EP0114592A1 - Verfahren zur Metallverarbeitung unter Verwendung von Matrizen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing dies, in particular for metalworking.
- Matrices be it extrusion dies for pipes made of high-alloy steels, copper, plastic, drawing dies for wires, cold impact dies for screws, dies for hot or cold forming of plastic masses, are subject to double stress.
- the shaping parts of the die are subjected to a strong abrasive stress, which can be directly attributed to the deformation of the material to be molded, and on the other hand, a compressive stress occurs because the material to be molded offers resistance to deformation. This resistance causes pressure and tensile stress on the die.
- matrices are often manufactured in several parts, with an inner part which is used for shaping being produced from a different material than a part which surrounds this part and which is intended to absorb the forces. Precondition that a tool divided in this way can bring the desired advantage is an exact manufacture, since only then can the shaping part be prevented from breaking.
- the object of the invention is to create a method for producing dies which allows a die to be produced which is constructed from two different materials, and a large combination of material combinations can be used.
- the process according to the invention essentially consists in the fact that in a casing tube, which is optionally arranged in a capsule tube, made of a tough alloy, e.g. steel, a filling made of a powdery, highly wear-resistant, in particular having a bulk density of at least 60% of the density of the compact material highly heat-resistant and / or corrosion-resistant material, given if in the pre-pressed and / or pre-sintered state and preferably with the exception of one, in particular central, hollow area of the casing tube, is introduced, if necessary compressed, and closed at the casing tube ends or capsule tube ends, whereupon or before evacuation and the tube thus closed, for example in a Protective gas atmosphere, at least 900 ° C, but below the melting point of the metallic materials and a pressure of at least 900 bar and that, if necessary after heat treatment, the composite body thus obtained, which has a full-surface metallic bond between the casing tube and the compressed material, mechanically , for example cut to length, and shaping, in particular
- the central hollow area can be formed by a filler, preferably made of an easily machinable material, e.g. Free cutting steel, are left out, then one. particularly simple manufacture of the die is given.
- a filler preferably made of an easily machinable material, e.g. Free cutting steel
- a tube can also be used as a packing, in which case e.g. over a mandrel that can be forged.
- Tools that can be exposed to particularly high stresses can be obtained by subjecting the composite body to hot deformation, in particular forging, with at least 1.3 times, in particular at least 2 times, deformation before it is mechanically processed into a die.
- a sleeve tube made of an alloy of the following composition in wt .-% C 0.36, Si 1.1, Cr 5.0, Mo 1.1, V 0.40 and remainder iron with an outer diameter of 120 mm and an inner diameter of 60 mm and a length of 1200 mm.
- Degassing was carried out at 360 ° C., whereupon an upper cover with a suction opening was welded onto the capsule tube. Sodanh was evacuated and the suction opening closed. The encapsulated body was hot-isostatically pressed for 3 hours in an argon atmosphere at 1150 ° C. and at a pressure of 1020 bar. This composite body was then forged on a long forging machine to an outer diameter of approximately 80 mm, which corresponds to approximately 2.5 times the deformation. After the forging, annealing was carried out, after which an extrusion die for the production of Cu pipes was produced by mechanical processing, cutting to length, turning.
- a hollow cylinder made of steel with the following composition C 0.03, Mo 5.0, Ni 18.5, Co 9 , 0, Ti 0.6 introduced with an outer diameter of 210 mm and an inner diameter of 120 mm and a length of 500 mm.
- a cylindrical rod made of free-cutting steel with an outer diameter of 100 mm and a length of 500 mm was inserted.
- the hollow cylindrical space was filled with a powder of a cobalt-based alloy of the following composition in% by weight C 0.25, Cr 28.0, Mo 5.4, Ni 3.0, rest Co, a density of 6.8 g being obtained by shaking / cm 3 was reached. Degassing was carried out at 360 ° C., whereupon an upper cover with a suction opening was welded on. The mixture was then evacuated and hot-isostatically pressed in accordance with Example 2. The composite body thus obtained was forged on a long forging machine with a fourfold deformation. Further processing was carried out after solution annealing as in Example 2 to give a hot-drawing die.
- a 100 mm long sleeve tube with a 70 mm outer diameter and a wall of 20 mm made of the material 25CrMo4 was made entirely of a spherical alloy powder of the composition in% by weight 0.9 C to produce a cold impact die for gate screws.
- the hot isostatic pressing was carried out at 1050 ° C. and a gas pressure of 1100 bar for three hours.
- the recess intended for the specified purpose and corresponding to the screw shape was produced by EDM machining.
- the sleeve tube can also be welded directly to the lids, since in some cases no pressure can act on the powder in the radial direction due to the material thickness of the sleeve tube.
- the core can also be formed by a hollow cylinder, in which case a mandrel can be used for forging.
- a cladding tube can also be used which has an inner coating, e.g. electrodeposited from nickel or the like., which can occur as an adhesion promoter between the material of the cladding tube and the powder.
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Matrizen, insbesondere für die Metallverarbeitung.
- Matrizen, sei es Strangpreßmatrizen für Rohre aus hochlegierten Stählen, Kupfer, Kunststoff, Ziehmatrizen für Drähte, Kaltschlagmatrizen für Schrauben, Matrizen für die Warm- bzw. Kaltformgebung von plastischen Massen, unterliegen einer zweifachen Beanspruchung. Einerseits werden die formgebenden Teile der Matrize einer stark abrasiven Beanspruchung unterworfen, welche unmittelbar auf die Verformung des zu formenden Materials zurückzuführen sind, und anderseits tritt eine Druckbeanspruchung auf, da das zu formende Material einen Formänderungswiderstand entgegenbringt. Dieser widerstand bewirkt eine Druck- und auch Zugbeanspruchung der Matrize. Matrizen werden deswegen auch häufig mehrteilig hergestellt, wobei ein innerer Teil, der zur Formgebung Verwendung findet, aus einem anderen Material erzeugt wird, als ein diesen Teil umgebender Teil, welcher die Kräfte aufnehmen soll. Voraussetzung, daß ein derartig geteiltes Werkzeug den erwünschten Vorteil erbringen kann, ist eine genaue Fertigung, da nur dann ein Bruch des formgebenden Teiles verhindert werden kann.
- Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung von Matrizen zu schaffen, welches es erlaubt, eine Matrize herzustellen, die aus zwei unterschiedlichen Materialien aufgebaut ist, und wobei eine große Kombination von Werkstoffpaarungen zum Einsatz kommen kann.
- Das erfindungsgemäße Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß in ein Hüllenrohr, welches gegebenenfalls in einem Kapselrohr angeordnet wird, aus einer zähfesten Legierung, z.B. Stahl, eine Füllung aus einem eine Schüttdichte von zumindest 60 % der Dichte des kompakten Werkstoffes aufweisenden, pulverförmigen hochverschleißfesten, insbesondere hochwarmverschleißfesten und/oder korrosionsbeständigen Werkstoff, gegebenenfalls im vorgepreßten und/oder vorgesinterten Zustand und vorzugsweise unter Aussparung eines, insbesondere zentralen, Hohlbereiches des Hüllenrohres, eingebracht wird, gegebenenfalls verdichtet, und an den Hüllenrohrenden bzw. Kapselrohrenden verschlossen, worauf oder bevor evakuiert wird und das so verschlossene Rohr, z.B. in einer Schutzgasatmosphäre, bei zumindest 900 °C, jedoch unterhalb der Schmelzpunkte der metallischen Werkstoffe und einem Druck von zumindest 900 bar verpreßt wird und daß, gegebenenfalls nach einer Wärmebehandlung, der so erhaltene Verbundkörper, welcher einen vollflächigen metallischen Verbund zwischen Hüllenrohr und verdichtetem Werkstoff aufweist, mechanisch, z.B. abgelängt, und formgebend, insbesondere spanabhebend, bearbeitet wird. Durch eine derartige Vorgangsweise ist eine besonders günstige Kombination von einem schmelzmetallurgischen und pulvermetallurgischen Verfahren gegeben, wobei eine optimale Anpassung in den Eigenschaften erreichbar ist.
- Es kann der zentrale Hohlbereich durch einen Füllkörper, vorzugsweise aus einem.leicht zerspanbaren Material, z.B. Automatenstahl, ausgespart werden, wobei dann eine. besonders einfache Fertigung der Matrize gegeben ist.
- Als Füllkörper kann auch ein Rohr Verwendung finden, wobei dann, z.B. über einen Dorn, geschmiedet werden kann.
- Werkzeuge, die einer besonders hohen Beanspruchung ausgesetzt werden können, sind dadurch zu erhalten, daß der Verbundkörper vor seiner mechanischen Weiterverarbeitung zu einer Matrize einer Warmverformung, insbesondere Schmiedung, mit einer zumindest l,3fachen, insbesondere zumindest 2fachen Verformung, unterworfen wird.
- Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Beispiele näher erläutert.
- In ein Kapselrohr mit einem Bodenblech aus unlegiertem Baustahl mit einem Außendurchmesser von 125 mm, einem Innendurchmesser von 123 mm und einer Länge von 1200 mm wurde ein Hüllenrohr aus einer Legierung folgender Zusammensetzung in Gew.-% C 0,36, Si 1,1, Cr 5,0, Mo 1,1, V 0,40 und Rest Eisen mit einem Außendurchmesser von 120 mm und einem Innendurchmesser von 60 mm und einer Länge von 1200 mm eingebracht. In dieses Rohr wurde ein Pulver einer Kobaltbasislegierung folgender Zusammensetzung in Gew.-% C 1,17, Si 1,1, Cr 28,0, W 4,0, Fe max. 0,5 und Rest Co gefüllt, wobei durch Rütteln eine Dichte von 6,6 g/cm erreicht wurde. Bei 360 °C wurde entgast, worauf ein oberer Deckel mit Absaugöffnung an das Kapselrohr angeschweißt wurde. Sodanh wurde evakuiert und die Absaugöffnung verschlossen. Der eingekapselte Körper wurde in einer Argonatmosphäre bei 1150 °C und bei einem Druck von 1020 bar 3 Stunden lang heiß-isostatisch verpreßt. Dieser Verbundkörper wurde sodann auf einer Langschmiedemaschine auf einen Außendurchmesser von ca. 80 mm geschmiedet, was einer ca. 2,5fachen Verformung entspricht. Nach dem Schmieden wurde geglüht, worauf durch mechanische Bearbeitung, Ablängen, Drehen, eine Strangpreßmatrize für die Herstellung von Cu-Rohren gefertigt wurde.
- Ähnlich wie im Beispiel 1 wurde eine Preßmatrize zur Herstellung von Schleifkörperscheiben aus einem Hüllenrohr (Werkstoff St 37) von 150 mm Außendurchmesser und 100 mm Innendurchmesser nach Füllung mit einem Pulver folgender Zusammensetzung in Gew.-% 2,2 C, 0,28 Si, 0,37 Mn, 12,6 Cr, 0,98 Mo, 4,1 V, Rest im wesentlichen Fe gefüllt, wobei jedoch vor dem Füllen ein Innenrohr aus Baustahl mit 60 mm Außendurchmesser und 4 mm Wandstärke zentrisch eingesetzt worden war. Zur Ausbildung eines gasdichten Verschlusses nach dem Verdichten des Pulvermetallurgie-Werkstoffes wurden an Stelle von dem Außendurchmesser des Hüllenrohres etwa entsprechenden runden Blechscheiben bis zum Innenrohr reichende Blechringscheiben an den Rohrenden aufgeschweißt und das isostatische Heißpressen sowie die Weiterbearbeitung analog wie in Beispiel 1 durchgeführt.
- In ein Kapselrohr mit einem Bodenblech aus unlegiertem Baustahl mit einem Außendurchmesser 215 mm, einem Innendurchmesser von 212 mm und einer Länge von 500 mm wurde ein Hohlzylinder aus Stahl folgender Zusammensetzung C 0,03, Mo 5,0, Ni 18,5, Co 9,0, Ti 0,6 mit einem Außendurchmesser von 210 mm und einem Innendurchmesser von 120 mm und einer Länge von 500 mm eingebracht. Im Zentrum des Hüllenrohres wurde ein zylindrischer Stab aus Automatenstahl mit einem Außendurchmesser von 100 mm und einer Länge von 500 mm eingebracht. Der hohlzylinderförmige Zwischenraum wurde mit einem Pulver einer Kobaltbasislegierung folgender Zusammensetzung in Gew.-% C 0,25, Cr 28,0, Mo 5,4, Ni 3,0, Rest Co gefüllt, wobei durch Rütteln eine Dichte von 6,8 g/cm3 erreicht wurde. Bei 360 °C wurde entgast, worauf ein oberer Deckel mit Absaugöffnung angeschweißt wurde. Sodann wurde evakuiert und gemäß Beispiel 2 heiß-isostatisch verpreßt. Der so erhaltene Verbundkörper wurde auf einer Langschmiedemaschine mit einer vierfachen Verformung geschmiedet. Die Weiterverarbeitung erfolgte nach einem Lösungsglühen analog Beispiel 2 zu einer Warmziehmatrize.
- Ähnlich wie im Beispiel 1 wurde zur Herstellung einer Kaltschlagmatrize für Torbandschrauben ein 100 mm langes Hüllenrohr von 70 mm Außendurchmesser und einer Wandung von 20 mm aus dem Werkstoff 25CrMo4 zur Gänze mit einem sphärisch ausgebildeten Legierungspulver der Zusammensetzung in Gew.-% 0,9 C, 0,6 Si, 0,55 Mn, 5,0 Cr, 6,5 Mo, 5,1 Co, 2,7 W, 2,5 V, Rest im wesentlichen Fe gefüllt, dieses durch Evakuieren verdichtet und das Hüllenrohr beiderseits gasdicht mittels aufgeschweißter Blechscheiben verschlossen. Das heiß-isostatische Pressen wurde bei 1050 °C und einem Gasdruck von 1100 bar drei Stunden lang vorgenommen. Im zentralen Bereich des Kernwerkstoffes wurde die für den angegebenen Verwendungszweck vorgesehene, der Schraubenform entsprechende Ausnehmung durch funkenerosive Bearbeitung hergestellt.
- An Stelle des Kapselrohres kann auch das Hüllenrohr direkt mit den Deckeln verschweißt werden, da teilweise keine Druckeinwirkung auf das Pulver in radialer Richtung auf Grund der Materialstärke des Hüllenrohres eintreten kann. Der Kern kann auch durch einen Hohlzylinder gebildet sein, wobei in diesem Falle über einen Dorn geschmiedet werden kann.
- Es kann auch'ein Hüllenrohr verwendet werden, das eine Innenbeschichtung, z.B. elektrolytisch abgeschieden aus Nickel od. dgl., aufweist, die als Haftvermittler zwischen dem Material des Hüllenrohres und dem Pulver auftreten kann.
- Bei allen angeführten Beispielen war ein vollflächiger Verbund zwischen dem Hüllenrohr und dem Innenteil eingetreten, wobei beispielsweise bei der Kobalthartlegierung gemäß Beispiel 1 folgende Eigenschaftsverbesserungen durch das heiß-isostatische Verpressen bzw. durch heiß-isostatisches Verpressen und Schmieden erreicht werden können.
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