DE10324271B4 - Method for producing a clamping element - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Klemm- bzw. Spannelements aus einer Formgedächnislegierung auf NiTi-Basis, bei dem eine Formgedächnislegierung auf NiTi-Basis pulverisiert und in eine Form gegeben, ausgeformt und gesintert wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Niob-haltige NiTi-Formgedächnislegierung gewählt wird,
dass die Formgedächnislegierung pulverisiert und mit einem Binder vermischt wird,
dass das Gemisch in eine Form gegeben und unter Härtung des Binders ausgeformt wird,
dass nach dem Ausformen das Bauteil chemisch und/oder thermisch entbindert wird,
dass nach dem Entbindern des Bauteil einer Temperaturbehandlung unterzogen wird,
dass bei der Temperaturbehandlung das Pulver der Formgedächnislegierung gesintert wird und,
dass bei der Temperaturbehandlung das geformte Bauteil auf das Endmaß des Klemmelements geschrumpft wird.A method of manufacturing a NiTi-based molded memory alloy clamping member in which a NiTi-based shape-memory alloy is pulverized and placed in a mold, molded and sintered,
characterized,
that a niobium-containing NiTi shape memory alloy is selected,
that the shape memory alloy is pulverized and mixed with a binder,
that the mixture is placed in a mold and shaped with hardening of the binder,
that after molding, the component is chemically and / or thermally debinded,
that after debindering the component is subjected to a temperature treatment,
in the case of temperature treatment, the powder of the shape-memory alloy is sintered and
during the temperature treatment, the molded component is shrunk to the final dimension of the clamping element.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Klemmelements aus einer Formgedächnislegierung, wie es DE 39 09 630 A1 als bekannt hervorgeht.The invention relates to a method for producing a clamping element from a shape memory alloy, as it DE 39 09 630 A1 as known.

Aus der DE 39 09 630 ist ein Klemmelement zum Klemmen von Werkstücken und/oder Werkzeugen bekannt, das aus einer Formgedächnislegierung, die als Basis eine NiTi-Legierung mit Bemischungen von Fe und/oder Cr aufweist, hergestellt ist. Zur Herstellung wird das Klemmelements mit den bekannten spanenden Verfahren wie Fräsen, Drehen, Schleifen, Bohren usw. aus einem monolithischen Grundkörper geformt. Hierbei erfolgt die Bemaßung derart, dass das Klemmelement bei Betriebstemperatur gegenüber dem zu haltenden Werkstück ein Untermaß aufweist. Des weiteren ist die Legierungszusammensetzung so gewählt, dass bei der Einsatztemperatur des Klemmelements der Bereich der reversiblen, spannungsinduzierbaren austenitisch/martensitischen Gefügeumwandlung, auch pseudoelastischer bzw. superelastischer genannt, vorliegt. Die Sprungtemperaturen bei diesen Materialien können zwischen –100 °C und +200 °C betragen Diese Herstellung ist jedoch recht aufwendig. Des weiteren müssen diese Klemmelemente bis zu ihrer Verwendung in ihrer geweiteten Form und in ihrem weichen Zustand gekühlt transportiert und gelagert werden. So werden diese Klemmelemente erst unmittelbar vor ihrer Montage aus gekühltem Stickstoff entnommen und eingesetzt. Da der Stickstoff aber eine Temperatur von ca. 77 K aufweist ist hierbei ein äußerst sorgsamer Umgang notwendig, weshalb eine Fertigung in hohen Stückzahlen und mit kurzen Taktzeiten mit derartigen Klemmelementen ungünstig ist.From the DE 39 09 630 a clamping element for clamping workpieces and / or tools is known, which is made of a Formgedächnislegierung having as a base a NiTi alloy with mixtures of Fe and / or Cr. For the production of the clamping element with the known machining methods such as milling, turning, grinding, drilling, etc. is formed from a monolithic body. In this case, the dimensioning is carried out such that the clamping element has an undersize at the operating temperature relative to the workpiece to be held. Furthermore, the alloy composition is selected such that the region of reversible, stress-inducible austenitic / martensitic microstructure transformation, also called pseudoelastic or superelastic, is present at the operating temperature of the clamping element. The transition temperatures of these materials can be between -100 ° C and +200 ° C. However, this production is quite expensive. Furthermore, these clamping elements must be transported and stored cooled until their use in their widened form and in their soft state. Thus, these clamping elements are removed and used only immediately before assembly of cooled nitrogen. Since the nitrogen but a temperature of about 77 K, this is a very careful handling necessary, which is why a production in high volumes and with short cycle times with such clamping elements is unfavorable.

Aus der US 4,657,822 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von komplizierten geformten Befestigungen bekannt. Bei dem Verfahren wird ein Legierungspuder auf der Basis von NiTi in eine Form eingebracht, die einen entsprechend kompliziert geformten inneren Kern aus festem Graphit und eine ähnlich komplizierte geformte dünne äußere Glaswand aufweist. Die Form wird dann evakuiert, versiegelt und bis auf die Sintertemperatur der Legierung geheizt. Hierbei erweicht das Glas, wodurch es einen isostatischen Druck auf die Legierung ausübt, wodurch die Legierungspartikel beim Versintern zusammengedrückt werden. Nach diesem Verdichtungsschritt wird die Form und sein Inhalt abgekühlt und das Glas und die Graphitmaterialien vom Legierungsgegenstand entfernt. Diese Methode ist für die Herstellung von kompliziert geformten Formkörpern aus einer Formgedächtnislegierungen besonders nützlich.From the US 4,657,822 A1 For example, a method of making complicated shaped fasteners is known. In the method, NiTi-based alloy powder is placed in a mold having a correspondingly complicated shaped inner core of solid graphite and a similarly complicated shaped thin outer glass wall. The mold is then evacuated, sealed and heated to the sintering temperature of the alloy. In doing so, the glass softens, thereby exerting isostatic pressure on the alloy, compressing the alloy particles during sintering. After this densification step, the mold and its contents are cooled and the glass and graphite materials are removed from the alloy article. This method is particularly useful for the production of intricately shaped shaped memory alloy moldings.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verfahren zur Herstellung eines Klemmelements anzugeben, bei dem die oben genannten Nachteile des vorbekannten Klemmelement zumindest verringert sind.The The object of the invention is to provide a method for producing a Specify clamping elements in which the above-mentioned disadvantages of previously known clamping element are at least reduced.

Die Aufgabe wird einem Verfahren gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Durch die Verwendung eines aus einer Nb-haltigen NiTi-Formgedächnislegierung bestehenden Pulvers kann das spätere Klemm- oder Spannelement in einfacher und preisgünstiger Weise in eine beliebige Form gebracht und anschließend zu dem Klemmelement gesintert werden. Des weiteren weist dieses Klemmelement eine weite Hysterese auf, so dass ein derartiges Klemmelement sogar bei Raumtemperatur und sogar bis ca. 80 °C gelagert werden kann, ohne das ein Rückverformung auftritt.The Task is a method according to the claim 1 solved. By using a Nb-containing NiTi shape memory alloy Powder can be the later Clamping or clamping element in a simple and inexpensive manner in any Form brought and then are sintered to the clamping element. Furthermore, this one has Clamping a wide hysteresis, so that such a clamping element even at room temperature and even up to about 80 ° C can be stored without this is a reverse deformation occurs.

Bei der Montage wird das Klemmelement auf ca. 130 °C erhitzt, wodurch eine Rückverformung von einem klemmseitig aufgeweiteten Zustand zu einem klemmenden Zustand erfolgt.at During assembly, the clamping element is heated to approx. 130 ° C, which causes a reverse deformation from a terminally widened state to a clamping Condition occurs.

Die Erschmelzung der Nb-haltigen Formgedächnislegierung erfolgt analog zur Herstellung der binären NiTi-Formgedächnislegierung.The Melting of the Nb-containing shape memory alloy takes place analogously for the production of the binary NiTi Formgedächnislegierung.

Die Pulverisierung Nb-haltigen NiTi-Formgedächnislegierung erfolgt sinnvollerweise aus der Schmelze, insbesondere in einer allenfalls nur geringfügig Sauerstoff aufweisenden Umgebung. Hierbei sind mittlere Korngrößen des Pulvers kleiner 500 μm, bevorzugt kleiner 50 μm und besonders bevorzugt kleiner 20 μm zweckmäßig.The Pulverization Nb-containing NiTi shape memory alloy is useful from the melt, especially in a possibly only slightly oxygen having environment. Here are mean grain sizes of Powder smaller than 500 μm, preferably less than 50 microns and more preferably less than 20 microns appropriate.

Das Pulver wird anschließend mit einem Binder zu einem Gemisch vermengt, aus welchen unter Härtung des Binders ein Formkörper mit den gewünschten Abmessungen hergestellt wird.The Powder will follow mixed with a binder to a mixture, from which, with hardening of the Binders a molding with the desired Dimensions is produced.

In günstiger Weise wird dem Gemisch noch ein Gleitmittel wie Wachs, Stearate und dgl., beigegeben und das fließfähige Gemisch, bspw. mit einem Extruder, in eine Form zu dem Formkörper gepresst. Der Binder kann danach aus dem Formkörper chemisch und/oder thermisch entfernt werden.In better Way, the mixture is still a lubricant such as wax, stearates and the like., And added the flowable mixture, eg. With an extruder, in a mold to the shaped body pressed. The binder can then from the molding chemical and / or thermal be removed.

Der Formkörper wird gesintert, wobei bei diesem Verfahrensschritt in besonderer Weise auch Binder thermisch ausgetrieben werden kann.Of the moldings is sintered, in this process step in particular Way also binders can be thermally expelled.

Die erhaltenen gesinterten Klemmelemente können auch durch ein Drucksintern weiter verdichtet werden. Durch die Kenntnis des Schrupfmaßes ist in besonderer Weise eine weitere spanende Bearbeitung der gesinterten Klemmelemente nicht mehr notwendig.The obtained sintered clamping elements can also by pressure sintering be further compressed. By knowing the Schrupfmaßes is in a special way, a further machining of the sintered Clamping elements no longer necessary.

Insgesamt sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch komplex geformte Klemmelemente auf eine kostengünstige Weise herstellbar, wobei die Klemmelemente, bedingt durch ihren weite Hysterese, einfach zu handhaben sind.Overall, with the inventive Method even complex shaped clamping elements in a cost-effective manner to produce, the clamping elements, due to their wide hysteresis, are easy to handle.

Claims (11)

Verfahren zur Herstellung eines Klemm- bzw. Spannelements aus einer Formgedächnislegierung auf NiTi-Basis, bei dem eine Formgedächnislegierung auf NiTi-Basis pulverisiert und in eine Form gegeben, ausgeformt und gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Niob-haltige NiTi-Formgedächnislegierung gewählt wird, dass die Formgedächnislegierung pulverisiert und mit einem Binder vermischt wird, dass das Gemisch in eine Form gegeben und unter Härtung des Binders ausgeformt wird, dass nach dem Ausformen das Bauteil chemisch und/oder thermisch entbindert wird, dass nach dem Entbindern des Bauteil einer Temperaturbehandlung unterzogen wird, dass bei der Temperaturbehandlung das Pulver der Formgedächnislegierung gesintert wird und, dass bei der Temperaturbehandlung das geformte Bauteil auf das Endmaß des Klemmelements geschrumpft wird.A method of manufacturing a NiTi-based die-formed alloy clamping member in which a NiTi-based shape-memory alloy is pulverized and placed in a mold, molded and sintered, characterized by selecting a Ni-containing Ni-Ti memory alloy in that the shape-memory alloy is pulverized and mixed with a binder, that the mixture is placed in a mold and shaped with hardening of the binder such that after molding the component is chemically and / or thermally debinded, subjected to a temperature treatment after debindering the component is that during the temperature treatment, the powder of the shape memory alloy is sintered and that during the temperature treatment, the molded component is shrunk to the final dimension of the clamping element. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch Gleitmittel beigegeben werden.Method according to claim 1, characterized in that that lubricants are added to the mixture. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Gleitmittel Wachs und/oder Stearate beigegeben werden.Method according to claim 1, characterized in that as lubricant wax and / or stearates are added. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Pulvers flüssige Formgedächnislegierung durch eine Öffnung geblasen wird.Method according to claim 1, characterized in that that for the production of the powder liquid shape memory alloy through an opening is blown. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Pulvers flüssige Formgedächnislegierung mittels eines Inertgases durch eine Öffnung geblasen wird.Method according to claim 1, characterized in that that for the production of the powder liquid shape memory alloy is blown through an opening by means of an inert gas. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Pulvers flüssige Formgedächnislegierung mittels Argon durch eine Öffnung geblasen wird.Method according to claim 1, characterized in that that for the production of the powder liquid shape memory alloy by argon through an opening is blown. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Pulver mit einer mittleren Korngröße von maximal 500 μm gewählt wird.Method according to claim 1, characterized in that that powder with a mean grain size of a maximum of 500 microns is selected. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Pulver mit einer mittleren Korngröße von maximal 50 μm gewählt wird.Method according to claim 1, characterized in that that powder with a mean grain size of a maximum of 50 microns is selected. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Pulver mit einer mittleren Korngröße von maximal 20 μm gewählt wird.Method according to claim 1, characterized in that that powder with a mean grain size of a maximum of 20 microns is selected. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch unter Druck in die Form eingebracht wird.Method according to claim 1, characterized in that the mixture is introduced under pressure into the mold. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass spätestens beim Sintern der Binder und/oder das Gleitmittel zumindest teilweise entfernt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that at the latest at least partially removed during sintering of the binder and / or the lubricant becomes.
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