DE2219856A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING SINTER FORGED WORKS - Google Patents
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Description
K. SIEBERT G. GRÄTTINGERK. SIEBERT G. GRÄTTINGER
813 Starnberg bei München813 Starnberg near Munich
Postfach 1650, Almoidaweg 12 Telefon (0 81 51) 27 30 <1 27 30> U. 41 15P.O. Box 1650, Almoidaweg 12 Telephone (0 81 51) 27 30 <1 27 30> U. 41 15
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Anwaltsakte 5333/5Lawyer file 5333/5
Firma Bayer. Leichtmetallwerk Graf Blücher von Wahlstatt KG, 8 München 23, PostfachBayer company. Light metal works Graf Blücher von Wahlstatt KG, 8 Munich 23, P.O. Box
Verfahren zum Herstellen von SinterschmiedewerkstückenProcess for the production of sintered forged workpieces
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Sinterschmiedewerkstücken, bei welchen ein gesinterter Vorformling in einer Preßform, deren Abmessungen quer zur Richtung der Preßstempelbewegung, größer sind- als die des Vorformlings, formgepreßt wird.The invention relates to a method for producing sintered forged workpieces in which a sintered preform in a mold, the dimensions of which transversely to the direction of the ram movement, are greater than that of the preform, is compression molded.
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Es ist bekannt, daß Sinterwerkstücke nicht onne weiteres hochverdichtetjwerden können. Die übliche Dichte von Sinterwerkstücken liegt bei etwa 85 - 90 % des theoretischen Wertes. Wenn das gesinterte Werkstück in zwei aufeinanderfolgenden Preßvorgängen gepreßt wird, wobei nach dem ersten Preßvorgang das Werkstück geglüht oder vorgesintert wird, ist es möglich, eine Dichte von über 90 % der theoretischen Dichte zu erzielen.It is known that sintered workpieces cannot be further highly compressed. The usual density of sintered workpieces is around 85 - 90 % of the theoretical value. If the sintered workpiece is pressed in two successive pressing operations, the workpiece being annealed or presintered after the first pressing operation, it is possible to achieve a density of over 90% of the theoretical density.
Es ist auch bereits ein Verfahren bekannt (GB-PS 1 256 763}, bei welchem ein gesinterter Vorformling in einer Preßform, welche quer zur Bewegungsrichtung des Preßstempels größer ist, als die Querabmessungen des Vorformlinges, gepreßt wird, so daß das Material quer zur Bewegungsrichtung des Preßstempels verdrängt wird. Durch mehrere derartige Preßvorgänge, denen ggf. Zwischensintervorgänge vorgeschaltet sind, soll dabei eine Dichte bis zu 99S9 % der theoretischen Dichte erreicht werden können. Nach dem bekannten Vorschlag wird die maximale Dichte somit erst durch mehrere aufeinanderfolgende Preßvorgänge erreicht, an welche sich weitere Sinter- oder Glühvorgänge anschliessen sollen, wonach sich noch ein zusätzlicher Kalibrierschritt, ggf. ein Schmieden anschließen soll. Bei diesem bekannten Verfahren wird also versucht, durch eine schrittweise Umformung, die Dichte des Sinterwerkstücks nach und nach der theoretischen Dichte anzugleichen.A method is also already known (GB-PS 1 256 763} in which a sintered preform is pressed in a press mold which is larger than the transverse dimensions of the preform transversely to the direction of movement of the press ram, so that the material is pressed transversely to the direction of movement Through several such pressing processes, which may be preceded by intermediate sintering processes, a density of up to 99 S 9 % of the theoretical density should be achieved. According to the known proposal, the maximum density is thus only achieved through several successive pressing processes. which are to be followed by further sintering or annealing processes, after which an additional calibration step, possibly forging, should follow. In this known method , an attempt is made to gradually adjust the density of the sintered workpiece to the theoretical density by means of step-by-step reshaping.
Demgegenüber schafft die Erfindung ein Verfahren, bei welchem ein Sinterwerkstück bereits in einem einzigen Verfahrensschritt auf praktisch loo % der theoretischen Dichte verdichtet wird, wobei das Werkstück bereits In contrast, the invention creates a method in which a sintered workpiece is compacted in a single process step to practically 100 % of the theoretical density, the workpiece already
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seine endgültige Form mit hoher Genauigkeit erhält.receives its final shape with high accuracy.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der " vorgesinterte Vorformling im Gesenk geschmiedet wird und so stark von der Gesenkform ..abweicht, daß es beim Schmieden zu einer Massivumformung kommt.This is achieved according to the invention in that the " The pre-sintered preform is die-forged and deviates so much from the die shape that it is Forging comes to massive forging.
Bei dem oben erwähnten bekannten Verfahren wird eine echte Massivumformung nicht erreicht. Demgegenüber wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Vorformling bewußt so stark umgeformt, daß das Material in beträchtlichem Maße beim Schmieden zum Fließen gebracht und verdrängt wird. Dadurch wird nicht nur die gewünschte hohe Dichte und die hohe Genauigkeit erzielt, sondern es kann darüberhinaus ein bestimmter Faserverlauf im Endwerkstück erreicht werden, der dem bei normalen Gesenkschmiedeteilen erzielbaren Faserverlauf entspricht. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also der Vorformling stark umgeformt, wobei es zu einem bei der Herstellung von Sinterwerkstücken bisher nicht für denkbar gehaltenen Materialtransport kommt.In the known method mentioned above, real massive forming is not achieved. In contrast becomes the preform in the method according to the invention deliberately formed so much that the material was made to flow to a considerable extent during forging and is displaced. This not only achieves the desired high density and high accuracy, rather, a certain fiber orientation can also be achieved in the final workpiece corresponds to the fiber flow that can be achieved with normal drop forged parts. In the method according to the invention Thus, the preform is severely deformed, which becomes one in the manufacture of sintered workpieces Material transport that was previously unthinkable is coming.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Werkstück kalt- oder warmgeschmiedet werden. Ggf. kann auch ein Explosionsschmieden vorgenommen werden. Das geeignete Verfahren dafür wird nach Art des Materials bzw. nach dem erwünschten Endzustand des Sinterwerkstückes ausgewählt. In the method according to the invention, the workpiece can be cold or hot forged. If necessary, explosion forging can also be carried out. The appropriate one The method for this is selected according to the type of material or the desired final state of the sintered workpiece.
Das Fließen des Materials bei der Massivumformung kann so gesteuert werden, daß sich ein bestimmter Faserverlauf ergibt. Beispielsweise kann zur Steuerung des Materialflusses der Vorformling vor dem Warmschmieden örtlich unterschiedlich erwärmt werden. Dadurch wirdThe flow of the material during massive forming can be controlled in such a way that a certain fiber orientation is achieved results. For example, the preform can be used to control the material flow before hot forging be heated locally differently. This will
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erreicht, daß das höher erwärmte Material zuerst zum Fließen gebracht wird. Eine andere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, die Gestalt des Vorform- * lings derart an die Gestalt des Sinterwerkstückes anzupassen, daß beim Schmieden das ...Material in einer vorgegebenen Richtung fließt. Das unter diesem Gesichtspunkt vorgenommene Auswählen der Gestalt des Vorformlings kann ggf. mit einem örtlich unterschiedlichen Erwärmen kombiniert werden.achieves that the higher heated material is made to flow first. Another beneficial one The possibility is to adapt the shape of the preform to the shape of the sintered workpiece, that when forging the ... material in one given direction flows. The selection of the shape made from this point of view of the preform can optionally be combined with locally different heating.
Besonders gute Ergebnisse werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, daß das Material beim Schmieden aus dem mittleren Bereich des Vorformlings vollständig in den äußeren Bereich des Gesenks verdrängt wird. Dadurch wird die erzielbare Dichte und Zähigkeit beträchtlich gesteigert, da das Verdichten nicht nur von außen, sondern auch von innen her erfolgt. Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung lassen sich z. B. hochgenaue Zahnräder mit einer Axialbohrung herstellen, wobei ein Nacharbeiten der Zahnflanken vollständig entfällt. Derart geschmiedete Zahnräder aus Sintermaterial haben nicht nur eine sehr große Festigkeit und Dichte, sondern darüberhinaus eine sehr hohe Zähigkeit, wobei durch ein gesteuertes Fließen des Materials eine ausgezeichnete Steuerung-der Verteilung der Festigkeitseigenschaften erzielt werden kann. Derart geschmiedete Zahnräder werden vorzugsweise so hergestellt, daß beim Schmieden das Material anfänglich von innen nach außen, also quer zur Bewegungsrichtung der Gesenkhälften, und anschließend nahezu parallel zur Bewegungsrichtung der Gesenkhälften bzw. zur Zahnlängsrichtung zum Fließen gebracht wird. Particularly good results are achieved with the method according to the invention in that, during forging, the material is completely displaced from the central region of the preform into the outer region of the die. As a result, the achievable density and toughness are increased considerably, since the compaction takes place not only from the outside but also from the inside. With this embodiment of the invention z. B. produce high-precision gears with an axial bore, with the need for reworking the tooth flanks completely. Such forged gears made of sintered material not only have a very high strength and density, but also a very high toughness, whereby an excellent control of the distribution of the strength properties can be achieved by a controlled flow of the material. Such forged gears are preferably manufactured in such a way that during forging the material is initially made to flow from the inside to the outside, i.e. transversely to the direction of movement of the die halves, and then almost parallel to the direction of movement of the die halves or to the longitudinal direction of the teeth.
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Durch hohen Umformungsgrad des Vorformlings beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Ausbildung von Bereichen geringerer Dichte vermieden. Dies gilt insbesondere für die innersten Bereiche des 'Werkstückes. Ferner wird durch das Fließen eine gleichmäßige Druckverteilung im Gesenk erzielt und Stoß- bzw. Schlagspitzen werden abgebaut. Daraus ergibt sich eine höhere Standzeit des Gesenks. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können besonders hochfeste Sinterschmiedewerkstücke hergestellt werden. Durch den Fließvorgang ergibt sich eine zusätzliche Verfestigung, eine hohe Zähigkeit und insgesamt eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, verglichen mit den üblichen Sinterwerkstücken.Due to the high degree of deformation of the preform in the case of the invention The process avoids the formation of areas of lower density. This is especially true for the innermost areas of the 'workpiece. Furthermore, the flow makes it even Pressure distribution in the die is achieved and impact or impact peaks are reduced. This results in longer die life. The method according to the invention enables particularly high-strength Sinter forged workpieces are produced. The flow process results in additional solidification, high toughness and an overall improvement in mechanical properties compared to the common sintered workpieces.
Die Erfindung geht also den entscheidenden Schritt, die beim Genauschmiedeverfahren erzielbaren Vorteile, wie beispielsweise hohe Formgenauigkeit und Oberflächengüte, Faserverlauf, auf Sinterwerkstücke anzuwenden.The invention thus takes the decisive step, the advantages that can be achieved in the precision forging process, such as For example, high dimensional accuracy and surface quality, fiber flow, to be used on sintered workpieces.
Insgesamt ergibt sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein geschmiedetes Sinterwerkstück, welches in seinen Zähigkeitseigenschaften an die Eigenschaften von Schmiedestücken, die aus schmelzmetallurgisch hergestellten Materialien gefertigt wurden, praktisch herankommt und in der Festigkeit die bekannten Sinterwerkstücke beträchtlich übertrifft.Overall, this results from the method according to the invention a forged sintered workpiece, which in its toughness properties of the properties of forgings made from smelting metallurgy Materials were manufactured, practical and the strength of the well-known sintered workpieces considerably exceeds.
Zusätzlich vermeidet die Erfindung einen nachträglichen Sintervorgang im Anschluß an das Gesenkschmieden, da bereits beim SchmiedeVorgang die angestrebte hohe Dichte und die sonstigen mechanischen Eigenschaften voll erreicht werden. In addition, the invention avoids a subsequent sintering process following the drop forging, since the desired high density and the other mechanical properties are already fully achieved during the forging process.
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Bei einem durch Pressen aus einem homogenen Pulver hergestellten Vorformling wird dieser vor dein Schmieden auf eine Dichte von über 80 % der theoretisch mög- n liehen Dichte gesintert. Es wird dadurch erreicht, daß der Vorformling bei der Massivumformung nicht in einzelne Bestandteile zerfällt und dadurch ^das Fließen des Materials gestört wird.For a product manufactured by pressing from a homogeneous powder preform it is theoretically possible n sintered density before your loan forging to a density of over 80%. The result is that the preform does not disintegrate into individual components during the massive forming process, thereby disrupting the flow of the material.
Bei einem Vorformling aus Pulvermischungen verschiedener Legierungsbestandteile wird dieser vor dem Schmieden derart gesintert, daß die Diffusion der Legierungs-bestandteile des Sinterwerkstoffes überwiegend bei diesem Sintern eintritt. Wenn der Vorformling durch Warmschmieden weiterverarbeitet werden soll, ist darauf zu achten, daß das Legieren spätestens beim Vorwärmen auf Schmiedetemperatur abgeschlossen ist.In the case of a preform made of powder mixtures of different Alloy constituents this is sintered before forging in such a way that the diffusion of the alloy constituents of the sintered material occurs predominantly during this sintering. When the preform by hot forging is to be further processed, it must be ensured that the alloying is at the latest when preheating to forging temperature is completed.
Gegebenenfalls kann das fertige Sinterwerkstück im Anschluß an den Schmiedevorgang noch nachbehandelt, beispielsweise gehärtet werden.If necessary, the finished sintered workpiece can be post-treated after the forging process, for example hardened.
Bei der praktischen Herstellung von Kegelzahnrädern wurden zylindrische Vorformlinge auf 80 % der theoretisch möglichen Enddichte vorverdichtet und gesintert. Die Sintertemperatur betrug zwischen 1100 und 12oo , wobei eine analytisch homogene Sinterlegierung erzeugt wurde. Anschließend wurden die gesinterten Vorformlinge unter Schutzgas auf Schmiedetemperatur von etwa 1100 bis I250 C je nach Werkstoffzusammensetzung gebracht, wobei eine ausreichende Diffusion der Legierungskomponenten gewährleistet war. Durch das anschließende Schmieden bei einem Schmiededruck von über Io t/qcm wurden hochgenaue Kegelzahnräder hergestellt, wobei ohne weiteren Sintervorgang eine Enddichte von praktisch 100 % erzielt wurde. In the practical manufacture of bevel gears, cylindrical preforms were precompacted to 80 % of the theoretically possible final density and sintered. The sintering temperature was between 1100 and 1200, an analytically homogeneous sintered alloy being produced. The sintered preforms were then brought to the forging temperature of around 1100 to 1250 C under protective gas, depending on the material composition, with sufficient diffusion of the alloy components being ensured. The subsequent forging at a forging pressure of over Io t / qcm produced high-precision bevel gears, with a final density of practically 100% being achieved without further sintering.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the drawing. In the drawing shows:
Fig. 1 ein Gesenk mit geöffneten Gesenkhälften1 shows a die with the die halves open
und eingelegtem, gesintertem Vorformling,and inserted, sintered preform,
Fig. 2 das Gesenk und den Vorformling aus Fig.FIG. 2 shows the die and the preform from FIG.
nach dem Schmiedevorgang undafter the forging process and
Fig. 3 das durch den Schmiedevorgang gem. Fig.3 shows the forging process according to FIG.
hergestellte fertige Sinterschmiedewerkstück. produced finished sintered forged workpiece.
Mit Hilfe der Zeichnung wird die Herstellung eines Kegelzahnrades aus gesintertem Material nach dem erfindungsgemäßen Verfahren veranschaulicht. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weicht der.vorgesinterte, in die untere Gesenkhälfte. 1 eingelegte Vorformling 3 beträchtlich von der durch die untere 1 und obere 2 Gesenkhälfte vorgegebene Endform ab. Der Vorformling 3 hat eine zylindrische Gestalt, mit Fließkegel 11 auf seiner in der unteren Gesenkhälfte befindlichen Seite.With the help of the drawing, the production of a bevel gear from sintered material according to the invention Procedure illustrated. As can be seen from Fig. 1, the pre-sintered gives way to the lower one Die half. 1 inserted preform 3 considerably different from that through the lower 1 and upper 2 die halves predetermined final shape. The preform 3 has a cylindrical shape, with flow cone 11 on its in the side located on the lower die half.
Der die Zähne ausbildende Teil des Gesenkes ist in der unteren Gesenkhälfte 1 ausgebildet, wohingegen der übrige Umfangsteil des KegelZahnrades und die dazugehörige' Stirnfläche von der oberen Gesenkhälfte 2 ausgebildet wird. In der unteren Gesenkhälfte 1 ist ein zylindrischer Unterstempel 5 verschiebbar aufgenommen. Die obere Gesenkhälfte 2 weist einen nach unten in den Gesenkhohlraum hineinragenden, sich nach unten leicht konisch verjüngenden, kegelst umpfförmigen Mitteldorn 6 auf. Wie aus der Zeichnung, insbesondere aus Fig. 2 deutlich erkennbar, ist die gesenkseitige Stirnfläche des Unterstempels 5 kleiner als die gesenkseitige Stirnfläche des Mitteldornes 6.The part of the die which forms the teeth is formed in the lower die half 1, whereas the remaining peripheral part of the bevel gear and the associated ' The end face is formed by the upper die half 2. In the lower half of the die 1, a cylindrical lower punch 5 is slidably received. The upper die half 2 has one that protrudes down into the die cavity and tapers slightly conically towards the bottom umpff-shaped central mandrel 6 on. As from the drawing particularly clearly recognizable from FIG. 2, the die-side end face of the lower punch 5 is smaller than the die-side face of the central mandrel 6.
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Dadurch entsteht beim Schließen der Gesenkhälften an der Stirnfläche des Unterstempels 5 eine größere Pressung, als an der Stirnfläche des Mitteldornes 6, so daß beim fortschreitenden Schließen des Gesenks das Material des Vorformlings zuerst im Bereich des Unterstempels 5 zum Fließen gebracht wird. Dadurch wird das Material des Vorformlings 3 entsprechend dem Pfeil A von innen nach außen in den Zahnteil 4 des unteren Gesenks 1 verdrängt. Beim fortschreitenden Schließen der Gesenkhälften wird die an dem fließenden Vorformling anliegendePläche am unteren Gesenk immer größer, bis die Flächenpressung an der Stirnfläche des Mitteldornes 6 der oberen Gesenkhälfte so groß wird, daß der Vorformling auch im oberen Bereich zu fließen beginnt, wobei das Material in den Hohlraum 7 der oberen Gesenkhälfte 2 verdrängt wird. Das entsprechend Pfeil A verdrängte Material wird in der Folge entsprechend Pfeil B am kegeligen Umfang der unteren Gesenkhälfte 1 umgelenkt und etwa parallel zur Zahnrichtung schräg nach außen oben zum Fließen gebracht.This creates a larger one on the end face of the lower punch 5 when the die halves are closed Pressing than on the end face of the central mandrel 6, so that as the die closes progressively the material of the preform is first made to flow in the area of the lower punch 5. Through this the material of the preform 3 according to the arrow A from the inside out into the tooth part 4 of the lower die 1 displaced. As the die halves close progressively, the one on the flowing The surface of the preform on the lower die becomes larger and larger until the surface pressure on the end face of the central mandrel 6 of the upper die half is so large that the preform also closes in the upper area begins to flow, the material being displaced into the cavity 7 of the upper die half 2. That accordingly Arrow A displaced material is in the sequence according to arrow B on the conical circumference of the lower Die half 1 deflected and made to flow approximately parallel to the tooth direction obliquely outwards and upwards.
Während des Schließvorganges des Gesenks wird der Unterstempel 5 in den Gesenkhohlraum hineinverschoben und tritt dadurch, ebenso wie der Mitteldorn 6 fortschreitend in den mittleren Bereich des Vorformlings 3 ein, so daß das gesamte Material des Vorformlings 3 bis auf einen aus den Fig. 2 und 3 ersichtlichen, stehenbleibenden Steg 8 von.innen nach außen oben verdrängt wird.During the closing process of the die, the lower punch 5 is pushed into the die cavity and as a result, like the central mandrel 6, it progressively enters the central area of the preform 3, so that the entire material of the preform 3 except for one of FIGS. 2 and 3 can be seen, remaining web 8 is displaced from inside to outside above.
Insgesamt kommt es also zu einer beträchtlichen Massivumformung, was die Herstellung eines Kegelzahnrades 9 gem. Fig. 3 von hochgenauer Form ermöglicht, welches im Bereich der Zähne Io nicht mehr nachgearbeitet zu werden braucht. Das so erhaltene KegelzahnradOverall, there is a considerable amount of massive deformation, which leads to the manufacture of a bevel gear 9 according to FIG. 3 of highly precise form, which no longer needs to be reworked in the area of the teeth Io. The bevel gear thus obtained
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besitzt eine hohe Festigkeit, Dichte und Zähigkeit, ohne daß dazu eine schrittweise Umformung erforderlich ist.has high strength, density and toughness without the need for step-by-step deformation is.
-Patentansprüche --Patent claims -
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