DE2422344B2 - Isostatische presse zum verdichten erhitzter pulver - Google Patents
Isostatische presse zum verdichten erhitzter pulverInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine bostatische Presse zum Verdichten eines in einem
flexiblen Sack als Hülle befindlichen Pulvers oder eines •elbsttragenden Pulverkörpers ohne Hülle, welches
fczw. welcher außerhalb der Presse auf eine hohe jedoch •och unterhalb des Schmelzpunktes liegende Temperatur
erwärmt worden ist und in einen verschließbaren, gegebenenfalls zylindrischen Druckbehälter durch ein
fließfähiges Druckmittel unter hohen Druck gesetzt wird.
Die Verwendung eines Inertgases, wie Stickstoff, Helium oder Argon, als Druckmedium zum isostatischen
Zusammenpressen einer Pulverfüllung innerhalb eines isostatischen Druckbehälters ist bekannt.
Es wurde ebenfalls schon eine Flüssigkeit als Druckmedium verwendet. Beispielsweise wurden in
einer flexiblen Form enthaltene Pulverteilchen direkt dem Druck ausgesetzt, der durch ein flüssiges
Druckmedium für ein kaltes isostatisches Pressen dei Pulverteilchen in der Form erzeugt wurde.
Die beim isostatischen Pressen von Pulver auftretenden Probleme, mit denen die Erfindung befaßt ist, sind völlig verschieden von den Problemen beim kalten Pressen. Da beispielsweise die Pulver in einer Gummiform nicht vorgewärmt und deshalb »kalt« sind, ίο so kitnn das flüssige Druckmedium unmittelbar in direkten Kontakt mit dem Formbehälter gebracht werden. Auf der anderen Seite ist ein direkter Kontakt eines flüssigen Druckmediums mit einer heißen Pulverfüllung beim warmen isostatischen Pressen unerwünscht, da die Temperatur der Füllung auf ein Niveau verringert würde, bei dem eine Verdichtung auf den theoretischen Verdichtungswert nicht mehr erzielt werden kann, wenn die erwärmte Pulverfüllung auf unpassende Weise dem flüssigen Druckmedium ausgesetzt wird.
Die beim isostatischen Pressen von Pulver auftretenden Probleme, mit denen die Erfindung befaßt ist, sind völlig verschieden von den Problemen beim kalten Pressen. Da beispielsweise die Pulver in einer Gummiform nicht vorgewärmt und deshalb »kalt« sind, ίο so kitnn das flüssige Druckmedium unmittelbar in direkten Kontakt mit dem Formbehälter gebracht werden. Auf der anderen Seite ist ein direkter Kontakt eines flüssigen Druckmediums mit einer heißen Pulverfüllung beim warmen isostatischen Pressen unerwünscht, da die Temperatur der Füllung auf ein Niveau verringert würde, bei dem eine Verdichtung auf den theoretischen Verdichtungswert nicht mehr erzielt werden kann, wenn die erwärmte Pulverfüllung auf unpassende Weise dem flüssigen Druckmedium ausgesetzt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, trotzdem auch bei einer isostatischen Presse für erhitztes Pulver mit einer
Flüssigkeit, deren Verdampfungstemperatur um ein Vielfaches geringer ist als die Temperatur des zu
2; verdichtenden Pulvers, beispielsweise Wasser, als
Druckmittel zu arbeiten.
Ei reicht wird das im wesentlichen durch die
kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 oder 2, d. h. daß zum Verdichten des Körpers ein flüssiges
Druckmedium schnell in den Druckbehälter eingepumpt wird, JTi diesen aufzufüllen, während eine Berührung
des Mediums mit dem erwärmten Körper so lange vermieden wird, bis der Druckbehälter im wesentlichen
mit dem flüssigen Medium angefüllt ist, und wobei anschließend der Druck im Behälter schnell auf einen
vorgewählten Endwert anwächst, der größer ist als der kritische Druck des flüssigen Mediums. Die Teile der
Flüssigkeit, die durch Berührung mit dem erhitzten Pulver verdampfen konnten, werden durch den raschen
Druckanstieg wieder in Flüssigkeit zurückverwandelt.
Flüssigkeit, z. B. Wasser, kann auf überraschende Weise als Druckmedium benützt werden, ungeachtet
dessen, daß die Pulverfüllung auf eine Temperatur deutlich über dem Siedepunkt des Wassers vorgewärmt
wird, beispielsweise auf eine Temperatur von 1200°C.
Dies wurde durch Begrenzen des Betrags der Flüssigkeit, die mit dem erwärmten Werkstück in
Berührung kommt, möglich, während die Anlage unter niedrigem Druck steht, und durch ein Verringern des
Wärmeverlustes infolge des Phasenwechsels, der auftritt, wenn die Flüssigkeit beim Berühren der auf
hohe Temperatur erwärmten Pulver in Dampf umgewandelt wird, indem die erfinderischen Merkmale
angewendet werden und die Anlage schnell unter Druck gesetzt wird, um den Druck über den kritischen Druck
anzuheben.
Die Verwendung eines flüssigen Druckmediums ergibt einige Vorteile über bekannte isostatische
Wärmepreßtechniken. Beispielsweise können äußerst kurze Zykluszeiten erzielt werden, die eine beträchtliche
Betriebskosteneinsparung mit sich bringen. Bei Benutzung der Erfindung können Zykluszeiten (von der
Einführung der erwärmten Pulverfüllung in den Druckbehälter bis zu ihrer Entfernung in völlig
fts verdichtetem Zustand) in der Größenordnung von 1 bis
2 Minuten verwirklicht werden, verglichen mit Stunden, die beim konventionellen Gaspressen erforderlich sind.
Dadurch werden die Verarbeitungskosten von teueren
Pulverteilen, wie die aus »exotischen« Metallen, Superlegierung und Werkzeugstählen erheblich billiger
und ermöglicht deren allgemeinere Verwendung. Darüber hinaus rechtfertigen diese kurzen Zykluszeiten
und die verringerten Kosten tue Verwendung von isostatischen Warmpreßtechniken bei billigeren Pulver-Materialien.
Die Verwendung eines flüssigen anstelle eines gasförmigen Druckmediums ergibt eine erhebliche
Einsparung an Anlagekosten. Während die Gesamtenergie für die Anhebung des Drucks einer Flüssigkeit
auf einen bestimmten Wert innerhalb eines Druckbehälters ungefähr demjenigen gleich ist, der für die
Anhebung des Drucks eines Gases auf denselben Wert nötig ist, sind die Kosten eines Gaskompressors zur
Durchführung der Aufgabe erheblich höher als die Kosten einer Flüssigkeitspumpe. Dies ^rgibt sich infolge
der Volumenunterschiede des Druckmittels, welches die entsprechenden Einrichtungen verarbeiten muß. Bei
gleicher Masse und ausgehend von atmosphärischen Bedingungen ist das Volumenverhältnis eines Gases,
wie Argon, zu einer Flüssigkeit wie Wasser, bei dem erforderlichen Enddruck annähernd 500 :1. Falls daher
die gleiche Masse jedes der beiden Medien in der gleichen Zeitdauer auf den gleichen Wert gedruckt
werden soll, so ist ein Gaskompressor notwendig, der 500mal so groß ist, als eine Flüssigkeitspumpe. Der
Bedienungs- und Wartungsaufwand für ein·:.· solche Einrichtung liegt auf der Hand, und der für die
Unterbringung eines massiven Gaskompressors notwendige Raum ist beträchtlich. Wegen der Kompressibilitätseigenschaften
des verwendeten Druckmittels machen Gaskompressoren, wie oben aufgezeigt, mehre re Druckstufen notwendig, um eine vernünftige
Leistungsfähigkeit zu erzielen. Dadurch wird ein Gaskompressor komplexer als eine Flüssigkeitspumpe
und wegen der mehreren Arbeitsvorgänge weniger zuverlässig. Zusammengefaßt hat die Verwendung einer
einfachen Flüssigkeitspumpe anstelle eines komplexen Gaskompressors wegen der erheblich verringerten
Investitionskosten und der größeren Zuverlässigkeit bei der erfolgreichen Durchführung der Produktionsabläufe
eine große Tragweite.
Ein anderer Vorteil der Verwendung einer Flüssigkeit, wie Wasser, anstelle eines Inertgcses, wie Argon,
als Druckmedium in einer isostatischen Druckanlage besteht in dem deutlichen Anwachsen des Sicherheitsfaktors.
Ein stark zusammengepreßtes gasförmiges Medium überträgt im Falle einer Beschädigung der
Anlage mehr Energie (d. h. hohe Geschwindigkeit) auf die zerbrochenen Anlageteile, als eine unter Druck
siehende Flüssigkeit, die nicht merkbar expandiert, wodurch das Risiko einer ernsthaften Verletzung von
Menschen oder einer Zerstörung von Eigentum anwächst.
Als weiterer Vorteil der Verwendung eines flüssigen anstelle eines gasförmigen Druckmediums kann die
Prozeß-Steuerung leichter und mit einer einfacheren und billigeren Einrichtung durchgeführt werden. Bei
Verwendung eines flüssigen Druckmediums wird die für die Verdichtung erforderliche Kombination Druck/
Temperatur durch Begrenzen des Maximaldrucks, infolge der Verwendung einer bekannten automatischen
Druckablaßvorrichtung hergestellt. Die Pumpgeschwindigkeit der Flüssigkeit kann zeitmäßig eingestellt
werden, damit sie zur Geschwindigkeit der Temperaturabnahme des Werkstückes paßt, so daß in dem
Augenblick, in welchem das Werkstück die optiinale Verdichtungstemperatur hat, der maximale Druck
herrscht
Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines flüssigen anstelle eines gasförmigen Druckmediums, ist die
S Einsparung bei den Kosten für das Medium. Wenn das Druckmedium Wasser ist, sind die Kosten praktisch
Null, wogegen die Kosten bei der Verwendung eines Inertgases, wie Argon, Stickstoff oder Helium, beträchtlich
sein können.
ίο Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der
Zeichnung dargestellt Es zeigt
F i g. 1 einen Querschnitt eines Hochdruckbehälters und eines bei der Anwendung der Erfindung benützten
Schutzbehälters in schematischer Darstellung,
Fig.2 ein Temperatur-Zeit-Diagramm, das in schematischer
Form die beim Betrieb der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung antretenden Zeiten
und annähernden Oberflächentemperaturen des Werkstückes während des Verarbeitungszyklus zeigt,
Fig.3 schematisch einen Vertikalschnitt einer abgeänderten
Einrichtung zum Einlassen der Flüssigkeit bei einem erfindungsgemäßen Druckbehälter,
Fig.4 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII in F i g. 3 und
F i g. 5 schematisch einen Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Druckbehälters, der bei
der Anwendung der Erfindung benützt wird.
Fig. 1 zeigt einen Hochdruckbehälter 10 mit einem
isolierten zylindrischen Hohlkörper 12, der oben offen ist, um einen Schraubschnellverschluß aufzunehmen, der
durch einen Hebel 15 gedreht werden kann. Der Druckbehälter kann von einer isostatischen Standardkaltpresse
stammen mit unterbrochenem Verschlußgewinde 16. Obwohl ein Druckbehälter mit einer oberen
öffnung gezeigt ist, kann durch Fachleute natürlich auch ein Druckbehälter mit einer unteren öffnung benützt
werden.
Der Druckbehälter ist am Einlaß 20 mit einer Pumpanlage verbunden, die eine sehr große Menge
Flüssigkeit pro Zeit, wie Wasser, in den Druckbehälter zu pumpen vermag, und damit den Druck der Flüssigkeit
im Druckbehälter rasch auf den gewünschten Verdichtungswert anzuheben vermag. Für Fachleute ist es klar,
daß die Pumpanlage eine Stufe mit großem Volumen und niedrigem Druck (beispielsweise weniger als
100 Atmosphären) enthalten kann, um den Druckbehälter sehr rasch anzufüllen, und eine Hochdruckstufe mit
der notwendigen Volumenkapazität, um die Flüssigkeit im Druckbehälter auf den gewünsch'en hohen Verdichtungswert
innerhalb kurzer Zeit zusammenzupressen.
Der Einlaß 20 ist im oder nahe dem Boden 21 des Druckbehälters 12 angeordnet und mit einem Schnellablaßventil
26 verbunden.
Obwohl nur eine Einlaß-Auslaß-Durchtritisöffnung 20 gezeigt ist, könnte die Pumpe natürlich auch über eine Durchtrittsöffnung mit dem Inneren des Druckbehälters verbunden werden, und das Ablaßventil könnte über eine getrennte Durchtrittsöffnung verbunden werden.
Obwohl nur eine Einlaß-Auslaß-Durchtritisöffnung 20 gezeigt ist, könnte die Pumpe natürlich auch über eine Durchtrittsöffnung mit dem Inneren des Druckbehälters verbunden werden, und das Ablaßventil könnte über eine getrennte Durchtrittsöffnung verbunden werden.
(>■* Das Innere des Druckbehälters 12 ist weiterhin über
eine Durchtrittsöffnung 34 nahe dem oberen Ende des Druckbehälters mit einer Druckablaßeinrichtung 36
verbunden. Die Druckablaßeinrichtung 36 kann eine zerbrechliche Scheibenanordnung von bekannter Bau-
ft? weise oder alternativ ein schnellösendes Ventil oder
ähnliches sein. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird eine zerbrechliche oder sogenannte »Bruchscheibenanordnung«
mit einem vorgewählten Brechdruck
verwendet. Bei dieser Art von Anordnung wird die Bruchscheibe brechen, wenn der Druck innerhalb des
Druckbehälters einen vorgewählten Druck erreicht, beispielsweise 2000 kg/cm2. Natürlich können auch
höhere oder niedrigere Drucke gewählt werden. Die S
Durchtrittsöffnung 34 und die Druckablaßeinrichtung sollten eine Größe (d. h. Durchmesser) aufweisen, die für
den raschen Abfluß des innerhalb des Druckbehälters gebildeten Dampfes ausreicht, wie später näher im
Detail beschrieben wird.
Im Druckbehälter ist ein innerer oder Schutzbehälter 38 von zylindrischer Form angeordnet, der aus relativ
dünnem Metall gebildet ist. Der Schutzbehälter 38 ist am oberen Ende 40 offen, weist einen wasserdichten
Boden 42 auf und ist in einem Abstand vom Boden 21 >s des Druckbehälters 12 durch Stützen 44 angeordnet. Die
zylindrische Seitenwand des Schutzbehälters 38 ist radial von der Innenwand des Druckbehälters 12 in
einem Abstand angeordnet.
Innerhalb des inneren oder Schutzbehälters 38 und ao
auf dem wasserdichten Boden 42 aufliegend, ist ein Werkstück 46 gezeigt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist das Werkstück zylindrisch und enthält Pulverteilchen 48 in einem Behälter 50, der über ein
abgedichtetes Vakuumrohr 51 evakuiert wurde. Alternativ kann das Werkstück ohne Behälter sein, d. h. es
kann ein selbsttragender, zu einem Teil verdichteter und gesinterter Körper aus Pulverteilchen ohne umgebende
oder schützende Hülle sein. Es muß nicht zylindrisch sein, sondern kann jede, in den Behälter 38 passende
Form aufweisen, wie unten beschrieben. Wenn ein Behälter benützt wird, sollte er aus einem Material
bestehen, das der hohen Temperatur standhält, damit beim gewählten Druck ein Preßling mit hoher Dichte
erreicht werden kann, d. h. das Material des Behälters 50 sollte nicht geschmolzen werden, sondern ausreichend
plastisch bleiben, um die gewünschte Verdichtung der Teilchen im Schutzbehälter 38 zu ermöglichen. Zusätzlich
sollte das Material des Behälters 50 chemisch mit den puiverförmigen Teilchen verträglich sein, um ein
Zusammenkleben der Pulverteilchen oder die Bildung von eutektischen Verbindungen mit unerwünscht
niedrigen Schmelzpunkten zu vermeiden.
Der innere oder Schutzbehälter 38 und das
Werkstück 46 sollten so dimensioniert werden, daß eine relativ enge Passung entsteht. Es sollte jedoch genügend
freier Raum zwischen den Wänden des Behälters 38 und dem Werkstück sein, damit das Werkstück leicht und
schnell in den Schutzbehälter 38 eingeführt werden kana Wie in der Zeichnung gezeigt, erstreckt sich die
zylindrische Wand des Schutzbehälters 38 über das obere Ende des Werkstückes hinaus und ist an der
Wand des Druckbehältern und vom Boden des
Druckbehäiters durch Stützfüße 44 in einem derartigen Abstand angeordnet, daß eine zu hohe Wärmeübertragung vom Werkstück auf den Druckbehälter vermieden
wird. Für die meisten Fälle ist ein Abstand von 10 bis
25 mm ausreichend
Der Schutzbehälter 38 ist also sowohl von der Innenwand des Druckgefäßes 12 als auch von der
äußeren Oberfläche des Werkstückes in einem Abstand angeordnet, wobei ein erster ringförmiger Zwischenraum 52 im Druckbehälter zwischen Druckbehälter und
Schutzbehälter, und ein zweiter Zwischenraum 54 im Druckbehälter zwischen Schutzbehälter und Werkstück
entsteht Wenn das Werkstück zylindrisch ist, wie in Fig. 1 gezeigt, ist der zweite Zwischenraum natürlich
ebenfalls ringförmig.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Volumen des ringförmigen Zwischenraumes 52
zwischen der zylindrischen Wand des Druckbehältern 12 und dem Schutzbehälter 38 annähernd zehnmal so groß
wie das Volumen des ringförmigen Zwischenraumes 54 zwischen Werkstück 46 und Schutzbehälter 38.
Der Schutzbehälter 38 ist innerhalb des Druckbehälters 12 und im Verhältnis zum Werkstück derart
angeordnet, daß durch die Eintrittsöffnung 20 in den Druckbehälter eintretende Flüssigkeit im wesentlichen
den gesamten ringförmigen Zwischenraum 52 zwischen Schutzbehälter und Druckbehälterwand füllt, bevor die
Flüssigkeit über das offene obere Ende 40 des Schutzbehälters 38 überquillt und damit in Berührung
mit dem Werkstück 46 kommt.
Beim Verdichten entweder von Pulverteilchen auf Eisenbasis oder auf Nickelbasis wurde festgestellt, daß
eine Erhitzung des Werkstückes auf ungefähr 12000C zufriedenstellend ist.
Das erwärmte Werkstück wird vom Ofen erwärmt und im inneren oder Schutzbehälter 38 des isostatischen
Druckbehälters 12 angeordnet
Der Druckbehälter wird dann geschlossen, blockiert und abgedichtet. Dann wird die Pumpe 22 betätigt, um
Flüssigkeit schnell in den ringförmigen Zwischenraum 52 zwischen Schutzbehälter 38 und Wand des
Druckbehälters zu pumpen. Bei diesem Arbeitsgang ist es notwendig, daß der Druckbehälter im wesentlichen
vollständig mit Flüssigkeit angefüllt ist, bevor die Flüssigkeit in Berührung mit dem erwärmten
Werkstück 46 treten kann.
Bei der bevorzugten Ausführungsform wird Wasser als Flüssigkeit verwendet, die in den Behälter gepumpt
wird, obwohl natürlich auch andere Flüssigkeiten, wie natürliche und synthetische Kohlenwasserstoffe, synthetische
hydraulische Fluide, wie Phosphatester, verschiedene Glycerine und Glykole als Druckmedium verwendet
werden können. Jede Flüssigkeit kann als Druckmedium bei der Anwendung der Erfindung benutzt werden,
die bei Raumtemperatur flüssig und bei der auftretenden Temperatur und dem auftretenden Druck mit dem
Werkstück und dem Material, aus dem der innere oder Schutzbehälter 38 besteht, verträglich ist.
Es dürfte klar sein, daß da, wo eine Flüssigkeit mit
einem auf eine Temperatur von ungefähr 12000C erhitzten Werkstück in Berührung kommt, große
Mengen an Dampf erzeugt werden. Aus diesem Grund muß die Berührung der Flüssigkeit mit dem erwärmten
Werkstück vermieden werden, bis der Behälter im wesentlichen völlig aufgefüllt ist Es wurde gefunden,
daß die Gefahr, zu hohe Mengen an Dampf zu erzeugen, dann vermieden ist, wenn das Verhältnis des ringförmigen
Zwischenraums 52 zum ringförmigen Zwischen raum 54 mindestens 10:1 beträgt Natürlich ist die
Menge des erzeugten Dampfes auch eine Funktion der Geschwindigkeit, mit der der Druckbehälter vollständig
aufgefüllt wird, ebenso wie eine Funktion der Zeitdauer, in der der Druck im Behälter auf einen Druck oberhalb
des kritischen Drucks des verwendeten Flüssigkeitsdruckmediums ansteigt Deshalb ist die Geschwindigkeit mit der die Flüssigkeit in den Druckbehälter
gepumpt wird, von Bedeutung.
Wie vorstellbar, wird die Flüssigkeit sobald der Pegel des flüssigen Druckmediums im Behälter das obere
Ende des Schutzbehälters 38 erreicht wasserfallartig auf das Werkstück 46 herunterfallen, wobei bei den bei
der warmen isostatischen Verdichtung auftretenden Temperaturen die mit dem Werkstück in Berührung
kommende Flüssigkeit verdampft wird. Der Wechsel von der flüssigen zur Dampfphase erfordert eine
erhebliche Menge an Wärme, die normalerweise eine starke Kühlung (Abschreckung) des Werkstückes
hervorruft. Es ist deshalb wünschenswert, diesen Abschreckungseffekt entweder zu verhindern oder
zumindest auf ein Minimum herabzusetzen. Um dies zu erreichen, wird das schnelle Pumpen der Flüssigkeit in
den Behälter fortgesetzt, bis der gewünschte Verdichtungsdruck erreicht ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der gewählte Verdichtungsdruck ca. 2000 kg/ cm2. Dieser Druck liegt deutlich über dem kritischen
Druck des Wassers (226 kg/cm2 bei der entsprechenden Temperatur). Der kritische Druck einer flüssigen
Substanz ist der Punkt, oberhalb dessen seine flüssige Phase nicht in seine Dampfphase umgewandelt werden
kann. So verursacht also die rasche Druckzuführung des flüssigen Mediums in den Druckbehälter, daß das
flüssige Medium seinen kritischen Druck überschreitet, und dadurch den Wärmeverlust des Werkstückes, der
sonst durch den Wechsel von der flüssigen in die Dampfphase auftritt, ausschaltet. Die Geschwindigkeit
der Druckerhöhung im Behälter sollte hoch genug sein, um die Bildung von Dampf im Behälter, welche die
Temperatur des erwärmten Werkstückes vor seiner gewünschten Verdichtung erheblich verringern würde,
auf ein Minimum zu beschränken.
Wenn das Werkstück voll zu einer Dichte zusammengepreßt ist, die dem theoretischen Wert von 100 % nahe
kommt, wird das Pumpen der Flüssigkeit in den Druckbehälter unterbrochen, das Ablaßventil 26 geöffnet
und der Druck rasch abgelassen. Das Druckmedium wird dann aus dem Druckbehälter abgelassen, wobei die
Flüssigkeit sowohl über die obere Durchtrittsöffnung 34 als auch über die untere Durchtrittsöffnung 20
abgelassen wird. Wenn der Flüssigkeitspegel im Druckbehälter unter den offenen oberen Teil 40 des
Schutzbehälters abgesunken ist, so fließt die Flüssigkeit weiterhin über die untere Durchtrittsöffnung 20 ab. Das
flüssige Druckmedium, das das Werkstück 46 im Schutzbehälter 38 umgibt, verdampft (der Druck in der
Anlage ist im wesentlichen gleichzeitig mit der Betätigung der Druckablaßeinrichtung deutlich unter
den kritischen Druck abgesunken), und der Dampf tritt fortwährend durch die obere Durchtrittsöffnung 34 und
eventuell auch durch die untere Durchtrittsöffnung 20 aus.
Ein schnelles Ablassen des Druckes und ein Abführen der Flüssigkeit vom Druckgefäß ist erwünscht, um das
verdichtete Werkstück von dem Druckgefäß herauszuziehen, bevor es erheblich abgekühlt ist. Viele
Materialien, die für gewöhnlich durch warme isostatische
Verdichtung verarbeitet werden, beispielsweise Verbindungen auf Nickelbasis, neigen zu unerwünschten
Gefügeänderungen, wenn zu schnell eine Abkühlung auf ungefähr 650 bis 8500C stattfindet Wenn deshalb
das Werkstück vom Druckbehälter bei einer Temperatur oberhalb 9300C entfernt wird, soll es unmittelbar für
eine weitere Abkühlung zur Raumtemperatur in eine kontrollierte Ofenatmosphäre gebracht werden.
Fig.2 ist ein Zeit-Temperatur-Diagramm, das in
schematischer Form die Zeit zeigt, die für ein heißes
isostatisches Pressen eines Pulverkörpers in Obereinstimmung mit der bevorzugten Ausfuhrungsform der
Erfindung notwendig ist Ebenfalls ist die ungefähre Oberflächentemperatur des Werkstückes während des
Prozeßzyklus dargestellt Es ist bekannt, daß die Oberflächentemperatur des Werkstückes 1200"C
beträgt, wenn es vom Ofen herausgezogen wird, um daß seine Oberflächentemperatur ungefähr 9500C
beträgt, wenn das Werkstück vom Druckbehälter in vol
verdichtetem Zustand ungefähr 90 Sekunden spätei herausgezogen wird. Die bei den gestrichelten Liniei
der F i g. 2 gezeigten Oberflächentemperaturen sind nu Näherungswerte. Wie im Diagramm gezeigt, liegt dii
Oberflächentemperatur des Werkstückes zu der Zeit, zt der der vorgewählte Verdichtungsdruck erreicht ist —
ίο ungefähr 35 Sekunden, nachdem das Werkstück von
Ofen entfernt wurde - zwischen 1050 und 11500C.
Die F i g. 3 und 4 zeigen eine abgeänderte Form dei Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird da:
erwärmte Werkstück von den inneren Oberflächen de:
Druckbehälters durch einen ringförmigen Zwischen raum getrennt, und das flüssige Druckmedium wird be
hoher Geschwindigkeit tangential zu den inneret Oberflächen des Druckgefäßes in den Zwischenraun
eingepumpt, um eine schraubcnlinienförmige Flüssig keitsströmung zu bilden, während sich der DruckbehM
ter auffüllt, wobei eine direkte Berührung zwischer Druckmedium und erwärmtem Werkstück verhinder
wird, bis der Druckbehälter im wesentlichen vollständig mit dem Druckmedium auigeiüllt ist.
In den Fig.3 und 4 hat der Druckbehälter 70 ar
einem Ende einen Boden und eine zylinderförmig« Innenwand 71 mit einer Flüssigkeitseinlaß- odei
Durchtrittsöffnung 72 an seinem unteren Teil. DU Durchtrittsöffnung 72 ist mit einer Flüssigkeitspumpe
mit hoher Volumenkapazität (nicht gezeigt) verbunder und in bezug auf die Druckbehälterwand so angeordnet
um Flüssigkeit ins Behälterinnere tangential längs seine:
Innenwand einzuführen.
Ein Strömungsleitkörper und Werkstückträger 74 is am Boden 84 des Druckbehälters angeordnet. Di<
äußere Oberfläche des Teils 74 ist im allgemeiner zylinderförmig und bildet mit der inneren zylindrischer
Seite 71 des Druckbehälters in der Gegend de: Flüssigkeitsdurchtrittsöffmmg 72 einen ringförmiger
Zwischenraum 76. Der Berührungsbereich 80 zwischet
innerer Zylinderwand 71 und Boden 84 des Druckbehäl ters ist abgerundet, um eine kantenfreie Oberfläche zi
erhalten. Das Teil 74 weist einen nach oben vorstehen den Rand 78 auf, um das Werkstück 80 in zentraler Lag«
in der Druckkammer aufzunehmen und zu lagern, wöbe die zentrale Achse des Druckbehälters mit der Achs«
des Werkstückes zusammenfällt. Wenn das Werkstüd in den Druckbehälter eingeführt ist, ist der ringförmige
Zwischenraum 76 kleiner als der ringförmige Zwischen raum zwischen Werkstück 80 und Druckbehälterwam
71.
Der Boden des Teils 74 weist eine zylinderförmig* Vertiefung auf, so daß nach unten ein ringförmiger Ram
82 gebildet wird, der den Boden 84 des Druckbehälter
SS berührt Die Berührungsfläche des Teils 74 mit den Boden 84 des Druckbehälters wird daher möglichs
gering gehalten, wodurch die Wärmeübertragung von Werkstück 80 über das Teil 74 zum Druckgefäß 8«
verringert wird.
dem oberen Ende des Druckbehälters 70 vorgesehen
86 verbunden.
6s gezeigt) mit einem Ablaßrohr verbunden, um de:
Druckbehälter zu entlasten.
Beim Betrieb wird das aufgewärmte Werkstück ii den Druckbehälter eingeführt und letzterer geschlossen
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980
abgedichtet und blockiert. Ein flüssiges Druckmedium
wird in den ringförmigen Zwischenraum 76 des Druckbehälters mit hoher Geschwindigkeit über den
Einlaß 72 eingeführt. Die Flüssigkeit wird bei ihrer Zuführung gegen die Wand des Druckbehälters und das
Teil 74 in eine schrauoenförmige Strömung gezwungen,
und bildet so einen Flüssigkeitsfilm oder -schicht, die sich längs der Wand 71 des Druckbehälters nach oben
bewegt Wenn das Werkstück im Zentrum der schraubenlinienförmigen Strömung und in einem
Abstand von der Seite des Druckbehälters angeordnet ist, so steht es mit der Flüssigkeit nicht in Verbindung,
bis der Druckbehälter im wesentlichen vollständig aufgefüllt ist. Wenn das Pumpen der Flüssigkeit in den
Druckbehälter fortgesetzt wird, so steigt die Dicke der Flüssigkeitsschicht allmählich an und nur dann, wenn
der Druckbehälter im wesentlichen voll mit Flüssigkeit angefüllt ist, ergibt sich eine wesentliche Berührung
zwischen Flüssigkeit und Werkstück. Wenn der Druckbehälter vollständig angefüllt ist, so wird ein
rascher Druckanstieg in der Flüssigkeit auf den gewünschten vorgewählten Verdichtungsdruck durchgeführt,
wie vorher beschrieben.
Wenn im bevorzugten Ausführungsbeispiel die Druckablaßeinrichtung in Tätigkeit tritt, sobald der
vorgewählte Verdichtungsdruck erreicht ist, wird das Pumpen von Flüssigkeit in den Druckbehälter unterbrocnen,
und die Flüssigkeit wird vom Druckbehälter abgezogen. Das vollständig verdichtete Teil wird
anschließend vom Druckbehälter entfernt
Fig.5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Vorrichtung, die bei der Anwendung der Erfindung benützt werden kann. Bei dieser Anordnung wird das
vorerwärmte Werkstück ebenfalls von den inneren Oberflächen des Druckbehälters durch einen im
allgemeinen ringförmigen Zwischenraum abgetrennt Während das flüssige Druckmedium in den Druckbehälter
gepumpt wird, wird dieser schnell in seine vertikale Achse gedreht Die dadurch erzeugte Zentrifugalkraft
treibt das flüssige Druckmedium nach außen, wobei eine Berührung zwischen Druckmedium und Werkstück
vermieden wird, bis der Druckbehälter im wesentlichen
vollständig gefüllt ist
Der zylindrische Druckbehälter 92 weist an einem Ende einen Deckel und am gegenüberliegenden Ende
einen drehbaren Anschluß 94 mit einer Flüssigkeitsabdeckung
96 auf. Der drehbare Anschluß 96 enthält einen Flüssigkeitseinlaß 98, dessen Achse mit der Drehachse
des Druckbehälters zusammenfällt. Der Einlaß 98 ist mit einer Hochvolumen-Flüssigkeitspumpe (nicht gezeigt)
verbunden.
Die Innenwand ICO des Druckbehälters ist zylinderförmig.
Ein zylinderförmiges Werkstückauflager und ein Strömungsleitkörper 102 sind durch einen nach
unten ragenden Rand iO4 am Boden des Druckbehälters
ίο befestigt Der Rand 104 hat Durchl.rittsöffnungen 106,
durch welche die Flüssigkeit zwischen dem Einlaß 98 und dem zwischen Innenwand 100 des Druckbehälters
und Teil 102 gebildeten ringförmigen Zwischenraum hindurchtreten kann und dabei aus axialer Richtung in
ι s eine radiale Richtung nach außen abgelenkt wird.
Das Teil 102 hat einen nach oben ragenden Rand 108, der eine Auflagefläche 110 für das Werkstück 112 bildet.
Nach der Einführung in den Druckbehälter fällt die Symmetrieachse des Werkstückes im wesentlichen mit
zo der Symmetrieachse des Druckbehälters zusammen,
und zwischen Werkstück und Innenwand 100 des Druckbehälters besteht ein im allgemeinen ringförmiger
Zwischenraum.
Der Druckbehälter ist mit einer Druckablaßeinrich-
:5 tung 114 und über den Einlaß 98 mit einer Einrichtung
(nicht gezeigt) versehen, um den Druckbehälter zu entlasten.
Der Druckbehälter 92 ist in Lagern 116 drehbar gelagert und mit einem Rotationsantrieb 118 ausgestat-
tet damit der Motor 120 den Druckbehälter um seine Achse drehen kann.
Beim Betrieb der in Fig.5 gezeigten Vorrichtung
wird das erwärmte Werkstück 112 in den Druckbehälter 92 eingebracht, und dieser verschlossen, abgedichtet
und blockiert. Der Druckbehälter wird mit einer so hohen Geschwindigkeit gedreht, daß die erzeugte
Zentrifugalkraft die Druckflüssigkeit von der Rotationsachse nach außen bewegt Über den Einlaß 98 und durch
die Durchtrittsöffnungen 106 wird Flüssigkeit in den
Druckbehälter eingeführt. Die durch das Drehen des Druckbehälters erzeugte Zentrifugalkraft hat zur Folge,
daß die Flüssigkeit eine Schicht an der Wand des drehenden Druckbehälters bildet, deren Dichte
anwächst Wenn der Druckbehälter vollständig an-
gefüllt ist, wird das Pumpen fortgesetzt, bis der
vorgewählte Verdichtungsdruck erreicht ist.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
980
Claims (4)
1. Isostatische Presse zum Verdichten eines in einem flexiblen Sack als Hülle befindlichen Pulvers
oder eines selbsttragenden Pulverkörpers ohne Hülle, welches bzw. welcher außerhalb der Presse
auf eine hohe jedoch noch unterhalb des Schmelzpunktes liegende Temperatur erwärmt worden ist
und in einem verschließbaren Druckbehälter durch ein fließfähiges Druckmittel unter hohen Druck
gesetzt wird, gekennzeichnet durch eine Flüssigkeit als Druckmittel — wie beim Pressen mit
kaltem Pulver bekannt — deren Siedepunkt erheblich unterhalb der Temperatur des zu pressenden
erwärmten Pulvers bzw. Pflverkörpers (46) liegt, und einen oben offenen Schutzbehälter (38), in den
der flexible Sack bzw. der Pulverkörper (46) mit nur geringem Wandabstand hineingestellt wird, und
einen Einlaß (20) für die Flüssigkeit in den Druckbehälter (10) von unten außerhalb des
Schutzbehälters.
2. Isostatische Presse zum Verdichten eines in einem flexiblen Sack als Hülle befindlichen Pulvers
oder eines selbsttragenden Pulverkörpers ohne Hülle, welches bzw. welcher außcihalb der Presse
auf eine hohe jedoch unterhalb des Schmelzpunktes liegende Temperatur erwärmt worden ist und in
einem verschließbaren zylindrischen Druckbehälter durch ein fließfähiges Druckmittel unter hohen
Druck gesetzt wird, gekennzeichnet durch eine Flüssigkeit als Druckmittel — wie beim Pressen mit
kaltem Pulver bekannt — deren Siedepunkt erheblich unterhalb der Temperatur des zu pressenden
erwärmten Pulvers bzw. Pulverkörpers (46) liegt, unter Einfüllung der Flüssigkeit in den Druckbehälter
(70, 92) von unten unter Kraftwirkung auf die Flüssigkeit nach außen, entweder durch tangentiales
Einströmen zur Erzeugung eines Dralls (F i g. 3, 4) oder durch Rotation des Druckbehälters (Fig. 5).
3. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Raum zwischen dem mit Pulver
gefüllten flexiblen Sack bzw. dem Pulverkörper und dem Schutzbehälter und 1/10 des übrigen Volumens
des Druckbehälters beträgt.
4. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (58) zum
Zuführen von Wärme zum Pulverkörper oder dem Pulver (46a^ innerhalb des Behälters.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US35922473A | 1973-05-11 | 1973-05-11 | |
US35922473 | 1973-05-11 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2422344A1 DE2422344A1 (de) | 1974-11-21 |
DE2422344B2 true DE2422344B2 (de) | 1977-04-07 |
DE2422344C3 DE2422344C3 (de) | 1977-11-17 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1981000528A1 (en) * | 1979-08-27 | 1981-03-05 | P Poulsen | Method and machine for high energy rate forming |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1981000528A1 (en) * | 1979-08-27 | 1981-03-05 | P Poulsen | Method and machine for high energy rate forming |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS524243B2 (de) | 1977-02-02 |
FR2228563A1 (de) | 1974-12-06 |
JPS5030707A (de) | 1975-03-27 |
FR2228563B1 (de) | 1976-12-17 |
BE814654A (fr) | 1974-11-07 |
DE2422344A1 (de) | 1974-11-21 |
GB1409410A (en) | 1975-10-08 |
IT1017588B (it) | 1977-08-10 |
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Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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