DE2724053A1 - METHOD OF MANUFACTURING ARTICLES FROM METAL POWDER WITH INTERNAL CAVITIES - Google Patents
METHOD OF MANUFACTURING ARTICLES FROM METAL POWDER WITH INTERNAL CAVITIESInfo
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Description
Patentanv'älte Dipi.-Ing. W. Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B.JochemPatent attorneys Dipi.-Ing. W. Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem
Frank furt/iviain Staufenstmße 36Frank furt / iviain Staufenstmße 36
SKP Industrial Trading &
Development Company B.V.
PlettenburgerwegSKP Industrial Trading &
Development Company BV
Plettenburgerweg
Jutphaas / HollandJutphaas / Holland
Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Metallpulver mit inneren HohlräumenProcess for the production of articles from metal powder with internal cavities
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Metallpulver mit Kanälen, Kammein oder .anderen inneren Hohlräumen zur Führung oder Aufnahme von Fluiden oder anderen Materialien, wobei die Hohlräume durch entsprechende Kerne gebildet verden, die zusammen mit dem Metallpulver in eine Form eingebracht, gepreßt und gesintert, und dabei vom Metallpulver absorbiert werden.The invention relates to a method for producing objects from metal powder with channels, combs or others inner cavities for guiding or receiving fluids or other materials, the cavities through Corresponding cores are formed, which are brought into a mold together with the metal powder, pressed and sintered, and are absorbed by the metal powder.
Derartige Verfahren sind in den US-PS 2 628 166 (Haller) und B_ 318 195 (Toyota) beschrieben. Bei diesen bekannten Verfahren können die Formen, welche das Metallpulver und die absorbierbaren Kerne aus Kupfer enthalten, nur zweidimensional zusammengepreßt werden. Die bekannten Verfahren sind deshalb in ihrer Anwendung auf bestimmte Formen von Gegenständen beschränkt.Such processes are described in US Pat. No. 2,628,166 (Haller) and B_ 318 195 (Toyota). With these well-known In methods, the shapes containing the metal powder and the absorbable cores made of copper can only be two-dimensional are pressed together. The known methods are therefore in their application to certain forms of Limited objects.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich auch Gegenstände komplizierter Gestalt herstellen lassen, derenThe invention is based on the object of a method to create the type mentioned, with which objects of complicated shape can also be produced, their
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innere Hohlräume einem hohen Druck, vie er z.B. in hydraulischen Systemen vorkommt, ausgesetzt verden können.internal cavities can be exposed to high pressure, such as occurs in hydraulic systems.
Vorstehende Aufgabe wird nrf indungsgemäß dadurch ,.^o Löst, daß Kerne verwendet werden, welche ihre Form behalten, während mit einem Druck von 2000 bis 8000 k^f/cm " isostatisch gepreßt wird, wonach ein Sintervorgang folgt, der zu gleichmäßig hoch verdichteten Gegenständen führt, deren die Hohlräume begrenzende Wände durch Absorption des Metalls der Kerne druckfluiddicht sind.The above problem is only achieved according to the following:. ^ O Solves that Cores are used which retain their shape while isostatically pressed with a pressure of 2000 to 8000 k ^ f / cm " is, after which a sintering process follows, which leads to uniformly highly compressed objects, the cavities delimiting walls are pressurized fluid-tight by absorption of the metal of the cores.
Beim Sintervorgang kommen vorzu^nv/eine während eim;r Dauer von 30 bis 60 Minuten Temperaturen zwischen 1100 und 12000C zur Anwendung, wobei mit Schutzgas, z.B. gespaltenem Ammoniak oder Wasserstoff, gearbeitet wird.During the sintering process, temperatures between 1100 and 1200 ° C. are used for a period of 30 to 60 minutes, working with protective gas, for example split ammonia or hydrogen.
Die Erfindung erlaubt, Sinterkörper mit inneren Hohlräumen herzustellen, deren Wände das absorbierte Kupfer oder Legierungen damit in gleichmäßiger Verteilung enthalten, so daß sie tatsächlich flüssigkeits- und/oder gasdicht und außerdem glatt sind. Diese günstigen Eigenschaften werden dadurch erzielt, daß das Verhältnis des Gewichts der absor— bierbaren Kerne zum Gewicht des Metallpulvers wenigstens 1 S 10 beträgt. Im Zusammenhang damit wird in weiterer bevorzugter Ausführung der Erfindung bei der Herstellung bestimmter Sinterteile ein absorbierbarer Formkern verwendet, der einen zunächst mit einem inkompressiblen Material, z.B. Öl, gefüllten Hohlraum enthält, wobei da3 inkompressible Material nach der isostatischen Verdichtung aus dem Gegenstand entfernt wird.The invention makes it possible to manufacture sintered bodies with internal cavities, the walls of which contain the absorbed copper or alloys thus contained in an even distribution, so that they are actually liquid- and / or gas-tight and also are smooth. These are beneficial properties achieved by the ratio of the weight of the absorbable cores to the weight of the metal powder at least 1 S 10 is. In connection with this, it is more preferred in another Execution of the invention in the production of certain sintered parts, an absorbable mold core is used, which contains a cavity initially filled with an incompressible material, e.g. oil, whereby the incompressible material removed from the article after isostatic compaction.
Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:The invention achieves the following advantages:
a) Es besteht die Möglichkeit, genau zu bestimmen, wieviel Kernmaterial im Sinterkörper aufgelöst werden muß. Wenn also ein verhältnismäßig großer Hohlraum erzeugt werden soll, braucht der absorbierbare Kern nicht massiv ausgeführt zu sein, sondern nur dasjenige Gewicht zu haben, welches ausreicht, um die Poren der den oder die Hohl-a) It is possible to determine exactly how much core material has to be dissolved in the sintered body. if So if a relatively large cavity is to be created, the absorbable core does not need to be solid to be, but only to have that weight which is sufficient to the pores of the hollow or
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räume begrenzenden Wände vollständig und gleichmäßig bis zu einer bestimmten Tiefe auszufüllen (siehe die nachstehenden Erläuterungen zu Fig. 6).spaces delimiting walls completely and evenly To be filled in to a certain depth (see the explanations below for FIG. 6).
b) Es werden Materialabfälle vermieden und die Herstellungskosten gesenkt.b) Material waste is avoided and production costs are avoided lowered.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindun.^sgemäß hergestellten Gegenstands ist z.B. ein Gleitlager, welches mit Taschen oder Nuten für ein Schmiermittel oder ein anderes Material versehen ist, wobei durch das erfiniungsge— mäße Verfahren die Taschen oder Nuten durch geeignet geformte innere Kanäle an ein Schmiersystem angeschlossen werden können.A preferred embodiment of an according to the invention The manufactured item is e.g. a plain bearing, which is provided with pockets or grooves for a lubricant or another Material is provided, whereby the invention According to the method, the pockets or grooves are connected to a lubrication system through suitably shaped inner channels can.
Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to several exemplary embodiments shown in the drawing.
Fig. 1 zeigt in transparenter Darstellung einen Gegenstand 1, bevor dieser durch isostatische Verdichtung seine endgültige Form erhalten hat. Der Gegenstand besteht aus einem Metall— pulver 2, in welches ein Formkern 3 eingesetzt ist, der im Beispielsfall aus einem haarnadelförmigen Kupferelemont besteht. Der Gegenstand erhält seine endgültige Form durch isostatisches Zusammenpressen, d.h. es findet eine dreidimensionale Verdichtung unter hohem Druck statt, bei welcher der Kupferkern 3 seine ursprüngliche Gestalt behält. Danach wird der vorgepreßte Gegenstand gesintert, und bei diesem Vorgang schmilzt der metallische Kern und löst sich vollständig auf. Sein Material dringt in die Poren des gepreßten Metallpulverkörpers 2 ein und wird von diesen absorbiert. Auf diese Weise entsteht ein haarnadelförraiger Hohlraum oder Kanal im Gegenstand 1.Fig. 1 shows in a transparent representation an object 1, before it has obtained its final shape through isostatic compression. The object consists of a metal powder 2, in which a mold core 3 is inserted, which in the example consists of a hairpin-shaped copper element. The object receives its final shape through isostatic compression, i.e. it finds a three-dimensional one Compression takes place under high pressure, in which the copper core 3 retains its original shape. Thereafter, the pre-pressed article is sintered, and in the process the metallic core melts and loosens completely up. Its material penetrates into the pores of the pressed metal powder body 2 and is absorbed by them. This creates a hairpin-shaped cavity or channel in item 1.
Es sollte beachtet werden, daß da3 Zusammenpressen des Metallpulvers isostatisch erfolgt, so daß ein verdichteter Gegenstand gleichförmiger Dichte erhalten wird. Der angewandteIt should be noted that the compression of the metal powder isostatic so that a densified article of uniform density is obtained. The applied
Druck beträgt vorzugsweise 2000 bis 8000 kgf/cm" und führt zunächst zu einer Dichte von ungefähr 80 %. Nach dem Sinter—Pressure is preferably 2000 to 8000 kgf / cm "and initially results in a density of about 80 %. After sintering -
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Vorgang wird eine Dichte von ungefähr 90 "/a erreicht. Infolge der gleichmäßigen Absorption den me tallischeii Kerun in tion Wänden der inneren Hohlräume den gleichmäßig verdichteten Sinterkörpers werden die Hohlräume für Flüssigkeiten oder Gase vollständig undurchlässig.Process a density of about 90 "/ a is achieved. As a result of the uniform absorption of the metallic kerun in tion walls of the inner cavities of the uniformly compacted sintered body, the cavities are completely impermeable to liquids or gases.
Fig. 2 zeigt in perspektivischer, aufgeschnittener Darstellung eine Lagerbüchse, und zwar eine sogenannte Kugelbüchse 4, die ebenfalls durch isostatisches Zusammenpressen von Metallpulver hergestellt wird, während in der mit 6 bezeichneten Wand der Büchse zunächst einzelne eliptischo Kerne 'j eingesetzt sind, die beim Sintervorgang von den Poren der Wand 6 aufgenommen werden. Auch bei diesem Ausführungcbeispiel bestehen die Kerne 5 aus einem Nichteisenmetall, vorzugsweise Kupfer oder einer Kupferlegierung. Die Kerne haben zwei Endstücke 7 und 8, die sich in Längsrichtung der Büchse 4 erstrecken, so daß nach der Abi3orption Öffnungen 9 und 10 gebildet werden. Außerdem ist der mit 11 bezeichnete Teil der durch die Kerne gebildeten Kanäle zur Bohrun;'j::-.'/and 1? der Büchse hin offen. Diese letztere Öffnung wird dadurch erhalten, daß die eliptischen Kerne 5 während der inοstatischen Verdichtung nicht völlig vom Material der Wand 6 umschlossen werden. Nach der Herstellung der Büchse kann eine Anzahl Kugeln 13 über die Öffnungen 9 und 10 in ti ic durch die eliptischen Kerne 5 hergestellten Kanäle eingeführt werden, wonach die Öffnungen 9 und 10 dicht verschlossen werden. Auf diese Weise läßt sich erfindungsgemäß sehr einfach ein Kugelgehäuse, eine Kugelmutter oder eine Kugelbüchse herstellen, die dann als Lager für ein darin mittels der Kugeln im Kanal 11 beweglich geführtes Teil dienen kann.Fig. 2 shows a perspective, cut-open representation of a bearing bush, namely a so-called spherical bushing 4, which is also produced by isostatic compression of metal powder, while in the wall of the bush designated 6, initially individual elliptical cores' j are inserted, which during the sintering process be absorbed by the pores of the wall 6. In this embodiment, too, the cores 5 consist of a non-ferrous metal, preferably copper or a copper alloy. The cores have two end pieces 7 and 8 which extend in the longitudinal direction of the sleeve 4, so that openings 9 and 10 are formed after absorption. In addition, the designated 11 part of the channels formed by the cores to Bohrun ; 'j :: -.' / and 1? the rifle open. This latter opening is obtained in that the elliptical cores 5 are not completely enclosed by the material of the wall 6 during the inostatic compression. After the bushing has been manufactured, a number of balls 13 can be inserted through the openings 9 and 10 in channels made by the elliptical cores 5, after which the openings 9 and 10 are tightly closed. In this way, according to the invention, a ball housing, a ball nut or a ball bushing can be produced very easily, which can then serve as a bearing for a part movably guided therein by means of the balls in the channel 11.
Die in Pig. 3 im Längsschnitt dargestellte Kugelmutter 14 wird im Prinzip ebenso hergestellt wie die Kugelbüchse 5 gemäß Fig. 2, mit der Ausnahme, daß in diesem Fall nicht einzelne Kerne für voneinander getrennte Kugelkanäle , sondern ein sich geschlossener , schraubenförmiger Kern für einen entsprechend geformten Kugelkanal 15 eingesetzt wird. Ebenfalls in Übereinstimmung mit dem vorstehend beschriebenenThe one in Pig. 3 ball nut 14 shown in longitudinal section is in principle produced in the same way as the ball bushing 5 according to FIG Fig. 2, with the exception that in this case not individual cores for separate ball channels, but a self-contained, helical core for one appropriately shaped ball channel 15 is used. Also in accordance with that described above
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Ausführungsbeispiel ist der Kugelkanal nach innen offen, so daß die durch eine Öffnung 16 eingeführten Kugeln 17 in Wälzkontakt mit einer passenden, geführten Spindel treten können.In the exemplary embodiment, the ball channel is open inwards, so that the balls 17 introduced through an opening 16 can come into rolling contact with a suitable, guided spindle.
Ein v-'eiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemilß hergestellten Sinterkörpers ist in i''ig. 4 geschnitten perrjpektivisch dargestellt. Diesmal handelt es sich um ein Gleitlager 18 mit Ölnuten bzw. -taschen 19 und 20 in der inneren Gleitfläche. Vor der isostatischen Verdichtung den r.ctall— pulverkörpers werden bei dienern Anvondungsbeispiel zwei stangenförmige Kerne 22 und 23, vorzugsweise aus Kupfer, in die mit 21 bezeichnete Wand der Lagerbüchse derart eingesetzt, daß ihre Enden 22A und 23Λ zu den Öltaschen 19 bzw. weisen. Die entgegengesetzten Enden 22B und Γ>3Β der stangen— förmigen Kerne sind mit einem Außengewinde ?4 versehen. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dringen während des Sintervorgangs die Kupferkerne 22 und 23 in die Poren der Wand 21 ein und werden darin absorbiert, so daß über die dadurch gebildeten Kanäle Verbindungsrege zwischen den Öltaschen 19 bzw. 20 und der mit 25 bezeichneten Seite der Lagerbüchse gebildet werden. Da am Anschlußende bei 22B und 23B während des Formvorgangs Innengewinde entstanden sind, können äußere Ölleitungen angeschraubt bzw. angeschlossen werden.Another embodiment of a sintered body produced according to the invention is shown in FIG. 4 shown cut perrjpektivisch. This time it is a sliding bearing 18 with oil grooves or oil pockets 19 and 20 in the inner sliding surface. Before the isostatic compression of the r.ctall powder body, two rod-shaped cores 22 and 23, preferably made of copper, are inserted into the wall of the bearing bush, designated by 21, in the case of this application example, in such a way that their ends 22A and 23Λ point towards the oil pockets 19 and 19, respectively. The opposite ends 22B and> 3Β of the rod-shaped cores are provided with an external thread 4. When carrying out the method according to the invention, the copper cores 22 and 23 penetrate into the pores of the wall 21 during the sintering process and are absorbed therein, so that via the channels formed thereby connecting rain between the oil pockets 19 and 20 and the side of the bearing bush labeled 25 are formed. Since internal threads were created at the connection end at 22B and 23B during the molding process, external oil lines can be screwed on or connected.
Fig. 4A zeigt die Gleitlagerbüchse 18 während ihrer Herstellung in derjenigen Phase, in welcher die absorbierbaren Kerne 19B, 2OB, 22B und 23B in das Metallpulver 18Λ eingesetzt sind, bevor noch isostatisch verdichtet und gesintert wird. Um große Genauigkeit bei der Anordnung der Öl taschen und 20 gemäß Fig. 4 zu erzielen, werden die Kerne 19B und 2OB durch eine Stange S, an welcher sie angebracht sein können, unterstützt. Diese Stange wird nach der dreidimensionalen oder isostatischen Verdichtung entfernt. Sie hat vorzugsweise denselben Durchmesser wie die Innenbohrung der Gleitlagerbüchse 18. Der genauen Anordnung der öltaschen 19 und 4A shows the plain bearing bush 18 during its manufacture in that phase in which the absorbable cores 19B, 20B, 22B and 23B are inserted into the metal powder 18Λ before it is isostatically compressed and sintered . In order to achieve great accuracy in the arrangement of the oil pockets and 20 as shown in FIG. 4, the cores 19B and 20B are supported by a rod S to which they can be attached. This rod is removed after three-dimensional or isostatic compaction. It preferably has the same diameter as the inner bore of the plain bearing bush 18. The exact arrangement of the oil pockets 19 and
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dient weiterhin ein ringförmiger Kern R, welcher :;vir;ehrn die Kerne 19B und 2OB auf die Stange 3 gesetzt wir-J. Der Ring R besteht vorzugsweise aus demselben zusammengepreßten Metallpulver wie die Gleitlagerbüchse 18.also serves a ring-shaped core R, which:; vir; hon the cores 19B and 2OB are placed on the rod 3 we-J. Of the Ring R preferably consists of the same compressed Metal powder like the plain bearing bush 18.
Pig. 5 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Zwei-Wege-Rückschlagventil 26 mit einem isostatisch verdichteten Gehäuse 27, welches drei Kanäle ?8, und 30 enthält, die in eine zentrale Kammer 31 münden. Der Querschnitt der Kanäle ist kleiner als der Querschnitt der Kammer 31, welche eine Kugel 32 aufnimmt, deren Durchmesser fast gleich dem Querschnitt der Kammer 31 ist. In der gezeichneten Stellung unterbricht die Kugel 32 die gegenseitige Verbindung zwischen den Kanälen. Wenn die Kugel zur einen oder anderen Seite verschoben wird, sind jeweils zwei Kanäle miteinander verbunden. Im Hinblick auf die Erfindung ist wichtig, daß der zur Formung der inneren Kanäle und der Kammer 31 benutzte Kern aus einem Nichteisenmetall bereits die Kugel 32 enthält, bevor das Material des Ventilgehäuses verdichtet wird. Die Kunjel 32 besteht im Gegensatz zum Kern aus einem Material, welches beim Sintern nicht schmilzt und demzufolge auch nicht in das Metallpulver eindringt und absorbiert wird. Ein Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern mit einem Einsatz, z.B. einem kugelförmigen Teil, welches darin lose eingesetzt ist, wird z.B. auch schon in der UU-PS 2 628 166 beschrieben. Dieses bekannte Verfahren kann jedoch nur in Pressen ausgeführt werden, deren Kolben in einer einzigen Richtung wirken, so daß nur eine sogenannte zweidimensionale Verdichtung statt findet, die zu weniger gleichmäßig verdichteten Gegenständen führt, und wobei die Absorption des Kupferkerns ungleichmäßig ist, so daß es sehr große Schwierigkeiten bereibet, mit Zuverlässigkeit druckfluiddichte Wände zu erzeugen.Pig. 5 shows a further exemplary embodiment of the invention a two-way check valve 26 with an isostatically compressed housing 27, which has three channels? 8, and 30 which open into a central chamber 31. The cross-section of the channels is smaller than the cross-section of the chamber 31, which receives a ball 32, the diameter of which is almost the same as the cross section of the chamber 31. In the position shown, the ball 32 interrupts the mutual connection between the channels. When the ball is shifted to one side or the other, are two channels connected to each other. In view of the invention it is important that the to form the inner channels and the chamber 31 used core made of a non-ferrous metal already contains the ball 32 before the Material of the valve housing is compressed. The Kunjel 32 In contrast to the core, it consists of a material that does not melt during sintering and consequently does not melt into the metal powder penetrates and is absorbed. A method for producing sintered bodies with an insert, e.g. a spherical part which is loosely inserted into it is, for example, is already described in UU-PS 2 628 166. However, this known method can only be carried out in presses whose pistons act in a single direction, so that only a so-called two-dimensional compression takes place which leads to less uniformly compacted objects, and wherein the absorption of the copper core is uneven is, so that it is very difficult to produce pressure fluid-tight walls with reliability.
Pig. 6 zeigt einen Querschnitt durch einen Block 33 aus isostatisch zusammengepreßtem Metallpulver, der einen verhältnis mäßig großen inneren Hohlraum 34 aufweisen soll. Entsprechend groß ist der äußere !Anfang eines als Hohlkörper ausgebildetenPig. 6 shows a cross section through a block 33 of isostatic compressed metal powder, which should have a relatively moderately large inner cavity 34. Corresponding large is the outer! beginning of a hollow body
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Kerns 36, der während des Preßvorgangs mit einem inkompres— siblen Fluid wie z.B. Öl gefüllt ict. Die Wanne dni', Korns 36 ist so gewählt, daß sie ausreicht, um die Begrenzungswind des inneren Hohlraums nach der Absorption de3 Kern;-· riUnuifj— keitsdicht zu machen. Auf dier.e '.Vcine v'ird eine v/ir(,schriftliche Dauer der Absorption erzielt, und außer dom 1< r m nun der Menge der über einen Anschlußkan.il 37 auafl icßr-riden Flüssigkeit auf eventuelle Leckntellen in der Wand des Hohlraums 34 geschlossen v/erden. Zusätzlich wird bei dj csem Aus- führungsbeiepiel auch noch Kernmaterial gespart.Core 36, which is filled with an incompressible fluid such as oil during the pressing process. The tub dni ', grain 36 is chosen so that it is sufficient to make the boundary wind of the inner cavity after absorption of the core; In dier.e '.Vcine v' ith a v / ir (written duration of absorption achieved, and besides dom 1 <the amount of auafl a Anschlußkan.il 37 icßr-riden now rm liquid on any leak in the wall of Tellen cavity 34 is closed v / ground. in addition, also saved the core material at dj CSEM training führungsbeiepiel.
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Claims (15)
Öffnungen aufweist.13. The article according to claim 11, characterized by a kind of; Internal thread formed channel (15), which on the axial linden
Has openings.
außen in der Wand der Büchse angeordneten axialen
Kanalabschnitt in sich geschlossen ist.14. The article according to claim 11, characterized by a channel (15) designed in the manner of an internal thread, which is passed through a radial v / pus
axially arranged outside in the wall of the sleeve
Channel section is closed in itself.
mehrere der zur Bohrung hin offenen Hohlräume (19,20) Schiniermitteltaschen bilden, in die in der Wand der
Büchse geformte Anschlußkanäle (22, 23) münden. 15. The article according to claim 11, characterized in that it is designed in the form of a plain bearing bush (18), one or
several of the cavities (19, 20) open towards the bore form liners pockets into which in the wall of the
Bush-shaped connection channels (22, 23) open.
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SKP 8830 Hg / May 26th, 1977
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