EP0034330A2

EP0034330A2 - Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von Bauteilen

Info

Publication number: EP0034330A2
Application number: EP81100941A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. Betz
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1980-02-14
Filing date: 1981-02-11
Publication date: 1981-08-26
Also published as: EP0034330A3; DE3005474A1; DE3005474C2; JPS56127703A

Abstract

Verfahren zur pulvermettalurgischen Herstellung von Bauteilen mit verwickelten (kompliziert geformten) Hohlräumen oder mit stark strukturierten Außenflächen mit Hilfe von Metall- oder Keramikkernen, die nach dem Verdichten und Sintern bzw. heißisostatischen Pressen mechanisch oder chemisch herausgelöst werden und so die gewünschten Hohlräume entstehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von Bauteilen mit verwickelten, vor allem hinterschnittenen Hohlräumen oder Außenflächen.
Erfindungsaufgabe ist, ein neues Verfahren aufzuzeigen, das eine für Serienfertigung wirtschaftlich tragbare Herstellung solcher Bauteile ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei Anwendung von Kernen entsprechend Anspruch 3 ergeben sich im Inneren des fertigen Bauteils Materialstege, die als festigkeitserhöhende Mittel von besonderem Vorteil sein können. Der Anspruch 4 gibt besondere Maßnahmen zur wirtschaftlichen Herstellung von Kreuzstrom-Wärmetauschern an, während die Ansprüche 2, 5 und 6 sich mit der Beschaffenheit des Pulvers, des Kerns und des Kernlösungsmittels befassen.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen erläutert; dabei zeigt

Fig. 1, la und 1b die Herstellung eines Kreuzstrom-Wärmetauschers nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 2 die Herstellung eines Bauteils mit verwickelten Außenflächen,
Fig. 3 die Verwendung von Kernen mit Durchbrüchen
Fig. 3a ein fertiges Bauteil, wie es mit der Kernanordnung gemäß Fig. 3 herstellbar ist und
Fig. 4 einen plattenförmigen Kern mit Durchbrüchen.

Gemäß Fig. 1 werden in eine vorzugsweise aus Stahlblech bestehende Kapsel 1, deren Innenraum der Außenfläche des gewünschten Bauteils 3 zuzüglich-entsprechend dem zu erwartenden Schrumpfmaß der gefüllten Kapsel-etwa 10 bis 20 % Aufmaß entspricht, Kerne 2 in Form von parallelen Stäben eingesetzt und durch bekannte Einrichtungen, z. B. Gitter aus Stahldraht, in der gewünschten Lage gehalten. Für Herstellung eines Kreuzstrom-Wärmetauschers werden diese Stäbe in mehreren Lagen, und zwar lagenweise zueinander etwa senkrecht liegend, angeordnet. Durch das Schrägbild gemäß Fig. la wird die Anordnung der geraden Stäbe 2 in mehreren Lagen verdeutlicht. Fig. lb zeigt eine Draufsicht auf lagenweise zueinander senkrecht verlaufende Stäbe, wobei diese Stäbe allerdings jeweils rechtwinklig gebogen sind. Die Kerne bestehen aus Keramik oder aus Stahl. Die Kernform entspricht den gewünschten Hohlräumen des herzustellenden Bauteils 3.
Nach dem Einsetzen der stabförmigen Kerne gemäß Fig. 1 wird die Kapsel vollständig mit Metallpulver gefüllt und durch Rütteln verdichtet, worauf sie evakuiert und vakuumdicht verschlossen wird. Sodann wird der Kapselinhalt gesintert oder heißisostatisch qepreßt. Schließlich wird die Kapsel bis zur Freilegung der Kernenden entfernt, worauf die Kerne mechanisch herausgearbeitet und/oder chemisch herausgelöst werden. Das Bauteil, im Beispiel der Kreuzstrom-Wärmetauscher, ist damit samt seinen verwickelten Hohlräumen fertig.
Gemäß Fig. 2 werden in einem aus Stahlblech bestehenden Zylinder 11, dessen Innenraum der größten Außenfläche des gewünschten Bauteils 13 zuzüglich etwa 10 bis 20 % Aufmaß entspricht, Kerne 12 aus Keramik oder Stahl so eingesetzt, daß die gewünschte verwickelte, z. B. hinterschnittene Außenfläche des Bauteils dargestellt ist. Hierauf wird wieder der Zylinder vollständig mit Metallpulver gefüllt und auf die gewünschte Dichte gerüttelt, worauf er evakuiert und vaktumdicht verschlossen wird. Sodann wird wieder der Zylinderinhalt gesintert oder heißisostatisch gepreßt. Schließlich wird der Zylinder bis zur Freilegung der Kernenden entfernt, worauf die Kerne mechanisch herausgearbeitet und/oder chemisch herausgelöst werden. Das Bauteil samt seiner verwickelten Außenfläche ist damit fertig.
Für die Herstellung von hohlen Bauteilen mit im Inneren angeordneten Materialstegen werden Kerne gemäß Fig. 3 oder Fig. 4 verwendet. Diese haben im wesentlichen die Form von Platten 20, 20a, die mit Durchbrüchen 21, 22 versehen sind. Diese Kerne werden kreuzweise übereinandergelegt, wobei zwischen jeweils zwei übereinander angeordneten Platten ein Zwischenraum gelassen wird. Das in die Kapsel- eingebrachte Metallpulver füllt dann die Zwischenräume zwischen den übereinander angeordneten Platten 20, 20a aus und die Durchbrüche 21, 22. Nach den Herauslösen des Kernmaterials ergibt sich dann ein Bauelement 30, wie es in Fig. 3a dargestellt ist. Dieses Bauelement weist eine plattenförmige tragende Wand und Materialstege auf. Werden nicht nur zwei sondern mehrere plattenförmige mit Durchbrüchen versehene Kerne verwendet, so ergibt sich ein Bauteil mit einer Reihe von tragenden Zwischenwänden und einer Vielzahl dieser verbindende noppenartige Materialstege.
Setzt man in eine Kapsel nur einen plattenförmigen Kern 20 ein, so läßt sich ein Bauteil mit außen geschlossenen Wänden und innenliegendem Hohlraum erzeugen, wobei die Wände durch Materialstege miteinander verbunden sind. Die Durchbrüche des plattenförmigen Kerns 30 gemäß Fig. 4 haben Linsenform.
Bei Verwendung eines Ni-Basis-Pulvers werden Kerne aus Al₂0₃ benützt, die dann mit Alkali-Laugen herausgelöst werden. Vorteilhaft ist auch die Verwendung von Stahlkernen anstelle von Keramikkernen, da bei Stahlkernen die Gefahr eines Bruches beim Rütteln der Kapsel geringer ist als bei Keramikkernen. Werden Keramikkerne verwendet, so kommen als Lösungsmittel zum Herauslösen des Kernmaterials Säuren in Betracht.

Claims

1. Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von Bauteilen mit verwickelten (kompliziert geformten) Hohlräumen oder mit stark strukturierten Außenflächen mit Hilfe von Kernen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) in eine Kapsel (1) zumindest ein Kern (2) aus Keramik oder Metall eingesetzt und verankert wird, dessen Form dem gewünschten Hohlraum bzw. den gewünschten Ausnehmungen an der Außenfläche des Bauteils (3) entspricht;

b) hierauf wird die Kapsel (1) mit Metallpulver völlig gefüllt und zur Verdichtung des Metallpulvers ^ge-rüttelt;

c) die Kapsel wird evakuiert und vakuumverschlossen;

d) es wird bei erhöhter Temperatur gesintert oder heißisostatisch gepreßt;

e) die Kapsel (1) wird entfernt und die Enden des bzw. der Kerne(s) werden freigelegt;

f) der Kern bzw. die Kerne werden mit bekannten Verfahren mechanisch oder chemisch herausgelöst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial so beschaffen ist, daß es bei Verdichtungs- oder Sintertemperatur der Pulverschüttung formstabil bleibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kerne mit Durchbrüchen verwendet werden (Fig. 3 und Fig. 4).

4. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, zur Herstellung eines Kreuzstrom-Wärmetauschers, dadurch gekennzeichnet, daß als Kerne gebogene Stäbe (Fiq. 1b) oder gerade parallele Stäbe (Fig. 1, la) in mehreren Lagen verwendet werden, die lagenweise zueinander etwa senkrecht stehen.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Metall-Pulvers auf Ni-Basis Kerne aus A1₂0₃ benützt werden, die dann mit Alkali-Laugen herausgelöst werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ^ge-kennzeichnet, daß bei Verwendung eines Metall-Pulvers auf Ni-Basis Stahl kerne benutzt werden, die mit Säuren vorzugsweise HCL herausgelöst werden.