EP0403040A2 - Method and apparatus for making dimensionally stable pressed articles - Google Patents

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EP0403040A2 EP90250140A EP90250140A EP0403040A2 EP 0403040 A2 EP0403040 A2 EP 0403040A2 EP 90250140 A EP90250140 A EP 90250140A EP 90250140 A EP90250140 A EP 90250140A EP 0403040 A2 EP0403040 A2 EP 0403040A2
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing dimensionally stable compacts from pulverulent compositions according to the preamble of claim 1 and an apparatus for performing this method.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a device for carrying it out which permits even tighter tolerances with regard to the shape accuracy of the compacts and at the same time further reduces the risk of rejects production.
  • Each compact is in fact elastic to a certain extent, so it springs open after being molded out of the mold.
  • the size of this suspension depends on the density of the compact and thus indirectly on the applied pressing force. In principle, the larger the press force, the stronger the spring-up. However, the relationship between density and pressing force is not linear and depends on the powder material used. If, in the production of compacts of identical shape per se, the press punches are brought into exactly the same position in relation to one another in the press end position, it is therefore in no way ensured that two compacts of exactly the same size also result. If one uses a greater pressing force than the other due to the greater bulk density of the powder filling, different parts will result in any case because the springing after the molding has been formed must be different.
  • an even wider path-dependent tolerance band of the pressing force can be provided, the press of which is switched off when it is left. If the maximum permissible pressing force is exceeded, cold welding of punches, for example, may have been the cause, so that greater tool damage is avoided by stopping the press. Conversely, if the pressure drops below the minimum, the mold may have been filled insufficiently or not at all, for example due to a disturbance in the powder supply, so that even in such a case the press must be switched off in order to avoid damage to the mold.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­richtung zur Herstellung maßhaltiger Preßlinge aus pulverförmigen Massen, insbesondere aus Metallpulver, auf einer Presse in einer Preßform mit mindestens einem Ober- und mindestens einem Unterstempel, bei dem die Preßstempel in der Preßendstellung auf vorgegebene Sollpositionen gefahren werden und wobei während des Pressens der Verlauf der Preßkraft mindestens eines der Stempel in Abhängigkeit vom Verfahrweg erfaßt und jeweils mit einem vorgegebenen wegabhängigen Toleranz­band der Preßkraft verglichen wird. Um ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, das hinsichtlich der Formgenauigkeit der Preßlinge noch engere Toleranzen zuläßt und gleichzeitig die Gefahr der Ausschußpro­duktion weiter vermindert, wird vorgeschlagen, daß bei einem Überschreiten des Toleranzbandes die Soll­position des betreffenden Stempels in der Preßend­stellung so verändert wird, daß die Höhe des Preßlings in der Preßendstellung um einen Betrag verringert wird, der der mit der größeren Preßendkraft einhergehenden erhöhten Auffederung des Preßlings nach seinem Aus­formen entspricht, und bei einem Unterschreiten des Toleranzbandes umgekehrt verfahren wird.

Figure imgaf001
The invention relates to a method and an apparatus for producing dimensionally stable compacts from pulverulent masses, in particular from metal powder, on a press in a mold with at least one upper and at least one lower stamp, in which the press stamps are moved to predetermined desired positions in the final press position, and wherein during the pressing the course of the pressing force at least one of the punches is detected as a function of the travel path and is compared in each case with a predetermined path-dependent tolerance band of the pressing force. In order to specify a method and a device which allows even tighter tolerances with regard to the shape accuracy of the compacts and at the same time further reduces the risk of reject production, it is proposed that if the tolerance band is exceeded, the desired position of the stamp in question in the press end position is changed so that The height of the compact in the press end position is reduced by an amount which corresponds to the increased spring-back of the compact associated with the greater press end force after it has been formed, and is reversed if the tolerance band is undershot.
Figure imgaf001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung maßhaltiger Preßlinge aus pulverförmigen Massen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for producing dimensionally stable compacts from pulverulent compositions according to the preamble of claim 1 and an apparatus for performing this method.

Aus der DE 29 51 716 C2 ist ein Verfahren zum Pressen von Formkörpern mit mindestens einer Stufe aus Metallpulver bekannt, mit dem Formkörper von konstanter Höhe und Dichte erzeugt werden können. Zu diesem Zweck wird der Verlauf der Preßkraft der Preßstempel wegabhängig gemessen und gespeichert und mit vorgegebenen wegabhängigen Sollwerten verglichen. Die Höhengenauigkeit der Preßlinge wird dabei durch mechanische Anschläge und den fest einstellbaren Hub des Oberstempels gewährleistet. Die gleichbleibende Dichte wird innerhalb bestimmter Genauigkeitsgrenzen dadurch ermöglicht, daß das Füllvolumen der Preßform im nächsten Arbeitszyklus verringert wird, wenn der Preßkraftvergleich eine Sollwertüberschreitung ergeben hat. Bei einer Sollwertunterschreitung wird umgekehrt verfahren.DE 29 51 716 C2 discloses a method for pressing shaped articles with at least one step made of metal powder, with which shaped articles of constant height and density can be produced. For this purpose, the course of the pressing force of the ram is measured depending on the path and stored and compared with predetermined path-dependent setpoints. The height accuracy of the compacts is ensured by mechanical stops and the permanently adjustable stroke of the upper punch. The constant density is made possible within certain accuracy limits by the fact that the filling volume of the mold is reduced in the next working cycle when the comparison of the pressing force has shown that the setpoint has been exceeded. If the value falls below the setpoint, the procedure is reversed.

Auf diese Weise kann auf Veränderungen der Eigenschaften des verwendeten Metallpulvers oder sonstige Änderungen (z.B. Auftreten bestimmter mechanischer Schwingungen), die letztlich die Schüttdichte des Pulvers und damit die Preßeigenschaften der in die Preßform eingefüllten Pulverschüttung beeinflussen, reagiert werden. Allerdings kann hierbei die Korrektur immer nur beim nächsten Preßling wirken, da bei dem Preßling, bei dem die Sollwertabweichungen festgestellt wurden, keine Änderung des Füllvolumens der Preßform mehr möglich ist. Das bekannte Verfahren bringt jedoch gegenüber dem bis dahin bekannten Stand der Technik deutliche Verbesserungen hinsichtlich der gleichzeitigen Einhaltung von Dichte und Formgenauigkeit der Preßlinge mit sich. Bei besonders hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Preßlinge reicht dieses Verfahren jedoch nicht immer aus und kann wegen der unvermeidlichen Totzeit des angewandten Regelungsverfahrens zu beträchtlichem Ausschuß führen.In this way it is possible to react to changes in the properties of the metal powder used or other changes (e.g. occurrence of certain mechanical vibrations) which ultimately influence the bulk density of the powder and thus the pressing properties of the powder filling filled into the mold. However, the correction can only be effective for the next compact, since it is no longer possible to change the filling volume of the mold in the compact in which the setpoint deviations have been determined. However, the known method brings about significant improvements in respect of the simultaneous maintenance of density and shape accuracy of the compacts compared to the prior art known up to that point. In the case of particularly high demands on the accuracy of the compacts, however, this method is not always sufficient and can lead to considerable rejects because of the inevitable dead time of the control method used.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben, das hinsichtlich der Formgenauigkeit der Preßlinge noch engere Toleranzen zuläßt und gleichzeitig die Gefahr der Ausschußproduktion weiter vermindert.The object of the invention is therefore to provide a method and a device for carrying it out which permits even tighter tolerances with regard to the shape accuracy of the compacts and at the same time further reduces the risk of rejects production.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1; vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 angegeben. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist erfindungsgemäß die Merkmale des Patentanspruchs 5 auf.This object is achieved by a method with the features of claim 1; Advantageous developments of this method are specified in subclaims 2 to 4. A device for performing the method has the features of claim 5 according to the invention.

Grundlage der Erfindung ist die Erkenntnis, daß die Formteilgenauigkeit eines aus einem Pulvermaterial hergestellten Preßlings nicht allein davon abhängt, daß die die Form prägenden Ober- und Unterstempel in eine Position gebracht werden, in der ihre Preßflächen relative Abstände voneinander aufweisen, die denen des zu erzeugenden Preßlings entsprechen.The basis of the invention is the knowledge that the accuracy of the molded part of a compact made from a powder material does not depend solely on the fact that the upper and lower punches which shape the mold are brought into a position in which their pressing surfaces have relative distances from one another which are those of the one to be produced Correspond to compacts.

Jeder Preßling ist nämlich in einem gewissen Umfang elastisch, federt also nach dem Ausformen aus der Preßform auf. Die Größe dieser Auffederung ist abhängig von der Dichte des Preßlings und damit mittelbar von der angewandten Preßkraft. Prinzipiell gilt, daß die Auffederung um so stärker ist, je größer die Preßkrafat ist. Der Zusammenhang zwischen Dichte und Preßkraft ist jedoch nicht linear und ist vom eingesetzten Pulvermaterial abhängig. Wenn bei der Herstellung an sich formgleicher Preßlinge die Preßstempel in der Preßendstellunng in exakt die gleiche Position zueinander gebracht werden, ist daher noch keineswegs sichergestellt, daß sich auch zwei exakt gleich große Preßlinge ergeben. Wird nämlich bei dem einen infolge größerer Schüttdichte der Pulverfüllung eine größere Preßkraft als bei dem anderen angewandt, so ergeben sich auf jeden Fall unterschiedliche Teile, weil die Auffederung nach dem Ausformen der Preßlinge unterschiedlich ausfallen muß.Each compact is in fact elastic to a certain extent, so it springs open after being molded out of the mold. The size of this suspension depends on the density of the compact and thus indirectly on the applied pressing force. In principle, the larger the press force, the stronger the spring-up. However, the relationship between density and pressing force is not linear and depends on the powder material used. If, in the production of compacts of identical shape per se, the press punches are brought into exactly the same position in relation to one another in the press end position, it is therefore in no way ensured that two compacts of exactly the same size also result. If one uses a greater pressing force than the other due to the greater bulk density of the powder filling, different parts will result in any case because the springing after the molding has been formed must be different.

Diese Erkenntnis hat sich die Erfindung zunutze gemacht, indem sie vorsieht, daß die Auffederung des Formteils bei der endgültigen Festlegung der Endposition der Preßstempel in der Preßendstellung berücksichtigt wird. Hierzu muß die angewandte Preßkraft an dem betreffenden Stempel gemessen werden und entsprechend der Federcharakteristik des Preßlings an dieser Stelle (z.B. bei einem gestuften Preßling an jedem Höhenabsatz) ein Federweg ermittelt werden. Je größer die zu erwartende Auffederung ausfällt, um so näher müssen die Preßflächen gegenüberliegender Stempel zueinander gefahren werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Verlauf der Preßkraft in Abhängigkeit vom Verfahrweg mindestens eines, im Extremfall eines jeden Stempels, der einen maßgenauen Teil des Preßlings erzeugen soll, erfaßt und mit einem wegabhängigen Toleranzband verglichen wird.The invention has made use of this knowledge by providing that the spring deflection of the molded part is taken into account in the final determination of the end position of the press ram in the press end position. For this purpose, the applied pressing force must be measured on the stamp in question and a spring travel must be determined at this point in accordance with the spring characteristic of the compact (for example, in the case of a stepped compact at every height step). The greater the expected spring deflection, the closer the pressing surfaces of opposing punches must be moved to each other. According to the invention it is provided that the course of the pressing force depending on the travel path of at least one, in the extreme case of each punch, which is to produce a dimensionally accurate part of the compact, is detected and compared with a path-dependent tolerance band.

Sobald die Preßkraft das Toleranzband verläßt, wird eine entsprechende Korrektur der ursprünglich vorgesehenen Sollposition des betreffenden Stempels bestimmt. Vorteilhafterweise wird diese Korrektur noch während der Verdichtung des Preßlings ausgeführt, bei dem die Abweichung festgestellt wurde.As soon as the pressing force leaves the tolerance band, a corresponding correction of the originally intended target position of the stamp concerned is determined. This correction is advantageously carried out during the compaction of the compact in which the deviation has been determined.

Da die Ursachen für das geänderte Preßverhalten der in der Preßform befindlichen Pulverschüttung im allgemeinen nicht sprunghaft wechseln, kann es vielfach auch ausreichen, wenn die ermittelte Korrekturgröße erst beim nächsten zu pressenden Formteil berücksichtigt wird.Since the causes of the changed pressing behavior of the powder bed in the pressing mold do not generally change abruptly, it can often be sufficient if the determined correction quantity is not taken into account until the next molded part to be pressed.

In Weiterbildung der Erfindung kann ein zweites wegabhängiges Toleranzband der Preßkraft für die in Frage kommenden Preßstempel vorgesehen sein, bei dessen Verlassen von der Steuerung eine entsprechende ausgleichende Änderung des Füllvolumens der Preßform im nächsten Arbeitszyklus veranlaßt wird. Dieses zweite Toleranzband ist in jedem Fall breiter als das erste und überdeckt dieses vollständig. Auf diese Weise lassen sich noch größere Veränderungen der Schüttdichte der Pulverfüllung in ihren Auswirkungen auf die Preßlingsgeometrie ausgleichen.In a further development of the invention, a second path-dependent tolerance band of the pressing force can be provided for the press rams in question, when the latter leaves the control, a corresponding compensating change in the filling volume of the press mold is initiated in the next working cycle. In any case, this second tolerance band is wider than the first and completely covers it. In this way, even greater changes in the bulk density of the powder filling can be compensated for in their effects on the compact geometry.

Schließlich kann auch ein nochmals breiteres wegabhängiges Toleranzband der Preßkraft vorgesehen sein, bei dessen Verlassen die Presse abgeschaltet wird. Bei einem Überschreiten der maximal zulässigen Preßkraft kann z.B. eine Kaltverschweißung von Stempeln ursächlich gewesen sein, so daß durch das Stillsetzen der Presse ein größerer Werkzeugschaden vermieden wird. Umgekehrt könnte beim Unterschreiten der minimalen Preßkraft die Preßform z.B. aufgrund einer Störung in der Pulverversorgung unzureichend oder überhaupt nicht gefüllt worden sein, so daß auch in einem solchen Fall die Presse abgeschaltet werden muß, um Beschädigungen des Formwerkzeugs zu vermeiden.Finally, an even wider path-dependent tolerance band of the pressing force can be provided, the press of which is switched off when it is left. If the maximum permissible pressing force is exceeded, cold welding of punches, for example, may have been the cause, so that greater tool damage is avoided by stopping the press. Conversely, if the pressure drops below the minimum, the mold may have been filled insufficiently or not at all, for example due to a disturbance in the powder supply, so that even in such a case the press must be switched off in order to avoid damage to the mold.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Figur 1 bis 3 hinsichtlich der grundsätzlichen Verfahrensweise noch einmal näher erläutert.In the following, the invention is explained in more detail with reference to an exemplary embodiment in FIGS.

Das in eine Matrize 1 eingefüllte Eisenpulver 2 wird mit einem Oberstempel 3 und einem Unterstempel 4 so weit verdichtet, bis der Abstand zwischen Oberstempel 3 und Unterstempel 4 der zu erzeugenden Höhe des Preßteils 2 entspricht. Dieser Zustand ist in Figur 1 dargestellt. In Abhängigkeit von der erreichten Dichte des Eisenpulvers ergibt sich eine Preßkraft, der eine bestimmte Auffederung des Preßteils 2 zugeordnet werden kann, die eintritt, wenn das Preßteil 2 aus der Form freigelegt wird. Der Kurvenverlauf der Preßkraft in Abhängigkeit von der Auffederung ist in vorangegangenen Versuchen für das verwendete Eisenpulver ermittlet worden. In der Regel kann diese Kurve in dem für das Toleranzband relevanten Abschnitt mit ausreichender Näherung linearisiert werden. Wie in Figur 2 dargestellt ist, werden die Stempel 3 und 4 um den Betrag dieser Auffederung weiter aufeinander zu bewegt. Bei dieser Vorgehensweise ergibt sich nach dem Freilegen des Preßteils 2 durch die eintretende Auffederung genau die Höhe dese Preßteils 2, die gefordert wurde (Figur 3).The iron powder 2 filled into a die 1 is compressed with an upper punch 3 and a lower punch 4 until the distance between the upper punch 3 and the lower punch 4 corresponds to the height of the pressed part 2 to be produced. This state is shown in Figure 1. Depending on the density of the iron powder achieved, a pressing force results, to which a specific springing of the pressing part 2 can be assigned, which occurs when the pressing part 2 is exposed from the mold. The curve of the pressing force as a function of the spring deflection was determined in previous experiments for the iron powder used. As a rule, this curve can be linearized with sufficient approximation in the section relevant to the tolerance band. As shown in Figure 2, the punches 3 and 4 are moved towards each other by the amount of this spring. With this procedure, after the pressing part 2 has been exposed, the springing that occurs results in exactly the height of the pressing part 2 that was required (FIG. 3).

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung maßhaltiger Preßlinge aus pulverförmigen Massen, insbesondere aus Metallpulver, auf einer Presse in einer Preßform mit mindestens einem Ober- und mindestens einem Unterstempel, bei dem die Preßstempel in der Preßendstellung auf vorgegebene Sollpositionen gefahren werden und wobei während des Pressens der Verlauf der Preßkraft mindestens eines der Stempel in Abhängigkeit vom Verfahrweg erfaßt und jeweils mit einem vorgegebenen wegabhängigen Toleranzband der Preßkraft verglichen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die einem Überschreiten des Toleranzbandes die Sollposition des betreffenden Stempels in der Preßendstellung so verändert wird, daß die Höhe des Preßlings in der Preßendstellung um einen Betrag verringert wird, der der mit der größeren Preßendkraft einhergehenden erhöhten Auffederung des Preßlings nach seinem Ausformen entspricht, und bei einem Unterschreiten des Toleranzbandes umgekehrt verfahren wird.1. Process for the production of dimensionally stable compacts from pulverulent masses, in particular from metal powder, on a press in a press mold with at least one upper and at least one lower punch, in which the press punches are moved to predetermined desired positions in the final press position and the course during the pressing the pressing force detects at least one of the punches as a function of the travel path and is compared in each case with a predetermined path-dependent tolerance band of the pressing force,
characterized,
that the exceeding the tolerance band, the desired position of the die in question in the press end position is changed so that the height of the compact in the press end position is reduced by an amount which corresponds to the increased deflection of the compact after its molding, which is associated with the greater pressing end force, and at reversing if the tolerance band is undershot. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sollwertveränderung der Endposition des Preßstempels während desselben Arbeitszyklus vorgenommen wird, in der die Sollwertabweichung der Preßkraft festgestellt wurde.2. The method according to claim 1,
characterized,
that the setpoint change of the end position of the press ram is carried out during the same work cycle in which the setpoint deviation of the pressing force was determined. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein zweites wegabhängiges Toleranzband der Preßkraft vorgegeben wird, das das erste Toleranzband vollständig überdeckt, daß beim Überschreiten dieses zweiten Toleranzbandes eine Verringerung des Füllvolumens der Preßform im nächsten Arabeitszyklus vorgenommen wird und daß bei einem Unterschreiten umgekehrt verfahren wird.3. The method according to claim 1 or 2,
characterized,
that a second path-dependent tolerance band of the pressing force is specified, which completely covers the first tolerance band, that if this second tolerance band is exceeded, the filling volume of the press mold is reduced in the next cycle and that the process is reversed if the pressure falls below it. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein drittes wegabhängiges Toleranzband der Preßkrafat vorgegeben wird, das das erste Toleranzband und gegebenenfalls das zweite Toleranzband vollständig überdeckt, und daß die Presse selbsttätig abgeschaltet wird, sobald die tatsächliche Preßkraft außerhalb des dritten Toleranzbandes liegt.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
characterized,
that a third path-dependent tolerance band of the press force is specified, which completely covers the first tolerance band and possibly the second tolerance band, and that the press is automatically switched off as soon as the actual pressing force lies outside the third tolerance band. 5. Presse zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit mindestens je einem Ober- und Unterstempel, von denen mindestens einer durch Kraftmittel relativ zu dem anderen verfahrbar ist, mit mindestens einer Meßeinrichtung zur Feststellung der Position der Stempel, mit mindestens einer Meßeinrichtung zur wegabhängigen Feststellung der Preßkraft mindestens eines der Stempel und mit einer mit den Meßeinrichtungen verbundenen elektronischen Steuerung für das Verfahren der Stempel,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der elektronischen Steuerung Korrekturwerte für die Stempelposition in der Preßendstellung preßkraftabhängig abrufbar oder errechenbar sind, die dem gegenüber der Sollpreßkraft veränderten Auffederungsverhalten des Preßlings entsprechen.5. Press for performing the method according to claim 1 with at least one upper and lower stamp, at least one of which can be moved relative to the other by means of force, with at least one measuring device for determining the position of the stamp, with at least one measuring device for path-dependent determination the pressing force of at least one of the punches and an electronic control for moving the punches connected to the measuring devices,
characterized,
that correction values for the punch position in the press end position can be called up or calculated depending on the pressing force in the electronic control and correspond to the deflection behavior of the compact which has changed compared to the desired pressing force.
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