EP1287977B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Minimierung der Streuung der maximalen Presskräfte in einer Pulverpresse - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Minimierung der Streuung der maximalen Presskräfte in einer Pulverpresse Download PDF

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EP1287977B1
EP1287977B1 EP02017261A EP02017261A EP1287977B1 EP 1287977 B1 EP1287977 B1 EP 1287977B1 EP 02017261 A EP02017261 A EP 02017261A EP 02017261 A EP02017261 A EP 02017261A EP 1287977 B1 EP1287977 B1 EP 1287977B1
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filling
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powder
standard deviation
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Ulrich Zeuschner
Ingo Schmidt
Thomas Pannewitz
Udo Baltruschat
Thorsten Ehrich
Ulf Hauschild
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    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Definitions

  • the invention relates to a method for minimizing the dispersion of the maximum pressing forces during the pressing of powder by means of a powder press according to claim 1.
  • Accurate metering is accomplished by subsequently raising the lower punch by a predetermined amount, whereafter stripping over the die plate surface of excess powder is removed. Subsequently, the powder is pressed together with the help of the upper punch, wherein the lower punch can be adjusted accordingly.
  • the powder material is as homogeneous as possible in its density. It is off DE 199 03 417 A1 also known to improve the homogeneity in that the filling shoe is operated in a predetermined manner, for example, during the forward and return stroke with different Speeds. It is also known not only to move the filling shoe linearly in one direction back and forth over the die bore, but to superimpose at least one sideward movement of this movement. Finally, it is known from this prior art to vibrate filling shoe and die plate with the aid of a suitable vibrator device of predetermined frequency and amplitude in order to improve the homogeneity of the powder in the die bore. Alternatively, lower and upper punches can be shaken, in particular during the filling process and at the beginning of the pressing process.
  • the compacts In the production of compacts according to the described method is also essential that the compacts have approximately the same density. For this purpose, it is necessary that the maximum pressing pressure achieved in the final position, for example, of the upper punch, remains as constant as possible. However, the pressing pressure is dependent on different circumstances. Naturally, a change in the filling quantity results in a different maximum pressing pressure. A different pressing pressure also occurs when the distribution of the powder is not homogeneous.
  • the invention has for its object to provide a method and apparatus for minimizing the dispersion of the maximum compressive forces during the compression of powder in powder presses, which can be carried out completely automatically.
  • the frequency distribution of the press force values is determined from time to time and from this the standard deviation.
  • the standard deviation is known to lie between the inflection points of the Gaussian distribution curve. If the determined standard deviation deviates from a predefined minimum deviation, a change of at least one parameter of the pressing process is changed according to the invention.
  • the jogging parameters can be changed, the path of the filling shoe, the speed of the filling shoe or the time course of the speed during the forward and backward stroke, etc.
  • individual or combinations of parameters can be changed.
  • the standard deviation is always determined anew and it can be determined whether it is smaller, it is possible in this way to obtain a minimization of the standard deviation.
  • the operation of the powder press or the pressing process can be fully automated and minimizing the standard deviation can be achieved within a very short time.
  • it is also possible to achieve a minimization of the standard deviation in the case of other changes in the pressing process for example in the case of another powder material, or in the case of a change in the maximum pressing force or the like.
  • An accompanying drawing sheet shows a Gaussian distribution curve for the maximum pressing force of a powder press.
  • X is the mean given the maximum pressing force, with s the standard deviation at the inflection point of the distribution curve and with R the span. It is understood that s is minimal in order to obtain reproducibly uniform compacts. On the other hand, it is not possible to let the standard deviation go to zero.
  • the device provides a controller for controlling the powder press, which also controls means for shaking the different components involved in the pressing process and for controlling the drive for the filling shoe and its path during movement on the die plate.
  • a store is provided in which the respective measured maximum press force values, the respective parameters for the actuation of the filling shoe and / or the frequencies and amplitudes for the vibrator are stored.
  • a computer stage is provided in which the frequency distribution of the maximum press force values read from the memory and the standard deviation are determined.
  • a program stage in which a scheme for different parameter values for the operation of the filling shoe and / or the frequencies of the vibrator are stored and a predetermined sequence of these data or the combination of these data such that the program level in the sequence the predetermined changes until the standard deviation reaches a predetermined value or a minimum.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Minimierung der Streuung der maximalen Presskräfte beim Verpressen von Pulver mit Hilfe einer Pulverpresse nach dem Patentanspruch 1.
  • Es ist etwa aus DE 199 03 417 A1 bekannt, Metallpulver und auch Pulver aus anderem Material zu Presslingen zu verpressen, um den Pressling anschließend zu sintern. Besonders Werkzeuge aus Hartmetall werden im Sinterverfahren hergestellt, z.B. Wendeschneidplatten zum Fräsen. Pulverpressen arbeiten entweder als Exzenterpressen oder als hydraulische Pressen. Hydraulische Pressen sind bevorzugt, da die hydraulischen Pressenzylinder besser im Hinblick auf den Druck und den Weg gesteuert werden können. Bei einer hydraulischen Presse ist jeweils ein oberer und ein unterer Pressenzylinder mit dem Ober- und Unterstempel verbunden, die einer Matrizenbohrung zugeordnet sind. Das Pulver wird bei in die Matrizenbohrung eingefahrenem Unterstempel mit Hilfe eines Füllschuhs eingefüllt. Eine genaue Dosierung erfolgt dadurch, dass der Unterstempel anschließend um einen vorgegebenen Betrag hochgefahren wird, wonach anschließend ein Abstreifen über die Matrizenplattenoberfläche überstehendes Pulver entfernt wird. Anschließend wird mit Hilfe des Oberstempels das Pulver zusammengepresst, wobei der Unterstempel entsprechend verstellt werden kann.
  • Für die Qualität des Presslings ist entscheidend, dass das Pulvermaterial in seiner Dichte möglichst homogen ist. Es ist aus DE 199 03 417 A1 ebenfalls bekannt, die Homogenität dadurch zu verbessern, dass der Füllschuh in vorgegebener Weise betätigt wird, beispielsweise beim Vor- und Rückhub mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Ferner ist daraus bekannt, den Füllschuh nicht nur linear in einer Richtung hin und her über die Matrizenbohrung zu bewegen, sondern dieser Bewegung mindestens eine Seitwärtsbewegung zu überlagern. Schließlich ist aus diesem Stand der Technik bekannt, Füllschuh und Matrizenplatte mit Hilfe einer geeigneten Rüttelvorrichtung mit vorgegebener Frequenz und Amplitude in Schwingungen zu versetzen, um die Homogenität des Pulvers in der Matrizenbohrung zu verbessern. Alternativ können Unter- und Oberstempel gerüttelt werden, insbesondere während des Einfüllvorgangs und zu Beginn des Pressvorgangs.
  • Bei Presslingen, die in Achsrichtung eine unterschiedliche Breitenausdehnung aufweisen, muss dafür gesorgt werden, dass die Stempel nicht gegen eine Kante fahren und dadurch beschädigt werden. Auch die Matrizenbohrung wird naturgemäß dadurch beschädigt. Daher ist auch bekannt, den Stempeln Wegmessgeber zuzuordnen, die sicherstellen, dass die Stempel auf vorgegebene Positionen gefahren werden können.
  • Bei der Herstellung von Presslingen nach dem beschriebenen Verfahren ist ferner wesentlich, dass die Presslinge annähernd gleiche Dichte aufweisen. Hierzu ist erforderlich, dass der maximale Pressdruck, der in der Endposition zum Beispiel des Oberstempels erzielt wird, möglichst gleich bleibt. Der Pressdruck ist jedoch von unterschiedlichen Gegebenheiten abhängig. Bei Änderungen in der Befüllmenge stellt sich naturgemäß ein unterschiedlicher maximaler Pressdruck ein. Ein unterschiedlicher Pressdruck stellt sich auch ein, wenn die Verteilung des Pulvers nicht homogen ist.
  • Es ist ferner bekannt, zwischen Pressenzylinder und Stempel eine Kraftmessdose anzuordnen, mit der die jeweilige maximale Presskaft aufgezeichnet werden kann. Im Betrieb muss dann dafür gesorgt werden, dass bei einer zu großen Abweichung der maximalen Presskraft von einem vorgegebenen Wert durch Änderung bestimmter Parameter eine Annäherung an die gewünschte Presskraft erhalten wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Minimierung der Streuung der maximalen Presskräfte beim Verpressen von Pulver in Pulverpressen anzugeben, das vollständig automatisch durchgeführt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2 gelöst.
  • Naturgemäß ergibt sich für die Werte der maximalen Presskraft bei der Produktion eine Streuung. Erfindungsgemäß wird von Zeit zu Zeit die Häufigkeitsverteilung der Presskraftwerte ermittelt und daraus die Standardabweichung. Die Standardabweichung liegt bekanntlich zwischen den Wendepunkten der Gauß'schen Verteilungskurve. Weicht die ermittelte Standardabweichung von einer vorgegebenen minimalen Abweichung ab, wird erfindungsgemäß eine Änderung mindestens eines Parameters des Pressprozesses geändert. So können zum Beispiel die Rüttelparameter geändert werden, der Wegverlauf des Füllschuhs, die Geschwindigkeit des Füllschuhs bzw. der zeitliche Verlauf der Geschwindigkeit während des Vor- und Rückhubes usw. Nach einem vorgegebenen Programm können einzelne oder Kombinationen von Parametern geändert werden. Da stets von neuem die Standardabweichung ermittelt wird und festgestellt werden kann, ob diese kleiner wird, ist es auf diese Weise möglich, eine Minimierung der Standardabweichung zu erhalten. Auf diese Weise kann der Betrieb der Pulverpresse bzw. der Pressprozess völlig automatisiert und eine Minimierung der Standardabweichung innerhalb kürzester Zeit erreicht werden. So ist es auch möglich, bei sonstigen Änderungen des Pressprozesses, beispielsweise bei einem anderen Pulvermaterial, bei einer Änderung der maximalen Presskraft oder dergleichen ebenfalls eine Minimierung der Standardabweichung zu erzielen.
  • Auf einem anliegenden Zeichnungsblatt ist eine Gauß'sche Verteilungskurve für die maximale Presskraft einer Pulverpresse wiedergegeben. Mit X ist der Mittelwert der maximalen Presskraft angegeben, mit s die Standardabweichung im Wendepunkt der Verteilungskurve und mit R die Spannweite. Es versteht sich, dass s minimal ist, um reproduzierbar gleichmäßige Presslinge zu erhalten. Andererseits ist es nicht möglich, die Standardabweichung gegen Null gehen zu lassen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht eine Steuerung vor zur Steuerung der Pulverpresse, die auch Mittel ansteuert zum Rütteln der unterschiedlichen am Pressprozess beteiligten Bauteile sowie zur Steuerung des Antriebs für den Füllschuh und dessen Weg bei der Bewegung auf der Matrizenplatte. Erfindungsgemäß ist ein Speicher vorgesehen, in dem die jeweiligen gemessenen maximalen Presskraftwerte, die jeweiligen Parameter für die Betätigung des Füllschuhs und/oder die Frequenzen und Amplituden für die Rüttelvorrichtung gespeichert sind. Ferner ist eine Rechnerstufe vorgesehen, in der die Häufigkeitsverteilung der aus dem Speicher ausgelesenen maximalen Presskraftwerte und die Standardabweichung ermittelt werden. Schließlich ist eine Programmstufe vorgesehen, in der ein Schema für unterschiedliche Parameterwerte für die Betätigung des Füllschuhs und/oder die Frequenzen der Rüttelvorrichtung gespeichert sind sowie eine vorgegebene Folge dieser Daten bzw. der Kombination dieser Daten derart, dass die Programmstufe in der Folge die vorgegebenen Änderungen vornimmt, bis die Standardabweichung einen vorgegebenen Wert erreicht bzw. ein Minimum.
  • Es versteht sich, dass Änderungen bestimmter Daten einen größeren Einfluss auf die Änderung der maximalen Presskraft haben als andere. Daher wird bei einem "Durchspielen" der unterschiedlichen Daten zur Beeinflussung der Standardabweichung darauf Rücksicht genommen und zum Beispiel erst diejenigen Werte einer Änderung unterzogen, die den meisten Einfluss auf die maximale Presskraft haben.
  • Bei der Beschreibung der Erfindung wurden nur einige Parameter für den Füllschuh und für die Rüttelvorrichtung erwähnt. Es sind noch andere Parameter denkbar, die auf den Füllprozess bzw. den Pressenvorgang Einfluss nehmen und die willkürlich veränderbar sind. Diese sollen durch die beschriebene Erfindung gleichermaßen erfasst sein.

Claims (2)

  1. Verfahren zur Minimierung der Streuung der maximalen Presskräfte beim Verpressen von Pulver, insbesondere Metallpulver, mit Hilfe einer Pulverpresse, die eine Matrizenplatte, einen Oberstempel und mindestens einen Unterstempel aufweist, die einer Matrizenbohrung zugeordnet und jeweils von einem hydraulischen Pressenzylinder betätigbar sind sowie einen auf der Matrizenplatte entlang eines vorgegebenen Weges bewegbaren Füllschuh für die Befüllung der Matrizenbohrung mit dem Pulver, bei dem die maximale Presskraft zumindest des Oberstempels bei Erreichen einer vorgegebenen Position gemessen wird, der Füllschuh, die Matrizenplatte, Ober- und/oder Unterstempel bei der Befüllung und/oder zu Beginn des Pressvorgangs mit einer vorgegebenen Frequenz und Amplitude gerüttelt werden und bei der ferner die Füllzeit bzw. der zeitliche Bewegungsablauf des Füllschuhs vorgegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Intervallen die Häufigkeitsverteilung der maximalen Presskraftwerte ermittelt wird und daraus die Standardabweichung für die maximale Presskraft, die Standardabweichung ggf. mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird, die Rüttelparameter, die Füllzeit, der zeitliche Bewegungsablauf und/oder der Wegverlauf des Füllschuhs nach einem vorgegebenen Programm geändert werden, bis die Standardabweichung den vorgegebenen Wert bzw. ein Minimum erreicht hat.
  2. Vorrichtung zur Steuerung einer Pulverpresse, die eine Matrizenplatte, einen Ober- und mindestens einen Unterstempel aufweist, die einer Matrizenbohrung zugeordnet und jeweils von einem hydraulischen Pressenzylinder betätigbar sind sowie einen Füllschuh, der mittels eines Füllschuhantriebs entlang eines vorgegebenen veränderbaren Weges auf der Matrizenplatte bewegt wird für die Befüllung der Matrizenbohrung mit Pulver, die ferner eine Kraftmessvorrichtung aufweist, die zumindest die Kraft am Oberstempel misst, eine Wegmesseinrichtung für zumindest den Oberstempel, eine Rüttelvorrichtung mit veränderbarer Frequenz und Amplitude für den Füllschuh, die Matrizenplatte, den Unterstempel und/oder den Oberstempel, wobei die Steuervorrichtung ein Programm enthält, das den Weg des Füllschuhs, den zeitlichen Verlauf der Bewegung des Füllschuhs und/oder die Rüttelfrequenz vorgibt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher vorgesehen ist, in dem die jeweiligen maximalen Presskraftwerte, die jeweiligen Parameter für die Betätigung des Füllschuhs und/oder die Frequenz und Amplitude für die Rüttelvorrichtung gespeichert sind, ferner eine Rechenstufe vorgesehen ist, in der die Häufigkeitsverteilung der aus dem Speicher herausgelesenen maximalen Presskraftwerte und die Standardabweichung ermittelt und ggf. mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird, ferner eine Programmstufe vorgesehen ist, in der ein Schema für unterschiedliche Parameter für die Betätigung des Füllschuhs und/oder die Frequenz und Amplitude der Rüttelvorrichtung gespeichert sind sowie eine vorgegebene Folge von Kombinationen der gespeicherten Daten derart, dass die Programmstufe die vorgegebenen Änderungen vornimmt, bis die Standardabweichung einen vorgegebenen Wert bzw. ein Minimum erreicht hat.
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