DE3206981C2

DE3206981C2 - Verfahren zum Formpressen von Pulver und aus Pulver druckverformter Gegenstand

Info

Publication number: DE3206981C2
Application number: DE3206981A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Hatogaya Saitama Ebihara
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1981-02-26
Filing date: 1982-02-26
Publication date: 1985-07-11
Also published as: US4419413A; DE3206981A1; JPH0139879B2; JPS57142798A

Abstract

Es wird ein Pulver-Druckverformungsverfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen, aus Pulver druckverformten Gegenstandes offenbart. Mehrere Schichten aus verschiedenartigen Materialien sind in einer Preßrichtung angeordnet. Das Verfahren macht von Relativbewegungen zwischen einem Oberstempel, einem Unterstempel, einer Matrize mit einem darin ausgebildeten Absatz und zwei Beschickungsvorrichtungen Gebrauch. Der aus Pulver druckverformte, nach dem Verfahren erzeugte Gegenstand benötigt eine verminderte Menge an Sondermaterial. Das Pulver-Druckverformungsverfahren umfaßt die folgenden Schritte: Ausbilden eines ersten Raumes durch Bewegen der Matrize relativ zum Unterstempel; Einbringen eines ersten Pulvers mit Hilfe einer ersten Beschickungsvorrichtung in den ersten Raum; Absenken des Unterstempels mit Bezug zur Matrize zur Ausbildung eines zweiten Raumes derart, daß eine obere Fläche des ersten, auf dem Absatz der Matrize befindlichen und auf dem Unterstempel befindlichen Pulvers eine ungleichförmige Höhe aufweist; Einbringen eines zweiten Pulvers in den zweiten Raum; Bewegen des Oberstempels zum Unterstempel hin, um das erste sowie zweite Pulver zu komprimieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 3 angegebenen Gattung. Ein solches Verfahren ist aus der JP-Patentanmeldung 51-39 166 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren sind zwei in Längsrichtung parallel zueinander verschieblichc Untcrstemoel erforderlich, die zur Volumenvergrößerung des Formhohlraumes zu unterschiedlichen Zeitpunkten abgesenkt werden.

Diese beiden Unterstempel erschweren und komplizieren die Durchführung des bekannten Verfahrens und führen zu einer Begrenzung der zulässigen Preßkräfte.

Dec Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der aus der angegebenen japanischen Patentanmeldung bekannten Gattung so auszubilden, daß eine Vereinfachung des Verfahrensablaufes ^..rmöglicht ίο wird.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 3 angegebenen Ausführungsformen der Erfindung gelöst.

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische ι: Fortschritt ergibt sich in erster Linie daraus, daß das Verfahren ohne Verwendung zweigeteilter UnterDtempel abläuft, da eine im unteren Teil des Formhohlraumes in diesen vorspringende Stufe, die bei der A'isführungsform gemäß Anspruch 1 im unteren Teil der Matrize und bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 3 an einem den Unterstempel umgebenden Kern ausgebildet ist, einen zweigeteilten Unterstempel überflüssig macht

In den Unteransprüchen 2 sowie 4 und 5 sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf den Stand der Technik anhand von Figuren näher beschrieben. Es zeigen

Fig. la bis Id ein herkömmliches Verfahren zum Druckformen von Pulver in einer Folge von schematisch dargestellten Schnitten,

Fig.2a und 2b sowie 3a und 3b senkrechte Schnitte durch mit Hilfe des herkömmlichen Verfahrens hergestellte Formteile und

Fig.4a bis 4d das den nächstkommenden Stand der Technik repräsentierende Verfahren zum Druckformen von Pulver anhand einer Folge von schematischen Schnittdarstellungen, wobei mit Hilfe dieses Verfahrens die Formteile gemäß F i g. 2?. und 3a hergestellt sind, wohingegen die in den Fig.2t- -ind 3b dargestellten Formteile mit Hilfe des in den F i g. 1 a bis 1 d erläuterten herkömmlichen Verfahrens hergestellt sind,

Fig. 5a bis 5f eine Ausführungsform der Erfindung anhand einer Reihe von schematischen Schnittdarstellungen,

Fig.6a bis 6f eine weitere Ausführungsform der Erfindung anhand einer Reihe von schematischen Schnittdarstellungen,

F i g. 7 einen schematischen Schnitt durch eine Presse mit einem von einem Unterstempel umgebenen Kern, so wobei in dem Kern eine Stufe ausgebildet ist,

F i g. 8 einen Schnitt durch ein erstes nach der Erfindung hergestelltes Formteil,

F i g. 9 einen Schnitt durch ein zweites nach der Erfindung hergestelltes Formteil und

F i g. 10 einen Schnitt durch ein drittes nach der Erfindung hergestelltes Formteil.

Aus mehreren Pulverschichten druckverformte Gegenstände wurden bisher im allgemeinen meistens nach einem Verfahren und mit einer Presse gemäß Fig. la bo bis Id erzeugt. Die Presse weist eine Matrize 2, einen Unterstempel 3, einen Oberstempei 5, eine erste Beschickungsvorrichtung 6 (Fi g. la) und eine zweite Beschickungsvorrichtung 7 (Fig. Ib) auf. Um einen Gegenstand gemäß dem herkömmlichen Verfahren her/.ub5 stellen, 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 Untcrstempe! 3 hochgefahren oder letzterer relativ zur Matrize 2 abgesenkt wird. Danach wird die Pulver-Druckverformung mit dem Ober- und Unterstempel 5 bzw. 3 durchgeführt

Mit diesem Verfahren werden ein in Fig.2b gezeigter Ventilsitz 8 und ein in F i g_3b gezeigter Harz-Dichtungsring 9 hergestellt, die jeweils einen Bereich 81 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 Sondermaterial, 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. 39 166/1976 ein Verfahren offenbart, das die hier in Fig.4a 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 gefoimten 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 35 zum Einbringen eines zweiten Pulvers B mittels einer zweiten Beschickungsvorrichtung 7 abgesenkt. Anschließend wird ein Oberstempel 5 zur Ausführung 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 81 bzw. 91, aus einem besonderen Material gefertigt ist. Wie oben hervorgehoben wurde, zeigen jedoch Pressen mit der beschriebenen D-ippel-Unterstempe!konstruktion in bezug auf mechanische Kraft und Stärke nur geringe Werte, d. h., hier liegt eine Schwäche vor. Da der Unterstempel zwei Teilstempel 3A und 3B aufweist, wird seine Bedienung kompliziert, und es können eher Störungen und Schwierigkeiten auftreten.

Beim Verfahren nach der Erfindung erfolgt das Absenken des Unterstempels relativ zu einer im unteren Teil der Matrize ins Innere des Formhohlraumes vorspringenden Stufe, wobei diese Stufe gemäß F i g. 5 und 6 in der Matrize 2 oder gemäß F i g. 7 am Kern ausgebildet ist.

Das Verfahren nach der Enindung wird in der folgenden Reihenfolge der Verfahrensschritte durchgeführt:

1. Schritt (Fig.5b und 6b): Ein erstes Pulver A wird über eine erste Beschickungsvorrichtung 6 in einen Formhohlraum eingeführt, der einen von einer Matrizenstufe 21 zwischen einer Matrize 2 und einem Unterstempel 3 begrenzten Raum 30 und einen durch eine Senkbewegung des Unterstempels 3 gebildeten Raum 31 umfaßt. Die genaue Lage des Unterstempels 3 mit Bezug zur Stufe 21 hängt von der gewünschten Stärke der ersten Pulverschicht A sowie von der gewünschten Stärke der zweiten Pulverschicht öab.

2. Schritt (F i g. 5c und 6c): Der Unterstempcl 3 wird gegenüber der Stufe Jür Matrize 2 abgesenkt, um eine Mulde 32 gemäß der Böschungskurve des ersten Pulvers derart zu bilden, daß die obere Fläche A 1 des über der Stufe 21 der Matrize 2 bzw. über der Stufe 41 des Kernes 4 befindlichen ersten Pulvers A und die obere Fläche A 2 des über dem Unterstempel 3 befindlichen ersten Pulvers A eine Kurve beschreiben, die längs einer zur Preßrichtung rechtwinkligen Richtung allmählich abfällt Wenn die Abwärtsbewegung des Unterstempels 3 beendet ist, so fließt ein Teil des ersten, über dem

ίο 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 Wahl der Strecke, über die der Unterstempel 3 abgesenkt wird, und durch Wahl der Ab-Senkgeschwindigkeit des Unterstempels eingestellt werden kann.

3. Schritt (F i g. 5d und 6d): Ein anderes Pulver B wird mit Hilfe einer zweiten Beschickungsvorrichtung 7 in die Mulde 32 eingebracht, was auch gleichzeitig mit dem Absenken des Unterstempels gegenüber der Stufe geschehen kann.

4. Schritt (F i g. 5e und 6e): Die beiden Pulver A bzw. B werden durch Druck verformt, wobei bekannte Verfahren der Relativbewegungen der Stempel und Matrize zueinander angewendet werden können.

5. Die Matrize 2 wird schließlich mit Bezug zum Unterstempel 3 abgesenkt, um den aus Pulver druckverformten Gegenstand 1 abzuführen.

In diesem Fall bewirkt, wenn die Scufe 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 der Stufe 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-P^reßrichtung bestimmt. Es ist erwünscht, die Länge der Stufe 21 auf einen relativ hohen Pegel durch Vorsehen einer feinen Schrägung an der Innenoberfiäche der Matrize 2 zu vergrößern.

Die zweite Ausführungsform des Verfahrens ist in den F i g. 6a bis 6f dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen gemäß F i g. 5a bis 5f dadurch, daß eine Presse mit einem Kern 4 zur Anwendung kommt.

Ein aus Pulver drackverformter Gegenstand, der durch die zweite Ausführungsform erhalten wird, hai üblicherweise eine Ringform. Die Stelle oder Stellen, wo die Stuten 21 und/oder 41 vorgesehen ist bzw. sind, ist bzw. sind veränderlich, was davon abhängt, welcher A bschnitt der Innenumfangsfläche des Ringes aus dem besonderen Pulvermaterial B oder welcher Abschnitt der Außenumfangsfläche des Ringes aus dem besonderen Pulvermaterial ßgef ',rtigt werden soll.

eo Im erstgenpnnten Fall, wobei ein Abschnitt der Ring- !nnenumfangsfläche aus dem besonderen Pulvermaterial B hergestellt werden soll, wird die Stuf? 21 an der Innenfläche der Matrize 2 ausgebildet. Im zweiten Fall, also mit dem Abschnitt aus besonderem Pulvermaterial

e>5 B am Außenumfang dv:? Ringp.s, wird die Stufe 41 an der Außenfläche des Kernes 4 ausgebildet. Es können auch Stufen 21 und 41 zugleich angeordnet sein.

Ferner kann in F i g. 5c oder 6c der Unterstempel 3 an

einer höher als die waagerechte Ebene 22 der Stufe 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 waagerechte Ebene 22 der Stufe 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 Ebene 22 der Stufe 21 in passender Weise ausgewählt werden, so daß sie eine der gewünschten Gestalt des ausgeformten Gegenstandes entsprechende Ausgestaltung haben.

Das Verfahren gemä3 der Erfindung kann unter Verwendung einer Preßformmaschine mit vereinfachtem r, Aufbau durchgeführt werden. Die Presse benötigt lediglich einen Oberstempel, einen Unterstempel sowie eine Matrize. Dieser vereinfachte Aufbau führt die Probleme des Betriebs und der Wartung 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.

Die F i g. 8 zeigt einen aus Pulver druckverformten Gegenstand 1, der aus einem Verbundmaterial mit einer ersten Pulversen.:ht 11 und einer zweiten Pulverschicht 12 gefertigt ist. Am einen Ende oder an der einen Stirnwand 13 des Formteil«· 1! ist kaum eine Schicht aus zweitem Pulver 12 vorhanden. Die Grenze 10 zwischen der ersten und zweiten Puiverschicht 11 bzw. 12 fällt allmäh lieh zum anderen Ende oder /ur anderen Stirnfläche 14 ji des Formteils 1 hin ab. wobei eine Kurve bcsiiiuitii wird, die der Kühe- oder Schüttkurve des ersten Pulvers Π gleichartig ist. Deshalb hat das zweite Pulver 12 an der Stirnfläche 14 des Formteils 1 eine große Dicke, und die zweite Pulverschicht ist in einem nahezu dreieckigen Bereich vorhanden, wobei die Ecke 14 der zweiten Pulverschicht ein Scheitelpunkt des Dreiecksbereichs ist.

Eine andere Ausführungsform des aus Pulver druckverformten Gegenstandes ist der in F i g. 9 gezeigte Ventilsitz.

Hierbei ist (F i g. 9) eine zweite Pulverschicht 12 derart ausgestaltet. da3 sie !ediglich eine Gleit- ode'.· AnIagefläche 80 sowie eine Innenumfangsfläche 82. an der eine hohe Wärmebelastung vorliegt, bildet. Ferner hat die Anlagefläche 80 eine gleichförmige Stärke. Deshalb ist im Vergleich mit herkömmlichen Formgegenständen die für den Ventilsitz gemäß der Erfindung erforderliche Schicht B sehr viel geringer als die bei den Ventilsitzen gemäß Fig. 2a und 2b erforderliche Schicht. Der in F i g. 9 gezeigte Ventilsitz kann durch Druckverformung s". 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 F i g. 9 gezeigt ist. hergestellt oo werden. Alternativ kann das Pulver in das durch ausgezogene Linien in F i g. 9 dargestellte Endprodukt druckverformt werden.

Ein drittes Beispiel ^rür ein Formteil gemäß der Erfindung ist ein in F i g. 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 Putiki an einer mittigen Stelle 94. Die Grenzlinie 90 beschreibt eine der Ruhe- oder Schüttkurve der ersten Pulverschicht % 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 wird. Ein in F i g. 10 gezeigter Ansatz 98 kann gemäß dem anhand von F i g. 5 erläuterten Verfahren gefertigt werden, wobei während des Schritts 5c der Untcrstempel 3 an einem tiefer als die obere Fläche 22 des Absatzes 21 liegenden Punkt angehalten und der Piilver-Prcßvorgang mit dem Obcrstempel 5 durchgeführt wird.

Der geformte Gegenstand gemäß der Erfindung ist nicht auf die oben erläuterten drei Ausführungsformen (Fig.8 bis 10) beschränkt. Beispielsweise kann der in Fig. 10 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 in bekannter Weise nach einem Sintern und Brennen verwendet werden, und er kann in manchen Fällen Nachbehandlungen, wie Tränkung, Imprägnierung, Schwefelung. Nitrierung und Härten, unterworfen werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Druckformen von Pulver wie Sintermetallpulver oder Harzpu'iver zum Formteilen wie Ventilsitzringen, Ventilstößeln, Dichtungen usw, welche bereichsweise aus unterschiedlichem Pulvermaterial aufgebaut sind, durch Beschicken eines von einer Matrize und einem — in ihr in erster Füllstellung befindlichen — Unterstempel gebildeten Formhohlraumes mit einem ersten Pulvermaterial, Herbeiführen einer Volumenvergrößerung des Formhohlraumes durch Absenkung des Unterstempels, oberflächenbündiges Nachfüllen des vergrößerten Formhohlraumes mit einem anderen Pulver, Pressen der Pulver in einem Vorgang mittels Ober- und Unterstempel im Formhohlraum, sowie Freisetzen des Formteiles, dadurch gekennzeichnet, daß das Absenken des Unterstempels (3) relativ zu einer im unteren Teil der- Matrize ins Innere des Formhohlrauiües vorspringenden Stufe (21) erfolgt zwecks Ausbildung einer Mulde gemäß der Böschungskurve des ersten Pulvers an dessen Oberfläche, bevor das Nachfüllen des anderen Pulvers erfolgt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Unterstempel umgebender Kern verwendet wird.

3. Verfahren zum Druckformen von Pulver wie Sintermetallpulver oder Harzpulver zu Formteilen wie Ventil-'tzringen, Ventilstößeln, Dichtungen usw., welche bereichsweise aus unterschiedlichem Pulvermaterial aufgebaut sind, durch Beschicken eines von einer Matrize und einerr: — i-; ihr in erster Füllstellung befindlichen — Untersternpel gebildeten Formhohlraumes mit einem ersten Pulvermaterial, Herbeiführen einer Volumenvergrößerung des Formhohlraumes durch Absenkung des Unterstempels, oberflächenbündiges Nachfüllen des vergrößerten Formhohlraumes mit einem anderen Pulver, Pressen der Pulver in einem Vorgang mittels Ober- und Unterstempel im Formhohlraum, sowie Freisetzen des Formteiles, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines vom Unterstempel umgebenen Kernes (4) das Absenken des Unterstempels relativ zu einer im unteren Bereich des Formhohlraumes am Kern vorspringenden Stufe (41) erfolgt zwecks Ausbildung einer Mulde gemäß der Böschungskurve des ersten Pulvers an dessen Oberfläche, bevor das Nachfüllen des anderen Pulvers erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Absenken und Anheben des Unterstempels in seinem Ausmaß eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verpressen die Oberfläche des Unterstempels in die waagerechte Ebene der Stufe (21; 41) bewegt wird.