EP1566231B1

EP1566231B1 - Powder press

Info

Publication number: EP1566231B1
Application number: EP05001884A
Authority: EP
Inventors: Jürgen Hinzpeter; Ingo Schmidt; Andreas Groth; Andreas Teetzen; Thomas Pannewitz; Holger Behns
Original assignee: Fette GmbH
Current assignee: Fette GmbH
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2005-01-29
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2025-01-29
Also published as: DE102004008322A1; ATE480351T1; EP1566231A3; DE102004008322B4; US7351048B2; DE502005010195D1; US20050186300A1; EP1566231A2

Abstract

A powder press receives metal powder which is placed into forms which are then pressed and sintered. The powder press has a matrix plate (10) with two matrices (12, 14) each with an array of matrix drill holes. The press further has two overhead plungers acting on the matrices, a hydraulic cylinder (20) for the upper plunger (16) and two lower plungers acting on the matrices (12, 14). The assembly further has position sensors for the upper and lower plungers, force sensors and a hydraulic regulator.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pulverpresse zur Herstellung von Presslingen aus pulverförmigem Pressmaterial nach dem Patentanspruch.The invention relates to a powder press for the production of compacts of powdered molding material according to the claim.

Es ist bekannt, Formteile aus Hartmetall, Keramik, Sintermetallen oder dergleichen mit Hilfe von Pressen herzustellen. Das pulverförmige bzw. granuläre Material wird mit Hilfe von Pressen zu einem Formling geformt, der anschließend einem Sinterprozeß unterworfen wird. Eine Presse weist einen Ober- und einen Unterstempel auf, die mit einer Matrize bzw. einer Matrizenbohrung in einer Matrizenplatte zusammenwirken. Die Stempel werden von einem geeigneten Kraftantrieb angetrieben, entweder mechanisch oder hydraulisch über geeignete Hydraulikzylinder. Es ist bekannt, die Matrizenplatte fest anzuordnen und Ober- und Unterstempel zu bewegen oder alternativ die Matrizenplatte zu verfahren und den Oberstempel zu verstellen, während der Unterstempel stationär bleibt.It is known to produce molded parts made of hard metal, ceramic, sintered metals or the like by means of presses. The powdery or granular material is formed by means of pressing to a molding, which is then subjected to a sintering process. A press has an upper and a lower punch, which interact with a die or a die bore in a die plate. The punches are driven by a suitable power drive, either mechanically or hydraulically via suitable hydraulic cylinders. It is known to arrange the die plate firmly and to move upper and lower punches or alternatively to move the die plate and to adjust the upper punch, while the lower punch remains stationary.

Wesentlich für die reproduzierbare Herstellung von Pulverpresslingen ist, dass der Pressling eine homogene Struktur erhält bei einer vorgegebenen Dichte. Presslinge mit geringer Dichte schwinden beim Sintern schneller als Presslinge mit höherer Dichte. Durch unterschiedlich einstellbare Presswege von Unter- und Oberstempel kann versucht werden, Dichteabweichungen zu minimieren. Andererseits können unterschiedliche Dichten in der Praxis durch unterschiedliche Presskräfte entstehen, die wiederum bei gleicher Höhe der Presslinge, z. B. aufgrund von Füllschwankungen, die bis zu einigen Prozenten gehen, hervorgerufen werden.Essential for the reproducible production of powder compacts is that the compact obtains a homogeneous structure at a given density. Low density compacts shrink faster during sintering than higher density compacts. By differently adjustable pressing paths of lower and upper punch can be tried to minimize density deviations. On the other hand, different densities can arise in practice by different pressing forces, which in turn at the same height of the compacts, z. B. due to Füllschwankungen that go up to a few percent, caused.

Hydraulische Pressen haben den Vorteil, dass ein relativ frei programmierbarer Pressablauf erzielt werden kann. Aus DE 4 209 767 C1 ist bekannt, die Presskraft zu messen, um eine möglichst gleichmäßige Dichte innerhalb einer Charge zu erreichen. In Abhängigkeit von der gemessenen Presskraft wird anschließend eine Korrektur über die Füllung für die nachfolgenden Presslinge vorgenommen. Bei diesem Verfahren wird die Position der Stempel bestimmt und die dazugehörende Presskraft gemessen. Das Anfahren einer bestimmten Position führt zu einer relativ hohen Formgenauigkeit, verursacht unter Umständen unterschiedliche Dichten. Wird hingegen bei einer voreingestellten Presskraft der Pressvorgang beendet, besteht die Gefahr, dass der Pressling unterschiedliche Dicken hat.Hydraulic presses have the advantage that a relatively freely programmable pressing process can be achieved. Out DE 4 209 767 C1 It is known to measure the pressing force in order to achieve the most uniform possible density within a batch. Depending on the measured pressing force is then a Correction made over the filling for the subsequent compacts. In this method, the position of the stamp is determined and measured the associated pressing force. The approach of a certain position leads to a relatively high dimensional accuracy, may cause different densities. If, however, the pressing process is terminated at a preset pressing force, there is a risk that the compact has different thicknesses.

Aus DE 197 17 217 C2 ist bekannt geworden, abhängig von der Geometrie des Presslings und des Ausgangsmaterials während der Kompression für einen Pressstempel ein gewünschtes Kraftwegdiagramm (Sollkurve) vorab zu ermitteln und zu speichern. In einem Rechner für den Herstellungsprozess werden während der Kompression die gemessenen Werte für den Weg und die Kraft des Pressstempels mit der Sollkurve verglichen. Mittels mindestens 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. Bei diesem Verfahren müssen mindestens zwei Positionssensoren vorgesehen werden, nämlich für den mindestens einen Pressstempel und den mindestens einen weiteren Pressstempel. Aus DE 100 10 671 C2 ist bekannt geworden, durch vorangehende Versuche für einen gewünschten Pressling ein Kraftzeitdiagramm zu erstellen, nach dem der Unter- oder Oberstempel während der Kompression verstellt wird. Das Nachfahren nach dem Kraftzeitdiagramm erfordert ebenfalls einen Regler, wie bei dem weiter oben beschriebenen Verfahren.Out DE 197 17 217 C2 It has become known, depending on the geometry of the compact and the starting material during the compression for a ram a desired Kraftwegdiagramm (setpoint curve) to determine in advance and store. In a computer for the manufacturing process, the measured values for the path and the force of the ram are compared with the setpoint curve during compression. By means of at least one separately actuated portion of the ram or a separate punch, the pressure on the pressing material during the compression phase is increased or decreased as soon as a deviation from the setpoint curve is determined. In this method, at least two position sensors must be provided, namely for the at least one press ram and the at least one further press ram. Out DE 100 10 671 C2 It has become known, by prior attempts for a desired compact to create a force-time diagram, after which the lower or upper punch is adjusted during compression. Descending according to the force time diagram also requires a controller, as in the method described above.

Aus DE 1 042 772 C2 ist bekannt geworden, für einen Pressling vorgegebener Geometrie und Abmessungen sowie vorgegebenen Materials den Wert für die vom Oberstempel einzubringende Energie zu speichern. Ferner wird als zweiter Wert die vom Ober- und Unterstempel insgesamt einzutragende Energie gespeichert. Während der Kompression wird der Vorschub des Oberstempels beendet, wenn sein Energieeintrag den vorgegebenen ersten Wert erreicht hat, und der Vorschub des Unterstempels erfolgt nach Maßgabe des Restenergieeintrags und wird beendet, wenn die Gesamtenergie den zweiten vorgegebenen Wert erreicht hat. Auch hierfür ist ebenfalls eine Regelung erforderlich.Out DE 1 042 772 C2 It has become known to store the value for the energy to be introduced by the upper punch for a pellet of given geometry and dimensions as well as given material. Furthermore, the second value to be entered by the upper and lower stamp total energy stored. While the compression of the upper punch is stopped when its energy input has reached the predetermined first value, and the feed of the lower punch is carried out in accordance with the residual energy input and is terminated when the total energy has reached the second predetermined value. Also for this purpose, a regulation is also required.

Ziel aller Verfahren ist, mit Hilfe geeigneter Regelungsvorkehrungen sicherzustellen, dass auch bei sich veränderndem Pulver innerhalb einer Charge immer ein gleiches Pressergebnis erzielt wird.The aim of all procedures is to ensure, with the aid of suitable control measures, that the same pressing result is always achieved even with changing powder within a batch.

Ein Produktionszyklus besteht aus mehreren Phasen: Füllen des Materials, Zusammenfahren der Stempel, Verdichten des Pressmaterials, Presshaltezeit, Ausfahren des Presslings und seine Entnahme. Die Entnahme erfolgt normalerweise durch ein automatisches Entnahmesystem. Um die Ausstossleistung der Presse zu erhöhen, wird versucht, die Zeiten der einzelnen Phasen zu verkürzen. In dieser Hinsicht bestehen verfahrenstechnische Grenzen, die einer Zykluszeitverringerung entgegenstehen. Die Zeiten für das Verdichten des Pulvers, die Presshaltezeit und die Zeit zum Ausfahren des Presslings ist abhängig von der Art des eingesetzten Pulvers und der Geometrie des Presslings. Zu kurze Verdichtungs-, Presshalte- und Ausstosszeiten führen zu Haarrissen im Pressling, was unbedingt vermieden werden muss. Aus diesem Grund ist die Ausstossleistung moderner hydraulischer Pulverpressen derzeit auf max. 30 Stück pro Minute begrenzt.A production cycle consists of several phases: filling of the material, collapse of the punches, compacting of the pressing material, press holding time, extension of the compact and its removal. The removal is usually carried out by an automatic removal system. To increase the output of the press, an attempt is made to shorten the times of the individual phases. In this regard, there are procedural limitations that preclude cycle time reduction. The times for compacting the powder, the press holding time and the time for extending the compact depend on the type of powder used and the geometry of the compact. Too short compression, Presshalte- and ejection times lead to hairline cracks in the compact, which must be avoided at all costs. For this reason, the output of modern hydraulic powder presses is currently limited to max. 30 pieces per minute limited.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pulverpresse zur Herstellung von Presslingen aus pulverförmigem Pressmaterial zu schaffen, mit der die Ausstossleistung deutlich gesteigert werden kann, ohne dass eine Einbuße an Pressgenauigkeit hingenommen werden muß.The invention has for its object to provide a powder press for the production of compacts of powdered molding material with which the ejection performance can be significantly increased without a loss of press accuracy must be accepted.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features of patent claim 1.

Bei der erfindungsgemäßen Pulverpresse ist eine feststehende oder bewegliche Matrizenplatte vorgesehen mit mindestens zwei Matrizen oder einer Matrize mit mindestens zwei Matrizenbohrungen. Bei der erfindungsgemäßen Pulverpresse sind ferner mindestens zwei Oberstempel vorgesehen, die mit den Matrizen bzw. Matrizenbohrungen zusammenwirken und einzeln wirken oder mechanisch gekoppelt sind. Sie werden von zwei bzw. einem einzigen hydraulischen Zylinder betätigt. Ferner sind mindestens zwei Unterstempel vorgesehen, die mit den Matrizen bzw. Matrizenbohrungen zusammenwirken und jeweils einen eigenen Antrieb mittels eines Hydraulikzylinders aufweisen. Den Oberstempeln sind ein oder zwei Positionssensoren und den Unterstempeln jeweils ein oder zwei Positionssensoren zugeordnet. Den Hydraulikzylindern ist ein Kraftsensor zugeordnet. Schließlich weist ein Prozessrechner für die erfindungsgemäße Pulverpresse mindestens drei Regler auf, nämlich einen Regler für den Hydraulikzylinder der Ober- oder Unterstempel und jeweils einen Regler für die Hydraulikzylinder der Unter- oder Oberstempel.In the powder press according to the invention a fixed or movable die plate is provided with at least two dies or a die with at least two die holes. In the case of the powder press according to the invention, at least two upper punches are furthermore provided, which interact with the dies or die bores and act individually or are mechanically coupled. They are operated by two or a single hydraulic cylinder. Furthermore, at least two lower punches are provided which cooperate with the dies or die bores and each have their own drive by means of a hydraulic cylinder. The upper stamps are assigned one or two position sensors and the lower stamps each have one or two position sensors. The hydraulic cylinders are assigned a force sensor. Finally, a process computer for the powder press according to the invention on at least three controllers, namely a controller for the hydraulic cylinder of the upper or lower punch and in each case a controller for the hydraulic cylinder of the lower or upper punch.

Der Algorithmus, nach dem die einzelnen Regler arbeiten, kann in herkömmlicher Weise formuliert sein. So ist z. B. eine Regelung nach einem Kraftweg- oder einem Kraftzeitdiagramm oder auch nach dem Energieeintrag möglich. Bei allen Regelungen ist zuvor mit Hilfe geeigneter Versuche und Messungen das Solldiagramm zu ermitteln, denen während der eigentlichen Produktion regelnd nachgefahren wird.The algorithm by which the individual controllers operate can be formulated in a conventional manner. So z. As a rule after a Kraftweg- or a power timing diagram or even after the energy input possible. In all regulations, the target diagram must first be determined with the aid of suitable tests and measurements, which are then regu- lated during the actual production.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Pulverpresse können zwei oder mehr Presslinge gleichzeitig erzeugt werden, wobei die Prcssvorgänge für die einzelnen Presslinge getrennt beeinflusst werden, wodurch z. B. Pulverschwankungen und Werkzeug-toleranzen ausgeglichen werden. Die erfindungsgemäße Pulverpresse ermöglicht somit eine große Pressgenauigkeit durch getrennte Beeinflussung der Pressvorgänge.With the help of the powder press according to the invention, two or more compacts can be produced simultaneously, whereby the Prcssvorgänge be influenced separately for the individual compacts, whereby z. B. Powder fluctuations and tool tolerances be compensated. The powder press according to the invention thus enables a large pressing accuracy by separately influencing the pressing operations.

Die Entnahme der gefertigten Presslinge durch das Entnahmesystem kann in einem oder mehreren Arbeitsschritten erfolgen, wobei die Entnahme in einem Arbeitsschritt wegen der kürzeren Zykluszeit vorzuziehen ist. Durch das gleichzeitige Pressen und Entnehmen mehrerer Presslinge wird die Ausstossleistung der Presse nach Maßgabe der Anzahl gleichzeitig gepresster Presslinge vervielfacht, ohne dass die Pressgenauigkeit darunter leidet.The removal of the finished compacts by the sampling system can be done in one or more steps, the removal is preferable in one step because of the shorter cycle time. Due to the simultaneous pressing and removal of several compacts, the ejection capacity of the press is multiplied according to the number of simultaneously pressed compacts, without the pressing accuracy suffers.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Figur 1: zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Presse nach der Erfindung,
Figur 2: zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Presse nach der Erfindung.

Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing.

FIG. 1: shows a block diagram of a first embodiment of a press according to the invention,
FIG. 2: shows a block diagram of a second embodiment of a press according to the invention.

In der Figur ist eine Presse zum Pressen von pulverförmigem Pressmaterial schematisch dargestellt. Sie weist eine feststehende Matrizenplatte 10 auf, die zwei Matrizen 12, 14 enthält mit jeweils einer Matrizenbohrung. Oberhalb der Matrizenplatte 10 sind zwei Oberstempel 16 angeordnet, die mit den Matrizen 12, 14 zusammenwirken. Die Oberstempel 16 sind durch einen Block 18 mechanisch miteinander gekoppelt. Der Block 18 wird von einem Hydraulikzylinder 20 betätigt.In the figure, a press for pressing powdered press material is shown schematically. It has a fixed die plate 10, which contains two dies 12, 14, each with a die bore. Above the die plate 10, two upper punches 16 are arranged, which cooperate with the dies 12, 14. The upper punches 16 are mechanically coupled to each other by a block 18. The block 18 is actuated by a hydraulic cylinder 20.

Zwei Unterstempel 22 wirken mit den Matrizen 12, 14 zusammen und sind jeweils von einem Hydraulikzylinder 24 bzw. 26 betätigt. Den Oberstempeln 16 ist ein Positionssensor 28 zugeordnet und dem Hydraulikzylinder 20 ist ein Kraftsensor 30 zugeordnet. Die Betätigung des Hydraulikzylinders und der Oberstempel 16 erfolgt mit Hilfe eines Reglers 32 nach Maßgabe der Werte von Kraftsensor 30 und Positionssensor 28 nach einem vorgegebenen Algorithmus beispielsweise einem Kraftweg- oder Kraftzeitdiagramm. Als Stellglied dient ein Regelventil 34 für den Hydraulikzylinder 20.Two lower punches 22 cooperate with the dies 12, 14 and are each actuated by a hydraulic cylinder 24 and 26, respectively. The upper stamp 16 is a Assigned to the position sensor 28 and the hydraulic cylinder 20, a force sensor 30 is assigned. The actuation of the hydraulic cylinder and the upper punch 16 takes place with the aid of a controller 32 in accordance with the values of force sensor 30 and position sensor 28 according to a predetermined algorithm, for example a force path or force time diagram. As an actuator serves a control valve 34 for the hydraulic cylinder 20th

Wie zu erkennen, ist den Unterstempeln 22 jeweils ein eigener Positionssensor 36 bzw. 38 zugeordnet und die von den Hydraulikzylindern 24, 26 aufgebrachte Kraft wird mit separaten Kraftsensoren 40 bzw. 42 ermittelt. Die Betätigung der Hydraulikzylinder 24, 26 erfolgt über getrennte Regler 44 bzw. 46 nach Maßgabe der Daten, die von den Positionssensoren 36, 38 bzw. Kraftsensoren 40, 42 geliefert werden. Der Algorithmus für die Regler 44, 46 entspricht z. B. dem nach dem der Regler 32 arbeitet. Die Stellgrößen der Regler 44 bzw. 46 werden über Regelventile 48 bzw. 50 auf die Hydraulikzylinder 24, 26 gegeben.As can be seen, the lower punches 22 each have their own position sensors 36 and 38, respectively, and the force applied by the hydraulic cylinders 24, 26 is determined with separate force sensors 40 and 42, respectively. The actuation of the hydraulic cylinders 24, 26 via separate controllers 44 and 46 in accordance with the data, which are supplied by the position sensors 36, 38 and force sensors 40, 42. The algorithm for the controllers 44, 46 corresponds to z. B. after which the controller 32 operates. The manipulated variables of the regulators 44 and 46 are applied to the hydraulic cylinders 24, 26 via control valves 48 and 50, respectively.

Es ist zu erkennen, dass mit einem minimalen apparativen Aufwand eine hohe Ausstossleistung mit einer Presse erzielt wird, bei gleichzeitig hoher Pressgenauigkeit für jede Achse, da jede Achse getrennt geregelt wird.It can be seen that a high output with a press is achieved with minimal equipment expense, while high press accuracy for each axis, since each axis is controlled separately.

Soweit bei der Ausführungsform nach Fig. 2 gleiche Teile wie in Fig. 1 verwendet werden, sind sie mit gleichen Bezugszeichen versehen.As far as in the embodiment according to Fig. 2 same parts as in Fig. 1 are used, they are provided with the same reference numerals.

Die Besonderheit bei Fig. 2 besteht darin, daß eine hydraulische Antriebsanordnung 50 zwei konzentrisch angeordnete Ringkolben 52, 56 aufweist, die in entsprechenden Ringzylindern geführt sind. Werden, wie in Fig. 1 gezeigt, übliche Hydraulikzylinder nebeneinander angeordnet, ist der Abstand zwischen den Unterstempeln 22 relativ groß. Mit Hilfe einer Ringanordnung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, läßt sich dieser Abstand beträchtlich verringern.The special feature of Fig. 2 is that a hydraulic drive assembly 50 has two concentrically arranged annular piston 52, 56 which are guided in corresponding annular cylinders. Be as in Fig. 1 shown, conventional hydraulic cylinders arranged side by side, the distance between the lower punches 22 is relatively large. With the help of a ring arrangement, as in Fig. 2 is shown, this distance can be considerably reduced.

Es versteht sich, daß auch die Oberstempel 16 zusätzlich oder alternativ mit einer Ringzylinderanordnung angetrieben werden können, wobei jeder Ringkolben in seiner Position und im Hinblick auf die Preßkräfte separat detektiert werden kann.It is understood that the upper punch 16 can be additionally or alternatively driven by a ring cylinder arrangement, each ring piston can be detected separately in its position and in view of the pressing forces.

Schließlich versteht sich, daß bei Pressen, bei denen eine angetriebene Matrizenplatte verwendet wird, während die Unterstempel stationär sind, die beschriebene Anordnung ebenfalls eingesetzt werden kann. In diesem Falle ist es zweckmäßig, die Oberstempel separat anzutreiben und ihren Betrieb separat zu regeln, während die Matrizenplatte durch einen oder mehrere Hydraulikzylinder verstellt wird.Finally, it is understood that in presses where a driven die plate is used while the lower dies are stationary, the described arrangement can also be used. In this case it is expedient to drive the upper punches separately and to regulate their operation separately, while the die plate is adjusted by one or more hydraulic cylinders.

Claims

A powder press for the production of pressed articles of powder-shaped pressing material, with the following features:
• a die plate (10) with at least two dies (12, 14) or one die having at least two die bores,

• at least two upper rams, which co-operate with the dies (12) or the die bores, respectively,

• one or two hydraulic cylinders (20) for the upper rams (16),

• at least two lower rams (22), which co-operate with the dies (14) or the die bores, respectively,

• one hydraulic cylinder (24, 26) for each of the lower rams (22),

• at least one position sensor for the upper rams (16) and at least one force sensor (30) for the one or plural hydraulic cylinder(s) (30) of the upper rams,
at least one position sensor (28) for each of the lower rams (22) and at least one force sensor (40, 42) for each of the hydraulic cylinders (24, 26) of the lower rams,
• a controller (32) for the one or plural hydraulic cylinder(s) (20) for the upper rams (16),

• one controller (44, 46) for each of the hydraulic cylinders (24, 26) of the lower rams (22).
A powder press according to claim 1, characterised in that the upper rams (16) or the lower rams (22) are mechanically coupled and connected to a hydraulic cylinder (20), and that one single position sensor (28) is provided for the upper rams (16).
A powder press according to any one of claims 1 or 2, characterised in that in case of separate hydraulic cylinders for the lower rams, ring cylinders (50) with ring pistons (52, 56) are provided.