DE3323279A1

DE3323279A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von formlingen durch warmpressen von metallpulver

Info

Publication number: DE3323279A1
Application number: DE19833323279
Authority: DE
Inventors: Christer 64400 Torshälla Aaslund; Torbjörn 63347 Eskilstuna Andersson
Original assignee: Nyby Uddeholm 64480 Torshaella AB; Nyby Uddeholm AB
Current assignee: NYBY UDDEHOLM POWDER TORSHAELLA SE AB
Priority date: 1982-07-05
Filing date: 1983-06-28
Publication date: 1984-01-05
Also published as: GB2125829B; GB2125829A; SE8204133L; GB8318061D0; US4601878A; SE8204133D0

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Formungen durch Warmpressen von Metallpulver

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Formungen durch Warmpressen von Metallpulver, vorzugsweise sphärischem Pulver von Eisen, Stahl, rostfreiem Stahl, Nickellegierungen und anderen Metallen, wie Titan, Aluminium oder dergleichen sowie deren Legierungen, innerhalb einer dünnwandigen Kapsel aus Stahlblech oder dergleichen.

Herkömmlich wird zu diesem Zweck Metallpulver in einen durch Tiefziehen, Rückdrehen oder einem ähnlichen Verfahren hergestellten Blechbehälter eingefüllt und nach dem Verschließen des Behälters verdichtet. Bei diesem bekannten Verfahren weisen die Form- bzw. Presslinge erhebliche Über- und Untermaße auf. Die Toleranzunsicherheit ist sehr groß. Bei Untermaß kann der Formling nur noch als Schrott verwendet werden. Bei Übermaß ist eine teure, meist spanabhebende Nachbearbeitung erforderlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung zur Durchführung des Ver-

fahrens so abzuändern, daß eine hohe Toleranzsicherheit, d.h. eine große Maßgenauigkeit beim Form- bzw. Pressling erhalten wird.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens erfindungsgenäß durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 und bezüglich der Vorrichtung durch die Maßnahmen nach Patentanspruch 4 gelöst.

Durch die Erfindung wird in überraschend einfacher Weise eine hohe Maßgenauigkeit beim Formling erhalten. Nachbearbeitungen sind entbehrlich.

Die innere Einsatzhülse hat vorzugsweise die Form eines gewöhnlichen Rohres mit zylindrischem,ovalem,rechteckförmigem oder dergleichen Querschnitt. In entsprechender Weise sind natürlich Deckel und Boden ausgebildet. Durch die zentrale innere Einsatzhülse wird erreicht, daß der äußere Druck zum Verpressen des in die erfindungsgemäß ausgebildete Kapsel eingefüllten Metailpulvers gleichmäßig auf dieses einwirkt und das Metallpulver in insbesondere radial gerichtete Forrahohlräume drückt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Es sei jedoch ergänzend erwähnt, daß die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Form vorzugsweise eine geteilte Form aus massivem Material ist, dessen Fließgrenze höher ist als die Fließgrenze des Metallpulvers bei den angewandten Temperaturen und Drücken. Boden und Deckel der Kapsel kämen ebenfalls aus dünnem Stahlblech, vorzugsweise ZCaIstahlblech, bestehen, vorzugsweise sind Boden und Deckel jedoch massive Ringplatten mit einer Dicke, die etwa 5 bis 1Ofach so groß ist wie die Wandstärke der inneren und äußeren Kapselhülsen. Deckel und Boden sind zwischen innerer und äußerer Kapselhülse fluiddicht angeordnet, vorzugsweise mit innerer und äußerer Hülse verschweißt.

Wie bereits dargelegt, ist die Wahl des Materials der teilbaren Form von Bedeutung für die Maßgenauigkeit des Formlings. Würde z.B. ein Fonmiaterial mit einer Fließgrenze verwendet werden, die bei der

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Temperatur des wärrteisostatischen Fressens niedriger ist als die Fließgrenze des zu verpressenden Pulvermaterials, erhielte man eine Schrumpfung der Form und in entsprechender Weise Maßungenauigkeiten des Formlings. Aus diesem Grunde ist es wichtig, die Form aus einem Material herzustellen, dessen Fließgrenze bei der angewandten Preßtemperatur von etwa 1.000 bis 1.200° C wesentlich höher ist als die Fließgrenze des zu verpressenden Pulvers. Sachstehend werden geeignete Materialkombinationen genannt:

Tabelle: Formmaterial Pulvermaterial

Rostfreier Stahl Kohlenstoffstahl

Nickellegierungen Rostfreier Stahl

Super Alloys Nickellegierungen wie Inconel 600

Keramik Super Alloys, wie Nimonic-Quali-

täten

Es hat sich außerdem gezeigt, daß es von Vorteil ist, zumindest die inneren, mit dem Metallpulver in Berührung kennenden Flächen der

Form mit einer dünnen Trennmittelschicht zu versehen, z.B. mit einem Al-O ..-haltigen Trennmittel zu besprühen. Die Trennmittelschicht muß so dünn sein, daß die Maßgenauigkeit des Formlings darunter nicht leidet. Vorzugsweise sind auch die mit dem Metallpulver in Berührung könnenden Flächen der Kapsel nut einer derartigen Trennmittel-Schicht

zu versehen.

Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (Kapsel) anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

*

Figur 1 Die teilbare Form in perspektivischer Ansicht, Figur 2 die erfindungsgemäß verwendete Kapsel zur Aufnahme von Formund Metallpulver im Längsschnitt, und

Figur 3 die Kapsel gemäß Figur 2 mit eingesetzter Form ebenfalls im 35

Längsschnitt.

Bei der Herstellung von z.B. Ventilkörpern (beispielsweise für Rück-

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schlagventile (ball valves) mittels eines pulvermetallurgischen Verfahrens ist es von größter Bedeutung, daß die Außenmaße des fertigen Produktes höchste Maßgenauigkeit aufweisen. Dies erreicht man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. unter Verwendung der nachstehend näher beschriebenen Vorrichtung. Diese umfaßt eine teilbare Form 1 aus massivem Material. Die einander zugewandten Innenseiten der beiden Formhälften weisen Ausnehmungen bzw. Vertiefungen entsprechend der Außenkontur des herzustellenden Produkts, z.B. Ventilkörpers, auf. Wie Figur 1 erkennen läßt, ist die Grundform der beiden Formhälften halbzylindrisch. Die Innenseiten der beiden Formhälften werden vor dem Einsatz in die noch näher zu beschreibende Kapsel nach Figur 2 mit einer dünnen Schicht von pulverförmigem Al_0, versehen, vorzugsweise besprüht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt ferner eine Kapsel bestehend aus einer äußeren Hülse 2 und einer koaxial innerhalb derselben angeordnete Einsatzhülse 4, die jeweils aus dünnem Stahlblech, vorzugsweise Edelstahlblech, hergestellt sind. Der Innendurchmesser der äußeren Hülse 2 ist geringfügig größer als der Außendurchmesser der teilbaren Form 1, so daß diese mit Spielpassung in die Kapsel nach Figur 2 eingesetzt werden kann. Der Außendurchmesser der inneren Einsatzhülse 4 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel· so bemessen, daß er etwas geringer ist als der Innendurchmesser der beiden Formhälften, so daß entsprechend Figur 3 zwischen der inneren Einsatzhülse 4 und den beiden Formhälften bzw. der Form 1 ein Ringspalt entsteht, so daß eine vollständige Füllung der Formhohlräume von oben her durch die Öffnung 6 problemlos möglich ist. Die Beabstandung zwischen innerer Einsatzhülse 4 und der äußeren Hülse 2 erfolgt durch eine ringförmige Bodenplatte 3, die fluiddicht zwischen der inneren einsatzhülse 4 und der äußeren Hülse 2 eingesetzt ist, vorzugsweise eingeschweißt ist. In die noch offene Kapsel nach Figur 2 werden also

mit Spielpassung die beiden halbzylindrischen Fontäiälften der in Figur 1 dargestellten Form 1 von oben her eingesetzt. Anschließend wird das Metallpulver durch die obere Öffnung 6 in den Freiraum zwischen der inneren Einsatzhülse und der Innenseit der Form 1 eingefüllt. Nach Befüilung erfolgt eine Vorverdichtung mittels Vibration der gesamten Kapsel. Im Anschluß daran wird die Kapsel mit einem ringförmigen Deckel 5 entsprechend dem Boden 3 gasdicht verschlossen. Vor-

zugsweise wird der Deckel 5 zwischen der inneren Einsatzhülse 4 und der äußeren Hülse 2 eingeschweißt. Dann wird die Form einem isostatischen Druck und einer Temperatur von etwa 1.000 bis 1.200° C ausgesetzt. Druck und Temperatur hängen im wesentlichen von der Art des zu verpressenden Metallpulvers ab.

Nach dem warmeisostatischen Pressen wird die Form samt Formling aus der Kapsel wieder herausgenonnen. Das Freiliegen des Forrnlings erhält man durch einfaches Entfernen der beiden Formhälften. Die Kapsel und die beiden Formhälften können gegebenenfalls für ein erneutes Formpressen verwendet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel· nach den Figuren 2 und 3 bestehen Boden und Deckel jeweils aus Ringplatten mit einer Dicke, die etwa 5-mal so groß ist wie die Wandstärke der inneren oder äußeren Hülse 4 bzw. 2. Die Ringplatten 3 und 5 tragen somit zur Stabilitätserhöhung der Kapsel bei.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren sowie d_^e erfindungsgemäße Vorrichtung wird die Herstellung im Vergleich zum Stand der Technik erheblich verbilligt,unter anderem durch einen sehr geringen Verbrauch von Ausgangsmaterial sowie die fehlende oder nur unbedeutende Nachbearbeitung des Forrnlings. Ferner zeichnet sich die Erfindung durch eine hohe Reproduzierbarkeit von Toleranzminima sowie fehlenden Ausschuß aus. Formlinge mit Untermaß werden vermieden.

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Formungen durch Warnpressen von Metallpulver

Patentansprüche

Q 1. Verfahren zur Herstellung von Formungen durch Warmpressen von Metallpulver, vorzugsweise sphärischem Pulver von Eisen, Stahl, rostfreiem Stahl, Nickellegierungen und anderen Metallen, wie Titan, Aluminium oder dergleichen sowie deren Legierungen, innerhalb einer dünnwandigen Kapsel aus Stahlblech oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Kapsel, bestehend aus einer äußeren Hülse (2), einer etwa koaxial innerhalb derselben angeordneten Einsatzhülse (4) und einem im Bodenbereich zwischen innerer (4) und äußerer (2) Hülse fluid (gas-) dicht angeordneten etwa ringfcmigen Boden (3)_; in diese Kapsel eine teilbare Form (1)

³^ so eingesetzt wird, daß zwischen ihr und der inneren Einsatzhülse (4) ein Formhohlraum entsteht, in den durch eine Öffnung (6) das Metallpulver eingefüllt wird, daß die Kapsel nach Befüllung zur Vorverdichtung des eingefüllten Metallpulvers einer Vibration unterworfen wird, um anschließend mit einem Deckel (5) entsprechend dem Boden (3) verschlossen und einem allseitigen Druck bei erhöhter Tenperatur von vorzugsweise etwa 1.000 bis 1.200° C (wärmeisostatisches Pressen) ausgesetzt zu werden,und daß nach Verfesti-

gung des Metallpulvers zu einem Formling die Form (1) samt Formling aus der Kapsel herausgenommen und die Form (1) zum Freilegen des Formlings geteilt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Form (1) ein Material verwendet wird, das bei den Bedingungen für das wärmeisostatische Pressen eine höhere Fließgrenze aufweist als das Metallpulver.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Metallpulver in Berührung kommende Fläche der Form (1) und gegebenenfalls der inneren Einsatzhülse (4) mit einer dünnen Schicht eines Al-O,-haltigen Irennmittels versehen wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine äußere Hülse (2), eine etwa koaxial innerhalb derselben angeordnete innere Einsatzhülse (4) aus jeweils dünnwandigem Stahlblech, vorzugsweise Edelstahlblech, einen im Bodenbereich zwischen innerer und äußerer Hülse fluid (gas-) dicht angeordneten, etwa ringförmigen Boden (3), eine zwischen den beiden Hülsen (2, 4) angeordnete teilbare Form (1), deren Außendurchmesser nur geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der äußeren Hülse (2) und deren innere, der Einsatzhülse (4) zugewandte Seite von der Einsatzhülse (4) beabstandet ist, und einen dem Boden (3) entsprechend ausgebildeten und angeordneten Deckel (5), der nach Befüllung der Kapsel mit Metallpulver und Vorverdichtung desselben durch Vibration aufgesetzt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Boden (3) und Deckel (5) etwa 5-lOmal so dick sind wie die Wandung der inneren (4) und äußeren (2) Hülse.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Metallpulver in Berührung karrenden Flächen von Form

(1) und innerer Einsatzhülse (2) sowie gegebenenfalls auch Boden (3) und Deckel (5) mit einer dünnen Schicht eines Al₂O,-haltigen Trennmittels versehen sind.

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-3-

1 "7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (Ij aus einem Material besteht, das unter den Bedingungen des warmeisostatischen Pressens eine höhere Fließgrenze aufweist als das in die Kapsel eingefüllte und zu verpressende Me-

5 tallpulver.