DE19508952C2 - Preßvorrichtung zur Erzeugung eines Formteils und entsprechendes Formteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein durch Pressen von Metallpulver und anschließendes Sintern hergestelltes Formteil mit quer zur Preßrichtung liegenden eingeformten Vertiefungen, sowie die Vorrichtung zu seiner Herstellung nebst zugehörigem Herstellungsverfahren, mit den in den Ansprüchen dargestellten Merkmalen.

Formkörper, die aus Metallpulver durch Pressen hergestellt werden, können in einer Vielzahl von Formen erzeugt werden, müssen insbesondere nicht, wie Produkte aus anderen Herstellverfahren, axial-symmetrisch gebaut sein. Formen, bei denen der Körper Vertiefungen in den Außen- oder Innenflächen aufwies, waren aber bisher nur herstellbar, wenn die Vertiefungen am Anfang oder am Ende des Körpers (in Preßrichtung gesehen) lagen. Hinterschneidungen oder andere Teileaussparungen, wie zum Beispiel Querbohrungen, Nuten für Paßfedern, Kerben und dergleichen ließen sich im Preßverfahren nicht erzeugen und mußten, wenn erforderlich, nachträglich geschaffen werden, entweder durch spanende oder chemische Bearbeitung, Warmverstemmen oder durch Zusammenfügen mehrerer Formteile, die an ihren einander gegenüberliegenden Flächen entsprechend abgesetzt waren. Ein solches gefügtes Formteil ist zum Beispiel aus der DE-OS 37 34 002 bekannt.

Auch die Entwicklung mehrteiliger Preßwerkzeuge, deren Teile während des Preß­ vorgangs mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch gegeneinander bewegt werden können, brachte zunächst keine Besserung dieses Zustandes.

In der DE 94 05 774 U1 sind ein Formteil, eine zu gehörige Vorrichtung und ein Herstellverfahren beschrieben, mit dem es möglich ist, Hinterschneidungen zu pressen. Hierzu weist das Preßwerkzeug zusätzliche Formbacken auf, die beim Preßvorgang die Hinterschneidungen einformen und so angeordnet sind, daß sich das fertig geformte Preßteil, nachdem es aus der die äußere Gesamtform ausbildenden Matrize ausgehoben wurde, seitlich aus der Preßform herausschieben läßt. Diese Gestaltung hat jedoch den zwangsläufigen Nachteil, daß die Hinterschneidungen am Formteil nicht in freier Anordnung angebracht werden können. Insbesondere lassen sie sich nicht gleichmäßig am Außenumfang eines zylindrischen oder ähnlichen Formteils positionieren, was bei vielen Anwendungsfällen wünschenswert ist. Bohrungen und ähnliche, tiefer in das Formteil eingreifende Aussparungen, sind nach dem beschriebenen Verfahren nicht herstellbar, ebensowenig derartige Vertiefungen in den Innenflächen.

Die DE-OS 15 52 997 zeigt einen im Preßstempel gelagerten Lochstempel. Dieser ist aber nur in Preßrichtung beweglich, bewirkt also keine Verformung der Pulversäule quer zur Preßachse. Die Bewegung des Lochstempels wird nicht aus dem Kernstempel heraus erzeugt. Der Lochstempel ist an einem Ansatz befestigt, der sich außerhalb des Preßstempels befindet.

Die DE 28 52 429 A1 weist zwar einen quer zur Preßrichtung verschieblichen Kern auf, der dazu dient, Pulvermaterial aus der Preßkammer zu verdrängen. Er ist jedoch während des Preßvorgangs im Verhältnis zur Matrize fixiert, so daß eine aktive Beeinflussung der Pulversäule während des Preßvorgangs nicht möglich ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die dargestellten Nachteile zu beseitigen und damit ein Formverfahren zu schaffen, aus dem Formteile mit beliebig anzuordnenden und zu gestaltenden Vertiefungen, Hinterschneidungen oder Aussparungen entstehen können; Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen in den Sach- und Vorrichtungsansprüchen.

Entsprechend dem Stand der Technik besteht das erfindungsgemäße Formteil aus Metallpulver, vorzugsweise aus Eisen, Aluminium, Kupfer und entsprechenden Legierungen. Es wird durch Verdichten in einer Preßvorrichtung in einem Preßvorgang erzeugt und muß nicht aus mehreren Teilen zusammengesetzt oder nach dem Sintern bearbeitet werden. Es hat damit die bekannten Herstellungs- und Kostenvorteile von Sinterformteilen.

Um die Einformung von Vertiefungen zu ermöglichen, weist das Preßwerkzeug Segmentelemente oder Stößel auf, die im Werkzeug annähernd radial vor- und zurückbewegt werden können. Zu Beginn des Preßvorgangs befinden sie sich in zurückgezogener Stellung in der Matrize. Nach Befüllung des Matrizenhohlraums mit dem zunächst noch losen Pulver, u. U. auch während oder erst nach einem oder mehreren Teil-Preßvorgängen, werden sie in ungefährer Richtung zur Matrizenmitte verschoben und verdrängen so das Pulver aus den späteren Aussparungen. Während des folgenden Verdichtungsvorgangs sind sie in der erreichten Endposition fixiert, können dabei auch durch Unterstempel und zusätzliche tragende Bestandteile des Preßwerkzeugs unterstützt werden, so daß sie gegen Bruch geschützt sind. Nach völligem oder teilweisem Abschluß des Verdichtungsvorgangs werden sie wieder in die Ausgangsposition zurückgeführt. Das Ausheben des u. U. erst nach weiteren Teil- Preßvorgängen fertig geformten Teils ist danach ohne Schwierigkeiten möglich. Die Anordnung der Segmentelemente oder Stößel in der Matrize ist, in den Grenzen, die sich durch die äußere Pressen- und Werkzeugbauart setzen, frei möglich. Sowohl die Verwendung eines Segmentelements oder Stößels als auch mehrerer, in beliebigen Abständen zueinander, sind denkbar, wie auch die Anordnung solcher Segmentelemente oder Stößel in mehrteiligen Werkzeugen, bei denen mehrere Stempel und die Matrize relativ zueinander in Axialrichtung bewegt werden, um gestufte Formteile zu erzeugen. Die Segmentelemente oder Stößel können auch außerhalb der Matrize, z. B. über oder unter ihr angeordnet sein. Die Vorrichtungen, welche die Segmentelemente oder Stößel in radialer Richtung bewegen, werden aus den bekannten entsprechenden Vorrichtungen ausgewählt, wirken also mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch. Die Achsen der Bewegungen der Segmentelemente oder Stößel können recht- oder spitzwinklig zur Preßrichtung liegen, ebenso tangential zu einem Kreis um die Preßachse, dessen Radius gegen diese auch geneigt sein kann.

Häufig weisen Formteile der beschriebenen Art im Inneren Aussparungen auf. Diese werden mittels innerhalb der Matrize in Preßrichtung beweglicher Kernstempel geformt. In derartigen Fällen kann es ebenfalls wünschenswert sein, quer oder schräg zur Preßrichtung liegende Vertiefungen, Bohrungen usw. in der inneren Wand des Teils anzubringen. Hierbei ist das vorstehend beschriebene Verfahren ebenfalls anwendbar, wenn die Segmentelemente oder Stößel im Kernstempel angeordnet werden und von hier aus nach außen wirken. Voraussetzung ist, daß der Kernstempel eine geeignete ausreichende Baugröße aufweist.

In den Fig. 1-4 sei das behandelte Formteil mit zugehörigen Vorrichtungen und Verfahren im folgenden beschrieben anhand des Beispiels einer Grundplatte, wie sie zur Befestigung von Innenrückspiegeln an der Frontscheibe von Kraftfahrzeugen Verwendung findet.

Fig. 1 zeigt dabei die Grundplatte in Aufsicht und Querschnitt in der bisherigen Ausführung,

Fig. 2 das gleiche Teil hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 3a bis 3c einen Längsschnitt durch das Preßwerkzeug in den Stellungen

• - mit Pulver gefüllter Matrize, vor dem Pressen (3a),
• - während des Preßvorgangs (3b),
• - nach dem Ausheben des Formteils (3c), und

Fig. 4 einen Querschnitt durch das Preßwerkzeug in der Ebene B-B von Fig. 3b.

In Fig. 1a und 2a ist die Verteilung der Hinterschneidungen (1) am Umfang der zentralen Erhebung des Teils (2) zu ersehen, welche, da sie um 120° gegeneinander versetzt sind, es nicht zulassen, das fertiggeformte Teil seitlich aus der Preßform zu entnehmen, sofern die die Hinterschneidungen ausformenden Pressenteile im Preßwerkzeug fest angeordnet sind. Fig. 1b zeigt die Herstellung des Teils nach dem bisherigen Verfahren: Das flache Grundteil (3) und das die mittlere Erhebung ergebende Teil (2) werden an der Schnittstelle (4) durch bekannte Verfahren des Schweißens, Lötens oder Klebens miteinander verbunden. Die an Teil (2) angeformte Einziehung, die beim Zusammenfügen der Teile (2) und (3) die Hinterschneidung (1) ergibt, kann bei getrennter Herstellung von Teil (2) an diesem in einem Werkzeug herkömmlicher Art eingeformt werden.

Fig. 2a und 2b unterscheiden sich von Fig. 1a und 1b nur dadurch, daß das Teil keine Schnittstelle (4) mehr aufweist, da es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Preßvorgang hergestellt werden kann.

In Fig. 3a bis 3c ist jeweils die Matrize (5) zu sehen, die in ihrem oberen Teil die Hohlform (6) aufweist, in welcher das zum Formteil (20) zu pressende Pulver aufgenommen wird.

Fig. 3a zeigt den Zustand nach dem Einfüllen des Pulvers in die Hohlform. Die untere Grenze der Hohlform wird gebildet durch den inneren Teil des Unterstempels (7), der seinerseits von dem Kolben (8) vor und zurück bewegt werden kann. Umgeben ist der innere Teil des Unterstempels (7) von äußeren Stempelteilen, den Segmentunterstempeln (9), welche gegenüber dem Unterstempel (7) mittels des Kolbens (10) relativ bewegt werden können. Getragen werden die Unterstempel von der Grundplatte (11); sie und die Matrize werden von den nur gestrichelt angedeuteten Werkzeugstützen (12) gehalten, auf denen die Matrize ihrerseits auf und ab gleiten kann. In der Matrize angeordnet sind die Segmentschieber oder Stößel (13), die von den Segmentkolben (14), welche in ihnen tangential zur Matrizenachse gleiten, auf die Matrizenachse (15) hin oder von dieser weg bewegt werden können.

Im ersten Preßzustand, der in Fig. 3a gezeigt ist, ist der Hohlraum (6) mit dem zu verpressenden Pulver in loser Schüttung gefüllt. Die Segmentschieber (13) befinden sich in Ausgangsstellung, d. h. sie greifen in die Pulversäule nicht ein. Der innere Teil des Unterstempels (7) befindet sich in (zurückgezogener) Ausgangsposition, die Segmentunterstempel (9) befinden sich mit ihrer oberen Begrenzungsfläche (16) auf gleicher Höhe wie die untere Begrenzungsfläche der vorragenden Nase (17) der Segmentschieber (13).

Fig. 3b zeigt zusätzlich im oberen Teil des Werkzeugs den inneren Oberstempel (18) und den umgebenden äußeren Oberstempel (19).

Nach dem Befüllen des Hohlraums 6 taucht der äußere Oberstempel (19) zunächst in die Matrize ein und bewegt sich solange synchron mit der Matrize in Preßrichtung nach unten, bis das Pulver den sich nunmehr zwischen innerem Oberstempel (18) und äußerem Oberstempel (19) bildenden Raum durch Pulvertransfer ausgefüllt hat. Sodann werden die Segmentschieber (13) durch das tangentiale Verschieben der Segmentkolben (14) in die innere Endstellung gebracht, bei der sie soweit in die Pulversäule im Hohlraum (6) hineinragen, wie dies zur Erzeugung der Hinterschneidung (bei anderen Teilen: der Bohrung oder sonstigen Vertiefung) gewünscht ist. Der innere Oberstempel (18) wird daraufhin mit höherer Geschwindigkeit als die Matrize (5) und der äußere Oberstempel (19) nach unten bewegt, so daß einerseits die Pulversäule im Hohlraum (6) von oben, andererseits, durch den gegengehaltenen inneren Teil des Unterstempels (7), von unten verdichtet wird.

Anschließend werden die Segmentschieber (13) durch rückwärtiges tangentiales Verschieben des Segmentkolbens (14) wieder in ihre Ausgangslage zurückbewegt. Es kann jetzt das nahezu fertiggeformte Teil unter Auflast der Oberstempel (18) und (19), welche den Bundbereich des Teils gegen Verformung schützen, mit der Abwärts­ bewegung der Matrize (5) ausgeformt und anschließend durch den inneren Unterstempel (7) ausgestoßen werden. Dieser Zustand ist in Fig. 3c ersichtlich. Das Formteil (20) befindet sich hier bereits außerhalb der Form und kann von dort mit mechanischen Mitteln oder von Hand entnommen werden.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt auf der Ebene B-B durch die Matrize (5) aus Fig. 3b. Die Segmentschieber (13) befinden sich in ihrer Eingriffsstellung, d. h. sie sind zur Matrizen­ mitte hin vorgeschoben. Entsprechend stehen die Segmentkolben (14) in der Stellung, in der die zur Matrizenmitte hin vorhandene Ausbuchtung (21) an dem der Matrizenmitte näher liegenden Teil des Segmentschiebers (13) anliegt. Die Vorrichtung, mittels derer der Segmentkolben (14) vor und zurück bewegt werden kann, ist als hydraulische oder pneumatische Kolben-/Zylinder-Einrichtung (22) dargestellt. Das zu ihrer Betätigung nötige Fluid wird durch die in der Matrize angebrachten Zuleitungen (23) zu- bzw. abgeführt. An dieser Stelle kann jedoch auch eine elektrische oder mechanische Einrichtung als Wirkungsglied angeordnet werden.

Um die Rückführung der Segmentschieber (13) in die Ausgangsstellung herbeizuführen, werden die Segmentkolben (14) so verschoben, daß die der Matrizenaußenseite zu­ gewandte Ausbuchtung (24) an dem Teil des Segmentschiebers (13), der in Richtung der Matrizenaußenwand liegt, anliegt. Es wird dann der Zustand erreicht, wie er in Fig. 3a und 3c in anderem Schnitt dargestellt ist.

Die Anordnung der Segmentschieber (13) in der Matrize ist abhängig von der Gestaltform des herzustellenden Formteils. Es leuchtet ein, daß ihre Zahl, Form, Anordnung und Bewegungsgröße - in den Grenzen technischer Machbarkeit - frei wählbar ist. Dies gilt auch für die Anordnung in unterschiedlicher Höhe oder Richtung in Bezug auf die Achse der Matrize gesehen. Der die Hinterschneidung oder sonstige Ausnehmung des Formteils bildende Teil des Segmentschiebers (13) ist von beliebiger Gestalt, entsprechend der Gestalt, die für die Hinterschneidung oder sonstige Ausnehmung gewünscht wird. Er kann dabei Gestaltungen aufweisen, die für die Preßtechnik, insbesondere die Befüllung der umgebenden Räume und die Bewegung des Segmentschiebers (13) im Form­ teilrohling begünstigend wirken, insbesondere also Anschrägungen, Fasen usw. Der in der Längsführung verlaufende Teil des Segmentschiebers kann rund, rechteckig oder mehrkantig sein. Wird er rund gestaltet und die Längsbewegung in Rotation um die Längsachse des Segmentschiebers (13) erzeugt, z. B. durch die Anordnung eines herkömmlichen Schneckentriebs anstelle des Segmentkolbens (22), ist auch die Ausformung einer schraubenförmigen Kontur in der Ausnehmung des Formteils möglich.

Bei einer Klebeplatte wie der vorstehend beschriebenen ist ein Kernstempel nicht vorhanden. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine Formteil­ gestaltung mit Kernstempel ist jedoch für den Fachmann sicher leicht vorzunehmen, so daß auf eine ausführliche Darstellung für diesen Fall verzichtet wird.

Es wird noch angemerkt, daß die Erfindung nicht beschränkt ist auf die Herstellung von Teilen aus Metallpulver. Sie ist ebenso verwendbar bei Teilen, die in vergleichbaren Verfahren aus Keramik- oder Kunststoffpulvern hergestellt werden.

Claims (11)

1. Preßvorrichtung mit einer Matrize (5) und mehreren Stempeln (7), (9), (18) und (19) zur Herstellung eines Formteils aus Metallpulver mit mindestens einem in der Matrize angeordneten Segmentschieber (13), der quer oder schräg zur Preßrichtung verschoben werden kann und an seinem der Matrizenachse zuweisenden Ende eine Gestaltung entsprechend der Gegenkontur einer Hinterschneidung, Ausnehmung, Bohrung oder sonstigen Vertiefung aufweist, die in dem Formteil ausgebildet werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß der Segmentschieber (13) mittels entsprechender Vorschub- und Rückzugseinrichtungen auch während des Preßvorgangs für das Formteil nach Schließen der Preßform bewegt werden kann.

2. Preßvorrichtung nach Anspruch 1, welche zusätzlich mindestens einen Kernstempel zur Ausbildung von Hohlräumen oder Durchbohrungen im Formteil parallel zur Preßachse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Segmentschieber in dem Kernstempel befindet und in diesem im wesentlichen quer zur Preßrichtung in Richtung auf eine Innenfläche des Formteils bewegt werden kann.

3. Preßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsachse des Segmentschiebers (13) tangential zu einem um die Achse der Matrize (5) beziehungsweise, falls eine solche wegen der Gestaltung des Formteils (20) nicht vorhanden ist, um eine im Zentralpunkt des Preßwerkzeugs in Preßrichtung gedachte Achse gezogenen Kreis verläuft.

4. Preßvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bewegungsachse des Segmentschiebers (13) rechtwinklig zur Preßrichtung verläuft.

5. Preßvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bewegungsachse des Segmentschiebers (13) spitzwinklig aufwärts - oder abwärts zur Preßrichtung geneigt ist.

6. Preßvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Segment­ schieber (13) außerhalb der Matrize über oder unter ihr angeordnet ist und so zur Matrizenachse geneigt ist, daß sein der Matrizenmitte zugewendetes Ende beim Vorschub durch entsprechende Aussparungen in der Matrize in den das Formteil bildenden Hohlraum (6) eintaucht.

7. Preßvorrichtung gemäß Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Segmentschieber (13) einen runden, ovalen, rechteckigen, trapezförmigen oder aus den genannten geometrischen Figuren kombinierten Querschnitt aufweist.

8. Preßvorrichtung nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschiebung des Segmentschiebers (13) in Querrichtung zu dessen Gleitrichtung ein Segmentkolben (14) vorhanden ist, der beidseitig Erhöhungen aufweist, die je nach Stellung des Segmentkolbens (14) den Segmentschieber (13) in Richtung zur Matrizenmitte oder zum Rand der Matrize, oder bei Anordnung des Segmentschiebers im Kernstempel in umgekehrten Richtungen, bewegen.

9. Preßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Segmentkolben (14) pneumatisch, hydraulisch, mechanisch oder elektrisch mit herkömmlichen Vorrichtungen entsprechender Art verschiebbar ist.

10. Preßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Segmentschieber (13) durch eine Schneckenvorrichtung oder durch ent­ sprechende hydraulische, pneumatische oder elektrische Vorrichtungen während der Längsbewegung rotiert.

11. Formteil aus Metallpulver, insbesondere Sinterformteil, hergestellt in der Preßvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine in das Formteil quer zur Preßrichtung hineinragende Hinterschneidung, Bohrung, Nut oder sonstige Ausnehmung an beliebiger Stelle der Preßteilaußen- oder -innenfläche angeordnet und während des Preßvorgangs erzeugt ist, aus dem das Formteil hervorgeht.