DE19717217C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Preßlingen aus Hartmetall, Keramik, Sintermetall oder dergleichen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Preßlingen aus Hartmetall, Keramik, Sintermetall oder dergleichenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstel
lung von Preßlingen aus Hartmetall, Keramik, Sintermetall
oder dergleichen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
Es ist bekannt, Formteile aus Hartmetall, Keramik, Sinter
metall oder dergleichen mit Hilfe von Pressen herzustellen.
Das pulver- bzw. granulatförmige Material ist so bereitzu
stellen, daß bei einem angewandten Preßdruck der Preßling
eine homogene Struktur bekommt und sich sintern läßt. Eine
übliche Formgebung ist das sogenannte Direktpressen in
entsprechend ausgeführten Preßformen oder Matrizen, denen
Preßstempel zugeordnet sind. Entsprechend dem jeweiligen
Preßdruck ergibt sich beim Preßling eine unterschiedliche
Dichte. Preßlinge mit geringerer Dichte schwinden jedoch
beim Sintern stärker als Preßlinge mit höherer Dichte.
Durch unterschiedlich einstellbare Preßwege für Ober- und
Unterstempel wird versucht, Dichteabweichungen zu minimie
ren. Gleichwohl können unterschiedliche Dichten in der
Praxis durch unterschiedliche Preßkräfte entstehen, die
wiederum bei gleicher Höhe der Preßlinge, z. B. durch Füll
schwankungen, bis zu einigen Prozenten hervorgerufen wer
den. Bei der Herstellung von Preßlingen für z. B. Hart
metallschneidplatten ist zusätzlich auch das Kriterium
Eintauchtiefe des Oberstempels bis zum Beginn des Schnei
denfreiwinkels in der Matrize einzuhalten, um eine scharfe
Schneidkante zu erhalten. Ferner ist die Gesamthöhe des
Preßlings präzise einzuhalten.
Um eine möglichst gleichmäßige Dichte z. B. innerhalb einer
Charge zu erreichen, ist bekannt, die Preßkraft zu messen
und anschließend eine Korrektur über die Füllung für die
nachfolgenden Preßlinge vorzunehmen (DE 42 09 767 C1).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Herstellung von Preßlingen aus Hartmetall, Keramik,
Sintermetall oder dergleichen anzugeben, bei dem eine Kor
rektur an dem Preßling bereits während des Preßvorgangs
vorgenommen werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist in Anspruch 2 angegeben.
Bei der Erfindung sind mindestens zwei Positionssensoren
vorgesehen, nämlich für den mindestens einen Preßstempel
und den mindestens einen weiteren Preßstempel bzw. einen
Abschnitt des Preßstempels, welche ihre Meßwerte jeweils
auf einen Steuerrechner geben. Darüber hinaus ist dem
Preßstempel bzw. einem Abschnitt des Preßstempels ein
Kraftsensor zugeordnet. Auch seine Werte werden in den
Steuerrechner gegeben.
Die Positionssensoren sollen sicherstellen, daß z. B. bei
einem Ober- und einem Unterstempel diese eine vorgegebene
Position in der Matrize anfahren, um die vorgegebene Geo
metrie des Preßlings zu erzeugen und seine Abmessungen
einzuhalten. Aufgrund unterschiedlicher Befüllung können
sich jedoch Dichteschwankungen ergeben, die vermieden wer
den müssen. Daher sieht die Erfindung einen weiteren Preß
stempel bzw. einen Preßstempelabschnitt vor, der vom
Steuerrechher betätigt wird, wenn während des jeweiligen
Preßvorgangs eine Abweichung vom gewünschten Dichtewert
ermittelt wird.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird da
her für jede Preßlingsform bzw. das Ausgangsmaterial ein
spezifisches Kraft-Weg-Diagramm durch Preßversuche ermit
telt. Während der Kompressionsphase messen die Sensoren
Werte für die jeweilige Kraft und den jeweiligen Weg, die
in den Steuerrechner gegeben werden, der daraus eine Kraft-
Weg-Kurve ermittelt und zwischenspeichert. Durch eine
Reihe von Versuchen läßt sich der optimale Kraft-Weg-Ver
lauf ermitteln, der dann als Sollkurve im Steuerrechner
endgültig abgelegt wird. Es versteht sich, daß nachträg
liche Veränderungen am Kurvenverlauf jederzeit im Rechner
möglich sind.
Während der Produktion führt nun der Steuerrechnerin der
Kompressionsphase für jeden Preßling einen Sollwert-Istwert
vergleich der gemessenen Kraft- und Wegwerte mit der Soll
kurve durch. Bei Abweichungen setzt die Regelung ein und
durch Betätigen des weiteren Stempels oder eines Stempel
abschnitts wird der durch den zugeordneten Antrieb aufge
brachte Kraftanteil vergrößert oder verringert, d. h. der
entsprechende Stempelabschnitt wird relativ zum anderen
Stempel bzw. zur Gegenfläche vor- oder zurückgestellt. Auf
diese Weise wird die Dichte des Preßlings optimiert, wäh
rend die Maßhaltigkeit des Preßlings durch die Einhaltung
der Stempelwege erreicht wird.
Bei der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden zweckmäßigerweise entweder der Ober-
oder der Unterstempel einer Presse in koaxiale Abschnitte
unterteilt, wobei der Innen- oder der Außenstempel für die
Optimierung der Dichte verwendet wird, je nachdem für wel
che Fläche des Preßlings es unkritisch ist, welchen Ab
stand sie z. B. zur gegenüberliegenden Fläche aufweist.
Soll beispielsweise eine Schneidplatte nach dem erfin
dungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, wird zweck
mäßigerweise der innere Unterstempel zur Dichteoptimierung
eingesetzt, da die äußere Bodenfläche der Schneidplatte
gegenüber der Oberseite der Schneidplatte bzw. der
Schneidkante einen präzisen Abstand einnehmen muß. Diese
äußere, z. B. ringförmige Bodenfläche bildet dann die Sitz
fläche beim Einspannen der Schneidplatte. Die innere Flä
che, die demgegenüber den Boden einer entsprechenden Aus
nehmung bildet, kann in Grenzen einen beliebigen Abstand
zu den Schneidkanten aufweisen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen nä
her erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch das Werkzeug einer Presse zur
Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.
Fig. 2 zeigt die Bewegung des Werkzeugs nach Fig. 1 wäh
rend einzelner Phasen.
Fig. 3 zeigt ein Kraft-Weg-Diagramm für den oberen oder
unteren Preßstempel.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild zur Steuerung bzw. Rege
lung der Presse nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein Werkzeug 10 einer Presse dargestellt mit
einer Matrize 12, einem Oberstempel 14, einem Unterstempel
16, der sich aus einem äußeren Stempel 18 und einem ko
axial dazu angeordneten inneren Stempel 20 zusammensetzt.
Die Stempel 14, 18 und 20 sind von einem separaten Antrieb,
beispielsweise einem Hydraulikzylinder, angetrieben (siehe
hierzu später Fig. 4). Im inneren Stempel 20 ist tele
skopisch ein Dorn 22 geführt, der in eine entsprechende
z. B. mittige Bohrung 24 des Oberstempels 14 eintaucht.
In Fig. 1 ist der Endzustand gezeigt, in dem ein Preßling
26 in Form einer Schneidplatte aus einem pulverförmigen
Ausgangsmaterial, beispielsweise Hartmetall, geformt ist.
Die Schneidkante ist bei 28 zu erkennen. Sie wird dadurch
gebildet, daß der Oberstempel 14 über eine vorgegebene
Strecke (Eintauchtiefe) in die Bohrung der Matrize 12 ein
taucht. Darunter weist die Matrizenbohrung einen konischen
Abschnitt auf zur Bildung des Freiwinkels. Die Gesamthöhe
des Preßlings 26 ist mit h bezeichnet. Sie wird bestimmt
durch die Eintauchtiefe des Oberstempels 14 und die Ein
tauchtiefe des äußeren Stempels 18. Um eine scharfe
Schneidkante 28 zu erhalten, ist erforderlich, die Ein
tauchtiefe des Oberstempels 14 genau einzuhalten, d. h. der
Oberstempel 14 muß exakt bis zum Beginn des Freiwinkels
(Punkt 28) in die Matrize 12 eintauchen.
In den Fig. 2a bis 2d sind Bewegungsphasen bei der Her
stellung des Preßlings 26 dargestellt. In Fig. 2a schlie
ßen die Unterstempel 18, 20 die Formhöhlung 30 der Matrize
12 an der Unterseite, wobei der Dorn 22 sich bis zur Ober
seite der Matrize 12 erstreckt. Der Oberstempel 14 befin
det sich oberhalb der Matrize 12, um das pulverförmige
Ausgangsmaterial in den Formhohlraum 30 einfüllen zu kön
nen. Ist dies geschehen, werden Unter- und Oberstempel
aufeinander zu bewegt, wie in Fig. 2b dargestellt. Wie er
kennbar, werden zwei Innen- und Außenstempel 20, 18 ge
meinsam bewegt, jedoch nicht synchron, vielmehr wird der
Innenstempel 20 um einen gewissen Betrag weiterbewegt als
der Außenstempel 18. Dies ist im Vergleich zu Fig. 2c noch
verstärkt, welche in etwa den Zustand wiedergibt, wie er
auch in Fig. 1 gezeigt ist. Der Preßling 26 ist fertigge
stellt. In Fig. 2d ist der Oberstempel 14 wieder in die
Ausgangslage zurückgekehrt, und die Unterstempel 18, 20
stoßen den Preßling 26 aus der Matrize 12 aus.
In Fig. 4 sind die Stempel 14, 18, 20 schematisch darge
stellt unter Weglassung der Matrize 12. Es ist zu erkennen,
daß sie verbunden sind mit den Kolben von Hydraulikzylin
dern 32, 34 bzw. 36 sind. Mit Hilfe eines Sensors 38 bzw.
40 werden die Preßkräfte der Zylinder 32 und 36 gemessen.
Die Ausgangssignale der Sensoren 38, 40 gehen in einen
Steuerrechner 42. Den Stempeln 14, 18 und 20 ist jeweils
ein Positionssensor 44, 48 bzw. 46 zugeordnet, deren Aus
gangssignale ebenfalls in den Steuerrechner 42 gelangen.
Mit Hilfe der Sensoren 38, 40 werden die von den Stempeln
14, 18 aufgebrachten Kräfte überwacht. Mit Hilfe der Sen
soren 44, 46 und 48 werden die Wege der Stempel 14, 20 und
18 überwacht.
Aus der Darstellung nach Fig. 2 geht hervor, daß erforder
lich ist, daß Oberstempel 14 und äußerer Unterstempel 18
jeweils eine vorgegebene Strecke zurücklegen müssen, um
die Genauigkeit des Preßlings 26 zu gewährleisten. Für die
Qualität des Preßlings 26 ist ferner entscheidend, daß er
reproduzierbar die gleiche Dichte aufweist. Diese könnte
schwanken mit z. B. nicht gleichmäßigem Schüttvolumen der
Charge des Ausgangsmaterials 32. Mit Hilfe geeigneter
Preßversuche läßt sich nun für eine vorgegebene Geometrie
eines Preßlings und des gewählten Ausgangsmaterials ein
bestimmter Verlauf der Kraft-Weg-Kurve ermitteln, die für
einen bestimmten Preßling optimal ist. Eine derartige
Sollkurve 50 ist in Fig. 3 in durchgehender Linie gezeigt.
Sie entspricht zum Beispiel dem Kraft-Weg-Verlauf bezüg
lich des Oberstempels 14. Eine derartige, vorher durch
Versuche ermittelte Sollkurve 50 ist im Steuerrechner 42
abgelegt. Mit Hilfe des Steuerrechners 42 werden nun die
Stempel 14 und 18 so gesteuert, daß sie die jeweilige Ein
tauchtiefe zurücklegen bis zum Erreichen einer präzisen
Endlage. Durch Vergleich mit der Sollkurve 50 läßt sich
feststellen, ob die Kraft bei der jeweiligen Eintauchtiefe
dem entsprechenden Wert der Sollkurve entspricht. Die
Preßkraft ist bekanntlich ein Anzeichen dafür, ob die ge
wünschte Dichte des zu pressenden Materials bei der jewei
ligen Position des Stempels erreicht ist. Die Kräfte und
damit auch die Abweichungen werden mit dem zugehörigen
Kraftsensor 38 oder 40 gemessen. Sie sind in Fig. 3 ge
strichelt bei 52 angedeutet. Tritt eine derartige Abwei
chung auf, wird der innere Stempel 20 über seinen entspre
chenden Zylinder 34 bewegt, und zwar entweder in Richtung
des Oberstempels 14 oder von diesem fort, je nachdem ob
eine Krafterhöhung oder Kraftminderung erforderlich ist.
Es versteht sich, daß je nach Geometrie eines Preßlings
auch ein zusätzlicher Preßstempel vorgesehen werden kann,
der z. B. radial zur Bohrung der Matrize 12 geführt ist, um
dort eine gewünschte Verdichtungserhöhung oder -reduzie
rung vorzunehmen.
Der Steuerrechner 42 wird über einen Bedienrechner 56 an
gesteuert, was jedoch für die beschriebene Funktion der
Regelung einer Presse nicht von Bedeutung ist.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von Preßlingen beispielsweise aus Hartmetall,
Keramik oder Sintermetall, bei dem ein
Teil einer Charge eines pulver- oder granulatförmigen
Ausgangsmaterials in eine Preßform eingefüllt und mit
mindestens einem Preßstempel gegen eine Gegenfläche ge
preßt wird, wobei die Kraft und der Weg des Preßstem
pels gemessen werden, gekennzeichnet durch folgende
Verfahrensschritte:
- 1. Abhängig von der Geometrie des Preßlings und des Aus gangsmaterials wird während der Kompression für einen Preßstempel ein gewünschtes Kraft-Weg-Diagramm (Soll kurve) ermittelt und gespeichert;
- 2. In einem Rechner werden während der Kompression die gemessenen Werte für den Weg und die Kraft des Preß stempels mit der Sollkurve verglichen;
- 3. Mittels mindestens eines separat betätigten Ab schnitts des Preßstempels oder eines getrennten Stem pels wird der Druck auf das Preßmaterial während der Kompressionsphase erhöht oder verringert, sobald eine Abweichung von der Sollkurve ermittelt wird, um am Ende der Kompressionsphase eine gleiche Dichte jedes Preßlings zu erhalten.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An
spruch 1, mit einem Preßwerkzeug (10), das eine Matrize
(12) und mindestens einen Preßstempel (14) auf einer
Seite der Matrize (12) aufweist und mindestens einen
Stempel (18) oder eine Gegenfläche auf, der gegenüber
liegenden Seite der Matrize zum Verdichten des in die
Matrize (12) eingefüllten Materials (32a), wobei die
Preßstempel von einem Preßstempelantrieb (32, 34, 36)
antreibbar sind und mindestens ein Preßstempel aus zwei
zueinander angeordneten Stempelabschnitten (18, 20)
(innerer und äußerer Stempel) besteht, von denen jeder
einen Antrieb aufweist, einen Positionssensor (44, 46,
48) für jeden Stempel (14, 20, 18) und einem Kraftsen
sor (38, 40) für mindestens einen Preßstempel (14, 18)
und einem Steuerrechner (42), in dem ein vorgegebenes
Kraft-Weg-Diagramm für mindestens einen Stempel (14)
gespeichert ist und in den die Meßwerte der Sensoren
(38, 40, 44, 46, 48) eingegeben werden zur Regelung des
Antriebs der Preßstempel nach Maßgabe des Kraft-Weg-
Diagramms.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem Ober- und Unterstempel und einer Unter
teilung eines Stempels in einen äußeren und einen inne
ren Stempel dem inneren Stempel (20) nur ein Positions
sensor (46) zugeordnet ist.
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