EP0381089A2 - Hydraulische Presse - Google Patents

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EP0381089A2
EP0381089A2 EP90101652A EP90101652A EP0381089A2 EP 0381089 A2 EP0381089 A2 EP 0381089A2 EP 90101652 A EP90101652 A EP 90101652A EP 90101652 A EP90101652 A EP 90101652A EP 0381089 A2 EP0381089 A2 EP 0381089A2
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plunger
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Gottfried Weber
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Maschinenfabrik Lauffer GmbH and Co KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/02—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a ram exerting pressure on the material in a moulding space

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic press according to the preamble of the main claim and a method for pressing and compacting pressed parts made of fine-grained materials.
  • Hydraulic presses are known in which press parts consisting of fine-grained materials are pressed between an upper and a lower pressure piece.
  • the workpieces resulting from the resulting shaping are sintered in a subsequent process, agglomerates being formed as a result of surface melting and caking or as a result of the fusion processes.
  • the conventional manufacturing methods for shaping powder compaction are "ejecting", “pulling off” and "counter-pressing".
  • a press for the production of powder compacts is known.
  • This includes an adapter system that has a fixed base position to a basic press fixed table.
  • a press train with a fixed cover only allows one of the named powder-pressing process methods, with the press mentioned being the method of stripping.
  • the upper punch acting on the pressed part from above is moved downward, while the die comprising the pressed part and the lower punch on which the pressed part rests are in a stationary position.
  • the upper punch and the lower punch are then moved upwards, while the die is still in a resting position. The powder-compacted pressed part is thereby exposed.
  • both the upper punch and the die comprising the pressed part are moved downward during the compression process.
  • the lower stamp remains in a resting position.
  • the upper punch moves upwards, while the lower punch remains in a fixed position.
  • the compacted pressed part is then exposed by a further downward movement of the die.
  • the upper punch moves downward during the compression process, while the lower punch moves upward.
  • the die surrounding the powder material to be compacted remains in a resting position.
  • the die also remains in this resting position during the process of exposing the press piece, while the upper punch and the lower punch move upward and the press piece is thus guided out of the die through the lower punch.
  • the pressing method described in the first place proves to be inflexible, since it is only suitable for pressing single-stage parts.
  • the unfavorable density profile that occurs with this also leads to increased crack formation, which can occur in the form of slate cracks or exposure cracks.
  • the pressing method described in the second place is characterized by high maintenance costs and high demands on the operation.
  • the press system is often unstable, which causes the risk of slate.
  • the invention is therefore based on the object of providing a hydraulic press for compacting fine-grained substances which enables the combination of the motion sequences of the three different pressing methods both as a single step and as an overarching production sequence.
  • the pressure pistons which are controlled and monitored by a computer-aided numerical path control, have a very favorable tool design.
  • the shapes of the pressed parts to be pressed can be varied as desired without requiring multiple pressing processes or having to replace the tools used. Since the press rams are characterized by a short tool structure, they have high tool stability, which also increases the stability of the overall system.
  • the plunger 1 to 5 can be seen, between which a press part 6 consisting of fine-grained materials is pressed and compressed.
  • the plungers 1 and 2 act as a cooperating composite plunger from above and the plungers 3 and 4 as a composite plunger from below on the pressing part 6.
  • the plungers 5 act as synchronous plungers on the die table 8 shown in FIG. 2.
  • An adapter 7 for the purpose of a tool assembly with coupling and handling function, as well as the tools of the plunger 1 to 5 can be inserted into the press as a complete package. With regard to the further pressing movements, however, further pressing functions from the adapter are not necessary.
  • FIG. 2 shows the die table 8 and the die holder 9 with the die 10 located thereon.
  • the die holder 9 can be inserted into the press with the complete tooling.
  • the coupling connection between the plungers 1 to 5 can be made as a straight coupling or via a bayonet system by means of a 90 ° rotation. The position is assigned and the transport is secured using an auxiliary bracket that is removed after the coupling.
  • the press Pistons 3 and 4 guided lower punches 11 to 13 are unclamped and are positioned or guided over the die 10.
  • the upper punches 14 and 15 are clamped or oriented using a special guide.
  • a core punch 16 held by a friction lock is brought into position after coupling from below via an auxiliary axis 17 or subsequently placed and fastened via a screw connection.
  • the plungers 1 to 5 work within the press as a free-floating tool system that is clamped and moved by the oil columns of the five plungers 1 to 5.
  • a divided matrix By dividing the matrix table 8 into an upper and a lower half, with connection to 2 plungers for each table half, a divided matrix can be used. By inserting a split die, undercuts can be made on the pressed part.
  • FIG. 3 shows the pressing tools 11 to 15 and the pressing part 6 pressed between them.
  • the movement sequence of the press rams shown in FIG. 4 during the composite pressing shows the stage of filling the metal powder under position I, the pressing process itself under position II and the exposure of the pressed part under position III.
  • the upper punch 1a moves downward in the direction of the arrow, while the die 2a remains stationary.
  • the lower punch 3a moves upwards from the position I given during the filling process, as can be seen in position II.
  • both the upper punch 1a and the lower punch 3a remain in a resting position while the die 2a, as can be seen from position III, is moved downward in the direction of the arrow.
  • the Press part 6 is exposed during this process.
  • the die 2a can also be moved in both directions during the counter-pressing. This circumstance can be used to deliberately underpressure or overpressure.
  • FIG. 5 shows a possible form of a compacted pressed part.
  • Such molded parts can be compressed by a pressing process without the use of an adapter or multiple pressing processes.
  • the different shapes of the pressed parts are made possible by the differently positioned press dies, which can be moved at different speeds, the individual press dies being controlled by a computer-aided numerical path control and additionally being monitored for pressure.
  • displacement sensors 61 to 65 can be seen, which work as displacement measuring systems.
  • the path control takes place via a computer-aided numerical path control for machine tools.
  • Displacement sensor 61 measures the relative movement of plunger 1 to the press stand (press housing) P
  • displacement sensor 62 measures the relative movement of plunger 1 to plunger 2.
  • Displacement sensor 63 measures the relative movement of plunger 3 to press stand P in the lower area of the press according to the invention, while displacement sensor 64 measures the relative movement between plunger 3 and 4.
  • Displacement sensor 65 decreases the relative movement between press stand P and die table 8.

Abstract

Es wird eine hydraulische Presse vorgeschlagen, in der mehrere Preßkolben (1 bis 5) angeordnet sind, die unabhängig voneinander und relativ zueinander beweglich angeordnet sind. Die mit mehreren Preßkolben (1 bis 5) ausgestattete hydraulische Presse ermöglicht während des Verpressungsvorganges eine Verdichtung von Preßteilen (6) aus feinkörnigen Stoffen mittels als Preßstempel ausgebildeten Preßwerkzeugen, wobei das Verfahren des Verbundpressens die Kombination der Bewegungsabläufe der bisher bekannten, unterschiedlichen Preßmethoden sowohl als Einzelschritt wie auch als übergreifenden Fertigungsablauf zuläßt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine hydraulische Presse gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie ein Verfahren zur Verpressung und Verdichtung von Preßteilen aus feinkörnigen Stoffen.
  • Es sind hydraulische Pressen bekannt, bei denen zwi­schen einem oberen und einem unteren Druckstück aus feinkörnigen Stoffen bestehende Preßteile verpreßt werden. Die aufgrund der dadurch bewirkten Formgebung entstehenden Werkstücke werden in einem daran anschlie­ßenden Verfahren gesintert, wobei es durch oberflächi­ges Aufschmelzen und Zusammenbacken bzw. durch die Fu­sionsvorgänge zur Bildung von Agglomeraten kommt. Die herkömmlichen Fertigungsmethoden der Formgebung bei der Pulververdichtung sind dabei das "Ausstoßen", das "Ab­ziehen" sowie das "Gegenpressen".
  • Aus der DE-OS 31 42 126 ist eine Presse zur Herstellung von Pulver-Preßlingen bekannt. Diese beinhaltet ein Adaptersystem, das eine festgelegte Basisposition zu einem Grundpressenfesttisch hat. Ein Preßwerkezug mit Festbezug läßt allerdings nur eine der benannten pul­verpreßtechnischen Verfahrensmethoden zu, wobei es sich bei der angeführten Presse um die Verfahrensmethode des Abziehens handelt.
  • Beim "Ausstoßen" als der ältesten Preßmethode wird der von oben auf das Preßteil wirkende Oberstempel nach un­ten bewegt, während die das Preßteil umfassende Matrize sowie der Unterstempel, auf dem das Preßteil aufliegt, sich in einer ruhenden Position befinden. Bei der Frei­legung des Preßstücks wird dann der Oberstempel sowie der Unterstempel nach oben bewegt, während die Matrize sich weiterhin in einer ruhenden Position befindet. Das pulververdichtete Preßteil wird dadurch freigelegt.
  • Beim "Abziehen" als der zumeist angewandten Preßme­thode, wird beim Verdichtungsvorgang sowohl der Oberstempel, wie auch die das Preßteil umfassende Ma­trize abwärts bewegt. Der Unterstempel verharrt dabei in einer ruhenden Position. Bei der Freilegung des Preßteils bewegt sich der Oberstempel nach oben, wäh­rend der Unterstempel weiterhin in einer festen Positi­on verharrt. Durch eine weitere Abwärtsbewegung der Ma­trize wird sodann das verdichtete Preßteil freigelegt.
  • Bei der Preßmethode des "Gegenpressens" bewegt sich während des Verdichtungsvorganges der Oberstempel nach unten, während der Unterstempel nach oben bewegt wird. Die das zu verdichtende Pulvermaterial umschließende Matrize bleibt dabei in einer ruhenden Position. Diese ruhende Position behält die Matrize auch während des Vorgangs des Freilegens des Preßstückes bei, während der Oberstempel sowie der Unterstempel sich nach oben bewegen und somit das Preßstück aus der Matrize durch den Unterstempel herausgeführt wird.
  • Die an erster Stelle beschriebene Preßmethode erweist sich dabei als unflexibel, da sich diese lediglich für Verpressung von Einstufenteilen eignet. Auch führt der bei dieser auftretende ungünstige Dichteverlauf zur verstärkten Rißbildung, die in Form von Schieferungs­rissen oder Freilegungsrissen auftreten kann.
  • Die an zweiter Stelle beschriebene Preßmethode ist durch hohe Instandhaltungskosten und hohe Anforderungen an die Bedienung gekennzeichnet. Das Preßsystem ist da­bei oftmals unstabil, wodurch die Gefahr der Schiefe­rung bedingt ist.
  • Bei der Preßmethode des Gegenpressens sind bei der Freilegung der Preßteile aufgrund der dabei auftreten­den Bewegungsabläufe Rißbildungen möglich.
  • Die bisher angewendeten Pulverpreßmethoden sind streng verfahrensbezogen und stehen in direkter Abhängigkeit zur Presse und den in dieser verwendeten Werkzeugen, wobei ebenfalls ein Adapter benötigt wird. Die Möglich­keit der Kombination der drei Preßmethoden war bislang nicht zu realisieren, da jede der drei aufgeführten Preßmethoden ihren speziellen Werkzeug- und Apparate­aufbau sowie darüber hinaus eine methodenbezogene Pres­senauslegung erforderte.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Presse zur Verdichtung feinkörniger Stoffe zu schaffen, die die Kombination der Bewegungsabläufe der drei unterschiedlichen Preßmethoden sowohl als Einzelschritt, wie auch als übergreifenden Fertigungs­ablauf ermöglicht.
  • Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Hauptan­spruch angegebenen Merkmale sowie durch das in Anspruch 6 gekennzeichnete Verfahren erreicht.
  • Durch die Ausstattung der hydraulischen Presse mit meh­reren Preßkolben, die unabhängig voneinander und rela­tiv zueinander mit unterschiedlicher Geschwindigkeit beweglich sind, wird eine Kombination der Bewegungsab­läufe der drei unterschiedlichen Preßmethoden sowohl als Einzelschritt, wie auch als übergreifender Ferti­gungsablauf ermöglicht. Die über eine computergestützte numerische Bahnsteuerung geregelten und drucküberwach­ten Preßkolben verfügen über eine sehr günstige Werk­zeugauslegung. So können insbesondere die Formgebungen der zu verpressenden Preßteile beliebig variiert wer­den, ohne daß mehrere Preßvorgänge erforderlich wären oder die verwendeten Werkzeuge ausgetauscht werden müßten. Da die Preßstempel durch einen kurzen Werk­zeugaufbau gekennzeichnet sind, verfügen sie über eine hohe Werkzeugstabilität, wodurch auch die Stabilität des Gesamtsystems erhöht wird.
  • Bei der erfindungsgemäßen mehrachsigen, hydraulischen Presse mit Bahnsteuerung erübrigt sich weiterhin das Erfordernis eines Adapters mit erweiterten Preßfunk­tionen oder einer durch einen festen Basistisch festgelegten, mechanischen Bezugsbasis. Durch den Weg­fall des Erfordernisses eines speziell auf die bisher bekannten Preßmethoden abgestimmten Werk­zeug- und Adapteraufbaus können die Vorteile der jewei­ligen Preßmethoden mit in das neue Preßverfahren des "Verbundpressens" einbezogen werden. Durch dieses neue Preßverfahren können insbesondere am Preßteil auftre­tende Schieferungen oder Rißbildungen ausgeschlossen werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung nä­her erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Presse mit einer Teilansicht des Gehäuses,
    • Figur 2 den inneren Aufbau der durch Figur 1 darge­stellten Presse in einer Gesamtansicht,
    • Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus der durch Fi­ gur 2 dargestellten Presse,
    • Figur 4 eine schematische Darstellung des Verfahrens­ablaufs beim "Verbundpressen",
    • Figur 5 den Ausschnitt eines durch die Verpressung ver­dichteten Preßteils in räumlicher Darstellung,
    • Figur 6 eine Pressenansicht ohne Werkzeuge und
    • Figur 7 eine erfindungsgemäße Presse im Querschnitt entlang der aus Figur 6 ersichtlichen Schnittlinie A-B.
  • Aus Figur 1 sind die Preßkolben 1 bis 5 ersichtlich, zwischen denen ein aus feinkörnigen Stoffen bestehendes Preßteil 6 verpreßt und verdichtet wird. Während des Preßvorganges wirken die Preßkolben 1 und 2 als zusam­menwirkende Verbundpreßkolben von oben sowie die Preß­kolben 3 und 4 als Verbundpreßkolben von unten auf das Preßteil 6. Die Preßkolben 5 wirken als Gleichlaufplun­ger auf den aus Figur 2 ersichtlichen Matritzentisch 8. Ein Adapter 7, zwecks Werkzeugverbund mit Koppel- und Handlingsfunktion, sowie die Werkzeuge der Preßkolben 1 bis 5 sind als Komplettpaket in die Presse einschieb­bar. Im Hinblick auf die weiteren Verpressungsbewegun­gen sind weitere Preßfunktionen aus dem Adapter dagegen nicht erforderlich.
  • Aus Figur 2 ist der Matrizentisch 8 sowie der Matrizen­halter 9 mit daran befindlicher Matrize 10 ersicht­lich. Der Matrizenhalter 9 ist mit der kompletten Werk­zeugbestückung in die Presse einschiebbar. Die Koppel­verbindung zwischen den Preßkolben 1 bis 5 kann als ge­rade Kopplung bzw. über ein Bajonettsystem mittels ei­ner 90°-Drehung erfolgen. Die Lagezuordnung und Tran­sportsicherung erfolgt über eine Hilfshalterung, die nach der Koppelung entfernt wird. Die durch die Preß­ kolben 3 und 4 geführten Unterstempel 11 bis 13 sind ungeklemmt und werden über die Matrize 10 positioniert bzw. geführt. Die Oberstempel 14 und 15 sind geklemmt oder über eine Spezialführung lageorientiert. Ein durch eine Reibsicherung gehaltener Kernstempel 16 wird nach der Koppelung von unten über eine Hilfsachse 17 in Po­sition gebracht oder über Schraubverbindung nachträg­lich plaziert und befestigt. Die Preßkolben 1 bis 5 arbeiten innerhalb der Presse als ein freischwebendes Werkzeugsystem, das durch die Ölsäulen der fünf Preß­kolben 1 bis 5 eingespannt und bewegt wird.
  • Durch Mittenteilung des Matrizentisches 8 in eine Ober- und Unterhälfte, mit Anschluß an je 2 Plungerkolgen für eine Tischhälfte, kann eine geteilte Matrize eingesetzt werden. Durch Einsetzen einer geteilten Matrize können Hinterschneidungen am Preßteil hergestellt werden.
  • Der vergrößerte Ausschnitt der Figur 3 zeigt die Preß­werkzeuge 11 bis 15 sowie das zwischen ihnen verpreßte Preßteil 6.
  • Der in Figur 4 dargestellte Bewegungsablauf der Preß­stempel während des Verbundpressens zeigt unter Positi­on I das Stadium des Einfüllens des Metallpulvers, un­ter Position II den Preßvorgang selbst und unter der Position III die Freilegung des Preßteils. Während des Preßvorganges, bei dem das eingefüllte Metallpulver verdichtet wird, bewegt sich der Oberstempel 1a in Pfeilrichtung nach unten während die Matrize 2a in ru­hendem Zustand verharrt. Der Unterstempel 3a bewegt sich aus der während des Einfüllvorganges gegebenen Po­sition I nach oben, wie in Position II ersichtlich. Nach erfolgter Verpressung verharren sowohl Oberstempel 1a sowie Unterstempel 3a in einer ruhenden Position während die Matrize 2a, wie aus Position III ersicht­lich, in Pfeilrichtung nach unten bewegt wird. Das Preßteil 6 wird während dieses Vorganges freigelegt.
  • Für einen entsprechenden Bedarfsfall kann die Matrize 2a auch während des Gegenpressens nach beiden Richtun­gen bewegt werden. Durch diesen Umstand kann gezielt eine Unter- bzw. Oberpressung erreicht werden.
  • In Figur 5 ist eine mögliche Form eines verdichteten Preßteils dargestellt. Derart ausgeformte Preßteile können durch einen Preßvorgang verdichtet werden, ohne daß der Einsatz eines Adapters oder mehrere Preßvorgän­ge erforderlich wären. Die unterschiedlichen Formen der Preßteile werden dabei durch die unterschiedlich posi­tionierten und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gegeneinander beweglichen Preßstempel ermöglicht, wobei die einzelnen Preßstempel über eine computergestützte numerische Bahnsteuerung weggeregelt und zusätzlich drucküberwacht werden.
  • Aus Figur 6 sind Weggeber 61 bis 65 ersichtlich, die als Wegmeßsysteme arbeiten. Die Wegregelung erfolgt da­bei über eine computergestützte numerische Bahnsteue­rung für Werkzeugmaschinen. Weggeber 61 mißt dabei die relative Bewegung von Preßkolben 1 zum Pressenständer (Pressengehäuse) P, während Weggeber 62 die relative Bewegung von Preßkolben 1 zu Preßkolben 2 mißt. Wegge­ber 63 mißt im unteren Bereich der erfindungsgemäßen Presse die relative Bewegung von Preßkolben 3 zum Pres­senständer P, während Weggeber 64 die relative Bewegung zwischen den Preßkolben 3 und 4 mißt. Weggeber 65 nimmt die relative Bewegung zwischen Pressenständer P und dem Matritzentisch 8 ab.
  • In der Draufsicht der Figur 7 sind die Preßkolben 5 dargestellt, die auf den Matritzentisch 8 wirken. Da auch diese Pressenansicht ohne Werkzeuge dargestellt ist, sind aus der Zeichnung desweiteren die Preßkolben 3 und 4 in einer Draufsicht ersichtlich.

Claims (6)

1. Hydraulische Presse mit gegeneinander beweglichen Preßkolben, die durch zwei als von oben wirkende Ver­bundpreßkolben und zwei als von unten wirkende Verbund­preßkolben mit einem Mitteltischkolbensystem angeordnet sind, zur Verpressung und Formgebung von Preßteilen aus feinkörnigen Stoffen, insbesondere aus Metallpulver, dadurch gekennzeichnet, daß in die­ser als Preßwerkzeuge mehrere Ober- und Unterpreßstem­pel (11 bis 15) und eine Matrize (10) vorgesehen sind, die sich unabhängig voneinander und relativ zueinander mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen.
2. Hydraulische Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßstempel (11 bis 15) einen kurzen Werkzeugaufbau aufweisen und ver­setzt in ihrer Werkzeugaufnahme gelagert sind.
3. Hydraulische Presse nach Anspruch 1 oder 2, da­durch gekennzeichnet, daß die Presse mit bis zu fünf Preßkolben (1 bis 5) ausgestattet ist, die über eine computergestützte numerische Bahnsteue­rung für Werkzeugmaschinen weggeregelt und druck­überwacht sind, wobei vier Preßkolben (1 bis 4) auf die Preßstempel (11 bis 15) wirken und ein Preßkolben (5), bestehend aus vier bzw. zwei Gleichlaufplungern, auf die bewegliche Matrize (10) wirkt.
4. Hydraulische Pressen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie über Wegmeßsysteme ohne eine festgelegte mecha­nische Bezugsbasis arbeitet.
5. Hydraulische Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßstempel (11 bis 15) über ein Matrizenzwi­schenteil (9) und mit der Matrize (10), die von der Form der Preßteile (6) abhängig ist, in die Presse ein­gegeben sind.
6. Verfahren zur Verdichtung von Preßteilen aus fein­körnigen Stoffen mittels einer hydraulischen Presse ge­mäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge­kennzeichnet, daß das Preßteil (6) durch Verbundpressen verdichtet wird, bei dem Ober- und Un­terpreßstempel im Verbund gegeneinander bewegt sind und während des Preßvorganges eine Matrize das Preßteil (6) umschließt und dieses nach Abschluß des Preßvorganges freigelegt wird, indem die Matrize bei feststehenden Ober- und Unterstempeln nach unten geführt wird.
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