DE2256715A1

DE2256715A1 - Verfahren und vorrichtung zum verdichten von in eine form eingefuelltem hitzebestaendigem metallpulver

Info

Publication number: DE2256715A1
Application number: DE2256715A
Authority: DE
Inventors: Phillip A Livera
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-11-24
Filing date: 1972-11-18
Publication date: 1973-06-20
Also published as: JPS5137804B2; FR2161092B1; US3814788A; BE791782A; FR2161092A1; JPS4863906A; NL7215863A; GB1404871A; SE391137B

Description

DlPL-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Düsseldorf, 17. Nov. 1972

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh/ Pa. V. St. A.

Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten von in eine Form eingefülltem hitzebeständigem Metallpulver ^^^^

.Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur fortlaufenden Verdichtung hitzebeständigen Metallpulvers und insbesondere auf die fortlaufende Verdichtung von Wolfram-, und Molybdänpulver in Barrenform.

Bisher wurden bestimmte Barren aus hitzebeständigem Metall, d. h* Barren aus Wolfram und Molybdän, aus Metallpulver in Längen von ca. 60 cm hergestellt. Um einen solchen 60 cm langen Barren aus Wolfram- oder Molybdänpulver zu pressen, war nahezu die gesamte Kraft einer in einem Einzelvorgang wirksam werdenden 230 t-Presse erforderlich. Das Pressen größerer Barren war nahezu unmöglich, da die in Verbindung mit einer mit Einzelhüben arbeitenden Presse erforderliche Gesamtkraft in direkter Beziehung zu der Größe des zu pressenden Barrens steht und Pressen mit einer Druckkraft von mehr als 230 t sich wirtschaftlich nicht mehr vertreten lassen. Andererseits sind grüne Barren mit Längen von mehr als 60 cm naturgemäß erwünscht, weil die vielen Bearbeitungsvorgänge, die bei der überführung eines verdichteten grünen Barrens in die Form von Wolframoder Molybdändraht sich mittels eines längeren Barrens rascher und wirtschaftlicher durchführen lassen.

Die metallpressende Industrie ist fortlaufend auf der Suche nach <

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Telefon (O211) 32 OS 58 Telegramme Custopat

einem Verfahren gewesen, mit dessen Hilfe sich größere Barren aus hitzebeständigen Metallpulvern pressen ließen, ohne daß dazu einzelwirkende Pressen enormer Ausmaße erforderlich würden. Dabei wurden Versuche mit mehreren Verfahren gemacht, beispielsweise mit schrittweiser Verdichtung, wobei das Pulver inkrementell durch fortschreitende seitliche Verschiebung eines abgestuften Verjidichtungsbalkens zusammengedrückt wird. Weiter wurde von einem Verfahren Gebrauch gemacht, bei dem mit abgewinkelten Lochpressen gearbeitet wird, deren einen ebenen und einen abgewinkelten Bereich aufweisender Druckbalken sequentiell gegen das Pulver geführt wird, so daß das Pulver zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Verdichtungshüben des Druckbalkens seitlich im Verhältnis zu der Presse bewegt wird. Wenngleich sich viele dieser Verfahren für das Verdichten von Keramika und Metallpulvern wie Nickel, austenitisehern rostfreiem Stahl und niedriglegierten Stahlpulvern als geeignet erwiesen haben, so erwiesen sie sich doch nicht günstig in Verbindung mit der Verdichtung von hitzebeständigen Metallpulvern wie Wolfram und Molybdän.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens, das sich in vorteilhafterer Weise als bisher bekannte Verfahren für die Verdichtung von hitzebeständigen Metallpulvern wie etwa Molybdän oder Wolfram zu Barren einsetzen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zum Verdichten von in eine Form eingefülltem hitzebeständigem Metallpulver in die Form eines grünen Barrens erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das eine Ende eines durch eine konvex gekrümmte Bearbeitungsfläche abgeschlossenen Schwingbalkens am einen Ende der Form mit dem eingefüllten Metallpulver in Kontakt gebracht, eine Druckkraft auf das eine Ende des Schwingbalkens ausgeübt und dabei der mit dem einen Ende des Schwingbalkens in Kontakt stehende Metallpulveranteil verdichtet, gleichzeitig aber die auf das eine Ende des Schwingbalkens ausgeübte Druckkraft verringert und auf das andere Ende des Schwingbalkens eine Druckkraft ausgeübt und erhöht wird, so daß der Balken sich schwingend an der Oberfläche des eingefüllten Metallpulvers abwälzt und dabei das gesamte Metallpulver

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zur Barrenform verdichtet.

Entsprechend einem abgewandelten Verfahren nach der Erfindung kann das hitzebeständige Metallpulver in einer Form untergebracht werden, die länger als der Schwingbalken ist, und dann der Schwingbalken das lose Pulver zyklisch beaufschlagen, wobei die Form zwischen den Zyklen verschoben wird, um so einen grünen Barren mit einer Länge zu verdichten, die größer als die Länge des Schwingbalkens ist.

Eine zur Durchführung der vorgenannten Verfahren besonders geeignete Vorrichtung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein Bett mit einer Mehrzahl sich von dem Bett aus in Aufwärtsrichtung erstreckender und dabei einen überbau abstützender Pfeiler, durch zwei im Abstand voneinander an dem überbau angebrachte hydraulische Zylinder, die mittels ihrer Kolbenstangen gelenkig an die beiden Enden des Schwingbalkens angeschlossen sind, sowie durch eine mit den hydraulischen Zylindern gekoppelte Einrichtung zur kontrollierten Beaufschlagung des einen Zylinders mit einem ersten Druck bzw. des anderen Zylinders mit einem zweiten Druck.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 schematisch eine Darstellung, die die bei der erfindungsgemäßen Metallpulververdichtung auftretenden Verhältnisse weiter ins einzelne gehend erkennen läßt;

Fig. 4-6 schematische Darstellungen der bei einem etwas abgewandelten Verfahren nach der Erfindung in Verbindung mit

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der Verdichtung des Metallpulvers auftretenden Verhältnisse.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 schematisch eine Schwingdruckpresse nach der Erfindung_f die allgemein mit 10 bezeichnet ist. Sie weist ein Bett 12, daran angebrachte, aufwärts gerichtete Pfeiler 14 sowie einen überbau 16 auf, der von den oberen Enden der Pfeiler 14 getragen wird. An dem Überbau 16 sind im Abstand voneinander zwei hydraulische Zylinder 18 und 20 fest angebracht. Aus den hydraulischen Zylindern 18, 20 ragen Kolbenstangen 22 bzw. 24 hervor, deren äußere Enden über Lager 26 bzw. 28 gelenkig mit einem zur Verdichtung des Metallpulvers dienenden Schwingbalken 30 verbunden sind. Der Schwingbalken 30 ist an seiner dem Metallpulver zugewandten Seite durch eine gekrümmte Bearbeitungsfläche 31 abgeschlossen.

Auf dem Bett 12 ruht eine Schnellspannform 32 auf, wie sie in der mit der amerikanischen Voranmeldung gleichlaufenden US-Patentanmeldung Ser. No. 201 907 vom 24.11.1971 beschrieben ist. Diese Schnellspann-Form 32 ist unterhalb des Schwingbalkens 30 angeordnet und enthält das hitzebeständige Metall in Pulverform. Erfindungsgemäß kann die Form 32 für die Aufnahme des Pulvers eine Fläche aufweisen, deren Länge der Länge des Schwingbalkens entspricht, oder aber diese Länge kann die Länge des Schwingbalkens überschreiten, wenn eine etwas abgewandelte Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwirklicht werden soll.

Wie zuvor erwäutert, erfordert die Herstellung von Barren aus hitzebeständigem Metall wie wolfram- oder Molybdänpulver ungeheure spezifische Drücke. In der Vergangenheit mußten wegen dieser hohen erforderlichen Kräfte für die Barrenabmessungen bestimmte Grenzen eingehalten werden, wie etwa mit einer einzelwirkenden 230 t-Presse nur ein Barren mit einer maximalen Länge von ca. 60 cm gepreßt werden konnte. Da erfindungsgemäß zu einem bestimmten Zeitpunkt nur kleine Anteile des Pulvers gepreßt werden, brauchen nur Drücke in der Größenordnung von 2100 kg/cm² bis 2800 kg/cm² durch die Presse erzeugt zu werden, um einen Barren zu verdichten, der

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zweimal so lang wie der herkömmliche 60 cm Barren ist, wobei ein Schwingbalken mit einer Länge von 120 cm erfindungsgemäß eingesetzt wird. Bei der abweichenden Ausführung der Erfindung kann ein 180 cm langer oder längerer Barren mit für einen grünen Barren zur weiteren Behandlung ausreichender Festigkeit verdichtet werden.

Die schwingende oder schaukelnde Verdichtung nach der Erfindung kann automatisch erfolgen, indem ein herkömmlicher, durch ein Band betätigter Impulsgenerator 36 eingesetzt wird, der zwei Schrittmotoren 38 und 40 betätigt, die ihrerseits Druckregelventile 42 bzw. 44 steuern. Jeder der beiden hydraulischen Zylinder 18 und 20 wird durch sein eigenes geschlossenes Drücksystem be-

tätigt, wobei der maximal auftretende Leitungsdruck etwa 240 kg/cm beträgt. Das geschlossene Drucksystem zur Betätigung des hydraulischen Zylinders 18 weist das Druckregelventil 42 auf, das über eine Pumpe 46 mit hydraulischem Flud aus einem Reservoir 50 gespeist wird. Der Schrittmotor 38 steuert in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Signal des Impulsgenerators 36 die Lage des Druckregelventils 42 und damit den auf den hydraulischen Zylinder 18 ausgeübten Druck. In komplementärer, aber gesonderter Form wird der hydraulische Zylinder 20 durch das Druckregelventil 44 gesteuert, dessen Lage durch den Schrittmotor 40 in Abhängigkeit von Signalen des Impulsgenerators 36 bestimmt wird, um so die Größe des hydraulischen Druckes zu bestimmen, der mittels einer Druckflud aus einem Reservoir 52 entnehmenden Pumpe 48 auf den hydraulischen Zylinder 20 ausgeübt wird.

Entsprechend der einfachsten Ausführungsform der Erfindung, wie sie mit Fig. 3 veranschaulicht ist, wird der hydraulische Zylinder 18 durch das Druckregelventil 42 in Abhängigkeit von Signalen des Impulsgenerators 36 mit dem vollen Leitungsdruck von 240 kg/cm beaufschlagt, während der hydraulische Zylinder 20 mit dem Druck Null beaufschlagt wird» In diesem Anfangsstadium des Verdichtungsvorgangs wird das Metallpulver 34 im linken Endbereich der Form 32 mit dem vollen.Druck von 2100 - 2800 kg/cm . nur in einem kleinen inkrementellen Gebiet an der linken Kante verdichtet. Im weiteren Verlauf der Bearbeitung läßt der Impulsgenerator 36 die Schrittmotoren

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38 und 40 die Druckregelventile 42 allmählich andere Lagen einnehmen, so daß der Druck in dem hydraulischen Zylinder 18 langsam abnimmt, während der Druck in dem hydraulischen Zylinder 20 allmählich ansteigt, so daß der Schwingbalken 30 sich unter allmählicher Bewegung von links nach rechts mit dem Gesamtdruck von 2100 - 2800 kg/cm an der Oberfläche des hitzebeständigen Metallpulvers mit seiner konvex gekrümmten Bearbeitungsfläche 31 schwingend abwälzt und so das hitzebeständige Metallpulver inkrementell zur Form des grünen Barrens verdichtet. Am Ende dieses Zyklus oder Hubs ist ein Ausgangsdruck von 2100 - 2800 kg/cm vom linken Rand des hitzebeständigen Metallpulvers über die gesamte Erstreckung der Pulverfläche und schließlich bis zur rechten Kante des Metallpulvers übertragen worden. Wie ersichtlich, stellt der durch die hydraulichen Zylinder 18 und 20 zugeführte gesamte Ausgangsdruck resultierend zu allen Zeitpunkten einen im wesentlichen gleichbleibenden konstanten Wert dar, so daß das Metallpulver über die gesamte Barrenmenge gleichförmig verdichtet wird.

Am Ende des Verdichtungszyklus wird der Druck in beiden hydraulischen Zylindern aufgehoben, so daß der Schwingbalken angehoben wird und der grüne Barren anschließend der Form 32 entnommen werden kann, wie das in der oben genannten früheren US-Patentanmeldung Ser. No. 201 907 beschrieben wird.

Erfindungsgemäß kann auch ein 180 cm langer Barren in einer 180 cm langen Form mit Hilfe eines 120 cm langen Schwingbalkens verdichtet werden. Ein entsprechendes Verfahren zur fortlaufenden Verdichtung eines 180 cm langen Barrens in einer 180 cm langen Form mit einem 120 cm langen Schwingbalken ist mit der Folge der Fig. 4-6 veranschaulicht. Zunächst verläuft die Verdichtung in der gleichen Weise wie die Verdichtung eines 120 cm langen Barrens in einer 120 cm langen Form, indem die linke Kante des Schwingbalkens beginnt, das linke Ende des Pulvers mit vollem Druck im Zylinder 18 und ohne Druck im Zylinder 20 zu beaufschlagen. Der Impulsgenerator betätigt die Schrittmotoren 38 und 40, so daß diese die Druckregelventile 42 und 44 in der Weise steuern, daß der Schwingbalken in die gewünschte schaukelnde bzw. schwingende Bewegung versetzt wird.

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Dazu wird, wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel,der hydraulische Druck im Zylinder 20 allmählich erhöht, während der hydraulische Druck in dem Zylinder 18 komplementär herabgesetzt wird. Die Bearbeitungsfläche des Schwingbalkens wälzt sich dabei längs der Oberfläche des Metallpulvers ab, bis der Schwingbalken die maximale Druckkraft vom linken Rand des Schwingbalkens aus über eine Strecke von 90 cm bzw. 3/4 der gesamten Schwingbalkenlänge übertragen hat. An dieser Stelle wird der Schwingbalken durch Verringerung des Drucks in beiden Zylindern angehoben und die Form um 60 cm nach links verschoben. Die Druckregelventile 42 und 44 werden dann so eingestellt, daß der niedrigste Punkt des Schwingbalkens sich jetzt in einem Abstand von 30 cm von dem linken Ende des Schwingbalkens befindet, so daß dieser tiefste Punkt über der Mitte der Form, d. h. 90 cm entfernt von beiden Enden der Form liegt. In dieser Lage werden 25 % des Gesamtdrucks von

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2100 kg/cm - 2800 kg/cm von dem hydraulischen Zylinder 20 und 75 % des Gesamtdrucks von dem hydraulischen Zylinder 18 beigesteuert. Der Impulsgenerator wird dann erneut aktiviert, so daß das Druckregelventil 42 den Druck im hydraulischen Zylinder 18 allmählich absinken läßt, während das Druckregelventil 44 so betätigt wird, daß der Druck im hydraulischen Zylinder 20 allmählich und komplementär zum Druckabfall in Zylinder 18 ansteigt. Dadurch sorgt der Schwingbalken 30 für eine weitere Verdichtung der verbleibenden 90 cm nur teilweise oder gar nicht verdichteten Pulvers zur vollständig verdichteten Barrenform.

Wenngleich sich 180 cm lange Barren ideal für die kontinuierliche Verarbeitung von Barren aus hitzebeständigem Metall zu Draht eignen, so ist es doch ohne weiteres ersichtlich, daß das zur Verdichtung eines 180 cm langen Barrens mit einem 120 cm langen Schwingbalken angewandte Verfahren sich fortlaufend wiederholen ließe,' um so hitzebeständige Metallpulver in grüne Barren mit Längen von 240 cm, 300 cm, 360 cm oder sogar noch größeren Abmessungen zu verdichten. Ebenso versteht es sich, daß andere mechanische, hydraulische oder elektrische Systeme anstelle des mit Fig. 1 schematisch veranschaulichten hydraulischen Systems einge*- setzt werden könnten, um die erfindungsgemäß vorgesehene gleich-

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förmige übertragung von Druck vom einen hydraulischen Zylinder zum anderen hydraulischen Zylinder 20 zu bewirken und damit den Schwingbalken progressiv längs der Oberfläche des losen Pulvers abzuwälzen und so das pulverförmige Metall inkrementell zur grünen Barrenform zu verdichten.

Patentansprüche:

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Claims

P at e ja _t a η s ρ r ü c h e :_

1. Verfahren zum Verdichten von in eine Form eingefülltem hitzebeständigem Metallpulver zur Form eines grünen Barrens, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das eine Ende eines durch eine konvex gekrümmte Bearbeitungsfläche (31) abgeschlossenen Schwingbalkens (30) am einen Ende der Form (32) mit dem eingefüllten Metallpulver (34) in Kontakt gebracht, eine Druckkraft auf das eine Ende des Schwingbalkens ausgeübt und dabei der mit dem einen Ende des Schwingbalkens in Kontakt stehende Metallpulveranteil verdichtet, gleichzeitig aber die auf das eine Ende des Schwingbalkens ausgeübte Druckkraft verringert und auf das andere Ende des Schwihgbalkens eine Druckkraft ausgeübt und erhöht wird, so daß der Balken sich schwingend an der Oberfläche des eingeführten Metallpulvers abwälzt und dabei das gesamte Metallpulver zur Barrenform verdichtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem einen Ende des Schwingbalkens zugeführte Druckkraft und die dem anderen Ende des Schwingbalkens zugeführte Druckkraft resultierend zu allen Zeitpunkten einen im wesentlichen konstanten Wert bilden.,

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der

konstante Druckwert zwischen 2100 und 2800 kg/cm liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingbalken über einen Teil seiner Länge abgewälzt und dann angehoben, hierauf die Form in Richtung des einen Endes des Schwingbalkens um eine Strecke, die kleiner als die Strecke ist, in der bereits eine Verdichtung erfolgte, verschoben und sodann der Schwingbalken in seine anfängliche Winkellage zurückgebracht und längs der verbleibenden Länge der Form schwingend abgewälzt wird.

* Vorrichtung zur Durchführung eine« Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 4,,gekennzeichnet durch ein Bett (12) mit einer

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Mehrzahl sich von dem Bett aus in Aufwärtsrichtung erstreckender und dabei einen überbau (16) abstützender Pfeiler (14), durch zwei im Abstand voneinander an dem überbau angebrachte hydraulische Zylinder (13, 20), die mittels ihrer Kolbenstangen (22, 24) gelenkig an die beiden Enden des Schwingbalkens (30) angeschlossen sind, sowie durch eine rdt den hydraulischen Zylindern (18, 20) gekoppelte Einrichtung zur kontrollierten Beaufschlagung des einen Zylinders mit einem ersten Druck bzw. des anderen Zylinders mit einem zweiten Druck.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur kontrollierten Beaufschlagung der beiden Zylinder mindestens ein Druckregelventil (42, 44) aufweist, das in Abhängigkeit von von einem Impulsgenerator (36) erzeugten Impulsen durch einen Schrittmotor (38, 40) gesteuert wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur kontrollierten Beaufschlagung der hydraulischen Zylinder (18, 20) die beiden hydraulischen Zylinder (18, 20) mit Teildrücken beaufschlagt, deren Summe jederzeit im wesentlichen gleich groß ist.

KN/hs/me 3

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