DE3206981A1 - Verfahren zum formpressen von pulver und aus pulver druckverformter gegenstand - Google Patents

Verfahren zum formpressen von pulver und aus pulver druckverformter gegenstand

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Description

-40-
GRÜNECKER, KINKELDEY, STOCKMAIR & PARTNER PATENTANWÄLTE
EUROPEAN PATCNT ATTORNCVS
A. QRUNECKER. mm OR H. KINKELDEV. w.» DR W. STOCKMAIR. an.* DR K. SCHUMANN, im-» P. H. JAKOB. DfL-IW DR G. BEZOLD. wlow W. MEISTER, wc-»« H. HILGERS. o«.*e DR H. MEYER-PLATH. Ofl
80O0 MÜNCHEN 22 MAXIMIUANSTRASS6 43
26.02.82
P 17 065-405/W
Verfahren zum Formpressen von Pulver und
aus Pulver druckverformter Gegenstand
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Druckverformung von Pulver und einen nach diesem Verfahren hergestellten, aus Pulver druckverformten Gegenstand. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Druckverformung von Pulver, um einen geformten Gegenstand zu erzeugen, der aus einer Mehrzahl von verschiedenen Materialschichten zusammengesetzt ist, die in einer Druck- oder Preßrichtung angeordnet sind, und sie befaßt sich mit einem nach diesem Verfahren hergestellten druckverformten Gegenstand.
In der Pulvermetallurgie werden mechanische Teile mit verbesserten Eigenschaften bei niedrigen Kosten unter Verwendung von zwei Pulvern hergestellt.
Funktionelle und strukturelle Bauteile werden im allgemeinen mit Hilfe eines Verfahrens erzeugt, wobei ein Pulver in eine vorbestimmte Gestalt durch Preßdruck
verformt und der so ausgestaltete Pulvergegenstand gebrannt oder gesintert wird. Da das Pulver leicht zu irgendeiner gewünschten Gestalt verformt werden kann, ist dieses Verfahren vorteilhaft und kommt den Wünschen der Hersteller entgegen. Mit Hilfe derartiger Pulver-Druckverformungsverfahren werden aus Harz geformte Gegenstände und Sintermetallteile hergestellt. Im allgemeinen werden zwei aus unterschiedlichen Pulvermaterialien bestehende Schichten längs der parallel zur Druckrichtung liegenden Richtung angeordnet, wie das die japanische Patent-Auslegeschrift Nr. Sho 55-1961 und die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. Sho 47-27 8lA offenbaren. Alternativ werden zwei Schichten längs einer rechtwinklig zur Druckrichtung verlaufenden Richtung angeordnet, wie die USA-Patentschrift 2 753 858 beschreibt.
Nach diesen Verfahren werden zwei Arten von Pulvern in die gleiche Matrize eingefüllt, so daß die Pulverschichten einem gleichzeitigen Druckformvorgang (Verdichtung) unterworfen werden können, um die Fertigungsstufen oder -schritte zu vermindern. Für den Fall, daß komplizierte Verbundlagen oder -schichten zu formen sind, wie in der USA-Patentschrift 2 753.859 gezeigt, ist es jedoch notwendig, einen vorherigen Druckformvorgang (Verdich-
·" tung) an einer der Pulverschichten durchzuführen.
Um diesen zusätzlichen Verfahrensschritt auszuschalten, ist ein gleichzeitiges Druckverformen vorgeschlagen worden, wobei zwei Arten von Pulvermaterialien in die
gleiche Matrize eingegeben werden, um ein Preßformen in einem Zug zu bewerkstelligen und einen geformten Gegenstand mit einem komplizierten Aufbau zu schaffen, wie das in den japanischen Patent-Auslegeschriften Nr. 51-39 I66 und Nr. 5lt-31 9&3 offenbart ist. Jedoch
sind bei diesen Verfahren eine Mehrzahl von Untersterapelgliedern notwendig, so daß die StempelBinrichtung bezüglich ihrer mechanischen Kraft und Stärke schwach ist
' und auch kompliziert zu betätigen ist. Zusätzlich kann durch den mechanischen Abrieb und Verschleiß dieser Stempeleinrichtungen die Maßgenauigkeit des geformten Endprodukts verschlechtert werden. 5
Wie angedeutet wurde, werden beim Pulver-Druckverformen, insbesondere bei der Herstellung von funktioneilen Teilen, verschiedenartige Materialien in einer Mehrschichtenausbildung druckverformt, um einen Pormgegenstand mit besonderen Kennwerten und Eigenschaften herzustellen. Diese Mehrschichtenkcnsfcruktion wird gewöhnlich zum Zweck einer Vermindertng der Materialkosten angewendet, indem ein ganz besonderer metallischer oder irgendein besonderer andersartiger Werkstoff für eine vorbaatimm-
'^ te Schicht, Lage oder deren mehrere zum Einsatz kommt, während irgendeine andere Art eines gewöhnlichen Materials für die anderen Lagen oder Schichten Verwendung findet. So wird beispielsweise im Fall eines für Brennkraftmaschinen !bestimmten Ventilsitzes eine Verbund-
ζυ Sinterlegierung häufig verwendet, und diese besteht aus einem hochlegierten Sintermaterial sowie aus einem niedriglegierten Sintermaterial. Das hochlegierte Sintermaterial hat eine gute Abriebfestigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit und wird an einer belasteten Fläche,
*J z.B. einer Stirnfläche, des Ventilsitzes angeordnet, während die niedriglegierte Sinterlegierung die übrigen Teile des Ventilsitzes bildet. Ein Verbundmaterial wird auch bei der Fertigung von Harzteilen für Dichtungen oder Lager verwendet. Die Gleitfläche des Harzteils
wird aus einem gegen Korrosion oder Ol widerstandsfähigen Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten gefertigt, der Rest des aus Harz gebildeten Teils wird aus einem gewöhnlichen Material hergestellt.
Zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Standes der Technik wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
Fig. la bis ld in einer Schnittdarstellung eine Folge von Arbeitsschritten zur Erläuterung eines herkömmlichen Pulver-Druckverformungsverfahrens zur Erzeugung von in Fig. 2b und Fig. 3b gezeigten geformten Gegenständen; Fig. 2a und 2b sowie 3a und 3b lotrechte Schnitte durch
übliche aus Pulver druckverformte Gegenstände; Fig. 4a bis 4d in einer Schnittdarstellung eine Folge von Arbeitsschritten zur Erläuterung eines herkömmlichen Pulver-Druckverformungsverfahrens
zur Erzeugung von in Fig. 2a und Fig. 3a gezeigten geformten Gegenständen.
Aus mehreren Pulverschichten druckverformte Gegenstände wurden bisher im allgemeinen meistens nach einem Verfahren und mit einer Presse gemäß Fig. la bis Id erzeugt. Die Presse weist eine Matrize 2, einen Unterstempel 3i einen Oberstempel 5> eine erste Beschickungsvorrichtung 6 (Fig. la) und eine zweite Beschickungsvorrichtung 7 (Fig. Ib) auf. Um einen Gegenstand gemäß dem herkömmlichen Verfahren herzustellen, wird mit Hilfe der ersten Beschickungsvorrichtung 6 ein erstes Pulver A durch Anheben der Matrize 2 relativ gegenüber dem Unterstempel 3 oder durch dessen Absenken relativ zur Matrize 2 eingegeben. Dann wird ein zweites Pulver B über die zweite Beschickungsvorrichtung 7 zugeführt, indem wiederum die Matrize 2 relativ zum Unterstempel 3 hochgefahren oder letzterer relativ zur Matrize 2 abgesenkt wird. Danach wird der. Pulver-Druckverformvorgang mit
dem Ober- und Unterstempel 5 bzw. 3 durchgeführt.
Mit diesem Verfahren werden ein in Fig. 2b gezeigter Ventilsitz 8 und ein in Fig. 3b gezeigter Harz-Dichtungsring 9 hergestellt, die jeweils einen Bereich 8l
bzw. 91 aus einem besonderen Material mit spezifischen Kennwerten und Eigenschaften aufweisen.
Mit dem in den Fig. la bis Id gezeigten Verfahren wird die Masse an Sondormntorial, das erforderlich ist, um den gewünschten Formgegenstand herzustellen, nur in unzulänglichem Maß vermindert, wodurch folglich eine hinreichende und merkbare Senkung der Materialkosten nicht erreicht wird.
Um die oben herausgestellten Mangel zu beseitigen, wurde in der japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. 39 I66/1976 ein Verfahren offenbart, das die hier in Fig. ka bis 4d gezeigten Schritte umfaßt, wobei eine Presse mit einem einen inneren Unterstempel 3A sowie einen Zwischen-Unterstempel 3B enthaltenden Unterstempel zur Anwendung kommt. Um einen geformten Gegenstand unter Einsatz dieser Presse herzustellen, wird zuerst der innere Unterstempel 3a abgesenkt, worauf ein erstes Pulver A mit Hilfe einer ersten Beschickungsvorrichtung 6 eingeführt wird, und dann wird der Zwischen-Unterstempel 3B zum Einbringen eines zweiten Pulvers B mittels einer zweiten Beschickungsvorrichtung 7 abgesenkt. Anschließend wird ein Oberstempel 5 zur Ausfü-hrung des Pulver-Druckverformvorgangs abgesenkt. Mit diesem Verfahren ist es möglich, aus mehreren Schichten druckverformte Gegenstände, wie sie in Fig. 2a und 3a gezeigt sind, zu erhalten, also Gegenstände, bei denen lediglich ein Teil des Gesamtquerschnitts, d.h. der Bereich 8i bzw. 91, aus einem besonderen Material gefertigt ist. Wie oben hervorgehoben wurde, zeigen jedoch Pressen mit der beschriebenen Doppel-Unterstempelkonstruktion in bezug auf mechanische
Kraft und Stärke nur geringe Vierte, d.h., hier liegt eine Schwäche vor. Wenn darüber hinaus der innere Unterstempel sowie der Zwischen-Unterstempel nicht genau ineinanderpassen, so kann eine zufraedensteilende Pulverkompression nicht erreicht werden, was die Beständigkeit
in der Fertigung beeinträchtigt. Da der Unterstempel zwei Teilstempel 3A und 3B aufweist, wird seine Bedienung kompliziert, und es treten häufig Störungen und Schwierigkeiten auf.
Es ist demzufolge ein Ziel der Erfindung, einen aus mehreren Schichten bestehenden, aus Pulver druckverformten Gegenstand zu schaffen, bei dem in einer Druckoder Preßrichtung mehrere unterschiedliche Material» schichten oder -lagen vorhanden sind.
Ein weiteres Ziel ist darin zu sehen, ein Verfahren für eine Druckverformung von Pulver anzugeben, um einen Mehrschichtengegenstand durch Pulver-Druckverformung herzustellen, für den eine gegenüber Bekanntem verminderte Menge an einem besonderen Material erforderlich ist.
Ein noch weiteres Ziel besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung solcher geformter Gegenstände anzugeben, das gegenüber bekannten Verfahren vereinfacht ist, weniger Arbeitsschritte erfordert und ausgezeichnete Fertigungsergebnisse zeigt.
Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren mit Pulver-Druckverformung zur Herstellung eines Gegenstands mit mehreren druckverformten Schichten aus einer Mehrzahl von unterschiedlichen, in einer Preßrichtung angeordneten Materialien unter Ausnutzung von Relativbewegungen eines Oberstempels, eines Unterstempele, einer Matrize, zweier Beschickungsvorrichtungen und/oder eines Domes. Das Verfahren gemäß der Erfindung umfaßt die Schritte:
1. Ausbilden eines ersten Raumes mit Hilfe der Matrize und/oder des Domes sowie des Unterstempels, wobei wenigstens entweder die Matrize oder der Dorn mit einem Absatz in einer Druck- oder Preßrichtung versehen sind;
2. Einbringen eines ersten Pulvers in den ersten Raum mit Hilfe einer ersten Beschickungsvorrichtung;
3« Absenken des Untersterstempels, um einen zweiten Raum zu bilden, so daß die obere Fläche des ersten
Pulvers auf dem Absatz der Matrize oder des Dornes und die obere Fläche des ersten Pulvers auf dem Unterstempel eine Neigung erfahren und kontinuierlich in einer Pulver-Druckrichtung abfallen;
k. Einbring η eines zweiten Pulvers in den zweiten Raum;
5. Komprimieren des ersten und zweiten Pulvers.
Der Gegenstand gemäß der Erfindung ist ein aus Pulver druckverformtes Bauteil mit einer Mehrzahl von verschiedenartigen Materialschichten, die in einer Druckrichtung angeordnet sind, wobei die Grenze zwischen den verschiedenartigen Materialschichten geneigt verläuft. Die Höhenlinie der Grenze längs einer rechtwinklig zur Druckrichtung verlaufenden Erstreckung ist einem Teil der oder der gesamten Ruhe- oder Schüttkurve der ersten Pulverschicht gleichartig.
Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 5a bis 5f in einer Schnittdarstellung eine Reihe
von Arbeitsschritten zur Erläuterung einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung;
Fig. 6a bis 6f in einer Schnittdarstellung eine Reihe 25
von Arbeitsschritfcen zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung;
Fig. 7 eine Presse mit einem Dorn, in dem ein Absatz ausgebildet ist;
Fig. 8 einen Schnitt durch einen ersten druckverformten . Gegenstand gemäß der Erfindung;
Fig. 9 einen Schnitt durch einen zweiten druckverformten Gegenstand gemäß der Erfindung;
Fig. 10 einen Schnitt durch einen dritten druckverform-35
ten Gegenstand gemäß der Erfindung.
Das Verfahren zur Pulver-Druckverformung gemäß der Erfindung umfaßt die in Fig. 5 bzw. 6 dargestellten Schritte.
Gemäß der Verfahren nach der Erfindung weist wenigstens entweder die Matrize 2 (Fig. 5 und 6) oder ein Dorn 4 (Fig. 6) einen Absatz 21 (Fig. 5 und 6) und/oder 4l (Fig. 7) in einer Preßrichtung auf.
Das Formgebungsverfahren gemäß der Erfindung kann, wie folgt, zusammengefaßt werden:
1. Schritt (Fig. 5b und 6b): Ein erstes Pulver A wird über eine erste Beschickungsvorrichtung 6 in einen ersten Raum 31 eingeführt, der einen eigentlichen, von einem Matrizenabsatz 21 zwischen einer Matrize und einem Unterstempel 3 begrenzten Raum 30 und den durch eine Abwärts-Relativbewegung des Unterstempels 3 gebildeten Raum 31 umfaßt.
2. Schritt (Fig. 5c und 6c): Der Unterstempel 3 wird gegenüber der Matrize 2 abgesenkt, um einen zweiten Raum 32 derart zu bilden, daß die obere Fläche Al des über dem Absatz 21 der Matrize 2 bzw. über dem Absatz 4l des Domes 4 befindlichen ersten Pulvers A und die obere Fläche A2 des über dem Unterstempel 3 kefindlichen ersten Pulvers A eine Kurve beschreiben, die längs einer zur Preßrichtung rechtwixüLigen Richtung allmählich abfällt.
3· Schritt (Fig. 5d und 6d): Ein zweites Pulver B wird mit Hilfe einer zweiten Beschickungsvorrichtung 7
3" in den zweiten Raum 32 eingebracht.
4. Schritt (Fig. 5e und 6e): Das erste und zweite Pulver A bzw. B werden durch Druck verformt.
Ein als Beispiel angegebenes Verfahren gemäß der Erfindung umfaßt die in Fig. 5 dargestellten Schritte, ein anderes als Beispiel angegebenes Verfahren umfaßt die in Fig. 6 dargestellten Schritte.
Im einzolnon umfaßt das in Pig. 5 gezeigte Verfahren die folgenden sechs Schritte:
1. Schritt (Fig. 5a): Es wird entweder eine Matrize 2
angehoben ader ein Unterstempel 3 wird abgesenkt, um einen ersten Raum ^l zu bilden. Dieser Raum 31 umfaßt einen eigentlichen, durch den Absatz 21 der Matrize 2, durch die Matrize 2 selbst und durch den Unterstempel 3 begrenzten Raum 3°. Die Oberseite des Unterstempels 3 kann ober- oder unterhalb des Ab-]0 Satzes 21 liegen.
Die genaue Lage des Unterstempels 3 mit Bezug zum Absatz 21 hängt von der gewünschten Stärke der ersten Pulverschicht A sowie von der gewünschten Stärke der zweiten Pulverschicht B ab.
2. Schritt (Fig. 5b): In die Räume 30, 31 wird mit Hilfe einer ersten Beschickungsvorrichtung 6 ein erstes Pulver A eingegeben.
Bei diesem Schritt kann die durch die Relativbewegung zwischen Matrize 2 und Unterstempel 3 hervorgerufene Saugwirkung zum Einführen des ersten Pulvers A in die ersten Räume 3°, 31 ausgenützt werden, indem die erste Beschickungsvorrichtung 6 vor Durchführung des ersten Schrittes an einer Saugbeschickungsstelle angeordnet wird. Alternativ kann nach dem ersten Schritt ein Beschicken durchgeführt werden.
3. Schritt (Fig. 5c): Die Matrize 2 wird angehoben oder der Unterstempel 3 wird abgesenkt, um über der oberen Fläche Al des ersten Pulvers A einen zweiten Raum 32 zu bilden.
Bei diesem Schritt wird die oberhalb des Absatzes 21 befindliche obere Fläche Al des ersten Pulvers A nahezu auf gleicher Höhe mit der oberen Fläche der Ma-
trize 2 gehalten. Die oberhalb des Unterstempels 3 befindliche obere Fläche A2 des ersten Pulvers A wird jedoch durch Abwärts-Relativbewegung des Unterstempels 3 abgesenkt. Wenn die Abwärts-Relativbewegung des Unterstempels 3 beendet ist, so fließt ein Teil des ersten, über dem Absatz 21 befindlichen Pulvers A abwärts zum Unterstempel hin. Auf diese Weise bildet die obere Fläche des ersten Pulvers A eine Kurve, deren Gestalt durch Regelung der Strecke, über die der Unterstempel 3 abgesenkt wird, und durch Regelung der Absenkgeschwindigkeit des Unterstempels eingestellt werden kann.
4. Schritt (Fig. 5d) : Ein zweites. Pulver B wird mit Hilfe einer zweiten Beschickungsvorrichtung 7 in den zweiten Raum 32 eingebracht.
Um bei diesem Schritt ein Zusammenfallen der oberen Fläche des ersten Pulvers A und damit eine Änderung in deren Gestalt zu verhindern, sollte die zweite Beschickungsvorrichtung 7 erst nach Abschluß des zweiten Schrittes an eine Beschickungsstelle angeschlossen werden. Danach kann der Unterstempel 3 zur Bildung des zweiten Raumes 32 abgesenkt und gleichzeitig kann das zweite Pulver B in den zweiten Raum 32 mittels der zweiten Beschickungsvorrichtung 7 eingebracht werden.
5. Schritt (Fig. 5e): Der Obeisfcempel 5 wird mit Bezug zur Matrize 2 und zum Unterstempel 3 abgesenkt. Zusätzlich wird, nachdem dar Oberstempel abgesenkt. ist oder während er abgesenkt wird, der Unterstempel 3 mit Bezug zum Absatz 21 angehoben, um den Pulver-Druckformvorgang herbeizuführen.
Wenn bei diesem Schritt der Unterstempel 3 angehoben oder die Matrize 2 abgesenkt wird,bevor der Oberstempel die obere Fläche der Pulver A, B erreicht, so werden die Pulver A, B über die obere Fläche der Matrize 2 fließen. Deshalb soll der Unterstempel 3 mit Bezug zum Absatz 21 zugleich mit oder nach dem Absenken des Obersterapels 5 angehoben werden. Ferner ist es erwünscht, nachdem der Oberstempel 5 die obere Fläche der Pulver A, B erreicht, die Pulver A, B zwisehen dem Ober- und Unterstempel 5 bzw. 3 durch Bewegen eines jeden dieser Stempel mit relativ gleichen Geschwindigkeiten zusammenzupressen, um eine gleichförmige Pulverdichte bei der Druckverformung zu erhalten. Es ist deshalb anzustreben, den Unterstempel 3 oder die Matrize 2 zugleich mit dem Oberstempel 5 zu bewegen.
Einige funktioneile Teile oder geformte Gegenstände für spezielle Anwendungsfälle haben einen Aufbau, wobei die Schichten A1 B in der Preßrichtung parallel zueinander sind. Bei der Herstellung von aus Pulvern druckverformten Gegenständen mit dem soeben erwähnten Aufbau ist es wünschenswert, daß die Matrize 2 abgesenkt wird, nachdem der Oberstempel 5 auf
ZJ die obere Fläche des Pulvers abgesenkt ist* Zusätzlich ist es in einigen Fällen erwünscht, daß die Bodenfläche des Absatzes 21 der Matrize 2 durch Absenken des Oberstempels 5 und Anheben des Unterstempels 3 mit dessen oberer Fläche 33 bündig gemacht wird, und
wenn die gleichhohe Lage erreicht ist, wird der Arbeitsgang der Matrize 2 oder des Unterstempels 3 unterbrochen, und es wird allein der Oberstempel 5 weiter abwärtsbewegt, um den Pulver-Druckformvorgang zu vollenden. Durch dieses Vorgehen wird die Abwei-
chung zwischen der Menge an Pulver B oberhalb und unterhalb des Absatzes, nachdem die Pulver A, B komprimiert sind, vermindert, und die Ausbildung
einer Grenzflächenspannung wird leicht und einfach auf ein Mindestmaß zurückgeführt.
6. Schritt (Fig. 5f ) : Die Matrize 2 wird mit Bezug zum Unterstempel 3 abgesenkt, um den aus Pulver druckverformten Gegenstand 1 abzuführen.
In diesem Fall bewirkt, wenn der Absatz 21 in der Pulver-Preßrichtung und in der dazu rechtwinkligen Richtung lang ist, die Reibung zwischen der Innenoberfläche 23 der Matrize 2 und dem druckverformten Gegenstand 1 die Ausbildung von Spannungen und Rissen im aus Pulver geformten Gegenstand 1. Deshalb wird die Länge des Absatzes 21 in der Pulver-Preßrichtung und in der dazu rechtwinkligen Richtung unumgänglich begrenzt. Diese begrenzte Länge wird durch die Dichte und den Reibungskoeffizienten des Pulvers in der Pulver-Preßrichtung bestimmt. Es ist erwünscht, die Länge des Absatzes 21 auf einen relativ hohen Pegel durch Vorsehen einer feinen Schrägung an der Innenoberfläche der Matrize 2 zu vergrößern.
Das zweite Verfahren gemäß der Erfindung umfaßt die in den Fig. 6a bis 6f dargestellten Arbeitsschritte. Dieses Verfahren unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 5a bis 5f dadurch, daß bei dem zweiten Verfahren eine Presse mit einem Dorn k zur Anwendung kommt. In anderen Beziehungen ist das zweite Verfahren grundsätzlich dem ersten gleich.
Ein aus Pulver druckverformter Gegenstand, der durch das zweite Verfahren erhalten wird, hat üblicherweise eine Ringform. Die Stelle oder Stellen, wo der Absatz 21 und/ oder 4l vorgesehen ist bzw. sind, ist bzw. sind veränder-
lieh, was davon abhängt, welcher Abschnitt der Innenumfangsfläche des Ringes aus dem besonderen Pulvermaterial B oder welcher Abschnitt der Außenumfangsfläche des Ringes
aus dem besonderen Pulvermaterial B gefertigt werden soll.
Im erstgenannten Fall, wobei ein Abschnitt der Ring-Innenumfangsfläche aus dem besonderen Pulvermaterial B hergestellt werden soll, wird der Absatz 21 an der Innenfläche der Matrize 2 ausgebildet. Im zweiten Fall, also mit dem Abschnitt aus besonderem Pulvermaterial B am Außenumfang des Ringes, wird der Absatz kl an der Außenfläche des Domes 4 ausgebildet. Wenn sowohl die Innen- wie Außenumfangsflache des Ringes aus besonderem Pulvermaterial B gefertigt sein sollen, so werden Absätze 21 und 4l sowohl in der Matrize als auch im Dorn ausgebildet.
Obwohl die obige Beschreibung auf das erwähnte erste sowie zweite Verfahren abgestellt ist, so ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. So kann beispielsweise in Fig. 5e oder 6e der Unterstempel 3 an, einer höher als die obere Fläche 22 des Absatzes 21 gelegenen Stelle angeordnet werden, um einen geformten Gegenstand mit einem bodenseitigen Vorsprung zu bilden. Andererseits kann der Unterstempel 3 an einer tiefer als die obere Fläche 22 des Absatzes 21 gelegenen Stelle angeordnet werden, um einen geformten Gegenstand mit einer Vertiefung oder Kehle in seiner Bodenfläche zu bilden. Selbstverständlich können die Gestalt oder Form des Unterstempels 3» des Oberstempels 5 und der Oberfläche 22 des Absatzes 21 in passender Weise ausgewählt werden,
ow so daß sie eine der gewünschten Gestalt des ausgeformten Gegenstandes entsprechende Ausgestaltung haben.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann unter Verwendung einer Preßformmaschine mit vereinfachtem Aufbau durch-
geführt werden. Die Presse benötigt lediglich einen Oberstempel, einen Unterstempel sowie eine Matrize. Dieser vereinfachte Aufbau führt die Probleme des Be-
triebs und der Wartuns auf ein Minimum zurück, vermindert die Unfallmöglichkeiten und setzt die Anzahl an zur Ausformung des Formgegenstandes erforderlichen Arbeitsschritten herab. Insofern eignet sich das Verfahren gemäß der Erfindung in ausgezeichneter Weise zur Herstellung von geformten Gegenständen. Da die Stärke oder Dicke der zweiten Pulverschicht B verändert werden kann, ist es ferner möglich, die Menge an erforderlichem Sondermaterial zu vermindern.
10
Die Erfindung bezieht sich auch auf einen aus Pulver druckverformten Gegenstand, der unter Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens gemäß der Erfindung
leicht und einfach hergestellt werden kann. 15
Der aus Pulver druckverformte Gegenstand gemäß der Erfindung hat eine Grenze zwischen der ersten sowie zweiten Pulverschicht, deren Gestalt oder Form der Ruhe- oder Schüttkurve der ersten Pulverschicht sehr ähnlich ist, wobei ein Ende oder eine Stirnfläche oder beide Enden des geformten Gegenstandes einen Scheitelpunkt oder Scheitelpunkte der Grenzlinie oder -kurve bilden.
Die Fig. 8 zeigt einen aus Pulver druckverformten Gegenstand 1, der aus einem Mehrschichten-Verbundmaterial mit einer ersten Pulverschicht 11 und einer zweiten Pulverschicht 12 gefertigt ist. Am einen Ende oder an der einen Stirnwand 13 des Formteils 1 ist kaum eine Shicht
aus zweitem Pulver 12 vorhanden. Die Grenze 10 zwischen der ersten und zweiten Pulverschicht 11 bzw. 12 fällt allmählich zum anderen Ende oder zur anderen Stirnfläche Ik des Formteils 1 hin ab, wobei eine Kurve bestimmt wird, die der Ruhe- oder Schüttkurve des ersten Pulvers 11 gleichartig ist. Deshalb hat das zweite Pulver 12 an der Stirnfläche l4 des Formteils 1 eine große Dicke, und die zweite Pulverschicht ist in einem nahezu drei-
eckigen Bereich vorhanden, wobei die Ecke 3A der zweiten Pulverschicht ein Scheitelpunkt des Dreieckbereichs ist.
Der aus Pulver gepreßte Formgegenstand gemäß der Erfindung ist, wenn er mit einer zweiten, eine obere Fläche 15 und eine Seitenfläche l6 bildenden Pulverschicht 12 versehen ist, als funktionelles Teil von großem Nutzen.
Eine andere Ausführungsform des aus Pulver druckverformten Gegenstandes ist der in Fig. 9 gezeigte Ventilsitz.
Hierbei ist (Fig. 9) eine zweite Pulverschicht 12 derart ausgestaltet, daß sie lediglich eine Gleit- oder Anlagefläche 8O sowie eine Innenumfaiigsflache 82, an der eine hohe Wärmebelastung vorliegt, bildet. Ferner hat die Anlagefläche 8O eine gleichförmige Stärke. Deshalb ist im Vergleich mit herkömmlichen Formgegenständen die für den Ventilsitz gemäß der Erfindung erforderli-
ehe Schicht B sehr viel geringer als die bei den Ventilsitzen gemäß Fig. 2a und 2b erforderliche Schicht. Der in Fig. 9 gezeigte Ventilsitz kann durch Druckverformung der Pulver A, B in einer rechteckigen Form, wie durch die strichpunktierte Linie in Fig. 9 angedeutet ist,
und durch anschließendes Anpassen des geformten Teils an die gewünschte Gestalt des Gegenstandes, wie sie durch die ausgezogene Linie in Fig. 9 gezeigt ist, hergestellt werden. Alternativ kann das Pulver in das durch ausgezogene Linien in Fig. 9 dargestellte Endprodukt druckverformt werden.
Der in Fig. 8 gezeigte Gegenstand kann leicht nach dem in Fig. 5 dargestellten Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt werden, er kann jedoch gleicherweise nach abgewandelten Verfahrensschritten gefertigt werden.
Ein drittes Beispiel für ein Formteil gemäß der Erfindung ist ein in Fig. 10 gezeigtes Axial- oder Schublager 95· Bei diesem Lager 95 hat eine Grenzlinie 90 zwischen einer ersten sowie zweiten Pulverschicht 96 bzw. 97 ihre höchsten Punkte an den beiden Enden 93 und ihren niedrigsten Punkt an einer mittigen Stelle 9^. Die Grenzlinie 90 beschreibt eine der Ruhe- oder Schüttkurve der ersten Pulverschicht 96 gleichartige Kurve. Eine Gleitfläche 99 wird durch einen Bearbeitungsvorgang oder während des Pulver-Druckverformungsvorgangs gebildet. Das besondere zweite Pulvermaterial 97 bildet die Gleitfläche 99» und somit kann die Menge an zweitem Pulver auf ein Minimum herabgedrückt werden. Das Formteil gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird vorzugsweise nach dem in Fig. 5 gezeigten Verfahren hergestellt, wobei ein Absatz 21 am gesamten Innenumfang der Matrize 2 vorgesehen tiird. Das Formteil kann jedoch auch mit Hilfe anderer Verfahren hergestellt werden. Insoweit ist die Erfindung nicht auf die vorher beschriebenen Herstellungsverfahren beschränkt. Ein in Fig. 9 gezeigter Ansatz 98 kann gemäß dem anhand von Fig. 5 erläuterten Verfahren gefertigt werden, wobei während des Schritts 5e der Unterstempel 3 an einem tiefer als die obere Fläche 22 des Absatzes 21 liegenden Punkt angehalten und der PuI-ver-Preßvorgang mit dem Oberstempel 5 durchgeführt wird.
Wie erläutert wurde, hat der geformte Gegenstand gemäß der Erfindung eine Grenze zwischen der ersten sovrie zweiten Pulverschicht, die der Ruhekurve der ersten PuI-verschicht gleichartig ist. Deshalb kann, wenn die zweite Pulverschicht für einen speziellen Anwendungsfall als Verbundmaterial verwendet wird, die Menge an zweitem Pulvermaterial vermindert und dieses zweite Material
gleichförmig im kritischen Bereich vorgesehen werden. 35
] Der geformte Gegenstand gemäß der Erfindung ist nicht auf die oben erläuterten drei Ausführungsformen (Fig. bis 10) beschränkt. Beispielsweise kann der in Fig. gezeigte, aus Pulver druckverformte Gegenstand als ein Dichtungsring, dessen Lippenteil aus dem zweiten Pulver besteht, und als Ventilstößel in einer Brennkraftmaschine verwendet werden.
Der aus Pulver druckverformte Gegenstand kann nach einem Sintern und Brennen verwendet werden, und er kann in manchen Fällen Nachbehandlungen, wie Tränkung, Imprägnierung, Schwefelung, Nitrierung und Härten, unterworfen werden.

Claims (1)

  1. Pat entansprüche
    Pulver-Druckverformungsverfahren zur Herstellung eines mehrlagigen, aus Pulver druckverformten Gegenstandes mit unterschiedlichen, in einer Preßrichtung angeordneten Materialschichten unter Anwendung von Relativbewegungen eines Oberstempels, eines Unterstempels, einer Matrize sowie einer ersten und zweiten Beschickungsvorrichtung, gekennzeichnet durch Ausbilden eines ersten Raumes (31) zwischen der mit einem inneren Absatz (21) versehenen Matrize (2) und dem Unterstempel (3)» durch Einbringen eines ersten Pulvers (A) in den ersten Raum (31), durch Absenken des Unterstempels (3) relativ zur Matrize (2) zur Ausbildung eines zweiten Raumes (32) oberhalb der oberen Fläche des ersten Pulvers (A), durch Einbringen eines zweiten Pulvers (B) in den zweiten Raum (32) und durch Zusammenpressen des ersten sowie zweiten Pulvers zur Ausbildung eines mehrlagigen, aus Pulver druckverformten Gegenstandes (l).
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zei chnet, daß der Absatz (21) an wenigstens einem Teil der Innenoberfläche der Matrize (2) ausgebildet ist.
    3- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Absatz (21) an der gesamten Innenoberfläche der Matrize (2) ausgebildet ist.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichn et, daß durch Absenken des Unterstempeis (3) mit Bezug zur Matrize (2) die obere Fläche des ersten Pulvers (A) über dem Absatz (21) der Matrize und über dem Unterstempel derart gebildet wird, daß diese Oberfläche in der Preßrichtung eine ungleichförmige Höhe aufweist.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestalt der oberen Fläche des ersten Pulvers (A) durch Regeln des Maßes des relativen Absenkens und des Gesamtbetrages des relativen Absenkens zwischen Unterstempel und Matrize eingestellt wird.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 51 dadurch gekennzeichnet, daß das erste Pulver (A) in den ersten Raum (31) durch die erste Beschickungsvorrichtung (6) und das zweite Pulver (B) in den zweiten Raum (32) durch die zweite Beschickungsvorrichtung (7) eingebracht wird.
    7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Pulver (A, B) durch Absenken des Oberstempels (5) JD mit Bezug zur Matrize (2) und zum Unterstempel (3) zusammengepreßt wird.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7j dadurch gekennzei. chnet, daß das erste und zweite Pulver (A, B) auch durch Anheben des Unterstempels (3) mit Bezug zum Absatz (21) zusammengepreßt wird.
    9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
    gekennzeichnet, daß in einer Endlage nach Zusammenpressen des ersten und zweiten Pulvers eine obere Fläche (33) des Unterstempels (3) mit "IO "einer Bodenfläche (22) des Absatzes (21) bündig ist.
    10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Endlage nach dem Zusammenpressen des ersten und zweiten PuI-vers eine obere Fläche (33) des Unterstempels (3) unterhalb einer Bodenfläche (22) des Absatzes (21) liegt.
    11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Endlage
    nach dem Zusammenpressen des ersten und zweiten Pulvers eine obere Fläche (33) des Unterstempels (3) oberhalb einer Bodenfläche (22) des Absatzes (21) liegt.
    25
    12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß während des Zusammenpressens des ersten und zweiten Pulvers (A, B) der Unterstempel '(3) und der Oberstempel (5) gleichzeitig mit annähernd gleicher Geschwindigkeit angehoben bzw. abgesenkt werden.
    13· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß während des Zusammenpressens des ersten und zweiten Pulvers (A, B) sowie nach Anlage des Oberstempels (5) an der oberen Fläche des zweiten Pulvers (B) lediglich der Oberstempel zur Pulverkompression bewegt wird.
    Ik, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß zur Entnahme des druckverformten Gegenstandes (l) der Oberstempel (5) relativ zur Matrize (2) sowie zum Unterstempel
    (3) bewegt wird und anschließend der Unterstempel mit Bezug zur Matrize angehoben wird.
    15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch Anschließen der ersten Beschickungsvorrichtung (6) vor Einbringen des ersten Pulvers (A) in den ersten Raum (31) an eine Saug-Beschickungsstelle und durch Anschließen der zweiten Beschickungsvorrichtung (7) vor Einbringen des zweiten Pulvers (B) in den zweiten Raum (32)
    '^ an eine zweite Saug-Beschickungsstelle.
    16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Pulver (B) in den zweiten Raum (32) zugleich mit der Relativbewegung zwischen Matrize (2) bei Ausbildung des zweiten Raumes (32) eingebracht wird.
    17· Pulver-Druckverformungsverfahren zur Herstellung eines mehrlagigen, aus Pulver druckverformten Gegen-
    *** Standes mit unterschiedlichen, in einBr Preßrichtung angeordneten Materialschichten unter Anwendung von Relativbewegungen eines Oberstempels, eines Unterstempels, einer Matrize, eines Dornes sowie einer ersten und zweiten Beschickungsvorrichtung,
    gekennzeichnet durch Ausbilden eines ersten Raumes (31) zwischen der Matrize (2), dem Dorn (k) und dem Unterstempel (3), wobei wenigstens entweder die Matrize oder der Dorn einen an ihnen ausgebildeten Absatz (21, kl) aufweisen, durch Ein-
    bringen eines ersten Pulvers (A) in den ersten Raum (31), durch Absenken des Unterstempels (3) mit Bezug zur Matrize (2) und zum Dorn (k) zur Ausbildung eines
    • zweiten Raumes (32) über einer oberen Fläche des ersten Pulvers (A), durch Einbringen eines zweiten Pulvers (B) in den zweiten Raum (32) und durch Zusammenpressen des ersten sowie zweiten Pulvers zur Ausbildung des druckverformten Gegenstandes (1).
    l8. Verfahren nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß der Absatz (21) an wenigstens einem Teil der Innenoberfläche der Matrize (2) ausgebildet ist.
    19· Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch
    gekennzeichnet, daß ein weiterer Absatz (kl) an wenigstens einem Teil einer Außenoberfläche '5 des Dornes (4) ausgebildet ist.
    20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 197 dadurch gekennzeichnet, daß durch Absenken des Unterstempels (3) mit Bezug zur Matrize (2) die obere ^υ Fläche des ersten Pulvers (A) über wenigstens einem der Absätze (21, kl) und über dem Unterstempel derart gebildet wird, daß diese Oberfläche in der Preßrichtung eine ungleichförmige Höhe aufweist.
    ■^ 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Fläche des ersten Pulvers (A) in der Preßrichtung ihre höchsten Stellen (93) an gegenüberliegenden, zur Preßrichtung parallelen Seiten des geformten Gegenstandes (1) hat
    und daß die Höhe der oberen Fläche in der Preßrichtung an einer annähernd mittig zwischen den gegenüberliegenden Seiten des geformten Gegenstandes gelegenen Stelle (9^) am geringsten ist.
    22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch
    gekennzeichnet, daß die Gestalt der oberen Fläche des ersten Pulvers (A) durch Regeln des Maßes des relativen Absenkens und des Gesamtbeträges des relativen Absenkens zwischen Unterstempel und Matrize eingestellt wird.
    23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichn et, daß das erste Pulver (A) in den ersten Raum (31) durch die erste Beschikküngsvorrichtung (6) und das zweite Pulver (B) in den zweiten Raum (32) durch die zweite Beschickungsvorrichtung (7) eingebracht wird.
    24. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet,, daß das erste und zweie Pulver (A, B) durch Absenken des Oberstempels (5) mit Bezug zur Matrize (2), zum Dorn (4) und zum Unterstempel (3) zusammengepreßt werden und daß der Unterstempel mit Bezug zum Absatz (21, 4l) angehoben wird.
    25. Verfahren nach einem der Ansprüche I7 bis 24, dadurch
    gekennzeichnet, daß in einer Endlage
    Δ*> nach dem Zusammenpressen des Pulvers eine obere Fläche (33) des Unterstempels (3) mit einer Bodenfläche von wenigstens einem der Absätze (21, 4l) bündig ist.
    26. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch
    gekennzeichnet, daß in einer Endlage nach dem Zusammenpressen des Pulvers eine obere Fläche (33) des Unterstempels (3) unterhalb einer Bodenfläche von wenigstens einem der Absätze (21, 4l)
    liegt.
    35
    27. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzei chnet, daß in einer Endlage nach dem Zusammenpressen des Pulvers eine obere Fläche (33) des Unterstempels (3) oberhalb einer Bodenfläche von wenigstens einem der Absätze (21, 4l) liegt.
    28. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch
    gekennzeichnet, daß während des Zusatnmenpressens des ersten und zweiten Pulvers (A, B) der Unterstempel (3) und der Oberstempel (5) gleichzeitig mit annähernd gleicher Geschwindigkeit angehoben bzw. abgesenkt werden.
    •5 29. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß während des Zusammenpressens des ersten und zweiten Pulvers (A, B) sowie nach Anlage des Oberstempels (5) an der oberen Fläche des zweiten Pulvers (B) lediglich der Ober-
    stempel zur Pulverkompression bewegt wird.
    30. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entnahme des druckverformten Gegenstandes (l) der Oberstempel (5)
    relativ zur Matrize (2), zum Dorn (4) sowie zum Unterstempel (3) bewegt wird und anschließend der Unterstempel mit Bezug zur Matrize angehoben wird.
    31· Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 30» 30
    gekennzeichn et durch Anschließen der ersten Beschickungsvorrichtung (6) vor Einbringen des ersten Pulvers (A) in den ersten Raum (31) an eine Saug-Beschickungsstelle und durch Anschließen der zweiten Beschickungsvorrichtung (7) vor Einbringen des zweiten Pulvers (B) in den zweiten Raum (32) an eine zweite Saug-Beschickungsstelle.
    32· Verfahren nach Anspruch 311 dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Pulver (B) in den zweiten Raum (32) zugleich mit der Relativbewegung zwischen Matrize (2) und Unterstempel (3) bei Ausbildung des zweiten Raumes eingebracht- wird.
    33· Aus Pulver druckverformter Gegenstand, gekennzeichnet durch eine erste sowie zweite, verschiedenartige Materialen enthaltende Schicht (96 bzt*. 97) und durch eine zwischen den verschiedenartigen Materialien befindliche Grenze (90), die mit Bezug zu einer Preßrichtung geneigt verläuft sowie längs einer rechtwinklig zur Preßrichtung verlaufenden Richtung unterschiedliche Höhen aufweist. .
    34. Gegenstand nach Anspruch 33» dadurch gekennzeichnet, daß die Grenze (90) zwischen erster sowie zweiter Pulverschicht eine der Form der Ruhekurve der ersten Pulverschicht (96) gleichartige Gestalt hat.
    35· Gegenstand nach Anspruch 33 oder 3^» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Pulverschicht (97) im Schnitt eine dreieckförmige Gestalt hat, wobei eine Ecke (14) der zweiten Pulverschicht einen Scheitel des Dreiecks bildet, daß die Höhe der zweiten Pulverschicht in der Preßrichtung an einer ersten Seite (13) des Gegenstandes (1) am geringsten ist, daß die Höhe der zweiten Pulvarschicht zu einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite (16) hin fortlaufend zunimmt sowie an dieser zweiten Seite (l6) am größten ist und daß die erste sowie zweite Seite in der Preßrichtung parallel
    zueinander verlaufen.
    35
    36. Gegenstand nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzei chnet, daß die Grenzlinie (90) im Schnitt an in Preßrxchtung gegenüberliegenden und zueinander parallelen Seiten des geformten Gegenstandes ihre höchsten Punkte (93) hat und daß die Höhe der Grenzlinie in der Preßrichtung annähernd mittig zwischen den gegenüberliegenden Seiten am geringsten ist.
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