DE102005027032A1

DE102005027032A1 - Vorrichtung zum Herstellen eines Formteils

Info

Publication number: DE102005027032A1
Application number: DE102005027032A
Authority: DE
Inventors: Norbert Nies; Walter Solty; Bernd Horn
Original assignee: SMS Meer GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2005-06-11
Filing date: 2005-06-11
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2025-06-12
Also published as: US7553145B2; CA2550095A1; EP1731246A1; US20060286194A1; ATE442926T1; JP2006346749A; JP4621632B2; ES2330771T3; EP1731246B1; DE502006004836D1; PL1731246T3; DE102005027032B4

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Herstellen eines Formteils aus Pulver, insbesondere aus Metallpulver, aus einem ein Pulver enthaltenden, teigigen Material, aus einem ein Pulver enthaltenden, fließfähigen Material oder aus vorgepresstem Material, die aufweist eine Matrize (1), die aus einem Grundkörper (2) und einer in diesen eingesetzten Matrizenhülse (3) besteht, wobei die Matrizenhülse (3) mindestens eine Formfläche (4) für das Formteil bildet, und mindestens einen Pressstempel (5), der in eine durch die Matrizenhülse (3) definierte Öffnung in eine Pressrichtung (P) eintreten und sich in der Matrizenhülse (3) befindliches Material verdichten kann, ist die Matrizenhülse (3) mindestens zweiteilig (6, 7) ausgebildet, wobei Mittel (8) vorgesehen sind, mit denen die mindestens zwei Teile (6, 7) der Matrizenhülse (3) in Pressrichtung (P) relativ zueinander verschiebbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Formteils aus Pulver, insbesondere aus Metallpulver, aus einem ein Pulver enthaltenden, teigigen Material, aus einem ein Pulver enthaltenden, fließfähigen Material oder aus vorgepresstem Material, die eine Matrize aufweist, die aus einem Grundkörper und einer in diesen eingesetzten Matrizenhülse besteht, wobei die Matrizenhülse mindestens eine Formfläche für das Formteil bildet, und mindestens einen Pressstempel, der in eine durch die Matrizenhülse definierte Öffnung in eine Pressrichtung eintreten und sich in der Matrizenhülse befindliches Material verdichten kann.
Mit Vorrichtungen der gattungsgemäßen Art ist es möglich, Formteile aus Metallpulver durch Pressen und anschließendes Sintern herzustellen. Bekannt ist es, für das Pressen von pulverförmigem Werkstoff stempelartige Werkzeuge einzusetzen, die in eine Matrize eingebrachtes Pulver durch eine axiale Pressbewegung komprimieren. Hierzu ist zumindest ein Pressstempel erforderlich, der in die Matrize eindringt. In diesem Falle besitzt die Matrize einen Hohlraum, der zur Stempelseite hin geöffnet ist. Die Matrizenöffnung wird – bis auf ein geringfügiges Spiel – vom Stempel geschlossen. Der Stempel baut durch sein Eindringen in den Matrizenhohlraum den zur Verdichtung notwendigen Druck auf.
Es kann auch vorgesehen werden, dass mehrere Stempel eingesetzt werden, die sich in eine Achsrichtung bewegen können. Die Stempel können dabei in eine axi al einseitig geschlossene Matrize eintauchen oder bei einer axial in beiden Richtungen offenen Matrize aus beiden axialen Richtungen kommen. Gelegentlich werden auch durchgehende Dornstangen eingesetzt, die aber primär keine Verdichtungsfunktion, sondern eine Verdrängerfunktion haben. Die Stempel können auch seitlich in die Matrize eintauchen, um Hinterschneidungen oder sonstige geometrische Ausprägungen zu erzeugen. Zur Entformung des Formteils werden diese radial eintauchenden Stempel so weit zurückgezogen, dass die Entformung nicht behindert wird.
Üblicherweise besteht die Matrize aus einem Matrizenring (Matrizengrundkörper) und einer darin eingesetzten Matrizenbuchse bzw. -hülse mit der Werkstückkontur.

Aus der WO 02/32655 A1 ist ein Pulverpress-Werkzeug bekannt, bei dem vorgesehen ist, dass es in einem Auspressabschnitt so ausgebildet ist, dass die den Auspresskanal stützenden Matrizenwände zunehmend dünner werden. Durch die dünner werdenden Wände in diesem Bereich wird eine allmählich steigende Nachgiebigkeit des Werkzeugs erreicht, wodurch die Entformung erleichtert werden soll.

Nach der DE 198 30 601 A1 ist eine Pressvorrichtung für pulver- und granulatförmigen Werkstoff vorgesehen, bei der zwei Matrizen, deren Stirnseiten die Kontur des Formteils beinhalten, durch Führungen einen Winkel einschließen, wobei die Flächen der Stirnseiten der Matrizen beim Erreichen der Endkontur des Formteils direkt aneinander schließen.

Zur Erzeugung von Formteilen mit einem Hinterschnitt – in Entformrichtung des Formteils gesehen – ist aus der DE 195 08 952 C2 eine Pressvorrichtung mit einer Matrize und mehreren Stempeln bekannt, wobei ein Segmentschieber zum Einsatz kommt, der mittels entsprechender Vorschub- und Rückzugseinrichtungen auch während des Pressvorgangs für das Formteil nach dem Schließen der Pressform bewegt werden kann.

Zur Erzeugung des Pressdrucks auf die Presstempel selber ist es aus der EP 1 097 801 A1 bekannt, eine Vorrichtung vorzusehen, bei der zur Erzielung einer kompakten Bauart ein hydraulisches Element mit einem Piezo-Aktuator zusammenwirkt.

Wünschenswert ist es dabei, eine hohe Funktionalität und Variabilität durch relativ zueinander bewegliche Werkzeugteile zu erreichen. Hierdurch werden Freiheitsgrade bei der Fertigungsmöglichkeit von Formteilen geschaffen. Dem steht allerdings die Forderung nach möglichst kompakter Bauart der Vorrichtung gegenüber. Jede zusätzlich Pressachse erfordert eine wesentliche Vergrößerung des Werkzeugeinbauraumes in der Pressvorrichtung. Damit scheidet eine Umrüstung vorhandener Pressvorrichtungen meist aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass es möglich ist, eine zusätzliche Pressachse in der Vorrichtung zu schaffen, wobei eine sehr kompakte Bauart möglich sein soll, die sich gegebenenfalls auch dazu eignet, vorhandene Vorrichtungen umzurüsten.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, dass die Matrizenhülse mindestens zweiteilig ausgebildet ist, wobei Mittel vorgesehen sind, mit denen die mindestens zwei Teile der Matrizenhülse in Pressrichtung relativ zueinander verschiebbar sind.

Im Unterschied zu vorbekannten Lösungen wird also die Matrizenhülse selber so ausgeführt, dass sie eine Bewegungsmöglichkeit hat, mit der Pulver beim Pressen unter Druck gesetzt werden kann.

Eine Fortbildung sieht vor, dass die mindestens zwei Teile der Matrizenhülse konzentrisch zueinander angeordnete, hohlzylindrisch ausgebildete Teile sind. Bevorzugt ist vorgesehen, dass eines der Teile ortsfest im Grundkörper angeordnet ist und eines der Teile in Pressrichtung verschieblich angeordnet ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass das im Grundkörper ortsfest angeordnete Teil mit einem Abschnitt seiner zylindrischen Außenfläche an der zylindrischen Innenfläche des verschieblich angeordneten Teils anliegt.

Die Mittel zum Verschieben des mindestens einen Teils der Matrizenhülse können als hydraulisches Kolben-Zylinder-System ausgebildet sein. Der Zylinder des Kolben-Zylinder-Systems ist dabei bevorzugt als Ringnut im Grundkörper der Matrize ausgebildet.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das eine Ende der Matrizenhülse mit einer Platte abgeschlossen ist. In diesem Falle tritt nur einseitig ein Pressstempel in die Matrizenhülse ein. Die Platte ist dabei mit Vorteil an dem verschiebbar angeordneten Teil der Matrizenhülse festgelegt.

Der Pressstempel kann aus mehreren der vorzugsweise konzentrisch angeordneten hohlzylindrischen Teilen bestehen. Er kann eine zentral angeordnete Stange aufweisen.

Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung wird erreicht, dass die Matrizenhülse mit einer integrierten Bewegungsmöglichkeit ausgestattet ist, mit der Druck stufenweise auf das in die Matrizenhülse eingebrachte Pulver ausgeübt werden kann. Durch die erfindungsgemäß geschaffene weitere Pressachse erhöht sich die Gestaltungsmöglichkeit bei der Fertigung von Pulverpressteilen.

Eine wesentliche Vergrößerung des Werkzeugeinbauraums der Pressvorrichtung ist nicht erforderlich, so dass sich in einfacher Weise eine Nachrüstung vorhandener Anlagen ermöglichen lässt.

Von großem Vorteil ist es auch, dass eine nur geringe Hubbewegung mittels des Kolben-Zylinder-Systems ausgeführt werden muss, um Formteile zu pressen. Bei vorbekannten Lösungen musste in vergleichbaren Fällen zumeist die gesamte Matrize von einem Unterkolben bewegt werden, was mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag nicht mehr nötig ist.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung des Pressens von Metallpulver; und
2 eine Schnittdarstellung durch eine Matrize mit eingeführtem Presstempel.
In 1 ist schematisch eine Vorrichtung dargestellt, mit der ein Metallpulver 15 zu einem Formteil gepresst werden kann. Die Vorrichtung weist eine Matrize 1 auf, die aus einem hohlzylindrischen Grundkörper 2 besteht, in den koaxial eine Matrizenhülse 3 eingesetzt ist. Damit die Matrizenhülse 3 hochresistent gegen Verschleiß ist, besteht sie bevorzugt aus Hartmetall. Die Matrizenhülse 3 definiert eine zylindrische Formfläche 4. In den von dieser Formfläche gebildeten Raum wird das Metallpulver 15 eingebracht. Sowohl von oben als auch von unten können dann je ein Pressstempel 5 in die jeweiligen Öffnungen der Matrizenhülse 3 in Pressrichtung P eingeschoben und axial aufeinander zu bewegt werden. Dabei wird auf die Stempel 5 eine Presskraft F_P ausgeübt, so dass das Pulver 15 verdichtet wird.
Es sei angemerkt, dass die Vorrichtung nicht nur für die Verarbeitung von Pulver geeignet ist. Häufig wird ein bereits vorgeformter Pressling in einem weiteren Schritt nachgepresst, insbesondere beim abschließenden Pressen mit höheren Drücken, was eine besonders wichtige Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des entsprechenden Verfahrens ist.
In 2 ist im Schnitt eine Matrize 1 samt Pressstempel 5 dargestellt. Die Matrize 1 weist einen Grundkörper 2 auf, in den eine zweiteilige Matrizenhülse 3 eingesetzt ist. Die Matrizenhülse 3 besteht aus den beiden hohlzylindrisch ausgebildeten Teilen 6 und 7. Während das Teil 6 fest im Grundkörper 2 festgelegt ist, ist das andere Teil 7 der Matrizenhülse 3 in Pressrichtung P verschieblich gelagert.
Die beiden Teile 6 und 7 der Matrizenhülse 3 besitzen radial nach innen weisende Formflächen 4, die die Außenkontur des zu formenden Presslings definieren. Die Form des Presslings wird weiter durch eine stirnseitig am beweglichen Teil 7 der Matrizenhülse 3 angeordnete Platte 12 bestimmt. Ferner ergibt sich dessen Form durch den von unten in die Matrizenhülse 3 einzuschiebenden Pressstempel 5.
Der Pressstempel 5 besteht im Ausführungsbeispiel aus mehreren konzentrisch angeordneten Hülsen 13, 13', 13'', ..., aus deren axialer Relativlage sich entsprechend die Form des Presslings ergibt. Die Hülsen 13, 13', 13'', ... sind konzentrisch zu einer Stange 14 angeordnet. Der Presstempel 5 wird dabei von einem nicht dargestellten Bewegungselement mit der Presskraft F_P beaufschlagt.
In der linken Bildhälfte ist in 2 das nach oben gefahrene Teil 7 der Matrizenhülse 3 gezeigt, während in der rechten Bildhälfte das Teil 7 nach unten bewegt ist.
Wie weiter zu sehen ist, umgibt das verschiebbare Teil 7 der Matrizenhülse 3 mit einer zylindrischen Innenfläche 10 die zylindrische Außenfläche 9 des ortsfest in der Matrizenhülse 3 angeordneten Teils 6. Beide zusammenwirkenden Flächen 9, 10 sind dabei so toleriert, dass eine Verschieblichkeit beider Teile 6, 7 möglich ist, wobei dennoch nur ein möglichst geringer Spalt zwischen beiden Teilen vorliegt.
Die Bewegung des verschieblichen Teils 7 der Matrizenhülse 3 relativ zum ortsfest angeordnetem Teil 6 erfolgt mit Mitteln 8, die als hydraulisches Kolben-Zylinder-System ausgeführt sind. Hierzu ist in den Grundkörper 2 der Matrize 1 eine Ringnut 11 eingearbeitet, die als Zylinder für einen eingesetzten Ringkolben 16 dient. Der Zylinder 11 steht mit zwei Fluidleitungen 17 und 18 in Verbindung, über die geregelt bzw. gesteuert Hydrauliköl in den Zylinderraum eingegeben werden kann, um den Kolben 16 gesteuert bzw. geregelt in eine gewünschte Relativlage zum Zylinder 11 zu bewegen, wodurch das Teil 7 entsprechend positioniert wird.
Der maximale Verschiebeweg des Teils 7 relativ zum Teil 6 der Matrizenhülse 3 ist mit x angegeben.
Während der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des zugehörigen Verfahrens häufig bei Formkörpern angezeigt ist, die zumindest abschnittsweise einen zylindrischen Teil aufweisen, kommt die Erfindung genauso auch zur Anwendung, wenn dies nicht der Fall ist, d. h. wenn der Formkörper nicht zylindrisch ausgebildet ist, auch nicht abschnittsweise, und die Matrizenhülse folglich gleichermaßen keinen zylindrisch ausgebildeten Abschnitt hat.

1: Matrize
2: Grundkörper
3: Matrizenhülse
4: Formfläche
5: Pressstempel
6: erstes Teil der Matrizenhülse (ortsfest)
7: zweites Teil der Matrizenhülse (verschiebbar)
8: Bewegungsmittel (Kolben-Zylinder-System)
9: zylindrische Außenfläche
10: zylindrische Innenfläche
11: Zylinder
12: Platte
13, 13', 13'': Pressstempel-Teile
14: Stange
15: Pulver
16: Ringkolben
17: Fluidleitung
18: Fluidleitung
P: Pressrichtung
F_P: Presskraft
x: Verschiebeweg

Claims

Vorrichtung zum Herstellen eines Formteils aus Pulver, insbesondere Metallpulver, aus einem ein Pulver enthaltenden, teigigen Material, aus einem ein Pulver enthaltenden, fließfähigen Material oder aus vorgepresstem Material, die aufweist: – eine Matrize (1), die aus einem Grundkörper (2) und einer in diesen eingesetzten Matrizenhülse (3) besteht, wobei die Matrizenhülse (3) mindestens eine Formfläche (4) für das Formteil bildet, und – mindestens einen Pressstempel (5), der in eine durch die Matrizenhülse (3) definierte Öffnung in eine Pressrichtung (P) eintreten und sich in der Matrizenhülse (3) befindliches Material verdichten kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrizenhülse (3) mindestens zweiteilig (6, 7) ausgebildet ist, wobei Mittel (8) vorgesehen sind, mit denen die mindestens zwei Teile (6, 7) der Matrizenhülse (3) in Pressrichtung (P) relativ zueinander verschiebbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Teile (6, 7) der Matrizenhülse (3) konzentrisch zueinander angeordnete, hohlzylindrisch ausgebildete Teile sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Teile (6) ortsfest im Grundkörper (2) angeordnet ist und eines der Teile (7) in Pressrichtung (P) verschieblich angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das im Grundkörper (2) ortsfest angeordnete Teil (6) mit einem Teil seiner zylindrischen Außenfläche (9) an der zylindrischen Innenfläche (10) des verschieblich angeordneten Teils (7) anliegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (8) zum Verschieben des mindestens einen Teils (7) der Matrizenhülse (3) als hydraulisches Kolben-Zylinder-System ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (11) des Kolben-Zylinder-Systems als Ringnut im Grundkörper (2) der Matrize (1) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende der Matrizenhülse (3) mit einer Platte (12) abgeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (12) an dem verschiebbar angeordneten Teil (7) der Matrizenhülse (3) festgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressstempel (5) aus mehreren konzentrisch angeordneten, hohlzylindrischen Teilen (13, 13', 13'') besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressstempel (5) eine zentral angeordnete Stange (14) aufweist.