AT395688B

AT395688B - Verfahren zum herstellen eines formteiles durch sintern

Info

Publication number: AT395688B
Application number: AT0030591A
Authority: AT
Original assignee: Miba Sintermetall Ag
Priority date: 1991-02-13
Filing date: 1991-02-13
Publication date: 1993-02-25
Also published as: US5273710A; ATA30591A; DE4201695A1; FR2672528A1; JPH0570809A; FR2672528B1; ITMI920293A1; ITMI920293A0; IT1254441B

Description

AT 395 688 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines eine Aufnahmeöffnung für eine Welle aufweisenden Formteiles durch ein Sintern eines aus einem Sinteipulver gepreßten, eine Durchgangsöffhung bildenden Formlings mit flüssiger Phase.

Um das vergleichsweise geringe Gewicht und die gute Verschleißfestigkeit von Formteilen aus Sintermetall S beispielsweise bei Nockenwellen für die Ventilsteuerung von Brennkraftmaschinen ausnützen zu können, ist es bekannt (DE-OS 3500653),die Nocken oder andere WellenteilemiteinerAufnahmeöffnungfür die Welleauseinem Sinterpulver zu pressen und nach einem Vorsintem mit einem Preßsitz auf die stählerne Welle aufzuziehen, so daß beim anschließenden Fertigsintem eine metallurgische Verbindung zwischen Welle und Formteil entsteht. Nachteilig bei diesem Herstellungsverfahren ist allerdings, daß trotz des Preßsitzes die mit der Welle zu verbindenden 10 Formteile in ihrer gegenseitigen Winkellage während des Sintervorganges kaum genau positioniert werden können.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde zwar bereits vorgeschlagen (DE-OS 3 209 980), die vorgesinterten Formteile mit radialem Spiel auf die Grundwelle aufzuschieben und zur Positionierung der Formteile in der Grundwelle und in den Formteilen fluchtende Bohrungen vorzusehen, in die rohrförmige Halterungseinsätze eingepreßt werden, doch ergeben sich in diesem Fall Schwierigkeiten, die vorgesinterten Formteile nachträglich 15 genau zu bohren. Außerdem sind die geforderten Herstellungstoleranzen beim freien Schrumpfen der Formteile während des Sintems kaum einzuhalten.

Schließlich ist es bekannt (DE-OS 3 907 886), die Nocken einer Nockenwelle aus einem Außen- und einem Innenteil zusammenzusetzen, wobei zur Beschränkung vor allem des axialen Schwindens des Innenteiles dieser ein beim Sintern kleineres Schrumpfmaßalsder Außenteil aufweist,was außerdem eine gutemetallurgische Verbindung 20 zwischen den beiden Teilen sicherstellt. Da während des Sintems mit flüssiger Phase wiederum die Verbindung mit der Stahlwelle hergestellt werden soll, stellen sich zwangsläufig die bereits geschilderten Positionierungsschwierigkeiten ein.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art mit einfachen Mitteln so auszubauen, daß maßhaltige Formteile mit einer genauen Aufnahmeöffnung für eine Welle ohne 25 aufwendige Nachbearbeitung gefertigt werden können.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß in die Durchgangsöffhung des Formlings eine unter den Sinterbedingungen für den Formling formstabile Buchse aus einem schmelzmetallurgisch hergestellten Werkstoff mit einem Spiel eingesetzt wird, das kleiner als das bei einem Sintern mit flüssiger Phase auftretende, freie Schrumpfmaß des Formlings im Bereich der Durchgangsöffnung ist, bevor der Formling mit der eingesetzten Buchse 30 mit flüssiger Phase gesintert wird.

Durch das Vorsehen einer bei den Sinterbedingungen des Formlings formstabilen Buchse wird dem freien Schwinden des Formlings nach dem Spielausgleich ein entsprechender Widerstand entgegengesetzt, der eine hohe Formstabilität für den Formling sichert, wenn durch das auf das freie Schrumpfmaß des Formlings bezogene Spiel ausreichend groß gewählt wird, um nach dem Spielausgleich durch eine ungleichmäßige Restschrumpfung 35 verursachte Einsattelungen des Formlings im Bereich seiner Umfangsfläche zu vermeiden. Da die gegenseitige Drehlage des Formlings und der Buchse im allgemeinen keine Bedeutung für die Einhaltung einer genauen Winkellage des Formteiles gegenüber der Welle hat, bringt das Spiel zwischen Buchse und Formling keine Positionierungsschwierigkeiten mit sich. Die Positionierung des fertigen Formteiles auf der Welle erfolgt ja über die Aufnahmeöffnung der Buchse, die in der überwiegenden Zahl der Einsatzfälle aus Stahl bestehen wird und aufgrund 40 ihres schmelzmetallurgisch hergestellten Werkstoffes im Gegensatz zu einem Sinterwerkstoff ohne besonderen Aufwand genau bearbeitet werden kann. Außerdem können für die Verbindung des Formteiles und der Welle bewährte Fügetechniken einschließlich eines Schweißens angewendet werden, wobei sich bei übereinstimmend»: Werkstoffwahl für die Buchse und die Welle der zusätzliche Vorteil gleicher Wärmedehnungskoeffizienten ergibt. Schließlichistfestzuhalten,daßdieBuchseaus einem schmelzmetallurgischhergestelltenWerkstoffbeimZusammen-45 sintern des Formlings mit der Buchse keine flüssige Phase aufnimmt, so daß auch im Anschlußbereich der Formling keinen höheren Porenanteil aufweist.

Wird ein zum Aufriehen auf eine Welle bestimmter Formteil nicht zusammen mit der Welle gesintert, so muß er zur Vermeidung von radialen Formabweichungen auf einer Stirnfläche liegend gesintert werden, was nicht nur Nachteile hinsichtlich einer gleichmäßigen Wärmezu- und -abfuhr, sondern auch bezüglich der Formstabilität mit 50 sich hingt, weil z. B. zylindrische Formlinge während des Sintems eine konische Verformung erfahren. Da der Formling bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren mit der Buchse auf einem horizontalen keramischen Träger hängend gesintert werden kann, können diese Nachteile in einfacher Weise ausgeschlossen werden.

Durch das Spiel zwischen Buchse und Formling liegt der Formling nur lose auf der vom keramischen Träger unterstützten Buchse auf, so daß sich schwerkraftbedingt symmetrische Verhältnisse einstellen, die einer ungleich-55 mäßigen Verformung zufolge einer ungleichmäßigen Gewichtsverteilung bei symmetrisch geformten Formlingen entgegenstehen.

Wegen des Spieles zwischen dem gepreßten Formling und der eingesetzten Buchse ist für den Formling Imine -2-

AT 395 688 B besondere Festigkeit erforderlich, wenn nur die Handhabbarkeit gewährleistet ist Um in Sonderfällen Formlinge mit einer größeren Festigkeit zur Verfügung zu haben, können die Formlinge vorgesintert werden, wobei allerdings darauf zu achten ist, daß für das Sintern mit der eingesetzten Buchse noch eine ausreichende flüssige Phase zur Verfügung steht. S Die Buchse wird beim Sintern des Formlings keiner Schrumpfung unterworfen. Um das axiale Schrumpfmaß des

Formlings zu berücksichtigen, kann die Buchse mit ein» zumindest dem axialen Schrumpfmaß des Formlings entsprechend kürzeren Länge als der Formling hergestellt werden.

Das Spiel zwischen dem Formling und der Buchse soll einerseits groß genug sein, damit aufgrund des Schrumpfwiderstandes durch die Buchse keine ungleichmäßige Verformung des Formlings eintreten kann, und 10 anderseits zur Herstellung einer festen metallurgischen Verbindung zwischen Formling und Buchse ausreichen. Diesen Forderungen kann in der Praxis in den meisten Fällen vorteilhaft entsprochen werden, wenn das Spiel zwischen Formling und Buchse 60 bis 80 % des freien Schrumpfmaßes des Formlings im Bereich der Durchgangsöffnung beträgt.

Damit hinsichtlich des Toleranzbereiches für das Spiel zwischen Formling und Buchse den Herstellungsan-15 forderungen entsprechende Verhältnisse erzielt werden, darf das freie Schrumpfmaß des Formlings nicht zu gering ausfallen, was bereits im Hinblick auf eine wirtschaftliche Preßdichte zu beachten ist Wie sich in Versuchen herausgestellt hat, soll aus diesen Gründen das freie Schrumpfmaß des Formlings größer als 4 %, vorzugsweise 6 bis 8 %, betragen.

An Hand der Zeichnung wird das erfmdungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen nach der 20 Erfindung hergestellten Nocken in einer stimseitigen Ansicht, Fig. 2 diesen Nocken in einem Schnitt nach der Linie (Π-Π) der Fig. 1, Fig. 3 den für den Sintervorgang auf einen Träger aufgehängten Nocken in einer stimseitigen Ansicht und Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie (IV-IV) der Fig. 3.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte, einen Nocken für eineNockenwelleeinerBrennkraft-maschine bildende Formteil (1) setzt sich gemäß den Fig. 1 und 2 aus zwei Teilen zusammen, einer Buchse (2) aus 25 einem schmelzmetallurgisch hergestellten Werkstoff, vorzugsweise Stahl, und einem Sinterformkörper (3), der durch ein Sintern mit flüssiger Phase eine innige metallurgische Verbindung mit der Buchse (2) eingegangen ist Da die Buchse (2) mit einer Wanddicke ausgebildet wurde, die bei den Sinterbedingungen eine Formstabilität sicherstellt, kann die Aufnahmeöffnung (4) für eine Welle bereits mit einer erheblichen Genauigkeit vorgegeben sein, falls nicht eine nachträgliche Bearbeitung der Buchse (2) vorgezogen wird. Bei ein» solchen Nachbearbeitung 30 könnte die Buchse beispielsweise durch ein Bohren auch vollständig entfernt werden.

Zur Herstellung eines solchen Nockens wirdzunächstein den späteren Sinterformkörper Vergebender Formling (5) aus einem geeigneten Sinteipulver gepreßt, und zwar miteinerDurchgangsöffhung(6) zum Einsetzen der Buchse (2) . Diese Durchgangsöffnung (6) weist einen Durchmesser auf, der wenig» als das freie Schrumpfmaß des Formlings (5) größer als der Außendurchmesser der Buchse (2) ist, so daß während des Sint»ns mit flüssig»Phase 35 die Buchse zumindest im Endabschnitt des Sintervorganges nach dem Ausgleich des Spieles (7) zwischen Formling (6) und Buchse (2) einen Schrumpfwiderstand darstellt, der eine gute Maßhaltigkeit des gesint»ten Formkörpers (3) gewährleistet.

Wie den Fig. 3 und 4 entnommen werden kann, w»den der Formling (6) und die Buchse (2) vor dem Sintern auf einen keramischen Träger (8), beispielsweise ein Rohr, aufgefädelt, um hängend gesintert zu w»den. Diese 40 Sinterlage ergibt nicht nur die Möglichkeit, mehrere Formteile in einer vergleichsweise dichten Anordnung ohne Beeinträchtigung der Wärmezu- und -abfuhr gleichzeitig zu sintern, sondern stelltauch eine vorteilhafte Voraussetzung für eine formstabile Fertigung dar, weil der gleichmäßige Schrumpfvorgang des Formlings (6) während des Sintems nicht beeinträchtigt wird, wenn dafür gesorgt ist, daß das Spiel (7) zwischen Formling (6) und Buchse (2) zwischen 60 und 80 % des freien Schrumpfmaßes entspricht. Das freie Schrumpfmaß soll dabei 6 bis 8 % betragen. 45 Damit die Buchse (2) mit dem Sinterformteil (3) bündig abschließt oder gegenüber dem Sinterformteil zurückversetzt ist, muß die axiale Länge der Buchse zumindest um das axiale Schrumpfmaß des Sinterformkörpers (3) kleiner als die axiale Länge des gepreßten Formlings (5) gewählt werden, wie dies in den Fig. 3 und 4 angedeutet ist.

Um einen Nocken gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel herzustellen, wurde ein Formling aus einem 50 Sinterpulver mit einem Druck von 8 t/cm^ gepreßt wobei eine Preßdichte von 6,6 gjas? erreicht wurde. Das freie Schrumpfmaß betrug etwa 7 %. Die Buchse wurde aus einem Automatenstahl mit einer Wanddicke von 1,35 mm hergestellt, wobei zwischen dem Formling und der Buchse ein Spiel vorgesehen wurde, das 70 % des freien Schrumpfmaßes des Formlings entsprach. Die Sinterung erfolgte gemäß den Fig. 3 und 4 in hängender Lage bei einer SintertemDeratur von 1080 °C während einer Sinterzeit von 2 Stunden. Der Sinterformteil wies eine Dichte von 55 7,65 glas? auf. Die Umfangsfläche wich weniger als 0,05 mm von der Sollform ab. Wegen der Werkstoffwahl für die Buchse war eine Bohrbearbeitung der Buchse ohne Schwierigkeiten möglich. -3-

Claims

AT 395 688 B Bei einem anderen Fonnteil wurde bei sonst gleichen Bedingungen die Buchse aus St 35 gefertigt, um eine gute Anpassung des Wärmedehnungskoeffizienten der Buchse an den der Welle zu erreichen. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Herstellen eines eine Aufnahmeöffnung für eine Welle auf weisenden Formteiles durch ein Sintern eines aus einem S interpul ver gepreßten, eine Durchgangsöffnung bildenden Formlings mit flüssiger Phase, dadurch gekennzeichnet, daß in die Durchgangsöffnung des Formlings eine unter den Sinteibedingungen für den Formling formstabile Buchse aus einem schmelzmetallurgisch hergestellten Werkstoff mit einem Spiel eingesetzt wird, das kleiner als das bei einem Sintern mit flüssiger Phase auftretende, freie Schrumpfmaß des Formlings im Bereich der Durchgangsöffnung ist, bevor der Formling mit der eingesetzten Buchse mit flüssiger Phase gesintert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formling mit der Buchse auf einem horizontalen keramischen Träger hängend gesintert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formling vor dem Einsetzen der Buchse vorgesintert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse mit einer zumindest dem axialen Schrumpfmaß des Formlings entsprechend kürzeren Länge als der Formling hergestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiel zwischen Formling und Buchse 60 bis 80 % des freien Schnimpfmaßes des Formlings im Bereich der Durchgangsöffhung beträgt
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daßdasfreieSchrumpfmaßdesFormlings größer als 4%, vorzugsweise 6 bis 8%, beträgt Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-