DE3328954C1 - Verfahren zur Herstellung von Formteilen durch kaltisostatisches Pressen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Formteilen durch kaltisostatisches PressenInfo
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Description
40
Im Stande der Technik sind Verfahren zur Herstellung von Preßkörpern aus Metall- oder Keramikpulver
durch kaltisostatisches Pressen bekannt. Das entsprechende Pulver wird in eine elastische Form (z. B. aus
Gummi) eingefüllt und durch hydrostatischen Druck (500 bis 6000 bar) verdichtet. Durch Einlegen von Kernen
ist es möglich, auch eine Innenkontur herzustellen. Mit den bekannten Verfahren lassen sich komplizierte
Außenkonturen, wie z. B. bei Turbinenrädern, nicht herstellen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß beim Abbau
des Druckes die Form auffedert und noch am Formkörper anliegt. Hierdurch werden radial nach außen gerichtete
bzw. axiale Kräfte auf den Preßkörper übertragen, die zur Zerstörung empfindlicher, z. B. dünnwandiger
Bereiche des Körpers führen können.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen, insbesondere solchen mit komplizierter
Außenkontur, durch kaltisostatisches Pressen, bei dem eine undurchdringliche, dünnwandige und elastische
Hülle an der Innenwand einer teilbaren äußeren Stützform aus offenporigem Material zur Anlage gebracht
wird, indem die äußere Stützform einem Unterdruck ausgesetzt wird, worauf die elastische Hülle mit
pulverförmigem Formmaterial gefüllt und verschlossen wird und anschließend einem kaltisostatischen Preßdruck
ausgesetzt wird.
Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 14 83 684 bekannt. Der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber dem
eingangs genannten Stand der Technik besteht darin, daß hohe Formtreue erzielbar ist, ohne daß der Aufwand
für die Einformung selbst unvertretbar hoch ist. Die mit dem pulverförmigen Formmaterial gefüllte
dünnwandige elastische Hülle hat aber keine Eigensteifigkeit, so daß die Stützform beim kaltisostatischen
Preßvorgang benötigt wird, um die gewünschte Außenkontur des Formteils zu gewährleisten. Hierdurch ergeben
sich jedoch in erheblichem Ausmaß Einschränkungen bezüglich der herstellbaren Außenkonturen. So sind
z. B. solche Formteile mit dem vorgenannten Verfahren nicht herstellbar, die stark gekrümmte Konturen mit
Hinterschneidungen aufweisen, da hierdurch beim Schwund im Verlauf des isostatischen Pressens eine
Kollision mit der äußeren Stützform auftreten würde. Aber selbst dann, wenn durch den Schwund des Formteils
nicht unmittelbar eine Kollision mit der äußeren Stützform zu befürchten wäre, bestünde doch die Gefahr,
daß aufgrund des Nicht-Mitschwindens der äußeren Stützform Kräfte auf das zu pressende Formteil
ausgeübt werden, die zur Rißbildung führen.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen durch kaltisostatisches
Pressen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem mit geringem Aufwand komplizierte Formteile
präzise gepreßt werden können, ohne daß Einschränkungen bezüglich der herzustellenden Kontur gemacht
werden müßten oder eine Nachbehandlung erforderlich wäre.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 nach dem Einfüllen des Pulvers der Unterdruck an der äußeren Stützform gelöst und
Unterdruck in der Hülle erzeugt wird und daß vor dem kaltisostatischen Pressen die äußere Stützform entfernt
wird.
Der Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß beim kaltisostatischen Pressen selbst das
Pulver nur von einer dünnwandigen elastischen Hülle umgeben ist und somit hinsichtlich der erzeugbaren
Kontur keinerlei Einschränkungen gemacht werden müssen. Trotz der nur dünnwandigen und elastischen
Hülle weist der Preßkörper aber höchste Formstabilität auf, die dadurch erzielt wird, daß vor dem Herausnehmen
aus der äußeren Stützform Unterdruck in der Hülle erzeugt wird. Der Unterdruck führt dazu, daß die einzelnen
Pulverteilchen gegeneinander nicht mehr verschiedlich sind und somit die von der äußeren Stützform
abgenommene Kontur mit größter Genauigkeit beibehalten wird. Dadurch läßt sich höchste Formtreue des
fertiggepreßten Formteils erreichen. Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Stützform in einem geschlossenen Behälter mit Anschlußleitungen
zur Erzeugung von Unter- bzw. Überdruck und für das Einfüllen des pulverförmigen Materials aufgenommen
ist. Durch diese Ausgestaltung eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren für die Serienherstellung.
Vorteilhaft ist es, wenn die elastische Hülle eine Wandstärke von 0,1 bis 1 mm aufweist und, wie an sich
bekannt, aus Gummimalerial gebildet wird. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
eine besonders geringe Wandstärke von Bedeutung, da hierduch gewährleistet wird, daß die Membranspannung
in der Hülle klein genug bleibt, um gegen den aus Atmosphärendruck und Pulverschüttung sich ergebenden
Druck beim Einfüllen des pulverförmigen Materials nicht zu überwiegen. Schließlich ist es vorteilhaft, wenn
als äußere Stützform Glasfritte, Sintermetall oder poröse Keramik vorgesehen wird.
Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft für die Herstellung eines
Verdichter- oder Turbinenrades angewendet werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Zeichnung erläutert: In der Zeichnung ist eine Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Preßkörpers eines Radialturbinenrades
für das nachfolgende kaltisostatische Pressen im Schnitt dargestellt.
Die Vorrichtung 1 umfaßt einen äußeren geschlossenen Behälter 2 mit einem Deckel 3. Im Boden des Behälters
befinden sich Anschlußleitungen 4 für das Anlegen eines Vakuums oder eines Drucks im Innern des Behälters.
Der Deckel 3 weist zentral eine Einfüllöffnung auf, durch weiche eine elastische Hülle 8, die gemäß Zeichnung
eine dünnwandige Gummihaut ist, in das Innere des Behälters reicht. Die Gummihaut ist im Behälterinneren
geschlossen und befindet sich in einem inneren Hohlraum, der durch eine teilbare äußere Stützform 5,6
und 7 gebildet ist. Die Stützformteile 5,6, 7 sind ihrerseits
im geschlossenen Behälter 2, 3 formschlüssig aufgenommen. Der Einfüllstutzen 9 der elastischen Form 8
ist mit einer Anschlußleitung über eine luftdichte Verbindung 12 verbunden. Der Einfüllstutzen 9 kann durch
einen Gummistöpsel 10 mit innerer Vakuumleitung 11 verschlossen werden.
Die Stützform 5,6,7 besteht aus einem offenporigen
Material, insbesondere aus einer Glasfritte, aus Sintermetall oder aus poröser Keramik. Die Form ist teilbar,
damit später der Preßkörper entfernt werden kann. Die Teile der Stützform werden formschlüssig im Behälter
2,3 angeordnet. Die Anschlußleitungen sind verlegt. In der Stützform befindet sich die Gummiform.
Wird nun das Innere der Vorrichtung 1 über die Vakuumleitungen 4 evakuiert, wird die elastische dünnwandige
Hülle 8 durch den Luftdruck aufgebläht, so daß sie sich an der Innenkontur der offenporigen Stützform
anlegt. Anschließend wird das zu verdichtende Pulver 13 durch den Einfüllstutzen 9 der elastischen Form 8
eingefüllt und danach der Einfüllstutzen 9 mit dem Gummistöpsel 10 verschlossen, der seinerseits eine Evakuierungsleitung
11 aufweist. Daraufhin werden die Vakuumleitungen 4 geöffnet, so daß Luft in die poröse
Stützform 5, 6, 7 strömt. Die Luft aus der aufgeblähten elastischen Form 8 wird durch die Evakuierungsöffnung
des Gummistöpsels 10 abgepumpt. Nun lastet Atmosphärendruck auf der Außenhaut der elastischen Form 8
und damit auch auf dem eingefüllten Pulver 13. Die Reibung im Pulver 13 ist so groß, daß sich das zu pressende
Teil nicht mehr von selbst verformt. Anschließend wird die Vakuumleitung 11 im Stöpsel 10 verschlossen,
das Werkzeug zerlegt und das von der Gummiform umhüllte Teil kaltisostatisch gepreßt.
Durch die Erfindung kann mithin auf einfache Weise ein kompliziertes Formteil, wie beispielsweise ein Turbinenrad,
mit präsziser Außenkontur gefertigt werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß aufgrund der extrem dünnwandigen elastischen Form 8
beim Abbau des kaltisostatischen Preßdrucks die Form beim Auffedern nur kleine, radial nach außen gerichtete
bzw. axiale Kräfte auf das zu fertigende Teil überträgt. Gleichwohl ist die elastische Form 8 aufgrund der äußeren
Stützteile 5,6, 7 mechanisch stabil genug, so daß es
beim Einfüllen des Pulvers 13 nicht zu Formveränderungen kommt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
- Leerseite -
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen, insbesondere solchen mit komplizierter Außenkontur
durch kaltisostatisches Pressen, bei dem eine undurchdringliche, dünnwandige und elastische Hülle
an der Innenwand einer teilbaren äußeren Stützform aus offenporigem Material zur Anlage gebracht
wird, indem die äußere Stützform einem Unterdruck ausgesetzt wird, worauf die elastische Hülle mit pulverförmigem
Formmaterial gefüllt und verschlossen wird und anschließend einem kaltisostatischen Preßdruck
ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Einfüllen des Pulvers der Unterdruck an der äußeren Stützform gelöst und
Unterdruck in der Hülle erzeugt wird und vor dem kaltisostatischen Pressen die äußere Stützform entfernt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Stützform in einem geschlossenen
Behälter mit Anschlußleitungen zur Erzeugung von Unter- bzw. Überdruck und für das
Einfüllen des pulverförmigen Materials eingesetzt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die elastische Hülle
Gummi einer Dicke von 0,1 bis 1 mm verwendet wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die äußere Stützform Glasfritte,
Sintermetall oder poröse Keramik verwendet wird.
5. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, zur Herstellung eines Verdichter- oder
Turbinenrades.
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