述的方法,其特征在于在一個材料層中沿第一運動方向(35、36)施加材料(14、15)并且在緊接著的另一個材料層中沿第二運動方向(36、35)施加材料(14、.15),第一和第二運動方向(35、36)彼此相反。
8.按權利要求6或7所述的方法，其特征在于填充靴(5)在停止位置(31、34)與終端位置(32、33)之間運動的速度相對于填充靴(5)在各終端位置(32、33)之間的速度至少局部提聞。
全文摘要
用于制造預制坯的裝置和方法，所述預制坯由粉末狀的或顆粒狀的材料通過逐層施加和壓實材料制造，所述裝置包括填充靴(5)，該填充靴用材料填充并且構造成能借助于調節裝置(11)調節，其中為填充靴設置第一停止位置(31)；帶有至少一個構造腔(9A、9B)的型模(4)，填充靴在第一和第二終端位置(32、33)之間用材料逐層地填充該構造腔；以及帶有下沖頭和上沖頭的壓機，該上沖頭和該下沖頭能借助于高度調節裝置進行調節并且壓實在所述至少一個構造腔中逐層施加的材料。填充靴在用材料填充構造腔之后由第二終端位置(33)運動到第二停止位置(34)，第二停止位置不同于第一停止位置。
文檔編號B30B11/04GK102744904SQ201210110549
公開日2012年10月24日 申請日期2012年4月16日 優先權日2011年4月20日
發明者A·佐勒, C·托爾德, M·格魯爾 申請人:喜利得股份公司