EP1129802B2 - Verfahren zur Steuerung der Pressskraft beim Pressen von Metallpulver - Google Patents

Verfahren zur Steuerung der Pressskraft beim Pressen von Metallpulver Download PDF

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EP1129802B2
EP1129802B2 EP01104107A EP01104107A EP1129802B2 EP 1129802 B2 EP1129802 B2 EP 1129802B2 EP 01104107 A EP01104107 A EP 01104107A EP 01104107 A EP01104107 A EP 01104107A EP 1129802 B2 EP1129802 B2 EP 1129802B2
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predetermined
compressive force
die
compact
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Jürgen Hinzpeter
Ulrich Zeuschner
Thomas Pannewitz
Ulf Hauschild
Klaus Peter Rüssmann
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Fette GmbH
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Fette GmbH
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    • 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
    • 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
    • B30B11/005—Control arrangements
    • 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
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F2005/001—Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware
    • 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
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • 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
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Definitions

  • the invention relates to a method for the production of pressed parts, in particular of cutting inserts made of hard metal, by pressing of metal powder and subsequent sintering of the compact according to claim 1.
  • z. B. for carbide inserts is the maintenance of a predetermined total height between the insert seat and at least one cutting edge having a predetermined distance from the insert seat.
  • EP-A-0 358 770 is a method for the production of pressed parts by pressing metal powder has become known, in which the stamp are driven to a pressing force end value. To operate the stamp an electric motor operated spindle drive is used.
  • the invention has for its object to provide a method for producing carbide inserts by pressing and sintering of the compact, in particular indexable inserts, which is simpler than the last-described known method and yet leads to excellent results.
  • the lower punch in this case occupies a filling position.
  • the lower punch is first moved to a slightly lower position, so that a slight oversupply is filled, after which then the lower punch occupies the final filling position and is stripped with the help of the filling shoe ejected from the die bore rest.
  • upper punch and lower punch are moved to a predetermined first or second position, with a certain compressive force can already be applied.
  • the position of the upper punch at the approached first position corresponds to the upper edge of the compact.
  • a further adjustment of the lower punch only. In this adjustment, the pressing forces are continuously measured, the feed movement from the lower punch along a predetermined setpoint curve for the pressing force over time and is terminated when the pressing force has reached a predetermined maximum value.
  • the predetermined maximum value for the pressing force is determined by previous attempts. First of all, it is determined which compression the metal powder is to receive, in order then to be exposed to the sintering process. Then it is examined how large the filling amount must be so that when applying a predetermined pressing force a certain height of the compact is reproducibly achieved. Becomes therefore switched off in the inventive method at a predetermined pressing force, then it can be assumed that the predetermined height of the compact has been achieved. In this way, a given density of the compact is achieved even with certain Greschwankept. Since filling fluctuations of the compact are not completely ruled out, it is preferable to proceed in such a way that given existing tolerances in case of doubt, there is a certain degree of oversight when switching off for a given pressing force value. If excessive, the compact is processed, preferably by grinding, to bring it to the predetermined height or thickness.
  • a die 10 is shown, whose bore has a mold cavity 12, which is conical in cross-section. With the aid of such a mold cavity 12, a compact can be produced, which is used as an insert, for example, a clearance angle insert.
  • the upper edge of the mold cavity 12 from the upper edge of the die 12 has a distance x.
  • an upper punch 14 and below the die 10, a lower punch 16 is indicated.
  • the punches 14, 16 are suitably operated by hydraulic cylinders. These are so controllable (not shown) that they apply a desired force. In addition, they can be speed controlled to produce a desired force-time curve.
  • the lower punch 16 When filling the die bore, the lower punch 16 has a predetermined filling position. Its position determines the filling quantity.
  • the lower punch 16 is moved into the die bore, wherein the upper punch 14 so far hineinafter that it comes to rest on the top of the mold cavity 12.
  • the entry depth into the die bore thus corresponds to the dimension x.
  • the lower punch 16 is also moved to a predetermined position, such as in Fig. 2 is shown. This is already an injection process. Subsequently, the lower punch 16 is moved further until a predetermined pressing force has been reached.
  • the pressing force is such that, for a given filling quantity, the height of the compact to be formed (not shown) corresponds to the desired height. If the desired height or thickness has not yet been reached, it is necessary after sintering to edit the plate thus formed to the desired level, for. B. to grind. Therefore, care must be taken to avoid that a compact is formed with undersize in the method described.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Preßteilen, insbesondere von Schneidplatten aus Hartmetall, durch Pressen von Metallpulver und anschliessendes Sintern des Preßlings nach dem Patentanspruch 1.
  • Es ist bekannt, Formteile aus Hartmetall, Keramik, Sintermetall oder dergleichen mit Hilfe von Pressen herzustellen. Das pulverförmige bzw. granuläre Material ist so bereit zu stellen, daß bei einem angewandten Preßdruck der Preßling eine homogene Struktur bekommt und sich sintern läßt. Eine übliche Formgebung ist das sogenannte Direktpressen in entsprechend ausgeführten Preßformen oder Matrizen, denen ein Ober- und Unterstempel zugeordnet sind. Entsprechend dem jeweiligen Preßdruck ergibt sich beim Preßling eine unterschiedliche Dichte. Preßlinge mit geringerer Dichte schwinden beim Sintern jedoch stärker als Preßlinge mit höherer Dichte. Durch unterschiedlich einstellbare Preßwege für Ober- und Unterstempel wird versucht, Dichteabweichungen zu minimieren. Andererseits können unterschiedliche Dichten in der Praxis durch unterschiedliche Preßkräfte entstehen, die wiederum bei gleicher Höhe der Preßlinge, z. B. durch Füllschwankungen, die bis zu einigen Prozenten gehen, hervorgerufen werden. Erschwerend bei der Herstellung von Preßlingen, z. B. für Hartmetallschneidplatten, ist das Einhalten einer vorgegebenen Gesamthöhe zwischen Plattensitz und mindestens einer Schneidkante, die einen vorgegebenen Abstand zum Plattensitz aufweist.
  • Aus DE 42 09 787 ist bekannt geworden, eine möglichst gleichmäßige Dichte z. B. innerhalb einer Charge zu erreichen, indem die Preßkraft gemessen und anschließend eine Korrektur über die Füllung für die nachfolgenden Preßlinge vorgenommen wird.
  • Aus DE 197 17 217 ist ferner bekannt geworden, abhängig von der Geometrie des Preßlings und des Ausgangsmaterials während der Kompression für einen Preßstempel ein gewünschtes Kraft-Weg-Diagramm (Sollkurve) zu ermitteln und zu speichern. Mittels eines separat betätigten Abschnitts des Preßstempels oder eines getrennten Stempels wird der Druck auf das Preßmaterial während der Kompressionsphase erhöht oder verringert, sobald eine Abweichung von der Sollkurve ermittelt wird, um am Ende der Kompressionsphase eine gleiche Dichte jedes Preßlings zu erhalten. Ein derartiges Verfahren ist jedoch nur anwendbar bei Preßlingen, bei welchen die Fläche des Preßlings im mittleren Bereich unkritisch ist. Dies gilt z. B. für die Sitzfläche einer Schneidplatte, bei der es ausreicht, wenn z. B. ein umlaufender Rand einen präzisen Abstand von der Schneidkante hat, während der mittlere Bereich mehr oder weniger vertieft sein kann.
  • Aus US-A-4 000 231 ist ein Verfahren zur Herstellung von Preßteilen durch Pressen von Metallpulver und anschließendes Sintern bekannt geworden, bei dem nach Beendigung des Preßvorgangs noch eine bestimmte Belastung des Preßlings vorgenommen wird, die nach und nach beendet wird, indem der Oberstempel in die obere Totpunktlage gefahren wird, während der Unterstempel den Preßling ausschiebt. Auf diese Weise wird versucht, die Bildung von Rissen im Preßling zu verhindern.
  • Aus EP-A-0 358 770 ist ein Verfahren zur Herstellung von Preßteilen durch Pressen von Metallpulver bekannt geworden, bei dem die Stempel auf einen Preßkraft-Endwert gefahren werden. Zur Betätigung der Stempel wird ein elektromotorisch betriebener Spindelantrieb verwendet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Schneidplatten aus Hartmetall durch Pressen und Sintern des Preßlings, insbesondere von Wendeschneidplatten, zu schaffen, das einfacher als das zuletzt beschriebene bekannte Verfahren ist und gleichwohl zu hervorragenden Ergebnissen führt.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Wie beim herkömmlichen Verfahren wird auch bei der Erfindung zunächst eine vorgegebene Menge an Metallpulver in die Matrizenbohrung eingefüllt, wobei der Unterstempel hierbei eine Einfüllposition einnimmt. Gegebenenfalls wird der Unterstempel zunächst in eine etwas tiefere Position verfahren, so daß eine geringfügige Übermenge eingefüllt wird, wonach dann der Unterstempel die endgültige Einfüllposition einnimmt und mit Hilfe des Füllschuhs der aus der Matrizenbohrung ausgestoßene Rest abgestreift wird. Anschließend werden von Hydraulikzylindern angetriebene Oberstempel und Unterstempel in eine vorgegebene erste bzw. zweite Position verfahren, wobei bereits eine gewisse Preßkraft aufgebracht werden kann. Die Lage des Oberstempels bei der angefahrenen ersten Position entspricht der Oberkante des Preßlings. Anschließend erfolgt ein weiteres Verstellen nur des Unterstempels. Bei diesem Verstellvorgang werden die Preßkräfte fortlaufend gemessen, wobei die Zustellbewegung vom Unterstempel entlang einer vorgegebenen Sollkurve für die Preßkraft über der Zeit erfolgt und beendet wird, wenn die Preßkraft einen vorgegebenen maximalen Wert erreicht hat.
  • Der vorgegebene maximale Wert für die Preßkraft wird durch vorangehende Versuche ermittelt. Zunächst einmal wird ermittelt, welche Verdichtung das Metallpulver erhalten soll, um anschließend dem Sinterungsprozeß ausgesetzt zu werden. Dann wird untersucht, wie groß die Füllmenge sein muß, damit beim Aufbringen einer vorgegebenen Preßkraft eine bestimmte Höhe des Preßlings reproduzierbar erreicht wird. Wird daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einer vorgegebenen Preßkraft abgeschaltet, dann kann davon ausgegangen werden, daß die vorgegebene Höhe des Preßlings erreicht worden ist. Auf diese Weise wird auch bei gewissen Füllschwankungen eine vorgegebene Dichte des Preßlings erreicht. Da Füllschwankungen des Preßlings nicht gänzlich auszuschließen sind, wird vorzugsweise so verfahren, daß bei vorhandenen Toleranzen im Zweifel ein gewisses Übermaß vorliegt, wenn bei vorgegebenem Preßkraftwert abgeschaltet wird. Bei Übermaß wird der Preßling abgearbeitet, vorzugsweise durch Schleifen, um ihn auf die vorgegebene Höhe bzw. Dicke zu bringen.
  • Auf diese Weise ist es möglich, sich den endgültigen erwünschten Preßkraftwerten auf regelnde Weise anzunähern.
  • Während bei bekannten Verfahren zwar auch die Preßkraft gemessen, beim Anfahren einer vorgegebenen Position, um anschließend bei Preßkraftabweichungen die Füllmenge zu verändern, erfolgt bei der Erfindung eine unmittelbare Korrektur am Preßling.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt eine Presse zum Verpressen von Metallpulver nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und von dem eigentlichen Preßvorgang.
    Fig. 2
    zeigt die Presse nach Fig. 1 während des Preßvorgangs.
  • In den Figuren 1 und 2 ist eine Matrize 10 dargestellt, deren Bohrung einen Formhohlraum 12 aufweist, welcher im Querschnitt konisch ist. Mit Hilfe eines derartigen Formhohlraums 12 kann ein Preßling erzeugt werden, der als eine Schneidplatte, beispielsweise eine Wendeschneidplatte mit Freiwinkel verwendet wird. Die Oberkante des Formhohlraums 12 von der Oberkante der Matrize 12 hat einen Abstand x. Oberhalb der Matrize 12 ist ein Oberstempel 14 und unterhalb der Matrize 10 ein Unterstempel 16 angedeutet. Die Stempel 14, 16 werden in geeigneter Weise von Hydraulikzylindern betätigt. Diese sind so steuerbar (nicht gezeigt), daß sie eine gewünschte Kraft aufbringen. Außerdem können sie in ihrer Geschwindigkeit gesteuert werden, um eine gewünschte Kraft-Zeit-Kurve zu erzeugen. Bei der Befüllung der Matrizenbohrung hat der Unterstempel 16 eine vorgegebene Füllposition. Seine Position bestimmt die Füllmenge. Vorzugsweise ist sie zu Beginn etwas niedriger als die theoretische Füllposition für die vorgegebene Menge, damit nach dem Befüllen der Unterstempel eine gewisse Strecke nach oben fahren und der nicht gezeigte Füllschuh überschüssiges Material an der Matrizenoberseite abstreifen kann. Anschließend werden Oberstempel 14 und Unterstempel 16 in die Matrizenbohrung hineingefahren, wobei der Oberstempel 14 soweit hineinfährt, daß er an der Oberseite des Formhohlraums 12 zu liegen kommt. Die Einfahrtiefe in die Matrizenbohrung entspricht mithin dem Maß x. Der Unterstempel 16 wird ebenfalls auf eine vorgegebene Position verfahren, wie sie etwa in Fig. 2 dargestellt ist. Hierbei findet bereits ein Verpreßvorgang statt. Anschließend wird der Unterstempel 16 weiter verfahren, bis eine vorgegebene Preßkraft erreicht worden ist. Die Preßkraft ist so bemessen, daß bei einer vorgegebenen Füllmenge die Höhe des zu formenden Preßlings (nicht gezeigt) der Sollhöhe entspricht. Ist die Sollhöhe oder Solldicke noch nicht erreicht worden, ist es nach dem Sintern erforderlich, die so geformte Platte auf das gewünschte Maß zu bearbeiten, z. B. zu schleifen. Daher ist dafür zu sorgen, daß bei dem beschriebenen Verfahren vermieden wird, daß ein Preßling mit Untermaß geformt wird.
  • Es wird jedoch nicht nur ein vorgegebener maximaler Preßkraft-Endwert gefahren, sondern der Unterstempel 16 wird nach einer vorgegebenen Sollkurve gefahren, nämlich für die Preßkraft über der Zeit, bis der gewünschte maximale PreßkraftWert erreicht worden ist. Auf diese Weise wird die gewünschte Reproduzierbarkeit für die Preßkraft bzw. die Dichte des Preßlings erreicht. Ein Ziel ist bekanntlich, eine reproduzierbare Dichte des Preßlings zu erreichen, damit beim Sintern reproduzierbare geometrische Abmessungen erhalten werden.

Claims (1)

  1. Verfahren zur Herstellung von Wendeschneidplatten aus Hartmetall mit Freiwinkel, durch Pressen von Metallpulver und anschließendes Sintern des Presslings, die eine Sitzfläche und mindestens eine annähernd parallel zur Sitzfläche verlaufende Schneidkante aufweisen, die von der Sitzfläche einen vorgegebenen Abstand hat, mit Hilfe einer eine Matrize und einen Ober- und einen Unterstempel aufweisenden Presse, wobei die Stempel mit Hilfe von Hydraulikzylindern betätigt werden, mit den Schritten:
    - Einfüllen einer vorgegebenen Menge an Metallpulver in die Matrizenbohrung, wobei der Unterstempel eine vorgegebene Einfüllposition in der Matrizenbohrung aufweist und der Oberstempel sich oberhalb der Matrizenbohrung befindet,
    - Verstellen des Oberstempels in die Matrizenbohrung in eine vorgegebene erste Position entsprechend der Oberkante des Presslings und Verstellen des Unterstempels in eine vorgegebene zweite Position, wobei danach nur der Unterstempel verstellt wird,
    - anschließend weiteres Verstellen des Unterstempels zum Oberstempel hin und gleichzeitiges Messen der Presskraft des Unterstempels, wobei zur regelnden Annäherung an endgültige Presskraftwerte die Verstellung des Unterstempels entlang einer vorgegebenen Sollkurve für die Presskraft über der Zeit erfolgt und
    - Beenden der Zustellbewegung des Unterstempels, wenn ein vorgegebener maximaler Wert für die Presskraft erreicht wird, wobei nur der Unterstempel ab der zweiten Position bis zu einem vorgegebenen Presskraftwert und entlang der Sollkurve für die Presskraft über der Zeit verfahren wird, bis der vorgegebene Wert für die Presskraft erreicht wird.
EP01104107A 2000-03-04 2001-02-21 Verfahren zur Steuerung der Pressskraft beim Pressen von Metallpulver Expired - Lifetime EP1129802B2 (de)

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