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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. einen Prozeß zum Füllen eines
Verbundpulvers und eine Vorrichtung zum Füllen eines Verbundpulvers sowie
ein Verfahren zum Pressen bzw. Verdichten eines Verbundpulvers und
eine Vorrichtung zum Pressen eines Verbundpulvers, die es ermöglichen,
Bauteile herzustellen, deren Komponentenzusammensetzung sich für jeden
Einsatzbereich mühelos
bzw. auf einfache Weise unterscheidet.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Selbst
wenn mechanische Bestandteile und dergleichen einfache Bauteile
sind, unterscheiden sich die erforderlichen mechanischen Eigenschaften,
Funktionen usw. oft in Abhängigkeit
von den Einsatzbereich. Wenn beispielsweise die Gestalt zunächst in
Hinsicht auf die Einbaubarkeit usw. bestimmt wird, kann es Teile, die
von geringer Festigkeit bzw. Stärke
sind, und Teile, die von großer
Festigkeit sind, geben. Wenn bei diesem Beispiel Materialien von
hoher Festigkeit für
Teile verwendet werden können,
die von hoher Festigkeit sein können,
und Materialien mit guter maschineller Bearbeitbarkeit und dergleichen
für Teile
verwendet werden können,
die von geringer Festigkeit sein können, ist es angenehm, da es
dann möglich
ist, den Freiheitsgrad bei der Gestaltung zu erweitern, das Gewicht
herabzusetzen, die Produktivität
zu verbessern usw.
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Wenn
darüber
hinaus Funktionen wie strukturelle Materialien an einer der gegenüberstehenden
Seiten erforderlich sind, und Funktionen, wie beispielsweise eine
Gleit- bzw. Verschiebeeigenschaft, ein Verschleißwiderstand und ein Wärmewiderstand,
an der anderen der gegenüberstehenden
Seiten erforderlich sind, oder wenn Funktionen wie magnetische Materialien
auf einer der gegenüberstehenden
Seiten erforderlich sind, und Funktionen wie nicht magnetische Materialien
auf der anderen der gegenüberstehenden
Seiten erforderlich sind, wenn es möglich ist, Verbundmaterial-Bauteile mit segmentierten
Teilen herzustellen, die Materialien enthalten, deren Komponentenzusammensetzungen
die jeweiligen Anforderungen befriedigen, ist es zu bevorzugen,
da es möglich
ist, den Freiheitsgrad bei der Gestaltung und Funktionalität zu erweitern
usw.
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Jedoch
sind bisher aufgrund von Bequemlichkeit und dergleichen bei der
Herstellung einfache Bauteile im wesentlichen aus identischen Materialien
ausgebildet worden. In diesem Fall werden die Materialien durch
die Eigenschaften bestimmt, denen Priorität eingeräumt werden soll, und die weiteren
erforderlichen Eigenschaften könnten
oft geopfert werden. Sollten Materialien, die beide Eigenschaften
befriedigen, verwendet worden sein, sind derartige Materialien im
allgemeinen derart teuer, daß es
schwer ist, die Kosten herabzusetzen.
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Wenn
verschiedene Materialien gegossen (cast around) oder angeordnet
werden, oder wenn Teil-Wärmebehandlungen
und dergleichen durchgeführt
werden, ist es möglich,
einfache Teile mit unterschiedlichen Eigenschaften bereitzustellen.
Jedoch steigt die Zahl der Verfahren entsprechend und die Produktivität sinkt,
so daß es
nicht möglich
ist, die Kosten usw. der Bauteile herabzusetzen.
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Die
Herstellung von Bauteilen durch Sintern von Preßlingen (compacts), die Pulver
enthalten, deren Komponentenzusammensetzung von Bereichen abhängt bzw.
bereichsabhängig
ist, ist durchgeführt
worden. Wenn jedoch Pulver, deren Komponentenzusammensetzungen sich
unterscheiden, auf einmal in einen Hohlraum bzw. eine Aushöhlung gefüllt wird,
wird üblicherweise
ein Pulver, das eine hohe Fließfähigkeit
zeigt, zuerst darin eingefüllt,
oder eine Mehrzahl von Pulvern wird in einer gemischten Weise angeordnet.
Daher ist herkömmlicherweise
der Füllschritt
unabhängig
für jedes
Pulver durchgeführt
worden, deren Komponentenzusammensetzungen sich unterscheiden, oder
ein Vorpressen ist jedesmal durchgeführt worden, wenn ein und nur
ein Pulver darin eingefüllt
worden ist, und er ist wiederholt durchgeführt worden, wodurch Verbundmaterial-Preßlinge hergestellt
worden sind.
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Unter
derartigen Umständen
ist es selbstverständlich,
daß der
Mannstunden-Aufwand zunimmt, wie oben beschrieben worden ist, und
die Produktivität
sinkt, so daß es
schwer ist, die Kosten der Bauteile herabzusetzen.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist in Hinblick auf derartige Umstände getätigt worden.
Und zwar ist es eine Aufgabe, ein Verfahren zum Füllen eines
Verbundpulvers und eine Vorrichtung zum Füllen eines Verbundpulvers bereitzustellen,
die eine Mehrzahl von Pulvern effizient in einen Hohlraum bei der
Herstellung von Grünlingen
und dergleichen füllen
können,
bei denen sich die erforderlichen Eigenschaften für jeden
Bereich unterscheiden.
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Darüber hinaus
ist es ein weiteres Ziel, ein Verfahren zum Ausbilden eines Verbundpulvers
und eine Vorrichtung zum Pressen bzw. Verdichten eines Verbundpulvers
bereitzustellen, die Verbundpulver-Preßlinge aus den gefüllten Verbundpulvern
effektiv herstellen können.
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Daher
haben die Erfinder eifrig Untersuchungen durchgeführt, um
diese Aufgabe zu lösen,
und haben Versuche und Irrtümer
wiederholt, haben als Ergebnis daran gedacht, ein Füllverfahren
durch Einleiten eines Gases durch die jeweiligen Pulverkammern durchzuführen, in
denen eine Mehrzahl von Pulvern vorgehalten wird, um den Strömungswiderstand
der jeweiligen Pulver gleichartig (like-state) zu machen, und sind
zum Abschluß der
vorliegenden Erfindung gekommen.
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(Prozeß zum Füllen von Verbundpulver)
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Und
zwar ist ein Verfahren zum Füllen
eines Verbundpulvers gemäß der vorliegenden
Erfindung in Anspruch 1 definiert und enthält die Schritte: Bewegen eines
Pulverkastens, der auf einem Tisch beweglich angebracht ist und
eine Mehrzahl von Pulverkammern enthält, die eine Mehrzahl von Pulvern
speichern bzw. aufnehmen, deren Komponentenzusammensetzungen sich
in einer verschiedenen bzw. merklichen Weise unterscheiden, und
die eine Bodenöffnung
aufweisen, auf einen Preßstempel
(compacting die), der geeignet ist, einen Hohlraum auszubilden,
in welche die Pulver gefüllt
werden; und Füllen
einer Mehrzahl von Pulvern auf einmal in die Hohlräume durch
die Bodenöffnungen
durch Einleiten eines Gases in die Pulverkammern, um im wesentlichen
die jeweiligen Strömungswiderstände von
einer Mehrzahl von Pulvern wenigstens dann auszugleichen, wenn die
Bodenöffnungen
durch den Pulverkasten-Bewegungsschritt über dem
Hohlraum positioniert sind.
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Wenn
der Pulverkasten durch den Pulverkasten-Bewegungsschritt auf den
Preßstempel
bewegt wird und die Bodenöffnungen
der jeweiligen Pulverkammern über
dem Hohlraum liegen, fällt
eine Mehrzahl von den Pulvern durch die Bodenöffnungen in den Hohlraum, um
ihn zu füllen.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird ein Gas beim Füllschritt in die Pulverkammern
eingeleitet, um im wesentlichen den jeweiligen Strömungswiderstand
von einer Mehrzahl von Pulvern auszugleichen.
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Demgemäß verschwindet
im wesentlichen die Strömungswiderstandsdifferenz
zwischen den jeweiligen Pulvern, wobei die jeweiligen Rohmaterialien
in einer gemischten Weise praktisch kaum vorhanden sind bzw. auftreten,
und sie werden in den Hohlraum gefüllt. Und, die jeweiligen Pulver
bilden im Hohlraum eine gewünschte
Grenze aus, so daß sie
im wesentlichen in einen ordnungsgemäß gefüllten Zustand gebracht werden.
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Als
Ergebnis ist es möglich,
den gesamten Mannstunden-Aufwand bzw. die gesamten Mannstunden-Erfordernisse
herabzusetzen, da das Füllen
von einer Mehrzahl der Pulver in den Hohlraum (Verbundpulver-Füllung) in
einem einzelnen Schritt sicher durchgeführt wird. Und, es resultiert
eine Verbesserung der Produktivität und ein Herabsetzen der Kosten,
wenn Verbundpulver-Preßlinge
hergestellt werden.
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Hierbei
kann die Einleitemenge des Gases verändert und in Abhängigkeit
von der Verwendung von Pulvern geeignet eingestellt werden. Wenn
die Einleitemenge eingestellt wird, ist es möglich, den Strömungswiderstand
der Pulver einzustellen.
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Das
oben beschriebene „um
im wesentlichen die jeweiligen Strömungswiderstände einer
Mehrzahl der Pulver auszugleichen" bedeutet, daß die jeweiligen Pulver praktisch
nicht in einer gemischten Weise angeordnet sind, und es nicht erforderlich
ist, die jeweiligen Strömungswiderstände vollständig (strictly)
auszugleichen.
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Darüber hinaus
kann das oben beschriebene „Füllen einer
Mehrzahl der Pulver auf einmal durch die Bodenöffnungen in den Hohlraum" zufriedenstellend
sein, wenn wenigstens zwei oder mehrere Pulver im wesentlichen gleichzeitig
gefüllt
werden, und verhindert nicht, das vorliegende Verfahren zum Füllen eines
Verbundpulvers wiederholt durchzuführen.
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Zudem
meint das „Verbundpulver" eine Mehrzahl von
Pulvern und wird in der vorliegenden Spezifikation ungeachtet dessen
verwendet, ob die Pulver bereits gefüllt worden sind oder nicht.
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Im übrigen verdrängt bzw.
ersetzt beim vorliegenden Füllverfahren
die Luft die Pulver im Hohlraum einfacher als in dem Fall, bei dem
kein Gas eingeleitet wird, da die Rohmaterialien durch Einleiten
des Gases in die Pulverkammern gefüllt werden. Demgemäß ist es
möglich,
die Füllzeit
zu verkürzen.
Darüber
hinaus wird verhindert, daß feine
Pulver und dergleichen schweben usw., so daß es möglich ist, ein einheitliches
Füllen
mit hoher Dichte durchzuführen,
bei dem die Entmischung usw. der Komponenten und Partikelgrößen kaum
auftritt.
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Darüber hinaus
ist es möglich,
wenn ein Preßschritt
nach dem Füllen
durchgeführt
wird, die Produkte netzförmig
zu gestalten (net-shape), und zudem ist es möglich, ein Schwanken des Gewichts
zu verhindern, so daß es
möglich
ist, Produkte von hoher Genauigkeit zu erhalten. Daher ist es ebenfalls
möglich,
den Mannstunden-Aufwand
für die
nachfolgenden Arbeiten herabzusetzen.
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Zu
beachten ist, daß das
Füllen
von Pulvern durch Einleiten eines Gases per se bereits durch die
vorliegenden Erfinder angewendet worden ist. Beispielsweise sind
die Details im japanischen Patent Nr. 2,952,190, in der japanischen
ungeprüften
Patent-Offenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 11-104,894, US-A-5881357 und
dergleichen offengelegt.
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(Vorrichtung zum Füllen von
Verbundpulver)
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Die
vorliegende Erfindung, die nicht auf das oben beschriebene Verfahren
zum Füllen
eines Verbundpulvers beschränkt
ist, kann an eine Vorrichtung angepaßt werden, der das Verfahren
verwirklichen kann.
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Und
zwar kann die vorliegende Erfindung für eine Vorrichtung zum Füllen eines
Verbundpulvers angepaßt
werden, die in Anspruch 5 definiert ist und enthält: einen Pulverkasten, der
auf einem Tisch beweglich angeordnet ist und eine Mehrzahl von Pulverkammern
enthält,
die eine Mehrzahl von Pulvern speichern, deren Komponentenzusammensetzungen
sich in einer verschiedenen bzw. merklichen Weise unterscheiden,
und die eine Bodenöffnung
aufweisen; eine Gaszuführleitung
zum Zuführen
eines Gases, das in die Pulverkammern eingeleitet werden soll; und
ein Stellglied zum Bewegen der Pulverbox auf einen Preßstempel,
der geeignet ist, einen Hohlraum auszubilden, in den die Pulver
gefüllt
werden; wobei eine Mehrzahl der Pulver in den Hohlraum auf einmal
durch die Bodenöffnungen
durch Einleiten eines Gases durch ein Einleiteloch der Gaszuführleitung
eingefüllt
werden kann, um die jeweiligen Strömungswiderstände einer
Mehrzahl der Pulver im wesentlichen wenigstens dann auszugleichen,
wenn die Bodenöffnungen über dem
Hohlraum angeordnet sind.
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In
diesem Fall sind ebenfalls die vorgenannten Beschreibungen des Verfahrens
zum Füllen
eines Verbundpulvers anwendbar.
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(Prozeß zum Pressen eines Verbundpulvers)
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Darüber hinaus
kann die vorliegende Erfindung, die nicht auf das Füllen von
Pulvern beschränkt
ist, zur Durchführung
eines Preßschritts
wie folgt angepaßt
werden.
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Und
zwar kann die vorliegende Erfindung für ein Verfahren zum Pressen
eines Verbundpulvers angepaßt
werden, das in Anspruch 6 definiert ist und die Schritte enthält: Bewegen
eines Pulverkastens, der auf einem Tisch beweglich angeordnet ist
und eine Mehrzahl von Pulverkammern enthält, die eine Mehrzahl von Pulvern
speichern, deren Komponentenzusammensetzungen sich in einer verschiedenen
Weise unterscheidet, und die eine Bodenöffnung aufweisen, auf einen
Preßstempel
(compacting die), der geeignet ist, einen Hohlraum auszubilden,
in welchen die Pulver gefüllt
werden; Füllen
einer Mehrzahl der Pulver auf einmal in den Hohlraum durch die Bodenöffnungen
durch Einleiten eines Gases in die Pulverkammern, um im wesentlichen
die jeweiligen Strömungswiderstände einer
Mehrzahl der Pulver wenigstens dann auszugleichen, wenn die Bodenöffnungen
durch den Pulverkasten-Bewegungsschritt über dem
Hohlraum positioniert sind; und Erzeugen eines Verbundpulver-Preßlings durch
Verdichten eines Verbundpulvers, der eine Mehrzahl der Pulver nach
dem Füllschritt
enthält.
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In
diesem Fall sind ebenfalls die vorgenannten Beschreibungen des Verfahrens
zum Füllen
eines Verbundpulvers anwendbar.
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(Vorrichtung zum Pressen
eines Verbundpulvers)
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Zudem
kann die vorliegende Erfindung, die nicht auf das oben beschriebene
Verfahren des Pressens eines Verbundpulvers beschränkt ist,
für eine
Vorrichtung angepaßt
sein, der das Verfahren verwirklichen kann.
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Und
zwar kann die vorliegende Erfindung für eine Vorrichtung zum Pressen
eines Verbundpulvers angepaßt
sein, die in Anspruch 7 definiert ist und enthält: einen Pulverkasten, der
auf einem Tisch beweglich angeordnet ist und eine Mehrzahl von Pulverkammern
enthält,
die eine Mehrzahl von Pulvern speichern, deren Komponentenzusammensetzungen
sich in einer verschiedenen Weise unterscheiden, und die eine Bodenöffnung aufweisen;
eine Gaszuführleitung
zum Zuführen
eines Gases, das in die Pulverkammern eingeleitet werden soll; einen
Preßstempel,
der geeignet ist, einen Hohlraum auszubilden, in den die Pulver
gefüllt
werden; ein Stellglied zum Bewegen des Pulverkastens auf den Preßstempel;
und eine Preßvorrichtung
zum Verdichten eines Verbundpulvers, der eine Mehrzahl der Pulver
enthält,
die in den Hohlraum auf einmal durch die Bodenöffnungen durch Einleiten eines
Gases durch ein Einleiteloch der Gaszuführleitung eingefüllt werden,
um die jeweiligen Strömungswiderstände einer
Mehrzahl der Pulver im wesentlichen wenigstens dann auszugleichen,
wenn die Bodenöffnungen über dem
Hohlraum angeordnet sind, um einen Verbundpulver zu kompaktieren
bzw. zu pressen.
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In
diesem Fall sind ebenfalls die vorgenannten Beschreibungen des Verfahrens
zum Füllen
eines Verbundpulvers anwendbar.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1A ist
eine Querschnittsansicht zur Darstellung einer Vorrichtung zum Pressen
eines Verbundpulvers gemäß Beispiel
Nr. 1 der vorliegenden Erfindung und zeigt, wenn ein Pulverkasten
nicht über
einem Preßstempel
ist.
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1B zeigt,
wenn der Pulverkasten über
dem Preßstempel
ist.
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2A ist
eine vergrößerte ebene
Querschnittsansicht des Pulverkastens.
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2B ist
eine vergrößerte Seiten-Querschnittsansicht
des Pulverkastens.
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3 ist
ein Schema zur Darstellung, wie Pulver in einen Hohlraum vom Pulverkasten
im Beispiel gefüllt
werden.
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4 ist
ein Graph zur Darstellung der Verhältnisse zwischen den Luftzuführwerten
(aeration values) und Strömungswiderständen der
drei Pulver, die im Beispiel verwendet werden.
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5A ist
ein schematisches Querschnittsschema eines Verbundpulver-Preßlings und
zeigt, wenn er durch Einleiten eines Gases in die Pulverkammern
gefüllt
worden ist.
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5B zeigt,
wenn er ohne Einleiten eines Gases in die Pulverkammern gefüllt worden
ist.
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6A ist
ein Schema zur Darstellung der Gestalt einer Querprobe (transverse
test piece) gemäß Beispiel
Nr. 2 der vorliegenden Erfindung und der Meßpositionen.
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6B ist
ein Balkengraph zur Darstellung der Größenveränderungsproportionen an den
jeweiligen Meßpositionen
in der Querprobe.
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7 ist
ein Graph zur Darstellung der Variation der Härte in der Nähe der Grenze
in der Querprobe.
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8A ist
ein Schema zur Erklärung
eines Vierpunkt-Querbiegetests (bending transverse test), eines Quertests
(transverse test) dafür.
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8B ist
ein Balkengraph zum Vergleichen der Festigkeit des Grenzabschnitts
mit der Festigkeit der weiteren Abschnitte.
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9A ist
eine schematische Darstellung einer Anordnung in den Pulverkammern,
in denen Pulver, die im Beispiel Nr. 3 der vorliegenden Erfindung
verwendet werden, vorgehalten werden.
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9B ist
eine schematische Darstellung zur Darstellung eines Preßlings,
einer Verbindungsstange, welche die Pulver enthält (ein Verbundpulver).
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10 ist
eine schematische Darstellung zur Darstellung eines Teils der Verbindungsstange,
aus der eine Zerreißprobe
ausgeschnitten worden ist.
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BEVORZUGTE
AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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A. Ausführungsform
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung detaillierter beschrieben, wobei
Ausführungsformen
benannt werden. Zu beachten ist, daß die nachfolgend beschriebenen
Details auf das Verfahren zum Füllen
eines Verbundpulvers, die Vorrichtung zum Füllen eines Verbundpulvers,
das Verfahren zum Pressen eines Verbundpulvers und die Vorrichtung
zum Pressen eines Verbundpulvers geeignet anwendbar sind.
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(1) Rohmaterial-Pulver
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Die
Pulver können
metallische Pulver, wie beispielsweise eisenbasierte Pulver, aluminiumbasierte
Pulver, titanbasierte Pulver und kupferbasierte Pulver sein, bei
denen Fe, Al, Ti und Cu der Hauptbestandteil sind, und zudem keramische
Pulver, Graphitpulver und Schmiermittelpulver sein, und können ferner
Mischpulver von diesen sein. Zu beachten ist, daß die in der vorliegenden Erfindung
als „Pulver,
deren Komponentenzusammensetzungen sich unterscheiden" bezeichneten nicht
auf Pulver desselben Systems beschränkt sind (z.B. eisenbasierte
Pulver, deren Legierungsbestandteile sich unterscheiden), sondern
Pulver von verschiedenen Systemen sein können (z.B. metallische Pulver
und keramische Pulver).
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Der
Partikeldurchmesser der Pulver ist nicht beschränkt, sondern können Partikeldurchmesser
sein, die kein Verblocken bzw. Verlegen und dergleichen des Einleitelochs
der Gaszuführleitung
verursachen. Darüber
hinaus ist es in Hinblick auf die Handhabbarkeit, Füllbarkeit,
Gestaltbarkeit bzw. Formbarkeit, Sinterbarkeit usw. ratsam, den
Partikeldurchmesser der Pulver auszuwählen.
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(2) Luftzuführwert (Aeration
Value)
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Der
innere Strömungswiderstand
der Pulver hängt
vom Typ der Pulver ab. Daher ist es erforderlich, den Gasstrom geeignet
einzustellen, der in die Pulverkammern in Abhängigkeit vom Typ und dergleichen
der Pulver eingeleitet wird. Als einen Index, der mit dem Strömungswiderstand
korreliert, bestätigten
die Erfinder, daß es
möglich
ist, den Luftzuführwert
zu verwenden. Der Luftzuführwert
ist ein Verhältnis
Vg/Vp (1/s) eines Gasstroms Vg (mL/s), der in eine Pulverkammer
eingeleitet werden soll, bezogen auf ein Volumen Vp (mL) eines Pulvers
in der Pulverkammer.
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Wenn
der Luftzuführwert
zu klein ist, ist es schwer, die Fluidität zwischen den Pulvern einzustellen, und
die jeweiligen Pulver können
nicht in den Hohlraum gefüllt
werden, ohne sie in einer gemischten Weise anzuordnen. Wenn der
Luftzuführwert
zu groß ist,
tritt Blasenbildung von der Oberfläche der Pulver in den Pulverkammern
auf, um feine Pulver und dergleichen schweben zu lassen, und es
ist nicht möglich,
das Füllen der
Pulver einheitlich durchzuführen.
Daher ist es ratsam, den Luftzuführwert
innerhalb eines Bereichs einzustellen, in dem derartige Umstände nicht
auftreten. Geeignete Luftzuführwerte
können
nicht nur auf die Zusammensetzung der Pulver, sondern auch auf den
Partikeldurchmesser bezogen werden.
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Wenn
beispielsweise die Pulver eisenhaltige Pulver sind, in denen Eisen
ein Hauptbestandteil ist und deren mittlerer Partikeldurchmesser
250 μm oder
weniger ist, insbesondere sind 50 bis 200 μm zu bevorzugen, ist es geeignet,
den Luftzuführwert
Vg/Vp von 0,05 bis 0,4 (1/s) einzustellen.
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Jedenfalls
ist es erforderlich, den Luftzuführwert
in Abhängigkeit
vom Typ der Pulver einzustellen. Daher ist es besser, daß beispielsweise
der Gasfluß,
der von einer Gasversorgungsquelle der Gaszuführleitung zugeführt wird,
eingestellt werden kann. Eine Vorrichtung zur Regulierung des Stroms,
die geeignet ist, einen Gasstrom, der durch das Einleiteloch eingeleitet
wird, unabhängig
für jede
der Pulverkammern zu regulieren, wird bereitgestellt.
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Die
Vorrichtung zur Regulierung des Stroms ist beispielsweise manuelle
oder automatische Stromregulierungsventile. Wenn sie automatisch
ist, ist es ratsam, in den Pulverkammern eine Strömungswiderstands-Meßvorrichtung
anzuordnen, so daß die
Einleitemenge durch das Einleiteloch automatisch in Abhängigkeit
von den Abgaben (outputs) reguliert werden kann. Die Stromwiderstands-Meßvorrichtung
ist in der japanischen ungeprüften
Patent-Offenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 11-104,893 offenbart, welche
die Anmelder bereits angemeldet haben.
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Zu
beachten ist, daß das
in die Pulverkammern einzuleitende Gas vorzugsweise Gase sein kann,
wie beispielsweise trockene Luft und Inertgase (N2,
He, Ar und dergleichen), welche die Pulver nicht oxidieren. Darüber hinaus
ist es ratsam, ein erwärmtes
Gas geeignet austreten bzw. herausspritzen zu lassen, um die Pulver
auf eine gewünschte
Temperatur zu erhitzen oder zu erwärmen.
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Das
Gas ist erforderlich, um eingeleitet zu werden, wenn die Pulver
von den Pulverkammern in den Hohlraum gefüllt werden. Wenn der Einleitezeitraum
allein auf ihr Einfüllen
in den Hohlraum eingestellt ist, ist es daher möglich, das Verwenden des Gasstroms
einzusparen. Wenn er jedoch immer eingeleitet wird, ist es einfach,
das Einleiten des Gases zu steuern bzw. einzustellen.
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(3) Pulverkasten
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Der
Pulverkasten enthält
eine Mehrzahl von Pulverkammern, die eine Mehrzahl von Pulvern speichern,
deren Komponentenzusammensetzungen sich auf verschiedene Weise unterscheiden,
und eine Bodenöffnung
aufweisen.
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Die
Gestalt, Größe und dergleichen
der Pulverkammern und des Pulverkastens werden durch in Betracht
ziehen der Gestalt, Größe usw.
des Preßstempels
und des Hohlraums bestimmt. Daher ist der Pulverkasten nicht auf
quadratische Gestalten bzw. Formen beschränkt, wenn jedoch der Pulverkasten
als quadratische Gestalt ausgebildet ist, ist es möglich, eine
Mehrzahl von Pulverkammern durch Anordnen von Abtrennungen in geeigneten
Abständen
einfach auszubilden. Selbstverständlich
kann eine Mehrzahl von Pulverkästen,
die einen einzelnen Typ von Pulvern speichern, gesammelt bzw. zusammengefaßt werden,
um den „Pulverkasten" zu ergeben, auf
den sich in der vorliegenden Erfindung bezogen wird.
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Die Öffnung,
die im Boden der Pulverkammern ausgebildet ist, wird sowohl durch
in Betracht ziehen der Gestalt des Pulverkastens und der Pulverkammern
und ferner der Gestalt des Hohlraums bestimmt. In der Tat ist es
ratsam, die Bodenfläche
des quadratischen Pulverkastens oder der Pulverkammern einfach vollständig zu öffnen. Da
der Pulverkasten auf einem Tisch angeordnet ist, fallen keine Pulver
herunter. Wenn sich der Pulverkasten auf einem Tisch bewegt und
die Bodenöffnungen über den
Hohlraum kommen, werden die Pulver in den Hohlraum gefüllt. Wenn
sich darüber
hinaus der Pulverkasten bewegt, wird das so genannte Einebnen bzw.
Nivellieren der Pulver durchgeführt.
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Wenn
der Pulverkasten als quadratische Gestalten ausgebildet ist, wird
bevorzugt, daß eine
Pulverkammer-Abtrennung (Abtrennplatte) parallel zur Bewegungsrichtung
angeordnet werden kann. Daher werden die jeweiligen Pulver mit größerer Wahrscheinlichkeit
in den Hohlraum im wesentlichen gleichzeitig gefüllt. Und, wenn die jeweiligen
Pulver in den Hohlraum im wesentlichen gleichzeitig gefüllt werden,
wird mit größerer Wahrscheinlichkeit
unterdrückt
oder verhindert, daß die
jeweiligen Pulver in einer gemischten Weise vorliegen.
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Zu
beachten ist, daß die
Wiederbefüllung
der Pulver in die jeweiligen Pulverkammern durch einen Fülltrichter
und dergleichen fortlaufend durchgeführt werden kann. Demgemäß ist es
möglich,
die Pulver fortlaufend in den Hohlraum zu füllen.
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(4) Gaszuführleitung
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Die
Gaszuführleitung
führt das
Gas den Pulverkammern zu. Die Form (Gestalt, Menge und dergleichen)
und Anordnungsposition können
in Abhängigkeit
vom Typ der Pulver, der Pulverkammergestalt, der Hohlraumgestalt
usw. geeignet gewählt
werden.
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Beispielsweise
kann die äußere Querschnittsgestalt
der Gaszuführleitung
kreisförmige
Gestalten, elliptische Gestalten, Schlitzgestalten, Stromliniengestalten
und dergleichen sein. Wenn sie als Stromliniengestalten ausgebildet
ist, können
die Pulver glatt (smoothly) in den Hohlraum fallen. Wenn sie als
Kreisgestalten ausgebildet ist, ist es darüber hinaus möglich, kostengünstiger
herzustellen, da kommerziell verfügbare Leitungen bzw. Rohre
dafür verwendet
werden können.
Es ist möglich,
den Durchmesser, die Anordnungsmenge (disposing quantity), die Anordnungsabstände, die
Anordnungsreihenfolge (parallel oder abwechselnd) usw. geeignet
zu wählen.
Wenn beispielsweise kreisförmige
Leitungen verwendet werden, kann der Außendurchmesser „D" der Gaszuführleitung
1 mm ≤ „D" ≤ 3 mm sein. Und, repräsentative
Gaszuführleitungen
können
die Leitungen sein, die mit Einleitelöchern auf der äußeren Begrenzungsflächenseite
dieser Leitungen ausgestattet sind.
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Darüber hinaus
kann die Anordnungsposition der Gaszuführleitung nach eigenem Ermessen
bzw. Belieben sein, wenn jedoch die Gaszuführleitung beispielsweise auf
der Bodenseite der Pulverkammern angeordnet ist, ist es zu bevorzugen,
da es möglich
ist, den Strömungswiderstand
der Pulver in den Pulverkammern effizient und einfach zu steuern.
Wenn die Gaszuführleitung
auf der Bodenseite der Pulverkammern angeordnet ist, ist es ratsam,
die Anordnungshöhe „h" in Hinblick auf
die Höhe „H" der Pulverkammern
einzustellen, so daß beispielsweise
0,01 ≤ „h"/"H" ≤ 0,3 ist.
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Die
Anordnungsrichtung der Gaszuführleitung
kann entweder parallel oder vertikal zur Bewegungsrichtung des Pulverkastens
sein.
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Das
Material der Gaszuführleitung
kann vorzugsweise Metalle, Kunstharze und dergleichen sein, die einfach
zu bearbeiten sind. Insbesondere in Hinsicht auf die Vermeidung
von Rost, das Sicherstellen der Festigkeit usw. ist die Verwendung
von rostfreien Stählen
zu bevorzugen.
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Es
ist ähnlich
ratsam, die Gestalt und Menge der Einleitelöcher durch in Betracht ziehen
der Größe und Gestalt
der Pulverkammern, des erforderlichen Luftzuführwerts und dergleichen zu
bestimmen. Beispielsweise kann das Einleiteloch in die Auf- und
Abrichtung der Gaszuführleitung
gerichtet sein, kann in die Rechts- und Linksrichtung gerichtet
sein oder kann in die Querrichtung (oblique direction) gerichtet
sein (beispielsweise in eine Richtung, die von oben um etwa 30 bis
60° geneigt
ist).
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Der
Abstand „w" zwischen den Einleitelöchern kann
beispielsweise bei Abständen
von 3 bis 10 mm sein, und kann darüber hinaus mit Bezug auf die
Pulverkammergröße „W" eingestellt werden,
so daß 0,02 ≤ „w"/"W" ≤ 0,3 ist.
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Der
Durchmesser der Einleitelöcher
kann derart eingestellt werden, daß der Durchmesser „d" der Einleitelöcher beispielsweise
10 μm ≤ „d" ≤ 200 μm ist. Es ist ratsam, die Einleitelöcher, die
unterschiedliche Durchmesser aufweisen, geeignet zu kombinieren,
die Durchmesser der Einleitelöcher
oder die Anordnungsmenge in Abhängigkeit
von den Anordnungspositionen der Gaszuführleitung zu ändern. Derartige
Einleitelöcher
können
beispielsweise durch maschinelles Bearbeiten (Bohren) oder Laser-Bearbeitung
und dergleichen behandelt (processed) werden. Wenn jedoch Materialien
(z.B. Siebmaterialien usw.), die eine Durchlässigkeit zeigen, verwendet
werden, kann sich Bohren erübrigen.
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(5) Preßstempel
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Der
Preßstempel
bildet den Hohlraum aus, in den die Pulver gefüllt werden. Darüber hinaus
kann der Preßstempel
eine Preßvorrichtung
darstellen.
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Der
Preßstempel
enthält
beispielsweise einen Stempel, einen unteren Stanzer (punch) und
einen oberen Stanzer, wobei der Hohlraum durch den Stempel und den
unteren Stanzer ausgebildet ist, und die Preßvorrichtung enthält den oberen
Stanzer zum Pressen eines Verbundpulvers im Hohlraum.
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Selbstverständlich können die
Gestalten und verschiedenen Eigenschaften (dividing manners) des Stanzers
und des Stempels in Abhängigkeit
von den Gestalten der gewünschten
Preßlingen
geeignet gewählt werden.
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Zu
beachten ist, daß die
Weise des Einfüllens
der Pulver in den Hohlraum entweder sogenanntes Füllen durch
Schwerkraft oder Füllen
durch Saugen sein kann.
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Darüber hinaus
kann es Füllen
durch Aufwärtsdrücken (pushing
upward) sein. Das Füllen
durch Aufwärtsdrücken ist
ein Füllverfahren,
bei dem der untere Stanzer teilbar gemacht wird; beide Stanzer werden zeitweise
herabgelassen, um einen provisorischen Hohlraum auszubilden; ein
Pulver wird darin eingefüllt;
und danach wird einer der geteilten Stanzer aufwärts gedrückt, während das Pulver gefüllt gehalten
wird, wodurch die Hohlraumgestalt in gewünschte Gestalten gebracht wird.
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(6) Verbundmaterial-Bestandteil
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Wenn
die vorliegende Erfindung verwendet wird, ist es möglich, effizient
Bestandteile herzustellen, die unterschiedliche Eigenschaften für jeden
Bereich aufweisen. Die Bestandteile können als gepreßte Produkte per
se verwendet werden, oder die Preßlinge werden gesintert, um
sie als gesinterte Produkte zu verwenden. Darüber hinaus können sie
Sinter-Schmieden unterzogen werden, um sie als sintergeschmiedete
Produkte zu verwenden.
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Beispielsweise
werden bei funktionellen Bestandteil-Teilen Pulver (magnetische
Pulver und nicht magnetische Pulver), deren magnetische Eigenschaften
sich unterscheiden, gepreßt,
um magnetische Kerne (gepreßte
Produkte) herzustellen. Bei mechanischen Bestandteil-Teilen werden
Preßlinge
aus Verbundpulvern gesintert, um die Festigkeit sicherzustellen.
Darüber
hinaus werden sie, wie Verbindungsstangen usw., als sinter-geschmiedete
Produkte gefertigt, wenn es erforderlich ist, daß sie eine höhere Festigkeit,
einen höheren Ermüdungswiderstand
usw. zeigen.
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Auf
diese nicht beschränkt,
kann die vorliegende Erfindung zur Herstellung aller Bauteile verwendet werden,
die Verbundpulver enthalten.
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B. Beispiele
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung unter Angabe von Beispielen detaillierter
erklärt.
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(Beispiel Nr. 1)
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Vorrichtung
zum Ausbilden eines Verbundpulvers
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Die 1 bis 3 stellen
eine Vorrichtung 100 zum Pressen eines Verbundpulvers,
Beispiel Nr. 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung, dar.
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1 ist eine Querschnitts-Gesamtansicht
der Vorrichtung 100 zum Pressen eines Verbundpulvers; 1A stellt
die Vorrichtung 100 zum Pressen eines Verbundpulvers vor
einem Schritt des Bewegens eines Pulverkastens dar; und 1B stellt
die Vorrichtung 100 zum Pressen eines Verbundpulvers in
einem Füllschritt
dar. 2 stellt eine Querschnittsansicht
eines nachfolgend beschriebenen Pulverkastens 10 dar; 2A stellt
eine ebene Querschnittsansicht des Pulverkastens 10 dar;
und 2B stellt eine Seiten-Querschnittsansicht dar.
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Wie
aus dem Füllschritt
hervorgeht, der in 3 dargestellt ist, kann die
Vorrichtung 100 zum Pressen eines Verbundpulvers drei Pulver „A", „B" und „C", deren Komponentenzusammensetzungen
sich unterscheiden, in einen Hohlraum 24 füllen, ohne
sie im wesentlichen in einer gemischten Weise anzuordnen. Nachfolgend
werden die jeweiligen Anordnungen bzw. Einrichtungen der Vorrichtung 100 zum
Pressen eines Verbundpulvers im Detail beschrieben.
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Die
Vorrichtung 100 zum Pressen eines Verbundpulvers enthält einen
Tisch 8, einen Pulverkasten 10, der auf dem Tisch 8 angeordnet
ist, einen Fülltrichter 18 zum
Zuführen
eines Pulvers 1 zum Pulverkasten 10, eine Leitung 14,
die im Pulverkasten 10 angeordnet ist, einer Gasversorgungsquelle 16 zur
Versorgung der Leitung 14 mit einem Gas, ein Stellglied 19 zum
Hin- und Herbewegen des Pulverkastens 18 auf dem Tisch 8, und
einen Preßstempel 20,
der fortlaufend von Tisch 8 angeordnet ist.
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Der
Pulverkasten 10 enthält
ein Gehäuse,
das als ein seitlich langer, quadratförmiger Rahmen in bezug auf
die Bewegungsrichtungen ausgebildet ist. Wie aus 2A hervorgeht,
ist der Pulverkasten 10 in drei Pulverkammern 10a, 10b und 10c durch
zwei Trennplatten 11, die an der Innenseite befestigt sind,
geteilt. Und, die Pulver „A", „B" und „C" sind in den Pulverkammern 10a, 10b und 10c gespeichert,
so daß sie
nicht in einer gemischten Weise vorliegen. Im vorliegenden Beispiel
sind die Trennplatten 11 parallel zu den Bewegungsrichtungen
des Pulverkastens 10 angeordnet.
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Die
obere Seite des Pulverkastens 10 ist mit einer Abdeckung 12 bedeckt,
und ist mit der Außenseite durch
ein Abgasloch 12a verbunden, das in der Abdeckung 12 angeordnet
ist. Die untere Seite des Pulverkastens 10, und zwar der
Boden der Pulverkammern 10a, 10b und 10c ist
geöffnet,
und bildet demgemäß die Bodenöffnung aus,
die in der vorliegenden Erfindung dargelegt ist. Wie aus 2B,
der Vorderansicht, hervorgeht, berühren die Pulver „A", „B" und „C", die im Pulverkasten 10 gespeichert
sind, die obere Fläche
des Tischs 8 und werden durch die obere Fläche gehalten.
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Das
Pulver 1 enthält
die Pulver „A", „B" und „C", deren Komponentenzusammensetzungen
sich unterscheiden, wie vorab beschrieben worden ist. Das Pulver „A" ist ein kommerziell
verfügbares
Legierungspulver (hergestellt von Höganäs AB.), dessen Partikeldurchmesser
250 μm oder
weniger ist, das Fe-4Ni-2Cu-1,5Mo-0,6C + 0,8ZnSt enthält und das
einer Entmischungs-Vorbeugebehandlung unterzogen wird; das Pulver „B" ist ein kommerziell
verfügbares
Legierungspulver (hergestellt von Höganäs AB.), dessen Partikeldurchmesser
250 μm oder
weniger ist, das Fe-2Cu-0,9C + 0,8Lub enthält und das einer Entmischungs-Vorbeugebehandlung
unterzogen wird; und Pulver „C" ist ein Pulver,
bei dem ein kommerziell verfügbares
Teildiffusions (partial diffusion)-Legierungspulver (hergestellt
von Höganäs AB.),
dessen Partikeldurchmesser 250 μm
oder weniger ist und das Fe-10Cu enthält, mit 0,8% ZnSt gemischt
ist. Darüber
hinaus ist der Anteil der jeweiligen Elemente in Massenprozent (wie
im nachfolgenden) ausgedrückt.
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Der
Fülltrichter 18 führt die
Pulver „A", „B" und „C", die das Pulver 1 sind,
jeweils den Pulverkammern 10a, 10b und 10c über den
Zuführschlauch 13 zu.
Obwohl die Details nicht dargestellt sind, sind der Fülltrichter 18 und
der Zuführschlauch 13 derart
abgegrenzt, daß die
jeweiligen Pulver „A", „B" und „C" nicht in einer gemischten
Weise vorkommen.
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Die
Leitung 14 korrespondiert mit der Gaszuführleitung,
die in dieser Erfindung dargelegt ist, und ist jeweils in der Nähe des Bodens
der Pulverkammern 10a, 10b und 10c im
Pulverkasten 10 angeordnet. Eines der gegenüberstehenden
Enden ist an den Rahmen des Pulverkastens 10 befestigt,
um zu schließen.
Das andere der gegenüberstehenden
Enden ist an eine Trägerplatte 31 befestigt,
die einen Gasdurchlaß darin
aufweist. Der Gasdurchlaß ist
für jede
der Pulverkammern 10a, 10b und 10c ausgebildet,
und die jeweiligen Gasdurchlässe
sind mit der Leitung 14 der jeweiligen Pulverkammern verbunden.
Die Leitung 14 ist eine Leitung mit einem Außendurchmesser
von Ø 1,26
mm und einem Innendurchmesser von Ø 0,9 mm, die aus rostfreiem Stahl
hergestellt ist und in einer Menge von vier für jede der Pulverkammern 10a, 10b und 10c angeordnet
ist. Darüber
hinaus sind in der jeweiligen Leitung 14 Mikro-Einleitelöcher 14a,
deren Lochdurchmesser Ø 50 μm ist, in
Abständen
von 5 mm in drei Richtungen ausgebildet. Im Fall des vorliegenden
Beispiels ist die innere Gestalt der jeweiligen Pulverkammern 10a, 10b und 10c identisch,
und weist 20 in der Breite × 20 in der Länge × 60 mm
in der Höhe
auf. Die Leitungen 14 sind bei einer Position von 6 mm
von der Bodenfläche
(die obere Fläche
des Tischs 8) parallel zu den Bewegungsrichtungen des Pulverkastens 10 angeordnet.
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Die
Gasversorgungsquelle 16 ist eine Quelle mit verdichteter
Luft von 0,4 MPa. Insbesondere ist sie eine Luftleitung, die in
Betrieben verlegt wird. Selbstverständlich können unabhängige Luftkompressoren für die Gasversorgungsquelle 14 angepaßt werden,
oder Stickstoffgas-Zylinder und dergleichen können für die Gasversorgungsquelle 16 zusätzlich zu
Luft angepaßt
werden.
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Wenn
verdichtete Luft den jeweiligen Gasdurchlässen in der Trägerplatte 31 von
der Gasversorgungsquelle 16 mit Hilfe (by way of) eines
flexiblen Schlauchs 15 zugeführt wird, wird die Luft durch
die Einleitelöcher 14a der
Leitung 14 eingeleitet. Bei diesem Beispiel kann die Einleitemenge
durch Stromregulierungsventile 40 reguliert werden, die
auf einer Stromaufwärtsseite
der Trägerplatte 31 angeordnet
sind.
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Darüber hinaus
ist die Vorrichtung 100 zum Ausbilden eines Verbundpulvers
mit Strömungswiderstands-Meßvorrichtungen 50 ausgestattet,
die den Strömungswiderstand
in den jeweiligen Pulverkammern 10a, 10b und 10c unabhängig messen
können,
wie es in 2B dargestellt ist. Die Strömungswiderstands-Meßvorrichtungen 50 enthalten
eine Kraftmeßdose
bzw. Wägezelle
(load cell), die mit einer Sonde mit einem Dehnungsmeßstreifen
ausgestattet ist. Wenn die Kraftmeßdosen in Schwingung versetzt
werden, während
die jeweiligen Sonden in etwa 10 mm tief in die Pulver „A", „B" und „C" eingeführt werden,
werden die Sonden in Abhängigkeit
von den Strömungswiderständen deformiert.
Die Dehnungen werden von den Dehnungsmeßstreifen in elektrische Signale
umgewandelt. Die elektrischen Signale werden durch eine nachfolgend
beschriebene Steuervorrichtung aufgenommen, und demgemäß werden
die Strömungswiderstände in den
jeweiligen Pulvern „A", „B" und „C" erfaßt. Entsprechend
den auf diese Weise erfaßten
Strömungswiderständen, steuert
die Steuervorrichtung die Stromregulierungsventile 40,
um die Strömungswiderstände in den Pulverkammern 10a, 10b und 10c im
wesentlichen auszugleichen. Da die Strömungswiderstände schwanken können, wenn
die Vorrichtung 100 zum Pressen eines Verbundpulvers betrieben
wird, wird bevorzugt, das Steuern der Strömungswiderstände fortlaufend
oder in vorbestimmten Abständen
durch die Steuervorrichtung durchzuführen. Zu beachten ist, daß die Strömungswiderstands-Meßvorrichtungen
mit den Strömungswiderstands-Meßeinrichtungen
korrespondieren und die Steuervorrichtung und die Stromregulierungsventile 40 die Stromregulierungsvorrichtungen
darstellen.
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Der
Preßstempel 20 enthält einen
quadratisch-ringförmigen
Stempel 21, einen unteren Stanzer 22, der an der
Innenseite befestigt ist und von unten erhöhbar und erniedrigbar ist,
und einen oberen Stanzer 23, der an der Innenseite befestigt
ist und erhöhbar
und von oben erniedrigbar ist, wie es in den 1 und 3 dargestellt
ist. Der Stempel 21 ist durch einen Stempelhalter 17 an
den Tisch 8 befestigt. Die obere Fläche und die obere Fläche des
Tisches 8 bilden eine fortlaufende Ebene. Wenn sich der
untere Stanzer 22 in den Stempel 21 absenkt, wird
ein parallelepiped-förmiger
Hohlraum 24 ausgebildet.
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Das
Stellglied 19 ist ein Luftzylinder, der sich zwischen Stoppern
hin und her bewegt, die an einer zurückgezogenen Endposition (1A)
und einer vorgeschobenen (advance-end) Endposition (1B)
angeordnet sind. Das Stellglied 19 können hydraulische Zylinder
oder Antriebsmotoren sein, jedoch ist es möglich, die Luftleitungen in
Betrieben zu verwenden, wenn es Luft-Zylinder sind.
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Wenn
der Pulverkasten 10 vom Stellglied 19 angetrieben
wird, und jede Bodenöffnung
der Pulverkammern 10a, 10b und 10c über den
Hohlraum 24 kommt, werden die Pulver „A", „B" und „C", deren Komponentenzusammensetzung
sich unterscheiden, in den Hohlraum 24 gefüllt, ohne
in einer gemischten Weise angeordnet zu sein, wie in 3 dargestellt.
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Nachdem
die Pulver „A", „B" und „C" gefüllt worden
sind, kehrt der Pulverkasten 10 zurück, und der obere Stanzer 23 senkt
sich von über
dem Preßstempel 20 ab,
um das resultierende Verbundpulver zu verdichten. Das Verdichten
mit dem oberen Stanzer 23 wird mit einer nicht dargestellten
hydraulischen Presse bzw. Preßmaschine
durchgeführt.
Der obere Stanzer 23 und die hydraulische Presse bilden
die Preßvorrichtung.
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Zu
beachten ist, daß die
Steuervorrichtung, die einen nicht dargestellten Computer enthält, arbeitet, um
das Anheben und Absenken des unteren Stanzers 22 und des
oberen Stanzers 23, das Stromregulierungsventil 40,
das Stellglied 19 und dergleichen zu steuern.
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(2) Luftzuführwert
-
Die
Korrelation zwischen den Luftzuführwerten
und Strömungswiderständen, die
sich auf die oben beschriebenen Pulver „A", „B" und „C" beziehen, wurde
unter Verwendung der Vorrichtung 100 zum Pressen eines
Verbundpulvers untersucht. 4 stellt
die Ergebnisse dar.
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Von 4 wurde,
ungeachtet des Typs der Pulver, bestätigt, daß die jeweiligen Strömungswiderstände im wesentlichen
identisch werden, wenn der Luftzuführwert von 0,1 bis 0,3 (1/s)
ist. Wenn die Luftzuführwerte
innerhalb des Bereichs eingestellt werden und das Füllen der
Pulver durchgeführt
wird, werden daher die Pulver „A", „B" und „C" gefüllt, ohne
sie in einer gemischten Weise anzuordnen, wie es in 3 dargestellt ist.
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(3) Verbundpulver-Preßling
-
Die
Vorrichtung 100 zum Pressen eines Verbundpulvers wurde
verwendet, die Luftzuführwerte
waren gemeinsam auf 0,15 (1/s) eingestellt, und die vorab beschriebenen
Pulver „A", „B" und „C" wurden in den Hohlraum 24 gefüllt (ein
Füllschritt).
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Das
auf diese gefüllte
Verbundpulver wurde bei 588 MPa unter Verwendung des oberen Stanzers 23 verdichtet,
wodurch ein Verbundpulver-Preßling
hergestellt wurde (ein Preßschritt). 5A stellt
es dar. Zu beachten ist, daß 5B einen
darstellt, der durch Füllen
der Pulver „A", „B" und „C" auf einmal, ohne
die Luft durch die Leitung 14 einzuleiten (insbesondere
durch Einstellen der Luftventile auf 0), und durch Ausbilden unter
denselben Bedingungen hergestellt worden ist.
-
Wenn
die Strömungswiderstände in den
Pulvern „A", „B" und „C" durch geeignetes
Einstellen der Luftzuführwerte
im wesentlichen ausgeglichen worden sind, wurde ein Verbundpulver-Preßling erzeugt,
der eine ausdrückliche
Grenze für
die jeweiligen Zusammensetzungen aufwies. Wenn andererseits die
Luftzuführwerte auf
0 gesetzt waren, wurde ein Preßling
erzeugt, bei dem die Pulver, die einen geringen Strömungswiderstand zeigten
(insbesondere Pulver, die eine hohe Fluidität zeigten), abwärts gestreut
wurden, wie es in 5B dargestellt ist. Daher ergibt
sich, daß es
sehr schwer ist, nur gewünschte
Bereiche gewünschte
Zusammensetzungen haben zu lassen, wenn keine Luft in die Füll-Pulver
eingeleitet wird.
-
(Beispiel Nr. 2)
-
(1) Herstellung einer
Querprobe
-
Eine ähnliche
Vorrichtung wurde verwendet, bei der die Gestalt und dergleichen
des Pulverkastens 10 und des Preßstempels 20 der Vorrichtung 100 zum
Pressen eines Verbundpulvers variiert wurden, und die Querproben,
die in 6A dargestellt sind, wurden
hergestellt, deren Größe 55 in
der Länge × 10 in
der Breite × 5
mm in der Dicke war. Im vorliegenden Beispiel wurden ein Fe-2Cu-0,6C-Pulver
(im nachfolgenden als Pulver „A" bezeichnet) und
ein Fe-2Cu-0,8C-Pulver (im nachfolgenden als Pulver „B" bezeichnet) in die
jeweiligen Pulverkammern gepackt, die von einer Trennplatte in der
Mitte des Pulverkastens abgegrenzt wurden, die jeweiligen Pulver
wurden in einen Hohlraum gefüllt,
und danach wurden die Querproben über die jeweiligen Schritte
des Formens bzw. Ausbildens und Sinterns hergestellt.
-
Das
Pulver „A" und das Pulver „B" waren Pulvergemische,
bei denen ein Fe-Pulver, ein Fe-10Cu-Pulver und ein Graphitpulver
derart gemischt wurden, daß die
Gesamtzusammensetzungen jeweils Fe-2Cu-0,6C und Fe-2Cu-0,8C waren.
Das Fe-Pulver und
das Fe-10Cu-Pulver, die hierbei verwendet wurden, sind kommerziell
verfügbare
Pulver, deren Partikeldurchmesser 250 μm oder weniger war und die jeweils
von Höganäs AB. hergestellt
wurden. Das Graphitpulver war ein kommerziell verfügbares Pulver,
dessen Partikeldurchmesser 10 μm
oder weniger war und das von Nihon Kokuen Co., Ltd. hergestellt
worden ist.
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Die
Füllschritte
wurden durch Saugfüllung
durchgeführt,
und Stickstoff aus Flaschen (bottled) wurde mit einem Luftzuführwert von
0,15 (1/s) eingespritzt.
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Der
Formungsschritt wurde durch Einstellen des Preßdrucks auf 588 MPa durchgeführt. Beim
Pressen wurde Zinkstearat (ZnSt), das ein Schmierstoff ist, zu den
jeweiligen Pulvern in einer Menge von 0,8 Gew.% gegeben.
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Der
Sinterschritt wurde in einer Stickstoffatmosphäre bei 1.150°C für 30 Minuten
durchgeführt.
Danach wurden sie mit einer Rate von 100°C/min abgekühlt.
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Die
Dichte der Querproben, welche die auf diese Weise erzeugten gesinterten
Körper
enthalten, war 7,05 × 103 kg/m3 (7,05 g/cm3).
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(2) Bewertung der Querproben
-
(1)
Die längenmäßigen Größenveränderungen
der Querproben wurden vor und nach dem Sintern an drei Stellen,
die in 6A dargestellt sind, untersucht. 6B stellt
die Ergebnisse dar.
-
Die
Größenveränderung
des Grenzabschnitts (zwischen den Pulvern „A" und „B"), bei dem sich die Pulver, die verschiedene
Zusammensetzungen aufweisen, berührten,
war ein Zwischenwert zwischen der Größenveränderung des Fe-2Cu-0,6C-Materialabschnitts
und der Größenveränderung
des Fe-2Cu-0,8C-Materialabschnitts.
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(2)
Die Härteverteilung
wurde in der Nähe
des Grenzabschnitts gemessen. 7 stellt
die Ergebnisse dar. Es ergibt sich, daß die Härte innerhalb eines Bereichs
von 1 mm der gegenüberstehenden
Seiten, in dem die Grenze zwischen der Fe-2Cu-0,6C-Schicht und der Fe-2Cu-0,8C-Schicht
angeordnet ist, beträchtlich schwankt.
-
Dies
resultierte von der Tatsache, daß sich die Fe-2Cu-0,6C-Schicht
und die Fe-2Cu-0,8C-Schicht alleine in bezug auf den Kohlenstoffgehalt
unterschieden, und daß Kohlenstoff
von der Seite mit hoher Konzentration zur Seite mit geringer Konzentration
durch Sintern diffundierte (diffused), und daß die Härteverteilungen in Abhängigkeit
von der Konzentrationsverteilung des Kohlenstoffgehalts aufgetreten
sind.
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(3)
Die Querproben wurden einem Vierpunkt-Querbiegetest, der in 8A dargestellt
ist, unterzogen. Der Vierpunkt-Querbiegetest wurde derart gestaltet,
daß eine
einheitliche Spannung zwischen Hebelstützen (fulcrums), zwischen denen
der oben beschriebene Grenzabschnitt angeordnet wurde, angelegt
werden konnte. 8B stellt nicht nur die Transversal-Bruchstärke am Grenzabschnitt
dar, sondern auch die Transversal-Bruchstärke am einzelnen Fe-2Cu-0,6C-Material
und die Transversal-Bruchstärke am einzelnen Fe-2Cu-0,8C-Material
dar.
-
Es
ergibt sich, daß der
Grenzabschnitt ein Stärkeäquivalent
von wenigstens dem des einzelnen Fe-2Cu-0,6C-Materials sicherstellt.
Da die Stärke
des Grenzabschnitts im wesentlichen mit der Stärke des Fe-2Cu-0,6C identisch
war, ist im Gegensatz dazu erwiesen, daß eine ausdrückliche
Grenze ausgebildet worden ist.
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(Beispiel Nr. 3)
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(1) Herstellung einer
Verbindungsstange
-
(1)
Eine ähnliche
Vorrichtung wurde verwendet, bei der die Gestalt und dergleichen
des Pulverkastens 10 und des Preßstempels 20 der Vorrichtung 100 zum
Verformen eines Verbundpulvers variiert wurden, und sinter-geschmiedete
Verbindungsstangen wurden hergestellt, deren Größe Ø 55 mm im Durchmesser der
großen
Seite × Ø 22 mm
im Durchmesser der kleinen Seite × 160 mm im Mittelabstand war.
Insbesondere wurden, wie es in 9A dargestellt
ist, das vorab beschriebene Pulver „A" und das Pulver „B" abwechselnd in die jeweiligen Pulverkammern
gepackt, diese wurden in einen Hohlraum gefüllt, und danach wurden sinter-geschmiedete
Verbindungsstangen, die in 9B dargestellt
sind, über
die jeweiligen Schritte, wie beispielsweise Pressen, Sintern und
Schmieden, hergestellt.
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Im
Fall des vorliegenden Beispiels waren die innere Gestalt der jeweiligen
Kammern 120 in Breite × 200
in Länge × 60 mm
in Höhe,
80 in Breite × 200
in Länge × 60 mm
in Höhe
und 60 in Breite × 200
in Länge × 60 mm
in Höhe
in dieser Reihenfolge von der Haupt-Endseite (major-end side). In
den jeweiligen Pulverkammern war die Leitung, welche die Gaszuführleitung
war, in einer Menge von elf Stücken,
sieben Stücken
und fünf
Stücken
in dieser Reihenfolge von der Haupt-Endseite angeordnet. Die Gestalt,
Anordnungshöhe
und dergleichen der Leitung und des Einleitelochs waren dieselben
wie jene von Beispiel Nr. 1.
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Der
Füllschritt
wurde durch Schwerkraftfüllen
durchgeführt.
Während
des Füllens
wurde die Luftleitung eines Betriebs als eine Versorgungsquelle
verwendet, wobei Luft mit einem Luftzuführwert von 0,15 (1/s) in die jeweiligen
Pulverkammern durch die jeweiligen Leitungen strömte.
-
Der
Verformungsschritt wurde in derselben Weise ausgeführt wie
in Beispiel Nr. 2. Insbesondere war der Preßdruck auf 588 MPa eingestellt,
und Zinkstearat wurde den jeweiligen Pulvern in einer Menge von
0,8 Gew.% zugegeben.
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Die
Sinter- und Schmiedeschritte wurden bei 1.150°C für 15 Minuten in einem RX-Gas
(ein H2-4CN2-20CO-Mischgas)
durchgeführt,
um ein Dekarburieren zu verhindern. Obwohl sie auf diese Weise erwärmt wurden,
wurden sie Heißschmieden
(hot forging) mit einem mittleren Druck von 800 MPa unterzogen und
wurden danach zum Abkühlen
an der Luft gelassen.
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(2)
Andererseits wurden gesinterte Verbindungsstäbe hergestellt, die dem oben
beschriebenen Sintern unterzogen wurden, die aber nicht dem Schmieden
unterzogen worden waren. In diesem Fall wurden sie mit einer Rate
von 100°C/min
abgekühlt,
nachdem sie in der RX-Atmosphäre
gesintert worden waren.
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(3)
Darüber
hinaus wurden als Vergleichsbeispiele sinter-geschmiedete Verbindungsstangen
und gesinterte Verbindungsstangen, die allein das Pulver „A" oder das Pulver „B" enthielten, durch
jeweilige Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens in ähnlicher
Weise hergestellt.
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(2) Bewertung einer Verbindungsstange
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(1)
Die verschiedenen, auf diese Weise hergestellten Verbindungsstangen
wurden einem Zugtest unterzogen. Die Prüfproben für den Zugtest wurden von dem
Abschnitt gesammelt, der in 10 dargestellt
ist. Die Prüfproben
wiesen einen Ø 4 × 20 mm-Parallelabschnitt
und M8-Futter auf. Tab. 1 legt die Ergebnisse der jeweiligen Tests
dar.
-
Zu
beachten ist, daß bezüglich der
Verbindungsstangen, die aus dem Pulver „A" und dem Pulver „B" hergestellt wurden, der Mittelabschnitt
der Prüfprobe
als der Grenzabschnitt zwischen den beiden Pulvern ausgebildet worden
ist, ein Dehnungsmeßgerät jeweils
an die Seite des Pulvers „A" (C-armes Pulver)
und an die Seite des Pulvers „B" (C-reiches Pulver)
gebunden worden ist und dann der Zugtest durchgeführt worden
ist.
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(2)
Das Nachfolgende ist aus den Testergebnissen, die in Tab. 1 dargelegt
sind, ersichtlich.
-
Und
zwar war bei allen Verbindungsstangen, die aus dem Pulver „A" und dem Pulver „B" hergestellt wurden,
die 0,2%ige Prüfspannung
an den jeweiligen Abschnitten in wesentlichen mit dem der Verbindungsstangen
identisch, die nur das Pulver aufwiesen, das für die jeweiligen Abschnitte
verwendet worden war. Die Bruchspannung war praktisch dieselbe wie
die der Verbindungsstangen, die das kohlenstoffarme Pulver von geringer
Festigkeit (Pulver „A''')
enthielten.
-
Daher
ergibt sich, daß die
Verbindungsstangen, die unter Verwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurden, derart waren, daß eine Vielfalt der Pulver
nicht in einer gemischten Weise in den jeweiligen Abschnitten vorkam,
ausgeprägte
bzw. deutliche Grenzbereiche ausgebildet wurden und die jeweiligen
Abschnitte mit einer gewünschten
Zusammensetzung ausgebildet wurden.
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(3)
In bezug auf die sinter-geschmiedeten Verbindungsstangen wurde folglich
die tatsächliche
Ermüdungsstärke untersucht.
Tabelle 1 legt die Testergebnisse ebenfalls dar.
-
Die
tatsächliche
Ermüdungsstärke der
sinter-geschmiedeten Verbindungsstangen, die aus Verbundmaterial
hergestellt worden ist, war mit dem der sintergeschmiedeten Verbindungsstangen
identisch, die alleine das kohlenstoffreiche Pulver (Pulver „B") enthielten. Es
scheint erwiesen, daß dies
aus der Tatsache resultiert, daß,
obwohl die sinter-geschmiedeten Verbindungsstangen, die aus Verbundmaterial
hergestellt worden sind, Abschnitte aufwiesen, die alleine das kohlenstoffarme
Pulver (Pulver „A") am großen Ende
oder am kleinen Ende enthielten, die Säule, die zum kleinen Ende benachbart
ist, um eine dominante Bruchstelle der Verbindungsstangen zu sein,
aus dem kohlenstoffreichen Pulver ausgebildet worden ist.
-
Wie
aus dem vorliegenden Beispiel ersichtlich ist, war es möglich, die
Festigkeit und die Verarbeitbarkeit oder Kostenreduzierung in nur
einer Verbindungsstange durch Erzeugen des großen Endes und des kleinen Endes,
die eine Verarbeitbarkeit mit einer Zusammensetzung mit einem verringerten
Kohlenstoffgehalt erfordern, und Erzeugen der Säule, die eine große Festigkeit
erfordert, mit einer Zusammensetzung von erhöhtem Kohlenstoffgehalt kompatibel
zu machen.
-
Daher
ist es entsprechend dem vorliegenden Verfahren zum Füllen eines
Verbundpulvers oder einer Vorrichtung zum Füllen eines Verbundpulvers möglich, Pulver,
deren Komponentenzusammensetzungen sich unterscheiden, auf einmal
in einen Hohlraum zu füllen,
ohne sie in einer gemischten Weise anzuordnen.
-
Darüber hinaus
ist es gemäß dem vorliegenden
Verfahren zum Ausbilden eines Verbundpulvers oder der Vorrichtung
zum Pressen eines Verbundpulvers möglich, effizient Preßlinge zu
erzeugen, deren Komponentenzusammensetzungen durch Verwendung von
Verbundpulvern nach dem Füllen
von den Bereichen abhängen.