DE102006020213B4

DE102006020213B4 - Presse zur Herstellung von Preßlingen aus Pulvermaterial

Info

Publication number: DE102006020213B4
Application number: DE102006020213A
Authority: DE
Inventors: Martin Plucinski; Thomas Pannewitz; Udo Baltruschat; Carsten Jordt; Andreas Groth; Andreas Teetzen; Harald Römer; Jan Naeve; Stephan Mallon
Original assignee: Fette GmbH
Current assignee: Fette GmbH
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2026-05-03
Also published as: US20080020082A1; EP1852247A2; EP1852247A3; DE102006020213A1

Abstract

Presse zur Herstellung von Presslingen aus Pulvermaterial mit einer auf einem in einem Pressengestell angeordneten Matrizentisch aufspannbaren Matrize, in der ein Formhohlraum mit Hinterschneidung ausgebildet ist, mindestens einem Ober- und einem Unterstempel, die mit dem Formhohlraum zusammenwirken, und im Pressengestell angebrachten Verstellantrieben für Ober- und Unterstempel dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (50) auf einem Matrizentisch (10) drehbar gelagert und auf dem Matrizentisch ein Verstellzylinder (54) angeordnet ist, der über ein Getriebe (56, 52) in Drehantriebsverbindung mit der Matrize (50) steht, ein Sensor die Ist-Zustände des Hydraulikzylinders für die verdrehbare Matrize (50) misst, die Ist-Zustände in einer Regelvorrichtung mit einem Sollwert verglichen werden und die Regelvorrichtung den Hydraulikzylinder (54) über die Energiezufuhr nach Maßgabe der Differenz von Ist- und Sollzustand betätigt, wobei dem Hydraulikzylinder (54) ein Wegmesssystem zugeordnet ist und die Regelvorrichtung den Hydraulikzylinder (54) stoppt, wenn eine vorgegebene Position der Matrize (50) erreicht worden ist oder der Hydraulikzylinder (54) die...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Presse zur Herstellung von Preßlingen aus Pulvermaterial nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Pressen dienen z. B. dazu, Preßlinge aus Metallpulver für das anschließende Sinterverfahren herzustellen, z. B. für die Produktion von Werkzeugen, wie Schneidplatten oder dergleichen. Das Pulvermaterial wird mit Hilfe einer geeigneten Füllvorrichtung in den Formhohlraum einer Matrize eingefüllt. Die Matrize ist auf einer Matrizenplatte oder einem Matrizentisch befestigt, welche ihrerseits in einem Pressengestell angeordnet ist. Im Pressengestell sind auch Verstellantriebe für mindestens einen Ober- und mindestens einen Unterstempel angeordnet, welche mit dem Formhohlraum bzw. dem Pulver darin zusammenwirken.
Die Achsen der Verstellantriebe sind koaxial und vertikal. Ein üblicher Antrieb sieht z. B. Hydraulikzylinder vor.
Um eine spätere Nachbearbeitung zu vermeiden oder zumindest gering zu halten, ist das Erfordernis, den Preßling möglichst maßgenau herzustellen. Hierzu ist es notwendig, daß das Material reproduzierbar verdichtet wird, da der spätere Schrumpfungsprozeß von der Dichte des Materials abhängig ist. Reproduzierbare Abmessungen des Preßlings werden auch dadurch angestrebt, daß die Stempel innerhalb des Formhohlraums eine vorgegebene Endposition ansteuern. Zwar ist denkbar, diese Endposition durch Endanschläge vorzugeben, aus Gründen der Produktionsgeschwindigkeit und/oder der Schonung der Werkzeuge werden jedoch derartige Anschläge üblicherweise nicht verwendet. Vielmehr ist bekannt, die Stempel derartiger Pressen über eine geeignete Steuer- oder Regelvorrichtung zu betätigen. So ist bereits bekannt, den Preßstempeln ein Wegmeßsystem zuzuordnen und die Preßstempel nach Maßgabe der gemessenen Positionen bis zu einer Endposition zu steuern, gegebenenfalls auch in Abhängigkeit von der Zeit. Im letzteren Fall bildet die Stempelgeschwindigkeit ein Kriterium bei der Herstellung des Preßlings.
Wird auf eine Position gefahren, läßt sich eine vorgegebene Geometrie des Preßlings einhalten. Unterschiedliche Befüllmengen haben jedoch gegebenenfalls zur Folge, daß das gesinterte Endprodukt keine reproduzierbaren Abmessungen hat. Daher ist auch bereits bekannt, den Preßvorgang zu beenden, wenn ein vorgegebener Preßdruck erreicht worden ist. Hierbei können dann die Endpositionen der Preßstempel durchaus variieren. Es ist schließlich auch bekannt, eine Wegkraftkurve vorzusehen, entlang der die Preßstempel beim Kompressionsvorgang gefahren werden. Es findet eine ständige Regelung während des Preßvorgangs statt, wobei nach Möglichkeit bestimmten Positionen des Preßstempels bei seinem Preßweg bestimmte Preßkräfte zugeordnet werden bzw. eine Ausregelung in der Weise vonstatten geht, daß die gewünschte Kurve erreicht wird. Hierfür ist erforderlich, auch die Preßkraft zu messen, die auf das Pulvermaterial ausgeübt wird. In diesem Zusammenhang ist bekannt, die Preßkraft unmittelbar über Druckmeßdosen zwischen Hydraulikzylinder und Stempel zu messen. Es ist jedoch auch bekannt, die Preßkraft mittelbar über einen Drucksensor zu messen, der den Druck in einem Hydraulikzylinder mißt.
Ein Preßling hat nach Beendigung der Kompressionsphase die Tendenz, sich um ein gewisses Maß auszudehnen. Hierbei besteht die Gefahr, daß es im Preßling zu Rissen oder dergleichen kommt, wenn eine solche Ausdehnung zu rasch vonstatten geht. Es ist daher bereits bekannt, auf den Preßling nach dem Verpressen eine gewisse Auflast wirken zu lassen und diese Auflast erst nach einiger Zeit zu entfernen. Es ist schließlich auch bekannt, die Höhe der Auflast materialabhängig vorzugeben sowie auch die Verringerung der Auflast mit Hilfe der ohnehin vorhandenen Regelvorrichtung.
Das Entfernen eines Preßlings aus dem Formhohlraum in der Matrize erfolgt typischerweise durch eine Relativbewegung von Unterstempel und Matrize. Beim sogenannten Ausstoßverfahren ist die Matrize stationär, und der Unterstempel bewegt den Preßling in Höhe der Oberkante der Matrize. Beim Abzugsverfahren ist hingegen der Unterstempel stationär und die Matrize wird um den gewünschten Betrag nach unten verstellt. Eine Entfernung bereitet jedoch Probleme, wenn der Preßling Hinterschneidungen aufweist. Es ist daher bereits bekannt geworden, eine Matrize für die Herstellung von Preßlingen aus Pulvermaterial zu teilen und zum Entfernen des Preßlings die Matrizenteile auseinander zu bewegen. Aus DE 195 08 952 A1 , US 6,986,866 B2 , US 5,378,416 A ist eine Presse zur Herstellung von Preßlingen aus Pulvermaterial bekannt geworden, bei der dem Formhohlraum mindestens ein Schieber, Querpreßstempel oder dergleichen zugeordnet ist, der von einem im Pressengestell angebrachten Verstellantrieb betätigbar ist. Aus US 5,378,416 A ist bekannt, einen Sensor vorzusehen, der die Ist-Zustände des Verstellantriebs für einen Querpreßstempel mißt, die Ist-Zustände in einer Regeleinrichtung mit einem Soll-Wert vergleicht und die Regeleinrichtung, dem Verstellantrieb über die Energiezufuhr zum Verstellantrieb nach Maßgabe der Differenz von Ist- und Soll-Zustand betätigt. Der Sensor mißt die Biegebeanspruchung des Querpreßstempels. Eine Regelvorrichtung zur Regelung der Bewegung des Querpreßstempels beschreibt auch DE 195 08 952 A1 .
Aus EP 028963831 ist auch bekannt, die Preßstempel einer Pulverpresse geregelt zu verfahren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Presse zur Herstellung von Preßlingen aus Pulvermaterial zu schaffen, mit der Preßlinge mit Hinterschnitten reproduzierbar mit hoher Genauigkeit ohne Beeinträchtigung des inneren Gefüges der Preßlinge gefertigt werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Presse ist die Matrize auf einem Matrizentisch drehbar gelagert und auf dem Matrizentisch ist ein Verstellzylinder angeordnet, der über ein Getriebe in Drehantriebsverbindung mit der Matrize steht. Ein Sensor mißt die Ist-Zustände des Verstellantriebs für die Matrize, und die Ist-Zustände werden in der Regeleinrichtung mit einem Soll-Wert verglichen und die Regelvorrichtung betätigt den Verstellantrieb für die Matrize über die Energiezufuhr zum Verstellantrieb nach Maßgabe der Differenz von Soll- und Ist-Zustand. Dem Verstellantrieb ist ein Wegmeßsystem zugeordnet, und die Regelvorrichtung stoppt den Verstellantrieb, wenn eine vorgegebene Position der Matrize erreicht worden ist oder der Verstellantrieb verstellt die Matrize nach einer vorgegebenen Weg-Zeit-Kurve.
Mit Hilfe der Erfindung können z. B. gedrillte, schräg verzahnte oder sonstige Teile hergestellt werden, beispielsweise Bohrerspitzen.
Das Wegmesssystem kann optisch, induktiv oder magnetostriktiv arbeiten oder mit Hilfe eines Lineals, an dem ein vom Verstellantrieb betätigter Messschieber geführt ist.
Dem Verstellantrieb kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein Kraftmeßsystem zugeordnet sein, und die Regelvorrichtung verstellt den Verstellantrieb nach vorgegebenen Kraftwerten oder nach einer vorgegebenen Kraftzeit- oder Kraftwegkurve. Zur Messung der auf das Pressmaterial aufgewendeten Kraft kann eine Kraftmessdose vorgesehen werden oder ein Drucksensor.
Schließlich ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Matrize oder dem Hydraulikzylinder kein Endanschlag zugeordnet ist. Dadurch wird der Aufwand für die Matrize reduziert und die Gefahr beseitigt, dass eine Beschädigung am verstellbaren Teil und Werkzeug eintritt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt perspektivisch eine Presse nach der Erfindung.
2 zeigt ein Blockbild für die Regelung eines Verstellantriebs der Presse nach 1.
Ein Matrizentisch 10, welcher auch als Matrizenplatte bezeichnet werden kann, ist in einem nicht gezeigten Gestell einer Presse für die Herstellung von Pulvermaterial angeordnet. Der Matrizentisch 10 kann stationär im Pressengestell angeordnet werden (Ausstoßbetrieb) oder seinerseits entlang einer Achse senkrecht zu diesem durch hier nicht gezeigte Hydraulikzylinder vertikal verstellt werden (Abzugsverfahren). Auf dem Matrizentisch 10 ist eine Matrize 50 angeordnet mit einem Formhohlraum. Mit dem Formhohlraum wirkt ein Oberstempel 18 und ein Unterstempel 20 zusammen. Ober- und Unterstempel 18, 20 sind von einem nicht gezeigten Hydraulikantrieb entlang der erwähnten Achse verstellbar, wie durch Doppelpfeil 22 bzw. 24 angedeutet. Bei der Befüllung des Formhohlraums mit einem Presspulver mit Hilfe einer nicht gezeigten Befüllvorrichtung befindet sich der Unterstempel 20 um ein gewisses Maß im Formhohlraum und gibt dadurch das Füllvolumen vor. Der Oberstempel 18 befindet sich in einigem Abstand vertikal oberhalb der Matrize 50. Während der Kompressionsphase treiben die Hydraulikantriebe die Stempel 18, 20 an und verpressen das Pressmaterial im Formhohlraum zu einem Pressling vorgegebener Abmessungen und Dichte.
In 1 ist die Matrize 50 drehbar gelagert. Der Drehwinkel ist mit ω angedeutet. An der Matrize 50 ist ein Hebel 52 angebracht, der mit einer Kolbenstange eines Verstellzylinders 54 zusammenwirkt. Der Verstellzylinder 54 ist bei 58 an dem Matrizentisch 10 angelenkt. Mit Hilfe des Verstellzylinders 54 kann daher die Matrize 50 während des Pressvorgangs gedreht werden. Oberstempel 18 und Unterstempel 20 sind z. B. gedrillt zur Herstellung schräg verzahnter bzw. gedrillter Teile, wie z. B. Bohrerspitzen. Die gedrillten Ober- und Unterstempel 18, 20 bewegen sich vertikal in der Matrize 50, während diese sich dreht. Zum Ausformen wird die Drehbewegung der Matrize umgekehrt.
Die Hydraulikantriebe für die Pressstempel 18, 20 werden geregelt betrieben. In 2 ist lediglich die Regelung des Hydraulikzylinders 54 dargestellt. Drucksensoren 38, 40 messen den Druck im Kolben- und Kolbenstangenraum des Hydraulikzylinders 54, der über ein Regelventil 42 mit einer hier nicht gezeigten hydraulischen Druckquelle koppelbar ist. Die Ansteuerung des Regelventils 42 erfolgt mit Hilfe eines Steuerrechners 44, in den auch die Messsignale der Drucksensoren 38, 40 gegeben werden.
Ein Kraftsensor 46 misst die vom Hydraulikzylinder 54 aufgebrachte Presskraft und gibt seine Messsignale auf den Steuerrechner 44. Ein Positionssensor 48 misst die Position des Hydraulikzylinders 54 bzw. des Kolbens bzw. der Kolbenstange 56 und gibt seine Messsignale ebenfalls auf den Steuerrechner 44.
Im Steuerrechner 44 können verschiedene Sollwerte bzw. Sollkurven abgespeichert sein. So kann z. B. die Endposition des Hydraulikzylinders 54 vorgegeben werden. Wird sie erreicht, was etwa durch den Positionssensor 48 festgestellt wird, wird eine weitere Verstellung des Hydraulikzylinders 54 gestoppt. Im Steuerrechner 44 kann auch eine Wegzeitkurve gespeichert sein, wobei mit Hilfe des Positionssensors 48 wiederum der Weg gemessen wird, den der Hydraulikzylinders 54 zurücklegt. Dabei sorgt der Steuerrechner 44 dafür, dass der vorgegebene Weg innerhalb einer vorgegebenen Zeit zurückgelegt wird. Eine Regelung regelt Abweichungen der gemessenen Ist-Zustände vom Sollzustand aus.
In dem Steuerrechner 44 kann ferner eine vorgegebene Maximalkraft gespeichert werden, die mit Hilfe des Kraftsensors 46 gemessen wird. Der Kraftsensor kann z. B. eine Kraftmessdose sein, die zwischen der Kolbenstange 56 und dem Hebel 52 angeordnet ist. Er kann auch durch z. B. den Drucksensor 38 mittelbar gebildet werden. Wird beim Pressvorgang eine vorgegebene maximale Kraft erreicht, wird die Verstellung beendet. Im Rechner 44 kann zusätzlich oder alternativ eine Wegkraftkurve gespeichert sein.

Claims

Presse zur Herstellung von Presslingen aus Pulvermaterial mit einer auf einem in einem Pressengestell angeordneten Matrizentisch aufspannbaren Matrize, in der ein Formhohlraum mit Hinterschneidung ausgebildet ist, mindestens einem Ober- und einem Unterstempel, die mit dem Formhohlraum zusammenwirken, und im Pressengestell angebrachten Verstellantrieben für Ober- und Unterstempel dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (50) auf einem Matrizentisch (10) drehbar gelagert und auf dem Matrizentisch ein Verstellzylinder (54) angeordnet ist, der über ein Getriebe (56, 52) in Drehantriebsverbindung mit der Matrize (50) steht, ein Sensor die Ist-Zustände des Hydraulikzylinders für die verdrehbare Matrize (50) misst, die Ist-Zustände in einer Regelvorrichtung mit einem Sollwert verglichen werden und die Regelvorrichtung den Hydraulikzylinder (54) über die Energiezufuhr nach Maßgabe der Differenz von Ist- und Sollzustand betätigt, wobei dem Hydraulikzylinder (54) ein Wegmesssystem zugeordnet ist und die Regelvorrichtung den Hydraulikzylinder (54) stoppt, wenn eine vorgegebene Position der Matrize (50) erreicht worden ist oder der Hydraulikzylinder (54) die Matrize (50) nach einer vorgegebenen Wegzeitkurve verstellt.
Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches, induktives oder magnetostriktives Wegmeßsystem vorgesehen ist.
Presse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hydraulikzylinder (54) ein Kraftmeßsystem (46) zugeordnet ist und die Regelvorrichtung den Hydraulikzylinder (54) nach vorgegebenen Kraftwerten oder nach einer vorgegebenen Kraftzeitkurve verstellt.
Presse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hydraulikzylinder (54) eine Kraftmessdose oder ein Drucksensor zugeordnet ist.
Presse nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung den Hydraulikzylinder (54) nach einer vorgegebenen Kraftwegkurve verstellt.
Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrize oder dem Hydraulikzylinder (54) kein Endanschlag zugeordnet ist.