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Preßwerkzeug zum Herstellen von zu sinternden Preßkörpern aus Metallpulver
In den letzten Jahren hat die Herstellung von Metallteilen durch Pressen und Sintern
von Metallpulver immer größere Bedeutung erlangt. Es lassen sich einfache Gegenstände
mit verhältnismäßig guten Festigkeitseigenschaften dadurch herstellen, daß man Metallpulver
in hydraulischen oder mechanischen Pressen mit Hilfe dreiteiliger Werkzeuge unter
einem zwischen d. und ä t/cm2 liegenden Druck in die gewünschte Form bringt. Die
Werkzeuge bestehen dabei aus einer Matrize, einem Unter- und einem Oberstempel.
Das Pressen erfolgt in der Weise, daß man in einer Lage, der Füllstellung, in der
der Unterstempel sieh in seiner unteren Lage innerhalb der Matrize befindet, das
Pulver einfüllt, worauf der Oberstempel unter Druck in die Matrize eingeführt und
das Pulver mit der gewünschten Kraft zusammengepreßt wird. Der Oberstempel wird
dann nach oben herausgezogen und der gepreßte Formkörper mit Hilfe des Unterstempels
- gleichfalls nach oben - aus der Matrize ausgestoßen.
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Bei der Herstellung von Teilen, die in der Pre@ßrichtung über den
ganzen Querschnitt gleiche Höhe haben, erhält man auf diese Weise befriedigende
Ergebnisse. Nicht erzeugen kann man jedoch mit derart einfachen Werkzeugen überall
gleichmäßig verdichtete Teile, die in der Richtung des Preßdrucks verschiedene Höhen
aufweisen. Um auch bei solchen Preßkörpern eine gleichmäßige Verdichtung zu erzielen,
hat man vorgeschlagen, die Herstellung
in einem Preßwerkzeug vorzunehmen,
das nicht nur eine Matrize und zwei ihren Ouerschnitt ausfüllende, gegeneinander
und gegen die Matrize bewegliche Stempel umfaßt, sondern bei der einer der Stempel
aus für das Pressen der Teile mit verschiedenen Höhen bestimmten Teilstempeln besteht,
die unabhängig voneinander in der Richtung des Preßdruckes beweglich sind.
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Bei einer bekannten Presse dieser Art ist die Matrize ortsfest aufgestellt
und der Unterstempel in zwei Teilstempel unterteilt. Der eine Teilstempel bewegt
sich während des Preßvorganges aus der Füllstellung in die Preßstellung, der andere
Unterstempelteil steht während des Pressens fest und dient nach Beendigung des Preßvorganges
zusammen mit einer besonderen Vorrichtung als Ausstoßer.
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Die den Gegenstand der Erfindung bildende Vorrichtung gehört zu dieser
Art von Preßwerkzeugen, unterscheidet sich von den bekannten aber wesentlich dadurch,
daß die Matrize gegen einen ortsfest gelagerten Preßtisch aus einer. zum Füllen
der Form dienenden Lage über eine Preßendlage in eine Ausstoßlage beweglich ist
und daß diejenigen Unterstempelteile, die in Richtung des Preßdruckes relativ zum
Preßtisch beweglich sind, in Abhängigkeit von der Bewegung der Matrize zwischen
ihrer Füll- und Preßendlage bewegt werden, wobei sie in der Preßendlage fest gegen
den Preßtisch abgestützt sind.
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In der Füllage stützen sich dabei die beweglichen Unterstempelteile
gegen ein mit der Matrize starr verbundenes Bauelement ab und werden durch dieses
bei Rückkehr der Matrize aus der Ausstoßlage in die Füllage zwangläufig mit in diese
Lage zurückgeführt. Während des Preßvorganges liegen zwischen den beweglichen Unterstempelteilen.
und dem Preßtisch ausrückbare Anschläge, nach deren Ausrücken die Unterstempelteile
durch die sich in Ausstoßlage bewegende Matrize mitgenommen werden. Diese Mitnahme
erfolgt in der Weise, daß die beweglichen Unterstempelteile erst dann vom Preßkörper
abgezogen werden, nachdem der jeweils von ihnen gepreßte Teil des Preßkörperduerschnitts
außerhalb der Matrize liegt. Auch in der Ausstoßlage sind die beweglichen Unterstempelteile
fest gegen den Preßtisch abgestützt.
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Preßwerkzeuge mit diesen Merkmalen sind in einer vorveröffentlichen
Druckschrift dargestellt und beschrieben, sie wurden dort aber lediglich als für
das Trockenpressen von keramischen Massen körniger Beschaffenheit geeignet bezeichnet,
dagegen als ungeeignet für pulverförmige Massen hingestellt, da diese im Gegensatz
zu körnigen Massen während des Preßvorganges nicht fließen und zudem feine Kanäle
verstopfen. Der Druckschrift war deshalb nicht zu entnehmen, daß Werkzeuge dieser
Art auch für das Pressen pulverförmiger Metallmassen geeignet seien, um so weniger,
als die Herstellung von Sintermetallkörpern Druckkräfte erfordert, die etwa das
ioofache des Druckes ausmachen, der beim Formen keramischer Massen angewendet werden
muß. Versuche haben jedoch ergeben, daß entgegen dein bestehenden Vorurteil Preßwerkzeuge
der beschriebenen Art sich auch zum Pressen von pulverförmigen Metallmassen eignen,
wenn man das Werkzeug mit solcher Präzision aufbaut, daß zwischen den gegeneinander
beweglichen, den Matrizenraum begrenzenden Teilen keine Spalte oder sonstige Kanäle
vorhanden sind, in die Teile der pulverigen Masse unter dem hohen Verformungsdruck
eindringen können. Unter dieser Voraussetzung bieten solche Preßwerkzeuge gerade
für die Herstellung von Metallpulverpreßlingen eine Reihe von Vorteilen. Alle Bewegungen
der Teilstempel sind von der Bewegung der Matrize in bezug auf den Preßtisch abgeleitet.
Der ortsfeste Preßtisch, gegen den in der Preßendlage alle Unterstempelteile fest
abgestützt sind, läßt sich ohne Schwierigkeiten so fest lagern, daß jeder in Betracht
kommende.Preßdruck sicher von ihm aufgenommen wird. Die Unterstempelteile können
zugleich als Ausstoßer dienen, wobei sie selbst jedoch in ihrer der Gestalt des
herzustellenden Preßlings angepaßten Lage verbleiben, während die Matrize über die
Preßendlage hinaus weiter gegen den Preßtisch bewegt wird. Überhaupt erlaubt die
Beweglichkeit der Matrize im Verhältnis zum orstfesten Preßtisch und die Ableitung
der Bewegungen der Unterstempelteile von den der Matrize durch einen Kraftantrieb
mitgeteilten Bewegungen eine einfache und kräftige Ausführung sowie einen einfachen
und zweckmäßigen Bewegungsablauf der verschiedenen Bauteile.
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Ein Ausführungsbeispiel für ein Preßwerkzeug gemäß der Erfindung der
vorgenannten Art, das erfindungsgemäß in mehrfacher Hinsicht den besonderen, an
das Pressen von Pulvermetallmassen zu stellenden Anforderungen noch weiter angepaßt
wurde, ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher beschrieben, die in den Fig.
i bis 3 verschiedene Stellungen des Werkzeugs in schematischer Darstellung veranschaulicht.
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Die eigentliche Form wird von der Matrize i, dem Oberstempel2 und
dem Unterstempel 3 gebildet. Der Oberstempel besteht aus zwei axial zueinander verschiebbaren
Teilen 4 und 5 finit zwischen ihnen wirkenden Federn 6, die bestrebt sind, die Teile
4 und 5 auseinanderzuhalten. Der Teil ,4 ist mit Hilfe eines Schaftes 7 mit dein
in der Zeichnung nicht dargestellten Antrieb der Presse verbunden.
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Die Matrize i ist von zwei Säulen 8 gehalten, die in dem ortsfesten
Preßtisch io längsverschiebbar geführt und durch die Traverse 9 miteinander verbunden
sind. Die Traverse 9 steht ihrerseits über den Schaft i i mit dem Antriebsmechanismus
der Presse in Verbindung. Alle Bewegungsvorgänge, die im folgenden näher beschrieben
werden, werden ausschließlich über die Teile 7 und i i bewirkt.
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Der Unterstempel 3 ist in der gezeigten Ausführungsform in drei Teilstempel
12, 13 und 14 unterteilt, die relativ zueinander in Längsrichtung beweglich sind.
Jeder Unterstempelteil besitzt einen Schaft 15, 16 bzw. 17, der den Tisch io durchsetzt.
Die
Schäfte 16 und 17 sind an ihren unteren Enden mit Gewinde und je einer Doppelmutter
18, der Schaft 15 lediglich mit einer einfachen Mutter 18' versehen. Der Unterstempelteil
12, der der größten nuerschnittshöhe des fertigen Preßkörpers entspricht, ist fest
mit dein Preßtisch to verschraubt. Die Unterstempelteile 13 und 1f sind mit ihrem
Schaft 16 bzw. 17 im Preßtisch to längsverschieblich geführt, wobei Federn 19 bestrebt
sind, die Stempelteile 13 und 14 gegen den Tisch to zu drücken. Die Doppelmuttern
18 dienen zur Einstellung der beweglichen Unterstempelteile 13, 14. in ihrer Höhenlage
zur Traverse 9.
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Auf dem Preßtisch to sind in horizontaler Richtung ausrückbare Anschläge
2o, 21 angebracht, die mit den Unterstempelteilen 13 und 14 zusammenarbeiten. Druckfedern
22 halten die Anschläge im Bewegungsbereich der an den Stempelteilen 13, 14 vorgesehenen
Ansätze 25 bzw. 26. Die mit den Säulen 8 verbundenen Keile 23 treffen beim Niedergehen
der Matrize i auf an den Anschlägen 20 und 21 gelagerte Rollen 24., über die die
Anschläge ausgerückt werden. Die oberen Flächen der Ansätze 25 und 26 bilden ihrerseits
Anschläge, über die die Stempelteile von der niedergehenden Matrize mitgenommen
werden.
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Die Säulen 8 sind durch Gewindezapfen 27 und von Muttern 28 an der
Traverse 9 festgehalten. Zwischen der Traverse 9 und den Säulen 8 sind Scheiben
29 zur Regelung des Abstandes zwischen der Matrize i und der Traverse 9 angebracht.
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Die verschiedenen Querschnitthöhen, die das Werkstück vor dem Pressen
aufweist, sind mit a, b, c, die entsprechenden Höhen nach dein Pressen sind
finit a', b', c' bezeichnet.
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Die Vorrichtung wirkt in folgender Weise: Fig. i zeigt die Füllstellung.
Die Matrize i befindet sich in ihrer oberen Lage, und die UnterstemPelteile 13 und
14. befinden sich in Lagen, in denen sie unter Anlage ihrer Muttern 18 an der Traverse
9 in der Matrize die Querschnitthöhen a, b
und c ergeben, die unter Berücksichtigung
der sich beim anschließenden Pressen angestrebten, gleichmäßigen oder doch im wesentlichen
gleichmäßigen Verdichtung den Endmaßen d, b', c' des fertigen Preßkörpers
entsprechen.
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Beim Pressen bewegt sich zunächst der Oberstempel 2 nach unten und
dringt mit seinem Teil 5 teilweise in die Matrize i ein, worauf die Relativbewegung
zwischen dem Oberstempel und der Matrize zunächst aufhört. Die Matrize i und der
Oberstempel 5 bewegen sich dann gemeinsam in die in der Fig. 2 gezeigte Lage, in
der eine weitere Abwärtsbewegung der Unterstempelteile 13 und 14 durch die Anschläge
20 und 21 verhindert wird. Die Unterstempelteile 12, 13 und 14 besitzen jetzt im
Verhältnis zueinander die Stellung, die der endgültigen Form des Preßkörpers entspricht.
Während die Matrize i und die Stempelteile 12, 13 und 14 unbeweglich bleiben, bewegt
sich dann der Obersteinpel weiter nach unten und beendet den Preßvorgang zu der
in Fig. 3 gezeigten Endform mit den endgültigen Querschnitthöhen d, b' und
c'. Nach Einhaltung einer gewissen Wartezeit bewegt sich der Oberstempel 2 so weit
nach oben, daß der Teil 5 nur noch mit dem von den Federn 6 ausgeübten Druck am
Preßkörper anliegt. Gleichzeitig bewegt sich die Matrize i weiter nach unten in
die in Fig. 3 gezeigte Stellung, wobei die Keile 23 die Anschläge 20 und 21 nach
außen ziehen. Der Stempelteil 13 wird dabei einerseits unter der Wirkung seiner
Feder 19 und andererseits dadurch, daß sein Ansatz 25 mit der sich nach unten bewegenden
Matrize in Berührung kommt, bis zur unmittelbaren Auflage auf dem Tisch to abgesenkt.
Der Stempelteil 14 wird in dem gezeigten Beispiel nur durch die Wirkung seiner Feder
19. nach unten gedrückt, bis auch er auf dem Tisch to aufliegt. Alle Unterstempelteile
liegen nun am Preßtisch,to an. Da der Teilstempel 12 in seiner ursprünglichen Lage
verblieb, hat er den Preßkörper aus der niedergehenden Matrize ausgestoßen, während
gleichzeitig die Stempelteile 13 und 1,4 vom Preßkörper abgezogen wurden. Der Oberstempel
kann jetzt ganz abgehoben und der Preßkörper entnommen werden. Durch Aufwärtsbewegung
der Traverse 9 werden alle Teile dann wieder in die in Fig. i gezeigte Füllstellung
des Werkzeuges zurückgeführt. Die UnterstemPelteile 13 und 14 werden dabei von der
Traverse 9 entgegen der Wirkung der Federn 19 und die Anschläge 20 und 21 von den
Federn 22 in Ausgangsstellung gebracht.
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Durch richtige Einstellung der Unterstenipelteile 12, 13 und 1.4 im
Verhältnis zueinander und zur Matrize i in der Füllstellung des Werkzeuges läßt
sich erreichen, daß das Pressen in verschieden hohen Otierschnittsteilen des Formkörpers
mit dem gleichen spezifischen Druck erfolgt.
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Die Vorrichtung kann im Rahmen der Erfindung in verschiedener Hinsicht
abgewandelt werden. Es wurde bereits angegeben, daß nach der Erreichung der in Fig.
2 gezeigten Lage das endgültige Pressen durch den Oberstempel bei stillstehender
Matrize i erfolge; während dieser Bewegung des Oberstempels kann jedoch die Matrize
i auch dem Oberstempel folgen oder sich überhaupt in Abwärtsbewegung befinden. An
Stelle von drei Unterstempelteilen können mehr oder weniger vorhanden sein. Anders
als bei der gezeigten Ausführung kann auch dem Unterstempeltei112 eine Bewegung
im Verhältnis zum Preßtisch to erteilt werden. Die von den Federn 19 ausgeführten
Bewegungen können auch zwangläufig gesteuert werden. Die Bewegungen des Oberstempels
2 und der Traverse 9 können auf mechanischem oder hydraulischem Weg oder in anderer
Weise hervorgerufen werden. Hier als stufenweise Bewegungen geschilderte Vorgänge
können auch mehr oder weniger kontinuierlich ablaufen, und die Bewegungen können
- soweit möglich - mehr oder weniger gleichzeitig erfolgen. Die Erfindung ist auch
nicht darauf beschränkt, daß das Pressen in allen Teilen des Preßkörpers auf gleiche
spezifische Dichte erfolgt.
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Bei der in den Fig. i bis 3 gezeigten Ausführung sind die Möglichkeiten
gering, die Füllhöhe desjenigen Teiles des Pulvers zu ändern, der sich
gerade
oberhalb des Unterstempels r2 befindet. Die Regelung dieser Füllhöhe kann dort lediglich
durch Verwendung einer größeren oder kleineren Anzahl von Scheiben 29 erfolgen.
Außerdem ist es jedoch möglich, zwischen den Teilstempel z2 und die Preßtischfläche
Abstandringe einzufügen. Immer muß selbstverständlich aber der feste Unterstempelteil
der größten Werkstückhöhe entsprechen.
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Wenn im gleichen Werkzeug ein Preßkörper aus einem Pulver geringerer
Komprimierbarkeit hergestellt werden soll, ist es zur Erreichung einer kleineren
Füllhöhe b möglich, den Ausgangsabstand der Matrize i zur Traverse 9 z. B. durch
Entfernung einer oder mehrerer der Zwischenscheiben 29 zu verringern. Das Gegenteil
kann vorkommen, wenn das Volumgewicht einer Pulverfüllung geringer und ihre Komprimierbarkeit
größer ist als normal.
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Beim Übergang aus der in Fig. 2 gezeigten Lage in die der Fig. 3 wird
bei der Ausführung gemäß den Fig. i bis 3 der Stempelteil 14 nach unten nur unter
der Wirkung seiner Feder i9 bewegt, während der andere Stempelteil 13 von der Matrize
i bei deren Abwärtsbewegung zusätzlich mitgenommen wird; die Feder i9 wäre im letzteren
Falle entbehrlich. Man kann also die Unterstempelteile entweder durch Federwirkung
oder durch Teilnahme an der Bewegung der Matrize oder durch eine Kombination beider
nach unten bewegen. Für kleinere Preßkörper können Federkräfte allein ausreichen,
für größere Preßkörper dagegen kann die zwangläufige Mitnahme durch die niedergehende
Matrize notwendig sein. Auch andere Mittel zur Übertragung des Antriebs auf die
Stempelteile sind denkbar.
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Allgemein gilt für die Abwärtsbewegung der Unterstempelteile, daß
sie in der Regel nicht früher, wohl aber später beginnen darf als in dem Augenblick,
in dem der von dem betreffenden Stempelteil verdichtete Querschnitt des Preßkörpers
ganz aus der Matrize ausgestoßen ist. Andernfalls kann es vorkommen, daß ein nicht
gestützter Teil des Preßkörpers infolge seiner großen Reibung an den Wänden der
Matrize abbricht.