DE19717217C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Preßlingen aus Hartmetall, Keramik, Sintermetall oder dergleichen - Google Patents

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.