DE1282868B - Pulvermetallurgisches Verfahren zur Herstellung von Giess- und Pressformen - Google Patents

Description

• Pulvermetallurgisches Verfahren zur Herstellung von Gieß- und Preßformen Die Erfindung betrifft die Herstellung von Gieß-und Preßformen aus Stahlpulver bzw. Metallpulver nach dem Verfahren der pulvermetallurgischen Fertigung.
• Bei der üblichen Herstellung von Maschinenelementen und Werkstücken nach diesem Verfahren wird eine abgemessene Menge Pulver in die Preßform gegeben und unter hohem Druck in die Gestalt des Maschinenelementes oder Werkstückes gepreßt. Das so erhaltene Teil wird daraufhin aus der Preßform ausgestoßen und bei mehr oder minder hoher Temperatur gesintert.
• Meist handelt es sich dabei um Maschinenteile oder Werkstücke von einfacher Form, wie Zahnräder, Hebel, Kurvenscheiben, Buchsen und Gleitlager. Hohlgeformte Teile sind nur in einfachster Gestalt herzustellen, da der Preßdruck vorwiegend nur in der Preßrichtung wirkt. Bei in der Preßrichtung längeren Werkstücken wird, um eine gleichmäßige Dichte zu erhalten, der Ober- und der Unterstempel bewegt. Trotzdem bleibt die Größe der herzustellenden Maschinenteile und Werkstücke beschränkt.
• Bei der pulvermetallurgischen Herstellung von Gieß- und Preßformen, die naturgemäß räumlich größer sind, da sie das mit ihnen herzustellende Maschinenteil oder Werkstück umschließen, ist deshalb besondere Sorgfalt sowohl in der Gestaltung als auch bei der Fertigung notwendig und gegebenenfalls ist das Verfahren zu ergänzen oder umzuwandeln. So ist zur Herstellung von Gießformen vorgeschlagen worden, dem Eisenpulver ein reduzierbares Bindemittel beizumischen, das beim Sintervorgang das Pulver zu einem festen Körper verbindet und dafür auf die Pressung zu verzichten (britische Patentschrift 593 959). Andererseits ist bekanntgeworden, Preßformen zum einmaligen Gebrauch für die pulvermetallurgische Fertigung dadurch herzustellen, daß man ein aus Kohle oder Graphit angefertigtes Meisterstück unter gleichzeitiger Anwendung von Druck und Temperatur abpreßt. Die so gewonnene Preßform dient nun ihrerseits zur Fertigung des Werkstückes nach dem pulvermetallurgischen Verfahren, wobei jedoch zu beachten ist, daß die Sintertemperatur während des Preßvorganges wesentlich niedriger bleibt als bei der Herstellung der Preßform, um eine Deformation der letzteren zu verhindern. Die Korngröße des für die Preßform verwendeten Pulvers ist so groß gehalten, daß die Abriebfestigkeit der Form gegenüber dem mit ihr gefertigten Werkstück so gering ist, daß sie durch ein Schrotgebläse abgetragen werden kann (britische Patentschrift 667 219).
• Die nach diesen beiden Verfahren gefertigten Gieß- bzw. Preßformen haben eine so geringe Festigkeit, daß sie nur für die genannten Zwecke und nicht allgemein als Gieß- und Preßform, z. B. zum Abspritzen von Teilen aus Kunststoff oder Metall, zu verwenden sind; auch ihre Dichte ist nicht gleichmäßig genug. Der Gestaltung der Maschinenteile oder Werkstücke sind enge Grenzen gesetzt.
• Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung von Dauergieß- und Preßformen höherer Festigkeit, gleichmäßigerer Dichte und freierer Gestaltungsmöglichkeit, geeignet zur allgemeinen Verwendung für die gesamte Gieß- und Preßtechnik.
• Nach der Erfindung wird deshalb ein Verfahren vorgeschlagen, wonach das Metallpulver oder das Metallpulvergemisch in einem Behälter großer Festigkeit, z. B. einem Stahlbehälter, durch Rüttelschwingungen oder Pressen verdichtet, dann das Modell des mit der Form später zu fertigenden Werkstückes in das so vorgepreßte Pulver hineingedrückt und darauf die so gestaltete Gieß- oder Preßform gesintert wird oder die so gefertigte Form in einen anderen Behälter hoher Festigkeit eingesetzt und der Zwischenraum zwischen Form und Behälter durckfest ausgegossen wird. Nach einer Weiterbildung des Verfahrens kann das vorverdichtete Pulver vor dem Eindrücken des Modells bereits teilgesintert werden.
• Welches der beiden Verfahren jeweils am günstigsten anzuwenden ist, hängt von der Größe und Gestalt, der Gieß- oder Preßform bzw. des mit ihr herzustellenden Werkstückes bzw. Maschinenteils ab. Bei verhältnismäßig einfacher Gestalt des Werkstückes, z. B. der Spritzgußform für einen Teller aus Kunststoff, empfiehlt es sich, das Modell in der teilgesinterten Pulvermasse abzupressen, also im übertragenen Sinne das Verfahren des Prägens anzuwenden, wobei nicht die zukünftige Form über das Modell gedrückt, sondern das Modell eingedrückt wird. Der Zweck dieses Verfahrens ist, die Festigkeit in den Randzonen der so hergestellten Form zu erhöhen.
• Ist das Werkstück jedoch nicht von so einfacher Gestalt und besitzt es eine in der Preßrichtung größere Ausdehnung, ist das Modell zweckmäßig in das nur vorgepreßte Pulver einzudrücken. Hierbei kann es auch vorteilhaft sein, während des Preßvorganges zu erwärmen, gegebenenfalls fortschreitend bis zur Sintertemperatur. Der Preßvorgang verzögert sich dadurch und dehnt sich über die Dauer des Wärmeanstiegs aus. Es kann auch nur örtlich oder zeitlich begrenzt erwärmt werden, z. B. durch induktive Erwärmung mit Hochfrequenzströmen, um durch die verschiedenen Stadien des Sintervorganges eine dem Modell angepaßte Dichte und Druckverteilung zu erreichen mit dem Ziel, an der fertigen gegebenenfalls nachgesinterten Gieß- oder Preßform an allen Stellen gleiche Festigkeit und Dichte zu haben.
• Da die Pulver bei dem Preßvorgang nicht plastisch fließen, erfahren sie eine Verdichtung vorwiegend in Richtung des Preßdruckes. Um eine verbesserte seitliche Verdichtung und damit einen erweiterten Anwendungsbereich hinsichtlich der Gestalt der Werkstücke zu erhalten, wird weiter erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Preßvorgang beim Eindrücken des Modells mit Schwingungen geeigneter Frequenz und Amplitude, z. B. Ultraschall, zu überlagern oder diese bereits dem Preßvorgang vorausgehen zu lassen. Ebenso kann der Preßvorgang verlangsamt werden, um eine längere Einwirkung der Schwingungen und damit eine gleichmäßigere und größere Verdichtung des Pulvers zu erhalten. Der jeweiligen Eigenfrequenz der ganzen Anordnung ist dabei besondere Beachtung zu schenken, weil bei ihr die Wirkungen am stärksten sind.
• Als weiteres Mittel zur gleichmäßigen Verfestigung der zukünftigen Gieß- und Preßform wird im Falle des Eindrückens des Modells in das vorverdichtete Pulver nach der Erfindung vorgeschlagen, neben dem Preßstempel, einen das Modell an den Seiten umschließenden federnden Niederhalter für das Pulver zu verwenden, der dessen Hochsteigen beim Eindrücken des Modells - verhindert. Durch diese Einrichtung wird bei räumlich ausgedehnteren Modellen verhindert, daß sich die obere Schicht des bereits vorgepreßten Pulvers wieder auflockert.
• Im allgemeinen wird die komplette Gieß- oder Preßform aus zwei Teilen, einem Unterteil und einem Oberteil, bestehen. Nur bei schwierigeren oder komplizierteren Maschinenteilen oder Werkstücken wird sich die Gieß- oder Preßform aus mehr Teilen zusammensetzen. Daraus ergibt sich, daß das Modell, das zur Herstellung des einzelnen Teiles der Gieß-oder Preßform verwendet wird, nur einem Teilstück des in der Gieß- oder Preßform herzustellenden Maschinenteiles oder Werkstückes entspricht.
• Die pulvermetallurgische Herstellung von Gieß-und Preßformen hat die poröse Stahlform im Gegensatz zur bekannten Sandform gebracht. Wie beim Sandguß ist sie gasdurchlässig. Mit der Erfindung, auf dem Wege der pulvermetallurgischen Fertigung allgemein verwendbare Gieß- und Preßformen höherer Festigkeit herzustellen, ergibt sich der weitere Vorteil, durch die Wahl der Korngröße und der Kornform, der Zusammensetzung der Pulvermischungen, gegebenenfalls unter Zusatz von nichtmetallischen Pulvern, z. B. aus Schamotte, Porzellan, Graphit usw. und durch den Preßdruck, die Sinterzeit und die Sintertemperatur, diese Gasdurchlässigkeit beliebig zu bestimmen und sie den jeweiligen Erfordernissen anzupassen. Schließlich kann durch Einschichten verschieden zusammengesetzter Pulvermischungen eine örtlich verschiedene Porösität erreicht werden.
• Ist jedoch die Gasdurchlässigkeit nicht gewünscht, so kann die erfindungsgemäß hergestellte Gieß- und Preßform durch nachträgliche Tränkung mit leichter schmelzenden Metallen, z. B. Kupfer, Zink, Aluminium u. dgl. abgedichtet werden, wobei auch ihre Festigkeit erhöht wird.
• Obwohl durch höheren Kohlenstoffgehalt und durch Legierungszusätze bei den Eisenpulvern, durch erhöhten Preßdruck, gegebenenfalls auch durch erhöhte oder länger einwirkende Sintertemperatur, sowie durch nachträgliche Härtung oder Vergütung solcher Erzeugnisse aus Sinterstahl eine beträchtliche Erhöhung der Festigkeitswerte erzielbar ist, genügen insbesondere die erreichbaren Zugfestigkeiten in einigen Fällen, wie für Spritz- und Preßformen zur Verarbeitung von Kunststoffen den auftretenden Beanspruchungen nicht.
• Um diesem Umstand gerecht zu werden, wird vorgeschlagen, die Gieß- oder Preßform nach ihrer Herstellung in Stahlbehälter einzusetzen und den Zwischenraum zwischen der Gieß- oder Preßform und dem Behälter mit metallischen oder keramischen Werkstoffen druckfest auszugießen. Der Stahlbehälter nimmt dann die bei ihrer Verwendung beim Spritzguß oder Preßguß auftretenden höheren Spannungen auf.
• Für mittlere Beanspruchungen und einfache Formen wird -andererseits die Verwendung von festigkeitserhöhenden Einlagen, wie Winkel, Haken, Anker oder Bänder vorgeschlagen, die bei der Fertigung in das Metallpulver mit einzupressen sind. So können z. B. bei einfacheren, etwa zylindrischen Gieß- oder Preßformen zur Aufnahme der Zugspannungen Drahtwindungen in Spiralform aus Drähten hoher Zugfestigkeit mit eingepreßt werden.
• Da durch Oberflächenhärtung nach einem der üblichen Einsatzhärtungsverfahren auch bei Sinterstahl eine glasharte Oberfläche zu erhalten ist und die Oberfläche poliert, vernickelt oder verchromt werden kann, ist der Abnutzungswiderstand den jeweiligen Erfordernissen anzupassen,

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Dauergieß-und Preßformen nach dem pulvermetallurgischen Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver oder das Metallpulvergemisch in einem Behälter hoher Festigkeit, z. B. einem Stahlbehälter, durch Rüttelschwingungen oder Pressen verdichtet, dann das Modell des mit der Form später zu fertigenden Werkstückes in das so vorgepreßte Pulver hineingedrückt und darauf die so gestaltete Gieß- oder Preßform gesintert wird oder die so gefertigte Form in einen anderen Behälter hoher Festigkeit eingesetzt und der Zwischenraum zwischen Form und Behälter druckfest ausgegossen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Modell an den Seiten umschließender, federnder Niederhalter verwendet wird, der das beim Eindrücken des Modelles neben diesem aufsteigende Metallpulver niederhält. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver bzw. -gemisch vor dem Eindrücken des Modelles teilgesintert wird. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Metallpulver bzw. Metallpulvergemisch nichtmetallische Zusätze, z. B. Kohle, Schamotte, beigemengt werden. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gegebenenfalls verlangsamte Eindrücken des Modelles in das Metallpulver mit Schwingungen geeigneter Frequenz und Amplitude überlagert wird. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen und Amplituden der Schwingungen während des Eindrückens in Zuordnung zum Ablauf des Eindrückens geändert werden. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver bzw. -gemisch während des Eindrückens des Modelles z. B. auf induktivem Wege, einheitlich oder örtlich begrenzt, gleichmäßig oder steigernd, gegebenenfalls bis zur Sintertemperatur erwärmt wird, wobei im letzteren Fall das Nachsintern unterbleiben kann. B. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fertige Gieß- oder Preßform mit leichter schmelzenden Nichteisenmetallen, z. B. Kupfer, getränkt wird. 9. Verfahren zur Herstellung von Gieß- und Preßformen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Gieß- oder Preßform festigkeitserhöhende Einlagen, z. B. Drahtwindungen aus Stahldraht hoher Festigkeit, miteingepreßt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 618 870, 749 601; schweizerische Patentschrift Nr. 268 240; französische Patentschrift Nr. 1027 534; britische Patentschriften Nr. 577 249, 593 959, 667 219; USA.-Patentschrift Nr. 2 455 804; Chemisches Zentralblatt, 1954, S. 6328; M. Ju. B a 1 s c h i n, Pulvermetallurgie, 1954, S. 48; R. K i e f f e r und W. H o t o p, Pulvermetallurgie und Sinterwerkstoffe, 1943, S. 81.