EP0185951B1 - Konsolidierungswerkzeug zum Kompaktieren von Metallpulver - Google Patents

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EP0185951B1
EP0185951B1 EP85115038A EP85115038A EP0185951B1 EP 0185951 B1 EP0185951 B1 EP 0185951B1 EP 85115038 A EP85115038 A EP 85115038A EP 85115038 A EP85115038 A EP 85115038A EP 0185951 B1 EP0185951 B1 EP 0185951B1
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EP
European Patent Office
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mould
outer ring
die
tool
consolidating
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EP85115038A
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English (en)
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EP0185951A1 (de
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Ignaz Dipl.-Ing. Mathy
Heinrich Koop
Günther Dr.-Ing. Scharf
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Vereinigte Aluminium Werke AG
Original Assignee
Vereinigte Aluminium Werke AG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/02—Dies; Inserts therefor; Mounting thereof; Moulds
    • B30B15/022—Moulds for compacting material in powder, granular of pasta form
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/02—Compacting only
    • B22F3/03—Press-moulding apparatus therefor

Definitions

  • the invention relates to a consolidation tool for compacting metal powders, consisting of a die, lower and upper punches and lateral guides and a press table.
  • Such tools are known from DE-PS-2 224 592.
  • a double-acting press force is applied with a single-sided press.
  • the die is suspended from a movable intermediate crossbar, the die being moved over the lower punch for molding and the powder bar being expelled in the process.
  • the object of the invention is to develop a consolidation tool of the type mentioned at the outset which enables the compacting of metal powders, in particular in the form of slim powder bars with a diameter to height ratio of 0.0125 to 0.21, without cracking in a simple manner.
  • segment matrices were known from DE-OS-2 501 613, these are so technically complex that they are difficult to operate and handle in practice.
  • the floating arrangement of the consolidation tool according to the invention by means of spring force, hydraulic and / or pneumatic cylinders ensures that the initial position of the die is securely positioned. Furthermore, it is possible to control the die speed during the upsetting process in relation to the movable punch in such a way that, in the case of particularly slim powder bars, the die travels at a predetermined speed when the upper punch drops.
  • the preferred pressing forces are between 200 and 800 N / mm 2.
  • the angle of the cone wall to the axial is between 0.3 and 10 °. Within these limits, the angle can be selected as a function of the pressing forces so that hardly any securing forces against the die emerging from the outer ring are necessary during the pressing process.
  • the wedge shape influences the pressing force for releasing the die from the inner ring after the consolidation process.
  • Fig. 1 the die is labeled 1, the spring, hydraulic and / or pneumatic cylinder 2, 3 and the press table 4. Upper and lower punches 5, 6 protrude into the die, between which the powder mixture 7 is arranged.
  • the pressing force is symbolically represented by arrow 8.
  • the die 1 is provided with an outer cone and held in an outer ring 9 which has a correspondingly designed inner cone.
  • the outer ring 9 is guided on the stands 12, 13 by means of crossbeams 10, 11.
  • Terminal strips 14 can be arranged between the outer cone and the inner cone, which serve to secure the position of the individual parts of the consolidation tool.
  • a four-part die is shown, consisting of the individual segments 21-24.
  • Fig. 3 shows an asymmetrically divided die with the segments 31-34. This arrangement has the advantage that it is easier to manufacture in terms of manufacturing technology and therefore in mass production is preferably used.
  • a cylinder 90 mm in diameter and 250 mm in height was produced with the powder made of AICuMg2, a pressing force of 650 N / mm 2 being applied for 2 minutes.
  • a powder blank with a diameter of 80 mm and a height of 200 mm was produced from the AIZnMgCu1.5 alloy, with 800 N / mm 2 acting on the powder for 10 min.
  • Pressure rings were used to press out the die, which enable the die and outer ring to be moved separately by means of an upper punch.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)
  • Press Drives And Press Lines (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Konsolidierungswerkzeug zum Kompaktieren von Metallpulvern, bestehend aus Matrize, Unter- und Oberstempel sowie seitlichen Führungen und einem Pressentisch.
  • Derartige Werkzeuge sind aus der DE-PS-2 224 592 bekannt. Dabei wird mit einer einseitig wirkenden Presse eine beidseitig wirkende Preßkraft aufgebracht. Über eine bewegliche Zwischentraverse ist die Matrize schwebend gelagert, wobei zum Ausformen die Matrize über den unteren Stempel gefahren wird und dabei der Pulverbarren ausgestoßen wird.
  • Bei der Herstellung von schlanken Pulverbarren, bei denen die Höhe der hergestellten Grünlinge wesentlich größer ist als ihre Breite bzw. Durchmesser, kommt es häufig zu Anklebungen bzw. Rissen an der Außenhaut des kompaktierten Barrens. Nach US 2 253 003 wird die Matrize mit einem Außenkonus in den Außenring eingesetzt und bleibt auch nach dem Preßvorgang in der ummantelten Stellung. Der Preßling wird dann mit Kolben aus der Matrize ausgeworfen, wobei es insbesondere bei schlanken Barren und bei Pulverlegierungen auf Aluminiumbasis zu Rißbildungen im Preßling kommen kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Konsolidierungswerkzeug der eingangs genannten Art zu entwickeln, das die Kompaktierung von Metallpulvern insbesondere in Form schlanker Pulverbarren mit einem Durchmesser zu Höhenverhältnis von 0,0125 bis 0,21 ohne Rißbildung in einfacher Weise ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Zwar war die Verwendung von Segmentmatrizen aus der DE-OS-2 501 613 bekannt, jedoch sind diese technisch so aufwendig konstruiert, daß die Bedienung und Handhabung in der Praxis auf Schwierigkeiten stößt.
  • Durch die schwebende Anordnung des erfindungsgemäßen Konsolidierungswerkzeuges mittels Federkraft, hydraulischer und/oder pneumatischer Zylinder kann eine sichere Positionierung der Anfangsstellung der Matrize gewährleistet werden. Ferner ist es möglich die Matrizengeschwindigkeit während des Stauchvorganges gegenüber dem beweglichen Stempel zu steuern derart, daß bei besonders schlanken Pulverbarren die Matrize mit vorgegebener Geschwindigkeit beim Niedergehen des oberen Stempels mitfährt.
  • Die bevorzugten Preßkräfte liegen zwischen 200 und 800 N/mm2 Bei einer Körnung des Metallpulvers < 160 µm liegt der Winkel der Konuswand zur Axialen zwischen 0,3 bis 10°. Innerhalb dieser Grenzen kann der Winkel in Abhängigkeit von den Preßkräften so gewählt werden, daß kaum Sicherungskräfte gegen das Austreten der Matrize aus dem Außenring während des Preßvorganges notwendig sind. Ferner wird durch die Keilform die Preßkraft zum Lösen der Matrize aus dem Innenring nach dem Konsolidierungsvorgang beeinflußt.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Abb. 1 Querschnitt durch das erfindungsgemäße Konsolidierungswerkzeug;
    • Abb. 2 Aufsicht auf einesymmetrisch geteilte Matrize;
    • Abb. 3 Aufsicht auf eine asymmetrisch geteilte Matrize.
  • In Abb. 1 ist die Matrize mit 1, die Feder, Hydraulik- und/oder Pneumatikzylinder mit 2, 3 und der Pressentisch mit 4 bezeichnet. In die Matrize ragen Ober- und Unterstempel 5, 6 hinein, zwischen denen die Pulvermischung 7 angeordnet ist. Die Preßkraft ist symbolisch mit Pfeil 8 dargestellt.
  • Nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Matrize 1 mit einem Außenkonus versehen und in einem Außenring 9 gehalten, der einen entsprechend ausgebildeten Innenkonus aufweist. Über Traversen 10, 11 wird der Außenring 9 an den Ständern 12, 13 geführt. Zwischen Außenkonus und Innenkonus können Klemmleisten 14 angeordnet sein, die zur Sicherung der Lage der Einzelteile des Konsolidierungswerkzeuges dienen.
  • In Abb. 2 ist eine viergeteilte Matrize dargestellt, bestehend aus den Einzelsegmenten 21 - 24. Abb. 3 zeigt eine asymmetrisch geteilte Matrize mit den Segmenten 31 - 34. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß sie fertigungstechnisch leichter herstellbar ist und daher in der Massenfabrikation bevorzugt verwendet wird.
  • Im folgenden wird eine Verfahrensbeschreibung für das erfindungsgemäße Konsolidierungswerkzeug gegeben. Als Pulver werden Legierungen von AICuMg2 und AIZnMgCu1,5 verwendet. Im ersten Falle lag die Körnung unterhalb von 160 pm, im zweiten Falle waren die Pulverteilchen alle < 45 pm.
  • Mit dem Pulver aus AICuMg2 wurde ein Zylinder von 90 mm Durchmesser und 250 mm Höhe hergestellt, wobei eine Preßkraft von 650 N/mm2 für 2 min.aufgebracht wurde.
  • Aus der AIZnMgCu1,5 Legierung wurde ein Pulverrohling mit dem Durchmesser von 80 mm und einer Höhe von 200 mm hergestellt, wobei 800 N/mm2 für 10 min auf das Pulver einwirkten.
  • Zum Auspressen der Matrize wurden Druckringe verwendet, die eine getrennte Verschiebung von Matrize und Außenring mittels Oberstempel ermöglichen.
  • Beide Pulverrohlinge ließen sich leicht aus der Matrize entfernen, ohne daß Risse oder Abbröckelungen auftraten. Der Arbeitstakt verlief im einzelnen wie folgt:
    • Arbeitstakt
  • Ausgangsstellung: Füllbereites Werkzeug
    • 1. Pulver einfüllen
    • 2. Oberstempel zurückstellen - bis zum Anschlag
    • 3. Pressen
    • 4. Stempel hochfahren
    • 5. Oberstempel vorziehen - bis zum Anschlag
    • 6. Druckplatte auflegen
    • 7. Druckringe unterlegen
    • 8. Auspressen der geteilten Matrize
    • 9. Stempel hochfahren
    • 10. Druckplatte und Druckringe entfernen
    • 11. Geteilte Form mit Pressling entnehmen
    • 12. Pressling entnehmen

Claims (4)

1. Konsolidierungswerkzeug zum Kompaktieren von Metallpulver, bestehend aus einer Matrize (1) mit einem Außenkonus (16), Ober- und Unterstempel (5, 6) sowie seitlichen Führungen (10 - 13) und einem Pressentisch (4), wobei die Matrize (1) in mindestens drei Segmenten geteilt ist und über Federn, Hydraulik- und/oder Pneumatikzylindern (2, 3) gegen den Pressentisch (4) abgestützt ist, wobei die Matrize (1) in einem mit einem Innenkonus (15) versehenen Außenring (9) gehalten wird und wobei Mittel zum Auspressen der Matrize (1) nach jedem Preßvorgang vorgesehen sind.
2. Konsolidierungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring an mindestens zwei Vertikalstangen (12, 13) geführt ist und über Federn, Hydraulik- und/oder Pneumatikzylinder (2, 3) gegen den Pressentisch (4) abgestützt ist, wobei die Federkraft bzw. Dämpfung dem Eigengewicht von Matrize (1) und Außenring (9) entspricht.
3. Konsolidierungswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring (9) einen Innenkonus (14) mit einer zwischen 0,3 bis 10° zur Axialachse geneigten Wandung aufweist.
4. Konsolidierungswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (1) einen Außenkonus (16) aufweist und in dem Außenring (9) durch Klemmleisten (14) gesichert ist.
EP85115038A 1984-12-22 1985-11-27 Konsolidierungswerkzeug zum Kompaktieren von Metallpulver Expired - Lifetime EP0185951B1 (de)

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