DE2409025A1 - Vorrichtung zur herstellung von hohlteilen - Google Patents

Description

Vorrichtung zur Herstellung von Hohlteilen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Hohlteilen durch Ausübung von isostatischem Druck auf eine Pulverteilchen enthaltende Form.

Beim Gießen von Metallteilen ist es bekannt, verformbare Kerne oder Einsätze zu verwenden, die die durch das Schrumpfen bedingten Verformungen aufnehmen, wenn das geschmolzene Metall abkühlt, vgl. z.B. die US PS 663 438. Es ist außerdem bekannt, bei der Herstellung von eine Rückzugwirkung aufweisenden Formen Verbundmetall und biegsame Modelle zu verwenden, vgl. z.B. die US PS 3 624 758. Jedoch eignet sich keine dieser Techniken zum überwinden des bei der Herstellung von hohlen Teilen aus verdichteten pulverförmigen Materialien auftretenden Problems.

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ORIGINAL INSPECTED

Wenn ζ. B. ein hohles Teil aus Pulver dadurch hergestellt wurde, daß ein das Pulver aufnehmender biegsamer Behälter isostatischem Druck unterworfen wurde, ist es schwierig, den zum Formen des Teils nach der Verdichtung erforderlichen Kern oder Dorn zu entfernen. Ein möglicher Grund hierfür ist die Verformung oder Bewegung des Doms während der Un ter druckset zung des Pulvers. Wenn die biegsame Form, in die ein Dorn eingesetzt ist, nicht gleichmäßig mit Pulver gefüllt ist, kann die Dichte des Pulvers in einem Querschnitt der Form von derjenigen in einem anderen abweichen. Wenn ein isostatischer Druck ausgeübt wird, wird der Dorn Druckdifferenzen unterworfen, die, sofern von ausreichender Größe, eine geringfügige Verformung des Dorns während des isostatischen Preßvorgangs bewirken. Bei der Druckabnahme und unter der Annahme, daß die Verformung des Dorns dessen Elastizitätsgrenze nicht überschritten hat, hat der Dorn das Bestreben, in seine Ausgangslage zurückzukehren, d.h. in die vor der Ausübung des isostatischen Drucks eingenommene Lage. Da jedoch das Pulvermaterial verdichtet wurde, widersteht der Preßling einer Bewegung und es wird demnach der Dorn im verdichteten Teil unter Spannung gehalten. Dies ergibt entweder einen Widerstand gegen das Entfernen des Dorns beim Versuch, diesen aus dem geformten Teil herauszuziehen oder die Erzeugung von Sprüngen und Mängeln im verdichteten Teil.

Im Hinblick auf die Vermeidung der obigen Schwierigkeiten wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Herstellung von Hohlteilen durch Ausübung von isostatischem Druck auf eine Pulverteilchen enthaltende biegsame Form geschaffen, in der ein Halter für einen hindurchverlaufenden Dorn vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine federnde Einrichtung zum federnden Lagern des Dorns für eine gegenseitige Bewegung zwischen dem Dorn und dem Halter während der Ausübung des isostatischen Drucks, wobei der Dorn anschließend an die Ausübung des isostatischen Drucks vom Halter getrennt werden kann.

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Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht die federnde Einrichtung aus einer zwischen einem Ende des Dorns und des Halters angeordneten Gummihülse. In einem solchen Fall bildet der Halter einen Verschluß für die Form, der während der Ausübung des isostatischen Drucks auf die Form hierauf aufgesetzt wird.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht der Dorn aus einem mehrteiligen Dorn, dessen Teile durch Zwischenschaltung der federnden Einrichtung lösbar miteinander verbunden sind.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer mit Pulver gefüllten Form, die einen gemäß der Erfindung federnd angeordneten Dorn aufnimmt, zur Herstellung eines verdichteten Teils durch Ausübung von isostatischem Druck;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene auseinandergezogene Ansicht der Teile der Form und des gemäß Fig. 1 federnd angeordneten Dorns;

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht des unter Verwendung der Vorrichtung von Fig. 1 und 2 hergestellten Teils;

Fig. 4 einen Längsschnitt einer anderen pulvergefüllten Form und von in einem zentralen Dorn federnd angeordneten Dornteilen zur Herstellung eines hohlen verdichteten Teils mit verschiedenen Hohlräumen durch Ausübung von isostatischem Druck;

Fig. 4A eine vergrößerte Einzelheit des gestrichelt eingekreisten Teils 4A von Fig. 4;

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Fig. 5 eine teilweise geschnittene auseinandergezogene Ansicht der in Fig. 4 gezeigten Teile der Form und der Dorne;

Fig. 6 eine teilweise geschnittene Ansicht des unter Verwendung der Vorrichtung von Fig. 4 und 5 hergestellten verdichteten Teils.

Ein verdichtetes Teil in Form eines unter Verwendung der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Gußpfannenstöpsels S ist in Fig. 3 teilweise im Längsschnitt dargestellt. Dieser Stöpsel ist aus Pulverteilchen hergestellt, die in einer Form oder einem Blechgefäß einem isostatischen Druck unterworfen wurden. Der Stöpsel hat einen mit Gewinde versehenen hierin axial angeordneten Hohlraum 10. Im Betrieb wird eine nicht gezeigte Metallstange mit einem Gewindeende in den Hohlraum 10 eingeschraubt, damit der Stöpsel zum Verschließen des Lochs einer z.B. geschmolzenes Metall enthaltenden Gußpfanne gehandhabt werden kann. Der Stöpsel S dient zur Erläuterung eines hohlen Teils, das unter Verwendung eines federnd angeordneten Doms der Erfindung geformt werden kann.

In Fig. 1 und 2 umgibt und stützt ein aus einem verhältnismäßig dünnen aber steifen Metall hergestelltes Blechgefäß 12 eine Gummiform 14. Eine kreisförmige Stahlplatte 16 mit einem radial verlaufenden Flanschabschnitt 18 und einer Umfangsausnehmung 20 hierin dient als Abdeckung für das Blechgefäß 12. Die Platte 16 hat auch eine mit Gewinde versehene Auslaßöffnung 22, deren Verwendungszweck im folgenden noch genauer beschrieben wird. Eine zylindrische Bohrung 24 ist teilweise in die Abdeckung von deren Unterseite 26 ausgebohrt.

Ein federnder Gummiring 28 oder eine Hülse mit einem Außendurchmesser, der geringfügig größer ist als der Durchmesser des Lochs 24, ist in dieses Loch eingepreßt. Ein Stahldorn 30 hat ein Gewinde 32 und einen Stangen- oder Stielteil 34 an seinem unteren Ende. Das entgegengesetzte oder obere Ende 36 des Dorns

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30 hat eine geringfügige Verjüngung 38, die einen kegelstumpfförmigen Abs-

ausreichend.

förmigen Abschnitt bildet. Eine Verjüngung von ungefähr 5 ist

Wie in Fig. 1 gezeigt, beträgt der kegelstumpfförmige Abschnitt am oberen Ende des Dorns 30 ungefähr die Hälfte der Tiefe des Lochs 24. Der Durchmesser des Dorns am äußeren Ende der Verjüngung 38 ist geringer als der Innendurchmesser der Hülse 28, wenn die letztere in das Loch 24 eingesetzt wurde. Der Durchmesser des Dorns unmittelbar unterhalb der Verjüngung ist ungefähr der gleiche wie der Innendurchmesser der Hülse 28. Diese Konstruktion gewährleistet einen leichten Eintritt des oberen Endes des Dorns in die mit der Abdeckung 16 zusammengebaute Hülse 28 sowie einen Paßsitz des Dorns innerhalb der Hülse, wenn der Dorn bis zur ganzen Tiefe des Lochs 24 eingesetzt wurde. Diese Konstruktion gestattet auch die Entfernung der Abdeckplatte von der Form nach der Beendigung des isostatischen Preßvorgangs, was im folgenden noch genauer beschrieben wird.

Bei der Anordnung der in Fig. 1 und 2 gezeigten Teile wird die Gummiform 14 in den Blechbehälter 12 eingesetzt. Der Dorn 30 wird so in die Form eingesetzt, daß sich sein oberes Ende über das Niveau erstreckt, bis zu dem die Form gefüllt wird. Zum Zentrieren des Dorns in der Form kann eine nicht gezeigte übliche Einrichtung verwendet werden. Die Form wird mit Pulver von gewünschter Zusammensetzung gefüllt. Der Blechbehälter kann während oder nach dem Füllvorgang vibriert werden oder das Pulver kann in den Blechbehälter eingestampft werden. Es wird dann die Abdeckplatte 16 zusammen mit der im Loch 24 angeordneten Gummihülse 28 auf das obere Ende des Dorns gebracht, vgl. Fig.

Die Abdeckung wird auch in den oberen Teil der Gummiform 14 eingesetzt. Ein Klemmring 14 hält den oberen Teil der Form 14 in der Ausnehmung 14 der Abdeckung 16.

Anschließend an den Zusammenbau wird eine nicht gezeigte Vakuumpumpe mittels einer geeigneten nicht gezeigten Leitung an die

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Ablaßöffnung 22 angeschlossen, um irgendwelche in der Form eingeschlossene Luft abzulassen. Die Öffnung 22 wird dann in bekannter Weise abgedichtet. Der gefüllte Blechbehälter wird dann zum Verdichten des Pulvers einem isostatischen Druck unterworfen.

Während des Verdichtungsvorgangs bewirkt jede Veränderung der Dichte des Pulvers in der Form, bedingt z.B. durch ein unbeabsichtigtes ungleichmäßiges Füllen der Form, eine ungleichmäßige Druckverteilung auf den Dorn 30. Sofern von ausreichender Größe, bewirkt diese Druckdifferenz eine Bewegung des Dorns innerhalb der Form während der Ausübung des isostatischen Drucks. Bei der Druckabnahme wird jedoch jede Neigung des Dorns, in seine Ausgangslage zurückzukehren, d.h. seine Stellung vor der Druckausübung, von der federnden Hülse 28 in der Abdeckplatte 16 aufgenommen.

Bei Beendigung des Druckzyklus¹ wird der Klemmring 40 gelöst und die Abdeckung 16 entfernt, wobei der Dorn 30 innerhalb des verdichteten Teils zurückgelassen wird. Die Hülse 28 wird normalerweise mit der Abdeckung entfernt. Der Dorn wird dann aus dem verdichteten Teil herausgeschraubt, während die Gummiform 14 und der Blechbehälter 12 vom verdichteten Teil abgestreift werden.

Fig. 4-6 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung. Fig. zeigt beispielsweise ein verdichtetes Hohlteil T in Form einer feuerfesten Gießdüse mit einem zentralen axial angeordneten Hohlraum 50, der mit zwei geneigten, radial angeordneten Hohlräumen 52 und 54 verbunden ist. Das Teil T ist hergestellt durch isostatisches Unterdrucksetzen von Pulverteilchen in der Form und der zugehörigen Werkzeugausrüstung, vgl. Fig. 4 und 5.

In eine Gummiform 56 sind obere und untere Verschlüsse 58 bzw. eingepaßt, die durch Dichtringe 62 bzw. 64 in ihrer Lage gehalten werden. Ein im allgemeinen zylindrischer zentraler Dorn 66 ist axial in der Form 56 angeordnet. Wie am besten in Fig. 5 zu sehen, ist das obere Ende des Dorns 66 so bearbeitet, daß

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es entgegengesetzte flache Oberflächen 68 und 70 hat. In jedes Loch 72 ist ein ringförmiger federnder Gummiring oder eine Hülse 74 eingepaßt, die einen Außendurchmesser aufweist, der geringfügig größer ist als derjenige des Durchmessers des Lochs 72.

Es sind Seitendorne 76 und 78 vorgesehen mit Endseiten 80 bzw. 82. Wie in Fig. 4A klar zu sehen, ist ein Stift 84 mit im wesentlichen zylindrischem Abschnitt 46 und einem kegelstumpfförmigen Abschnitt 8 zentral in jeder Endseite angeordnet. Der Durchmesser des zylindrischen Abschnitts ist der gleiche wie der Innendurchmesser des Gummirings 74. Die Verjüngung des kegelstumpf förmigen Abschnitts 88 beträgt ungefähr 5°. Das äußere Ende des kegelstumpfförmigen Abschnitts 88 hat einen Durchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der Hülse 74, wenn diese Hülse in das Loch 72 für das leichte Einsetzen des Stifts eingepaßt ist. Im zusammengebauten Zustand stoßen die Endseiten 80 und 82 an die gegenüberliegenden flachen Oberflächen 68 bzw. 70 des zentralen Dorns 66 an. Die Gummihülse wird mit Paßsitz im Loch 72 gehalten, während sich der Stift in den durch die Hülse 74 gebildeten Hohlraum erstreckt und hierin auch mit Paßsitz gehalten wird.

Zur Verwendung der in Fig. 4 und 5 gezeigten Form werden vorher die zentralen und seitlichen Dorne durch Einsetzen der Gurnmihülsen 74 in die Löcher 72 zusammengebaut, gefolgt vom Einsetzen der Stifte 84 der Seitendorne 76 und 78 in die Hülsen, so daß die Endflächen 8O und 82 in Berührung mit den flachen Flächen 68 bzw. 70 stehen. Der zentrale Dorn wird durch eine nicht gezeigte geeignete Einrichtung zentral am unteren Verschluß 60 angebracht und es wird die Anordnung in die Gummiform 56 eingesetzt. Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, ist die Form 56 selbststützend. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Form 56 bei Bedarf von einem stützenden Blechbehälter umgeben werden kann, der in einer in der isostatischen Drucktechnik allgemein bekannten Art aus dünnem biegsamem Metall hergestellt ist.

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Anschließend an das Einsetzen des zusammengebauten Dorns in die Form wird, wobei der untere Verschluß 60 in die zylindrische öffnung 90 der Form eingesetzt ist, der Dichtring 64 aufgebracht. Es werden dann Pulverteilchen in die Form 56 durch die öffnung an deren Oberseite eingegossen. Während des Füllvorgangs können die zusammengebaute Form, der Dorn und das untere Verschlußglied auf einem Vibriertisch aufgebracht sein, um ein im wesentlichen gleichmäßiges Packen des Pulvers sicherzustellen, wenn die Form gefüllt wird. Es kann eine andere Einrichtung verwendet werden, um ein im wesentlichen gleichmäßiges Packen zu erzielen.

Wenn die Form vollständig gefüllt ist, wird das obere Verschlußglied 58, das aus Gummi bestehen kann, wie in Fig. 4 gezeigt in die Form eingesetzt, und es wird der Dichtring 62 aufgebracht.

Die zusammengebaute und gefüllte Form wird dann einem isostatischem Druck unterworfen. Jede Veränderung der Dichte des Pulvers in der Form ergibt eine Ausübung von Differenzdrücken auf den Dorn. Wenn die Differenzdrücke von ausreichender Größe sind, bewegen sich während der Ausübung des isostatischen Drucks entweder der zentrale Dorn, einer oder beide Seitendorne oder alle Dorne. Nach der Verdichtung des Teils und der Druckabnahme wird jede Neigung der Dorne, in ihre ursprüngliche vorgespannte Lage zurückzukehren, durch die Gummihülsen 74 aufgenommen.

Anschließend an die Druckabnahme wird der Dichtring 64 entfernt und das verdichtete Teil zusammen mit der eingebetteten Dornanordnung aus der Form entfernt. Die Seitendorne werden dann getrennt aus dem zentralen Dorn entfernt, der aus dem verdichteten Teil herausgezogen wird. Die federnde Verbindung der Seitendorne mit dem zentralen Dorn ergibt die Herstellung eines hohlen isostatisch gepreßten Teils, das im wesentlichen frei von Sprüngen ist und aus dem die Formdorne leicht entfernt werden können.

Die zur Herstellung des hier beschriebenen Hohlteils verwendeten Pulverteilchen können aus irgendeinem geeigneten Material be-

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stehen, d.h. aus Metall, Metalloxyden, Metallkarbiden, feuerfesten Pulvern, Keramikmaterial, Metallkeramikmaterial usw.

Das isostatische Pressen kann unter jeder gewünschten Bedingung ausgeführt werden, z.B. bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur, vorausgesetzt nur, daß die Eigenschaften der den Dorn
an sein stützendes Glied halternden federnden Einrichtung nicht nachteilig beeinflußt werden.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Herstellen von Hohlteilen durch Ausübung von isostatischem Druck auf eine Pulverteilchen enthaltende biegsame Form, in der ein Halter für einen hindurchverlaufenden Dorn vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine federnde Einrichtung (28 oder 74) zum federnden Lagern des Dorns für eine gegenseitige Bewegung zwischen dem Dorn und dem Halter während der Ausübung des isostatischen Drucks, wobei der Dorn anschließend an die Ausübung des isostatischen Drucks vom Halter getrennt werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Einrichtung aus einer zwischen einem Ende des Dorns (30) und des Halters (16) angeordneten Gummihülse (28) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (16) einen Verschluß für die Form bildet, an der er durch einen Klemmring (40) befestigt ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß mit einer Einrichtung (22) zum Entleeren der Form vor der Ausübung des isostatischen Drucks hierauf versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß einen einspringenden Teil (24) hat, in dem die Gummihülse (28) aufgenommen ist, wobei sich das Ende des Dorns innerhalb der Gummihülse erstreckt und hiermit eine lösbare Verbindung bildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn ein mehrteiliger Dorn ist, dessen Teile durch Zwischenschaltung der federnden Einrichtung lösbar miteinander verbunden sind.

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