DE2220562A1

DE2220562A1 - Matrizen- und Stempelsatz

Info

Publication number: DE2220562A1
Application number: DE19722220562
Authority: DE
Inventors: Ralf Leonard Joseph Selly Oak Birmingham Lawson (Großbritannien). B21c 25-02
Original assignee: Joseph Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1971-04-27
Filing date: 1972-04-26
Publication date: 1972-11-09
Also published as: AT313676B; CH545148A; US3807212A; IT952751B; GB1379556A; BE782657A; AU4132172A; AU466479B2; NL7205549A; CA970719A

Description

PATENTANWÄLTE DipUng. WERNER COHAUSZ · Dipl.-Ing. WILHELM FLORACK · Dipl.-Ing. RUDOLF KNAUF

4 Düsseldorf, Schumannstraße 97

Joseph Lucas (Industries) Limited " ■ Great King Street

Birmingham, England " 25. April 1972

Matrizen- und Stempelsatz

Die Erfindung betrifft einen Matrizen- und Stempelsatz zum.Fließpressen von Metallen wie Stahl, mit einer Hohlmatrize und einem Stempel zum Einführen in die Matrize zum Fließpressen von Metall aus Material, das innerhalb der Matrize aufgenommen wird.

Sei bekannten Matrizen- und Stempelsätzen zum Fließpressen von Metallen sind die Matrize und.der Stempel aus Stahl oder Wolframkarbid gebildet. Es besteht jedoch bei diesem bekannten Sätzen ein Nachteil insofern, als vor einem erfolgreichen Fließpressen eines Metallteils der Teil einer gründlichen und damit längeren Sohmiermittelbehandlung unterzogen werden muß. Sie normale Schmiermittelbehandlung für den Fall eines Stahlteils sieht das Entfernen von Fett vom Teil vor, dem sich ein Säurebeizverfahren anschließt, das den Teil für eine anschließende Phosphatisier- und Verseifungsbehandlung vorbereitet. Insbesondere ist die Phosphatisier- behandlung erforderlich, so daß eine Trennschicht zwischen dem Teil und dem Fließpreßwerkzeug entsteht, da ohne die Phosphatisierung ein örtliches Verschweißen zwischen den Werkzeugen und dem Teil erfolgen kann. Die Yerseifungsbehandlung verringert die Reibung zwischen dem Teil und den I¹Iießpreßwerkzeugen während der Bewegung des Stempels in die Matrize, so daß die für das Fließpressen erforderliche Stempelkraft und damit die Spannungen innerhalb der l'ließpreßwerkzeuge verringert werden. Es ist nun festgestellt v/orden, daß dann, wenn die Matrize und/oder der Stempel aus heiß-•verpreßtem Siliziumnitrid gebildet sind, die Verwendung der vorstehend beschriebenen Schmiermittelbehandlung vor dem Fließpressen.

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vermieden werden kann oder alternativ eine wesentlich vereinfachte Schmiermittelbehandlung verwendet werden kann.

Me Erfindung besteht in einem Matrizen- und Stempelsatz der vorstehend "beschriebenen Art, bei dem die Matrize und/oder der Stempel aus heißverpreßtem Siliziumnitrid.gebildet sind.

Wenn der Fließpreßvorgang so eingerichtet ist, daß Metall von dem Material während des Fließpressens in die gleiche Richtung wie die Bewegungsrichtung des Stempels fließt, ist mindestens vorzugsweise die Matrize aus Siliziumnitrid gebildet.

Wenn der J¹IießpreßVorgang andererseits so eingerichtet ist, daß während des Fließpressens Metall in die entgegengesetzte Richtung fließt zur Bewegungsrichtung des Stempels, ist mindestens der Stempel aus Siliziumnitrid gebildet.

Vorzugsweise bildet der Stempel einen Teil eines Stempelverbandes und ist.aus dem Rest des Verbandes herausnehmbar, so daß ein Ersetzen des Stempels ermöglicht ist.

Die Erfindung i3t im nachfolgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung sind:

Fig. 1 ein Schnitt durch einen Matrizen- und Stempelsatz zur Veranschaulichung eines FIießpreßVorgangs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 die Darstellung eines FIießpreßVorgangs unter Verwendung eines Matrizen- und Stempelsatzes gemäß einem zweiten Ausführungsbesispiel der Erfindung und

Fig. 3 eine auseinandergezogene Teilschnittdarstellung eines Stempelverbandes mit dem in Fig. 2 gezeigten Stempel.

Gemäß Fig. 1 wird in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Stahlteil 11 dadurch hergestellt, daß ein bchlagfließpreßvorgany auf einen blankgezogenen Stahlblock (nicht dargestellt) ausgeübt

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wird, indem ein erster Matrizen- und Stempelsatz 12 verwendet"wird. Der- Matrizen- und Stempelsatz 12 weist eine Hohlmatrize 13 auf, die aus heißverpreßtem Siliziumkanitrid geMldet ist, "ferner einen Stempel 14» der aus Wolframkarbid gebildet ist. Daie Matrize I3 aus heißverpreßtem Siliziumknitrid' wird dadurch gebildet, daß Silizium-■ Pulver auf eine Temperatur von nicht mehr als 130O⁰C in einer nichtoxidierenden AmtmoSphäre erhitzt wird, die Stickstoff enthält, so daß das Siliziumpulver in Siliziumnitrid umgewandelt.wird, das sich im wesentlichen ganz in der Alpha-Phase befindet. Das Siliziumnitridpulver wird dann innig mit nicht mehr als 1 Gew.-5^ Magnesiumoxid durch Naßkugelvermahlen in Butanol für die Dauer von 72 Stunden gemischt. Das gemischte Pulver wird dann in die Hohlmatrize 13 geformt, indem das Pulver zwischen Graphitformwerkzeugen bei einer Temperatur von nicht mehr als 1650 C und bei einem Druck von 280 kg/cm gepreßt wird. Im Einsatz wird ein normaler Metallschrumpfring um die Matrize 13 herumgelegt, um sicherzustellen, daß das Siliziumnitrid der Matrize unter Druck steht»

Die Anordnung der Matrize und des Stempels in der Form des Satzes 12 ist so vorgesehen, daß dann, wenn der Stahlblock in die Matrize I3 gesetzt wird und der Stmpel I4 in die Matrize bewegt wird, um den Schlagfließpreßvorgang zu bewirken, Metall vom Block in der BewF_:*ungsrichtung des Stempels I4 fließt, um den Teil 11 entstehen zu lassen» Die Verwendung des Stempel- und Matrizensatzes 12 zeigt, daß das Fließpressen von Metall aus dem Block erfolgreich bewirkt werden kann, ohne daß zunächst der Block durch normale Phosphatisier- und Verseifungsvbehandlungen geschmiert werden muß. Gemäß der Darstellung in der Zeichnung weist der Matrizen- und Stempelsatz 12 weiter einen Auswerferstempel I5 auf, mittels dessen der fließgepreßte Teil aus der Matrize entfernt werden kann.

Gemäß li'ig. 1 ist die Bohrung in der Matrize I3 aus Siliziuianitrid, die iia vorstehenden Beispiel verwendet wird, so abgestuft, daß eine breite Partie und eine schmale Partie gebildet werden, wobei Metall in clic 'rchmale Partie der Bohrung während des ]?lie.QpreßVorgangs fließt,¹

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BAD OBtGINAU

— Λίπη den Teil 11 zu bilden. In einer Abwandlung des vorstehenden Ausführungsbeispiels jedoch wird die Matrize 13 durch eine äußere Hülse gebildet, die aus Werkzeugstahl gefertigt ist, wie das bei normalen Fließpreßwerkzeugen üblich ist, ferner durch einen ringförmigen Einsatz aus heiß verpreß tem Siliziumni'trid, der in die Bohrung in der äußeren Hülse eingesetzt wird, so daß die Bohrung in der zusammengesetzten Matrize 1J abgestuft ist, wie das in Fig. 1 gezeigt ist.

In Fig. 2 und 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Hier wird ein zweiter Matrizen- und Stempelsatz 16 verwendet, um einen weiteren FließpreßVorgang auf den Teil 11 auszuüben, nachdem ein erstes Fließpressen durch den Matrizen- und Stempelsatz 12 bewirkt-worden ist. Der Stempel- und Matrizensatz 16 weist, einen heißverpreßten Siliziumnitridstempel 17 auf, der in entsprechender Weise hergestellt worden ist, wie das für die Matrize 13 beschrieben worden ist, ferner eine Matrize 18, die aus Hochleistungsstahl der Type B.B.S. ΓΙ2 gefertigt ist, wobei der Satz 16 so eingerichtet ist, daß dann, wenn der Stempel 17 in die Matrize 18 bewegt wird, Metall vom Teil 11 in entgegengesetzte Richtung zur Bewegungsrichtung des Stempels 17 fließt. Diese Art Fließpreßvorgang ist als Eückwärts-Fließpressen bekannt, im Gegensatz zu einem Voräwärts-Fließpressen, bei dem wie im ersten Ausführungsbeispiel Metall dazu gebracht wird, in der Bewegungsrichtung des Stempels zu fließen, der das Fließpressen bewirkt. Um den erforderlichen Iletallfluß zu bewirken, hat deshalb das Ende 19 des Stempels I7, das in die Matrize 18 einfährt, um das Rückwärts-Fließpressen zu bewirken, eine konische Form mit einem Winkel von 170°, der am Scheitel des Kegels gebildet wird. Da der Stempel I7 aus heißverpreßtem Siliziumnitrid gebildet ist, ist es erforderlich sicherzustellen, daß dann, wenn der Jtempel eine lange Lebensdauer haben soll, die einzigen Kräfte, die auf den Stempel einwirken, Druckkräfte anstelle von Zugkräften sind. Der Körper des Stempels I7 am Ende 19 ist also konisch ausgebildet und hat eine sehr feine Oberflächengüte, d. h. im Bereich von zwischen 2 und 5 Mücrozoll für die durchschnittliche Höhe von Spitzen an der Oberflä-

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ehe, ohne zusätzliche Formgebung, die häufig bei einem Stempel für ein Bückwärtsfließpressen vorgesehen wird, um den Metallfluß zu begünstigen. Bs versteht sich, daß der Körper des Stempels I7 konisch ausgebildet ist, um"ein Entfernen des Teils aus dem Stempel zu erleichtern, nachdem das Fließpressen erfolgt ist, ohne daß der Stempel Zugspannungen ausgesetzt wird, die über jene hinausgehen, die der Stempel aufnehmen kann. In diesem besonderen Ausführungsbeispiel liegt der Körperkonus in der Größenordnung von einem eingeschlossenen Winkel von 7°· Der Siliziumnitridstempel 17 wird von einem Stahl-Stempelträgerteil 21 getragen und »bildet mit dem Trägerteil 21 und einem Stahlgegenstück 22 einen Stempelverband 23. Der Stempel I7 ist vom Stempelverband trennbar, so daß ein Austausch des Stempels I7 ohne weiteres möglich ist. Wie im vorstehenden Ausführungsbeispiel kann dann, wenn der Matrizen- und Stempelsatz 16 ein Schlagfließpressen des Teils 11 bewirken muß, der Fließpreßvorgang zufriedenstellend ohne eine erste Schmierung des Teils durch die üblichen Phosphatisierungs- und Verseifungsbehandlungen bewirkt werden. .Wie im vorstehend beschriebenen Beispiel weisen, um das Entfernen des Teils nach dem Fließpressen zu erleichtern, die Matrize und der Stempel in der Form des Satzes 16 einen Auswerferstempel 24 auf.

Es versteht sich, daß im ersten Ausführungsbeispiel der Stempel I4 wie die Matrize I3 aus heißverpreßtem Siliziumnitrid gebildet sein können. Auch im zweiten Ausführungsbeispiel kann die Matrize 18 wie der Stempel I7 aus heißverpreßtem Siliziumnitrid gebildet sein. Ferner versteht es sich, daß zwar durch Bilden der Matrize und/oder des Stempels eines Matrizen- und Stempelsatzes aus Siliziumnitrid die Erefordernis vermieden wird, daß der zu pressende Teil zunächst dem komplizierten Schmxermittelvorgang unterzogen werden muß, der vorstehend beschrieben worden ist, aber immer nocht vorteilhafterweise dem Teil eine Schmiermittelbehandlung gegeben wird, wobei diese Schmiermittelbehandlung aber nur sehr einfach zu sein braucht.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. btatrizen- und Stempelsatz zum Fließpressen von Metallen wie Stahl, mit einer Hohlmatrize aund einem Stempel zum Einführen in die Katrize zum Fließpressen von Metall aus Material, das innerhalb der Matrize aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize und/oder der Stempel aus heißverpreßtem Siiiziumntrid gebildet ist oder sind.

2. Matrizen- und Stempelsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine solche Anordnung vorgesehen ist, daß bei Eindringen des Stempels in die Matrize zum Fließpressen Metall von dem Material in die gleiche Richtung wie die Bewegungsrichtung des Stempels fließt, und daß ifeindestens die Matrize aus Siliziumntitrid gebildet ist.

3· Matrizen- und Stempelsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine solche Anordnung vorgesehen ist, daß bei Eindringen des Stempels in die Matrize zum Fließpressen Metall von HemPaterial in Sichtung entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Stempels fließt, und daß mindestens der Stempel aus Siliziumnitrid gebildet ist.

4· Matrizen- und Stempelsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper des Stempels zur Erleichterung einer Entfernung des Teils vom Stempel nach dem Fließpressen konisch ausgebildet ist.

5· Matrizen- und Stempelsatz nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Konus des Körpers des Stempels in der Größenordnung eines eingeschlossenen Winkels von 7° liegt.

6. Matrizen- und Stempelsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel einen Teil eines Stempelverbandes bildet und vom Rest des Verbandes trennbar ist, derart, daß ein Ersetzen des Stempels ermöglicht ist.

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