DE2252139C3 - 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 betriffi ein Verfahren zum Herstellen
von Präzisionsformkörpern aus Metall oder einer Legierung durch Aufsprühen einer vernebeilen Schmelze
eines Metalls oder einer Legierung auf eine Auffangfläche zur Bildung einer Ablagerung und
Bearbeiten der Ablagerung innerhalb einer Fo 111.
I:s ist bekannt, eine vernebelte Schmelze auf einen Grundkörper aufzusprühen und dadurch einen Vcrbundmeiallkorper,
also einen Körper, dor aus zwei Metallen besteht, herzustellen, die an der Berührungsfläche
innig miteinander verbunden sind. Zur Herstellung von Formkörpern, die nicht aus zwei Metallen
bestehen, wurden durch vernebelte Schmelzen gebildete Ablagerungen von Metallpartikeln nur verwendet,
um Halbfabrikate, insbesondere kleine Barren (GB-PS 12 70 926) und Streifen (GB-PS 12 62 471) herzustellen.
Diese Halbfabrikate wurden dann einem weiteren Bearbeitungsvorgang unterworfen, um Fertigprodukte
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 bereks geringe Abweichungen in Brüchen
des Fertigproduktes resultieren können, wenn dieses größeren Zügen ausgesetzt wird. Hingegen ist es bei
einem anderen bekannten Verfahren, bei dem vernebelte Schmelzen zur Herstellung von Metallbarren
verwendet werden, di^ schnelle Kondensation der
geschmolzenen Metallpartikeln, die auf die Auffangfläche aufgesprüht werden, begrenzt durch die Abhängigkeit
der Auffangfläche von deren Kühlung, oder davon, welche thermische Kapazität diese Auffangfläche
besitz' um die Kondensation zu fördern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren zum Herstellen von Präzisionsformkörpern
aus Metall oder Metallegierungen vorzusehen, daß die Vorteile des pulvermetallurgischen
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, Kettenräder
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 d thermischen Eigenschaften
und der Temperatur uu 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 weiden. Dazu
kann erforderlichenfalls vor der Formgebung Wärme zugeführt werden. Ein bevorzugtes Verformungsverfahren
besteht jedoch darin, die Metallablagcrung zu bilden und gleichzeitig zu verformen, d. h. /u schmieden oder
zu pressen, ohne daß zusätzlich Wärme zugeführt wird. Die Verformung wird normalerweise vorgenommen,
sobald die erforderliche Menge auf der als Fornihohlraum
ausgebildeten Auffangfläche kondensiert ist, so daß die Ablagerung warm verarbeitet werden kann.
Gegebenenfalls kann die aufgesprühte und kondensier-
ie Ablagerung auch kalt verfarmi werden. & h. nachdem
sie gekühlt worden ist. /. B. um einen hochporösen Formkörper ^\x erhalten. Da die Auffangfläche einen
Teil eines Werkzeuges, beispielsweise den Unterteil eines Gesenkes bildet, verformt der obere GesenkieiL
der entsprechend profiliert ist. dann den oberen Teil der aufgesprühten und kondensierten Ablagerung, sobald
beide Gesenkteile gegeneinander bewegt werden. Auf diese W<">se entsteht ein warmverformter Prazisionsformkorper mit geringen Hersiellungsioleranzen.
Die so herzustellenden Formkörper können aus den
meisten Eisen- oder Nichteisenmetallen oder deren' Legierungen hergestellt werden, die sich schmelzen und
vernebeln lassen, ι. B. Kohlenstoffstähle, legierte Stähle.
Aluminium. Aluminiumlegierungen. Messing und Phosphorbronzen. Solche Gegenstände können jedoch auch
aus einem Gemisch von Metallen hergestellt werden, indem, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
mehrere vernebelte Schmelzen verschiedener Metalle oder Legierungen entweder vor dem Kondensieren im χ
Flug vermischt oder nacheinander auf die AuffangP.äehe
aufgebracht werden Es besteht jedoch auch die Möglichkeit in Jen zu bildenden Formkörper metallische
und oder nichtmetallische Pulver. Fasern. Fäden oder Flocken einzubringen, indem diese während des
kondensieren in die Ablagerung eingebaut werden.
Die Auffangfläche ist an einem Teil des herzustellenden
Formkörpers ausgebildet, so daß nach kondensieren der Ablagerung eine feste Verbindung /wischen
diesem Teil besteht, v, ic dies bei Verbundmetallkörpern
der FaIi ist. Soll jedoch ein nur aus der Ablagerung zu
bildender Formkörper hergestellt werden, wird nach
eii-.cn; w eueren Merkmal der Erfindung die Ablagerung
nach vorangegangenem Auftragen eines Trennmuteis
au!" die Auffangflache von letzterer abgetrennt und aiiein \v. ein-.Mii Gesenk bearbeitet.
Nach dem kondensieren ist die Ablagerung nicht fest.
Da* Mali der Porosität ist eine Funktion verschiedener
Faktoren, hauptsächlich der Temperatur, der Masse und
der Strömungsgeschwindigkeit der Meiallpartikeln bei
der Ablagerung. Die Werte dieser Faktoren können
bc-sL^eisweise von der Anordnung des Vernebelungssy-
>t£>üs. von der Temperatur der Schmelze, vom Weg. den
Ji; Pa-vkeir; zurücklegen müssen, ehe sie abgelagert
vv;'-der!. vv..m Mengenverhältnis von Vernebelungsgas
iu Vti'.dH. von der relativen Strömungsgeschwindigkeit
.: A-SC-S;:! den Gasstrahlen und der Schmelze, von der
rci"v>erai.ur und dem Druck des Vernebelungsgases
■iovkii vor- der Temperatur der Auffangfläche abhangen.
Dd'ubcr hinaus kann das MaO der Porosität der
Ablagerung m einfachster Weise durch Verdichten
verringert werden. Es lassen sich somit nach dem emrdungsgemäßen Verfahren Formkörper in einem
großen Porositätsbereich herstellen. Beispielsweise können solche körper mit einer Porosität von etwa
50Ό hergestellt vv erden; sie können jedoch auch mit
einer Porosität gefertigt werden, die praktisch gleich
Null is-..
L'm eine Ablagerung an bestimmten Bereichen der
Auffangfläche zu verhindern, können nach einem ^o
weiteren Merkmai der Erfindung Abschirrnplatien
verwendet werden, so daß die vernebeke Schmelze nur
auf dem vorgesehenen Teil der Auffangflache kondensiert
wird. So kann beispielsweise an den Rändern der
an einem Werkzeug ausgebildeten Auffangfläche die <\>
Ablagerung und Kondensierung verhindert werden, so daß nur in der Form selbst eine Ablagerung gebildet
Zum Vernebeln der Schmelze kanu man praktisch mii
jedem Gas arbeiten. Es werden iedoch häufig Stickstoff oder Argon sowie ein anderes inertes oder reduzierendes Gas benutzt, so daß die Oxydation der Metallpan.-keln auf ein Minimum reduziert ist 1st jedoch eine
Oxydation der Panikein nicht unerwünscht kann man mit Druckluft als Vernebelungsmedium arbeiten. Um
eine kontrollierte Atmosphäre während des Abtageningsvorganges zu bewahren oder 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.
AHe nicht an der Auffangfläche anhaftenden Panikein können vom Boden dieser Kammer aufgesammelt und
anschließend erneut geschmolzen werden. Es können also alle übergesprühten Metallpartikeln bei diesem
Verfahren wieder verwendet werden. Da keine teueren Aufbereitungsarbeiten erforderlich sind, ist der finanzielle
Verlust, der durch Übersprühen oder Fehlspruhen
auftritt nur sehr gering. Die Spriihkammer kann aus
geschweißten Flußstahlblechen hergestellt sein, die
wassergekühlte Mäntel haben, falls dies erforderlich isi.
um überschüssige Wärme abzuführen und um d:e Flächen der Sprühkammer auf Temperaturen zu halten,
die niedrig genug sind, um ein sicheres Arbeiten zu ermöglichen. Gegebenenfalls kann eine inerte oder
reduzierende Atmosphäre bis zu dem Preß- oder Verformwerkzeug hin aufrechterhalten vv erden.
Da die Auffangfläche fur die Ablagerung gleichzeitig
als Teil eines Gesenkes fungieren kann, muß 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 Niekel-Chrom-Molybdän-Stah!
fur die Herstellung von geschmiedeten Stahlartikeln oder aus Chrom-Molvbdan-Vanadium-Stahl
für das Schmieden von Nichteisenmetallen oder von Stahlschmiedestucken hergestellt, wenn
man mit niedrigen Temperaturen arbeitet. Alternativ kann man Nickellegierungen oder Metallkarbide ebenfalls
zur Hersteilung 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 kpem-'
sind. Der Druck hängt jedoch auch von der konstruktion des Vernebelungssv stems ab und von der
Ablagerungstemperatur sowie dem Durchmesser der Düsenbohrung. Bei einer Düsenbohrung von i mm
beträgt der Gasdruck 4.2 kp/cm-\ wobei das Vernebelungssv
stern 12 Ausgangslöcher von etwa 1 mm
Durchmesser hat. die auf einem Teilkreisdurchmesser von 15 mm angeordnet sind. Die Temperatur des
Vernebelungsgases kann über einen erheblicher. Bereich variiert werden. Sie liegt normalerweise bei
Raumtemperatur. Mit den vorbeschriebenen Werten entsteht ein Nebel aus heißen Mttallpartikeln von einer
mittleren Größe zwischen 100 und 200u m.
Dieser Nebel wird auf eine Auffangfläche gerichtet, die in einer solchen Entfernung vom Vernebelungssystem
liegt, daß die größte Anzahl der Partikeln beim Aufprall auf die Fläche sich 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 450"C. 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 erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend an Hand einer Zeichnung erläutert, die ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung darstellt. In dieser Zeichnung
zeigt
Fig. 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 Fig. 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 Vcrnebelungskammer 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 in der 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)
1. 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, dadurch
gekennzeichnet, 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, vorausgesttzt.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 vermisch«, 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 Trennmittel 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 Abschirniplatte
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 Schmelze
auf Auffangflächen aus Nickel-Chrom-Molybdän-Stahl.
Chrom-Molvbdän-Vanadium-Stahl, Nickel-Legierungen
oder Metallkarbiden kondensiert wird.
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