DE1943238B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen rohrförmiger Preßkörper - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen rohrförmiger PreßkörperInfo
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Description
Wanddicke vorzugsweise mindestens 5 :1 beträgt, jedoch
weitaus größer, beispielsweise 250 : 1 oder auch 350: I sein kann. Tatsächlich lassen sich nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren sehr lange Hohlzylinder mit einer Länge von beispielsweise 4,60 m oder
mehr herstellen. Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Preßkörper kann in herkömmlicher
Weise, beispielsweise durch Sintern oder Kaltziehen weiterbearbeitet werden.
Vorzugsweise wird der Ringraum in der Form durch einen Kern festgelegt, der sich zentrisch durch
die Preßform erstreckt und einen Teil des konischen Preßdorns bildet oder mit diesem verbunden ist.
Nach dem Ausfüllen des Ringraums wird der Kern aus dem Pulver bzw. der Form herausgezogen, wobei
ihm der konische Preßdorn folgt.
Bei der Relativbewegung zwischen dem konischen Preßdorn und der Form muß ein Herausdrücken des
Pulvers aus der Form verhindert werden, da die Gesamtmasse des Pulvers in der Form während des
ganzen Preßvorgangs gleich bleiben :.iuß. Vorteilhafterweise
befinden sich daher an den Stirnseiten der Form je ein verformbarer Deckel, der den Kern umgibt
und die Form verschließt. Die Deckel müssen soweit verformbar sein, daß der konische Preßdorn as
ohne Pulveraustrag durch sie hindurchgehen kann. Die Deckel können aus Gummi oder einem anderen
elastischen Werkstoff, beispielsweise aus einem Silikonkautschuk, bestehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Verpressen duktiler Metallpulver, von
beispielsweise Nickel, Kobalt, Eisen, Kupfer. Aluminium, Magnesium, Nickel-Kupfer-Legierungen und
Nickel-Chrorn-Legierungen. Das Metallpulver kann auch Metalloxide und andere Metallverbindungen,
beispielsweise Thoriumoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliziumkarbid und Wolframkarbid enthalten,
um dispersionsgehärtete Sinterteile herzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich
mithin zur Verarbeitung der herkömmlichen Pulver mit üblicher Teilchengröße, die jedoch vorzugssveise
1 bis 50 iim beträgt.
Der Verdichtungsgrad hängt von verschiedenen Faktoren, beispielsweise der ursprünglichen Dichte
der Pulverschüttung und der Natur des Pulvers ab. Im allgemeinen kann beim Herstellen eines Preßkörpers
guter Festigkeit und hoher Dichte die Dichte der Pulverschüttung u;n 10 bis 40, vorzugsweise aber um
20 bis 300O verringert werden. Der dabei erforderliche,
nach außen gerichtete Druck sollte mindestens 6,25 kp/mm2 betragen, kann jedoch beim Verpressen
von Pulvern, wie beispielsweise Karbonylnickelpulver, allmählich bis auf 21 kp/mm- und mehr gesteigert
werden.
Die Konizität des Lochdorns spielt im Hinblick auf die Qualität des Preßkörpers eine wesentliche
Rolle. So sollte die Neigung der Lochdornmantelfläche in bezug auf die Lochdornachse zwischen 3,3
mm/m und 104 mm/m liegen, d.h. beispielsweise 0,33 bis 10,4% betragen. Vorzugsweise beträgt die
Konizität 10 bis 31 mm/m, d. h. 1 bis 3,1 %> um einen
Preßkörper mit gleichmäßiger Dicke, eine geringe Reibung, einer hohen Durchsatz und eine optimale
Ausnutzung des Pulvers zu erreichen.
Die Bewegungsgeschwindigkeit des Lochdorns beim Pressen kann 10 m/min betragen, liegt jedoch
meistens darunter.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Preßkörper mit unterschiedlichen Wanddicken
herstellen, wenngleich der Wanddickenöereich, in dem sich einwandfreie Preßkörper erzeugen lassen,
in gewissem Maße auch von den Pulvereigenschaften abhängt. Aus duktilem Metallpulver, beispielsweise
Karbonylnickelpulver, lassen sich homogene und dichte Preßkörper mit einer Wanddicke von 9,5 bis
25 mm herstellen.
Der Preßkörper kann in der Form gesintert werden, so daß das beim Sintern eintretende Schrumpfen
ein leichtes Entfernen des Sinterteils aus der Form gestattet. Üblicherweise wird der Preßkörper jedoch
vor dem Sintern aus der Form genommen, weswegen die Form bei Teilung in der Längsachse zweiteilig
ausgebildet sein kann und beim Pressen in üblicher Weise zusammengehalten wird. Vorteilhaftenveise
besitzt die geteilte Form einen ebenfalls geteilten Einsatz, da dann in einer einzigen Form Einsätze
verschiedener Wanddickep verwendet und so mit einer einzigen Form Hohlzylinder mit verschiedenen
Außendurchmessern gepreßt werden können.
Durch Versuche konnte festgestellt werden, daß es besonders vorteilhaft ist, den konischen Preßdorn bei
-einer Bewegung durch die Form in Drehung zu versetzen, da dies eine gute Konzentrizität der Innen-
und der Außenoberfläche des Preßkörpers ergibt.
Der konische Preßdorn kann vorteilhaftenveise in einen zylindrischen Kalibri^rdorn mit demselben
Außendurchmesser auslaufen oder mit diesem verbunden sein, so daß die Bohrung des Preßkörpers
eine glatte Oberfläche und einen gleichmäßigen Durchmesser erhält. Das erfindungsgemäße Verfahren
wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen einer Preßvorrichtung des näheren erläutert.
In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 einen Vertikalschnilt durch eine Form mit
zylindrischem Kern.
F i g. 2 die Form der F i g. 1 während des Pressens,
F i g. 3 einen Querschnitt nach der Linie IH-III in Fig. 1,
F i g. 4 einen der F i g. 1 ähnlichen Schnitt durch eine andere Preßform,
F i g. 5 einen Querschnitt nach der Linie V-V in Fig.4.
F i g. 6 und 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Preßform.
Die Form 10 der Fig. I bis 3 besteht aus hochfestem
Stahl, um dem beträchtlichen Preßdruck standzuhalten. Ein zylindrischer Kern 11 erstreckt sich
zentrisch durch die Form und ist starr mit einem kegelstumpfförmigen
Preßdorn 12 verbunden, der seinerseits mit einem Kalibrierdorp 13 verbunden ist.
Die Preßfoim 10 ist entlang der Trennlinie 14 längsunterteiU
und an ihrem unteren Ende mit einem Gummideckel 16 verschlossen, durch den der Kern
11 hindurchragt. Der Deckel 16 wird mittels einer Kappe 17 in richtiger Lage gehalten, Die Preßform
ist mit Metallpulver 15 gefüllt, und der Kern wird durch eine schematisch dargestellte Zentriervorrichtung
20 in zentrischer Lage gehalten. Beim Füllen mit Pulver wird die Preßform vorteilhaftenveise mittels
eines Vibrators 26 in Vibration versetzt, um eine gleichmäßige Pulverschüi:tung zu erreichen. Nach
dem Füllen des Ringrau ms zwischen Preßform 10 und Kern 11 wird die Zentriervorrichtung 20 entfernt
und die obere Öffnung der Preßform durch Absenken eines verformbaren Deckels 18 verschlossen,
der mittels einer Kappe 119 in seiner richtigen Lage
festgehalten wird. Die Kappen 17 und 19 verklammern gleichzeitig die beiden Formhälften.
Die aus dem Kern 11, dem Preßdorn 12 und dem Kalibrierdorn 13 bestehende Baueinheit kann außerdem
rotieren. Während der Abwärtsbewegung durch die Form übt der konische Preßdorn 12 einen radialen
Preßdruck sowie eine geringe nach abwärts gerichtete Kraft auf das Pulver aus. Das Pulver wird
durch die starre Form 10 und die Deckel 16, 18 während der Hindurchbewegung des Preßdorns 12 in der
Form gehalten. Sobald der Kern 11, der konische Preßdorn 12 und der Kalibrierdorn 13 durch die
Form hindurchgeführt worden sind, werden die Kappen 17 und 19 entfernt und die Formhälften vom
Preßkörper abgehoben.
Bei dem Alisführungsbeispiel nach den F i g. 4 und 5 besitzt die Preßform 10 einen längsunterteilten
Einsatz 21 sowie eine axial angeordnete und von Deckel 16 zu Deckel 18 verlaufende dehnbare Hülse
22. Diese Hülse ist entlang der Trennungslinie 23 geschlitzt und besteht aus Federstahl oder einem steifen
federnden Kunststoff, der sich der Oberfläche des Preßdorns 12 bei dessen Abwärtsbewegung dicht anpaßt.
Die Hülse 22 verhindert in vorteilhafter Weise eine Reibung zwischen dem Pulver und dem Preßdorn,
der nun geschmiert werden kann, ohne daß das Schmiermittel in verunreinigende Berührung mit dem
Pulver kommt. Auf diese Weise kann der Reibungswiderstand bei der Preßdornbewegung durch die
Form verringert werden. Außerdem eignet sich die Hülse sehr gut zum Zentrieren. Mehrere austauschbare
Hülsen unterschiedlichen Durchmessers erlauben es. mit einer einzigen Form und einem einzigen
Preßdorn Preßkörper verschiedenen Innendurchmessers herzustellen. Außerdem können Hülsen verschiedenen
Querschnitts verwendet werden, um Hohlkörper mit entsprechender Innenkontur herzustellen.
Die richtige Lage des Preßdorns in der Form ist von großer Bedeutung, weswegen bei nicht rotierendem
Preßdorn der Kern 11 Zentrierflossen 24 aufweisen kann (F i g. 6). Der Kern 11 besitzt drei solcher
Zentrierflossen 24 mit gleichmäßigem Abstand voneinander, die in Kontakt mit der Formwand stehen.
Um ein leichtes Herausdrücken der Zentrierflossen mit dem Kern 11 zu ermöglichen, besitzen sie
scharfe Schneidkanten und besteht der Deckel aus weichem Gummi, durch das die Zentrierflossen leicht
hindurchdringen können. Obgleich der Deckel 16 auf diese Weise in drei Teile zerschnitten wird, wird er
gleichwohl durch die Kappe 17 in seiner Lage gehalten und verhindert ein Herausdrücken des Pulvers;
er muß nach dem Pressen ersetzt werden.
Der Preßdorn und die Form müssen aus hochfestern Metall bestehen. Die Dorne können unter Anwendung von Ultraschall durch die Form bewegt werden, um die Reibungsverluste klein zu halten und eine glatte Bohrungsoberfläche zu erreichen.
Der Preßdorn und die Form müssen aus hochfestern Metall bestehen. Die Dorne können unter Anwendung von Ultraschall durch die Form bewegt werden, um die Reibungsverluste klein zu halten und eine glatte Bohrungsoberfläche zu erreichen.
Bei einem Versuch kam eine Form mit einem Innendurchmesser
von 76 mm mit einem Kern, dessen Durchmesser 35 mm betrug, und einem Preßdorn mit
einem Durchmesser von 35 mm am unteren Ende und einer Länge von 304 mm sowie einem Maximaldurchmesser
von 44 mm zur Verwendung. Die Konizität des Preßdorns betrug mithin 14,3 mm/m. Das
dickere Ende des Preßdorns ging in einen zylindrischen Kalibrierdorn über, dessen Durchmesser
ebenfalls 44 mm betrug und der 12,7 mm lang war. Der Ringraum der Preßform wurde mit einem bindemittelfreien
Karbonylnickelpulver einer Teilchengröße unter etwa 5 \im gefüllt. Der rohrförmige Preßkörper
besaß eine Länge von 178 cm und eine Dichte von etwa 60Vo der theoretischen Dichte des
reinen Nickels. Der Preßkörper wurde eine Stunde lang bei 760° C in einer Atmosphäre aus 88°/o
Stickstoff und 12 0O Wasserstoff in der Form vorgesintert,
dann aus der Form entfernt und weitere achl Stunden bei 12050C in ähnlicher Atmosphäre fertiggesintert.
Das Sinterrohr besaß eine Dichte von über 90°/o der theoretischen Dichte und ließ sicli
ohne weiteres durch Ziehen weiterverarbeiten.
Es ist nicht unbedingt erforderlich, mit ruhendei Form zu arbeiten, vielmehr kann das erfindungsgemäße
Verfahren auch mit ruhendem Kem und ruhenden Dornen und beweglicher Form durchgefühfl
werden. Außer zum Herstellen von beispielsweise Nickelrohren für den Transport korrodierender Flüssigkeiten
eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zum Herstellen anderer Artikel, wie bei
spielsweise Lager.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. Verfahren zum Herstellen rohrförmiger
Preßkörper aus Pulver unter Verwendung einer das Pulver aufnehmenden Form und eines Preßdorns,
dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver mittels einer Relativbewegung zwischen
der Form und einem konischen Preßdorn radial verdichtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die ringförmige Pulverschüttung
ein konischer Preßdorn bewegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Preßdorn mit kreisförmigern
Querschnitt während seiner Bewegung durch eine mit Pulver gefüllte Form mit kreisförmigem
Innenquerschnitt um seine Längsachse gedreht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver in den Ringraum
um einen zylindrischen, mit dem konischen Preßdorn verbundenen Kern geschüttet und der Kern
zusammen mit dem konischen Preßdorn durch das Pulver und die Form gestoßen wird. as
5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auf die Herstellung eines hohlzylindrischen Preßkörpers mit einem Verhältnis
Länge zu Wanddicke von mindestens 5:1.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzsichnet durch eine
Hohlform (JO) mit einem axial angeordneten Kern (11), einen mit diesem verbundenen Preßdorn
(12) und die Form (10) verschließende, den Kern umgebende Deckel (16, 18) aus verformbarem
Werkstoff.
7. Vorrichtung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Öffnung der Form (10), der Kern (11) und der Preßdorn (12) einen kreisförmigen
Querschnitt besitzen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Preßdorn (12) mit einem zylindrischen Kalibrierdorn (13) verbunden ist, der denselben Durchmesser wie das vorhergehende
Ende des Preßdorns (12) besitzt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckel
(16, 18) mittels Kappen (17, 19) an den Stirnseiten der Form (10) festgelegt sind.
10. Vorrichtung nach einem oder mehrere", der
Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (10) längsunterteilt ist und einen längsunterteilten
Einsatz (21) besitzt.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kern (11) von einer radial verformbaren Hülse (22) umgehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse einen Längsschlitz
(23) besitzt.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kern (11) radial verlaufende Abstandsflossen
(24) mit unteren Schneidkanten aufweist, deren Länge dem radialen Abstand von Kern (11) und
Innenwand der Form (10) entspricht.
Die Vorteile der pulvermetallurgischen Herstellung von Metallteilen, bei der zunächst ein Preßkörper
hergestellt und dann gesintert wird, sind allgemein bekannt. Soll das Fertigerzeugnis eine hohe Festigkeit
besitzen, dann muß der Preßkörper einen homogenen Aufbau und eine hohe Dichte besitzen.
Selbst dann, wenn das Sinterteil eine gewisse Porosität besitzen soll, wie beispielsweise ein Filter oder
Lager, ist ein gleichmäßiges Verdichten im Hinblick auf eine gleichmäßige Porosität von großer Bedeutung.
Beim Herstellen Lohlzylindrischer Preßkörper ergeben
sich jedoch im Hinblick auf die Eigenschaften des Fertigerzeugnisses eine Reihe bislang ungelöster
Probleme. So verhält sich das metallische Pulver im Preßwerkzeug unter dem Preßdruck nicht wie eine
echte Flüssigkeit, da sich der Druck nicht gleichmäßig über die Pulvermasse verteilt. Das abweichende
Verhalten des Pulvers im Vergleich zu einer idealen Flüssigkeit findet seine Ursache in der Reibung zwischen
dem Pulver und dem Werkzeug sowie der inneren Reibung zwischen den Pulverteilchen. Obgleich
sich kurze hohlzylindrische Preßkörper, deren Länge etwa gleich der Wanddicke ist, durch Einfüllen
eines Metallpulvers in den Ringraum zwischen einer hohlzylindrischen Form und einem zylindrischen
Kern und anschließendes Verpressen von einer oder beiden Seiten des Ringraums her erzeugen
lassen, ist es nicht möglich, auf diese Weise Preßkörper für lange und und dünne Sinterrohre herzustellen.
Sobald nämlich das Verhältnis von Länge zur Wanddicke 5 :1 erreicht, ist ein gleichmäßiges Verdichten
unmöglich.
Eine Möglichkeit zum Herstellen hohlzylindrischer Preßkörper besteht im isostatischen Pressen, bei dem
ein aus Pulver bestehender Ring in einen flexiblen Balg gebracht und gleichzeitig ein Flüssigkeitsdruck
auf die gesamte Balgoberfläche ausgeübt wird. Dieses Verfahren krankt jedoch daran, daß es schwierig
ist, die eingeschlossene Luft abzuführen und einen Preßkörper mit engen Maßtoleranzen herzustellen,
weil der Beutel beim Füllen und Pressen laufend seine Form ändert. In jedem Falle erfordert die Herstellung
langer Rohre durch isostatisches Pressen eine aufwendige Vorrichtung großer Länge, insbesondere
wenn sie leistungsfähig sein soll. Eine große Gefahr besteht beim isostatischen Pressen darin, daß
der Beutel durchlöchert wird und selbst bei einer kleinen Beschädigung die Druckflüssigkeit in das
Pulver gelangt, so daß dieses beispielsweise durch Öl oder Wasser verunreinigt wird.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, die vorerwähnten Nachteile der
herkömmlichen Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen hohlzylindrischer Teile zu beheben.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Ringraum des Werkzeugs mit
Pulver zu füllen und das Pulver mittels einer Relativbewegung zwischen der Form und einem als konischen
Stempel ausgebildeten Preßdorn radial zu verpressen. Vorzugsweise wird der Preßdorn durch die
gefüllte Preßform hindurchgestoßen.
Obgleich sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen hohlzylindrischer Preßkörper mit elliptischem,
rechtwinkligem, hexagonalem oder quadratischem Querschnitt eignet, dient es insbesondere
auch zum Herstellen langer Rohrkörper mit kreisförmigem Querschnitt, deren Verhältnis von Länge zu
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