DE2252139B2 - Verfahren zum herstellen von praezisionsformkoerpern aus metall oder einer legierung durch aufspruehen - Google Patents
Verfahren zum herstellen von praezisionsformkoerpern aus metall oder einer legierung durch aufspruehenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Präzisionsformkörpern aus Metall oder einer
Legierung durch Aufsprühen einer vernebelten Schmelze eines Metalls oder einer Legierung auf eine
Auffangfläche zur Bildung einer Ablagerung und Bearbeiten der Ablagerung innerhalb einer Form.
Es ist bekannt, eine vernebelte Schmelze auf einen Grundkörper aufzusprühen und dadurch einen Verbiindmetallkörner,
also einen Körper, der aus zwei Metallen besteht, herzustellen, die an der Berührungsfläche
innig miteinander verbunden sind. Zur Herstellung von Fcrmkörpern. die nicht aus zwei Metallen
bestehen, wurden durch vernebelte Schmelzen gebildete Ablagerungen von Meiaiipanikirin nur verwende;,
um Halbfabrikate, insbesondere kleine Barren (GB-PS 12 70 926) und Streifen (GB-PS 12b2 471) herzustellen.
Diese Halbfabrikate wurden dann einem weiteren Bearbeitungsvorgang unterworfen, um Fertigprodukte
ίο zu schaffen. Dabei ist es bei einem der bekannten
Verfahren zur Herstellung von Metallbändern großer Länge und relativ geringer Dicke wesentlich, daß der
Querschnitt der Ablagerungsschicht soweit wie möglich den Querschnitt des Produkts nach dem Walzen
entspricht, da bereits geringe Abweichungen in Brüchen des Fertigproduktes resultieren können, wenn dieses
größeren Zügen ausgesetzt wird. Hingegen ist es be: einem anderen bekannten Verfahren, bei dem vernebelte
Schmelzen zur Herstellung von Metalibarren verwendet werden, die schnelle Kondensation der
geschmolzenen Metallpartikeln, die auf die Auffangfläche aufgesprüht werden, begrenzt durch die Abhängigkeit
der Auffangfiäche von deren Kühlung, oder davon. welche thermische Kapazität diese Autfangflächc
besitzt, um die Kondensation zu fördern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
wirtschaftliches Verfahren zum Herstellen von Prä/isionsformkörpern
aus Metall oder Metallegierungen vorzusehen, daß die Vorteile des pulvermeiallurgischen
Verfahrens sowie die Vorteile besitzt, die beim Spritzen von Verbundmetallkörpern und bei der Herstellung von
Halbfabrikaten der vorbeschriebenen Art bekannt sind. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sollen somit
Formkörper präziser Abmessungen, beispielsweise Zahnräder, Schneidwerkzeuge, Propellerblätter, Keltenräder
u. dgl. schnell in einem einzigen Formvorgang hergestellt werden können. Diese Aufgabe wird gemäß
der Erfindung dadurch gelöst, daß der durch relativ kalte Gasstrahlen vernebelten Schmelze im Fluge soviel
Wärme entzogen wird, daß die Kondensation der Ablagerung unabhängig von den thermischen Eigenschaften
und der Temperatur der als Formhohlraum ausgebildeten Auffangfläche ist, vorausgesetzt, daß
deren Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der vernebelten Schmelze des Metalls bzw. der Legierung
liegt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird gegenüber den bekannten Verfahren eine kritisch gesteuerte
Menge von Wärme den Metallpartikeln während des Fluges durch das relativ kalte Vernebelungsgas
entzogen, so daß die Metallpartikeln entweder völlig fest oder teils fest, teils flüssig oder noch flüssig sein
können, wenn sie auf die Auffangfläche aufprallen. Beim Aufprall auf diese Fläche verformen sich die Partikeln,
fließen zusammen und kondensieren zu einer kohärenten. heißen Ablagerung, die ein feinteiliges Korngefüge
hat. Durch den Wärmeentzug können Ablagerungen in jeder Dicke schnell erzeugt werden. Nach Beendigung
der Ablagerung kann diese fertig geformt werden. Dazu kann erforderlichenfalls vor der Formgebung Wärme
zugeführt werden. Ein bevorzugtes Verformungsverfahren besteht jedoch darin, die Mctallablagerung zu bilden
und gleichzeitig zu verformen, d. h. zu schmieden oder zu pressen, ohne daß zusätzlich Wärme zugeführt wird.
Die Verformung wird normalerweise vorgenommen.
ί>5 sobald die erforderliche Menge auf der als Formhohlraum
ausgebildeten Auffangfläche kondensiert ist, so daß die Ablagerung warm verarbeitet werden kann.
Gegebenenfalls kann die aufgesprühte und kondensier-
le Ablagerung auch kalt verformt werden, d. h. nachdem
sie gekühlt worden ist, z. B. um einen hochporösen Formkörper zu erhalten. Da die Auffangflächc einen
Teil eines Werkzeuges, beispielsweise den Unterteil eines Gesenkes bildet, verformt der obere Gesenkteil.
Her s.n.tsnrechend profiliert i*t, dann den oberen Teil der
aufgesprühten und kondensierten Ablagerung, sobald beide Gesenkteile gegeneinander bewegt werden. Auf
diese Weise entsteht ein warmverform'.er Präzisionsformkörper mit geringen Herstellungsiolerjnzen.
Die so herzustellenden Formkörper können aus den meisten Eisen- oder Nichteisenmetallen oder deren*
Legierungen hergestellt werden, die sich schmelzen und vernebeln lassen, z. Fi. Kohlenstoffstahl, legierte Stähle,
Aluminium, Aluininiumlegierungen. Messing und Phosphorbronzen. Solche Gegenstände können jedoch auch
aus einem Gemisch von Metallen hergestellt werden, irdem, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
mehrere vernebelte Schmelzen verschiedener Metalle oder Legierungen entweder vor dem Kondensieren im zo
Flug vermischt oder nacheinander auf die Auffangfläche aufgebracht werden. Es besteht jedoch auch die
Möglichkeit in den zu bildenden Formkörper metallische und/oder nichtmetallische Pulver, Fasern. Fäden
oder Flocken einzubringen, indem diese während des Kondensierens in die Ablagerung eingebaut werden.
Die Auffangfläche ist an einem Teil des herzustellenden
Formkörpers ausgebildet, so daß nach Kondensieren der Ablagerung eine feste Verbindung zwischen
diesem Teil besteht, wie dies bei Verbundmctallkörpern
der Fall ist. Soll jedoch ein nur aus der Ablagerung zu bildender Formkörper hergestellt werden, wird nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung die Ablagerung nach vorangegangenem Auftragen eines Trennmittels
auf die Auffangflächc von letzterer abgetrennt und allein in einem Gesenk bearbeitet.
Nach dem Kondensieren ist die Ablagerung nicht fest. Das Maß der Porosität ist eine Funktion verschiedener
Faktoren, hauptsächlich der Temperatur, der Masse und der Strömungsgeschwindigkeit der Metallpartikeln bei
der Ablagerung. Die Werte dieser Faktoren können beispielsweise von der Anordnung des Vernebelungssystems,
von der Temperatur der Schmelze, vom Weg, den die Partikeln zurücklegen müssen, ehe sie abgelagert
werden, vom Mengenverhältnis von Vernebelungsgas zu Metall, von der relativen Strömungsgeschwindigkeit
zwischen den Gasstrahlen und der Schmelze, von der Temperatur und dem Druck des Vernebelungsgases
sowie von der Temperatur der Auffangfläche abhängen. Darüber hinaus kann das Maß der Porosität der
Ablagerung in einfachster Weise durch Verdichten verringert werden. Es lassen sich somit nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren Formkörper in einem großen Porositätsbereich herstellen. Beispielsweise
können solche Körper mit einer Porosität vom etwa 50% hergestellt werden; sie können jedoch auch mit
einer Porosität gefertigt werden, die praktisch gleich Null ist.
Um eine Ablagerung an bestimmten Bereichen der Auffangfläche zu verhindern, können nach einem fto
weiteren Merkmal der Erfindung Abschirmplatten verwendet werden, so daß die vernebelte Schmelze nur
auf dem vorgesehenen Teil der Auffangfläche kondensiert wird. So kann beispielsweise an den Rändern der
an einem Werkzeug ausgebildeten Auffangfläche die <>5
Ablagerung und Kondensierung verhindert werden, so daß nur in der Form selbst eine Ablagerung gebildet
wird.
Zum Vernebeln der Schmelze kann man praktisch mit jedem Gas arbeiten. Es werden jedoch häufig Stickstoff
oder Argon sowie ein anderes inertes oder reduzierendes Gas benutzt, so daß die Oxydation der.Metallpart!
kein auf ein Minimum reduziert ist. Ist jedoch eine Mvvri-jitrjn At*r Ρ2Γ»ίΙ^£ίη nicht üP.erWünS^h1 kunn ΙΤ1;)Π
mit Druckluft als Vernebelungsmedium arbeiten. Um eine kontrollierte Atmosphäre während des Ablagerungsvorganges
zu bewahren, odei aus Sicherheitsgründen,
kann sich die Auffangfläche innerhalb der Sprühkammer befinden, die mit geeigneten Filtern
ausgerüstet ist. die ein Abfließen des sich ausdehnenden Gases ermöglichen, jedoch den Verlust von Metallnebel
verhindern.
Alle nicht an der Auffangfläche anhaftenden Panikein
können vom Boden dieser Kammer aufgesammelt und anschließend erneut geschmolzen werden. Es können
also alie übergesprühten Metallpartikeln bei diesem
Verfahren wieder verwendet werden. Da keine teueren Aufbert'itungsarbejien erforderlich sind, ist der finanzielle
Verlust, der durch Übersprühen oder Fehlsprühen auftritt nur sehr gering. Die Sprühkammer Minn aus
geschweißten Flußstahlblechen hergestellt sein, die wassergekühlte Mäntel haben, falls dies erforderlich ist.
um überschüssige Wärme abzuführen und um u;l
Flächen der Sprühkammci ouf Temperaturen /u hiiiten.
die niedrig genug sind, um ein sicncres Arbeiten zu
ermöglichen. Gegebenenfalls kann eine inerte >
>der reduzierende Atmosphäre bis zu dein Preß- oder
Verformwerkzeug hin aufrechterhalten w erden.
Da die Auffangfläche für die Ablagerung gleichzeitig als Teil eines Gesenkes fungieren kann, muli sie aus
einem entsprechenden Werkstoff bestehen. Darüber hinaus muß ihre Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß
ausreichend groß sein. Aus diesem Grund werden die die Auffangfläche bildenden Werkzeuge aus Nickel-Chrom-Molybdan-Stahl
für die Herstellung von geschmiedeten Stahlartikeln oder aus Chrom-MoKbdän-Vanadium-Stahl
für das Schmieden von Nichteisenmetallen oder von Stahlschmiedeslücken hergestellt, wenn
man mit niedrigen Temperaturen arbeite. Alternativ kann man Nickellegierungen oder Metallkarbide ebenfalls
zur Herstellung solcher Werkzeuge benutzen.
Es soll ein geschmiedeter oder gepreßter, nichtporöser Aluminium-Formkörper hergestellt werden. Das zu
vernebelnde Metall wird zwischen 100 und 200 Grad über den Schmelzpunkt erhitzt und dann durch eine
Düse (Düsenbohrung 3 bis 7 mm) geführt und durch Strahlen aus Stickstoffgas mit hoher Strömungsgeschwindigkeit
vernebelt. Das Vernebelungsgas wird einem ringförmigen Vernebelungssystem zugeführt, das
die Düse umgibt. Das Gas wird diesem Vernebelungssystem mit Drücken zugeführt, die größer als 2.1 kp/cm2
sind. Der Druck hängt jedoch auch von der Konstruktion des Vernebclungssystems ab und von der
Ablagerungstemperatur sowie dem Durchmesser der Düsenbohrung. Hei einer Düsenbohrung von 3 mm
beträgt der Gasdruck 4,2 kp/cm2, wobei das Vernebelungssystem
12 Ausgangslöcher von etwa lmm Durchmesser hui. die auf einem Teilkreisdurchmesser
von 15 mm aiipoidnct sind. Die Temperatur des
VernebeliingsgiiM.··) kann über einen erheblichen Bereich
ν union wurden. Sie liegi normalerweise bei
Rauiniempei atm . Mit den vorgeschriebenen Werten
entsteht ein Nebel .ms heißen MetnMpartikeln von einer
mittleren Größe /wischen 100 und 200/iin.
Dieser Nebel wird auf eine Auffangfläche gerichtet, die in einer solchen Entfernung vom Vernebelungssyslem
liegt, daß die größte Anzahl der Partikeln beim Aufprall auf die Flächesich auf der Verfestigungstemperatur
des Metalls befinden oder gerade erstarrt sind. Normalerweise liegt die Entfernung im Bereich von 20
bis 45 cm.
Beim Aufprall auf die Auffangfläche werden die Partikeln flachgedrückt und ergeben eine kohärente
Masse mit einer Temperatur, die sich für ein daran anschließendes Warmverformen eignet. Für Aluminium
liegt diese Temperatur etwa bei 4500C. Das die Auffangfläche tragende Werkzeug kann auf einer
gewünschte Temperatur, beispielsweise 100 bis 2000C
gegehalten werden, um ein zu starkes Kühlen der zunächst abgelagerten Schichten zu verhindern.
Die anschließende Verformung der Ablagerung erfolgt bei den entsprechenden Temperaturen und den
erforderlichen Drücken.
Das erftndungsgemäße Verfahren wird nachstehend an Hand einer Zeichnung erläutert, die ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung darstellt. In dieser Zeichnung
zeigt
F i g. 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Formkörpers nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren und
F i g. 2 einen Schnitt durch den Formkörper.
Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt einen Tiegel 10, der mit geschmolzenem Metall oder
Legierung 11 gefüllt ist. Der Tiegel weist an seinem unteren Ende eine Düse 12 auf, die von einem
ringförmigen Vernebelungssystem 13 umgeben ist, das äußere und innere Gaskränze 14 und 15 umfaßt. Das
Gas wird über Zuleitungsrohre 16 zugeführt, um durch
Düsen 17 austreten zu können, die mit dem inneren Gaskranz 15 verbunden sind. Durch das aus den Düsen
austretende Gas wird die Schmelze vernebelt. Der Sprühnebel 18 ist auf die Auffangfläche eines Werkzeuges
19 gerichtet, um dort eine Ablagerung 20 durch Kondensieren zu erzeugen. Das verbrauchte Vernebelungsgas
verläßt die Vernebelungskammer 21 über Staubfilter 22. Das Werkzeug 19 ist von einem
Werkzeugsupport 23 getragen, der von einem Bett 24 unterstützt ist. Um eine inerte Atmosphäre auch inxJer
Preßkammer 25 aufrechtzuerhalten, ist diese mit der Vernebelungskammer verbunden. Der Werkzeugsupport
mit Werkzeug kann durch eine Stange 26 in die Preßkammer 25 überführt werden. Ein Werkzeugträger
27 unterstützt dort den Support und das von diesem getragene Werkzeug. Mit dem Werkzeughalter 27 wirkt
ein oberer Werkzeugsupport 29 zusammen, der den oberen Teil eines Werkzeuges 28 trägt und zum
Ausüben des Preßdruckes abwärts bewegbar ist.
Dichtungen 30 verhindern das Eindringen von Luft in die Kammer 25. Nach dem Preßvorgang kann dem
Werkzeug 19, 28 der Formkörper 31 entnommen werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
- Patentansprüche:J. Verfahren. ?um Herstellen von Präzisionsformkörpern aus Metall oder einer Legierung durch Aufsprühen einer vernebelten Schmelze eines Metalls ode;r einer Legierung auf eine Auffangflache zur Bildung einer Ablagerung und Bearbeiten der Ablagerung innerhalb einer Form, dadurch gekennzeichnet, daß der durch relativ kalte Gasstrahlen vernebelten Schmelze im Fluge soviel Wärme entzogen wird, daß die Kondensation der Ablagerung unabhängig von der thermischen Eigenschaften und der Temperatur der als Formhohlraum ausgebildeten Auffangfläche ist, vorausgesetzt, daß deren Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der vernebelten Schmelze des Metalls bzw. der Legierung liegt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre vernebelt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze auf einer als Teil des fertigen Formkörpers in geeigneter Weise vorgeformten Auffangfläche kondensiert wird.
- 4. Abänderung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere vernebelte Schmelzen verschiedener Metalle oder Legierungen entweder vor dem Kondensieren im Flug vermischt oder nacheinander auf die Auffangfläche aufgebracht werden.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß metallische und/oder nichtmetallische Pulver, Fasern, Fäden oder Flocken während des Kondensieren in die Ablagerung eingebaut werden.
- 6. Abänderung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablagerung nach vorangegangenem Auftragen eines Trennmittels auf die Auffangfläche von letzterer abgetrennt und allein in einem Gesenk bearbeitet wird.
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangfläche gegenüber der vernebelten Schmelze bewegt wird.
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß infolge einer Abschirmplatte oder von Abschirmplatten die vernebelte Schmelze nur auf dem vorgesehenen Teil der Auffangfläche kondensiert wird.
- 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vernebelte Schmel- · ze auf Auffangflächen aus Nickel-Chrom-Molybdän-Stahl, Chrcm-Molybdän-Vanadium-Stahl. Nickel-Legierungen oder Metallkarbiden kondensiert wird.
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