Verfahren zur Herstellung von Metallgegenständen aus Metallpulver Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Metallgegenständen aus Metallpul vern nach jenem Verfahren, bei dem eine Masse aus Metallpulver zu einem kompakten Körper gepresst wird, der dann noch gesintert wird.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Press- körper dadurch zu erzeugen, dass man hydrostatischen Druck auf Metallpulvermassen wirken lässt, die in einer Form aus flexiblem Material wie Gummi ent halten sind.
Bei den früheren Verfahren dieser Art wurde gewöhnlich die das Pulver .enthaltende flexible Pressform in eine Flüssigkeitsmasse gehängt, durch welche der hydrostatische Druck ausgeübt wird, wo bei die Wände der flexiblen Pressform nicht durch irgendeinen starren Körper gestützt wurden, weshalb es nötig war, die Pulvermasse einer Vorpressung zu unterwerfen, um einen lockeren Presskörper zu erzeu gen.
Es ist indessen auch vorgeschlagen worden, eine Gummiform in einen starren Behälter mit porösen Wänden zu bringen und durch die Behälterwände hindurch hydrostatischen Druck auf die Pressform wirken zu lassen durch Eintauchen des Behälters in eine Flüssigkeit, die zusammengedrückt wird. Auf diese Weise erzeugte Pressmetallkörper hatten ge wöhnlich die Form von Stäben oder Stangen, und wenn anders geformte Körper benötigt wurden, muss ten die Stäbe oder Stangen durch maschinelle Be arbeitung auf die gewünschte Form und Grösse. ge bracht werden.
Ferner hat es sich bei früheren Ver fahren mit hydrostatischer Pressung gewöhnlich als sehr schwierig, wenn nicht gar unmöglich erwiesen, mit Sicherheit zu erreichen, dass der auf die pulverige Masse ausgeübte Druck in allen Richtungen gleich ist.
Es ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung, für die Erzeugung eines Presskörpers durch Anwendung von hydrostatischem Druck auf eine Masse von Me tallpulver eine verbesserte Arbeitsweise zu schaffen, die es gestattet, einen Presskörper der gewünschten Form und Grösse mit in allen Richtungen praktisch gleicher Verdichtung ohne Vorpressung und mit wenig oder auch ohne nachfolgende Bearbeitung zu erzielen. Es ist ein weiterer Zweck der Erfindung, einen Apparat zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird bei dem Verfahren zur Herstellung eines Metallgegenstandes aus Metallpulver so vorgegangen, dass aus dem Me tallpulver ein Presskörper erzeugt wird, durch Ein setzen einer Pressform aus flexiblem, elastischem Ma terial, welche praktisch einheitliche Wandstärke und im nichtgedehnten Zustand die gewünschte Grösse und Form des Presskörpers besitzt, in einen porösen Behälter mit starren Wänden von solcher Form und solchen Dimensionen, dass das Innere des Behälters die gleiche Form besitzt wie die Pressform, aber grö sser ist als diese, durch Ausdehnen der Pressform,
bis sie an die gesamte Innenfläche der Wände des Be hälters. anliegt, durch Einführen der erforderlichen Menge von Metallpulver in die Pressform, während dem die letztere im besagten erweiterten Zustand ge halten wird, durch Verschliessen der Pressform und Unterwerfen derselben unter hydrostatischen; durch die porösen Wände des Behälters wirkenden Druck, wodurch das Metallpulver verdichtet wird.
Nach dem Verfahren kann ein Metallgegenstand aus reinem Metall oder aus einer Legierung hergestellt werden, indem ein einziges pulverförmiges Metall oder eine pulverförmige Legierung oder eine Mischung von zwei oder mehr pulverisierten Metallen oder Legierungen verwendet wird. Nachdem die Pressung in der beschriebenen Weise ausgeführt worden ist, wird der so erzeugte Pressmetallkörper aus dem Be hälter genommen und einem Sinterprozess unterwor- fen, um die Herstellung des Metallgegenstandes zu vervollständigen.
Der Apparat zur Durchführung des Verfahrens weist einen porösen Behälter mit starren Wänden auf, dessen Inneres die gleiche Form hat, aber in allen Dimensionen grösser ist als die aus flexiblem elastischem Material bestehende Pressform, die ihrer seits praktisch einheitliche Wandstärken besitzt und so ausgebildet ist, dass sie sich in den genannten Be hälter einsetzen lässt, und welche ausgedehnt werden kann, bis sie der ganzen Innenfläche der Behälter- wände anliegt.
Der starre poröse Behälter kann aus irgendeinem Material erstellt sein, das imstande ist, jeder vor kommenden Druckdifferenz, die zur Erzeugung der erforderlichen Ausdehnung der Pressform nötig ist, sowie jedem angewandten hydrostatischen Druck zu widerstehen und muss für Gase und Flüssigkeiten durchlässig sein. Poröse Metalle sind für diesen Zweck porösen keramischen Materialien vorzuziehen, weil Metalle sich leichter durch Giessen in die ge wünschte Form bringen lassen; wir haben festgestellt, dass zum Beispiel poröse Bronze ein geeignetes Mate rial ist.
Die porösen Wände des Behälters haben eine beträchtliche Dicke, und es ist vorteilhaft, wenn die Wände aller Teile des Behälters, die die Pressform während des Betriebes umgeben sollen, gleiche Dicke aufweisen.
Die Pressforrn kann aus irgendeinem flexiblen Ma terial bestehen, das einen genügenden Grad von Ela stizität besitzt und das sowohl im normalen wie im gedehnten Zustand für Metallpulver und die Druck flüssigkeit undurchlässig ist oder gemacht werden kann. Wenn die Dehnung der Pressform durch An legen eines Vakuums an den porösen Behälter hervor gerufen wird, muss die Pressform natürlich auch luft undurchlässig sein. Geeignete Materialien sind zum Beispiel Gummi und gewisse thermoplastische Kunst stoffe.
Die Pressform kann so hergestellt werden, dass das plastische Material um einen Formkörper der gewünschten Form und Grösse gegossen wird, oder im Falle einer Gummipressform, indem Kautschuk milch auf einen Formkörper gespritzt wird und die fertige Pressform, nachdem sie trocken geworden ist und die gewünschte Form angenommen hat, vom Formkörper abgeschält wird.
Das Verhältnis der Grösse des Innern des porösen Behälters zur Grösse der elastischen Pressform hängt ab vom Grad der Verdichtung, dem man die Metall pulvermasse bei der Bildung des Presskörpers unter werfen muss. Gewöhnlich genügt es, das Pulver so weit zu verdichten, dass ein selbsttragender Presskörper entsteht, der die Manipulationen beim Einsetzen in einen Sinterofen verträgt.
In diesem Falle braucht die Behälterkammer in allen linearen Dimensionen nur etwa 10 Il/o grösser zu sein als die Pressform, so da$ diese sich in allen Richtungen um etwa<B>10</B> 9/g aus dehnen kann, wenn man den Druckunterschied auf die Pressform wirken lässt,
woraus sich bei der Bil dung des Presskörpers eine etwa l0q/uige Verdichtung des Pulvers in allen Richtungen ergibt.
Eine weitere Schrumpfung des Presskörpers tritt natürlich ein wäh rend der Sinterung, so dass bei der Bestimmung der für die Herstellung eines Metallgegenstandes gegebe ner Grösse erforderlichen Grösse des porösen Behäl ters und der elastischen Pressform nicht nur die Vo lumenverminderung infolge der Verdichtung, sondern auch jene infolge der Sinterung berücksichtigt wer den muss, weshalb die flexible Pressform entsprechend grösser sein muss als das gewünschte Endprodukt.
Glyzerin ist die für die Verwendung als Druck medium bevorzugte Flüssigkeit, obwohl auch irgend eine der Flüssigkeiten verwendet werden kann, die gewähnlich für hydrostatische Pressung gebraucht werden, das heisst Flüssigkeiten, die ziemlich hohe Viskosität besitzen und das Material, aus dem der poröse Behälter und die elastische Pressform bestehen, chemisch nicht angreifen.
Ein Ausführungsbeispiel des Apparates zur Durch führung des Verfahrens gemäss der Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 der beiliegenden Zeichnung sche matisch dargestellt und wird im folgenden als Bei spiel zusammen mit dem Verfahren zur Herstellung eines Presskörpers mittels des Apparates der in den Zeichnungen dargestellten Form beschrieben.
Fig. i zeigt im Schnitt einen porösen Behälter und eine elastische Pressform in Arbeitsstellung in einem Evakuiergefäss, zusammen mit den Verschlusselemen- ten zum Verschliessen des genannten Behälters und der Pressform.
Fig.2 zeigt den verschlossenen Behälter in Flüs- sigkeit eingetaucht in einem Druckgefäss, wobei das letztere im Schnitt dargestellt ist.
In Fig. 1 besteht der poröse Behälter aus poröser Bronze, wobei der Boden und der Hauptteil der Sei tenwände des Behälters eine Dicke von ungefähr 6 Millimeter besitzen. Die Innenkammer 2 des Behäl ters hat die gleiche Form wie der zu erzeugende Metallgegenstand, ist aber in allen linearen Dimen sionen etwa 20 a/o grösser als der fertige Metallgegen stand sein soll. Der Oberteil des Behälters ist so ge formt, dass er einen Flansch 3 bildet.
Die elastische Pressform 4, in ihrer Lage inner halb des Behälters 1 dargestellt, besteht aus einem geeigneten elastischen Material von 0,25 bis 0,5 mm Dicke, zum Beispiel aus dem Material, das unter der eingetragenen Handelsmarke Welvie verkauft wird.
Die Pressform besitzt genau die gleiche Form wie die Kammer 2, ist aber in allen linearen Dimensionen 10 1/o kleiner als die Kammer. Der Oberteil der Press- farm besitzt auch einen Flansch bei 5.
Der Behälter 1 und die Pressform 4 sind so aus gebildet, dass sie dichtschliessend in ein zylindrisches stählernes Evakuiergefäss 6 eingesetzt werden können mittels einer ringförmigen Dichtung in der Form eines Gummidichtungsringes 7 mit kreisförmigem Quer- schnitt, der in einer ringförmigen Nut 8 in einem Flansch 9 auf der Oberseite der zylindrischen Wand des Gefässes 6 ruht,
und einer ringförmigen Scheibe 10, die den Ring 7 und die Flansche 3 und 5 des Behäl- ters und der Pressform überlagert und auf diesen Flanschen mittels Schrauben 11 befestigt ist.
Die Verschlusselemente, mittels derer die offenen Ober teile des Behälters und der Pressform verschlossen sind und die über dem Behälter und von diesem ab gehoben dargestellt sind, bestehen aus einer Scheibe 12 aus dem elastischen Material, aus dem die Pressform gebildet ist, einer Scheibe 13 aus poröser Bronze von ungefähr gleicher Dicke wie die Wände des Behälters und einer Stahlplatte 14, die so ausgebildet ist, dass sie mittels Muttern 28 auf die von der kreisförmigen Scheibe 10 getragenen Säulen 15 geschraubt werden kann.
Wenn diese Elemente in der richtigen Lage durch Festschrauben der Platte 14 befestigt sind, bilden sie einen luftdichten Verschluss über den offe nen obern Enden des Behälters 1 und der Press- form 4.
Das Gefäss 6 ist mit einer Röhre 16 versehen, durch die es leergepumpt werden kann, und ein Klopfnocken 17 ist am Träger des Gefässes 6 gerade unter dem Gefäss 6 in solcher Stellung angebracht, dass beim Drehen des Nockens das Gefäss wiederholt gehoben und gesenkt wird. Die Stützorgane für das Gefäss 6 und den Nocken 17 und die Organe zur Erzeugung der Drehung des Nockens sind der Ein fachheit halber in der Zeichnung weggelassen worden.
In Fig.2 der Zeichnung ist der verschlossene poröse Behälter 1, der die elastische Pressform mit der Metallpulverfüllung enthält, in einer Druck flüssigkeit 18 versenkt, schematisch, perspektivisch dargestellt. Die genannte Flüssigkeit, zum Beispiel Glyzerin, erfüllt die Innenkammer 19 eines zylindri schen stählernen Druckgefässes 20, das aus Stahl von hoher Zugfestigkeit mit einem Sägemehlmantel 29 besteht.
Der Hals 21 der Kammer 19 wird im Be trieb von einem Kolben 22 eingenommen, der aus zwei Stahlzylindern 23, 24 besteht, die durch eine Nylonringscheibe 25 getrennt sind, die dazu bestimmt ist, im Betrieb als Dichtung zwischen dem Kolben und der Wand des Halses 21 zu wirken, wobei der Kol ben 22 mit einer engen, durch die Mittelpunkte der beiden Zylinder gehenden Öffnung 26 versehen ist, deren unteres Ende durch ein einseitig wirkendes Ventil 27 verschlossen ist, das das Entweichen von Luft aus der Kammer 19 durch die Öffnung 26 beim Niederdrücken des Kolbens durch den obern Teil der Kammer gestattet.
Presspolster 30 und 31 können angebracht werden zur Gewährleistung der Gerad- führung des Kolbens im Hals 21, wenn die Presse auf den Kolben wirkt.
Beim Betrieb des in den Zeichnungen dargestell ten Apparates wird die elastische Pressform 4 zuerst in der in Fig. 1 gezeigten Lage in den porösen Be hälter l aus Bronze eingesetzt, worauf der Behälter im Evakuiergefäss 6 befestigt wird, indem die Ring scheibe 10 über dem Ring 7 und den Flanschen 3 und 5 mittels der Schrauben 11 festgeschraubt wird. Dann wird das Gefäss 6 durch die Röhre 16 bis auf einen Druck von etwa 10 bis 20 mm Quecksilber säule ausgepumpt. Die elastische Pressform 4 dehnt sich rasch aus, bis sie an die Innenfläche der Wände des Behälters 1 anliegt.
Nötigenfalls kann ein Kolben verwendet werden, um das Ende der Pressform an den Boden des Behälters zu drücken. Darauf wird eine vorbestimmte Gewichtsmenge von Metallpulver, das zum Beispiel aus einer Mischung von 64 Gewichts prozent Kobalt, 30 Gewichtsprozent Chrom und 6 Gewichtsprozent Wolfram besteht, in die Pressform eingeführt, während das Gefäss 6 im luftverdünnten Zustand gehalten und durch Betätigung des Nok- kens 17 vertikalen Vibrationen ausgesetzt wird, damit eine hohe Packungsdichte erzielt wird.
Wenn die Pressform in dieser Weise vollständig mit Pulver gefüllt worden ist, werden die Scheiben 12 und 13 und die Platte 14 über den offenen, die Flan sche 3 und 5 überdeckenden Oberteil der Pressform gelegt, wobei die Platte 14 über die Säulen 15 ge streift wird, und die Pressform und der Behälter wer den durch Anziehen der Muttern 28 auf den Säu len 15 fest verschlossen. Dann wird das Vakuum auf gehoben, der verschlossene Behälter aus dem Eva- kuiergefäss herausgenommen und sofort in das Druck gefäss eingeführt, wie in Fig.2 gezeigt ist, wobei der Behältertief in Glyzerin eingetaucht wird.
Hernach wird der Kolben 22 in den Hals der Kammer 19 eingeführt, wobei darauf zu achten ist, dass der Kolben im Hals genau axial ausgerichtet ist, und das ganze Aggregat wird in eine Presse eingesetzt, die einen Aufwärts druck auf den Boden des Gefässes 20 sowie einen Ab wärtsdruck auf das obere Ende des Kolbens ausüben kann. Man lässt einen Gesamtdruck in der Grössen ordnung von 20 bis 35 Tonnen pro 6,45 cm2 während etwa einer halben Minute bei Zimmertemperatur auf das Aggregat wirken, wonach der Druck langsam vermindert wird.
Beim Herausnehmen und Öffnen des Behälters 1 stellt man fest, dass die elastische Pressform auf ihre ursprüngliche Grösse zurückgegangen ist und dass das darin enthaltene Metallpulver in einen selbsttragenden Presskörper von gleicher Form und Grösse wie die Pressform verwandelt worden ist.
Dieser Presskörper kann nach der bekannten Technik gesintert werden, wobei Temperatur und Dauer der Sinterung so ge wählt werden, dass das Volumen .des Endproduktes um 10 11/o kleiner ist als dasjenige des Presskörpers. Die Schrumpfung während der Sinterung vollzieht sich ebenfalls in allen linearen Dimensionen im glei chen Verhältnis.
Anstatt den verschlossenen Behälter 1 vom Ge fäss 6 abzunehmen und ihn in einem besonderen Druckgefäss dem hydrostatischen Druck auszusetzen, kann es auch so eingerichtet werden, dass die hydro statische Pressung im gleichen Gefäss wie die Ent leerung vorgenommen wird.
Zum Entleeren und Fül len der biegsamen elastischen Form kann der poröse Behälter somit in einem Gefäss eingeschlossen werden, das dem Gefäss 6 gleicht, aber mit zusätzlichen Röh ren für das Einlassen und Auslassen der Flüssigkeit versehen ist und so eingerichtet ist, dass der poröse Behälter vollständig von Flüssigkeit umgeben werden kann zum Anlegen von hydrostatischem Druck auf seine Aussenseite, wobei die Entleerungsröhre und die Röhren für die Flüssigkeitszufuhr mit geeigneten Betriebsventilen versehen sind, wie sie der Ent- leerungs- bzw. der Pressvorgang erfordert.
Das Verfahren und der Apparat nach der Erfin dung besitzen den Vorteil, dass durch ihre Anwendung Metallgegenstände irgendeiner gewünschten Form und Grösse aus Metallpulver hergestellt werden kön nen, ohne Vorpressung und mit wenig oder gar keiner Nachbearbeitung, da Form und Grösse des Presskör- pers durch die Anfangsform und -grösse der elasti schen Pressform bestimmt sind, die während des Pressvorganges ohne irgendwelche Dehnung, Schrump fung,
Falten- oder Runzelbildung in ihren ursprüng lichen Zustand zurückgeführt wird; die genaue Grösse des Endproduktes hängt natürlich auch von den Sin- terungsbedingungen ab.
Dazu kommt, dass auf diese Weise erzeugte Gegenstände praktisch frei sind von irgendwelchen Spannungen und eine genau voraus bestimmbare Form besitzen, da die Presskörper unter Bedinbangen erzeugt werden, die sich aus der An wendung von in allen Richtungen gleichem Druck erdeben. Verfahren und Apparat gemäss der Erfin dung lassen sich daher mit Vorteil zur Erzeugung von Metallgegenständen mit asymmetrischen oder kom plizierten Formen aus Metallpulver verwenden, die sich nach andern Methoden nur schwer in befrie digender Weise herstellen lassen.