DE4201695A1

DE4201695A1 - Verfahren zum herstellen eines formteiles durch sintern

Info

Publication number: DE4201695A1
Application number: DE4201695A
Authority: DE
Inventors: Osman Zeki Dipl Ing Zengin
Original assignee: Miba Sintermetall GmbH
Current assignee: Miba Sintermetall GmbH
Priority date: 1991-02-13
Filing date: 1992-01-23
Publication date: 1992-08-20
Also published as: FR2672528B1; ATA30591A; US5273710A; ITMI920293A1; ITMI920293A0; JPH0570809A; AT395688B; FR2672528A1; IT1254441B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines eine Aufnahmeöffnung für eine Welle aufweisenden Form teiles durch ein Sintern eines aus einem Sinterpulver gepreß ten, eine Durchgangsöffnung bildenden Formlings mit flüssi ger Phase.

Um das vergleichsweise geringe Gewicht und die gute Ver schleißfestigkeit von Formteilen aus Sintermetall beispiels weise bei Nockenwellen für die Ventilsteuerung von Brenn kraftmaschinen ausnützen zu können, ist es bekannt (DE-OS 35 00 653), die Nocken oder andere Wellenteile mit einer Aufnahmeöffnung für die Welle aus einem Sinterpulver zu pressen und nach einem Vorsintern mit einem Preßsitz auf die stählerne Welle aufzuziehen, so daß beim anschließenden Fer tigsintern eine metallurgische Verbindung zwischen Welle und Formteil entsteht. Nachteilig bei diesem Herstellungsverfah ren ist allerdings, daß trotz des Preßsitzes die mit der Welle zu verbindenden Formteile in ihrer gegenseitigen Win kellage während des Sintervorganges kaum genau positioniert werden können.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde zwar bereits vorge schlagen (DE-OS 32 09 980), die vorgesinterten Formteile mit radialem Spiel auf die Grundwelle aufzuschieben und zur Posi tionierung der Formteile in der Grundwelle und in den Form teilen fluchtende Bohrungen vorzusehen, in die rohrförmige Halterungseinsätze eingepreßt werden, doch ergeben sich in diesem Fall Schwierigkeiten, die vorgesinterten Formteile nachträglich genau zu bohren. Außerdem sind die geforderten Herstellungstoleranzen beim freien Schrumpfen der Formteile während des Sinterns kaum einzuhalten.

Schließlich ist es bekannt (DE-OS 39 07 886), die Nocken einer Nockenwelle aus einem Außen- und einem Innenteil zu sammenzusetzen, wobei zur Beschränkung vor allem des axialen Schwindens des Innenteiles dieser ein beim Sintern kleineres Schrumpfmaß als der Außenteil aufweist, was außerdem eine gute metallurgische Verbindung zwischen den beiden Teilen sicherstellt. Da während des Sinterns mit flüssiger Phase wiederum die Verbindung mit der Stahlwelle hergestellt wer den soll, stellen sich zwangsläufig die bereits geschilder ten Positionierungsschwierigkeiten ein.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfah ren der eingangs geschilderten Art mit einfachen Mitteln so auszubauen, daß maßhaltige Formteile mit einer genauen Auf nahmeöffnung für eine Welle ohne aufwendige Nachbearbeitung gefertigt werden können.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch daß, in die Durchgangsöffnung des Formlings eine unter den Sinterbedin gungen für den Formling formstabile Buchse aus einem schmelz metallurgisch hergestellten Werkstoff mit einem Spiel einge setzt wird, das kleiner als das bei einem Sintern mit flüs siger Phase auftretende, freie Schrumpfmaß des Formlings im Bereich der Durchgangsöffnung ist, bevor der Formling mit der eingesetzten Buchse mit flüssiger Phase gesintert wird.

Durch das Vorsehen einer bei den Sinterbedingungen des Form lings formstabilen Buchse wird dem freien Schwinden des Formlings nach dem Spielausgleich ein entsprechender Wider stand entgegengesetzt, der eine hohe Formstabilität für den Formling sichert, wenn durch das auf das freie Schrumpfmaß des Formlings bezogene Spiel ausreichend groß gewählt wird, um nach dem Spielausgleich durch eine ungleichmäßige Rest schrumpfung verursachte Einsattelungen des Formlings im Be reich seiner Umfangsfläche zu vermeiden. Da die gegenseitige Drehlage des Formlings und der Buchse im allgemeinen keine Bedeutung für die Einhaltung einer genauen Winkellage des Formteiles gegenüber der Welle hat, bringt das Spiel zwi schen Buchse und Formling keine Positionierungsschwierigkei ten mit sich. Die Positionierung des fertigen Formteiles auf der Welle erfolgt ja über die Aufnahmeöffnung der Buchse, die in der überwiegenden Zahl der Einsatzfälle aus Stahl be stehen wird und aufgrund ihres schmelzmetallurgisch herge stellten Werkstoffes im Gegensatz zu einem Sinterwerkstoff ohne besonderen Aufwand genau bearbeitet werden kann. Außer dem können für die Verbindung des Formteiles und der Welle bewährte Fügetechniken einschließlich eines Schweißens ange wendet werden, wobei sich bei übereinstimmender Werkstoff wahl für die Buchse und die Welle der zusätzliche Vorteil gleicher Wärmedehnungskoeffizienten ergibt. Schließlich ist festzuhalten, daß die Buchse aus einem schmelzmetallurgisch hergestellten Werkstoff beim Zusammensintern des Formlings mit der Buchse keine flüssige Phase aufnimmt, so daß auch im Anschlußbereich der Formling keinen höheren Porenanteil auf weist.

Wird ein zum Aufziehen auf eine Welle bestimmter Formteil nicht zusammen mit der Welle gesintert, so muß er zur Ver meidung von radialen Formabweichungen auf einer Stirnfläche liegend gesintert werden, was nicht nur Nachteile hinsicht lich einer gleichmäßigen Wärmezu- und -abfuhr, sondern auch bezüglich der Formstabilität mit sich bringt, weil z. B. zy lindrische Formlinge während des Sinterns eine konische Ver formung erfahren. Da der Formling bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren mit der Buchse auf einem horizontalen keramischen Träger hängend gesintert werden kann, können diese Nachteile in einfacher Weise ausgeschlossen werden.

Durch das Spiel zwischen Buchse und Formling liegt der Form ling nur lose auf der vom keramischen Träger unterstützten Buchse auf, so daß sich schwerkraftbedingt symmetrische Ver hältnisse einstellen, die einer ungleichmäßigen Verformung zufolge einer ungleichmäßigen Gewichtsverteilung bei symme trisch geformten Formlingen entgegenstehen.

Wegen des Spieles zwischen dem gepreßten Formling und der eingesetzten Buchse ist für den Formling keine besondere Festigkeit erforderlich, wenn nur die Handhabbarkeit gewähr leistet ist. Um in Sonderfällen Formlinge mit einer größeren Festigkeit zur Verfügung zu haben, können die Formlinge vor gesintert werden, wobei allerdings darauf zu achten ist, daß für das Sintern mit der eingesetzten Buchse noch eine ausrei chende flüssige Phase zur Verfügung steht.

Die Buchse wird beim Sintern des Formlings keiner Schrump fung unterworfen. Um das axiale Schrumpfmaß des Formlings zu berücksichtigen, kann die Buchse mit einer zumindest dem axialen Schrumpfmaß des Formlings entsprechend kürzeren Länge als der Formling hergestellt werden.

Das Spiel zwischen dem Formling und der Buchse soll einer seits groß genug sein, damit aufgrund des Schrumpfwiderstan des durch die Buchse keine ungleichmäßige Verformung des Formlings eintreten kann, und anderseits zur Herstellung einer festen metallurgischen Verbindung zwischen Formling und Buchse ausreichen. Diesen Forderungen kann in der Praxis in den meisten Fällen vorteilhaft entsprochen werden, wenn das Spiel zwischen Formling und Buchse 60 bis 80% des freien Schrumpfmages des Formlings im Bereich der Durchgangsöffnung beträgt.

Damit hinsichtlich des Toleranzbereiches für das Spiel zwi schen Formling und Buchse den Herstellungsanforderungen ent sprechende Verhältnisse erzielt werden, darf das freie Schrumpfmaß des Formlings nicht zu gering ausfallen, was bereits im Hinblick auf eine wirtschaftliche Preßdichte zu beachten ist. Wie sich in Versuchen herausgestellt hat, soll aus diesen Gründen das freie Schrumpfmaß des Formlings grö ßer als 4%, vorzugsweise 6 bis 8%, betragen.

An Hand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen nach der Erfindung hergestellten Nocken in einer stirnseitigen Ansicht,

Fig. 2 diesen Nocken in einem Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 den für den Sintervorgang auf einen Träger aufgehäng ten Nocken in einer stirnseitigen Ansicht und

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte, einen Nocken für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine bilden de Formteil 1 setzt sich gemäß den Fig. 1 und 2 aus zwei Teilen zusammen, einer Buchse 2 aus einem schmelzmetallur gisch hergestellten Werkstoff, vorzugsweise Stahl, und einem Sinterformkörper 3, der durch ein Sintern mit flüssiger Phase eine innige metallurgische Verbindung mit der Buchse 2 eingegangen ist. Da die Buchse 2 mit einer Wanddicke ausge bildet wurde, die bei den Sinterbedingungen eine Formstabi lität sicherstellt, kann die Aufnahmeöffnung 4 für eine Welle bereits mit einer erheblichen Genauigkeit vorgegeben sein, falls nicht eine nachträgliche Bearbeitung der Buchse 2 vorgezogen wird. Bei einer solchen Nachbearbeitung könnte die Buchse beispielsweise durch ein Bohren auch vollständig entfernt werden.

Zur Herstellung eines solchen Nockens wird zunächst ein den späteren Sinterformkörper 3 ergebender Formling 5 aus einem geeigneten Sinterpulver gepreßt, und zwar mit einer Durch gangsöffnung 6 zum Hinsetzen der Buchse 2. Diese Durchgangs öffnung 6 weist einen Durchmesser auf, der weniger als das freie Schrumpfmaß des Formlings 5 größer als der Außendurch messer der Buchse 2 ist, so daß während des Sinterns mit flüssiger Phase die Buchse zumindest im Endabschnitt des Sintervorganges nach dem Ausgleich des Spieles 7 zwischen Formling 6 und Buchse 2 einen Schrumpfwiderstand darstellt, der eine gute Maßhaltigkeit des gesinterten Formkörpers 3 gewährleistet.

Wie den Fig. 3 und 4 entnommen werden kann, werden der Form ling 6 und die Buchse 2 vor dem Sintern auf einen kerami schen Träger 8, beispielsweise ein Rohr, aufgefädelt, um hängend gesintert zu werden. Diese Sinterlage ergibt nicht nur die Möglichkeit, mehrere Formteile in einer vergleichs weise dichten Anordnung ohne Beeinträchtigung der Wärmezu- und -abfuhr gleichzeitig zu sintern, sondern stellt auch eine vorteilhafte Voraussetzung für eine formstabile Ferti gung dar, weil der gleichmäßige Schrumpfvorgang des Form lings 6 während des Sinterns nicht beeinträchtigt wird, wenn dafür gesorgt ist, daß das Spiel 7 zwischen Formling 6 und Buchse 2 zwischen 60 und 80% des freien Schrumpfmaßes ent spricht. Das freie Schrumpfmaß soll dabei 6 bis 8% betragen.

Damit die Buchse 2 mit dem Sinterformteil 3 bündig abschließt oder gegenüber dem Sinterformteil zurückversetzt ist, muß die axiale Länge der Buchse zumindest um das axiale Schrumpf maß des Sinterformkörpers 3 kleiner als die axaile Länge des gepreßten Formlings 5 gewählt werden, wie dies in den Fig. 3 und 4 angedeutet ist.

Um einen Nocken gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel herzustellen, wurde ein Formling aus einem Sinterpulver mit einem Druck von 8 t/cm² gepreßt wobei eine Preßdichte von 6,6 g/cm³ erreicht wurde. Das freie Schrumpfmaß betrug etwa 7%. Die Buchse wurde aus einem Automatenstahl mit einer Wand dicke von 1,35 mm hergestellt, wobei zwischen dem Formling und der Buchse ein Spiel vorgesehen wurde, das 70% des freien Schrumpfmaßes des Formlings entsprach. Die Sinterung erfolgte gemäß den Fig. 3 und 4 in hängender Lage bei einer Sintertemperatur von 1080°C während einer Sinterzeit von 2 Stunden. Der Sinterformteil wies eine Dichte von 7,65 g/cm³ auf. Die Umfangsfläche wich weniger als 0,05 mm von der Soll form ab. Wegen der Werkstoffwahl für die Buchse war eine Bohrbearbeitung der Buchse ohne Schwierigkeiten möglich.

Bei einem anderen Formteil wurde bei sonst gleichen Bedin gungen die Buchse aus St 35 gefertigt, um eine gute Anpas sung des Wärmedehnungskoeffizienten der Buchse an den der Welle zu erreichen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines eine Aufnahmeöffnung für eine Welle aufweisenden Formteiles durch ein Sintern eines aus einem Sinterpulver gepreßten, eine Durchgangsöff nung bildenden Formlings mit flüssiger Phase, dadurch ge kennzeichnet, daß in die Durchgangsöffnung des Formlings eine unter den Sinterbedingungen für den Formling formstabi le Buchse aus einem schmelzmetallurgisch hergestellten Werk stoff mit einem Spiel eingesetzt wird, das kleiner als das bei einem Sintern mit flüssiger Phase auftretende, freie Schrumpfmaß des Formlings im Bereich der Durchgangsöffnung ist, bevor der Formling mit der eingesetzten Buchse mit flüssiger Phase gesintert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formling mit der Buchse auf einem horizontalen kera mischen Träger hängend gesintert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Formling vor dem Einsetzen der Buchse vor gesintert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse mit einer zumindest dem axia len Schrumpfmaß des Formlings entsprechend kürzeren Länge als der Formling hergestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiel zwischen Formling und Buchse 60 bis 80% des freien Schrumpfmaßes des Formlings im Bereich der Durchgangsöffnung beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Schrumpfmaß des Formlings größer als 4%, vorzugsweise 6 bis 8%, beträgt.