EP1027306A1 - Verfahren zur herstellung von bauteilen aus pulvern - Google Patents

Verfahren zur herstellung von bauteilen aus pulvern

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EP1027306A1
EP1027306A1 EP98949977A EP98949977A EP1027306A1 EP 1027306 A1 EP1027306 A1 EP 1027306A1 EP 98949977 A EP98949977 A EP 98949977A EP 98949977 A EP98949977 A EP 98949977A EP 1027306 A1 EP1027306 A1 EP 1027306A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
powder
binder
component
tool
mixture
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98949977A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Veltl
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19745283A external-priority patent/DE19745283C2/de
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP1027306A1 publication Critical patent/EP1027306A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/06—Other methods of shaping glass by sintering, e.g. by cold isostatic pressing of powders and subsequent sintering, by hot pressing of powders, by sintering slurries or dispersions not undergoing a liquid phase reaction
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00—Making preforms
    • B29B11/06—Making preforms by moulding the material
    • B29B11/12—Compression moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/006—Pressing and sintering powders, granules or fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29C67/00—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00
    • B29C67/02—Moulding by agglomerating
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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    • C04B35/64—Burning or sintering processes
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    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B22F2003/145—Both compacting and sintering simultaneously by warm compacting, below debindering temperature
    • 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
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C2791/00—Shaping characteristics in general
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2503/00—Use of resin-bonded materials as filler

Definitions

  • the invention relates to a method for producing components from powdery starting materials, which can be aptly referred to as hot flow compaction.
  • a wide variety of powders are placed in a tool and pressed, so that the shape of the component is formed by the pressure.
  • a green body produced in this way is subsequently reduced, so that the bond between the powder is increased and the density and strength are increased accordingly.
  • the component in a simple form by pressing the powder used, as already mentioned, and then to form the desired contour or the bore by machining.
  • Another possibility is to bring the correspondingly simple components into the desired complex shape after the pressing by joining several such components (soldering, welding, gluing).
  • the respective undercuts are characterized only by a slight offset in the component, by using horizontally separated dies, to make the components demouldable. If the respective undercut to be produced has only a small groove in the component or a nose on the component, this can be demolded using an auxiliary stamp.
  • the undercuts must be small in relation to the component, since the powder movement during pressing transversely to the pressing direction always leads to cracks on the edges of the undercuts. For this purpose, the term “cross flow cracks 11 or the appearance of the cracks in English" has become dead. water-crack "naturalized.
  • a third possibility for producing undercuts and cross bores in such components is that known metal powder injection molding to use. Wax and polymer are added to the starting powder in an amount so that it can be processed using the methods known from plastic molding.
  • the metal powder injection molding process (MIM process), however, requires additional process steps, such as the necessary expulsion of the high binder content, since otherwise the component would melt again when heated to the sintering temperature or the high shrinkage of the component would occur during sintering (risk of warping) , so that only relatively large tolerances can be maintained in the dimensions of the components to be produced.
  • ther- moplastic properties of a temporary binder which is added to the starting powder, exploited.
  • the flowability of the powder starting material can also be improved to such an extent that, while avoiding the transverse flow cracks, material can also be transported in the mold designed for the components transversely to the pressing direction.
  • a relatively dense component is already obtained from the powdery starting material by pressing and a density of the component that is almost 100% of the theoretical density can be related to powder and binder and at least above
  • the procedure is such that such a high density is set in a powder pack that the properties of the starting powder are influenced by the addition of a small amount of a pressing aid (binder) in such a way that it exhibits a viscous behavior.
  • a pressing aid binder
  • the proportion of binder is selected so that the applied pressing pressure when the binder is heated and at least softened can cause the mixture of starting powder and binder to flow, but it is avoided that the inherent weight of parts of the green compact and its yield limit due to the binder content when heating to sintering temperature.
  • a certain one Proportion of fine powder can be added.
  • the fine portion of the powder can have the same consistency as the normal powder.
  • certain alloy fractions can also be contained in the fine fraction, which can specifically influence the achievable component properties.
  • the powder can then be mixed with the binder used.
  • the binder can be mixed with the powder as a mixture of a polymer and wax at a temperature at which the polymer has already softened and the wax has flowed.
  • the fine powder particles can be bound by the binder to the coarser powder particles and the coarser particles of the powder can be surrounded by a binder layer with fine powder particles.
  • the powder pretreated in this way is still easy to handle and free-flowing and is available as a composite powder.
  • This composite powder can be preheated to a temperature at which the binder softens again and then introduced into a heatable split tool which contains the shape of the component to be produced.
  • the composite powder can be preheated externally or in a heated tool.
  • the powder When a correspondingly high temperature is reached, at which the binder is at least softened, the powder is compressed in the tool with at least one press ram and pressure is exerted on the powder.
  • the powder is compacted, as is already known from the prior art in powder metallurgical processes, and when the powder is compacted by the stamp pressure to such an extent that the binder forms a continuous phase, a viscous flow begins. This viscous flow then further ensures that cavities in the tool, which are formed transversely to the pressing direction of the punch (s), are filled with the powder binder mixture. Areas that are in the slipstream of cores picked up in the tool can also be filled with sufficient density.
  • the green body prepared in this way can then be removed from the mold by opening a divided tool and sintered in a known manner, since the binder content is small, the flowability of the starting powder is improved, but prevents the weight of the parts from being sufficient during sintering in order to produce the prefabricated component let it flow and the components can be heated to the sintering temperature relatively quickly, regardless of the binder.
  • the added fine fraction of the starting powder increases the sintering activity and consequently the final density of the sintered finished components.
  • the increase in density is distributed over the shape during compression by pressing and through the shrinkage during sintering.
  • the starting powder is first packed loosely and the compression takes place mainly in the molding step during pressing.
  • the metal powder spraying process the density increase is only carried out during sintering and the shaping takes place almost without compression.
  • the different Various components can be manufactured by pressing in the most complex shapes, especially with undercuts, holes transverse to the pressing direction, as a through hole or blind holes.
  • the holes or blind holes can be created in the component without additional movable punches and simple cores can be used for this.
  • cores with applied threads can also be used, which can be screwed out of the green part, compact.
  • Such threaded bores can be aligned in the pressing direction and also transversely to the pressing direction and due to the flowability, the threads are also filled with the starting material.
  • Net-SHAPE threads can also be produced, but in each
  • the various relatively complex components can normally already be produced with an appropriately designed shape, without the need for additional movable or auxiliary stamps, and the stamps required solely for pressing are sufficient. It can be pressed with the punches acting in the same direction or counter to each other.
  • a better homogeneity of the density in the finished component can be achieved than is the case with the conventional method (eg die presses).
  • a proportion of fine powder can be added to the starting powder to increase the packing density and a proportion of fine powder between 5 and 40% by volume can be maintained. At least all powders that are smaller than the d 50 value of the starting powder fall under fine fraction.
  • a starting powder in which the particle size is distributed over a relatively large size range, has a similar effect, so that in addition to small, very fine particles, medium-sized particles, large particles are also present.
  • a wide variety of materials can be processed according to the invention as starting powder.
  • Components can be made from a wide variety of ceramic, plastic materials and glass.
  • the process is particularly suitable for processing metal powder.
  • metal powders e.g. Iron-based alloys with a grain size below 150 ⁇ m, to which a fine powder with a grain size below 25 ⁇ m, particularly advantageously below 10 ⁇ m, can advantageously be added.
  • the fine fraction should preferably be between 5 and 20% by volume, the rest being supplemented 100% with coarse powder.
  • Possible grain sizes for ceramic powder as the starting material are of the same order of magnitude, although the proportion of coarse grains in ceramics can also be somewhat larger.
  • the binder can then be added to the starting powder or the starting powder enriched with a fine fraction in a proportion of 0.5 to 4% by mass, these proportions preferably being used in metallic powders. For powders with a lower starting density, the proportion of binder compared to this range can be increased accordingly.
  • thermoplastic binder softens when a specific temperature for the binder is reached and, when heated up, takes up a greater volume fraction than it does at room temperature due to the thermal expansion which is thereby caused, this favoring the shaping at a higher processing temperature. Only so much binder should be used that the applied pressure can cause the powder-binder mixture to flow.
  • the upper part of the binder is limited by the fact that the yield strength of the green body during heating during sintering is not exceeded and the green body is not destroyed by the weight of parts during sintering.
  • binder compositions are: a) polyoxymethylene (POM) with approx. 4 mass% paraffin, b) polymethyl etacrylate (PMMA) with approx. 4 mass% paraffin, c) polypropylene (PP) with 2% paraffin and 2% stearic acid .
  • POM polyoxymethylene
  • PMMA polymethyl etacrylate
  • PP polypropylene
  • the actual shaping in the tool takes place at a temperature above room temperature at which the binder is soft or even liquid. In this case, heating is only necessary to the extent that the binder reaches the corresponding temperatures and the starting powder does not experience any changes in properties. It is obvious that the temperature range required for this, in particular in the case of starting powders made of metal, ceramic or glass, is far lower, since the softening or melting temperature of the binder is considerably lower.
  • the method according to the invention can be used for the production of components in a wide variety of complex forms. Examples of these are components with flanges or collars on the center, multi-speed sprockets, parts with cross holes, parts with offset holes, threaded holes, etc. Contours and in particular undercuts can be produced from powdery starting materials by pressing, as was impossible before the invention. Also for the first time, components could be manufactured using powder metallurgy with threads in such a process.
  • the process can also be used with other powders become. Powders that are available with a broad particle size distribution and in several particle sizes can be used.
  • Figure 1 shows an example of a tool that can be used in the inventive method
  • Figure 2 is a schematic representation of a correspondingly manufactured component
  • FIG. 3 shows a micrograph from the central region of the component shown in FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a micrograph from an edge area of the component shown in FIG. 2;
  • FIG. 5 shows another example of a component produced according to the invention
  • FIG. 6 shows a micrograph of the component from a central component area
  • FIG. 7 shows a micrograph with a relief crack on the component shown in FIG. 5;
  • FIG. 8 shows a micrograph of the component according to FIG. 5 in an edge area
  • FIG. 9 shows the density distribution of the flow-compacted material in a component
  • Figure 10 is a photographic representation of such a component
  • FIG. 11 shows a component with undercuts of different widths
  • FIG. 12 shows a micrograph from a central area of the component shown in FIG. 11;
  • FIG. 13 shows a micrograph from an edge area of the component shown in Figure 11;
  • FIG. 14 shows a photographic illustration of a component with transverse bore produced according to the invention, and
  • FIG. 15 shows several micrographs of a thread formed in a component manufactured according to the invention.
  • components can be produced from a powdery starting material according to the method according to the invention.
  • the prepared powder-binder mixture is placed in the heatable tool 1 and, in this example, the heated mixture is pressed with two press rams 2 which can be moved in opposite directions. Further pistons 3 are formed in the tool 1, but in this case they are not moved, so that the mold to be produced has 4 undercuts, which are also filled with the powdery starting material which contains the corresponding binder fraction when compacted by flowing.
  • the two halves of the tool 1 are relatively rigidly connected to one another and the connection used, if at all, only slightly. yields elastically to avoid cracking when the two tool halves spring back.
  • the component shown in FIG. 2 was also produced with the tool 1 shown in FIG. 1, this component having undercuts of different dimensions, in particular on the right and left edge of the component, which are oriented transversely to the pressing direction of the press rams 2.
  • the component was manufactured from a metal powder with the trade name "Densmix” from Höganäs, which in itself has no cross flow properties. If this normal hot-pressed powder is used in a conventional manner, no compression can be achieved in the edge areas and the typical shear cracks occur at the deflection edges. These are actually shear cracks and not cracks that can result from the relief of the tool.
  • FIG. 3 and 4 show two micrographs of the T-shaped component according to FIG. 2, in an enlargement of 50: 1 from the central region of the component in FIG. 3 and the edge region in FIG. 4 in accordance with the local positions identified in FIG. 2 .
  • the density of the component in the edge regions is considerably lower than in the center of the component, which lies in the alignment of the press ram.
  • FIG. 5 shows a further cylindrical construction Part shown, the undercuts of 3 mm, 6 mm and 9 mm starting from the edge of the central cylinder.
  • the commercially available starting powder is available from Höganäs under the trade name "Distaloy AE".
  • 3% by mass of binder were added to this powder mixture of normal powder and the fine fraction and the whole was mixed. If necessary, preheating can be carried out so that the binder binds the fine powder to the coarser normal powder and achieves a coating with the binder.
  • FIGS. 6 to 8 show micrographs of the component produced in this way with an undercut of 9 mm, on the component marked B, C and D with a magnification of 50: 1, the component reaching a total density of 7.39 g / cm 3 .
  • a relief crack can also be seen at position C, ie at an edge of an undercut, which is caused by the relief of the
  • Tool 1 has occurred and is therefore not a tear as it was to be avoided according to the object of the invention.
  • the density distribution of a component can be seen schematically in FIG. 9, but this component was sintered at 1150 ° C.
  • the ratio of normal, relatively coarse to the fine fraction of the powder was changed and only 10% by volume of fine powder was added to the normal powder.
  • the micrographs shown in FIGS. 12 and 13 again come from positions that are made clear in FIG. 11. It was found that with this ratio of normal to fine powder, similarly good results could be achieved and no shear cracks occurred on the edges. If cracks have occurred, they are relief cracks that are caused by the tool structure and are caused by the elasticity of the connection of the two tool parts being too high.
  • Another corresponding component was made with a stainless steel powder mixture, in which 80% by volume of a relatively coarse powder (less than 150 ⁇ m) and 20% by volume of a fine powder (less than 22 ⁇ m) are used.
  • FIG. 14 shows a photographic representation of a component produced according to the invention with a transverse bore which is oriented transversely to the pressing direction.
  • the example shown shows a cross hole through a pullable
  • This transverse bore which is obtained without additional machining, can be located at almost any height of the component and thus very different deformations can be produced from above and below. It is clearly recognizable that a large part of the transverse bore is located in an area that is transverse to the actual pressing direction. Such training could not be achieved with the usual procedure and P. Beiss pointed out at the NNS conference and the Hagen Symposium, for example, that such cross holes can only be obtained in the neutral zone of such components, since in this area the deformation from the top and bottom is the same.
  • blind holes can also be produced in the same way, but they should preferably be in the neutral zone already mentioned, since otherwise the bending moments on the core to be used for this are too great.
  • FIG. 15 again shows various micrographs of a component with the thread. The threaded blind hole was pressed by one of the two press rams 2 in tool 1, as shown in FIG. 1.
  • Such a threaded component can again be produced with powder mixtures which have a fine fraction of 20 or 10% by volume, the remaining fraction being 100% coarse powder.
  • Binder proportions of a maximum of 4% by mass are sufficient to ensure sufficient flow of the powder material during the pressing process.
  • the blind holes already mentioned can also be produced without additional movable stamp segments which have been used for this purpose according to the prior art.
  • the mold 4 can be filled backwards in the tool 1 and a pin attached to the upper punch 2, which forms the shape of the blind hole, and during the pressing, the powdery starting material flows backwards and forms the blind hole with a uniform density of the material around the pin on the stamp 2. Whereby tests with pegs with a length of 8 mm were successfully carried out.
  • the shrinkage occurring during the subsequent sintering which is smaller than in the conventional method, must be taken into account in particular when dimensioning the shape 4 in the tool 1 and again particularly when dimensioning the cores. the metal powder injection molding.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Pulvern, das in treffender Weise als Warmfliesskompaktierung bezeichnet werden kann. Dabei sollen Bauteile, die auch sehr komplex ausgebildet sein können, aus pulverförmigen Ausgangsmaterialien mittels Pressen hergestellt werden, wobei der Fertigungsaufwand klein gehalten und Querfliessrisse vermieden werden sollen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Pulver, dem ein thermoplastischer Binder oder ein Bindergemisch in einer Menge zugegeben, die nur so gross ist, dass die Eigenmasse eines Grünlings während des Aufheizens beim Sintern, dessen Fliessgrenze nicht überschreitet. Das Pulvergemisch wird in ein beheiztes Werkzeug, das die Form des herzustellenden Bauteiles enthält, eingebracht und eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Binders eingestellt. Dann wird das Pulvergemisch, zumindest einseitig mittels eines Stempels verpresst und dabei auch in Bereiche quer zur Pressrichtung durch viskoses Fliessen eingebracht. Der so erhaltene Grünkörper wird dann gesintert.

Description

Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Pulvern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus pulverförmigen Ausgangswerkstoffen, das in treffender Weise als Warmfließkompaktierung bezeichnet werden kann. Dabei werden die verschiedensten Pulver in ein Werkzeug gegeben und verpreßt, so daß sich durch den Preßdruck die Form des Bauteiles ausbildet. In der Regel wird ein so erzeugter Grünkörper im Nachgang dazu gesindert, so daß die Bindung zwischen dem Pulver vergrößert und entsprechend die Dichte und die Festigkeit erhöht wird.
Mit bekannten Verfahren können Bauteile ohne weiteres hergestellt werden, bei denen Bauteile mit Hinter- schneidungen hergestellt werden sollen oder die Bauteilform der Preßrichtung folgt und in den Fällen, bei denen Kerne zur Ausbildung von beispielsweise Bohrungen in dem Werkzeug aufgenommen sind, ist es in diesen Fällen erforderlich, ein Fließen des Werkstof- fes quer zur Preßrichtung zu erreichen. Werden solche Formen gewünscht, treten in der Regel Scherrisse auf, die die Festigkeit und Stabilität des hergestellten Bauteiles soweit einschränken, daß deren Verwendung ausscheidet.
Mit den bekannten Verfahren ist es nur in wenigen speziellen Fällen möglich, auf diese Art und Weise Hinterschnitte mit pulverförmigen Ausgangsmaterialien herzustellen. Es werden daher starre geradwandige ma- trizenförmige Werkzeuge verwendet, die nur einfache Formen aufweisen und demzufolge auch einfach ausgeformt werden können, um beim Ausformen Zerstörungen zu vermeiden. Für die Herstellung von Bauteilen mit Pulvern als Ausgangsmaterialien, die komplizierte Bauformen mit Hinterschnitten oder Querbohrungen aufweisen, sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, die jedoch gene- rell einen erhöhten Herstellungsaufwand erfordern.
So ist es beispielsweise bekannt, daß Bauteil durch Pressen des verwendeten Pulvers, wie bereits erwähnt, in einfach ausgebildeten Form zu erzeugen und im Nachgang dazu durch spanende Bearbeitung die gewünschte Kontur oder die Bohrung auszubilden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die entsprechend einfach ausgebildeten Bauteile im Nachgang zum Pressen durch Fügen mehrerer solcher Bauteile (Löten, Schweißen, Kleben) in die gewünschte komplexe Form zu bringen.
Desweiteren ist es bekannt, wenn die jeweiligen Hinterschnitte nur durch einen geringen Versatz im Bau- teil gekennzeichnet sind, durch Verwendung horizontal getrennter Matrizen, die Bauteile entformbar zu machen. Hat der jeweilige herzustellende Hinterschnitt nur eine kleine Nut im Bauteil oder eine Nase am Bauteil, so kann dieses durch einen Hilfstempel entformt werden. Dabei müssen die Hinterschnitte im Verhältnis zum Bauteil klein sein, da die Pulverbewegung beim Pressen quer zur Preßrichtung immer zu Rissen an den Kanten der Hinterschnitte führt, hierfür hat sich die Bezeichnung "Querfließrisse11 oder dem Erscheinungs- bild der Risse im englischen entsprechend "dead-water-crack" eingebürgert.
In einer dritten Möglichkeit zur Herstellung von Hinterschnitten und Querbohrungen in solchen Bauteilen besteht darin, daß bekannte Metallpulver-Spritzgießen einzusetzen. Dabei wird dem Ausgangspulver Wachs und Polymer in einer Menge zugesetzt, so daß es mit den aus der Kunststoff-Formgebung bekannten Verfahren verarbeitet werden kann. Das Metallpulver-Spritzguß- verfahren (MIM-Prozeß) erfordert jedoch zusätzliche Verfahrensschritte, wie z.B. das erforderliche Austreiben des hohen Bindergehaltes, da ansonsten das Bauteil beim Aufheizen auf Sintertemperatur wieder zerfließen würde oder die hohe Schwindung des Bautei- les beim Sintern (Verzugsgefahr) auftreten, so daß nur relativ große Toleranzen bei den herzustellenden Abmaßen der Bauteile eingehalten werden können.
Ausgehend hiervon, ist es Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, mit der komplex ausgebildete Bauteile aus pulverförmigen Ausgangsmaterialien mittels Pressen mit geringem Aufwand unter Vermeidung von Querfließrissen hergestellt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich bei Verwendung der in den untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Merkmale.
Mit der Erfindung ist es nunmehr möglich, mit verringerten Verfahrensaufwand eine wesentlich höhere Formkomplexität der herzustellenden Bauteile zu erreichen, als dies bisher mit den herkömmlichen axialen Preßverfahren möglich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das durch Pressen hergestellte Bauteil geringer schwindet, als dies bei dem bekannten Pulver-Spritzgießverfahren der Fall war.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die ther- moplastischen Eigenschaften eines temporären Binders , der dem Ausgangspulver zugesetzt wird, ausgenutzt. Dabei kann durch Erwärmung und dabei Erweichung bzw. Verflüssigung des Binders auch die Fließfähigkeit des Pulverausgangsmaterials soweit verbessert werden, daß unter Vermeidung der Querfließrisse auch ein Materialtransport in der in einem Werkzeug ausgebildeten Form für die Bauteile quer zur Preßrichtung erfolgen kann.
Dabei wird aus dem pulverförmigen Ausgangsmaterial bereits durch das Pressen ein relativ dichtes Bauteil erhalten und es kann eine Dichte des Bauteils, die nahezu bei 100 % der theoretischen Dichte liegt, auf Pulver und Binder bezogen und mindestens oberhalb
70 % der theoretischen Dichte (auf das Pulver bezogen) erreicht werden. Sie steigt jedoch während des gesamten Formgebungsprozesses an.
Nach der Erfindung wird dabei so vorgegangen, daß eine so hohe Dichte in einer Pulverpackung eingestellt wird, daß durch die Zugabe einer geringen Menge an einem Preßhilfsmittel (Binder) die Eigenschaften des Ausgangspulvers so beeinflußt werden, daß es ein viskoses Verhalten aufweist. Dabei wird erfindungsgemäß der Anteil an Binder so gewählt, daß der aufgebrachte Preßdruck bei Erwärmung und zumindest Erweichung des Binders das Gemisch aus Ausgangspulver und Binder zum Fließen bringen kann, jedoch vermieden wird, daß infolge des Binderanteils, das Eigengewicht von Teilen des Grünlings, dessen Fließgrenze beim Aufheizen auf Sintertemperatur überschreitet.
Dabei kann günstigerweise handelsübliches Pulver als Ausgangsmaterial verwendet werden, dem ein gewisser Anteil an Feinpulver zugegeben werden kann. Dabei kann der Feinanteil des Pulvers die gleiche Konsistenz, wie das normale Pulver aufweisen. Es können aber auch im Feinanteil bestimmte Legierungsanteile enthalten sein, die die erreichbaren Bauteileigenschaften gezielt beeinflussen können.
Das Pulver kann dann mit dem verwendeten Binder vermischt werden. Dabei können der Binder als Gemisch aus einem Polymer und Wachs mit dem Pulver bei einer Temperatur vermischt werden, bei der das Polymer bereits erweicht und das Wachs geflossen ist. Dadurch können die feinen Pulverpartikel durch den Binder an die gröberen Pulverpartikel gebunden und die gröberen Partikel des Pulvers von einer Binderschicht mit feinen Pulverpartikeln umgeben werden. Das so vorbehandelte Pulver ist aber noch gut handhabbar und rieselfähig und liegt als Verbundpulver vor.
Dieses Verbundpulver kann auf eine Temperatur vorgewärmt werden, bei der der Binder wieder erweicht und dann in ein beheizbares geteiltes Werkzeug, in dem die Form des herzustellenden Bauteiles enthalten ist, eingebracht werden. Hierfür kann die Vorwärmung des Verbundpulvers extern oder auch im beheizten Werkzeug erfolgen.
Bei Erreichen einer entsprechend hohen Temperatur, bei der der Binder zumindest erweicht ist, wird das Pulver mit mindestens einem Preßstempel im Werkzeug verdichtet und auf das Pulver ein Druck ausgeübt. Dadurch wird das Pulver kompaktiert, wie dies bereits aus dem Stand der Technik bei pulvermetallurgischen Verfahren bekannt ist, und wenn das Pulver durch den Stempeldruck soweit kompaktiert ist, daß der Binder eine durchgängige Phase bildet, setzt ein viskoses Fließen ein. Dieses viskose Fließen sichert dann weiter, daß auch Hohlräume im Werkzeug, die quer zur Preßrichtung des/der Stempel ausgebildet sind, mit der Pulver-Bindermischung gefüllt werden. So können auch Bereiche, die im Windschatten von im Werkzeug aufgenommenen Kernen liegen, mit ausreichender Dichte gefüllt werden.
Der so vorbereitete Grünkörper kann dann durch Öffnen eines geteilten Werkzeuges entformt und in bekannter Weise gesintert werden, da der Binderanteil klein ist, wird zwar die Fließfähigkeit des Ausgangspulvers verbessert, jedoch verhindert, daß beim Sintern das Eigengewicht der Teile ausreicht, um das so vorgefertigte Bauteil zerfließen zu lassen und die Bauteile ohne Rücksichtnahme auf den Binder relativ schnell auf die Sintertemperatur aufgeheizt werden können.
Durch den zugegebenen Feinanteil am Ausgangspulver erhöht sich die Sinteraktivität und demzufolge auch die Enddichte der gesinterten fertigen Bauteile.
Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren wird die Dichtezunahme auf die Formgebung bei der Verdichtung durch Pressen und durch die Schwindung beim Sintern verteilt. Im Gegensatz dazu, wird bei herkömmlichen Preßverfahren das Ausgangspulver erst lose gepackt und die Verdichtung erfolgt hauptsächlich im Formge- bungsschritt beim Pressen. Beim Metallpulver-Spritzverfahren wird die Dichtezunahme erst beim Sintern durchgeführt und die Formgebung läuft nahezu ohne Verdichtung ab.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können die ver- schiedensten Bauteile durch Pressen in den komplexesten Formen, insbesondere mit Hinterschnitten, Bohrungen quer zur Preßrichtung, als Durchgangsbohrung oder Sacklöcher, hergestellt werden. Dabei können die Bohrungen oder Sacklöcher ohne zusätzliche bewegliche Stempel im Bauteil erzeugt werden und es kann hierfür auf einfache Kerne zurückgegriffen werden. Außerdem können auch Kerne mit aufgebrachten Gewinden eingesetzt werden, die aus dem Grünteil, Preßling heraus- geschraubt werden können. Solche mit Gewinden versehenen Bohrungen können in Preßrichtung und auch quer zur Preßrichtung ausgerichtet sein und durch die Fließfähigkeit werden auch die Gewindegänge mit dem Ausgangsmaterial gefüllt. Es können auch Net-SHAPE- Gewinde hergestellt werden, wobei jedoch in jedem
Fall die entsprechende Schwindung beim Sintern durch entsprechende Auslegung der jeweiligen Kerne berücksichtigt werden muß.
Die verschiedenen relativ komplex ausgebildeten Bauteile können normalerweise bereits mit einer entsprechend ausgebildeten Form hergestellt werden, ohne daß zusätzliche bewegliche oder Hilfsstempel erforderlich sind und es genügen die ausschließlich zum Verpressen erforderlichen Stempel. Dabei kann mit den Stempeln in gleicher Richtung oder entgegen zueinander wirkend verpreßt werden.
Durch das höhere Fließvermögen und die bessere Beweg- lichkeit der Pulverpartikel (da sie in einer viskosen Phase bewegt werden) kann eine bessere Homogenität der Dichte im fertigen Bauteil erreicht werden, als dies mit dem herkömmlichen Verfahren (z.B. Matrizenpressen) der Fall ist. Dabei kann dem Ausgangspulver, wie bereits erwähnt, ein Anteil an Feinpulver zur Erhöhung der Packungsdichte zugegeben werden und dabei ein Anteil an Feinpulver zwischen 5 und 40 Vol.-% eingehalten werden. Unter Feinanteil fallen zumindest alle Pulver, die kleiner als der d50 - Wert des Ausgangspulvers sind.
Ähnlich wirkt sich auch ein Ausgangspulver aus, bei dem die Teilchengröße über einen relativ großen Grö- ßenbereich verteilt ist, so daß neben kleinen sehr feinen Partikeln, mittleren Partikeln auch große Partikel enthalten sind.
Als Ausgangspulver können die verschiedensten Mate- rialien erfindungsgemäß verarbeitet werden. Es lassen sich Bauteile aus den verschiedensten Keramik-, Kunststoffmaterialien und Glas herstellen.
Ganz besonders geeignet ist das Verfahren zur Verar- beitung von Metallpulver.
Dabei können für solche Metallpulver, z.B. Eisen-Basis-Legierungen mit einer Körnung unterhalb von 150 μm, dem vorteilhaft ein feines Pulver mit einer Körnung unterhalb 25 μm, besonders vorteilhaft unterhalb 10 μm zugegeben werden kann. Der Feinanteil sollte bevorzugt zwischen 5 und 20 Vol.- % liegen, wobei sich der Rest zu 100 % mit grobem Pulver ergänzt.
Mögliche Körngrößen für Keramikpulver als Ausgangsmaterial liegen in der gleichen Größenordnung, wobei bei Keramik der Grobkornanteil auch etwas größer sein kann. Dem Ausgangspulver oder dem mit Feinanteil angereichertem Ausgangspulver kann dann der Binder mit einem Anteil von 0,5 bis 4 Masse-% zugegeben werden, wobei diese Anteile bevorzugt bei metallischen Pulvern ein- gesetzt werden sollen. Für Pulver mit geringerer Ausgangsdichte kann der Binderanteil gegenüber diesem Bereich entsprechend erhöht sein.
Der thermoplastische Binder erweicht bei Erreichen einer für den Binder spezifischen Temperatur und nimmt beim Aufheizen durch die dadurch hervorgerufene Wärmedehnung einen größeren Volumenanteil ein, als dies bei Raumtemperatur der Fall ist, wobei dies die Formgebung bei höherer Verarbeitungstemperatur begün- stigt. Dabei soll nur soviel Binder verwendet werden, daß der aufgebrachte Preßdruck das Pulver-Binder-Gemisch zum Fließen bringen kann, dabei wird der Binderanteil nach oben dadurch begrenzt, daß die Streckgrenze des Grünlings beim Aufheizen während des Sin- terns nicht überschritten wird und der Grünling durch das Eigengewicht von Teilen nicht während des Sin- terns zerstört wird.
Beispiele für Binderzusammensetzungen sind: a) Polyoximethylen (POM) mit ca. 4 Masse-% Paraffin, b) Polymethyl etacrylat (PMMA) mit ca. 4 Masse-% Paraffin, c) Polypropylen (PP) mit 2 % Paraffin und 2 % Stearinsäure.
Durch diese Vorgaben wird gesichert, daß der Binderanteil so klein bleibt, daß sich keine zusätzlichen Austreibeprozesse, wie dies beim Metallpulver-Spritz- gießen der Fall ist, erforderlich sind.
Die eigentliche Formgebung im Werkzeug erfolgt bei einer Temperatur oberhalb Raumtemperatur, bei der der Binder weich bzw. sogar flüssig ist. Dabei ist eine Erwärmung nur insoweit erforderlich, daß der Binder die dafür entsprechenden Temperaturen erreicht und das Ausgangspulver keine diesbezüglichen Eigenschaftsänderungen erfährt. Es liegt auf der Hand, daß der hierfür erforderliche Temperaturbereich, insbesondere bei Ausgangspulvern aus Metall, Keramik oder Glas weit niedriger liegt, da die Erweichungs- bzw. Schmelztemperatur der Binder wesentlich kleiner ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann im Grünkörper nach dem Pressen und vor dem Sintern eine größere Dichte erreicht werden, die mit Sicherheit oberhalb der beim Metallpulver-Spritzgießen erreichbaren liegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann für die Herstellung von Bauteilen in den verschiedensten komplex ausgebildeten Formen eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind Bauteile mit Flanschen oder Bünden auf der Mitte, mehrgängige Kettenräder, Teile mit Querbohrungen, Teile mit versetzten Bohrungen, Gewindebohrungen u.a.. Dabei können Konturen und insbesondere Hinterschneidungen aus pulverförmigen Ausgangsmaterialien durch Verpressen hergestellt werden, wie dies vor der Erfindung unmöglich war. Ebenfalls erstmalig konnten Bauteile pulvermetallurgisch mit Gewinden in einem solchen Verfahren hergestellt werden.
Das Verfahren kann neben den bereits erwähnten Aus- gangswerkstoffen auch mit anderen Pulvern angewendet werden. Dabei können Pulver, die mit einer breiten Korngrößenverteilung und in mehreren Teilchengrößen verfügbar sind, verwendet werden.
Nachfolgend soll die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
Figur 1 ein Beispiel eines Werkzeuges, das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines entsprechend hergestellten Bauteiles;
Figur 3 ein Schliffbild aus dem mittleren Bereich des in Figur 2 gezeigten Bauteiles;
Figur 4 ein Schliffbild aus einem Randbereich des in Figur 2 gezeigten Bauteiles;
Figur 5 ein weiteres Beispiel für ein erfindungsgemäß hergestelltes Bauteil;
Figur 6 ein Schliffbild des Bauteils aus einem mittleren Bauteilbereich;
Figur 7 ein Schliffbild mit einem Entlastungsriß an dem in Figur 5 gezeigten Bauteil;
Figur 8 ein Schliffbild des Bauteils nach Figur 5 in einem Randbereich;
Figur 9 die ermittelte Dichteverteilung des fließ- kompaktierten Werkstoffes in einem Bauteil;
Figur 10 eine fotographische Darstellung eines solchen Bauteils;
Figur 11 ein Bauteil mit Hinterschneidungen verschiedener Breite;
Figur 12 ein Schliffbild aus einem mittleren Bereich des in Figur 11 gezeigten Bauteils;
Figur 13 ein Schliffbild aus einem Randbereich des in Figur 11 gezeigten Bauteils; Figur 14 eine fotographische Darstellung eines erfindungsgemäß hergestellten Bauteils mit Querbohrung und Figur 15 mehrere Schliffbilder eines in einem erfindungsgemäß hergestellten Bauteil ausgebildeten Gewindes.
Mit dem in der Figur 1 gezeigten Werkzeug 1, das in der Zeichen- oder in Ebene A geteilt ist, können Bauteile aus einem pulverförmigen Ausgangsmaterial gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Dabei wird bereits, wie im allgemeinen Teil der Beschreibung erwähnt, das vorbereitete Pulver-Binder- Gemisch in das beheizbare Werkzeug 1 gegeben und bei diesem Beispiel mit zwei gegenläufig führbaren Preßstempel 2 das erwärmte Gemisch verpreßt. Im Werkzeug 1 sind weitere Kolben 3 ausgebildet, die in diesem Fall jedoch nicht bewegt werden, so daß die herzu- stellende Form 4 Hinterschnitte aufweist, die mit dem pulverförmigen Ausgangsmaterial , das den entsprechenden Binderanteil enthält, beim Kompaktieren durch Fließen ebenfalls ausgefüllt werden.
Wie dies mit den Doppelpfeilen an den Preßstempeln 3 angedeutet ist, können diese in ihrer Lage verstellt werden, so daß sich die Größe der Form 4 in diesen Bereichen verändern läßt. Sie bilden jedoch beim eigentlichen Herstellungsprozeß des Bauteiles lediglich seitliche Anschläge und nehmen nicht aktiv am Verdichtungsvorgang teil.
Zu beachten ist, daß die beiden Hälften des Werkzeuges 1 relativ starr miteinander verbunden sind und die verwendete Verbindung, wenn überhaupt nur gering- fügig elastisch nachgibt, um eine Rißbildung beim Rückfedern der beiden Werkzeughälften zu vermeiden.
Mit dem in Figur 1 gezeigten Werkzeug 1 wurde auch das in Figur 2 dargestellte Bauteil hergestellt, wobei dieses Bauteil verschieden dimensionierte Hinterschneidungen, insbesondere am rechten und linken Bauteilrand aufweist, die quer zur Preßrichtung der Preßstempel 2 ausgerichtet sind.
Das Bauteil wurde aus einem Metallpulver mit dem Handelsnamen "Densmix" der Firma Höganäs hergestellt, das an sich keine Querfließeigenschaften aufweist. Wird dieses normale Warmpreßpulver in herkömmlicher Weise verwendet, kann keinerlei Verdichtung in Randbereichen erreicht werden und es treten die typischen Scherrisse an den Umlenkkanten auf. Dabei handelt es sich tatsächlich um diese Scherrisse und nicht um Risse, die durch die Entlastung des Werkzeuges ent- stehen können.
In den Figuren 3 und 4 sind zwei Schliffbilder des T- förmigen Bauteils nach Figur 2, in einer Vergrößerung von 50:1 aus dem mittleren Bereich des Bauteiles in Figur 3 und dem Randbereich in Figur 4 entsprechend den in Figur 2 gekennzeichneten lokalen Positionen, wiedergegeben.
Da das herkömmliche Warmpreßpulver keine Querfließ- eigenschaften aufweist, ist dabei erkennbar, daß die Dichte des Bauteiles in den Randbereichen erheblich geringer ist, als in der Mitte des Bauteils, die in der Flucht des Preßstempels liegt.
In der Figur 5 ist ein weiteres zylinderförmiges Bau- teil gezeigt, das Hinterschnitte von 3 mm, 6 mm und 9 mm vom Rand des mittleren Zylinders ausgehend, aufweist. Für die Herstellung wurde eine Mischung aus 80 Vol.-% eines normalen Pulvers und ein dem zugefüg- ter Feinanteil von 20 Vol.-%, bestehend aus feinem Karbonyleisenpulver, verwendet. Das handelsübliche Ausgangspulver ist unter der Handeslbezeichnung "Di- staloy AE" von der Firma Höganäs erhältlich. Dieser Pulvermischung aus normalem Pulver und dem Feinanteil wurden 3 Masse-% an Binder zugegeben und das Ganze vermischt. Dabei kann gegebenenfalls eine Vorerwärmung durchgeführt werden, so daß mit dem Binder das Feinpulver an dem gröberen Normalpulver gebunden und eine Beschichtung mit dem Binder erreicht wird.
Das so vorbereitete im Werkzeug 1 gemäß Figur 1 hergestellte Bauteil wurde im Nachgang bei Temperaturen um ca. 1.250° C gesintert. Die Figuren 6 bis 8 zeigen Schliffbilder des so hergestellten Bauteiles mit 9 mm Hinterschneidung, an dem mit B, C und D gekennzeichneten Bauteil mit einer Vergrößerung von 50:1, wobei das Bauteil eine Gesamtdichte von 7,39 g/cm3 erreicht. In der Figur 7 ist weiter an der Position C, also an einer Kante einer Hinterschneidung ein Entla- stungsriß erkennbar, der durch die Entlastung des
Werkzeuges 1 aufgetreten ist und der demzufolge kein Scherriß, wie er gemäß der Aufgabe der Erfindung zu vermeiden war, ist.
In der Figur 9 ist schematisch die Dichteverteilung eines Bauteiles, wie es auch in Figur 5 dargestellt ist, erkennbar, wobei dieses Bauteil jedoch bei 1.150° C gesintert wurde.
Bei der in Figur 10 gezeigten fotographischen Darstellung eines entsprechenden Bauteiles mit Hin- terschneidungen von 3 mm, 6 mm und 9 mm Abstand vom Rand des mittleren Zylinders.
Bei einem weiteren Beispiel wurde das Verhältnis von normalen, relativ groben zu dem Feinanteil des Pulvers verändert und es wurden dem normalen Pulver lediglich 10 Vol.-% Feinpulver zugegeben. Die in den Figuren 12 und 13 dargestellten Schliffbilder stammen wieder von Positionen, die in der Figur 11 deutlich gemacht sind. Es konnte festgestellt werden, daß auch mit diesem Verhältnis vom normalen zu Feinpulver ähnlich gute Ergebnisse erreicht werden konnten und an den Kanten keine Scherrisse aufgetreten sind. Sollten Risse aufgetreten sein, so handelt es sich um Entlastungsrisse, die durch den Werkzeugaufbau bedingt sind und durch eine zu hohe Elastizität der Verbindung der beiden Werkzeugteile entstanden sind.
Ein weiteres entsprechendes Bauteil wurde mit einer Edelstahlpulver-Mischung hergestellt, bei der 80 Vol.-% eines relativ groben Pulvers (kleiner 150 μm) und 20 Vol.-% an einem feinen Pulver (kleiner 22 μm) verwendet werden.
In der Figur 14 ist eine fotographische Darstellung eines erfindungsgemäß hergestellten Bauteiles mit einer Querbohrung, die quer zur Preßrichtung ausgerichtet ist, erkennbar. Das dargestellte Beispiel zeigt eine Querbohrung, die durch einen ziehbaren
Kern hergestellt worden ist. Diese ohne zusätzliche spanende Bearbeitung erhaltene Querbohrung kann sich nahezu in beliebiger Höhe des Bauteiles befinden und damit auch sehr verschiedene Verformungen von oben und unten hergestellt werden. Dabei ist deutlich er- kennbar, daß sich ein großer Teil der hergestellten Querbohrung in einem Bereich befindet, der quer zur eigentlichen Preßrichtung liegt. Eine solche Ausbildung konnte mit der bisher üblichen Vorgehensweise nicht erreicht werden und von P. Beiss wurde beispielsweise auf der NNS-Konferenz und dem Hagen-Sym- posium darauf hingewiesen, daß solche Querbohrungen nur in der neutralen Zone solcher Bauteile erhalten werden können, da in diesem Bereich die Verformung von oben und unten gleich groß ist.
Neben den Querbohrungen können aber auch Sacklöcher in gleicher Weise hergestellt werden, die jedoch bevorzugt in der bereits erwähnten neutralen Zone lie- gen sollten, da ansonsten die Biegemomente auf den hierfür zu verwendenden Kern zu groß sind.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können aber auch Gewinde, ebenfalls ohne zusätzliche Bearbeitungs- schritte, im Bauteil eingearbeitet werden. Hierfür wird ebenfalls ein Kern, der mit dem entsprechenden Außengewinde versehen ist, verwendet. Nach dem Preßvorgang wird dann der Kern mit dem Außengewinde, der hinterschnittsfrei sein muß, aus dem Bauteil heraus- geschraubt. In der Figur 15 sind wieder verschiedene Schliffbilder eines Bauteils mit dem Gewinde erkennbar. Dabei wurde das Gewindesackloch von einem der beiden Preßstempel 2 im Werkzeug 1 , wie es in Figur 1 dargestellt ist, gepreßt.
Ein solches mit Gewinde versehenes Bauteil kann wieder mit Pulvermischungen, die einen Feinanteil von 20 oder 10 Vol.-% aufweisen, wobei der sich zu 100 % ergebene Restanteil ein grobes Pulver ist, herge- stellt werden. Bei der Arbeit nach der Erfindung ge- nügen wieder Binderanteile von maximal 4 Masse-%, um ein ausreichendes Fließen des Pulvermaterials während des Preßvorganges zu sichern.
Auch die bereits erwähnten Sacklöcher können ohne zusätzliche bewegliche Stempelsegmente, die nach dem Stand der Technik Verwendung hierfür fanden, hergestellt werden. Dabei kann die Form 4 im Werkzeug 1 rückwärts befüllt werden und auf dem oberen Stempel 2 ein Zapfen angebracht werden, der die Form des Sackloches ausbildet und während des Pressens fließt das pulverförmige Ausgangsmaterial rückwärts und formt das Sackloch mit gleichmäßiger Dichte des Materials, um den Zapfen am Stempel 2. Wobei Versuche mit Zapfen mit einer Länge von 8 mm erfolgreich durchgeführt werden konnten.
Bei der Herstellung der Bauteile mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist insbesondere bei der Dimensio- nierung der Form 4 im Werkzeug 1 und wieder ganz besonders bei der Dimensionierung der Kerne, das beim nachfolgenden Sintern auftretende Schwindmaß zu berücksichtigen, das jedoch kleiner als bei dem herkömmlichen Verfahren, dem Metallpulverspritzguß ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Pul- vern, bei dem ein
Pulver, dem ein thermoplastischer Binder oder ein Bindergemisch in einer Menge zugegeben wird, so daß die Eigenmasse eines Grünlings während des Aufheizens beim Sintern, dessen Fließgrenze nicht überschreitet, zugegeben wird, das Pulvergemisch in ein beheiztes Werkzeug, das die Form des herzustellenden Bauteils enthält, eingebracht; die Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Binders eingestellt; das Pulver- gemisch zumindest einseitig mittels eines Stempels verpreßt und dabei auch in Bereiche quer zur Preßrichtung durch viskoses Fließen eingepreßt wird und der so erhaltene Grünkörper gesintert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß dem Pulver Binder mit einem Anteil von 0,5 bis 4 Masse-% zugegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulver mit einem zugemischten Feinanteil zwischen 5 und 40 Vol.-% verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulver mit einer breiten Korngrößenverteilung verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß Keramikpulver verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Glas- oder Kunststoffpulver verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallpulver verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, daß Feinpulver, in dem Legierungselemente enthalten sind, verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Pulver, Feinpulver und Binder bei erhöhter Temperatur vermischt und dabei der Binder erweicht und/oder schmilzt, so daß mit dem Binder das feine an das grobe Pulver gebunden und die Partikel gemeinsam mit Binder beschichtet sind, bevor es in das Werkzeug ein- geführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Pulver-Bindergemisch vorerwärmt und dann in das Werkzeug eingeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polymer-Wachs Gemisch als Binder verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver-Bindergemisch in ein geteiltes Werkzeug eingeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in das Werkzeug mindestens ein eine Innenkontur im Bauteil ausbildender Kern in das Werkzeug eingesetzt oder an einem der Werkzeugteile angeordnet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kern im Bauteil eine Querbohrung ausgebildet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kern im Bauteil eine Bohrung mit Gewinde ausgebildet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßdruck und die Temperatur bei der Formgebung und/oder die Verteilung der Teilchengröße des Pulvers eingestellt werden, so daß im Grünling eine Dichte oberhalb 70 % der theoretischen Dichte, auf das Pulver bezogen, erreicht werden.
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