-
Strangpreßmatri.ze Die Erfindung betrifft eine Strangpreßmatrize zum
Pressen von Stanzen aus Metallpulver mit einem dem Preßstempel zugekehrten Teil
von konstantem Querschnitt und mit einem sich an diesen anschließenden, radial spreizbaren
Teil, der normalerweise durch eine Klemmvorrichtung geschlossen gehalten wird, um
eine Bewegung der Stange in Preßrichtung zu vermeiden.
-
Es sind Vorrichtungen bekannt, bei denen loses Metallpulver in einer
Matrize durch einen Stempel verdichtet wird, jedoch haben diese bekannten Matrizen
keinen konstanten Querschnitt, sondern sie verjüngen sich zum Auslaßende hin konisch.
Diese konische Form hat zur Folge, daß von dem Preßstempel ein außerordentlich hoher
Druck aufgebracht werden muß, damit das verfestigte Metallpulver aus der Matrize
ausgetrieben werden kann. Diese bekannte Anordnung kann daher nur zum Verdichten
von solchem Metallpulver verwendet werden, das zum Verfilzen neigt oder dein spezielle
Bindemittel zugesetzt sind. Die Fabrikation zusammenhängender Stangen ist bei dieser
bekannten Einrichtung nur mit Schwierigkeiten möglich, weil infolge der konischen
Form der Matrize das verdichtete Metallpulver über seine elastischen Grenzen hinaus
verformt werden muß, damit es aus der Matrize ausgetrieben werden kann. Die Verarbeitun-
von lockerem Metallpulver, das keinen Zusatz I
an Bindemitteln aufweist
und nicht zum Verfilzen neigt, ist mit dieser bekannten Matrize nicht möglich.
-
Diese Schwierigkeiten werden erfind-ungsgemäß dadurch überwunden,
daß der radial spreizbare Matrizenteil in geschlossener Stellung den gleichen konstanten
Querschnitt hat wie der dem Preßstempel zugekehrte Matrizenteil und daß eine solche
Klemmvorrichtung vorgesehen ist, deren Druck auf den spreizbaren Teil abnimmt, wenn
der auf das Pulver ausgeübte axiale Preßdruck einen bestimmten Wert überschreitet.
Diese beiden Merkmale, der gleiche konstante Ouerschnitt beider Matrizenteile und
die Klemmvorrichtung, deren Druck auf den spreizbaren Matrizenteil bei Erreichen
eines bestimmten axialen Preßdruckes auf das Pulver abnimmt, sind je für
sich bekannt.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Strangpreßmatrize erhält
man gleichmäßig verdichtete Stangen, die sich insbesondere für einen anschließenden,
mittels eines elektrischen Stromes durchzuführenden Sintervorgang eignen. Weiterhin
bietet die erfindungsgemäße Strangpreßmatrize eine Sicherheit dafür, daß die maximale
Verdichtung unabhängig von den unvermeidbaren Schwankungen des Reibungskoeffizienten
zwischen Stab und Matrize immer gleichbleibt.
-
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist an Hand der
Zeichnungen beschrieben. Es zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch eine Anlage zum
Herstellen eines zusammenhängenden Stabes aus gepreßtem und gesintertem Metallpulver,
Fig. 2 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, der Matrize, Fig. 3 und 4 Ansichten
des oberen und des unteren Endes der Matrize, Fig. 5 einen Aufriß des konischen
Matrizenhalters, Fig. 6 eine Ansicht des Matrizenhalters von unten, Fig.
7 eine Ansicht der Matrizenstützschuhe, Fig. 8 eine Draufsicht auf
die Matrizenstützschuhe, Fig. 9 einen Längsschnitt durch die Matrize und
die Klemmvorrichtung.
-
In Fig. i ist der Erfindungsgegenstand in Verbindung mit einem Vakuumlichtbogenschmelzofen
dargestellt, in dem der durch die Vorrichtung nach der Erfindung aus Metallpulver
kontinuierlich geformte und gesinterte Stab die abbrennende Elektrode bildet und
der Tiegel bzw. die Form, die das geschmolzene Metall enthält, die andere Elektrode
darstellt. Die Vorrichtung nach der Erfindung preßt das Metallpulv#er zusammen,
preßt es als einen zusammenhängenden Stab aus -und führt somit fortlaufend das sich
verbrauchende Elektrodenmaterial zu. Der gepreßte Stab wird durch den Durchfluß
eines elektrischen Stromes oder auf irgendeine andere Art gesintert, um ihm die
nötige Festigkeit zum Tragen seines Eigengewichtes zu geben.
-
Die Vorrichtung weist ein Gehäuse i, das unten von einer Bodenplatte
?- begrenzt ist, auf. In der Mitte der Bodenplatte ist eine wassergekÜhlte
Kupferform 4 von beliebiger Länge vorgesehen. Die Kupferform 4 ist luftdicht durch
die Bodenplatte hindurchgeführt. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um die Kupferform
so, einzujustieren, daß sie zu der stabförmig gepreßten Elektrode genau konzentrisch
angeordnet ist.
-
Nach oben ist das Gehäuse i durch eine Deckplatte 16 abgeschlossen,
die auf einem Dichtungsring 17 aufliegt. Durch eine Mittelöffnung in der Deckplatte
16 steht das Innere des Gehäuses i in Verbindung mit einem Gehäuse 18, durch das
das Metallpulver in die Vorrichtung eingebracht wird. Ein Vorratsbehälter 2o ist
mit dem Gehäuse 18 durch eine Entnahme,5ffnung 2 1 verbunden. In dem Gehäuse kann
ein üblicher Rüttelförderer 23 angeordnet sein.
-
Das Metallpulver wird entlang einem Trog 22 des Rüttelförderers in
einen Trichter 24 gefördert und von diesem der Einfüllöffnung der Matrize
2,5
zugeleitet. Dort wird das Metallpulver von einem hin- und hergehenden
Stempel 26 gepreßt, der zugleich das gepreßte Metallpulver nach unten durch
die Matrize schiebt.
-
Wie am besten aus den Fig. 2, 3 und 4 zu ersehen ist, ist die
Matrize im allgemeinen zylinderförmig, mit Ausnahme des Flansches 26' am
unteren Ende und des Kopfteiles 27 am oberen Ende der Matrize. Der KOPfteil
27 ist mit einer Auskehlung 28 versehen. In der Matrize selbst verläuft
axial eine zylindrische Bohrung 29. Diese muß auf ihrer ganzen Länge densellyen
Durchmesser aufweisen innerhalb von Toleranzen, die kleiner als 0,024 mm, nach Möglichkeit
in der Größenordnung von 01,00:24 mm sein sollen. Die Seitenwände der Bohrung 29
bestehen vorzugsweise aus einer harten Chromauflage, die auf das Sollmaß poliert
ist. Am Kopfteil 27 ist die Matrize 25 ringförmig geschlossen. Vom
Kopfteil ab bis zum unteren Flansch 26# ist die Matrize dagegen mit Längsschlitzen
30 versehen. jeder dieser Längsschlitze 30, von denen in den Zeichnungen
vier angedeutet sind, besitzt innen parallele Kanten 3 1, die sich nach außen
konisch erweitern, wie allgemein mit dem Bezugszeichen 32
angedeutet ist.
-
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, enden die Längsschlitze 3o an einer Stelle
33, so daß der nicht geschlitzte Kopfteil 27 übrigbleibt, in dem das
Metallpulver zusammengepreßt wird. Die Schlitze 30 ermöglichen eine radiale
Ausdehnung des unteren Teiles der Matrize. Die Auskehlung 28 erleichtert
das Ausbiegen der Matrizensegmente.
-
Wie aus Fig. i ersichtlich, wird dieses Ausbiegen durch vier am Umfang
der Matrize 25 angeordnete Schuhe 34 verhindert. Die Ausbildung dieser Schuhe
34 ist am besten aus den Fig. 7 und 8
zu ersehen. jeder dieser Schuhe
34 weist eine zylindrische Innenfläche auf, die sich an die ebenfalls zylindrische
Oberfläche der Matrize 25 zwischen dem unteren Flansch:26' und dem Kopfteil:27
anlegt. Die äußeren Oberflächen der Schuhe 34 bilden gemeinsam einen Kegelstumpf,
der in die konische Innenfläche eines Halters 35 paßt. Die unteren
Enden
der Schuhe 34 sitzen auf einer Platte 36 auf, die durch acht um den Umfang
verteilte Bolzen 37
nach oben gehalten ist. Die Bolzen 37 sind frei
durch eine Ringscheibe 39 durchgeführt und mit ihren oberen, mit Gewinden
versehenen Enden in eine weitere Ringscheibe 40 eingeschraubt, die sich relativ
zu dem Matrizenhalter 35 in axialer Richtung frei bewegen kann. Zwischen
den Ringscheiben 39 und 40 sind die Bolzen 37 von Schraubenfedern
38 umgeben, wodurch die Ringscheibe 40, die Bolzen 37, die Platte
36 und die Schuhe 34 relativ zu der festen Ringscheibe 39 nach oben
gedrückt werden.
-
Zur Befestigung des Halters 35 und der festen Ringplatte
39 können beliebige Einrichtungen vorgesehen werden. Bei der dargestellten
bevorzugten Ausführungsform ist die Ringscheibe 39, wie in Fig.
9 dargestellt ist, durch vier lange Bolzen 42 gehalten, die zwischen
je einem Paar der Bolzen 37
angeordnet sind. Diese Bolzen 42, die mit
einem Absatz auf der Deckplatte 16 aufsitzen, sind frei durch die bewegliche Ringscheibe
40 und die feste Ringscheibe 39 hindurchgeführt. Die Verschraubung der Bolzen
42 drückt die Ringscheibe 39 fest gegen einen Absatz des Halters
35 und diesen wiederum gegen die Platte 16.
-
Der hin- und hergehende Stempel 26 kann von einer beliebigen
Vorrichtung angetrieben werden. In Fig. i ist ein Antrieb 41 mittels eines hydraulischen
Zylinderkolbens 48 dargestellt, der über der Deckpla,tte 16 durch die Bolzen 42
gehalten ist. Die Haltevorrichtung ist dabei so konstruiert, daß der hydraulische
Zylinderkolben elektrisch von dem Gehäuse i bzw. der Deckplatte 16 isoliert ist.
-
Die Stelle, an der der Stempel 26 in das Gehäuse 18 eintritt,
ist mit einer Packungsbüchse 54 verschlossen.
-
Der aus Metallpulver stranggepreßte Stab 56 erstreckt sich
von der Matrize 25 nach unten und wird von zwei oder mehreren elektrischen
Kontakten 57, die von einer waagerechten Platte 58 getragen und die
für eine begrenzte senkrechte Bewegungsrichtung elastisch unterstützt sind, jedoch
an jeder seitlichen Verschiebung gehindert sind, berührt.
-
Der Behälter 2o wird im gefüllten Zustand verschlossen und abgedichtet,
so daß die Gehäuse 18 und i evakuiert werden können.
-
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist fo#lgende: Durch den Rüttelförderer
23 wird das Metallpulver in den Trichter 24 und von da aus in die Matrize
25 gefördert. Nach einer bestimmten Betriebsdauer erstreckt sich durch die
Matrize 25 ein längerer Strang aus gepreßtem Metallpulver, wie in Fig. i
dargestellt ist. Durch die hydraulische Antriebseinrichtung, 41 wird der Stempel
26 ständig hin- und herbewegt. Der Sternpelhub und das Maß der Metallpulverzufuhr
in die Matrize können je nach Wunsch variiert werden, nur darf der Stempel
nicht weiter in die Matrize eingeführt werden als bis zur Stelle 33 (Fig.
2). Die Spannung der Federn 38 wird mittels der Bolzen 37 so eingestellt,
daß diese die konischen Schuhe 34 und damit auch die Matrize 25 an einer
nach unten gerichteten Bewegung unter der von dem Stempel 26 ausgeübten Kraft
hindern, bis diese Kraft den Wert erreicht, der den erforderlichen Preßdruck gewährleistet,
durch den das lose Pulver im Kopfteil der Matrize zu einem festen Strang verpreßt
wird. Da der Kopfteil 27 der Matrize 25 als Flansch ausgebildet ist,
der auf den oberen Enden der Schuhe 34 aufsitzt, weichen die Matrize und die Schuhe
34 nach unten aus, wenn die durch den Stempel 26
ausgeübte Kraft größer ist
als die durch die Federn 38 ausgeübte Gegenkraft einschließlich der Reibungskräfte
zwischen den Schuhen 34 und dem Halter 35.
-
Infolge der beschriebenen Wirkungsweise wird das gesamte vom Stempel
26 zu komprimierende Metallpulver zunächst innerhalb des Kopfteiles
27
der Matrize, der die zylindrische, ungeschlitzte Matrizenbohrung aufweist,
bleiben, bis das Pulver maximal gepreßt ist. Dadurch werden alle folgenden Pulvermengen
innerhalb des Kopfteiles der Matrize geformt, während der untere, geschlitzte Teil
der Matrize nur zur Erzeugung der notwendigen Reibung des gepreßten Metallstabes
dient, um dessen Bewegung unter der das Pulver zusammenpressenden Kraft zu verhindern.
Der Kopfteil 27 der Matrize ist so kurz, daß die durch seine Innenwände erzeugte
Reibung nicht genügt, um das Durchfallen des Pulvers durch die Matrize zu verhindern,-
bis dieses auf den gewünschten Grad gepreßt ist. Es hat sich gezeigt, daß, wenn
eine auf die gesamte Länge ungeschlitzte Matrize von einer zur Erzeugung des nötigen
Reibungswiderstandes mit dem Metallpulverstab ausreichenden Länge vorhanden ist,
keine noch so hohe Stempelkraft den Metallpulverstab durch die Matrize treiben kann.
Aus diesem Grunde ist der untere Teil der Matrize geschlitzt, um eine radiale Ausdehnung
zu ermöglichen.
-
Die Matrize:25 und die konischen Schuhe 34 bewegen sich dann nach
abwärts und ermöglichen dabei die Ausdehnung des unteren Teiles der Matrize
25, wenn ein genau vorbestimmter Preßdruck vom Stempel 26 ausgeübt
wird. So werden alle Teile des Stabes gleichmäßig gepreßt. Die radialen Kräfte,
mit denen der Stab aus Metallpulver auf die Matrizenteile einwirkt, können die Matrize
nicht ausdehnen, bevor nicht die axiale Kraft des Stempels die Spannung der Federn
38 überwindet, weil der Winkel der konischen Innenfläche des Halters
35 im wesentlichen gleich oder weniger als der Reibungswinkel im Ausgangszustand
zwischen den im Eingriff stehenden Oberflächen der Schuhe und des Halters ist. Es
bilden daher die Schuhe 34 und die Federn 38 eine nicht umkehrbare oder selbstschließende
Kraftübertragungsvorrichtung zur Erzeugung eines radialen Druckes auf den Metallpulverstab.
-
Die Matrize hält den Metallpulverstab fest, solange dessen oberster
Abschnitt gepreßt wird, und läßt ihn dann los, wenn der vorbestimmte Preßdruck erreicht
ist. Diese Wirkungsweise beruht darauf, daß der so im Kopfteil der Matrize verhältnismäßig
hochgradig
gepreßte Metallpulverstab eine ziemliche Festigkeit besitzt und deshalb im unteren
Teil der Matrize als fester elastischer Körper wirkt, wie etwa ein fester Stahlstab
mit einem bestimmten Vermögen begrenzter Deformierbarkeit innerhalb seines elastischen
Bereiches. Die Federn 38 üben in Zusammenarbeit mit den konischen Schuhen
34 eine radiale Preßkraft auf den Metallpulverstab aus und zielen darauf ab, dessen
Durchmesser zu verringern, ohne aber die Elastizitätsgrenze des Metallpulverstabes
zu überschreiten. Dieser radiale Druck erzeugt genügend Reibung zwischen dem Pulverstab
und den Matrizenwänden, um die Abwärtsbewegung der Matrize zu verhindern, solange
die Matrize im Halter im Ruhezustand bleibt. Trotzdem erlaubt bereits eine kleine
Abwärtsbewegung der Matrize die Ausdehnung des unteren Teiles und damit die Verminderung
des Druckes des Stabes auf die Matrizenwände. Wenn der Metallpulverstab bei der
Ausdehnung der Matrize keine eigene Kompressionsfestigkeit hätte, würde er sich
wie eine Flüssigkeit verhalten und sich gleichmäßig mit der Matrize ausdehnen, ohne
daß dadurch der Druck des Stabes auf die Matrizenwände vermindert würde. Da aber
der Stab eine Kompressionsfestigkeit besitzt, bewirkt eine Ausdehnung der Matrizenwände
um einen Betrag innerhalb der elastischen Grenze des Stabes eine Verminderung des
radialen Druckes und damit auch der Reibung zwischen dem Stab und der Matrize. Sobald
die Reibung auf die Größe des vom Stempel erzeugten Druckes vermindert ist, rutscht
der Stab so weit in der Matrize nach unten, bis der Stempel das Ende seines Hubes
erreicht hat. Während dieser Abwärtsbewegung des Stabes bezüglich der Matrize besteht
ein Gleichgewichtszustand zwischen der von den Federn 38 stammenden Kraft
und der von der Metallpulversäule an den Matrizenwänden erzeugten Reibungskraft.
Beim Rücklauf des Stempels ziehen die Federn 38 die Matrize 2,5
und
die Schuhe 34 in ihre obere Ausgangslage zurück und reduzieren so den Durchmesser
des Unterteiles der Matrize auf seinen Ausgangswert, bei dem es den Stab fest einspannt.
Die gesamte Ab-
wärtsbewegung der Matrize ist auf einige Hundertstelmillimeter
beschränkt, da ein Dehnungswinkel von nur einer Minute notwendig ist, um den radialen
Druck der Säule auf die Matrizenwände zu vermindern.
-
Es ist damit aus dem Vorhergegangenen verständlich, warum es wesentlich
ist, daß die Matrize von einem Ende zum anderen den gleichen Durchmesser aufweist.
Wenn nämlich der im Kopfteil der Matrize vollständig geformte Stab durch eine öffnung
gezwungen würde, die nur ein klein wenig enger ist als die im Kopfteil der Matrize,
aber trotzdem genügend -eng ist, um den Stab über seine elastische Grenze hinaus
zusammenzupressen, so wird der Stab an dieser Stelle zerdrückt und seine gesamte
Eigenfestigkeit verlieren. Der Metallpulverstab könnte dann an der Stelle, an der
er zerdrückt wird, nicht mehr in der oben beschriebenen Art und Weise als elastisch
fester Körper wirken. Zudem ist es nicht möglich, den Querschnitt des komprimierten
Metallstabes in einer dehnbaren Matrize über seine elastische Grenze hinaus zusammenzupressen,
weil die Rückverengung der Matrize zur Folge hätte, daß das Metallpulver in die
Längsschlitze der Matrize getrieben würde und so die Matrize unbrauchbar gemacht
würde. Da nach der Erfindung der Stab im ungeschlitzten Kopfteil der Matrize vollständig
geformt wird, besitzt er genug Eigenfestigkeit, um über die Schlitze im unteren
Teil der Matrize hinwegzugleiten. Weil der Stab jedoch bestenfalls nur eine beschränkte
Eigenfestigkeit und eine sehr niedere Elastizitätsgrenze hat, ist es notwendig,
Schwankungen des Durchmessers, auch winzige, von einem Ende der Matrize zum anderen
zu vermeiden.
-
Während in der bevorzugten, hier erläuterten und beschriebenen Form
der Matrizenvorrichtung die konischen Schuhe 34 als von der Matrize 25 getrennte
Teile ausgeführt sind, ist es selbstverständlich, daß die Schuhe auch mit den radial
dehnbaren Sektoren der Matrize:25 ein zusammenhängendes Stück bilden können, ohne
daß dadurch die Wirkungsweise oder die Ergebnisse verändert werden.
-
In der obigen Beschreibung der Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes
wurde vorausgesetzt, daß die Matrize bei Beginn ihrer Tätigkeit mit gepreßtem Metallpulver
gefüllt war. Wenn dies nicht der Fall ist, muß man die Vorrichtung so lange betätigen,
bis die Matrize mit Metallpulver gefüllt ist, bevor ihre normale Tätigkeit beginnen
kann. Dies kann auf verschiedene Art und Weise erreicht werden. So kann z.
B. ein präzise hergestellter zylindrischer Stöpsel vom gleichen Durchmesser wie
die Matrizenöffnung und von derselben Länge wie der geschlitzte Teil der Matrize
in die Matrizenöffnung eingelegt werden, wobei die Spannung der Federn
38 nachgelassen ist. Danach wird die Federspannung durch Anziehen der Bolzen
37 wieder angelegt. Die Vorrichtung kann nun in Betrieb gesetzt werden, wobei
der Stöpsel, der aus Kupfer oder sonst einem brauchbaren Material gefertigt sein
kann, nun die Funktion des Metallpulverstabes ausübt, indem er während der das Metallpulver
pressenden Phase des Stempelhubes die Abwärtsbewegung des Stabes verhindert.
-
Um die Festigkeit des aus der Matrize:25 ausgepreßten Metallpulverstabes
zu erhöhen, sintert man vorzugsweise die pulverisierten Teile zusammen, indem man
sie in irgendeiner gebräuchlichen Art und Weise bis auf ihre Sintertemperatur erwärmt.
Dies geschieht sehr leicht durch den Durchfluß -eines elektrischen Stromes durch
den Metallpulverstab. In Übereinstimmung mit der in Fig. i dargestellten Form der
Vorrichtung wird der Sinterstrom dem Stab zugeführt, indem die Pole einer Stromquelle
mit der Platte 16, die in, elektrischer Verbindung mit der Matrize:25 steht, und
mit den Kontakten 57 verbunden werden.