DE8222460U1

DE8222460U1 - Device for producing a layered semi-finished product

Info

Publication number: DE8222460U1
Application number: DE19828222460
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-08-09
Filing date: 1982-08-09
Publication date: 1986-06-05

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser ZeichenSIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Our mark

Berlin und München VPA 82 P 3 2 3 9 DEBerlin and Munich VPA 82 P 3 2 3 9 DE

Vorrichtung zum Berstellen eines schichtförmigen HaIbzeuges Device for creating a layered half- tool

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines schichtförmigen Halbzeuges durch indirektes Strangpressen eines geschichteten Sinterverbundrohlings mit Schichten aus Metall, Metallegierungen, Metall-Metall-Mischungen oder Metall-Nichtmetall-Mischungen, bestehend aus einem Rezipienten mit rechteckigem Durchbruch und einer ein- oder mehrteiligen Strangpreßmatrize mit einem oder mehreren Durchbrüchen.The invention relates to a device for producing a layered semi-finished product by indirect means Extrusion of a layered sintered composite blank with layers of metal, metal alloys, Metal-metal mixtures or metal-non-metal mixtures, consisting of a receptacle with a rectangular Breakthrough and a one-part or multi-part extrusion die with one or more openings.

Kontaktstücke für Niederspannungsluftschaltgeräte bestehen meist aus Silbarbasiswerkstoffen, denen zur Verringerung der Schweißkraft und zur Verbesserung des Abbrandverhaltens Metalloide oder Metalloxide zugesetztThere are contact pieces for low-voltage air switchgear mostly made of Silbar base materials, which reduce the welding force and improve the burn-off behavior Metalloids or metal oxides added

werden. Diese Zusatzwerkstoffe erschweren die Verbindung mit ehern Trägerteil, die durch Schweißen bzw. Löten vorgenommen wird. Aus diesem Grunde werden die Kontaktstücke oft mit einer löt- bzw. schweißfähigen Zweit-' / 25 schicht versehen.will. These additional materials make the connection difficult with an iron support part, which is made by welding or soldering. For this reason, the contact pieces often with a solderable or weldable second ' / 25 layer provided.

Werden die gewünschten Kontaktstücke durch Strangpressen gesinterter Rohlinge als Halbzeug hergestellt, so müssen die zunächst einschichtigen Stränge nach geeigneter oft aufwendiger Vorbehandlung in weiteren Arbeitsgängen mit der vorgesehenen lötfähigen Schicht plattiert und anschließend zu Kontaktstücken geschnitten werden. So wird z.B. zunächst eine Plattierhilfsschicht aufgebracht undIf the desired contact pieces are produced as semi-finished products by extrusion of sintered blanks, they must the initially single-layer strands after suitable, often time-consuming pretreatment in further operations plated with the intended solderable layer and then cut into contact pieces. So will E.g. first a plating auxiliary layer is applied and

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Wb 2 Gr / 5.8.1982Wb 2 Gr / 5.8.1982

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anschließend warmwalzplattiert und maßgewalzt (DE-OS 28 48 980). Besonders bei ausgeprägt spröden Werkstoffen/Wie z.B. den aus Gründen der Umweltbelastung bevorzugten AgSnO -Werkstoffen,ergeben sich bei den üblichen Oxidgehalten von 10 bis 12 Gew.-% wegen des geringen Umformvermögens Schwierigkeiten beim Warmwalzplattieren. Zur Verbesserung der Verformungseigenschaften solcher Werkstoffe werden deshalb die Ausgangspulver zusätzlichen Glüh- und Granulierbehandlungen unterzogen (DE-OS 29 52 128).then hot-roll clad and size-rolled (DE-OS 28 48 980). Especially if they are extremely brittle Materials / such as those for reasons of environmental pollution preferred AgSnO materials result from the usual oxide contents of 10 to 12% by weight because of the low formability. Difficulties in hot roll cladding. The starting powders are therefore used to improve the deformation properties of such materials subjected to additional annealing and granulating treatments (DE-OS 29 52 128).

Es ist weiterhin versucht worden/ durch simultanes Strangpressen des Kontaktwerkstoffes mit dem Metall der lötfähigen Schicht bereits während des Strangpressens eine Plattierung herzustellen. Bekannt ist ein Verfahren, das durch Strangpressen eines mehrschichtigen Sinterverbundteils die Schichtgeometrie des Rohlings maßstäblich im Strang abbildet (britische Patentschrift 880 583), Zur Erstellung des Rohteils wird ein Stützsteg so in die Pulverpreßform eingelegt, daß erIt has also been tried / by simultaneous extrusion of the contact material with the metal solderable layer to produce a cladding during extrusion. A method is known the layer geometry of the blank by extrusion of a multi-layer sintered composite part depicted to scale in the strand (British patent specification 880 583), a Support web so inserted into the powder mold that he

eine maßstäbliche Abbildung der gewünschten Grenzschichtgeometrie des Stranges darstellt. In die so entstandenen , Pulverkammern werden die verschiedenen Pulver gleichhochrepresents a true-to-scale representation of the desired boundary layer geometry of the strand. In the resulting , Powder chambers, the different powders have the same height

ν eingefüllt, die Zwischenwand entfernt und die Pulverν filled in, the partition removed and the powder

gemeinsam in einer Preßrichtung parallel zur Pulvergrenzschicht gepreßt. Das derart hergestellte Preßteii wird anschließend gesintert und darauffolgend stranggepreßt, wobei die Preßrichtung wiederum parallel zur Grenzschicht liegt. Hierbei ergeben sich jedoch aufgrund der meist unterschiedlichen Verdichtbarkeit der verschiedenen Pulver Festigkeitsprobleme an der Grenzschicht. pressed together in a pressing direction parallel to the powder boundary layer. The pressed part thus produced is then sintered and then extruded, the pressing direction again parallel to Boundary layer lies. However, due to the mostly different compressibility of the various Powder strength problems at the boundary layer.

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Die Grenzschichtfestigkeit kann verbessert werden, wenn die im Pulverpreßwerkzeug eingesetzte Trennwand an der Unterseite verzahnt wird, so daß sich die Pulver beim Herausziehen dieser Wand an der Grenzschicht vermischen (DE-AS 15 39 848). Andererseits führt dies zu einer breiteren Übergangszone zwischen den verschiedenen Werkstoffen. The boundary layer strength can be improved if the partition wall used in the powder press tool is attached to the Underside is toothed, so that the powders mix when this wall is pulled out at the boundary layer (DE-AS 15 39 848). On the other hand, this leads to a wider transition zone between the different materials.

Diese beiden Verfahren ist gemeinsam, daß bei Ihnen das üblicherweise als Strangpressen bezeichnete direkte { Strangpreßverfahren angewendet wird, bei dem der Preß-These two methods have in common that is usually used as extrusion called direct {extrusion with you, in which the pressing

butzen vorwärts, d.h. in Preßrichtung, durch das Werkzeug geschoben wird. Die dabei auftretende Rezipientenwandreibung verringert ihren Wert, der anfangs bis zum Doppelten der eigentlichen Umformkraft betragen kann, beträchtlich mit der Verkürzung des verbleibenden Preßbutzens, so daß sich auch die Schichtgeometrie und die Schichtdicke über die Länge des Preßstranges verschieben. Wegen der von Pressung zu Pressung unterschiedlichen Reibbedingungen läßt sich dieser Effekt auch durch keilförmige Auslegung der Grenzschicht im Pulverpreßteil nicht ausgleichen. Ein weiterer Nachteil des direkten Strangpressens liegt in dem hohen Anteil an Rücklaufmaterial, das im allgemeinen mehr als 10 % beträgt (Metall 36. (1982), 4, 439 bis 443). Dieser Anteil erhöht sich beim Strangpressen schichtförniiger Verbundsinterteile weiter, da am Preßbeginn zunächst ein beträchtlicher Einlaufbereich auftritt, bis die verschiedenen Schichten zur Matrizenöffnung fließen und sich dort eine momentane Gleichgewichts bedingung einstellen kann, die sich allerdings mit dem Ändern der Wandreibung über die Preßlänge wieder verschiebt. Deshalb kann bei diesem Verfahren nur mit einer Werkstoffausbringung von ^ als 70 % gerechnet werden.slug is pushed forward, i.e. in the pressing direction, through the tool. The resulting recipient wall friction reduces their value, which can initially be up to twice the actual forming force, considerably with the shortening of the remaining Preßbutzens, so that the layer geometry and the Shift the layer thickness over the length of the pressed strand. Because of the differences from pressing to pressing Under friction conditions, this effect can also be achieved by means of a wedge-shaped design of the boundary layer in the powder molding not equalize. Another disadvantage of direct extrusion is the high proportion of return material, which is generally more than 10% (Metall 36. (1982), 4, 439 to 443). This proportion increases when extruding layered composite sintered parts further, since at the beginning of the pressing there is initially a considerable run-in area until the various Layers flow to the die opening and a momentary equilibrium condition is established there can, which, however, shifts again with the change in wall friction over the pressing length. Therefore, at this process can only be expected with a material output of ^ than 70%.

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Wegen der Probleme bezüglich Schichtdickentoleranz, Grenzschichtfestigkeit und geringer Ausbringung, haben sich diese bekannten Verfahren nicht durchsetzen können.Because of the problems with layer thickness tolerance, boundary layer strength and low output, have these known processes cannot prevail.

Zur Lösung dieser Probleme hat sich die Zweischichtpulverpreßtechnik zur Herstellung von Fertigformteilen bewährt. Dazu werden die zwei- oder mehrschichtigen Teile z.B. Kontaktwerkstoff und lötbarer Werkstoff durch aufeinanderfolgendes Füllen der Pulverschichten übereinander und anschließendes gemeinsames Verpressen herge-/ j · stellt. Die Preßrichtung liegt in diesem Fall senkrechtThe two-layer powder molding technique has proven itself to solve these problems proven for the production of finished molded parts. To do this, the two- or multi-layered Parts e.g. contact material and solderable material by successively filling the powder layers on top of each other and subsequent joint pressing produced. In this case, the pressing direction is vertical

zur Grenzschicht, so daß sich ein unterschiedliches Ver- t, dichtungsverhalten der Pulver beim Pressen nicht störendto the boundary layer, so that a different encryption t, of the powder sealing performance does not interfere during the pressing

auf die Grenzschichtfestigkeit auswirkt (Pulvermetallurgie elektrischer Kontakte, Springer-Verlag Berlin 1964, 211 bis 213).affects the boundary layer strength (powder metallurgy of electrical contacts, Springer-Verlag Berlin 1964, 211 to 213).

Dieses bekannte Erfahren ist jedoch auf verhältnismäßig kleinformatige Teile begrenzt und ermöglicht insbesondere nicht die Anwendung hoher Umformgrade zur Verdichtung und Festigkeitssteigerung des PulverpreSteils, die zu besonderer Widerstandsfähigkeit gegen mechanische, thermische und elektrische Belastung führt.However, this known experience is proportionate limits small-format parts and in particular does not allow the use of high degrees of deformation for compression and increase in strength of the powder compact, which leads to particular resistance to mechanical, thermal and electrical load.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit der es möglich ist, ein schichtförmiges Halbzeug durch indirektes Strangpressen eines geschichteten Sinterverbundrohlings mit Schichten aus Metall, Metallegierungen, Metall-Metall-Mischungen oder Metall-Nichtmetall-Mischungen auf einfache Weise ohne zusätzliche Plattiervorgänge herzustellen, mit über Länge und Querschnitt gleichmäßiger Schichtdicke und hoher Haftfestigkeit der Schichten untereinander sowie hoher Materialausnutzung.The invention has for its object to develop a device with which it is possible to a layered semi-finished product by indirect extrusion a layered sintered composite blank with layers of metal, metal alloys, metal-metal mixtures or to produce metal-non-metal mixtures in a simple manner without additional plating processes Uniform layer thickness over the length and cross-section and high adhesive strength of the layers to one another as well as high material utilization.

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Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung der genannten Art dadurch gelöst, daß die dem Rphling zugewandte Oberfläche der Matrize mindestens teilweise mit einem Höhenprofil bis zum Matrizendurchbruch versehen ist, derart, daß sich die verschiedenen Schichten des Rohlings mit einer vorgegebenen Dickenverteilung über den Strangquerschnitt ausbilden. Als besonders geeignet hat sich eine dachgiebelartige Ausbildung des Höhenprofils erwiesen, bei dem die obere Begrenzung mittig zum Matrizendurchbruch verläuft.According to the invention, the object is achieved by a device of the type mentioned in that the dem Rphling facing surface of the die at least partially with a height profile up to the die opening is provided in such a way that the various layers of the blank with a predetermined thickness distribution Form over the strand cross-section. A gable-like design has proven to be particularly suitable of the height profile in which the upper limit runs centrally to the die opening.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß sich ein derartiges schichtförmiges Halbzeug durch die Mehrschichtstrangpreßtechnik herstellen läßt. Dazu wird ein Rohling, ähnlich der Zweischichtpulverpreßtechnik, als einfacher Quader aus ebenen Pulverschichten erstellt und in einem Rezipienten mit rechteckigem oder quadratischem Durchbruch indirekt stranggepreßt mittels einer Matrize gemäß der vorliegenden Erfindung. Durch die Gestaltung der Matrize gemäß der Erfindung wird der Werkstofffluß so gesteuert, daß die Schichten auch dann eine gleichmäßige Dicke über die Strangbreite aufweisen, wenn im \ Rohteil keine exakte Abbildung vorliegt.Surprisingly, it has been shown that such a Layered semi-finished product through the multi-layer extrusion technology can be produced. For this purpose, a blank, similar to the two-layer powder pressing technique, is simpler Cuboid created from flat layers of powder and placed in a recipient with a rectangular or square opening indirectly extruded by means of a die according to the present invention. Through the design the die according to the invention, the flow of material is controlled so that the layers are even then Have a thickness across the strand width if there is no exact image in the raw part.

Anhand der Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigenThe invention will be explained in more detail with the aid of the drawing and an exemplary embodiment. Show it

FIG 1 eine perspektivische Darstellung der Strangpreßmatrize gemäß der Erfindung.
301 shows a perspective view of the extrusion die according to the invention.
30th

FIG 2 in schematischer Darstellung indirektes Zweischichtstrangpressen mit einer Matrize gemäß der Erfindung (vor dem Strangpressen).FIG. 2 shows a schematic representation of indirect two-layer extrusion with a die according to the invention (before extrusion).

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FIG 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Strang- I preßmatrize gemäß der Erfindung mit einem dachgiebelartigem Höhenprofil mit zwei Matrizendurchbrüchen. Mit 11 ist die Strangpreßmatrize bezeichnet. Die dem in der FIG nicht dargestellten geschichteten Sinterverbundrohling zugewandte Oberfläche 12 der Matrize V\_ ist teilweise mit dem Höhenprofil 13 bis zu den Matrizendurchbrüchen 14, 15 versehen. Die obere Begrenzung 16 des Höhenprofils 13 verläuft mittig zu den Matrizendurchbrüchen 14, 15. _?:1 shows a perspective representation of an extrusion die according to the invention with a gable-like height profile with two die openings. With 11 the extrusion die is designated. The surface 12 of the die V \ _ facing the layered sintered composite blank (not shown in the figure) is partially provided with the height profile 13 up to the die openings 14, 15. The upper limit 16 of the height profile 13 runs centrally to the die openings 14, 15. _? :

C !C!

In FIG 2 ist eine Vorrichtung zum indirekten Zweischicht- [ strangpressen mit einer Matrize mit einem Höhenprofil :In Figure 2 is a device for indirect two-layer [ extrusion with a die with a height profile:

gemäß der Erfindung, wie in FIG 1 perspektivisch darge-according to the invention, as shown in perspective in FIG.

stellt ist, in schematischer Darstellung gezeigt. In \ is shown in a schematic representation. In \

einen Rezipienten 21 ist ein Hohlstempel 2 4 mit der Matrize 22 von unten eingeführt. Die linke Hälfte der _; A hollow punch 2 4 with the die 22 is inserted into a recipient 21 from below. The left half of the _;

Matrize 22 ist mit einem Höhenprofil 23 versehen. Auf der Oberfläche der Matrize 22 befindet sich ein zweischichtiger Sinterverbundrohling, z.B. mit einer lötfähigen Silber-Schicht 26 und einer Silberzinnoxid- i, Schicht 27. Dieser Rohling ist innerhalb des Rezipienten j s 21 auf der profilierten Oberfläche der Matrize 22 angeordnet. Mit 28 ist ein Druckstück bezeichnet. Zum indirekten Strangpressen wird die Matrize 22 mit dem Hohlstempel 24 gegen den Rohling 26, 27 gepreßt. Der Strang bzw. die Stränge bei mehreren Matrizendurchbrüchen, treten durch den Matrizendurchbruch 25 und durch den Hohlstempel 24 aus. Bei diesem indirekten Strangpressen wird ein homogener Werkstofffluß ohne Wandreibung an der Rezipientenwandung bei geringstmöglichem Preßrest gewährleistet. Würde die Matrize wie üblich ohne profilierte Oberfläche z.B. eben ausgeführt, ergäbe sich wegen der dann maßstäblichen Abbildung ein balligerDie 22 is provided with a height profile 23. On the surface of the female mold 22 is a two-layered composite sintered blank, for example, is with a solderable silver layer 26 and a Silberzinnoxid- i, layer 27. This blank is s j within the receivers 21 on the profiled surface of the die 22. With a pressure piece is designated. For indirect extrusion, the die 22 is pressed with the hollow punch 24 against the blank 26, 27. The strand or strands in the case of several die openings emerge through the die opening 25 and through the hollow punch 24. With this indirect extrusion, a homogeneous flow of material is guaranteed without wall friction on the recipient wall with the least possible pressing residue. If the die were designed to be flat as usual without a profiled surface, the result would be a spherical one because of the true-to-scale image

. ₇ . VPÄ 82P32390E. _7th VPÄ 82P32390E

Silberschichtverlauf über die Strangbreite. Durch die besondere Matrizengestaltung gemäß der Erfindung wird jedoch eine gleichmäßig dicke Schicht erreicht. Man erhält im vorliegenden Fall Zweischichtstränge hoher Schichtdickengleichmäßigkeit. Da der Strangpreßrest und der aufgrund der Gleichgewichtseinstellung der Schichten am Stranganfang auftretende Werkstoffverlust unabhängig von der Rohlingslänge sind, wird die relative Ausbeute günstiger, wenn der Rohling möglichst Jang ausgeführt wird. Bei einem Rohling, der etwa 3 mal so lang wie dick ist, wird bereits eine Ausbringung von 90 % maßhaltigen Zweischichtstranges erreicht. Bei aus derartigen Strängen geschnittenen Kontaktstücken aus AgSnO₂ mit Oxidgehalten zwischen 10 und 17 Gew.-% treten unter der hohen thermischen und mechanischen Belastung des Werkstoffes bei elektrischen Schaltversuchen in Wechselstromschützen keine Risse an der Grenzschicht zwischen Kontaktwerkstoff und Silberschicht auf, was die hohe Grenzschichtfestigkeit des Zweischichtstrangpreßwerkstoffes bestätigt.Silver layer over the length of the strand. Due to the special die design according to the invention, however, a uniformly thick layer is achieved. In the present case, two-layer strands of high layer thickness uniformity are obtained. Since the extrusion residue and the material loss that occurs due to the establishment of equilibrium between the layers at the beginning of the strand are independent of the length of the blank, the relative yield is more favorable if the blank is made as short as possible. With a blank that is about 3 times as long as it is thick, an output of 90% dimensionally stable two-layer strand is achieved. In the case of contact pieces made of AgSnO ₂ cut from such strands with oxide contents between 10 and 17% by weight, under the high thermal and mechanical load on the material during electrical switching tests in AC contactors, no cracks occur at the interface between the contact material and the silver layer, which increases the strength of the interface Two-layer extruded material confirmed.

AgSnO--Werkstoffe nach der Strangpreß-Walzplattiertechnik werden aufgrund der schlechten Verformungseigenschaften beim Walzen nur mit einem Oxidgehalt von etwa 10 bis 12 Gew.-% hergestellt.AgSnO - materials according to the extrusion-roll cladding technique are due to the poor deformation properties during rolling only with an oxide content from about 10 to 12% by weight.

3 nsprüche
2 Figuren3 claims
2 figures

3030th

Claims

- 8 - IPA 82 P323 9DE proverbs

1. Device for producing a layered Semi-finished product by indirect extrusion of a layered sintered composite blank with layers

Metal, metal alloys, metal-metal mixtures or metal-non-metal mixtures, consisting of one Recipients with a rectangular opening and a one-part or multi-part extrusion die with one or multiple breakthroughs, thereby gekenny; shows that the surface facing the blank (12) of the die (_1J_) at least partially with a height profile (13) up to the die opening (14, 15) is provided in such a way that the various. 15 layers of the blank with a given thickness distribution Form over the strand cross-section.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the height profile (13) is designed like a roof gable.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that g e -

/ \ indicates that the upper limit (16)

of the height profile (13) runs centrally to the die opening (14, 15).