DE2055533C3

DE2055533C3 - Verfahren zum Herstellen eines dichten rotationssymmetrischen Heiß preßkorpers aus Metallpulver

Info

Publication number: DE2055533C3
Application number: DE2055533A
Authority: DE
Inventors: John Triesen Haller (Liechtenstein)
Original assignee: Federal Mogul LLC
Current assignee: Federal Mogul LLC
Priority date: 1969-11-12
Filing date: 1970-11-11
Publication date: 1973-11-08
Also published as: DE2055533B2; NL7015949A; FR2071891A5; US3631583A; ZA706600B; DE2055533A1; JPS4825853B1; GB1302238A; BE758306A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines dichten rotaiionssymmetrischen HeiL'preßkörpers aus Metallpulver, bei dem ein verlorn·barer Metallbehälter mit Metallpulver gefüllt verschlossen, evakuiert, abgedichtet, auf Preßlemperatur cihit/t. eine Zeitlang auf dieser Temperatur gehalten und in eine Preßmatrize eingesetzt und \erformt wird.

Ein derartiges Verfahren ist bereits in der Zeitschrift »Powder Metallurgy«. 1¹>5N. S. 94 bis 103. beschrieben. I'm während des Zusammenpressen^ oder Verdichtens die Entstehung von [-'alten in der Behälterwandung zu verhindern, ist die Preßmatrize dabei derart dimensioniert, daß sich die Behälterwaniiinsi an ihrem Umfang in radialer Richtung in ireie Räume hine.n verformen kann, die einen oder b:ide Stempel der Matrize umgeben.

Ein derartiges Verfahren erweist sich als besonders vorteilhaft zum Herstellen von Metallknüppeln od. dgl. aus sogenannten Superlegierungspuivern. die weitgehend aus Kobalt oder Nickel bestehen, um It¹P daraus hergestellten Bauteilen eine hohe Korrosionsfestigkeit zu verleihen. Bei höheren Temperaturen behalten diese Werkstoffe eine Zugfestigkeit, die höher ist als die entsprechende Festigkeit bei üblieien Metallen oder Legierungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses bekannte Verfahren dahingehend zu verbessern, ilaß das Metallpulver während der Verformung des Metallbehälters besonders stark durchgearbeitet b/.vv. geknetet wird, um dem Heißpreßkörper besonders gleichmäßig metallurgische Eigenschaften zu verleichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei Druckeinwirkung in axialer Richtung ei':. Behälter mit Pulverfüllung zusätzlich in eine umlaufende oder mehrere einzelne seitliche Erweiterungen der Preßmalrize gepreßt und nach dem Auswerfen aus der Preßeinrichtung in an sich bekannter Weise von der zu einem Heißpreßkörper verdichteten Pulverfüllung abgetrennt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, den Werkstücken eine erheblich höhere Cüite zu verleihen, die ;uf das seitliche Fließpressen zurückzuführen ist, wobei das Metall zusätzlich geknetet wird. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Heißpreßkörper weisen besonders gleichmäßige metallurgische Eigenschaften auf; Spanabfälle können weitgehend v;i mieden werden.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen des crfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In den Zeichnungen sind einige Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, welche im folgenden näher erläutert werden.

F i g. 1 ist ein axialer Schnitt durch eine Matrizenbaugruppe und zeigt diese kurz nach dem Beginn des Verformen* eines erhitzten, evakuierten verformbaren Behälters von kreisrundem Queischnitt, der in der aus F i g. 5 ersichtlichen Weise mit Metallpulver gefüllt ist.

Fig. 2 ist ein Teilschnitt län^s der Linie 2-2 in Fig. 1.

Fig. 3 ähnelt Fig. 1, zeigt jedoch die Mairizenbaugruppe nach beendetem Verformen,

F i g. 4 ist ein Teilschniti längs der Linie 4-4 in F i g. 3,

F i g. 5 zeigt im Längsschnitt den mit dem Metallpulver gefüllten evakuieren Behälter vor dem Verformen und beillichen Fließpressen, das sich in der in F i g. 1 bis 4 gezeigten Weise abspL-t

Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht eines heißgepreßten Knüppels nach dem Entfernen de-, Behälters.

F i g. 7 zeigt den Knüppel nach F i g. 6 im Grundriß.

F i g. 8 ähnelt Fig. 1. zeigt jedoch einen Behälter mit rechteckigem Querschnitt in der Matrize.

F i g. 9 ähnelt Fig. 3. zeigt jedoch das Ende der Verformung eines Behälters mit rechteckigem Querschnitt.

F ig. H), 11 und 12 zeigen jeweils einen Teilschniti längster Linie 10-10 bzw. 11-11 bzw. 12-12 in I- i g.9.

F i g. 13 zeigt im Grundriß eine abgeänderte Ausführungsform eines Werkstücks der in Fig. 14 gezeigten Art.

Fig. i4 ähnelt Fig. 1 und zeigt eine Matrize mi höherem senkrechten Füllteil.

Fig. 15 ähnelt Fig. 3. zeigt das Ende der Verlor mutig eines zylindrischen Behälters mit gegenübe F i g. 3 größerer Lunge,

Fig. 16 ist eine Seitenansicht des aus dem Hohl raum der Matrizenbaugruppe nach Fig. 15 entnom menen Werkstücks samt Behälter.

6a In F i g. 5 erkennt man einen mit 12 bezeichneten mit Metallpulver 14 gefüllten, dicht verschlossenei und evakuierten Behälter, vorzugsweise aus nichtro stendem Stahl. Die Pulverfüllung 14 wurde durci einen auch zum Evakuieren dienenden Rohrstutze 18 eingeführt; das obere Ende 20 wird nach der Evakuieren zugeklemmt und z. B. durch Zuschwei ßen verschlossen.

Die in F i g. 1 insgesamt mit 30 bezeichnete Matr

zenbaugruppe. in der der mit dem Pulver gefüllte Behälter 12 verdichtet und seitlich füeßgepreßt werden soll, umfaLU ein oberes Matrizenteil 32 und ein unteres Mairizenteil 34, die parallel zueinander angeordnet sind und durch ein mit einer zentralen ÖITnung versehenes Abstandsstück 36 in einem Abstand voneinander gehalten werden. Die Matrizemeile 32 und 34 sind mit gleichachsig angeordneten oberen und unteren Bohrungen 38 und 40 versehen, die beide in eine einen größeren Durchmesser aufweisenden zeniralen mittleren Bohrung 42 des Abstandhalter·; 36 münden. Die Bohrungen 38, 4(1 und 42 bilden, zusammen eine llohlform. In der ,berer. Matrizenbohrung 38 und der unteren Matnzenbohrimg 40 sind ein oberer Stempel 48 bzw. ein unterer Stempel 50 relativ zueinander gleitend geführt. Der obere Stempel 48 isi mil der nicht dargestellten oberen Druckplatte einer Presse verbunden. Der untere Stempel 50 isi dagegen fest mit einem Tra»stück 52 \erbunden.

Die mehrteilige Matrizenbaugruppe 3<i ist \orzugsueise nachgiebig auf einer federnden l'nterlaüe bekannter Art gelagert, die in F i g. 1 insgesamt mit 54 bezeichnet ist und entweder die in F i ü. I dargestellten Druckfedern oder einen auf bekannte Weise ausgebildeten, hier nicht dargestellten Inüraulisenen Matri/cnpuffer umfaßt. Der obere Stempel 48 und der untere Stempel 50 sjnd mit einem zentral angeordneten Ansät/ 58 bzw. 60 \ersehen. der einen kleineren Durchmesser hat als der betreffende Stempel, so daß am Ende der Stempel ein oberer freier "i.iuni 62 und ein unlerer freier Raum 64 vorhanden iv. Der Ansatz 60 des unteren Stempels 50 ist mit eü!-T zentralen Aussparung 65 zum Aufnehmen des ,: hi verschlossenen Rohrslutzens 18 des Behälters i :. versehen.

Beim Dm chi uhren des erfindiingsgemäßcn Verehren:·, i,,it HiITe der an Hand von Fig. 1 his 4 beschriebenen Matrizenbaugruppe 30 ist der Behälter 1.! so geformt, daß er leicht in die Bohrungen 38 und 41) eingeführt werden kann; er wird mit dem Pulver einer sogenannten Superlegierung gefüllt.

Der evakuierte, dicht verschlossene, mit dem Metallpulver gefüllte Behälter 12 wird dann in einem Ölen odei auf andere Weise, z. B. durch elektrische Induktionserhitzung, auf eine Temperatur von etwa 4-5 1 15!! C gebracht, e'wa eine S'.ur.de lang auf dieser 'temperatur gehalten, dann umgewendet und sofort so in di? llohlform 44 eingeführt, daß der Rohrstutzen 18 nach unten in die Aussparung 65 in dem Ansatz 60 des unteren Stempels 50 ragt. Dann beginnt die Verformung; während sich dieser Heißpreßvoriiang abspielt, werden der im wesentlichen ebene Boden und die obere Stirnwand des Behälters 12 in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise so verformt, daß ihre Randabschnittc in die am Ende der beiden Stempel vorgesehenen freien Räume 62 und 64 eintreten,

Während sich der obere Stempel 48 weiter nach unten bewegt und sich die Dichte der Pulverfüllung 14 einer Dichte von K)O¹¹O nähert, wird die Seitenwand des Behälters 12 radial nach außen verformt, so daß sie in ULn freien Raum von 42 eintritt. Das starke Verdichten nnd seitliche Fließpressen bewirken ein Kneten des Metalls, das zu einer erheblichen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Formkörpers führt. Der Formkörper 72 wird dann dadurch aus der Preßform entfernt, daß der obere Stempel 48 und das obere Matrizenteil 32 nach oben zurückgezogen werden, während der untere Stempel 50 ebenfalls nach oben bewegt wird, um als Auswerfer zu wirken.

Hierauf wird der Behälter 12 von dem darin eingeschlossenen Formkörper 72 durch eine maschinelle Bearbeitung, durch Beizen oder auf andere Weise getrennt; dabei werden die Wulste 74 ebenfalls beseitigt. Als fertiges Erzeugnis erhält man gemäß F i g. 6 und 7 einen kreisrunden, im wesentlichen massiven Metall- oder Legieruruiskörper. dessen Dichte nahe bei 100" 11 liegt. Die Temperatur, auf die der mit Metallpulver gefüllte Behälter 12 erhitzt wird, und die Dauer dieser Erhitzung richten sich nach den Abmessungen der herzustellenden Formkörper. Es hat sich ein Temperaturbereich von etwa 1090 bis 1210 C als zweckmäßig erwiesen; die weiter oben erwähnte Erhitzungsdauer von einer Stunde muß natürlich verlangen werden, wenn die Abmessungen und das Gewicht des MetalH.örpers 72 vergrößert werden.

Der in Fig. 14 gezeigte, insgesamt mit 80 bezeichnete, aus einer Metallegierung bestehende Knüppel wird auf ähnliche Weise hergestellt, wie es vorstehend be iiglich des runden Metallkörpers 72 beschrieben ist. abgesehen davon, daß der obere Stempel 82 (Fig. S) und der untere Stempel 84 sowie die zugehörigen Malrizer.ölfnungcn 86 und 88 des oberen Matn/enteils 90 bzw. des unteren MatrizcnteiK 92 eine quadratische odei rechteckige Ouerschnittsform haben, weis auch !ür die seillichen Verlängerungen 94 in dem Abstandhalter 96 gilt. Die übrigen Teile der Matrizenbaugruppe 100 nach F i g. S ähneln allgemein denjenigen der Matrizenbaugruppe 30 nach F i ir. 1 und 3. und daher sind die einander entsprechenden Bauteile in F i g. 8 und ^l) jeweils mit den nieidien Bczugszahlen bezeichnet.

Wie zuvor wird der mit dem Metallpulver gefüllte Behälter 12 während einer ausreichenden Zeitspanne von z. B. einer Stunde auf eine Temperatur von etwa 1150 C erhitzt und sofort danach in die Presse überführt, um dann verdieiltet zu werden.

Gemäß Fig.¹) wird ein rechteckiger Knüppel erhalten, bei dem sich Ansätze 104 und 106 von einem mittleren Abschnitt 108 aus nach außen erstrecken, und hei dem ein oberer Ansatz 110 und ein unterer Ansatz 112 in der oberen Matrizenöffnung 86 bzw. in der unteren Matrizenöffnung 88 verbleibt.

Fig. 13 zeigt einen Metallkörper 120 mit einei Form ähnlich dem gemäß Fig.') hergestellten Kniip pel; t'a jedoch die Preßform mit vier kreuzförmig angeordneten Verlängerungen versehen ist, entsteht ein kreuzförmiger Formkörper, der zwei voneinander weg gerichtete zentrale Ansätze 122 aufweist, von denen in Fig. 13 nur einer zu sehen ist. und von denen aus sich vier Arme 124 im rechten Winke! zueinander erstr-cken. Wenn die Ansätze 122 uiieiwünscht sind, kann man sie natüilich durch eine maschinelle Bearbeitung entfernen.

Fig. 14 zeigt eine weitere abgeänderte Matrizenform. Die obere Matrizenbohrung 38 und die utvere Matrizenbohrung 40 sind etwas langer, damit an dem Werkstück Ansätze oder Naben 142 entstehen, die sich axial durch einen kreisrunden niedrigen zylindrischen Körper 138 erstrecken (Fig. 16). Bei dieser Weiterbildung der Erfindung kann der Abstandhalter 136 gegebenenfalls ."usdehnungsfähig sein, so daß er sich im Verlauf des Preßvorgangs nach außen bewegt, wie es in Fig. 15 dargestellt ist. Der mit dem Metallpulver gefüllte, evakuierte und dicht verschlos-

sene Behälter 12 ist etwas langer als der Behälter in Fig.5, damit eine größere Metallmcnge zum Erzeugen der Naben 142 zur Verfugung steht.

Der Preßvorgang wird wiederum unterbrochen, sobald die seitliche Erweiterung 42 oder Preßform von dem verformten Behälter 12 und der haltencn Füllung 14 ausgefüllt worden is Dichte des entstandenen Preßkörpers den 100" Ό nahezu erreicht hat. Der Preükörpci halter hat die in F i g. 16 wiedergegebene Fn

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zürn Herstellen eines dichten rotationssymmetrischen FJeißpreßkörpers aus Metallpulver, hei dem ein verformbarer Metallbehälter mit Metallpulver gefüllt, verschlossen, evakuiert. abgedichtet, auf Preßlemperatur erhitzt, eine Zeillang auf dieser Temperatur gehalten und in eine Preßmatrize eingesetzt und verformt v. irü. dadurch gekennzeichnet. daß bei Druckeinwirkung in axialer Richtung der Behälter mit PuKerfüllung zusätzlich in eine umlaufende oder mehrere einzelne seitliche Erweiterungen tier Preßmatrize gepreßt und nach dem Auswerfen aus der Preßeinrichtung in an sich bekannter Weise von der zu einem Heißpreßkörper verdichteten !"'uAerfüllung abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der seillichen Verformung de:. Behälters und des Metallkörpers ein nachgiebiger Widerstand entgegengesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß tier Behälter mit Pulverfiillung beim Pressen in die seillichen Erweitenuu'en durch mehrere gegenüber den Erweiterungen kleinere Öffnungen hindurchgepreßt wild.