EP1764173B1 - Vorrichtung zum Herstellen eines Formteils - Google Patents

Vorrichtung zum Herstellen eines Formteils Download PDF

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EP1764173B1
EP1764173B1 EP06013880A EP06013880A EP1764173B1 EP 1764173 B1 EP1764173 B1 EP 1764173B1 EP 06013880 A EP06013880 A EP 06013880A EP 06013880 A EP06013880 A EP 06013880A EP 1764173 B1 EP1764173 B1 EP 1764173B1
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EP
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piston
cylinder
tool
powder
rods
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Walter Solty
Bernd Horn
Guido Schrömges
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SMS Group GmbH
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SMS Meer GmbH
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    • 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
    • B30B11/02—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a ram exerting pressure on the material in a moulding space
    • 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
    • B22F3/03—Press-moulding apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/04—Frames; Guides
    • B30B15/041—Guides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/1423—Component parts; Constructional details
    • F15B15/1471—Guiding means other than in the end cap

Definitions

  • the invention relates to a device for producing a molded part from powder, in particular from metal powder, from a dough containing a powdery material, from a powder containing flowable material or from pre-pressed material comprising a tool having the features specified in the preamble of the independent claim having.
  • a generic device is from the US-A-5,498,147 or JP-A-016795 known.
  • a tool is described which has a plurality of concentric piston-cylinder units inserted into each other.
  • laterally arranged guide columns are provided, which pass through a cover plate of the tool.
  • Devices of this type are used to produce molded parts of metal powder by pressing and subsequent sintering.
  • stamp-like tools are used for the pressing of powdery material, which compress the powder introduced into a die by an axial pressing movement.
  • At least one press die is inserted, which penetrates into the die.
  • the die has a cavity which is open to the punch side.
  • the die opening is closed - except for a slight play - by the stamp.
  • the stamp builds up by its penetration into the Matrizenhohlraum necessary for compression pressure.
  • a plurality of punches are used, which can move in an axial direction.
  • the punches can dive into an axially closed on one side mold or come in an axially open in both directions die from both axial directions. Occasionally, through mandrel rods are used, but primarily have no compression function, but a positive displacement function.
  • the punches can also dip laterally into the die to create undercuts or other geometric shapes. To demould the molded part, these radially dipping punch are withdrawn so far that the demolding is not hindered.
  • piston-cylinder systems For positioning of the individual stamps, these are connected to piston-cylinder systems or they are part of these systems. In this case, a number of pistons are arranged concentrically with each other. During pressing, they are moved in accordance with the contour of the molded part to be generated by a defined displacement relative to its cylinder.
  • the individual piston-like stamps are guided in their cylinders characterized in that the piston rests with its radially outwardly facing cylindrical surface in the corresponding bore of the cylinder. It has been found, especially in the production of asymmetrical moldings, that tilting moments, the axis of which are perpendicular to the central axis of the tool, can cause problems. The existing leadership of the pistons in their cylinders is then no longer sufficient for a high-quality production. In addition, problems can arise if the rotationally symmetrical pistons in the cylinders can rotate uncontrolled about the central axis. The known structural elements are then no longer sufficient to ensure a sufficiently accurate guidance of the pistons in their cylinders.
  • the invention is therefore the object of a device of the type mentioned in such a way that the disadvantages mentioned are avoided. It should thus be ensured that even with off-center forces sufficient guidance of the piston is maintained in their cylinders and that a rotation of the piston to its cylinder about the central axis is not possible.
  • the individual pistons of the tool are guided improved in an advantageous manner, which is particularly their parallelism.
  • the directional stability of the pistons is also improved.
  • a plurality of rods are arranged on the piston or on the cylinder;
  • four rods are used, which are arranged on the piston or on the cylinder.
  • These four rods can be arranged symmetrically to two mutually perpendicular planes.
  • a number of piston-cylinder systems are arranged along the central axis.
  • the pistons can be arranged concentrically with each other and at least two pistons may be adjacent to each other on facing lateral surfaces.
  • the guide means can also guide a plurality of pistons and / or cylinders relative to one another.
  • the guide rods are quick and easy to assemble and disassemble, as well as the sockets on the respective piston.
  • the overall quality of the molded part is improved because the tool is provided with precisely working parts.
  • a device 1 for producing a molded part is shown, with the metal powder 12 can be pressed into a molded part.
  • the invention is not only suitable for the processing of powder. Frequently, an already preformed compact is re-pressed in a further step, especially in the final pressing at higher pressures.
  • the device 1 consists essentially of a tool 2, which can be used in a pressing device 3.
  • the pressing device 3 has a machine frame 13 with an upper cross member 14 and a lower cross member 15.
  • an upper piston 16 is arranged in a cylinder, with which a pressing force can be applied downward.
  • the lower cross member 15 carries a lower piston 17, with which a pressing force can be generated upwards.
  • the tool 2 has a die 18, which receives the powder 12.
  • a number of stamp pistons 5 arranged concentrically with one another are provided, which are arranged in respective cylinders 4 and can be moved or controlled relative thereto.
  • a piston-cylinder system Depending on a piston 5 forms together with this receiving cylinder 4, a piston-cylinder system, as it is already known as such. All pistons 5 and cylinders 4 are arranged concentrically around a central axis 6 in the exemplary embodiment.
  • actuating the respective piston-cylinder systems 4, 5 By actuating the respective piston-cylinder systems 4, 5, a movement in the direction of travel V (corresponds to the present case the vertical direction) can be accomplished. Only mentioned in passing were stamp 19 and 20, which are actuated by the upper piston 16, and a filler 21 for the feed of the die 18 with powder 12th
  • a guide means 7 which prevents tilting and excludes twisting.
  • a plate-shaped support member 11 is fixed to the piston 5, to which in turn four rods 9 are fixedly arranged with a circular cross-section.
  • the rods 9 are arranged displaceably in guides 10 in the cylinder 4 in the direction of travel V.
  • the guides can be designed as tightly tolerated sliding bushes, which ensure that during the displacement of the piston 5 relative to the cylinder 4 in the direction of travel V, a high degree of parallelism of both elements 4, 5 is maintained.
  • tilting moments M which act perpendicular to the direction of travel V, should have no influence on the parallelism between piston 5 and cylinder 4.
  • the rods 9 are positioned so that their axis 8 is at a (radial) distance a from the central axis 6.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Formteils aus Pulver, insbesondere aus Metallpulver, aus einem ein Pulver enthaltenden, teigigen Material, aus einem ein Pulver enthaltenden, fließfähigen Material oder aus vorgepresstem Material, die ein Werkzeug mit den im Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs angegebenen Merkmalen aufweist.
  • Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der US-A-5,498,147 oder JP-A-016795 bekannt. Dort wird ein Werkzeug beschrieben, das eine Vielzahl von ineinander eingesetzte, konzentrische Kolben-Zylinder-Einheiten aufweist. Um das gesamte Werkzeug in der Maschine zu führen, sind seitlich angeordnete Führungssäulen vorgesehen, die eine Deckplatte des Werkzeugs durchsetzen.
  • Vorrichtungen dieser Art werden eingesetzt, um Formteile aus Metallpulver durch Pressen und anschließendes Sintern herzustellen. Hierbei werden für das Pressen von pulverförmigem Werkstoff stempelartige Werkzeuge eingesetzt, die in eine Matrize eingebrachtes Pulver durch eine axiale Pressbewegung komprimieren.
  • Hierzu wird zumindest ein Pressstempel eingesetzt, der in die Matrize eindringt. In diesem Falle besitzt die Matrize einen Hohlraum, der zur Stempelseite hin geöffnet ist. Die Matrizenöffnung wird - bis auf ein geringfügiges Spiel - vom Stempel geschlossen. Der Stempel baut durch sein Eindringen in den Matrizenhohlraum den zur Verdichtung notwendigen Druck auf.
  • Es kann auch vorgesehen werden, dass mehrere Stempel eingesetzt werden, die sich in eine Achsrichtung bewegen können. Die Stempel können dabei in eine axial einseitig geschlossene Matrize eintauchen oder bei einer axial in beiden Richtungen offenen Matrize aus beiden axialen Richtungen kommen. Gelegentlich werden auch durchgehende Dornstangen eingesetzt, die aber primär keine Verdichtungsfunktion, sondern eine Verdrängerfunktion haben. Die Stempel können auch seitlich in die Matrize eintauchen, um Hinterschneidungen oder sonstige geometrische Ausprägungen zu erzeugen. Zur Entformung des Formteils werden diese radial eintauchenden Stempel so weit zurückgezogen, dass die Entformung nicht behindert wird.
  • Zur Positionierung der einzelnen Stempel sind diese mit Kolben-Zylinder-Systemen verbunden bzw. sie sind Teil dieser Systeme. Dabei ist eine Anzahl Kolben zueinander konzentrisch angeordnet. Beim Pressen werden sie gemäß der zu erzeugenden Kontur des Formteils um einen definierten Verschiebeweg relativ zu ihrem Zylinder bewegt.
  • Bei den vorbekannten Lösungen werden die einzelnen kolbenartig ausgebildeten Stempel in ihren Zylindern dadurch geführt, dass der Kolben mit seiner radial nach außen weisenden zylindrischen Oberfläche in der entsprechenden Bohrung des Zylinders anliegt. Dabei hat es sich vor allem bei der Herstellung von unsymmetrischen Formteilen gezeigt, dass Kippmomente, deren Achse senkrecht zur Zentralachse des Werkzeugs stehen, Probleme verursachen können. Die vorhandene Führung der Kolben in ihren Zylindern reicht dann nicht mehr für eine qualitativ hochwertige Fertigung aus. Darüber hinaus kann es dann zu Problemen kommen, wenn die rotationssymmetrischen Kolben in den Zylindern unkontrolliert um die Zentralachse drehen können. Die bekannten konstruktiven Elemente reichen dann nicht mehr aus, um eine hinreichend genaue Führung der Kolben in ihren Zylindern sicherzustellen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die genannten Nachteile vermieden werden. Es soll also sichergestellt werden, dass auch bei außermittigen Kräften eine hinreichende Führung der Kolben in ihren Zylindern erhalten bleibt und dass ein Verdrehen des Kolbens zu seinem Zylinder um die Zentralachse nicht möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Stange an einem Trägerelement befestigt ist, das am Kolben oder am Zylinder festgelegt ist.
  • Mit der erfindungsgemäßen Ausführung wird erreicht, dass ein Verdrehen des Kolbens relativ zu seinem Zylinder nicht möglich ist, was vor allem beim Pressen unsymmetrischer Formteile wichtig ist.
  • Weiterhin wird eine verbesserte Führung zwischen Kolben und Zylindern erreicht, insbesondere im Falle dessen, dass Kippmomente zwischen diesen Bauteilen wirken, wobei die Momentenachse senkrecht auf der Zentralachse der Kolben-Zylinder-Einheiten steht.
  • Die einzelnen Kolben des Werkzeugs sind in vorteilhafter Weise verbessert geführt, was insbesondere ihre Parallelität anbelangt. Auch der Geradeauslauf der Kolben ist verbessert.
  • Es ist insbesondere vorgesehen, dass mehrere Stangen am Kolben oder am Zylinder angeordnet sind; dabei kommen mit Vorteil vier Stangen zum Einsatz, die am Kolben oder am Zylinder angeordnet sind. Diese vier Stangen können symmetrisch zu zwei aufeinander senkrecht stehenden Ebenen angeordnet sein.
  • Vorzugsweise ist eine Anzahl Kolben-Zylinder-Systeme entlang der Zentralachse angeordnet. Die Kolben können dabei konzentrisch zueinander angeordnet sein und mindestens zwei Kolben können an zugewandten Mantelflächen aneinander liegen. Dabei kann das Führungsmittel grundsätzlich auch mehrere Kolben und/oder Zylinder relativ zueinander führen.
  • Vorteilhaft ist es ferner, dass kürzere Montagezeiten möglich sind, da aufwändige Demontagen der einzelnen Kolben zum Zwecke der Verbesserung des Führungsspiels entfallen können. Die Führungsstangen sind schnell und einfach zu montieren bzw. zu demontieren, ebenso die Buchsen an den jeweiligen Kolben.
  • Dadurch wird insgesamt die Qualität des Formteils verbessert, da das Werkzeug mit präzise zueinander arbeitenden Teilen versehen ist.
  • Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Vorrichtung zum Herstellen eines Formteils aus Pulver,
    Fig. 2
    einen Ausschnitt aus dem Werkzeug der Vorrichtung mit einem Kolben-Zylinder-System und einem erfindungsgemäßen Führungsmittel,
    Fig. 3a
    die Draufsicht auf einen Zylinder eines ersten Kolben-Zylinder-Systems der Vorrichtung,
    Fig. 3b
    die Draufsicht auf einen Kolben eines ersten Kolben-Zylinder-Systems der Vorrichtung,
    Fig. 3c
    die Draufsicht auf ein Trägerelement der Führungsmittel eines ersten Kolben-Zylinder-Systems,
    Fig. 4a
    die Draufsicht auf ein Trägerelement der Führungsmittel eines zweiten Kolben-Zylinder-Systems,
    Fig. 4b
    die Draufsicht auf einen Kolben eines zweiten Kolben-Zylinder-Systems der Vorrichtung und
    Fig. 4c
    die Draufsicht auf ein Trägerelement der Führungsmittel eines zweiten Kolben-Zylinder-Systems.
  • In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Herstellen eines Formteils dargestellt, mit der Metallpulver 12 zu einem Formteil gepresst werden kann. Es sei angemerkt, dass die Erfindung nicht nur für die Verarbeitung von Pulver tauglich ist. Häufig wird ein bereits vorgeformter Pressling in einem weiteren Schritt nachgepresst, insbesondere beim abschließenden Pressen mit höheren Drücken.
  • Die Vorrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einem Werkzeug 2, das in eine Pressvorrichtung 3 eingesetzt werden kann. Die Pressvorrichtung 3 hat einen Maschinenrahmen 13 mit einer oberen Traverse 14 und einer unteren Traverse 15. An der oberen Traverse 14 ist ein Oberkolben 16 in einem Zylinder angeordnet, mit dem eine Presskraft nach unten ausgeübt werden kann. Die untere Traverse 15 trägt einen Unterkolben 17, mit dem eine Presskraft nach oben erzeugt werden kann.
  • Das Werkzeug 2 weist eine Matrize 18 auf, die das Pulver 12 aufnimmt. Um eine gewünschte Formteilkontur herzustellen, ist eine Anzahl konzentrisch zueinander angeordnete stempelartige Kolben 5 vorgesehen, die in jeweiligen Zylindern 4 angeordnet sind und relativ zu diesen gesteuert bzw. geregelt verfahren werden können. Je ein Kolben 5 bildet zusammen mit dem diesen aufnehmenden Zylinder 4 ein Kolben-Zylinder-System, wie es als solches vorbekannt ist. Alle Kolben 5 bzw. Zylinder 4 sind im Ausführungsbeispiel um eine Zentralachse 6 herum konzentrisch angeordnet. Durch Betätigung der jeweiligen Kolben-Zylinder-Systeme 4, 5 kann eine Verfahrbewegung in Verfahrrichtung V (entspricht vorliegend der vertikalen Richtung) bewerkstelligt werden. Nur am Rande erwähnt seien Stempel 19 und 20, die durch den Oberkolben 16 betätigt werden, sowie ein Füller 21 für die Beschickung der Matrize 18 mit Pulver 12.
  • Um eine kippfreie Führung des Kolbens 5 relativ zum Zylinder 4 auch bei unsymmetrischen Formteilen sicherzustellen und ferner eine relative Drehung zwischen Kolben 5 und Zylinder 4 um die Zentralachse 6 zu verhindern, ist eine Ausgestaltung vorgesehen, wie sie schematisch aus Fig. 2 hervorgeht.
  • Zwischen Kolben 5 und Zylinder 4 ist ein Führungsmittel 7 vorgesehen, das Kippen verhindert und Verdrehen ausschließt. Hierzu ist am Kolben 5 ein plattenförmiges Trägerelement 11 befestigt, an dem wiederum vier Stangen 9 mit kreisförmigem Querschnitt fest angeordnet sind. Die Stangen 9 sind in Führungen 10 im Zylinder 4 in Verfahrrichtung V verschieblich angeordnet. Die Führungen können als eng tolerierte Gleitbuchsen ausgebildet sein, die sicherstellen, dass bei der Verschiebung des Kolbens 5 relativ zum Zylinder 4 in Verfahrrichtung V ein hoher Grad an Parallelität beider Elemente 4, 5 aufrechterhalten wird. Namentlich sollen Kippmomente M, die senkrecht zur Verfahrrichtung V wirken, keinen Einfluss auf die Parallelität zwischen Kolben 5 und Zylinder 4 haben.
  • Die Stangen 9 sind so positioniert, dass ihre Achse 8 in einem (radialen) Abstand a von der Zentralachse 6 liegt.
  • Wie in den Figuren 3 bzw. 4 für zwei Kolben-Zylinder-Systeme 4, 5 des Werkzeugs 2 gesehen werden kann, sind vorliegend vier Stangen 9 angeordnet, die zu zwei aufeinander senkrecht stehenden Symmetrieebenen spiegelbildlich positioniert sind. Die Stangen 9 werden von den jeweiligen Trägerelementen 11 gehalten, die an den Kolben 5 festgelegt sind. Zu dem in Fig. 4a skizzierten Trägerelement 11 ist auch der Schnitt in der Seitenansicht skizziert, um die Ausgestaltung des Elements zu illustrieren.
  • Das Einfügen der Hauptführungsstangen in den Adapter (Werkzeug) ermöglicht es also, außermittige Kräfte besser als bisher aufzunehmen, da die Führungsstangen aufgrund ihrer Steifigkeit und ihrer Positionierung im Adapter (Werkzeug) Drehmomente und Seitenkräfte besser aufnehmen und übertragen können, als es bei der vorbekannten Lösung der Fall ist. Dort sind zumeist die Kolben mit Führungsbändern geführt, die nicht die Leistungsfähigkeit haben, wie die Ausgestaltung nach der Erfindung.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Vorrichtung zum Herstellen eines Formteils
    2
    Werkzeug
    3
    Pressvorrichtung
    4
    Zylinder
    5
    Kolben
    4, 5
    Kolben-Zylinder-System
    6
    Zentralachse
    7
    Führungsmittel
    8
    Achse des Führungsmittels
    9
    Stange
    10
    Führung
    11
    Trägerelement
    12
    Metallpulver
    13
    Maschinenrahmen
    14
    obere Traverse
    15
    untere Traverse
    16
    Oberkolben
    17
    Unterkolben
    18
    Matrize
    19
    Stempel
    20
    Stempel
    21
    Füller
    V
    Verfahrrichtung
    a
    Abstand
    M
    Kippmoment

Claims (3)

  1. Vorrichtung (1) zum Herstellen eines Formteils aus Pulver, insbesondere aus Metallpulver, aus einem ein Pulver enthaltenden, teigigen Material, aus einem ein Pulver enthaltenden, fließfähigen Material oder aus vorgepresstem Material, die ein Werkzeug (2) aufweist, auf das bei der Herstellung des Formteils von einer Pressvorrichtung (3) eine Druckkraft ausgeübt wird, wobei das Werkzeug (2) zur Erzeugung einer gewünschten Formteilkontur mindestens ein Kolben-Zylinder-System (4, 5) mit einer Zentralachse (6) aufweist, das einen hydraulisch relativ zu einem Zylinder (4) in eine Verfahrrichtung (V) bewegbaren Kolben (5) und ein Führungsmittel (7) hat, das zumindest den Kolben (5) relativ zu dem Zylinder (4) in Verfahrrichtung (V) des Kolben-Zylinder-Systems (4, 5) führt, wobei sich das Führungsmittel (7) in Verfahrrichtung (V) entlang einer Achse (8) erstreckt, die von der Zentralachse (6) beabstandet (a) ist und mindestens eine Stange (9) aufweist, die am Kolben (5) oder am Zylinder (4) fest angeordnet ist und die in einer Führung (10) im Zylinder (4) oder im Kolben (5) geführt ist, wobei das Werkzeug (2) als auswechselbarer Adapter in der Pressvorrichtung (3) ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Stange (9) an einem Trägerelement (11) befestigt ist, das am Kolben (5) oder am Zylinder (4) festgelegt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mehrere Stangen (9) am Kolben (5) oder am Zylinder (4) angeordnet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass vier Stangen (9) am Kolben (5) oder am Zylinder (4) angeordnet sind.
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