EP1277564B1 - Verfahren zum Verpressen von Pulvermaterial - Google Patents

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EP1277564B1
EP1277564B1 EP02015132A EP02015132A EP1277564B1 EP 1277564 B1 EP1277564 B1 EP 1277564B1 EP 02015132 A EP02015132 A EP 02015132A EP 02015132 A EP02015132 A EP 02015132A EP 1277564 B1 EP1277564 B1 EP 1277564B1
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deformation
forces
die plate
pressing
rams
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Jürgen Hinzpeter
Ulrich Zeuschner
Ingo Schmidt
Thomas Pannewitz
Udo Baltruschat
Thorsten Ehrich
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Fette GmbH
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Fette GmbH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30PRESSES
    • B30BPRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/005Control arrangements

Definitions

  • the invention relates to a method for pressing the powder material according to claim 1.
  • a common way to compress powder material is to form the mold space in a so-called die plate and produce the compact with the aid of an upper and a lower punch.
  • the lower punch is moved into a predetermined position in the die bore, after which the filling is done with powder material.
  • the compact is shaped by means of the upper punch.
  • a method e.g. Pressed metal powder for the production of moldings by the sintering process.
  • Such a method is described for example in DE-A-29 51 716.
  • the aim is to form the compact as far as possible already relatively accurate in terms of its geometric dimensions and its density, so that later after the sintering process, the desired dimensional stability is achieved.
  • the compact has a geometric shape in which an oblique surface is provided on the outside, as is the case, for example, with inserts of milling and boring tools, then a considerable deformation force is exerted on the die plate during the pressing process.
  • the deformation force leads to deformation of the die plate by bending and compression.
  • the resulting bending of the die plate can be reduced via a clever choice of the bearing surfaces and the Matrizenplattenquerroughe, but not eliminated.
  • the deformation of the die plate must not be disregarded. It is necessary that the upper punch precisely aligns the edge at the transition of the forming surfaces. If the upper punch is not stopped at this point, it will damage the punch and die. If, on the other hand, the stamp is stopped too early, dimensional accuracy is lacking.
  • the invention has for its object to provide a method for pressing powder material with which a compact can be produced reproducibly precise while protecting the pressing device against unwanted damage due to insufficient deformation of the die plate.
  • the invention is based on the fact that the bending force acting on the die plate results from the difference between the pressing forces of the upper and lower punches.
  • a table for the dependence of the deformation of the die plate is created by the applied compressive forces.
  • For setting the delivery of the ram is also essential to know which displacements of the die bore set with different deformations. Therefore, in the method according to the invention during the pressing process from time to time or continuously the pressing force on the punches is measured to determine the respective deformation forces by applying the deformation forces on the table.
  • At a certain deformation value of the die plate includes a predetermined feed path for the ram.
  • the upper punch moves against an edge of the die bore if no deformation of the die plate occurs. Since, as mentioned, constantly the pressing force is measured, but this can also fall below certain values, can be determined in this way, when the entire pressing device is to be stopped, so that damage to the upper punch and die bore is avoided.
  • an embodiment of the invention provides that for a number of different pressing forces on the punches whose compression deformation is measured or calculated.
  • the correlating values of compression deformation and compression forces are stored in a table in a memory. The delivery of upper and lower stamps will then be corrected according to the compression.
  • a pressing device 10 shown in FIG. 1 has a die plate 12, with a die bore 14, with which an upper punch 16 and a lower punch 18 cooperate.
  • the power devices that actuate the punches 16, 18 are not shown. They are conventional and e.g. hydraulically acting. It is possible with such pressing devices to position the Preßtempel in the micron range. Between the power devices, not shown, and the punches 16, 18 each have a load cell 20 and 22 respectively.
  • the die plate 12 rests on offended supports 24, 26.
  • the actual mold cavity of the die bore 14 is conical or trapezoidal in cross-section with two inclined surfaces 26. If a circular cavity is present, naturally only one conical surface is present.
  • the mold space which can be seen in Figure 1, is used for example for producing a compact of metal powder material for producing an indexable insert after the sintering process, eg for milling or drilling tools or the like.
  • Both rams 16, 18 enter into the bore 14, wherein the upper ram is to move up to the edge 28 and thus determines the position of the top of the compact, while the lower punch is approaching the edge 30, to specify the thickness of the compact.
  • the lower punch 18 is first retracted to a filling position. Then a filling with powder material takes place.
  • the upper punch 16 is actuated and moved up to the edge 28, to deform the compact by pressing. At the same time we drove the lower punch 18 to edge 30.
  • the pressing forces acting on the press dies 16, 18 are constantly or intermittently measured with the help of the load cells 20, 22 and calculated from you the deformation force.
  • the computer 30 transmits the delivery path of the press ram 16 and outputs to a control device 32 a corresponding positioning signal for force members 34 and 36 for the ram 16, 18.
  • a control device 32 transmits the delivery path of the press ram 16 and outputs to a control device 32 a corresponding positioning signal for force members 34 and 36 for the ram 16, 18.
  • the computer 30 If too small a value occurs during the measurement of the pressing forces, the computer 30 generates a shutdown signal for the pressing device 10. This avoids damage to the punch and die plate.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verpressen vom Pulvermaterial nach dem Patentanspruch 1.
  • Eine übliche Verfahrensweise, Pulvermaterial zu verpressen besteht darin, den Formraum in einer sogenannten Matrizenplatte auszubilden und mit Hilfe eines Ober- und eines Unterstempels den Preßling herzustellen. Üblicherweise wird der Unterstempel in eine vorgegebene Position in die Matrizenbohrung eingefahren, wonach die Befüllung mit Pulvermaterial erfolgt. Anschließend wird mit Hilfe des Oberstempels der Preßling geformt. Mit Hilfe eines derartigen Verfahrens wird z.B. Metallpulver für die Herstellung von Formteilen nach dem Sinterverfahren verpresst. Ein solches Verfahren ist etwa in DE-A-29 51 716 beschrieben. Dabei wird angestrebt, den Preßling nach Möglichkeit schon relativ präzise im Hinblick auf seine geometrischen Abmessungen und seine Dichte zu formen, so daß später nach dem Sinterprozeß die gewünschte Maßhaltigkeit erreicht wird.
  • Weist der Preßling eine geometrische Form auf, bei der eine Schrägfläche an der Außenseite vorgesehen ist, wie das z.B. bei Schneidplatten von Fräs- und Bohrwerkzeugen der Fall ist, dann wird während des Preßvorgangs eine nicht unerhebliche Verformungskraft auf die Matrizenplatte ausgeübt. Die Verformungskraft führt zur Verformung der Matrizenplatte durch Biegung und Stauchung. Die dadurch hervorgerufene Biegung der Matrizenplatte kann über eine geschickte Wahl der Auflageflächen und der Matrizenplattenquerschnitte verringert, aber nicht eliminiert werden.
  • Bei dem zuletzt beschriebenen Preßverfahren darf die Verformung der Matrizenplatte nicht außer acht gelassen werden. Es ist erforderlich, daß der Oberstempel die Kante am Übergang der Formflächen präzise anfährt. Wird der Oberstempel nicht an diesem Punkt angehalten, kommt es zu einer Beschädigung von Stempel und Matrize. Wird der Stempel hingegen zu früh angehalten, fehlt es an der Maßhaltigkeit.
  • Aus Patent Abstract of Japan 006, Nr. 069 (N-125) 30. April 1982 ist bekannt geworden, bei einer Stufe im Formhohlraum der Matrizenplatte diese und auch den Oberstempel zu schützen, indem während des Preßvorgangs der Preßstempel vor Erreichen seiner Endstellung gestoppt wird. Der Preßvorgang des Oberstempels wird fortgesetzt, wenn zum Augenblick des Stoppvorgangs eine vorgegebene Kompressionskraft festgestellt wird. Ferner wird die Verformung des Preßstempels und der Matrizenplatte sowie der Abstand des Oberstempels von der Stufe bestimmt, um zu vermeiden, dass der Oberstempel gegen die Stufe anstößt.
  • Aus der zuletzt genannten Druckschrift ist auch bekannt geworden, während des Preßvorgangs die Preßkräfte der Stempel zu messen und mit gesetzten Werten in Beziehung zu setzen.
  • Es ist auch denkbar, durch Versuche oder rechnerisch zu ermitteln, um welchen Betrag eine Matrizenplatte bei einem bestimmten Preßprozeß verformt wird, um den Verstellweg des Oberstempels entsprechend vorzugeben. Normalerweise erfolgt dies dadurch, daß am Preßling festgestellt wird, ob der Preßstempel die vorgegebene Strecke zurückgelegt hat oder nicht. Ein derartiges Verfahren ist relativ aufwendig und schützt die Preßvorrichtung nicht vor Beschädigungen. Kommt es aufgrund unzureichender Befüllung zu relativ kleinen Preßkräften, entfällt die Verformung der Matrizenplatte oder erreicht deutlich kleinere Werte, so daß die Positionierung des Preßstempel zwangsläufig zur Folge hat, daß der Oberstempel gegen die Kante der Matrizenbohrung anfährt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verpressen von Pulvermaterial zu schaffen, mit dem ein Preßling reproduzierbar präzise hergestellt werden kann bei gleichzeitigem Schutz der Preßvorrichtung gegen ungewollte Beschädigungen aufgrund unzureichender Verformung der Matrizenplatte.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die Erfindung geht davon aus, daß die auf die Matrizenplatte wirkende Biegekraft sich aus der Differenz der Preßkräfte von Ober- und Unterstempel ergibt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Tabelle für die Abhängigkeit der Verformung der Matrizenplatte von den aufgebrachten Preßkräften erstellt. Für die Einstellung der Zustellwege der Preßstempel ist außerdem wesentlich zu wissen, welche Verlagerungen der Matrizenbohrung sich bei unterschiedlichen Verformungen einstellen. Daher wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren während des Preßvorgangs von Zeit zu Zeit oder auch kontinuierlich die Preßkraft an den Stempeln gemessen zur Ermittlung der jeweiligen Verformungskräfte durch Anwendung der Verformungskräfte auf die Tabelle. Zu einem bestimmten Verformungswert der Matrizenplatte gehört ein vorgegebener Zustellweg für die Preßstempel. Es ist daher möglich, mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens während des Preßvorgangs die Länge des Zustellweges nach Maßgabe der beschriebenen Messungen zu korrigieren. Mit Hilfe der Erfindung wird daher erreicht, daß der Oberstempel präzise an die Kante der Matrizenbohrung herangefahren wird, ohne sie jedoch signifikant zu berühren.
  • Bei einer Verformung der Matrizenplatte kommt es naturgemäß auch zu einer Relativverlagerung von Unterstempel und Matrizenbohrung. Es ist daher erforderlich, bei der beschriebenen Korrektur des Zustellwegs des Oberstempels den Zustellweg des Unterstempels parallel zu korrigieren.
  • Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vermieden werden, daß der Oberstempel gegen eine Kante der Matrizenbohrung anfährt, wenn es zu keiner Verformung der Matrizenplatte kommt. Da, wie erwähnt, ständig die Preßkraft gemessen wird, diese jedoch auch bestimmte Werte unterschreiten kann, kann auf diese Weise ermittelt werden, wann die gesamte Preßvorrichtung still zu setzen ist, damit eine Beschädigung von Oberstempel und Matrizenbohrung vermieden wird.
  • Bei dem beschriebenen Preßvorgang kommt es nicht nur zu einer Verformung der Matrizenplatte, sondern auch zu einer Stauchverformung von Ober- und Unterstempel. Die Verformungswerte sind ebenso wie die Verformung der Matrizenplatte relativ klein, aber nicht vernachlässigbar. So wird z.B. bei einer Matrizenplatte eine Verformung von einigen pm pro Tonne Preßkraft erhalten. Um bei einer nicht zu vernachlässigenden Stauchung der Preßstempel ebenfalls eine Korrektur vorzunehmen, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß für eine Reihe von unterschiedlichen Preßkräften an den Stempeln deren Stauchverformung gemessen oder berechnet wird. Die korrelierenden Werte von Stauchverformung und Preßkräften werden tabellarisch in einem Speicher abgelegt. Die Zustellung von Ober- und Unterstempel wird dann nach Maßgabe der Stauchung korrigiert.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Fig. 1
    zeigt schematisch eine Preßvorrichtungzur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.
    Fig. 2
    zeigt anhand eine Blockschaltbildes den Betrieb der Preßvorrichtung nach Fig. 1.
  • Eine in Figur 1 dargestellte Preßvorrichtung 10 weist eine Matrizenplatte 12 auf, mit einer Matrizenbohrung 14, mit der ein Oberstempel 16 und ein Unterstempel 18 zusammenwirken. Die Kraftvorrichtungen, die die Stempel 16, 18 betätigen, sind nicht dargestellt. Sie sind herkömmlich und z.B. hydraulisch wirkend. Es ist mit derartigen Preßvorrichtungen möglich, die Preßtempel im µm-Bereich zu positionieren. Zwischen den nicht gezeigten Kraftvorrichtungen und den Stempeln 16, 18 ist jeweils eine Kraftmeßdose 20 bzw. 22 angeordnet. Die Matrizenplatte 12 ruht auf beanstandeten Auflagern 24, 26.
  • Wie zu erkennen, ist der eigentliche Formraum der Matrizenbohrung 14 im Querschnitt konisch bzw. trapezförmig mit zwei Schrägflächen 26. Falls ein kreisrunder Formraum vorliegt, ist naturgemäß nur eine konische Fläche vorhanden. Der Formraum, der in Figur 1 zu erkennen ist, dient z.B. zur Herstellung eines Preßlings aus Metallpulvermaterial zur Herstellung einer Wendeschneidplatte nach dem Sinterverfahren, z.B. für Fräs- oder Bohrwerkzeuge oder dergleichen. Beide Preßstempel 16, 18 fahren in die Bohrung 14 ein, wobei der obere Preßstempel an die Kante 28 heranzufahren ist und damit die Lage der Oberseite des Preßlings vorgibt, während der Unterstempel an die Kante 30 heranzufahren ist, um die Dicke des Preßlings vorzugeben. Während des Preßprozesses wird zunächst der Unterstempel 18 zu einer Befüllposition eingefahren. Dann erfolgt eine Befüllung mit Pulvermaterial. Anschließend wird der Oberstempel 16 betätigt und bis an die Kante 28 herangefahren, um den Preßling durch Pressen zu verformen. Zugleich wir der Unterstempel 18 bis zur Kante 30 gefahren.
  • Aufgrund der unterschiedlich zu verpressenden Querschnitte von Ober- und Unterstempel 16, 18 wird ein Differenzdruck auf die Matrizenplatte 12 aufgebracht, und die Matrizenplatte wird zwischen den Auflagern 24, 26 durchgebogen und gestaucht, wie deutlich und übertrieben in Figur 1 gezeigt. Diese Verformung der Matrizenplatte 12 bedingt nun, daß der Oberstempel 16 weiter in der Matrizenbohrung 14 hineingefahren werden muß als bei unverformter Matrizenplatte 12, um die Kante 28 zu erreichen. Dieser Verstellweg ist abhängig von der jeweiligen Verformung der Matrizenplatte 12, die wiederum von der Differenzkraft an der Matrizenplatte abhängt.
  • Aus den Blockschaltbild aus Figur 2 geht die Verfahrensweise der Preßvorrichtung 10 nach Figur 1 deutlich hervor. In einem Rechner 30 ist tabellarisch die Funktion zwischen der Verformungskraft an der Matrizenplatte 12 und der dadurch hervorgerufenen Verformung abgelegt. Genauer gesagt, ist die Verlagerung der Matrizenbohrung bzw. der Kante 28 relativ zur Verformungskraft abgelegt. Die Ermittlung dieser Beziehung kann mit Hilfe geeigneter Messungen oder Berechnungen geschehen, bevor die Produktion beginnt. Das zu verpressende Pulvermaterial ist bekannt und auch die Dichte, die für den Preßling gefordert ist. Mithin läßt sich die Verformung der Matrizenplatte bei den einzelnen Verformungskräften, die aus der Differenz der Preßkräfte der Stempel 16, 18 gebildet werden, ermitteln.
  • Während des Preßvorgangs werden ständig oder intermittierend mit Hilfe der Kraftmeßdosen 20, 22 die an den Preßstempeln 16, 18 wirkenden Preßkräfte gemessen und aus Ihnen die Verformungskraft berechnet. Im Rechner 30 wird die dazugehörige Verformung der Matrizenplatte 12 ermittelt bzw. die Verlagerung der Kante 28 der Matrizenplatte 12. Der Rechner 30 übermittelt daraus den Zustellweg des Preßstempels 16 und gibt auf eine Steuervorrichtung 32 ein entsprechendes Positioniersignal für Kraftglieder 34 bzw. 36 für die Preßstempel 16, 18. Auf diese Weise ist es möglich, unabhängig von den Ausmaß der Verformung der Matrizenplatte 12 mit dem Oberstempel 16 exakt die Kante 28 und mit dem Unterstempel 18 die Kante 30 anzufahren. Denn bei einer Verformung der Matrizenplatte 12 findet auch eine Relativverlagerung von Unterstempel 18 und Matrizenplatte 12 statt, und der Unterstempel 18 ist vom Kraftglied 36 entsprechend zu positionieren, damit er an der Kante 30 verbleibt.
  • Falls bei der Messung der Preßkräfte ein zu geringer Wert auftritt, erzeugt der Rechner 30 ein Abschaltsignal für die Preßvorrichtung 10. Dadurch wird eine Beschädigung von Stempel und Matrizenplatte vermieden.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Verpressen von Pulvermaterial zu einem Preßling vorgegebenen Dicke und mit mindestens einer seitlichen Schrägfläche mit Hilfe einer Bohrung in einer Matrizenplatte zur Aufnahme des Pulvermaterials und eines Ober- und eines Unterstempels, welche mittels einer hydraulischen Kraftvorrichtung betätigbar und mittels einer Steuervorrichtung bezüglich der Matrizenplatte positionierbar sind, mit den folgenden Schritten
    - für verschiedene Verformungskräfte werden die Verformungen der Matrizenplatte gemessen oder errechnet und die korrelierenden Werte in einem Speicher tabellarisch abgelegt, wobei die Verformungskräfte an der Matrizenplatte aus der Differenz der Preßkräfte beider Stempel ermittelt werden,
    - während des Preßvorgangs werden die Preßkräfte der beiden Stempel gemessen und die Verformungskräfte hieraus berechnet durch Anwendung der Verformungskräfte auf die Tabelle und
    - der Zustellweg von Ober- und Unterstempel wird nach Maßgabe der Verformung korrigiert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Preßvorgangs die Verformungskraft kontinuierlich ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftvorrichtung abgeschaltet wird, wenn die Preßkräfte bzw. die Verformungskraft unterhalb vorgegebener Werte liegen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Reihe unterschiedlicher Preßkräfte an den Stempeln deren Stauchfornmng gemessen oder errechnet und die korrelierenden Werte in einem Speicher tabellarisch abgelegt werden und Zustellung von Unter- und Oberstempel nach Maßgabe der Stauchung korrigiert werden.
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