DE2046721A1

DE2046721A1 - Verfahren zur Herstellung metal lischer Gesenk , Gieß und Preßformen oder dgl

Info

Publication number: DE2046721A1
Application number: DE19702046721
Authority: DE
Inventors: Hanji Kimura Takashi Hamamoto. Hiroshi Nagoya Aichi Umehara (Japan)
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1969-09-22
Filing date: 1970-09-22
Publication date: 1971-04-08
Also published as: JPS4936524B1; DE2046721B2; GB1319466A; US3706550A; FR2062501A5

Description

■ PATENTANWÄLTE

«VS. DR. , PR.CK.

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

3448

KABUSHIKI KAISIiA TOYOTA CHUO KEMYUSHO

2-12, Hisakata, showa-ku, Nag^ya-shi,

Aichi-ken, Japan ^; * .

Verfahren zur Herstellung metallischer Gesenk-, Gieß- und Preßformen oder dergleichen

Bisher vollzieht sich die Herstellung metallischer Formen und Gesenke der eingangs genannten Art nach Art spanabhebenden Bearbeitung, bei der Stahl in die gewünschte Formgestalt und Größe durch entsprechende Werkzeugmaschinen und entsprechende Werkzeuge überführt wird. Weiter werden angewendet Präzisionsgießverfahren mit Wachsausschmelzformtechniken, das Maskenbeformverfahren oder ähnliche Techniken. Andere spezielle Herstellungsverfahren für die genannten Formen bestehen darin, daß der Formwerkstoff durch chemisohe JÖzung oder auch elektrische Funkenerosion bearbeitet wird, um die gewünschte Form herauszuarbeiten.

Diese bekannten Verfahren benötigen jedoch komplizierte und aufwendige Herstellungsarbeiten, zu deren AuafÜhrung hoohq.ualifizierte Arbeitskräfte benötigt werden. Die Arbeiten nehmen sehr viel Zeit in Anspruch. Infolgedessen ist die Herstellung

•L Ji

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der eingangs erwähnten Formen nach bekannten Verfahren sehr teuer. .......

Die Erfindung vermeidet die genannten Nachteile bei der Herstellung der eingangs erwähnten !Formen auf einfache Weise dadurch, daß ein Sintervorgang angewendet wird. Dieser Sintervorgang läßt sich in kurzer Zeit mit einem geringen Kostenaufwand und auf wesentlich einfachere Weise durchführen als die bekannten Verfahren und es wird auch keine abschließende Oberflächenbearbeitung der Form erforderlich. Die Anforderungen an das Können und die Ausbildung der Arbeiter sind vergleichsweise sehr gering.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahren wird in einen Außenrahmen ein Sinterpulver wie beispielsweise Eisen, Kupfer, Wolframkarbid, Titankarbid oder Mischungen solcher Pulver eingebracht. Alsdann wird mit diesem Sinterpulver ein Modell in innige Berührung gebracht, das aus einem Infiltrationsmetall wie beispielsweise Kupfer, Blei, Kobald, Nickel, Eisen oder Legierungen der genannten Metalle besteht, welche jeweils einen niedrigeren Schmelzpunkt besitzen als das Sinterpulver. Das Modell korrespondiert in seiner Gestalt mit der Form und Gestalt des Hohlraumes der herzustellenden Form. Alsdann wird der Rahmen zusammen mit dem Modell und dem Sinterpulver in einen Sinterofen eingebracht und auf Sintertemperatur erhitzt. Während dee Sintervorgangeβ schmilzt das Infiltrationsmetall

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des Modelles und dringt vollständig in das gesinterte Metallpulver ein. Uach dem Abkühlen des so hergestellten Erzeugnisses' liegt eine gehärtete, gesinterte Form oder ein Formgesenk vor, das einen Hohlraum besitzt, dessen Gestal.t und Größe mit der Oberflächenkontur des Modelles an den Stellen korrespondiert, an denen das Modell angeordnet wurde. Im fertigen Erzeugnis, d.h. der hergestellten Form dient das Infiltrationsmetall auch j zur Festigkeitssteigerung und zur Verbesserung der Bindungskräfte des gesinderten Materials, so daß sich eine Gesenkform oder eine Form mit wesentlich größerer Festigkeit ergibt als bei einem Erzeugnis, das ausschließlich allein aus dem Sinterwerkstoff besteht. Das Sintermaterial kann bedarfsweise sowohl vor oder auch während des Sintervorganges gepreßt werden, um die Dichte des gesinterten Erzeugnisses zu steigern. Darüberhinaus kann eine hitzebeständige Trennmasse auf die Oberfläche des eingebrachten Sinterpulvers mit Ausnahme derjenigen Flächenbereiche aufgetragen werden, die von dem Modell bedeckt sind. " Dann kann zusätzliches Sinterpulver darübergebracht werden, so daß das Endprodukt nach erfolgter Sinterung eine teilbare Metallform ist, die aus einem Ober- und einem Unterteil besteht, welche zwischen sichJFormhohlraumoberflächen besitzen, die einen Formhohlraum einschließen, dessen Gestalt mit dem Modell übereinstimmt.

Aus dem vorgenannten ergibt sich, daß das Hauptziel der vorlie. genden Erfindung·darin besteht, ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Form wie beispielsweise einer Gesenkform

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.- 4 oder einer Gieß- oder Preßform zu schaffen, bei dem die Formherstellung duroh -Sinterung metallischem! riales erfolgt.

pulverförmigen Mate-

Ei η weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein

j Verfahren zur Herstellung metallischer Gesenke oder Formen zu

schaffen, bei dem auf eine Oberflächenbearbeitung verzichtet werden kann.

ι Es wird ferner angestrebt, erfindungsgemäß ein Verfahren zur J Herstellung metallischer Gesenke oder Formen mit präzisen Abmessungen zu schaffen.

' Darüberhinaus besteht das Ziel der Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung von Gesenken oder Formen mit hoher Festigkeit zu finden.

Schließlich liegt der Erfindung das Ziel zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung metallischer Gesenke oder Formen zu schaffen, das leicht durchzuführen ist und darüberhinaus preiswert ausgeführt werden kann und zu zuverlässigen Ergebnissen führt und das wirtschaftlich praktisch ist.

Die Erfindungsmerkmale sind, soweit sie nicht bereits genannt worden sind, den anhängenden Patentansprüchen entnehmbar.

Zum Verständnis des Erfindungsgedankens und zwar soweit es Orga-

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nisation und Arbeitsweise anbelangt, werden unter Bezugnahme auf Merkmale und Vorteile der Erfindung jlm folgenden Ausfüh-

rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Pig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Behälters, der durch

eine Preßform hergestellt wird.

Pig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer Metallpreßform für die Herstellung des Behälters gemäß Pig. 1.

Pig. 3 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines Modelies zur Herstellung der Preßform gemäß Pig. 2.

Pig. 4 zeigt zusammengepreßtes Metallpulver mit darin angeordnetem Modell gemäß Pig. 3 in einer Schnittansicht als Beispiel für die Herstellung einer Porm.

Pig. 5 erläutert eine weitere mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens und zeigt eine Schnittansicht durch zusammengepreßtes Metallpulver mit darin angeordnetem Modell.

Pig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Modelies, das zur Herstellung einer Gießform dient.

Pig. 7 zeigt eine Schnittansioht zur Erläuterung des Herstel-

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lungsverfahrens der Gießform, wobei zusammengepreßtes Metallpulver in Schnittansicht gezeigt ist und das Modell gemäß Fig. 6 in dem zueammengepreßten Metallpulver angeordnet ist.

Pig. 8 zeigt eine Schnittansicht des Gegenstandes der in Pig. 7

j gezeigt ist bei längs der Linie VIII-VIII |in Pig. 7 verlaufen-

i ■ ■

I der Schnittebene.

I .

^! Pig. 9 zeigt eine Schnittansicht der Gießform die nach dem er-I findungsgemäß ausgebildeten Verfahren hergestellt ist.

!"■■■'

! Pig« 10 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren möglichen Ausj gestaltung des Modelles, welches zur Herstellung der vorgenannten Form verwendet werden kann.

i Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß ausgebildeten

; Verfahrene ist in seinen Einzelheiten in den Pig. 1 bis 4 erläu-

; tert. Dieses Ausführungsbeispiel betrifft die Herstellung einer

. Preßform aus gesintertem Eisenpulver. Diese Preßform besteht aus

¹ einer unteren Pormhälfte 21, einem Niederhalter 22 und einem I
Stempel 23. (Siehe Pig, 2). Diese Porm kann zur Heroteilung von

Behältern verwendet/werden, wie beispielsweise dem im Querschnitt

► U-förmigen Behälter 1, der in der Pig. 1 dargestellt ist. Zur

ί Herateilung einer derartigen Porm wird ein Modell 10 benutzt, ■j daa auB Kupfer besteht und in Pig. 3 dargestellt ist, Das Modell

ι 10 besteht aus einem Zylinder 11 mit geschlossenem Boden und mit

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einem Plansch 12, der sich im mittleren Bereich des Zylinders nach außen erstreckt.'Der Plansch 12 ist ser als das Metallblech ausgebildet, aus

in seiner Gestalt grösdem der Behälter 1

! durch Preßformung hergestellt wird. Der Zylinder 11 hat hin-

^: gegen den gleichen Durchmesser und die gleiche Wandstärke wie der Behälter 1. " i ■

Das Verfahren zur Herstellung der Preßform gemäß Pig. 2 ist in . der Pig. 4- erläutert. Eine untere Püllage 51, die aus Eisenpulver besteht, wird zunächst auf einen Druckstempel 41 aufgebracht, der sich in einem zylindrischen Pormrahmen 3 befindet. Das Modell 10 wird dann auf die Oberseite der Püllage 51 gelegt und mit dieser Lage in innigen Kontakt gebracht. Daraufhin wird eine obere Püllage 52 aus Eisenpulver auf die Oberseite des Modelies 10 gebracht, um sowohl den Innenrauiii des Zylinders 11 als auch den Außenraum außerhalb des Zylinders 11, der oberhalb des Flansches 12 liegt, auszufüllen. Das Eisenpulver wird alsdann zusammengepreßt und dadurch unter einem Druck von 2000 kg

2
pro cm verdichtet. Hierzu dient ein zweiter Druckstempel 42, der mit dem Druckstempel 41 zusammenwirkt. Die obere Püllage 52 erstreckt sich vorzugsweise eine gewisse Strecke über die obere

• Kante des Zylinders 11 hinaus, um zu verhindern, daß sich eine Krümmung oder Deformierung des Zylinders einstellt, •"'ine solche Verformung kann dann entstehen, wenn der obere Druckstempfel 42 unmittelbar auf den Zylinder auftrifft. Das zusammengepreßte,

;■ bzw. verdichtete Eisenpulver, welches das Modell 10 enthält,

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wird alsdann in einer Stickstoffatmosphäre 60 Minuten lang "bei 1120° Celsius in einem Sinterofen gesintert.

Da der Schmelzpunkt von Kupfer bei 1083

Celsius, und damit

unter der Schmelztemperatur des Sinterwerkstoffes liegt, j schmilzt das Kupfermodell während des Sintervorganges. Das geschmolzene Kupfer infiltriert infolgedessen in die Porenräume j des gesinterten Eisenpulvers. Dabei dringt das geschmolzene j Kupfer durch Kapillarwirkung in diese Porenräume ein. Durch ! dieses Eindringen des Kupfers findet eine Festigungssteigerung j und eine Verbesserung der Bindungskräfte des Eisenpulvers statt,

ί ■ ' ■

! so daß das fertige Erzeugnis eine größere Festigkeit besitzt

i als ein Sinterprodukt, das ausschließlich aus Eisenpulver al- ; lein besteht. Die Infiltration des geschmolzenen Kupfers in

; die Porenräume des gesinterten Eisenpulvers hinterläßt einen ; Hohlraum im gesinterten Material, der in seinen Abmessungen j und in seiner Gestalt dem Modell 10 entspricht und der dort ¹ liegt, wo sich zuvor das Modell 10 befunden hat. Im Anschluß an den Sintervorgang wird das Sintererzeugnis gekühlt.

Das so erhaltene Sintererzeugnis besitzt die Gestalt einer ₍ Preßform gemäß Pig. 2 und besteht aus einer unteren Form.21,

' welche mit der unteren Füllage 51 des Eisenpulvers korrespon- ; diert, einen Niederhalter 22 und einen Stempel 23, welch letz- ' terer mit der oberen Füllage 52 des Eisenpulvers übereinstimmt.

Die untere Form 21 besitzt Formoberflächen 211 und 212, deren ¹ Gestalt mit der Außenkontur des unteren Teiles des Zylinders

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übereinstimmt, welcher sich unterhalb des Flansches 12 befindet. Ferner weist der untere Teil eine Oberfläche 213 auf, deren Ge

stalt von der Unterseite des Flansches 12 Niederhalter 22 besitzt die Gestalt eines ders mit einer inneren Umfangsfläche 222,

bestimmt wurde. Der " dickwandigen Zylinderen Gestalt der

Außenkontur des oberen Teiles des Zylinders 11, der oberhalb des Flansches 12 liegt, übereinstimmt, während die untere Oberfläche 223 von der Oberseite des Flansches 12 bestimmt wurde. ' ™ Der Stempel 23 besitzt eine TJnterfläche 231 und Seitenflächen 223, die von der Innenkontur des Zylinders 11 und zwar im Bereich unterhalb des Flansches 12 bestimmt wird, während seitliche Flächen 232' von der Innenkontur des oberen Zylinderinne- , ren bestimmt wird, welche oberhalb des Flansches 12 liegt.

Zur Herstellung der fertigen Preßform gemäß Fig. 2 wird der Teil der oberen Füllage 52, der den Raum oberhalb des Modelles 10 ausfüllt, zweckmäßigerweioe abgeschnitten und zwar längs der Λ gestrichelten Linie in Fig. 2 und danach werden die oberen Enden des Niederhalters 22 und des Stempels 23 mit entsprechenden . Teilen 24 und 25 einer Presse verbunden. Die so hergestellte Preßform eignet sich für die Herstellung von Gegenständen, für die der in Fig. 1 gezeigte, im Querschnitte U-förmige Behälter 1, ein typisches Beispiel darstellt.

Wie in der Fig. 4 dargestellt iat, ist die Umfangskante des Flansches 12 des Modelleu dicht im zylindrischen Formrahmen 3 eingepaßt. Es ist aber auch möglich, den mittleren Teil des Formrah-

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mens 3 im Querschnitt größer auszubilden als den Flanschteil Ί2, In einem sabhen Falle wird die untere Fü des Flanschteiles 12 des Modelles mit Ei' und danach werden die radial, bzw. außer liegenden Obe,rflächenbereiche der untere

Llage 51 bis zur Höhe senpulver ausgefüllt lalb des Flansches 12 ti Füllage 51 mit Aluminiumoxydpulver als Trennmasse beschichtet. Erst danach wird dann die obere Füllage 52 durch Einfüllen von Eisenpulver aufi gebracht. Nach dem Sintern werden die Teile außerhalb des

Flansches 12· des Modelles dann entfernt oder mechanisch mittels ' j geeigneter'Maschinen abgetragen oder so bearbeitet, daß eine

J, Zerstörung und.Beschädigung des Preßartikels vermieden wird.

Ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß ausgebil-

^; deten Verfahrens ist in Fig. 5 erläutert. Bei diesem Ausfüh-

I rungsbeispiel wird ausschließlich auf die Herstellung der unte-I ren Formhälfte 21 Bezug genommen und zwar unter Hinweis auf .

ψ . die Form, deren Herstellung bereits in dem ersten Ausführungsj beispiel erläutert wurde.

^; Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens wird ein hitzebe3tändiger keramischer ; Formkasten, der innenseitig mit Aluminiumoxydpulver als Trennmasse beschichtet wurde, als Formrahmen verwendet und im Bodeni bereich mit Eisenpulver gefüllt, um die untere Füllage 51 zu ι bilden. Danach wird ein Modell 101 auf den Formkasten und zwar ■ über die untere Füllage 51 gebracht und in innigen Kontakt mit ¹ dieser Lage überfuhrt. Das Modell 101 entspricht der unteren

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• I < 1 ■ · < ( ■ Ii

- 11 -

Hälfte des Modelles 10, das bei dem ersten Ausführungsbeispiel

j des erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahr ι
und kann beispielsweise dadurch erhalten

i genannten Modell 10 die obere Hälfte des

3ns verwendet wurde werden, daß von diesem Üylinders, die ober-

halb des Flansches 12 liegt, entfernt wird. Auf die Oberseite des Modelles 101 wird dann Magnesiumoxydpulver aufgetragen, welches dann eine obere Füllage. 53 bildet. Ein Preßdruck von 20001g

2 ^

ι pro cm wird nunmehr auf die obere Milage 53 mittels einer Platte 54 aufgebracht. Nach diesem Formpreßvorgang wird die Platte 54 und das Magnesiumoxydpulver (die obere Füllage 53) . entfernt. Me untere Füllage 51 und das Modell 101 werden alsdann zusammen mit dem Formkasten 31 in einen Sinterofen eingebracht und in einer Stickstoffatmosphäre 60 Minuten lang bei 1120° Celsius gesintert. Das gesinterte Erzeugnis wird nach dem Abkühlen aus dem Formkasten 31 entnommen und besitst die Gestalt der unteren Formhälfte 21.

Während des Sintervorganges vollzieht sich in der gleichen.Weise, wie schon vorstehend erläutert wurde, ein Infiltrationsvorgang, bei dem das Kupfer, das zur Herstellung des Modelles benutzt : wurde, in das Sintermaterial infiltriert. Infolgedessen wird auf ; der Formoberseite eine Formfläche erzeugt, die aus Sinterwerkstoff besteht und die die gleichen Abmessungen und die gleiche Gestalt besitzt wie die Unterseite des Modelies.

j Das erwähnte Magnesiumoxydpulver wird als Trennmedium benutzt,

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um eine Verformung des Modelles 101 bei der Druckformung bzw. Verdichtung der unteren Füllage 51 zu vermeiden. Alternativ dazu kann das Preßformen auch ohne Verwendung von Magnesiumoxidpulver durchgeführt werden, wenn ein Steripel benutzt wird, der die gleiche Gestalt besitzt wie die Oberseite des Modelles.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens, das eben beschrieben wurde, wird nur eine untere Form hergestellt, so daß das Modell dünner als bei dem ersten Ausführungsbeispiel sein kann, solange nicht der Wunsch. besteht, die Festigkeit der Preßform zu steigern. Die Möglichkeit das Modell dünner auszubilden, schafft die Voraussetzung für einen sparenden Gebrauch des Infiltrationsmetalles und erleichtert auch die Herstellung der Modelle.

Ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens ist in den Fig. 6 bis 9 erläutert und es betrifft die Herstellung einer Gießform, welche in Fig. 9 dargestellt ist. Diese Form dient zum Gießen eines Gußerzeugnisses_t

das die Gestalt eines Modelles 6 aufweist. Das Modell 6 ist in der Fig. 6 dargestellt und besteht aus Kupfer. Das Modell besitzt einen Eingußzapfen 61 und einen Steigerzapfen 62, welche beide an der Oberkante eines Bechers 60 angeordnet sind, der eine tellerförmige Gestalt besitzt und einen flachen, ebenen Boden aufweist. Wie die Fig. 7 und 8 zeigen, wird zur Herstellung der Form ein Formrahmen 31 benutzt, der eine Bodenplatte aufweist und der innenseitig zunächst mit Aluminiumoxydpulver

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beschichtet wird. Der Bodenbereich, dieses Formrahmens 31 wird ! alsdann mit einer Sinterpulvermischung, d^e aus 97 Gewichtsprozent Eisen und 3 Gewichtsprozent Graphit besteht, gefüllt. Da- _: nach wird das Modell 6 in dem Sinterpulveir angeordnet und weiteres Sinterpulver auf die obere Kante des Modelles 6 aufge- j

= bracht, um so eine untere Füllage 71 zu bilden. Vier Kupfermodelle 65 werden dann in das Sinterpulver an vier unterschiedlichen Stellen außerhalb des Modelles 6 eingesetzt, um Führungszapfen für die Form zu bilden. Die Modelle 65 besitzen eine becherförmige Gestalt, wobei ihre oberen Enden jeweils in der

ϊ gleichen Horizontalebene liegen wie die Oberfläche der unteren Füllage 71· Die Oberseite der unteren 'Püllage 71 wird alsdann mit Aluminiumoxydpulver als Trennmasse 8 bedeckt, bevor weite-

; res Sinterpulver auf die Oberseite aufgebracht wird, um so eine '■■ obere Füllage 72 zu bilden.

Nunmehr wird das Sinterpulver mit einem Druck von 1000 kg pro -

2
cm , welcher auf die obere Füllage 72 zum Einwirken gebracht wird, zusammengepreßt und verdichtet. Das auf diese Weise ver- ^! dichtete und gepreßte Sinterpulver, welches jedes Muster, das sich darin befindet, enthält, wird nun zusammen mit dem Formrahmen 31 in einen Sinterofen gebracht und zwei Stunden lang bei einer Temperatur von 900° Celsius vorgesinüert und alsdann , 60 Minuten lang auf eine Temperatur von 1120° Celsius erhitzt und nachgesintert, damit die Infiltration des Kupfers dea Mo- '. delles in das Sintererzeugnis stattfindet. Nach dem Kühlen des ■ Sintererzeugnisses wird dieses aus dem Formrahmen 31 entnommen '

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-H-

und bildet eine Gießform, die in Fig. 9 gezeigt ist und die aus einer unteren Formhälfte 721 und einer oqeren Formhälfte 722 besteht.

Die hergestellte Gießform ist eine teilbare Form, die aus einer i unteren und einer oberen Formhälfte besteht. Die untere Formhälfte 721 besitzt eine Gießformoberfläche der gleichen Gestalt und der gleichen Abmessungen wie sie die Unterseite des Model- j

i Ies 6 besaß und sie weist ferner Führungslöcher 766 zur Aufnah- !

me von Führungszapfen 765 auf, welche aus der Unterseite der j

Oberform 722 vorspringen. Die obere Formhälfte 722 besitzt j

eine Gießformoberfläche, die die gleiche Gestalt und die gleichen Abmessungen wie die obere Oberfläche des Modelles 6 aufweist. Ferner besitzt die obere Formhälfte 722 aber auch noch ein Eingießloch 761, einen Steiger 762 und die bereits erwähn-

ten Führungszapfen 765· Infolgedessen können die ^ührungszapfenj 765 der oberen Formhälfte 722 in die Führungslöcher 766 der un-j teren Formhälfte 721 eingeführt werden, wenn die obere Formhälf-)-te auf der unteren Formhälfte aufliegt. Dabei begrenzen die Innenoberflächen einen Formhohlraum einer teilbaren Form. Der Formhohlraum besitzt dann die gleiche Gestalt und die gleichen Abmessungen wie das Modell 6.

Im vorgenannten, erläuterten Ausführungsbeispiel wird das AIuminiumoxydpulver als Trennmedium lediglich auf die untere Fülllüge aufgebracht. Ea können jedoch auch die Modelle 6 und 65 auf der Obereeite mit Trennmedium bedeokt werden. Das Vorsin-

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j tern kann zur Steigerung der Festigkeit und der Verbindung des ! Sinterpulvers angewendet werden, bevor d«r reguläre Sintervorgang durchgeführt wird und führt auf diesie Weise zur gesteigerten Festigkeit der Gießform nach erfolgtem Sintern.

Bei dem letztbeschriebenen dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens werden obere und untere Formhälften gleichzeitig als Bestandteile einer zusammengesetzten teilbaren Form hergestellt. Obwohl diese Formhälften an den gegenseitigen Trenn- bzw. Berührungsflächen 9,die zwischen der oberen und unteren Formhälfte liegen, eine gewisse Rauhigkeit besitzen, passen diese Kontaktflächen jedoch vollständig exakt ineinander. Infolgedessen kann ein Austreten geschmolzenen Metalles nicht eintreten. Es ist daher nicht erforderlich, diese Kontaktflächen glatt zu bearbeiten, was unerläßlich wäre, wenn die obere und untere Formhälfte getrennt voneinander einzeln hergestellt würden.

Die Fig. 10 zeigt den Querschnitt einer abgewandelten Ausgestaltung des Modelles, das zur Durchführung des dritten, erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens benutzt werden kann* Dieses Modell unterscheidet sich von dem bereits erwähnten Modell dadurch, daß es zunächst aus einem Modellteil' 60· besteht, welcher den Formhohlraum bildet und weitere Modellteile 65' besitzt, welche die Führungen und Führungszapfen formen. Die beiden Formteile 60' und 65' sind durch ein dünnes Blech 69 verbunden, welches einen Spalt zwischen der oberen und unteren

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- 16 Formhälfte definiert. Die oberen und unteren Formhälften können dann gleichzeitig ohne Benutzung von

Aluminiumoxydpulver

als Trennmedium hergestellt werden. In diesem Falle jedoch
wird der Modellteil 60', welcher die Gestalt des Gießformhohl- ' raumes bestimmt, dicker als beispielsweise der Becher 60 des
Modelles gemäß Fig. 6 ausgestaltet. Die zusätzliche Dicke entspricht der Dicke des Bleches 69, welches die Trennflächen
zwischen der oberen und unteren Formhälfte erzeugt.

Gießformen und Preßformen, die nach dem erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahren hergestellt werden, können wiederholt benutzt werden, ohne daß sich Veränderungserscheinungen im Hinblick auf die Gestalt und die Abmessungen beider Form- oder , Gesenkhälften einstellen und auch ohne daß sich Veränderungen
an dem Erzeugnis zeigen, das durch Benutzung dieser Formen und
Gesenke hergestellt wird.

Zur ^_urciifmi_rung des erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens ' können Metallpulver als ^intermaterialien benutzt werden, zu ; denen Eisen, Kupfer, Wolframkarbid, Titankarbid oder dgl. ge- J

i hören. Als Infiltrationsmetall, das zur Herstellung des Model- !

les benutzt wird, muß ein Metall verwendet werden, dessen ^: Schmelzpunkt unter der Sintertemperatur des Sintermateriales
liegt. Die Sinterbedingungen variieren abhängig von den jewei-Ί ligen verwendeten Materialien des Sinterpulvers, sowie dem j

'. j

Werkstoff des Modelles. Wenn beispielsweise Eisenmetallpulver, j dessen Hauptbestandteil Eisen oder eine Eisen-Kohlenstoffver-

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bindung ist, als Sinterpulver verwendet wird, dann empfiehlt i

: I

sich als Infiltrationsmetall für die Herstellung des Modelies j

Kupfer, eine aus 95 f» Kupfer und 5 # Mangan bestehende Legie- j rung, eine aus 97 f° Kupfer und 3 $> beste

iende Legierung oder

andere, entsprechende Werkstoffe. Typische Sinterbedingung für derartige Materialien sind eine Sinterzeit von 60 Minuten, e£n<

Sintertemperatur von 1120° Celsius, eine Sinteratmosphäre aus

2 Stickstoff und ein Druck dieser Atmosphäre von 2000 kg pro cm .; Wenn als ^üinterpulver Kupferpulver benutzt wird, dessen Haupt« j bestandteil Kupfer oder eine Kupferlegierung ist, dann kann als; · Infiltrationsmetall zur Herstellung des Modelies Blei benutzt j

werden. Weitere Infiltrationsmetalle die verwendbar sind wären ! eine aus 50 % Blei und 50 % Zinn bestehende Legierung, eine aus 82 fo Blei und 18 fo Kadmium bestehende Legierung oder ähnliche V/erkstoffe. Typische Sinterbedingungen für derartige Werkstoffe sind eine Sinterzeit von 60 Minuten, eine Sintertemperatur von 500° Celsius und eine Sinteratmosphäre aus Wasserstoff, die unter einem Druck von 500 kg pro cm steht. Wenn als Sintermaterial ein Metallpulver verwendet wird, dessen Hauptbestandteil Wolframkarbid ist, dann eignet sich als infiltrationsmetall für die Herstellung des Modelles Kobald, Nickel, eine Eisenlegierung oder ein ähnliches tietall. Typische Sinterbedingungen sind dann eine Sinterzeit von 60 Minuten, eine Sintertempera-.tur von 1550° Celsius, eine Sinteratmosphäre aus Wasserstoff und ein Druck dieser Atmosphäre in der Größenordnung von 1000kg

pro cm . Wenn als Sintermaterial ein Metallpulver verwendet wird, dessen Hauptbestandteil Titankarbid ist, dann empfiehlt

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als Infiltrationsmetall zur Herstellung des Modelles nickel, •eine nickellegierung, die aus 95 f° Nickel

und 5 $> Moltdän besteht oder eine Kobaldlegierung oder ähnliche Werkstoffe. Die typischen Sinterbedingungen für diese Materialien sind eine Sinterzeit von 60 Minuten, eine Sintertemperatur von 1550 ° Celsius, eine Sinteratmosphäre aus Wasserstoff, die unter einem

2
Druck von 1000 kg pro cm steht.

Die Modelle, die zur Durchführung des erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens benutzt werden, haben die gleichen Abmessungen und die gleiche Gestalt wie die Formoberflächen der Metallform bzw. des Gesenkes, das hergestellt werden soll. Das ge- _: samte Modell kann aus dem Infiltrationsmetall bestehen wie in den erläuterten Beispielen erwähnt und in den Figuren dargestellt wurde. Wenn das Modell dagegen ein sehr großes Volumen besitzt, dann kann es auch im Inneren hohl ausgebildet werden. ; Eine andere Möglichkeit besteht auch darin, daß das Modell aus ;

einem keramischen oder anderem hitzebeständigen Material be- ;

steht, das einen Stützkörper bildet, der mit dem Infiltrationsmetall beschichtet wird, um zu verhindern, daß sich das Modell i unter dem Druck während des Preßformvorganges des Sinterpulvers ! verformt. Im letzteren Fall, nämlich im Falle der Verwendung j eines keramischen Stützkörpers wird dieser nach dem Sintern j entnommen. Es kann auch ein Blech aus Infiltrationsmetall zwischen die oberen und untere Formhälfte bzw. die Führungszapfen und Führungelöoher gelegt werden und dabei darauf geachtet wird,'

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daß dieses Infiltratiöns-Metallblech nicht mit den Formoberflächen der Metallform sowie der Führungiälöcher und Führungszapfen in unmittelbaren Kontakt gerät, w:.e etwa bei dem Modell 65, das im Zusammenhang mit dem dritten Äusführungsbeispiel des erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens erläutert wurde. Wie in Verbindung mit dem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens erläutert wurde, ist es auch möglich, eine Trennzone zu schaffen, in dem die entsprechenden Teile und Oberflächen mit einer Beschichtung aus einem hitzebeständigen Trennmedium wie beispielsweise Aluminium oder Magnesium versehen werden. Ein solches Trennmedium kann auch auf das vorerwähnte, dünne Blech aufgetragen werden, um eine Sinterung in der Trennzone zu verhindern.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahren vergrößert das j Preßformen des Sintermaterials vor dem Sintervorgang die Dichte; und die Festigkeit des Endproduktes, d.h. des Gesenkes oder der Form. Falls jedoch das gesinterte Erzeugnis keine hohe Dichte

I und Festigkeit zu besitzen braucht, kann das Sintern auch ohne j

I vorhergehendes Preßformen des Metallpulvers oder bei nur schwa-ι chem -Preßformen unter niedrigerem Preßdruck erfolgen. Wenn das j Sintermaterial nicht gepreßt oder nur schwach gepreßt wurde, ! dann empfiehlt es sich, das Sintern in einem Formkasten auszuführen, der bei den Sintertemperaturen beständig ist. Das entspricht dem Vorgehen, das im zweiten und dritten Ausführungsbeispiele erläutert wurde. Dadurch wird verhindert, daß das Metallpulver vor dem Sintern zusammenfällt.

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Das erfindungsgemäß ausgebildete Verfahren kann aber nicht nur zur Herstellung von Preßformen und Gießformen, sondern auch zu der Herstellung von Spritzgußformen, für. iie Herstellung von Formen für die Kunststoff-, Glas- oder Guiimiforinung, sowie auch für andere Metallformen benutzt werden. Es ist im gleichen Maße ^: offensichtlich, daß durch die geeignete Anwendung von Trennmedien und Infiltrationsmetallen und Metallblechen, die auf die jeweils gewünschten Oberflächen aufgelegt werden, die Möglichkeit besteht, nach dem erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahren die unterschiedlichsten Typen von mehrteiligen, wie beispielsweise dreiteiligen oder vierteiligen, verlegbaren Formen zu

* I

fertigen. I

Aus der vorstehenden Beschreibung und den Ausführungsbeispielen ist zu erkennen, daß das Verfahren zur Herstellung metallischer Gesenke.oder Formen, das die Erfindung vorschlägt, eine erhebliche Verbesserung gegenüber den bisher üblichen Verfahren dar- \ stellt, denn zu seiner Durchführung werden keine komplizierten j Maschinenbearbeitungen und keine besonderen Erfahrungen und ■ Kenntnisse benötigt, sondern es ist einfacher, weniger zeitaufwendiger und erheblich wirtschaftlicher. Infolge des verstärkenden und festigkeitssteigernten Effektes des Infiltrationsmetal- ' les, das in das Sintermetall infiltriert wird, entstehen Metallformen- oder Gesenke mit dem Vergleich zum bekannten, erheblich ! verbesserter Festigkeit und Qualität. j

Obwohl besondere, spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung

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erläutert und "beschrieben .wurden ist es offensichtlich, daß viele Modifikationen möglich sind. Die Erfindung ist daher j nicht auf die dargestellten und in den Zeichnungen wiederge- j gebenen und in der Beschreibung erwähnten Ausführungsformen beschränkt, sondern erstreckt sich auf alle denkbaren und mög- · liehen, ähnlichen Ausführungsbeispiele. !

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer me ts.lli sehen Form oder eines metallischen Gesenkes, dadurch gekennzeich-

net, daß in einem Formrahmen eine Lage aus Sinterpulver eingebracht wird und auf diese lage ein Modell aufgebracht wird, dessen Oberfläche eine bestimmte Kontur besitzt und daß aus einem Infiltrationsmetall gefertigt wurde, dessen Schmelzpunkt unter der Sintertemperatur-des Sinterpulvers der eingebrachten Pulverlage besteht, wobei das Modell in innige Berührung mit der Oberfläche der Lage aus Sinterpulver überführt wird und alsdann die Sinterpulverlage und das Modell auf Sintertemperatur erhitzt werden, um das Metallpulver zu sintern und das Infiltrationsmetall, aus welchem das Modell besteht, in das Sinterpulver zu infiltrieren, wonach der Sinterkörper abgekühlt wird und eine gehärtete, gesinterte Form erhalten wird, deren Oberflächen eine der Kontur des Modelles komplementäre Gestalt besitzen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ^! g e k e η η - ! zeichnet , daß die gehärtete und gesinterte Form oder i das Gesenk nach dem Abkühlen aus dem Formrahmen entnommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Sinterpulver Eisenmetallpulver verwendet wird, dessen Hauptbeatandteil Eisen oder eine Eisen-Kohlenetoffverbindung iet, während das Modell aus einem Metall

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gefertigt wird, das aus der Gruppe ausgewählt wird, zu welcher Kupfer, Kupfermanganlegierungen und Kupfe;r-Kobaldlegierungen gehören.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-" zeichnet , daß als Sinterpulver Kupferpulver verwendet wird, dessen Hauptbestandteil Kupfer oder eine Kupferlegierung ; ist und daß das Modell aus einem Metall hergestellt wird, das aus eim ■> ausgewählt wird, zu der Blei, Blei-Zinnlegie- : rungen und islei-Kadmiumlegierungen gehören. |

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Sinterpulver ein Metallpulver verwendet wird, dessen Hauptbestandteil Wolframkarbid ist und daß ein Modell benutzt wird, welches aus einem Metall besteht, das aus der Gruppe ausgewählt wird, welche Kobald, Nickel, und Eisenlegierungen enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet

daß als Sinterpulver ein Metallpulver verwendet wird, dessen Hauptbestandteil Titankarbid ist und daß das Modell aus einem Metall gefertigt wird,, das einer Metallgruppe angehört, welche Nickel, Nickel-Molybdänlegierungen, sowie Kobaldlegierungen enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h ne t , "daß die aus Sinterpulver bestehende lage bei

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einer Temperatur, die unter der Schmelztemperatur des Infiltrationsmetalles liegt, aus welchem das Modell besteht, vorgesintert wird, bevor das Sinterpulver d gesintert wird.

er Lage vollständig

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch , gekennzeichnet, daß die Lage aus Sinterpulver vor de j .ji·- hitzung auf Sintertemperatur zusammengepreßt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet ,. daß eine Drucktrennmasse aus Metallpulver, wie beispielsweise Magnesiumpulver über das Modell und auf die Oberseite des Sinterpulvers aufgebracht wird und daß auf die obere Oberfläche dieses Druckmediums, welche eingeebnet wird, Druck ausgeübt wird, um die Lage des Sinterpulvers zu pressen und daß dieses Druckmedium vor dem Erhitzen des Sinterpulvers auf die Sintertemperatur wieder entfernt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η z'eichnet , daß ein Modell verwendet wird, das eine dünne Platte besitzt, welche den Teil des Modelles umgibt, der die gewünschte Form besitzt, wobei sich die dünne Platte über die obere Oberfläche des Sinterpulvers mit Ausnahme derjenigen Fläche, welche von der Kodellform eingenommen wird,

erstreckt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

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zeichnet , daß als Modell ein Körper mit einem Kern aus

hitzebeständigem Werkstoff, wie beispielsjweise Keramischem ;

I V/erkstoff verwendet wird und daß dieser Kern mit dem Infiltra-

tionsmetall beschichtet wird und daß der Kern nach dem Sintern j

! aus der Form entnommen wird. _:

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12, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η - I zeichnet , daß ein hitzebeständiges Trennmedium in einer; a dünnen Schicht zwischen dem Formrahmen und der Lage aus Sinter- ' pulver angeordnet wird. j '

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß das hitzebeständige Trennmedium aus der Gruppe von Stoffen ausgewählt wird, zu denen Magnesiumoxyd oder Aluminiumoxyd gehören.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Modell mit dem Sinterpulver im wesentlichen vollständig umhüllt wird, um eine Form zu schaffen, deren Formoberfläche komplementär zum Modell gestaltet ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß eine Mehrzahl von Modellen im Formrahmen angeordnet werden und daß das Sinterpulver in dem Formrahmen um jedes der Modelle in mehreren Schichten, die voneinander durch dünne Schichten von Infiltrationametall getrennt sind, angeordnet wird, wobei ein Infiltrationametall mit einem Schmelzpunkt

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verwendet wird, der unter der Sintertemperatur des Sinterpulvers liegt, so daß nach erfolgter Sinter

mg und Abkühlung eine

Mehrzahl von Metallformen erhalten werde i, die einen Satz bilden und die zusammen eine Gestalt besitzen, die durch die Modelle bestimmt werden, die in den einzelnen Lagen des Sinterpulvers eingebettet waren. ;

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein wärmebeständiges Trennmedium in einer dünnen Schicht auf die Oberseite der ersten Lage aus Sinterpulver aufgetragen wird und zwar auf diejenigen Bereiche, die von dem Modell nicht berührt werden und daß alsdann eine zweite Lage aus Sinterpulver auf das Modell und auf die Schicht des Trennmediums aufgebracht wird, deren Sinterpulver die verbleibenden Oberflächen des Modelies bedeckt und daß alsdann auf Sintertemperatur erhitzt wird und die gehärtete, gesinterte Form, bzw. das Gesenk, aus dem Formrahmen entnommen wird, nachdem das Sintererzeugnis abgekühlt ist, so daß eine lietallform oder ein Gesenk erhalten wird, welches aus zwei Hälften besteht, welche gemeinsame Fonnoberflächen besitzen, deren Kontur der Gestalt des in den beiden Lagen aus Sinterpulver eingetauchten Modelies entspricht.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß das Modell eine dünne Platte besitzt, die die Modellform umgibt und daß diese dünne Platte zwischen der ersten und zweiten Lage aus Sinterpulver angeordnet wird,

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wobei eine dünne Lage aus Trennmedium zwischen der ersten und zweiten Lage des Sinterpulvers angeordnet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Modelle zur Bildung von Führungen in die erste Lage aus Sinterpulver eingebettet werden, wobei diese Modelle einen U-Querschnitt besitzen und aus Infiltrationsmetall bestehen, das einen unter der Sintertemperatur des Sinterpulvers liegenden Schmelzpunkt aufweist und daß aus ^ diesen zusätzlichen Modellen Führungszapfen und Führungslöcher auf den einander gegenüberliegenden Trennflächen der beider. Formhälften nach Beendigung des Sintervorganges gebildet werden.

19· Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daj3 als Sinterpulver Sisemnetallpulver verwendet wird, dessen Hauptbestandteil Sieenoder eine Sisen-Kohlenstoffverbindung ist und daß das Modell und die dünne ^ Platte au3 einem Metall bestehen, das au3 einer Gruppe aus-

gewählt wird, zu der Kupfer, Kupfermanganlegierungen, sowie Kupfe.rkobaldlegierungen gehören.

20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch g e k β η η ζ e i'o'hn e t _f daß als Sinterpulver Sisenmetallpulver verwendet wird, dessen Hauptbestandteil Eisen oder eine Sieen- j Kohlenstoffverbindung ist, während das Modell aus einem Ketall ; hergestellt wird, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, zu der

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Kupfer, Kupfermanganlegierungen, sowie Eupferkobaldlegierungen

gehören.

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21. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch^ g e k e η η -

ί !

ί zeichnet, daß als Sinterpulver ein Metallpulver

• verwendet wird, dessen Hauptbestandteil Y/olframkarbid ist,

während das Modell aus einem Metall gefertigt wird, das aus j der Gruppe ausgewählt ist, zu der Kobald, Wickel, sowie Eisen-

ι legierungen gehören.

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22. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch g e k e η η ··-

ι zeichnet, daß als Sinterpulver ein Metallpulver

¹ verwendet wird, dessen Hauptbestandteil Titankarbid ist und

; daß das Modell aus einem Metall gefertigt wird, das aus einer

j Gruppe ausgewählt ist, zu der Nickel, Nickelmolybdänlegierun-I gen und Kobaldlegierungen gehören.

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