AT517989B1 - Verfahren zum Oberflächenverdichten und Kalibrieren eines Sinterbauteils - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Oberflächenverdichten und Kalibrieren eines Sinterbauteils (2), nach dem der Sinterbauteil (2) entlang einer Achse (3) mehrere Matrizenabschnitte (7-11) eines Matrizenwerkzeugs (1) durchläuft, deren Innendurchmesser (17) in Pressrichtung kleiner wird und wobei die einzelnen Matrizenabschnitte (7-11) derart angeordnet sind, dass ein nachfolgender Matrizenabschnitt (8-11) der mehreren Matrizenabschnitte (7-11) jeweils unmittelbar an den entsprechenden, in Pressrichtung vorhergehenden Matrizenabschnitt (7-10) anschließt, und nach dem Oberflächenverdichten in einem an den letzten Matrizenabschnitt (11) mit kleiner werdendem Innendurchmesser (17) eine Entspannung des Sinterbauteils (2) in einem unmittelbar an den letzten Matrizenabschnitt (11) anschließenden Entlastungsabschnitt (21), der einen im Vergleich zu dem unmittelbar davor ausgebildeten letzten Matrizenabschnitt (11) der Matrizenabschnitt (7-11) mit kleiner werdendem Innendurchmesser (17) größeren Innendurchmesser (22) aufweist, durchgeführt wird. Der Sinterbauteil (2) wird in dem Entlastungsabschnitt (21) kalibriert, wozu die Innenkontur dieses Entlastungsabschnitts (21) der Sollkontur mit Sollmaß des Sinterbauteils (2) entspricht.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Oberflächenverdichten und Kalibrieren eines Sinterbauteils, nach dem der Sinterbauteil entlang einer Achse von einer ersten Matrizenöffnung in Richtung auf eine zweite, der ersten Matrizenöffnung entlang der Achse gegenüberliegenden Matrizenöffnung eines Matrizenwerkzeugs bewegt wird, wobei der Sinterbauteil während dieser Bewegung mehrere Matrizenabschnitte des Matrizenwerkzeugs durchläuft und dabei ein Oberflächenbereich des Sinterbauteils verdichtet wird, wozu in Pressrichtung ein Innendurchmesser der aufeinanderfolgenden Matrizenabschnitte kleiner wird und die einzelnen Matrizenabschnitte derart angeordnet sind, dass ein nachfolgender Matrizenabschnitt der mehreren Matrizenabschnitte jeweils unmittelbar an den entsprechenden, in Pressrichtung vorhergehenden Matrizenabschnitt anschließt, und dass nach dem Oberflächenverdichten in einem an den letzten Matrizenabschnitt mit kleiner werdendem Innendurchmesser eine zumindest annähernd vollständige Entspannung des Sinterbauteils in einem unmittelbar an den letzten Matrizenabschnitt anschließenden Entlastungsabschnitt, der einen im Vergleich zu dem unmittelbar davor ausgebildeten letzten Matrizenabschnitt der Matrizenabschnitt mit kleiner werdendem Innendurchmesser um zumindest 0,02% größeren und im Vergleich zum Innendurchmesser der ersten Matrizenöffnung (6) kleineren Innendurchmesser aufweist, durchgeführt wird.

[0002] Sinterbauteile, also Werkstücke aus gepresstem und gesintertem Metallpulver sind schon seit Längerem eine Alternative zu gegossenen oder aus den vollen bearbeiteten Werkstücken. Die durch das Herstellverfahren bedingte, jeweils mehr oder weniger stark ausgeprägte Porosität der Sinterbauteile wirkt sich jedoch negativ auf die mechanischen Eigenschaften eines Sinterbauteils aus, wodurch der Einsatz von pulvermetallurgisch hergestellten Bauteilen eingeschränkt wird.

[0003] Zur Verringerung der Oberflächenporosität sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Verfahren bekannt. Beispielsweise werden rotationssymmetrische Sinterbauteile häufig gewalzt.

[0004] Aus der JP 10 085 995 A ist ein Verfahren zum Verdichten eines Sinterbauteils unter Verwendung eines Matrizenwerkzeugs bekannt. Das Matrizenwerkstück weist mehrere Matrizenabschnitte auf, die unmittelbar aneinander anschließen, wobei in Pressrichtung des Sinterbauteils durch das Matrizenwerkzeug die Innendurchmesser der Matrizenabschnitte kleiner werden.

[0005] Ein dazu ähnliches Verfahren ist aus der RU 2 156 179 C2 bekannt.

[0006] Aus der EP 2 066 468 A2 ist ein Verfahren zur Oberflächenverdichtung eines Sinterbauteils bekannt, bei dem der Sinterbauteil in einem Matrizenwerkzeug entlang einer Achse in einer Pressrichtung durch mehrere Matrizenabschnitte von einem ersten Matrizenabschnitt an einer ersten Matrizenöffnung in einen letzten Matrizenabschnitt bewegt wird, wobei eine Wandfläche jedes Matrizenabschnittes zumindest eine Pressfläche bildet, gegen die eine von einer Außenfläche des Sinterbauteils gebildete Kontaktfläche gedrückt wird, und eine, in einem Querschnitt bezüglich der Achse liegende, von der Pressfläche definierte Innenkontur zumindest annähernd einer von der Kontaktfläche definierten Außenkontur entspricht. Bei der Bewegung des Sinterbauteils von der ersten Matrizenöffnung in den letzten Matrizenabschnitt erfolgt die Oberflächenverdichtung durch stetig ineinander übergehende Matrizenabschnitte und monoton abnehmende, zwischen zusammenwirkenden Pressflächen gemessene Innendurchmesser der Matrizenabschnitte.

[0007] Bei dem Verfahren nach der letztgenannten EP-A2 kann gegebenenfalls auch eine Kalibrierung des Sinterbauteils nach dem Oberflächenverdichten erfolgen. Dazu ist nach dem letzten Matrizenabschnitt ein daran anschließender Kalibrierabschnitt vorgesehen, der einen Kalibrierdurchmesser aufweist, der einem Solldurchmesser des Sinterbauteils an seiner Außenfläche entspricht. Der Kalibrierabschnitt kann dabei unmittelbar an den letzten Matrizenabschnitt, d.h. die zweite, untere Matrizenöffnung anschließen, oder aber auch mit einem Zwi- schenraum zwischen dem letzten Matrizenabschnitt und dem maßhaltigen Kalibrierabschnitt versehen sein, wodurch vor der Kalibrierung eine Zwischenentlastung des Sinterbauteils möglich ist. Es wird weiter beschrieben, dass der Kalibrierabschnitt eine an die zweite, gegenüberliegende Werkzeugoberfläche anliegende Kalibrierplatte umfasst. Die Kalibrierung des Sinterbauteils kann entweder unmittelbar nach dem letzten Oberflächenverdichten oder unter Zwischenschaltung eines Entlastungsabschnittes erfolgen. Der Entlastungsabschnitt schließt direkt an die zweite Matrizenöffnung an.

[0008] Die AT 507 913 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Verdichten eines Sinterbauteils, mit der der Sinterbauteil in mehreren Schritten von einer Ausgangskontur in eine Endkontur zumindest im Bereich seiner Oberfläche zumindest bereichsweise verdichtbar ist, mit einer ersten Matrize, die eine Anlagefläche für den Sinterbauteil bildet und einen ersten Matrizeninnendurchmesser aufweist, wobei die Matrize in axialer Richtung gegenüberliegend eine erste Eintrittsöffnung und eine erste Austrittsöffnung für den Sinterbauteil aufweist. Die Vorrichtung umfasst zumindest eine weitere Matrize, die einen zweiten Matrizeninnendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der erste Matrizeninnendurchmesser, wobei für die erste Matrize zumindest ein erster Pressstempel mit einem Außendurchmesser, der zumindest annähernd dem Matrizeninnendurchmesser, und für die zumindest eine weitere Matrize zumindest ein weiterer Pressstempel mit einem Außendurchmesser, der zumindest annähernd dem Matrizeninnendurchmesser entspricht, angeordnet sind.

[0009] Aufgabe der Erfindung ist es ein vereinfachtes Verfahren zur Oberflächenverdichtung eines Sinterbauteils bereitzustellen.

[0010] Die Aufgabe der Erfindung wird mit dem eingangs genannten Verfahren gelöst, bei dem, der Sinterbauteil in dem Entlastungsabschnitt kalibriert wird, wozu die Innenkontur dieses Entlastungsabschnitts der Sollkontur mit Sollmaß des Sinterbauteils entspricht.

[0011] Von Vorteil ist dabei, dass vor der Kalibrierung keine weitere Umformung des Sinterbauteils aus dem entlasteten Zustand erfolgt, wodurch die durch den Kneteffekt beim Oberflächenverdichten hervorgerufene Gratbildung am Sinterbauteil reduziert werden kann. Darüber hinaus wird damit auch das Matrizenwerkzeug mechanisch weniger belastet, da eine weitere Verdichtung des Sinterbauteils aus dem entlasteten Zustand höherer Umformkräfte erfordert, nachdem dieser in den vorausgegangenen Verdichtungsschritten oberflächlich bereits verdichtet wurde. Durch Zusammenlegung des Kalibrierabschnittes mit dem Entlastungsabschnitt kann zudem die Verfahrensdauer zur Oberflächenverdichtung und Kalibrierung des Sinterbauteils verkürzt werden.

[0012] Nach einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass ein Matrizenwerkzeug verwendet wird, in dem der Entlastungsabschnitt ausgebildet ist. Es wird also bevorzugt ein einteiliges Matrizenwerkzeug sowohl für die Oberflächenverdichtung als auch die Kalibrierung des Sinterbauteils eingesetzt. Einerseits kann damit die Rüstzeit der Verdichtungs- und Kalibrierpresse verkürzt werden, da eine fluchtende Ausrichtung des Matrizenwerkzeugs mit der Kalibrierplatte, wie dies im Stand der Technik notwendig ist, entfallen kann. Dadurch kann aber andererseits auch die Bauteilgenauigkeit erhöht werden. Durch die Einteiligkeit dieses Werkzeugs kann dieses aber auch höheren Belastungen ausgesetzt werden, bzw. sind Fehler im Übergang des Sinterbauteils vom Matrizenwerkzeug in die Kalibrierplatte, wie diese bei den Werkzeugen nach dem Stand der Technik auftreten können, vermeidbar.

[0013] Es ist weiter möglich, dass der der Sinterbauteil nach dem Kalibrieren gegen die Pressrichtung erneut durch den letzten der Matrizenabschnitte mit kleiner werdendem Innendurchmesser bewegt wird. Es kann damit die Genauigkeit des Sinterbauteils weiter erhöht werden.

[0014] Nach einer anderen Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Innenkontur des vorletzten Matrizenabschnitts der Abfolge der Matrizenabschnitt mit kleiner werdendem Innendurchmesser hinsichtlich der geometrischen Abmessungen in Richtung senkrecht auf die Pressrichtung der Innenkontur des Matrizenabschnitts mit der, das Sollmaß auf- weisenden Sollkontur entspricht. Diese Ausführungsvariante ist insbesondere von Vorteil, wenn der Sinterbauteil wieder über die erste Matrizenöffnung, über die er in die Matrize eingeführt wurde, entfernt wird. Es wird damit erreicht, dass der Sinterbauteil dreimal einen Kalibrierabschnitt während seiner Fertigung durchläuft. Der Sinterbauteil wird zuerst in dem genannten vorletzten Matrizenabschnitt auf das Sollmaß verdichtet. Im darauffolgenden letzten Matrizenabschnitt mit kleiner werdendem Innendurchmesser wird er dann noch einmal verdichtet, bevor er wieder in einen Kalibrierabschnitt gelangt, wobei er in diesem gleichzeitig auch entspannt wird. Nach der Bewegungsumkehr durchläuft der Sinterbauteil wieder den genannten letzten Matrizenabschnitt und wird im vorletzten Matrizenabschnitt noch einmal kalibriert. Es kann damit die Bauteilgenauigkeit verbessert werden.

[0015] Nach einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Sinterbauteil eine erste Kante und eine in Pressrichtung dieser gegenüberliegende zweite Kante aufweist, die an Übergängen zwischen einer an die Matrizenabschnitte anlegbaren Stirnfläche und axialen Endflächen des Sinterbauteils ausgebildet sind, und dass die erste und/oder die zweite Kante vor dem Einführen in das Matrizenwerkzeug facettiert wird/werden. Einerseits kann damit das Einführen des Sinterbauteils in das Matrizenwerkzeug verbessert werden, da es durch die Facettierung zu einer geringen Abscherung an den Kanten des Sinterbauteils kommt. Es kann damit die Bruchgefahr während des Einführens des Sinterbauteils in das Matrizenwerkzeug reduziert werden. Darüber hinaus konnte auch beobachtet werden, dass bei (annähernd) zylindrischen Bauteilen, wie beispielsweise Zahnrädern, eine Verbesserung der „Zylindergeometrie“ erreicht werden kann, die Sinterbauteile also ebenfalls eine höhere Bauteilgenauigkeit aufweisen. Mit dieser Ausführungsvariante kann aber auch einer Gratbildung im Bereich der Kanten entgegengetreten werden. Dies wiederum verringert den Herstellungsaufwand des Sinterbauteils, da die nachträgliche Gratentfernung einfacher ist bzw. entfallen kann. Derartige Grate an Sinterbauteilen können zu Zerstörungen an, an den Sinterbauteilen anliegenden weiteren (Sinter)Bauteilen führen, insbesondere wenn die Sinterbauteile für drehende Bewegungen vorgesehen sind. Neben diesen Effekten kann mit dieser Ausführungsvariante durch Reduktion des Kantentragens auch der Traganteil des Sinterbauteils erhöht werden.

[0016] Zur weiteren Verbesserung dieser Effekte kann nach einer Ausführungsvariante dazu vorgesehen sein, dass die erste Kante, die während des Oberflächenverdichtens und Kalibrierens des Sinterbauteils oberhalb der zweiten Kante angeordnet wird, stärker facettiert wird, als die zweite Kante. Es kann damit erreicht werden, dass im in Pressrichtung oberen Bereich des Sinterbauteils mehr Freiraum für die Materialverdrängung aus in Pressrichtung darunter liegenden Bereichen des Sinterbauteils zur Verfügung gestellt wird.

[0017] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0018] Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung: [0019] Fig. 1 einen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einem Matrizenwerkzeug mit einem Sinterbauteil kurz vor der Einführstellung; [0020] Fig. 2 den Schnitt durch den Ausschnitt aus dem Matrizenwerkzeug nach Fig. 1 mit dem Sinterbauteil in der Kalibrierstellung; [0021] Fig. 3 einen Schnitt durch ein Werkzeug zur Facettierung des Sinterbauteils; [0022] Fig. 4 einen schematischen Zustandvergleich des Sinterbauteils nach dem Sintern, nach dem Facettieren und nach dem Oberflächenverdichten und Kalibrieren.

[0023] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Weiter sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

[0024] Es sei an dieser Stelle ausgeführt, dass unter Kalibrieren eines gesinterten Bauteils dessen Bearbeitung zur zumindest annähernden Herstellung der Sollmaße des Bauteils in einem Werkzeug durch pressende Beanspruchung verstanden wird. Mit „zumindest annähernden“ ist dabei gemeint, dass Abweichungen vom Sollmaß im Rahmen der üblichen Toleranzen zulässig sind.

[0025] Unter dem Begriff Sollmaß wird im Sinne der Erfindung ein Endmaß verstanden, das der fertige Sinterbauteil 2 haben soll, gegebenenfalls abzüglich der Vergrößerung des Sinterbauteils 2 nach der Entspannung (d.h. dem Ausstoßen aus der Kalibriermatrize, wie diese nachstehende noch erläutert wird), die durch das Springbackverhalten des Sinterwerkstoffes aufgrund des elastischen Rückfederung definiert ist. Der Anteil des Springbackverhaltens kann empirisch bestimmt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt, ergibt das Sollmaß plus die gegebenenfalls auftretende Vergrößerung aufgrund der elastischen Rückfederung das Endmaß.

[0026] In den Fig. 1 und 2 ist ein Ausschnitt aus einem Matrizenwerkzeug 1 zum Oberflächenverdichten und Kalibrieren eines Sinterbauteils 2 im Längsschnitt gezeigt.

[0027] Der Sinterbauteil 2 besteht aus gepresstem und anschließend gesintertem Pulvermetall, wobei die Verfahren und Materialien zur Herstellung eines derartigen Sinterrohlings aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt sind und deshalb nicht näher erläutert werden.

[0028] Zum Oberflächenverdichten und Kalibrieren wird der Sinterbauteil 2 entlang einer Achse 3 durch das Matrizenwerkzeug 1 bewegt.

[0029] Das Matrizenwerkzeug 1 umfasst einen Werkzeuggrundkörper 4, der an einer Werkzeugoberfläche 5 eine erste (obere) Matrizenöffnung 6 aufweist, von der entlang der Achse 3 mehrere Matrizenabschnitte 7 bis 11 in das Innere des Werkzeuggrundkörpers 4 führen. Dabei schließt an die erste Matrizenöffnung 6 der erster Matrizenabschnitt 7 an, der letzte Matrizenabschnitt 11 ist hingegen zu einer der ersten Werkzeugoberfläche 5 entlang der Achse gegenüber liegenden zweiten Werkzeugoberfläche 12 und einer darin ausgebildeten zweiten Matrizenöffnung 13 näher gelegen.

[0030] Der Sinterbauteil 2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel scheibenförmig ausgeführt und hat an einer radialen Außenfläche 14, d.h. der Stirnfläche, einen Durchmesser 15, der vor der Oberflächenverdichtung einem Rohdurchmesser entspricht und nach der Oberflächenverdichtung einem dazu kleinerem Enddurchmesser entspricht.

[0031] Generell werden vorzugsweise rotationssymmetrische und/oder zumindest annähernd zylindrische Sinterbauteile 2, wie insbesondere Zahnräder, etc., mit dem Matrizenwerkzeug 1 oberflächenverdichtet und kalibriert. Es können aber auch andere Sinterbauteile 2 mit dem Matrizenwerkzeug 1 entsprechend bearbeitet werden.

[0032] Die Oberflächenverdichtung des Sinterbauteils 2 erfolgt, indem dieser durch die erste Matrizenöffnung 6 in den ersten Matrizenabschnitt 7 eingeführt wird und nachfolgend in alle weiteren Matrizenabschnitte 8 bis 11 bewegt wird, wobei in jedem Matrizenabschnitt 7 bis 11 die Außenfläche 14 des Sinterbauteils 2 zumindest auf Abschnitten der Außenfläche 14 gegen Wandflächen 16 der Matrizenabschnitte 7 bis 11 gepresst wird. Dabei treten eine oder mehrere Kontaktflächen an der Außenfläche 14 des Sinterbauteils 2 in Druckkontakt mit einer oder mehreren Pressflächen an den Wandflächen 16 der Matrizenabschnitte 7 bis 11. Die Kontaktfläche kann durch einen Teil der oder die gesamte Außenfläche 14 des Sinterbauteils 2 gebildet sein. Die Pressfläche kann durch einen Teilabschnitt der Wandfläche 16 oder aber auch durch die gesamte Wandfläche 16 gebildet sein, wobei sich der Teilabschnitt auf die axiale Erstreckung und/oder auch auf die Erstreckung in Umfangsrichtung beziehen kann.

[0033] Erreicht wird die Presswirkung dadurch, dass ein Innendurchmesser 17 der Matrizenabschnitte 7 bis 11, der durch die lichte Weite zwischen gegenüberliegenden bzw. zusammenwirkenden Abschnitten der Pressfläche eines Matrizenabschnitts 7 bis 11 definiert ist, jeweils kleiner ist als der Durchmesser 15 des Sinterbauteils 2 bevor er in den jeweiligen Matrizenab- schnitt 7 bis 11 eingeführt wird. Generell weisen die Matrizenabschnitte 7 bis 11 bevorzugt eine Innenkontur auf, die der Außenkontur des Sinterbauteils 2 entspricht, wobei jedoch jeder Matrizenabschnitt 7 bis 11 einen Umfang aufweist, der kleiner ist als der Umfang des Sinterbauteils 2 bevor er in den jeweiligen Matrizenabschnitt 7 bis 11 eingeführt wird.

[0034] Die entlang der Achse 3 aufeinander folgenden Matrizenabschnitte 7 bis 11 gehen unmittelbar (stetig), d.h. ohne Zwischenabschnitte, ineinander über und weisen vom ersten Matrizenabschnitt 7 bis zum letzten Matrizenabschnitt 11 (monoton) abnehmende Innendurchmesser 17 auf, d.h. dass aufeinander folgende Matrizenabschnitt 7 bis 11 gleich groß sein können oder insbesondere kleiner werden, jedoch nicht größer werden. Dadurch nimmt die Presswirkung auf die Kontaktfläche des Sinterbauteils 2 vom ersten Matrizenabschnitt 7 bis zum letzten Matrizenabschnitt 11 zu, wodurch eine Pressrichtung entlang der Achse 3 definiert ist, die vom ersten Matrizenabschnitt 7 zum letzten Matrizenabschnitt 11 weist. Die Bewegung des Sinterbauteils 2 im Matrizenwerkzeug 1 erfolgt dabei bevorzugt geradlinig in dieser Pressrichtung von der ersten Matrizenöffnung 6 bis zum letzten Matrizenabschnitt 11, anschließend daran erfolgt die Entformung des Sinterbauteils 2 aus dem Matrizenwerkzeug 1 bevorzugt nach Bewegungsrichtungsumkehr entgegen der Pressrichtung durch die erste Matrizenöffnung 6.

[0035] Der geradlinigen Bewegung in Richtung der Achse 3 kann auch eine Drehbewegung überlagert sein, wodurch der Sinterbauteil 2 im Matrizenwerkzeug 1 eine Schraubbewegung ausführt.

[0036] Durch die Presspassung, die zwischen den genannten Kontaktflächen und den genannten Pressflächen wirksam ist, entstehen Druckspannungen, die im Wesentlichen senkrecht auf die Kontaktflächen orientiert sind, Diese auf die Kontaktflächen einwirkenden Spannungen im Sinterbauteil 2 bewirken sowohl eine elastische als auch eine plastische Verformung des Sinterbauteils 2, wobei der plastische Anteil die bleibende Oberflächenverdichtung verursacht. Bei dieser Oberflächenverdichtung werden die durch das Pressen und anschließende Sintern an so genannten Brücken miteinander verbundenen Pulvermetallteilchen stark gegeneinandergedrückt und plastisch verformt. Die zwischen den Pulvermetallteilchen nach dem Sintern vorhandenen porenartigen Hohlräume werden dadurch in ihrem Volumen reduziert und die Materialdichte in diesem Bereich erhöht.

[0037] Die Wirkung der Oberflächenverdichtung ist direkt an der Kontaktfläche am größten und nimmt in Richtung zum Inneren des Sinterbauteils 2 ab. Mit Hilfe des Verfahrens können typischerweise Randschichten von Sinterbauteilen 2 mit einer Dicke von wenigen hundertstel Millimeter bis zu mehreren zehntel Millimetern und darüber verdichtet werden.

[0038] Die für die Verfahrensdurchführung erforderliche Relativbewegung zwischen dem Sinterbauteil 2 und dem Matrizenwerkzeug 1 kann durch Bewegung des Sinterbauteils 2 und/oder durch Bewegung des Matrizenwerkzeugs 1 erfolgen, wobei der Sinterbauteil 2 und das Matrizenwerkzeug 1 dazu jeweils mit einem geeigneten Antrieb oder einem feststehenden Gestell verbunden sind. Während des Oberflächenverdichtens und das nachfolgenden Kalibrierens ist der Sinterbauteil 2 zwischen einem Oberstempel 18 und einem Unterstempel 19 eingespannt. Für die Abwärtsbewegung drückt der Oberstempel 18 von oben auf den Sinterbauteil 2, der Unterstempel 19 kann dabei nach unten gezogen werden oder er wird vom Oberstempel 18 ebenfalls nach unten gedrückt. Für das bevorzugte Ausstoßen des Sinterbauteils 2 über die erste Matrizenöffnung 6 wird der Unterstempel 19 nach oben gedrückt und kann gegebenenfalls der Oberstempel 18 nach oben gezogen werden. Für diese Bewegungen des Oberstempels 18 und des Unterstempels 19 sind entsprechende, nicht näher dargestellte, Antriebe vorgesehen.

[0039] Der Übergang von einem Matrizenabschnitt 7 bis 10 zum daran anschließenden Matrizenabschnitt 8 bis 11 kann als Fase 20 ausgeführt sein, oder mit einer Rundung versehen sein, wobei in Pressrichtung an eine konkave Rundung eine konvexe Rundung anschließen kann. Dadurch kann ein sanfter Übergang des Sinterbauteils 2 von einem Matrizenabschnitt 7 bis 10 zum nachfolgenden Matrizenabschnitt 8 bis 11 erfolgen, ohne dass durch eine schafkantige Stufe ein unbeabsichtigter Materialabtrag am Sinterbauteil 2 erfolgt oder, dass die Kanten an den Übergängen des Matrizenwerkzeugs 1 ausbrechen. Wie aus Fig. 1 bzw. 2 ersichtlich, kann eine derartige Fase auch an der ersten Matrizenöffnung 6 ausgebildet sein. Die Fasen 20 bzw. die jeweiligen Rundungen sind Teil des jeweiligen Matrizenabschnittes 7 bis 11, bilden also keine Zwischenabschnitte.

[0040] Obwohl in der in den Fig. 1 und 2 konkret dargestellten Ausführungsvariante des Matrizenwerkzeugs 1 fünf Matrizenabschnitte 7 bis 11 dargestellt sind, kann das Matrizenwerkzeug 1 generell zwischen drei und acht oder mehr als acht derartige Matrizenabschnitte aufweisen.

[0041] Diese Ausführung des Matrizenwerkzeugs 1 ist prinzipiell aus der voranstehend genannten EP 2 066 468 A2 bekannt.

[0042] Der in Fig. 1 gezeigt letzte Matrizenabschnitt 11 ist jener Matrizenabschnitt des Matrizenwerkzeugs 1, der den kleinsten Innendurchmesser 17 bzw. die kleinste lichte Weite aufweist. Unmittelbar anschließend an diesen letzten Matrizenabschnitt 11 mit dem kleinsten Innendurchmesser 17 ist in dem Matrizenwerkzeug 1 ein Entlastungsabschnitt 21 vorgesehen bzw. ausgebildet. Dieser Entlastungsabschnitt 21 weist einen im Vergleich zu dem unmittelbar davor ausgebildeten letzten Matrizenabschnitt 11 mit kleiner werdendem Innendurchmesser 17 größeren Innendurchmesser 22 auf. Dadurch kann sich der Sinterbauteil 2 in diesem Entlastungsabschnitt 21 entspannen. Gleichzeitig mit dieser Entspannung erfolgt in dem Entlastungsabschnitt 21 auch die Kalibrierung des Sinterbauteils 2. Dazu weist der Entlastungsabschnitt 21 eine Innenkontur auf, die der Sollkontur mit Sollmaß des Sinterbauteils 2 entspricht. Die Innenkontur des Entlastungsabschnitts 21 ist also sowohl hinsichtlich der Geometrie als auch der geometrischen Abmessungen (im Querschnitt betrachtet) gleich der Außenkontur des fertigen Sinterbauteils 2. Diese Kalibierstellung des Sinterbauteils 2 ist in Fig. 2 gezeigt.

[0043] Anschließend an den Entlastungsabschnitt 21 weist das Matrizenwerkzeug 1 noch einen weiteren Abschnitt 23 auf. Dieser Abschnitt 23 weist einen Innendurchmesser 17 bzw. eine lichte Weite auf, der dem Innendurchmesser 17 bzw. der lichten Weite des letzten Matrizenabschnittes 11 mit dem kleinesten Innendurchmesser 17 entspricht. Der Abschnitt 23 dient der Führung des Unterstempels 19 im Matrizenwerkzeug 1.

[0044] Der Innendurchmesser 22 bzw. die lichte Weite des Entlastungsabschnittes 21 entspricht dem äußeren Durchmesser 15 (Fig. 1) bzw. der lichten Weite des fertigen Sinterbauteils 2. Dieser Innendurchmesser 22 bzw. diese lichte Weite des Entlastungsabschnittes 21 ist um zumindest 0,02 %, insbesondere zwischen 0,02% und 0,1 %, größer als der Innendurchmesser 17 bzw. die lichte Weite des letzten Matrizenabschnittes 11 mit dem kleinesten Innendurchmesser 17. Der Innendurchmesser 22 bzw. die lichte Weite des Entlastungsabschnittes 21 ist jedoch nicht größer als der Innendurchmesser bzw. die lichte Weite der ersten Matrizenöffnung 6. Es soll damit die zumindest annähernd vollständige Entspannung des Sinterbauteils 2 ermöglicht werden.

[0045] Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, ist das verwendete Matrizenwerkzeug 1 bevorzugt einteilig ausgebildet, sodass dieses auch den Entlastungsabschnitt 21 mitumfasst. Es ist aber auch möglich, dass zumindest der Entlastungsabschnitt durch ein eigenes, gesondertes, insbesondere plattenförmiges Werkzeug gebildet ist, das zur Durchführung des Verfahrens zum Oberflächenverdichten und Kalibrieren des Sinterbauteils 2 unmittelbar anschließend an das Matrizenwerkzeug 1 angeordnet wird.

[0046] Nach einer Ausführungsvariante des Verfahrens zum Oberflächenverdichten und Kalibrieren des Sinterbauteils 2 kann vorgesehen sein, dass die Innenkontur des vorletzten Matrizenabschnitts 10 der Abfolge der Matrizenabschnitt 7 bis 11 mit kleiner werdendem Innendurchmesser 17 hinsichtlich der geometrischen Abmessungen in Richtung senkrecht auf die Pressrichtung der Innenkontur des Entlastungsabschnittes 21 mit der, das Sollmaß aufweisenden Sollkontur entspricht. Mit anderen Worten ausgedrückt kann also dieser vorletzte Matrizenabschnitt 10 im Querschnitt betrachtet zum Querschnitt des Entlastungsabschnittes 21 und damit zum Kalibrierquerschnitt sowohl hinsichtlich der Geometrie als auch der geometrischen Abmessungen im Querschnitt ident ausgebildet sein.

[0047] Nach einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Sinterbauteil 2 eine erste Kante 24 und eine in Pressrichtung dieser gegenüberliegende zweite Kante 25 aufweist (wie dies an sich üblich ist), die an Übergängen zwischen einer an die Matrizenabschnitte anlegbaren Stirnfläche 26 und axialen Endflächen 27, 28 des Sinterbauteils ausgebildet sind, und dass die erste und/oder die zweite Kante vor dem Einführen in das Matrizenwerkzeug facettiert wird/werden. In Fig. 3 ist dazu ein Presswerkzeug 29 im Längsschnitt dargestellt, mit dem eine derartige Facettierung durch Drücken hergestellt werden kann.

[0048] Das Presswerkzeug umfasst eine ersten untern Pressenteil 30 und eine zweiten oberen Pressenteil 31. Der erste und der zweite Pressenteil 30, 31 weisen an den entsprechenden Stellen, an denen die Kanten 24 bzw. 25 des Sinterbauteils 2 zur Anlage geraten, die entsprechenden negativen Facetten auf. Der Sinterbauteil 2 wird nach dem Sintern zwischen dem ersten und dem zweiten Pressenteil 30, 31 eingespannt. Durch das Zusammendrücken dieser beiden Pressenteile 30, 31 um einen vorbestimmbaren Hub wird dem Sinterteil 2 die Facettierung durch Materialverdrängung verliehen.

[0049] Fig. 4 zeigt dazu ein schematisches Zustandsdiagramm des Sinterbauteils 2. Eine Linie 32 zeigt dabei den Kantenzustand nach dem Sintern, die Linie 33 den Kantenzustand nach der Bearbeitung in dem Presswerkzeug 29 und die Linie 34 den Kantenzustand nach dem Oberflächenverdichten und Kalibrieren des Sinterbauteils 2 in dem Matrizenwerkzeug 1 (Fig. 1).

[0050] Die Facettierung der Kanten 24, 25 des Sinterbauteils 2 wird insbesondere als Rundung ausgeführt, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich, ist. Ein größter Rundungsradius - die Facetten können eine in deren Verlauf variierenden Rundungsradius aufweisen, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist - kann dabei ausgewählt sei aus einem Bereich von 0,1 mm bis 5 mm.

[0051] Prinzipiell können die erste, obere Kante 24 und die zweite untere Kante 25 des Sinterbauteils 2 mit gleichen Facetten versehen werden. Gemäß einer Ausführungsvariante ist aber bevorzugt vorgesehen, dass die erste Kante 24, die während des Oberflächenverdichtens und Kalibrierens des Sinterbauteils 2 oberhalb der zweiten Kante 25 angeordnet wird, stärker facettiert wird (also mit einer flächenbezogenen größeren Facette ausgebildet wird), als die zweite Kante 25.

[0052] Das Verfahren zur Oberflächenverdichtung und Kalibrierung des Sinterbauteils 2 kann auch zur Oberflächenverdichtung und Kalibrierung von Durchbrüchen, wie z.B. Bohrungen, in Sinterbauteilen 2 angewandt werden. Anstelle des Matrizenwerkzeuges 1 wird dazu ein Stempel verwendet, der wie das Matrizenwerkzeug 1 auch Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern und den entsprechenden Kalibrierabschnitt in der Entspannungsstufe aufweist, wobei in diesem Fall allerdings der Durchmesser der unmittelbar ineinander übergehenden Abschnitte (monoton) zunimmt. Sämtliche weiteren Ausführungen zum Matrizenwerkzeug 1 treffen sinngemäß auch auf den Stempel zu, wobei die Angaben „innen“ und „außen“ entsprechend zu ändern sind.

[0053] Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Matrizenwerkzeugs 1 bzw. des Presswerkzeugs 29.

[0054] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Matrizenwerkzeugs 1 bzw. des Presswerkzeugs 29 teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Matrizenwerkzeug 2 Sinterbauteil 3 Achse 4 Werkzeuggrundkörper 5 Werkzeugoberfläche 6 Matrizenöffnung 7 Matrizenabschnitt 8 Matrizenabschnitt 9 Matrizenabschnitt 10 Matrizenabschnitt 11 Matrizenabschnitt 12 Werkzeugoberfläche 13 Matrizenöffnung 14 Außenfläche 15 Durchmesser 16 Wandflächen 17 Innendurchmesser 18 Oberstempel 19 Unterstempel 20 Fase 21 Entlastungsabschnitt 22 Innendurchmesser 23 Abschnitt 24 Kante 25 Kante 26 Stirnfläche 27 Endfläche 28 Endfläche 29 Presswerkzeug 30 Pressenteil 31 Pressenteil 32 Linie 33 Linie 34 Linie

Claims (6)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Oberflächenverdichten und Kalibrieren eines Sinterbauteils (2), nach dem der Sinterbauteil (2) entlang einer Achse (3) von einer ersten Matrizenöffnung (6) in Richtung auf eine zweite, der ersten Matrizenöffnung (6) entlang der Achse (3) gegenüberliegenden Matrizenöffnung (13) eines Matrizenwerkzeugs (1) bewegt wird, wobei der Sinterbauteil (2) während dieser Bewegung mehrere Matrizenabschnitte (7-11) des Matrizenwerkzeugs (1) durchläuft und dabei ein Oberflächenbereich des Sinterbauteils (2) verdichtet wird, wozu in Pressrichtung ein Innendurchmesser (17) der aufeinanderfolgenden Matrizenabschnitte (7-11) kleiner wird und die einzelnen Matrizenabschnitte (7-11) derart angeordnet sind, dass ein nachfolgender Matrizenabschnitt (8-11) der mehreren Matrizenabschnitte (7-11) jeweils unmittelbar an den entsprechenden, in Pressrichtung vorhergehenden Matrizenabschnitt (7-10) anschließt, und dass nach dem Oberflächenverdichten in einem an den letzten Matrizenabschnitt (11) mit kleiner werdendem Innendurchmesser (17) eine zumindest annähernd vollständige Entspannung des Sinterbauteils (2) in einem unmittelbar an den letzten Matrizenabschnitt (11) anschließenden Entlastungsabschnitt (21), der einen im Vergleich zu dem unmittelbar davor ausgebildeten letzten Matrizenabschnitt (11) der Matrizenabschnitt (7-11) mit kleiner werdendem Innendurchmesser (17) um zumindest 0,02% größeren und im Vergleich zum Innendurchmesser der ersten Matrizenöffnung (6) kleineren Innendurchmesser (22) aufweist, durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterbauteil (2) in dem Entlastungsabschnitt (21) kalibriert wird, wozu die Innenkontur dieses Entlastungsabschnitts (21) der Sollkontur mit Sollmaß des Sinterbauteils (2) entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Matrizenwerkzeug (1) verwendet wird, in dem der Entlastungsabschnitt (21) ausgebildet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterbauteil (2) nach dem Kalibrieren gegen die Pressrichtung erneut durch den letzten der Matrizenabschnitte (7-11) mit kleiner werdendem Innendurchmesser (17) bewegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkontur des vorletzten Matrizenabschnitts (10) der Abfolge von Matrizenabschnitten (7-11) mit kleiner werdendem Innendurchmesser (17) hinsichtlich der geometrischen Abmessungen in Richtung senkrecht auf die Pressrichtung der Innenkontur des Entlastungsabschnitts (21) mit der, das Sollmaß aufweisenden Sollkontur entspricht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterbauteil (2) eine erste Kante (24) und eine in Pressrichtung dieser gegenüberliegende zweite Kante (25) aufweist, die an Übergängen zwischen einer an die Matrizenabschnitte (7-11) anlegbaren Stirnfläche (26) und axialen Endflächen (27, 28) des Sinterbauteils (2) ausgebildet sind, und dass die erste und/oder die zweite Kante (24, 25) vor dem Einführen in das Matrizenwerkzeug (1) facettiert wird/werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kante (24), die während des Oberflächenverdichtens und Kalibrierens des Sinterbauteils (2) oberhalb der zweiten Kante (25) angeordnet wird, stärker facettiert wird, als die zweite Kante (25). Hierzu 4 Blatt Zeichnungen