Verfahren zur Herstellung von Maschinenteilen-mit verschleissfesten Arbeitsflächen, insbesondere von Zahnrädern und dergleichen aus Pulvermetall. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Herstellung von Maschinenteilen mit verschleissfesten Arbeitsflüchen, insbeson dere von Zahnrädern und dergleichen, aus Pulvermetall und auf einen nach diesem Ver fahren hergestellten Maschinenteil.
Um den hohen an den Arbeitsflächen solcher Teile auftretenden Beanspruchungen auch nur an nähernd entsprechen zu könnon, müssen bei dem derzeitigen Stande der Pulvermetallurgie verhältnismässig teure Ausgangsstoffe sowie besondere, die Herstellung weiter verteuernde Arbeitsverfahren und -vorrichtungen benutzt werden, welche in diesem Falle einen Wett bewerb der 'Pulvermetallurgie mit den her kömmlichen Herstellungsverfahren, beispiels weise durch Giessen oder Vorschmieden und anschliessende spanabhebende Bearbeitung, in wirtschaftlicher Hinsicht unmöglich machen.
Durch die Erfindung wird demgegenüber die Möglichkeit geschaffen, den Formkörper an sich aus einem billigen Eisenpulver bzw. ans einem ebensolchen Stahlpulver mit niedri gem Kohlenstoffgehalt in verhältnismässig einfachen Pressformen unter Verwendung von wirtschaftlich tragbaren Pressdrücken, Sinter- temperaturen und Sinterzeiten herzustellen und trotzdem den Arbeitsflächen des Form körpers eine hohe Dichte und Festigkeit, ins besondere gegen Verschleiss, zu verleihen.
Die Erfindiu@g besteht darin, dass die Ar beitsflächen des Maschinenteils während oder nach dem Pressen des Formkörpers aus Pul vermetall mit einem Überzug aus einem Werk stoff versehen werden, welcher eine höhere Festigkeit gegen Verschleiss besitzt als das Pulvermetall des Formkörpers. Das Aufbrin gen des festeren Überzuges auf die Arbeits flächen kann, durch Aufsintern, Aufspritzen, Aufschweissen, auf galvanischem Wege und auf jede andere bekannte Weise erfolgen. Als sehr zweckmässig erweist sich z: B. das galvanische Verchromen, insbesondere das Hartverchromen der Arbeitsflächen des Form körpers.
Auch kann man mit. der Schoopsehen Metallspritzpistole Überzüge aus Chrom oder andern harten Metallen bzw. Legierungen in gleichmässiger, dünner Schichtstärke auf die Arbeitsflächen .des Formkörpers auftragen.
Zur Erhaltung der Formgenauigkeit er folgt das Aufbringen des harten Überzuges zweckmässig vor dem bei Präzisionsteilen so wieso erforderlichen und üblichen kalten oder heissen Nachpressen des gesinterten Formkör- pers in einem Kalibrierwerkzeug. In den Fäl len, wo die Wärmeverfestigung des Form körpers durch Drucksintern vorgenommen wird, ist es vorteilhaft, den festen Überzug bereits nach dem kalten Formpressen des Formkörpers auf dessen Arbeitsflächen anzu bringen,
um während des darauffolgenden Drucksinterns eine innige Verbindung durch Wärmediffusion und einen<B>-</B> Spannungsaus- gleich zwischen dem Überzug und dem Form körper zu erhalten.
Die Zeichnung zeigt als Ausführungsbei spiele der Erfindung in Abb. 1 einen Ausschnitt aus einem an seinen Arbeitsflächen mit einem Chromüber zug versehenen Zahnrad aus Pulvermetall und in den Abb. 2 und 3 die Bewehrung einer eben falls aus Pulvermetall hergestellten Nocken scheibe mit einem Blechstreifen von hoher Festigkeit.
In Abb. 1 ist der beispielsweise aus einem Stahlpulver mit niedrigem Kohlenstoffgehalt gepresste Formkörper 4 des Zahnrades an den Arbeitsflächen 5 seiner Zähne 6 mit einem galvanisch oder durch Spritzen aufgebrach ten Chromüberzug 7 bewehrt. Dieser Überzug kann vor oder nach dem Sintern des gepress ten Formkörpers auf die Arbeitsflächen auf getragen werden.
Die endgültige Formge nauigkeit der Verzahnung kann nach dem Aufbringen des Chromüberzuges durch Nach- schleifen desselben hergestellt werden, beson ders dann, wenn die Verfestigung des unbe- wehrten Formkörpers vorher bereits durch Heisspressen oder Drucksintern erfolgte. Im andern Falle wird die endgültige Formge nauigkeit zweckmässig durch ein heisses oder kaltes Nachpressen des mit der Chromauflage versehenen Rades in einem Kalibrierwerkzeug hergestellt.
In den Abb: 2 iuid 3 wird der aus Eisen oder Stahlpulver durch Pressen gewonnene Formkörper 10 einer Nockenscheibe während des Drucksinterns oder während des heissen Nachpressens an den Arbeitsflächen 11, das heisst in diesem Falle an seinem gesamten Umfang, mit einem dünnen. Blechstreifen 12 armiert, der aus einem gut schweissbaren Stahl geeigneter Zusammensetzung besteht. Der Blechstreifen wird in einer Vorrichtung den Umrissen der Nockenscheibe entsprechend gebogen. Seine beiden Enden werden bei 13 stumpf miteinander verschweisst.
Der so entstandene Blechring, dessen Höhe der end gültigen Dicke der Nockenscheibe nach dem Drueksintern bzw. Nachpressen entspricht, wird vor Beginn dieser Arbeitsgänge auf den Formkörper 10 aufgeschoben und mit diesem zusammen in die aus den feststehenden Teilen 14, 15 und den gegeneinander bewegten Stem peln 16, 17 bestehende Pressform eingelegt.
In ihr erfolgt nunmehr das Drucksintern des Formkörpers 10, wenn dieser vorher nur kalt gepresst war, bzw. das Heissnachpressen des Formkörpers, wenn dieser vorher ohne Press- druck gesintert wurde. Die hierfür notwen dige Temperatur von etwa 500 bis 1000 C wird in bekannter Weise entweder durch Be heizen der Pressform von aussen oder durch vorheriges Erhitzen des mit dem Blechring 12 armierten Formkörpers 10 in einer Schutz atmosphäre erzeugt. Sobald sich die beiden Stempel 16, 17 einander bis auf die Höhe des Blechringes 12 genähert haben, ist der Pressvorgang beendet.
Durch den während des Pressens entstehenden radialen Druck und die vorhandene Hitze wird der Formkörper 1.0 mit dem Blechring 12 verschweisst bzw. verklebt. Dieses Verschweissen bzw. Verkleben kann noch dadurch gefördert werden, dass man vor dem Aufschieben des Blechringes auf den Formkörper die Berührungsflächen beider Teile mit einem Fluss- bzw. Binde mittel, beispielsweise mit einem Lötmittel, be streicht, welches gleichzeitig eine uner wünschte Oxydation der Berührungsflächen beim Erhitzen verhindert. Auch hier kann bei höhen Ansprüchen an die Formgenauig keit diese nach dem Fertigpressen durch Nachschleifen der Umrisse des armierten Formkörpers erreicht werden. Dem Schlei fen kann gegebenenfalls auch eine Wärme vergütung des aufgeschweissten Blechringes vorausgehen.
Das dichte und feste Gefüge eines wie be schrieben aufgebrachten Überzuges ergibt nicht nur eine grössere Härte, sondern auch eine höhere Dehnung und Zähigkeit des Werk stoffes an den Arbeitsflächen des Maschinen teils. Ausserdem erfolgt durch die Beseitigung der Poren sowohl eine Vergrösserung der wirk lichen Arbeitsflächen und damit eine gerin gere spezifische Belastung derselben als auch eine Beseitigung der Angriffspunkte für ein Ausbröckeln einzelner Partikel des Pulver metalles aus den Arbeitsflächen.
Process for the production of machine parts with wear-resistant working surfaces, in particular of gear wheels and the like made of powder metal. The invention relates to a Ver drive for the production of machine parts with wear-resistant work surfaces, in particular of gears and the like, made of powder metal and a machine part produced by this process.
In order to be able to even come close to the high stresses occurring on the work surfaces of such parts, with the current state of powder metallurgy, relatively expensive starting materials and special work processes and devices that make the production more expensive must be used, which in this case a competition '' Make powder metallurgy economically impossible with conventional manufacturing processes, for example by casting or pre-forging and subsequent machining.
By contrast, the invention creates the possibility of making the molding itself from a cheap iron powder or a similar steel powder with niedri gem carbon content in relatively simple molds using economically viable pressing pressures, sintering temperatures and sintering times and still the working surfaces of the mold body a high density and strength, especially against wear and tear.
The invention consists in the fact that the working surfaces of the machine part are provided with a coating of a material that is more resistant to wear than the powder metal of the molded body during or after pressing the molded body made of powder metal. The application of the firmer coating to the work surfaces can be done by sintering, spraying, welding, galvanic and in any other known manner. For example, galvanic chrome plating, in particular hard chrome plating of the working surfaces of the molded body, has proven to be very useful.
You can also use. of the Schoopsehen metal spray gun, apply coatings made of chrome or other hard metals or alloys in an even, thin layer to the working surfaces of the molding.
In order to maintain the dimensional accuracy, the hard coating is expediently applied before the cold or hot re-pressing of the sintered shaped body in a calibration tool, which is necessary and customary in the case of precision parts. In cases where the molded body is thermally solidified by pressure sintering, it is advantageous to apply the solid coating to the working surfaces of the molded body after the cold compression molding,
in order to obtain an intimate connection through thermal diffusion and a <B> - </B> tension compensation between the coating and the molded body during the subsequent pressure sintering.
The drawing shows as Ausführungsbei games of the invention in Fig. 1 a section of a powder metal gear provided on its work surfaces with a chrome plating and in Figs. 2 and 3 the reinforcement of a cam disk made of powder metal with a sheet metal strip of high Strength.
In Fig. 1, the molded body 4 of the gear, pressed for example from a steel powder with a low carbon content, is reinforced on the working surfaces 5 of its teeth 6 with a chrome coating 7 applied galvanically or by spraying. This coating can be worn on the work surfaces before or after the sintering of the pressed molded body.
The final form accuracy of the toothing can be produced after the chrome coating has been applied by regrinding it, especially if the solidification of the unreinforced molded body has already taken place beforehand by hot pressing or pressure sintering. Otherwise, the final Formge accuracy is expediently produced by hot or cold re-pressing of the chrome-plated wheel in a calibration tool.
In Fig. 2 iuid 3, the molded body 10 of a cam disk obtained from iron or steel powder by pressing is applied to the working surfaces 11 during pressure sintering or during hot pressing, i.e. in this case on its entire circumference, with a thin. Reinforced sheet metal strip 12, which consists of an easily weldable steel of suitable composition. The sheet metal strip is bent in a device to match the contours of the cam disk. Its two ends are butt welded together at 13.
The resulting sheet metal ring, the height of which corresponds to the final thickness of the cam after sintering or repressing, is pushed onto the molded body 10 before the start of these operations and peln together with the fixed parts 14, 15 and the mutually moving Stem 16, 17 inserted existing mold.
The pressure sintering of the molded body 10 now takes place in it if it was previously only cold-pressed, or the hot post-pressing of the molded body if it was previously sintered without pressure. The required temperature of about 500 to 1000 C is generated in a known manner either by heating the mold from the outside or by prior heating of the molded body 10 reinforced with the sheet metal ring 12 in a protective atmosphere. As soon as the two punches 16, 17 have approached each other up to the level of the sheet metal ring 12, the pressing process is ended.
The molded body 1.0 is welded or glued to the sheet metal ring 12 due to the radial pressure and the heat that is present during the pressing. This welding or gluing can be promoted by coating the contact surfaces of both parts with a flux or binding agent, for example with a solder, before sliding the sheet metal ring onto the molded body, which at the same time causes unwanted oxidation of the contact surfaces prevented when heated. Here, too, if there are high demands on the form accuracy, this can be achieved after the final pressing by regrinding the outlines of the reinforced molding. The grinding can also be preceded by heat treatment of the welded-on sheet metal ring.
The dense and solid structure of a coating applied as described results not only in greater hardness, but also in part greater elongation and toughness of the material on the working surfaces of the machine. In addition, the elimination of the pores increases the size of the real working surfaces and thus reduces the specific load on the same as well as eliminating the points of attack for individual particles of the powder metal from the working surfaces.