DE9408317U1

DE9408317U1 - Preßteil aus Metallpulver und Vorrichtung zu seiner Herstellung

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Publication number: DE9408317U1
Application number: DE9408317U
Authority: DE
Original assignee: RINGSDORFF SINTER GmbH
Current assignee: RINGSDORFF SINTER GmbH
Priority date: 1994-05-20
Filing date: 1994-05-20
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2004-05-21

Description

Preßteil aus Metallpulver und Vorrichtung zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Preßteil aus Metallpulver, insbesondere ein Sinterteil mit mindestens einer quer zur Preßrichtung liegenden Hinterschneidung und eine Vorrichtung zu seiner Herstellung mit den Merkmalen im Oberbegriff der nebengeordneten Ansprüche.

Aus der DE-OS 37 34 002 ist ein Sintermetallkörper bebekannt, der quer zur Preßrichtung liegende Hinterschneidungen aufweist. Um die Hinterschneidungen zu bilden, ist der Sintermetallkörper mehrteilig aufgebaut. Die einzelnen geformten Teile werden zu einem Bauteil zusammengesteckt und dann durch Aufbringen einer Magnetitschicht auf ihre Oberflächen stoffSchlussig miteinander verbunden. Diese Vorgehensweise erfordert durch die Mehrteiligkeit des Sintermetallkörpers einen gewissen Bau- und Verfahrensaufwand. Die Hinterschneidungen können auch durch spanende Bearbeitung nachträglich in den Sintermetallkörper eingebracht werden. Ferner wird die Möglichkeit angesprochen, die Einzelteile eines mehrteiligen Sintermetallkörpers durch Schweißen oder Löten zu vereinigen. Diese Techniken bedeuten ebenfalls einen erhöhten Bau- und Verfahrensaufwand, der sich in den Kosten und in der Wirtschaftlichkeit des herzustellenden Preßteiles nachteilig niederschlägt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Preßteil, insbesondere ein pulvermetallurgisch hergestelltes Sinterteil aufzuzeigen, das die vorbeschriebenen Nachteile nicht hat sowie eine Vorrichtung anzugeben, mit Hilfe derer Hinterschneidungen aufweisende Preß- und Sinterteile aus Metallpulver einfacher und wirtschaftlicher als bisher produziert werden können.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen in den Sach- und Vorrichtungsansprüchen, die hiermit in die Beschreibung eingefügt werden.

Das auf pulvermetallurgischem Wege hergestellte erfindungsgemäße Preß- oder Sinterteil zeichnet sich durch einstückig angeformte Hinterschneidungen aus, d.h., die Hinterschneidungen werden bei einem Preßvorgang, vorzugsweise beim Kalibrieren, an einen vorgepreßten einteiligen Rohling angeformt. Bei einem Sinterteil liegt der Rohling bereits in gesintertem Zustand vor. Die vorgenannte Verfahrensweise läßt ein Zusammensetzen aus vorher separat gepreßten Einzelteilen oder/und aufwendige Nachbearbeitungen entfallen. Durch die Einstückigkeit des Rohlings werden Toleranzprobleme, die z.B. durch Addition von an zu fügenden Teilen vorhandenen Über- oder Untermaßen entstehen, vermieden. Außerdem läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren schneller, einfacher und kostengünstiger durchführen.

Für die Anformung der Hinterschneidungen die beim letzten Preß- oder Kalibriervorgang erfolgt, gibt es verschiedene Möglichkeiten. In der bevorzugten Ausführungsform werden die Hinterschneidungen an den Rohling beim Kalibrieren durch Materialverschiebung angeformt. Dabei kann zugleich eine Verdichtung des Rohlings stattfinden. Es kann z.B.

auch ein Stempel oder Schieber quer auf den Rohling drücken und die Hinterschneidung einpressen.

In der bevorzugten Ausführungsform wird der Boden der Hinterschneidungen jedoch durch die Grundform des vorhandenen Rohlings gebildet und beim Kalibrieren für jede Hinterschneidung lediglich eine vorstehende Schulter angeformt. Vorzugsweise geschieht dies, indem ein im Rohling vorhandener Materialvorrat verschoben wird, wodurch eine vorstehende Schulter für die Hinterscheidung angeformt wird.

Die Materialverschiebung erfolgt vorzugsweise durch einen beweglichen Stempel, der das an entsprechender Stelle im Rohling vorhandene Material quer zur Preßrichtung in eine an einer Matrize befindliche seitliche Ausnehmung verdrängt und dadurch die vorerwähnte Schulter anformt. Der Materialvorrat ist volumenmäßig mindestens gleich groß wie die Ausnehmung und beide, der Materialvorrat und die Ausnehmung sind benachbart angeordnet. Vorzugsweise ist der Materialvorrat volumenmäßig etwas größer als die Ausnehmung.

Nach einer bevorzugten Variante befindet sich der Materialvorrat in Form einer Erhebung an der Oberfläche des Rohlings in Nachbarschaft der später die Schulter bildenden, in der Matrize befindlichen Ausnehmung. Nach einer anderen bevorzugten Variante befindet sich der Materialvorrat im Rohling und wird beim Pressen oder Kalibrieren durch Eindringen eines am Preßstempel befindlichen Vorsatzes in den Rohling verschoben. Das Volumen des Vorsatzes ist mindestens so groß wie das der später die Schulter formenden Ausnehmung.

Die Herstellung des Preßteils läßt sich in einer konventionellen Preßvorrichtung durchführen. Es muß jedoch eine der Formungsaufgabe angepaßte Matrize verwendet werden. Diese hat zwei oder mehr bewegliche Backen oder Segmente, von denen mindestens einer/eins an der Preßfläche eine Ausnehmung aufweist, die in Form und Volumen der später die Hinterschneidung überkragenden Schulter entspricht. Zum Entformen des fertigen und kalibrierten Preßteiles kann die Matrize geöffnet werden, wodurch auch die Hinterschneidung freigegeben wird.

Im folgenden wird die Herstellung des Preßteils in seinem gesamten Ablauf anhand der Variante, bei der sich das Materialreservoir in Form einer Erhebung an der Oberfläche des Rohlings befindet, beschrieben. Zunächst wird auf pulvermetallurgischem Wege ein Vorproduktkörper hergestellt, bei dem sich auf einer Fläche, die der späteren Hinterschneidung benachbart ist und die quer zur Preßrichtung beim Kalibrieren liegt, ein Materialreservoir befindet, dessen Volumen mindestens dem Volumen entspricht, das im fertigen Sinterkörper die die Hinterschneidung überragende und begrenzende Schulter einnimmt. Danach wird der Vorproduktkörper in eine aus mindestens zwei bewegbaren Segmenten bestehende Matrize, die sich durch Auseinanderfahren der Segmente in geöffnetem Zustand befindet, eingelegt. Diese Matrize hat an ihrer Innenwand mindestens eine Ausnehmung, die der vorgesehenen Form der mindestens einen, im fertigen Sintermetallteil die Hinterschneidung überragenden und begrenzenden Schulter äquivalent ist. Der Vorproduktkörper wird so in die Matrize eingelegt, daß sich sein das Materialreservoir tragender Bereich an der Stelle befindet, an der in der Matrizeninnenwand die entsprechende Ausnehmung für die Formung der die Hinterschneidung überragenden Schulter ist. Sodann wird die

Matrize mit dem Vorproduktkörper in einer mindestens einen Preßstempel aufweisenden Gesenkpresse in Preßposition gebracht, die Matrize mittels einer z.B. hydraulisch oder mechanisch wirkenden Schließvorrichtung durch Aneinanderpressen der Segmente auf Kalibriermaß geschlossen und der Vorproduktkörper mit einem Preßstempel unter Anwendung eines solchen Drucks kalibriert, daß das an ihm oder in ihm befindliche Materialreservoir durch Fließvorgänge in die in der Matrizenwand befindliche Ausnehmung umgelagert wird und damit die die Hinterschneidung überragende und begrenzende Ausbuchtung entsteht. Nach diesem Preßvorgang wird der Preßstempel aus der Matrize entfernt, die die Matrizensegmente zusammenspannende Schließeinrichtung entlastet bzw. entfernt, es werden die Matrizensegmente in Öffnungsstellung nach außen bewegt und es wird das fertige Preßteil entnommen.

In den Unteransprüchen, die auch als Teil der Beschreibung angesehen werden, sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Preßvorrichtung beschrieben. Dies betrifft zum einen eine Matrize, die zwei oder mehr quer zur Preßrichtung bewegliche Backen oder Segmente aufweist und zum anderen einen konischen Spannring, der für einen automatischen und festen Verschluß der beweglichen Backen der Matrize beim Kalibrieren sorgt. Ferner sind unterschiedlich gestaltete Preßstempel vorgesehen, um gezielte Formgebungsvarianten am fertigen Preßteil vornehmen zu können.

Das Preßteil bzw. der Rohling kann aus einem beliebigen geeigneten Metallpulver bestehen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Rohlingsmaterial eine Bruchdehnung von mehr als 2% aufweist, vorzugsweise mehr als 10%. Geeignete Materialien sind z.B. SINT D35 (phosphorhaltige Stähle), SINT D40 (Rostfreistahl) etc..

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen:

Figur 1 und 2 : das fertige Preß- oder Sinterteil mit

Hinterschneidungen in Draufsicht und im Längsschnitt,

Figur 3 und 4 : den Verformungsgang eines Rohlings beim

Ankalibrieren der Hinterschneidung im Halbschnitt längs,

Figur 5 und 6 : eine Variante zu Figur 3 und 4

und

Figur 7 bis 11: die Preßvorrichtung in verschiedenen

Arbeitsstellungen und Ansichten.

Figur 1 und 2 zeigen ein fertiges Preßteil 7 aus Metallpulver, vorzugsweise in Form eines Sinterteiles. Es besteht vorzugsweise aus einem legierten Stahl, kann aber auch eine beliebige andere geeignete metallische Zusammensetzung haben.

Das fertige Preß- oder Sinterteil besteht aus einem Metall, das eine Bruchdehnung von mehr als 2%, vorzugsweise mehr als 10% aufweist. Geeignete Materialien sind z.B. SINT D35 (phosphorhaltige Stähle) oder SINT D40 (rostfreie Stähle).

Das fertige Preßteil 7 besitzt mindestens eine quer zur Preßrichtung liegende Hinterschneidung 3. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um zwei um 180° einander gegenüberliegende Hinterschneidungen 3 in Form von querlaufenden Nuten oder auch Mulden. Figur 2

verdeutlicht die Ausbildung im Längsschnitt. Die Hinterschneidung 3 besitzt einen Boden 4 und eine vorspringende Schulter 5. Die Gegenschulter wird hier durch eine verbreiterte Kopfplatte 6 gebildet.

Das Preßteil 7 kann in beliebig anderer Weise ausgebildet sein. Es kann auch nur eine Hinterschneidung 3 oder auch drei und mehr Hinterschneidungen 3 oder auch eine Ringnut aufweisen, die zudem beliebig am Preßteil 7 verteilt sein können/kann.

Das Fertigteil 7 erhält die Hinterschneidungen 3 beim Kalibrieren eines vorgepreßten, im Falle eines Sinterteils eines vorgepreßten und gesinterten, aus nur einem Teil bestehenden Rohlings 2 durch Anformen. Wie die Figuren 3 bis 6 verdeutlichen, werden dabei die Schultern 5 durch Materialverschiebung angeformt. Der Kalibriervorgang findet in einer Preßvorrichtung 1 statt, die nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 7 bis 11 näher beschrieben und dargestellt ist.

Der Rohling 2 besitzt eine einfache, durch Pressen von gegebenenfalls mit einem Binder versehenen Pulvern und vorzugsweise nachfolgendes Sintern leicht herzustellende Form. Im gezeigten Ausführungsbeispiel hat er bereits die Kopfplatte 6 und einen glatten Schaft oder Zapfen 22, der den in Figur 1 gezeigten, in etwa tonnenförmigen Querschnitt aufweist. Der Rohling 2 hat noch keine fertige Hinterschneidung 3 quer zu seiner Preßrichtung. Die Seitenwände des Schaftes oder Zapfens 22 bilden allerdings bereits die späteren Böden 4 der in Fig. 4 wiedergegebenen Hinterschneidungen 3.

Wie die Figuren 3 bis 6 verdeutlichen, hat der Rohling 2 Materialvorräte 8, die beim Kalibrieren verschoben werden und die dadurch die neuen Schultern 5 bilden.

In Figur 3 bestehen die Materialvorräte 8 aus in Preßrichtung 19 abstehenden Vorsprüngen 9. Die Vorsprünge 9 werden in der Preßvorrichtung 1 durch einen Stempel 12 flachgedrückt, wobei die Materialvorräte quer zur Preßrichtung 19 umgelenkt und in seitliche Ausnehmungen 16 an einer Matrize 14 verdrängt werden. Die Form der Ausnehmungen 16 entsprechen den zu bildenden Schultern 5. Der Stempel 12 formt die Oberflächen der Schultern 5. Figur 4 zeigt die Gestalt des fertigen Preßteiles mit den Hinterschneidungen 3 und den angeformten Schultern 5.

Im Ausführungsbeispiel von Figur 5 hat der Rohling 2 keinen Vorsprung 9. Die Materialvorräte sind hier in die Grundform des Rohlings integriert und deshalb nicht gesondert dargestellt. Der Stempel 12 besitzt an der Oberseite zwei höckerartige Profilierungen 13, die beim Kalibrieren im fertigen Preßteil 7 eine Mulde 20 hinterlassen. Durch die schrägen Flanken der Profilierungen 13 wird das Material des Rohlings beim Kalibrieren in den betreffenden Randbereichen des Zapfens zur Seite in die Ausnehmungen 16 verdrängt. Dadurch ergibt sich die in Figur 6 gezeigte vom Preßwerkzeug eingeschlossene Endform des Preßteils 7.

Zwischen den gezeigten Ausführungsbeispielen sind Mischformen und Abwandlungen möglich. Der untere Stempel 12 kann auch in der Ausführungsform von Figur 3 eine in Preßrichtung 19 vorstehende Profilierung aufweisen. Ansonsten kann der Stempel 12 eine beliebige Oberflächengestaltung besitzen, um anderen Formgebungsmöglichkeiten beim Kalibrieren Rechnung zu tragen.

Die Volumina der Ausnehmungen 16 entsprechen im wesentlichen den Volumina der Materialvorräte 8 bzw. der Vorsprünge 9. Vorzugsweise sind die Volumina der Materialvorräte 8 ein bischen größer als die Volumina der ihnen jeweils zugeordneten Ausnehmungen 16, um deren, 16, sichere Füllung zu gewährleisten.

Die Figuren 7 bis Il zeigen die Preßvorrichtung 1 im einzelnen. Sie besteht aus dem vorerwähnten Unterstempel 12, einer Matrize 14 mit einer seitlichen Aufnahme oder Führung 21, einem Oberstempel 10 und einem Spannring 11.

Um das fertige Preßteil 7 nach dem Kalibrieren entformen zu können (Fig. 11), ist die Matrize 14 in zwei oder mehr Backen 15 geteilt, die im wesentlichen quer zur Preßrichtung 19 beweglich sind (Fig. 8, 8a). Wie die Figuren 8 und 8a verdeutlichen, ist zwischen benachbarte Backen 15 jeweils eine Feder 18 eingespannt, die die Backen 15 auseinanderdrängt. Die Matrize 14 kann sich dadurch automatisch öffnen. Die Erfindung erstreckt sich auch auf andere Öffnungsmechanismen.

Zum Schließen der Matrize 14 und zum Anpressen ihrer Backen 15 ist ein Spannring 11 vorgesehen, der an der Halteplatte 23 des Oberstempels 10 elastisch, z.B. über Federn, befestigt ist und diesen, 10, allseits umumschließt. Die Backen 15 sind ihrerseits in einer seitlichen Aufnahme 21 beweglich gehalten. Der Spannring 11 hat eine innenliegende konische Spannfläche 17, die sich zur Matrize 14 hin erweitert. Die Matrize 14 bzw. deren Backen 15 haben ihrerseits einen als Gegenkonus ausgegebildeten Mantel 24. Wenn der Oberstempel 10 mit dem Spannring 11 gemäß Figuren 7 bis 10 abgesenkt wird, übergreift der Spannring 11 die Backen 15 und preßt diese radial zusammen.

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Der Unterstempel 12 ragt durch die untere, in der seitlichen Aufnahme 21 geführte und in dieser bewegliche Aufnahme 26 und ist zentrisch in der Matrize 14 geführt. Wie die Figuren 3 bis 6 verdeutlichen, setzt sich die Ausnehmung 16 nach unten fort und dient mit ihren seitlichen Begrenzungen als Führungsfläche für den Unterstempel 12. Je nach der gewünschten Schulterform kann die Ausnehmung 16 die Form einer geraden oder gebogenen Nut oder eine sonstige geeignete Form wie beispielsweise eine Ringnut haben. Es können auch mehrere Ausnehmungen 16 um die Preßachse 19 herum verteilt angeordnet sein. Die Ausnehmungen 16 befinden sich an der Innenseite der Matrizenbacken 15.

Beim Kalibrieren wird der Rohling 2 auf die gewünschten Endmaße des Preßteiles 7 gebracht und dabei auch im wesentlichen gleichmäßig verdichtet.

Figur 7 zeigt die Ausgangsstellung der geöffneten Preßvorrichtung 1. Der Rohling 2 wird in die geöffnete Matrize 14 eingelegt. Die gezeigte Ausführungsform entspricht Figur 3.

Anschließend (Fig. 9) wird der Oberstempel 10 mit dem Spannring 11 soweit abgesenkt, daß die Matrize 14 in der vorbeschriebenen Weise geschlossen wird. Sodann wird der Oberstempel 10 mittels seiner Halteplatte 23 unter teilweisem Zusammendrücken der zwischen der Halteplatte 23 und dem Spannring 11 befindlichen Federn 25 auf die Kopfplatte 6 des Rohlings 2 gefahren, wobei der auf die Segmente 15 der Matrize 14 wirkende Schließdruck weiter erhöht wird. Beim nun folgenden Kalibrierungsprozeß (Fig. 10) wird unter weiterer Erhöhung der Kalibrierkraft die gesamte aus Halteplatte 23 für den Oberstempel, Oberstempel 10, Spannring 11, Matrize 14 und unterer

• ·

Aufnahme 26 bestehende Anordnung gegen den stehenden Unterstempel 12 abgesenkt. Die seitliche Aufnahme oder Führung 21 für die Matrize 14 und den Spannring 11 bleibt dabei ortsfest. Bei diesem Vorgang werden die Materialvorräte 8 in die Ausnehmungen 16 (Fig. 9) verdrängt, die Schultern 5 der Hinterschneidungen 3 angeformt und der Rohling auf die Endmaße des Fertigteils 7 kalibriert.

Im letzten Schritt gemäß Figur 11 wird zum Entformen der Stempel 10 mit dem Spannring 11 wieder angehoben. Hierdurch öffnen sich durch den Druck der Federn 18 (Fig. 8, 8a) automatisch die Backen 15 der Matrize 14 und geben den Preßling 7 frei. Durch Anheben des Unterstempels 12 kann der Preßling ausgestoßen werden. Er kann auch auf andere Weise aus der Matrize 14 entfernt werden.

Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele sind in verschiedener Weise möglich. In die Matrize kann z.B. ein querlaufender Schieber eingebaut sein, der auf den Rohling drückt und die Hinterschneidung einpreßt. Ferner können die Stempel 10, 12 und die Matrize 14 gegenüber dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine abweichende Form haben. Zum Beispiel können beim Kalibrieren sowohl die Schulter als auch die Gegenschulter einer Hinterschneidung angeformt werden. Zu diesem Zweck kann der Oberstempel 10 in ähnlicher Weise wie der Unterstempel ausgebildet sein, wobei die Matrize 14 auch im oberen Bereich seitliche Ausnehmungen 16 aufweist.

Desweiteren können die Schließmechanismen für die Matrizensegmente 15 unterschiedlich sein. Beispielsweise können Exzenter- oder Kniehebelsysteme zum Einsatz kommen oder Hydraulikzylinder die Schließfunktion erfüllen.

Bezugszeichenliste

1 Preßvorrichtung

2 Rohling

3 Hinterschneidung

4 Boden

5 Schulter

6 Gegenschulter, Kopfplatte

7 Preßteil, Sinterteil, Fertigteil

8 Materialvorrat

9 Vorsprung

10 Stempel, Oberstempel

11 Spannring

12 Stempel, Unterstempel

13 Profilierung

14 Matrize

15 Backe, Segment

16 Ausnehmung

17 Spannfläche

18 Feder

19 Preßrichtung

20 Mulde

21 seitliche Aufnahme, Führung für

22 Schaft oder Zapfen

23 Halteplatte für Oberstempel

24 Außenmantel der Matrize (Gegenkonus)

25 Federn zwischen 23 und

26 untere Aufnahme in der Preßvorrichtung

Claims

Schutzansprüche

1. Preßteil aus Metallpulver, insbesondere Sinterteil, mit mindestens einer quer zur Preßrichtung liegenden Hinterschneidung,

dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterschneidung (3) durch Umformen eines einstückigen gepreßten Rohlings zum Fertigteil durch einen zusätzlichen Preßvorgang angeformt ist.

2. Preßteil, insbesondere Sinterteil aus Metallpulver nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Material, aus dem das Preßteil besteht, eine Bruchdehnung größer 2 %, vorzugsweise größer 10 % aufweist.

3. Vorrichtung zur Herstellung von Preßteilen aus Metallpulver, insbesondere Sinterteilen, mit mindestens einer quer zur Preßrichtung liegenden Hinterschneidung, bestehend aus einer Preßvorrichtung mit mindestens einem beweglichen Stempel und einer Matrize,

dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (14) zwei oder mehr quer zur Preßrichtung (19) bewegliche Backen (15) aufweist, von denen mindestens eine an der Preßfläche eine Ausnehmung (16) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßvorrichtung (1) einen Spannring (11) aufweist, der beim Kalibrieren über die Matrize (14)

greift, sie fest umschließt und die Backen (15) der Matrize (14) gegen den in der Matrize (14) herrschenden Innendruck aneinanderpreßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (11) eine konische Spannfläche (17) und die Matrize (14) einen Gegenkonus (24) am Mantel aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (11) an einem beweglichen Stempel (10) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder einem der darauf folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der die Hinterschneidung (3) bildende Stempel (12) eine in Preßrichtung (19) vorstehende Profilierung (13) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung (13) mindestens das gleiche Volumen wie die zugehörige Ausnehmung (16) aufweist.