DE2745020A1

DE2745020A1 - Pressverfahren fuer metallpulver

Info

Publication number: DE2745020A1
Application number: DE19772745020
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl Ing Wessel
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1977-10-04
Filing date: 1977-10-04
Publication date: 1979-04-05
Also published as: DE2745020C3; GB2006828B; SE443935B; GB2006828A; DE2745020B2; SE7810099L; US4390488A

Description

Preßverfahren für Metallpulver

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Pressen von Metallpulvern zu Formkörper*! in Blechmäntel, deren Abmessung in Preßrichtung relativ groß ist im Verhältnis zum Durchmesser oder zur Wanddicke der Teile.

Die Verarbeitung von Metallpulvera zu Teilen unterschiedlicher Formen - z. B. Hebel, Lagerbüchsen -, erfolgt im allgemeinen durch Einfüllen des Pulvers in eine Form und anschließendes Pressen. Nach einer Wärmebehandlung, dem Sintern, sind die Teile fertig oder werden nachgepreßt (kalibriert), z. B. zur Verbesserung der Maßhaltigkeit.

Es ist außerdem bereits bekannt, aus Metallpulvern Blöcke mit Kreisquerschnitt bzw. Kreisringquerscruriti herzustellen und diese Blöcke durch Schmieden oder Strangpressen heiß zu Halbzeug zu verarbeiten. Zum Schutz vor Verschmutzung und Oxidation ist der Block bzw. Hohlblock in einem Schutzmantel eingeschlossen.

Weiter ist bekannt. Pulver mit im wesentlichen kugeligen Partikeln in Kapseln einzufüllen, durch ultraschall oder Vibration auf GO bis 70 % der theoretischen Dichte vorzuverdichten und durch isostatischen Druck ( 1500 bis 5000 bar) auf 80 bis 93 % der theoretischen Dichte zu verdichten. Nur.bei Erfüllung dieser Bedingungen soll beim anschließenden

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Heißstrangpressen vermieden werden können, daß die Kapsel Falten bildet, die zu starken Oberflächenfehlern am stranggepreßten Profil führen. Der Kapselwerkstoff soll hochduktil sein, z. B. Nickel.

Bei der angewendeten isostatischen Verdichtung wird das Preßteil in allen Dimensionen zusammengepreßt. So werden beim isostatischen Pressen eines Blockes mit Kr eis quer schnitt sowohl der Durchmesser wie auch die Höhe kleiner. _tWegen der unterschiedlichen Verdichtbarkeit der verschiedenen Pulver und wegen der Dichteunterschiede beim Einfüllen des Pulvers in üie- Kapsel ist ::as Einhalten einer gewünschten geometrisch exakten Forin, >ie sie z. B. für das nachfolgende Strangpressen notwendig ist, sehr schwierig.

Schwierigkeiten treten insbesondere bei der Verarbeitung von legierten Stahlqualitäten tind Sonderwerkistoifen auf, wenn diese aufgrund der hochsau er stoff äff in en Legierung 5 elemente durch Gaszerstäubung hergestellt werden. Die Partikel fallen dabei in Kugelform an.

Es ist an sich auch bekannt, Formteile mit geometrisch exakten Formen durch Pressen von Metallpulvern in Srahiiormen herzustellen. Dieses übliche Verfahren ist anwendbar für PjIver, die gut in die Preßform fließen und deren Partikel beim Pressen miteinander verhaken oder/ und verschweißen. Partikel mit Kugeliorm - vor allem aus hochlegierten Stählen und Sonderlegierungen - sind für dieses Verfahren nicht geeignet, da sie nicht verhaken und nur bei sehr hohen Drücken ausreichend verschweißen. Diese ungünstige Eigenschaft fällt besonders dann ins Gewicht, wenn Formteile, z. B. Hohlblöcke, hergestellt werden sollen, deren Länge (oder Höhe) größer als der Durchmesser oder die Wanddicke ist.

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Es gelang mit den bekannten Verfahren bisher nicht, in einer Stahlform oder in einer isostatischen Presse ohne einen Blechmantel, aus kugeligen Pulvern geometrisch genaue, ausreichend stabile, schmiermittelfreie Preßlinge herzustellen, die für eine wirtschaftliche Weiterverarbeitung, z. B. durch Heißstrangpressen, geeignet waren. Pulver in Kugelform erfordern zur Formgebung hohe Preßdrücke unter Verwendung von für die weitere Bearbeitung unerwünschten Schmiermitteln. Aber selbst beim Pressen dieser Pulver in der gehärteten Stahlform bei hohen Drücken \var die Kaatenfestigkeit für die weitere Handhabung nicht ausreichend. Mit geringeren Drücken konnte ein Formkörper nicht hergestellt werden, das Pulver rieselte beim Öffnen der Preßform lose aus dieser· heraus.

Beim Pressen der kugeligen Pulver in einer isostatischen Presse in einem dünnen, duktilen Blechmantel konnte nicht immer mit ausreichender Genauigkeit die geometrische Torz-i erzielt werden, die für die einwandfreie Weiterverarbeitung notwendig ist. Das vorgeschlagene dünne, duktile Nickelblech ist für die Weiterverarbeitung des Blockes durch Strangpressen vor allem wegen der schwierigen Entfernbar keit ungünstig und dazu noch unwirtschaftlich teuer.

Auch die Verdichtung der in die Kapsel eingefüllten kugeligen Pulver mittels Stempel in einer Stahlform führte zu negativen Ergebnissen, wenn Formteile mit im Verhältnis zur Wanddicke großer Länge (oder Höhe) hergestellt werden sollten. In diesen Fällen wurde beim Verdichten des Pulvers die Blechkapsel stark verformt und faltig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und die Herstellung eines Blockes zum Beispiel mit Kreisoder Kreisringquerschnitt zu erlauben, der zu fehlerfreien Produkten weiterverarbeitet werden kann, insbesondere durch Strangpressen. Die Höhe der gepreßten Blöcke beträgt das Mehrfache des Durchmessers bzw. bei Ringquerschnitt der Wanddicke.

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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Herstellen von Formkörpern, deren Länge größer ist als ihr Durchmesser, mit insbesondere kreis- oder kreisringförmigem Querschnitt aus Metallpulver, wobei das Metallpulver in eine der Gestalt des Formkörpers angepaßte und in eine Preßform eingesetzte, einseitig verschlossene Blechhülse eingefüllt und hierin in axialer Richtung mit einem Preßstempel verdichtet wird. Erfindungsgemäß wird hierbei vorgeschlagen, daß das Einfüllen und Verdichten des Metallpulvers in mehreren aufeinanderfolgenden Abschnitten und in der Weise vorgenommen wird, daß für jeden Abschnitt eine Teilmenge des Pulvers bis zu c-in-jr Höhe eingefüllt und verdichtet wird, welche kleiner ist als das 1, 5:\-che MaJ des Durchmessers bzw. der Wanddicke des Formkörpers.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Metallpulver durch den Preßstempel hindurch in die Preßform eingefüllt

Ferner schlägt die Erfindung vor, daß der Preßstempel nach jedem Verdichtungsvorgang um höchstens die 1, 5fache Breite bzw. Wanddicke, vorzugsweise um die 0, 6- bis 0, Sfache Breite bzw. Wanddicke angehoben wird, und daß der Preßstempel oder die Preßform vor jedem V erdichtungs Vorgang um ihre Längsachse und um einen Teil der Preßfläche des Stempels gedreht wird.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schutzmantel, ζ. B. aus Eisenblech, mit wenig Spiel in ein Preßwerkzeug eingesetzt, das bei der Herstellung von Hohlblöcken auch einen Dorn enthält. Dann wird abwechselnd eine Schicht Metallpulver eingefüllt, der Schüttkegel eingeebnet und mit dem Preßstempel verdichtet. Der Blechmantel wird dabei gegen die Außenform und, - bei der Herstellung von Hohlblöcken - auch gegen den Dorn gepreßt. Dadurch erhält der Preßkörper eine geometrisch exakte Form, die für den Einsatz in der Strangpresse bezüglich der Toleranz und Oberfläche bestens geeignet ist.

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Die Aufschütthöhe einer Pulverschicht richtet sich nach dem Durchmesser des zu pressenden Blockes oder der Wanddicke des Hohlblockes. Sie kann bis zum 1, 5fachen des Durchmessers bzw. der Wanddicke betragen, vorzugsweise weniger als 0, 8.

Zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, insbesondere bei kreisringförmigen Querschnitten, wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise mit kleinen Aufwärts- und Abwärtsbewegungen des Preßstempels zur Pulverzufuhr und zur Verdichtung durchgeführt. Zu diesem Zweck erfolgt die PoIv^rnirubr in. die Preßform in Längsrichtung durch eine Ausnehmung des Stempels. Um das Pulver innerhalb der Preßform der Preßfläche der Stempel zuzuführen, wird vorzugsweise die Preßform um einen bestimmten Windel gedreht, während der Preßstempel nach dem Preßvorgang angehoben wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sei anhand der beiliegenden Zeichnungen am Beispiel einer Vorrichtung für die Erzeugung zylindrischer Hohlkörper erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht der Preßvorrichtung im Längsschnitt

Fig. 2 eine Draufsicht der Preßvorrichtung nach dem Schnitt B-B der Fig. 1

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Preßstempels nach dem Schnitt A-A der Fig. 4 und

Fig. 4 eine Ansicht des Preßstempels gegen die Preßfläche

Gemäß Fig. 1 und 2 wird die Preßvorrichtung gebildet von einer Preßform in Gestalt eines einseitig geschlossenen Hohlzylinders 9 mit darin zentrisch angeordnetem Dorn 10, . Die Preßform ruht auf einem koaxial angeordneten Wälzlager 11 innerhalb einer Grundplatte 12.

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In den Ringraum zwischen der Innenwand der Preßform 9 und dem Dorn 10 ragt der Preßstempel 2, der an einer Druckplatte 1 befestigt ist. Der Preßstempel 2 hat die Form eines Rohrabschnittes. Er weist einen segmentartigen Ausschnitt 3 für die Pulverzufuhr zur Preßform 9 auf. Der Ausschniti für die Pulverzufuhr wird begrenzt von den Flächen 4 des Stempels 2, zum Dorn 10 hin von einem Steg 5 und zur Preßform hin von dem Steg 6. Unterhalb der Druckplatte 1 ist eine den Stempel 2 einschließende Schüssel 7 zur Pulveraufnahme und Speisung der Preßform durch den Stempel 2 angeordnet. Ir. die Preßform 2 ist eine der inneren Kontur der Form angepaßte einseitig offene Blechhülse 8 eingesetzt, die nach dem gesamten Pre-ivorgar.g den Preßkörper beinhaltet.

Fig. 3 und 4 zeigen eine Ab¹A andlurig des erfindungsgemäßen Preßctempels. Der Preßstempel 2 besteht hier aus zwei Segmenten 2', die auf der Druckplatte 1 radialsymmetrisch angeordnet sind. Die Segmente 2' sind auch hier durch Stege 5, 6 miteinander verbunden und bilden die Pulverzuführung 3. Ferner besteht die Preßfläche eines jeden Segmentes aus zwei zueinander im Winkel angeordneten Flächen 21, 22, wobei die Flächen 21 in der Rotations ebene eines Radiusstrahles liegen, während die Flächen 22, in der Zeichnung schraffiert angelegt, zu dieser Ebene geneigt angeordnet sind. Zwischen den Pressungen wird die Preßform so gedreht, daß das zugeführte Pulver unter die geneigte Fläche gelangt und dann bei den nächsten Pressungen jeweils stufenweise verdichtet wird. Bei Anwendung nur der ebenen Preßfläche weicht ein Teil des leicht fließenden, kugeligen Pulvers dem Stempeldruck in die drucklosen Zuführkanäle aus. Die geneigten Flächen bewirken daher eine gleichmäßigere Verdichtung.

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Die Herstellung eines Formkörpers mit kr eis ringförmig em Querschnitt erfolgt mit dem beschriebenen Stempel beispielsweise in folgenden Schritten: wie in Fig. 1 gezeigt, wird ein Blechmantel 8 in eine Preßform 9 eingesetzt, in deren Mitte sich der Dorn 10 befindet. Nach Absenken des Stempels bis fast auf den Boden des Blechmantels wird in den Trichter 7 das Pulver 13 eingefüllt. Es fließt durch die Zuführsektoren bis auf den Boden des Blechmantels. Beim Anheben des Preßstempels um einen Weg, der etwa der 0, 6- bis 0, 8fachen Wanddicke entspricht und durch Drehen der Preßform um etwa 30 um ihre Längsachse fließt das Pulver unter die geneigten Preßflächen 22. Anschließend erfolgt cas Verdichten des Pulvers durch die Preßflächen, wobei die Preßkraft so eir-gesieilt wird, daß der Blechmantel nicht zusammengeschoben wird. Das Anheben des SLempels, das Drehen der Preßform und das Pressen laufen jetzt in stetigem Wechsel so lange ab, bis der Blechmantel gefüil: ist. Als oberer Abschluß kann dann ein Deckel in den Blechmamel gedrückt werden.

Der gefüllte Mantel wird aus der Form herausgedrückt und steht für die weitere Bearbeitung zur Verfügung. Der Preßling hat entsprechend der Preßform eine exakte Form und genaue Abmessungen.

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Claims

OipNniV/.MMrsner :"'>-, 4. Oktober 1977 \*;;c> jj ^.u.j'jwaiil), Herberfctr33· 22 FaIl-Nr. 12 375 Mannesmann Aktiengesellschaft, 4000 Düsseldorf 1, Mannesmannufer Patentanmeldung Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellu von Formkörpern, deren Länge größer ist als ihr Durchmesser, mit insbesondere kreis- oder kr eis ringförmigem Querschnitt aus Metallpulver, wobei das Metallpulver in eine der Gestalt des Formkörpers angepaßte und in eine Preßform eingesetzte, einseitig verschlossene Blechhülse eingefüllt und hierin in axialer Richtung mit einem Preßstempel verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Einfüllen und Verdichten des Metallpulvers in mehreren aufeinanderfolgenden Abschnitten und in der Weise vorgenommen wird, daß für jeden Abschnitt eine Teilmenge des Pulvers bis zu einer Höhe eingefüllt und verdichtet wird, die kleiner ist als das 1, 5fache Maß des Durchmessers bzw. der Wanddicke des Formkörpers.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver durch den Preßstempel hindurch in die Preßform eingefüllt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß¹ der Preßstempel nach jedem V er dichtungs Vorgang um höchstens die 1, 5fach Breite bzw. Wanddicke, vorzugsweise um die 0, 6- bis 0, 8-fache Breite bzw." Wanddicke angehoben wird, und daß der Preßstempel oder die Preßform vor jedem V er dichtungs Vorgang um ihre Längsachse und um einen Teil der Preßflächenbreite des Stempels gedreht wird.

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4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer Preßform und einem der lichten Querschnittsform der Preßform angepaßten Preßstempel, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßstempel aus mindestens einem kraftübertragenden Element (2) und mindestens einem Kanal (3) zur Zuführung des Metallpulvers in die Preßform (9) besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftübertragenden Elemente (2) als Zylindersegmente ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftüb ertrag enden Elemente (2) als Eohlzylind er segment (2*) ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprücher: 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise je zwei Ilohlzylinderelemerite (2') und Zuführungskanäle (3) radialsymmetrisch angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßflächs des Stempels (2) aus zwei zueinander geneigt angeordneten Flächen (21, 22) besteht, von denen eine (21) in der Ebene eines Querschnittes senkrecht zur Längsachse des Preßstempels liegt.

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