EP3253565B1 - Pulverpresse mit kegeligem unterstempel, verfahren zum betrieb einer pulverpresse, pressling hergestellt mit einer pulverpresse, unterstempel einer pulverpresse und computerprogrammprodukt zum verfahren von unterstempeln einer presse - Google Patents

Pulverpresse mit kegeligem unterstempel, verfahren zum betrieb einer pulverpresse, pressling hergestellt mit einer pulverpresse, unterstempel einer pulverpresse und computerprogrammprodukt zum verfahren von unterstempeln einer presse Download PDF

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EP3253565B1
EP3253565B1 EP16702397.7A EP16702397A EP3253565B1 EP 3253565 B1 EP3253565 B1 EP 3253565B1 EP 16702397 A EP16702397 A EP 16702397A EP 3253565 B1 EP3253565 B1 EP 3253565B1
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powder press
punch
press
powder
lower punches
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Rainer Schmitt
Hasim Tekines
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GKN Sinter Metals Engineering GmbH
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    • 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
    • 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
    • B22F2003/033—Press-moulding apparatus therefor with multiple punches working in the same direction

Definitions

  • the present invention relates to a powder press with conical lower punches as well as a manufacturing method and a compact produced with the proposed powder press.
  • a press structure is crucial for the possibility of what kind of parts can be pressed and how and in what time. From the DE 10 2014 003 726 The applicant produces a press for producing dimensionally stable green bodies in which the tool structures used have a shape optimization for elasticity compensation between individual tool levels. This requires a certain amount of technical effort in the design and manufacture of the tools.
  • EP 1 764 173 A2 discloses a powder press according to the preamble of claim 1 with multi-part stamps, some of which are conical.
  • US 2013/313741 A1 discloses a powder press with conically shaped punch holders.
  • US 2,556,951A is aimed at a powder press with stamps.
  • the object of the present invention is to create a simplified press structure that can be achieved in production using conventional methods and shortens tool changes and set-up time.
  • a powder press is proposed with a tool structure which has nested lower punches, each lower punch having a cylindrical longitudinal extension which is guided through a die, with each longitudinal extension being followed by a conical widening. It is envisaged that a respective cone angle of the lower punch increases from the inside to the outside, while the respective longitudinal extent of the lower punch decreases from the inside to the outside.
  • Each lower stamp is made in one piece.
  • a further development provides that a stamp holder is directly connected to the conical widening.
  • the conical widening of the respective lower punch widens to such an extent that an associated punch holder is flush with the lower punch on the outside.
  • One embodiment for example, provides that the conical widening of the lower punch merges into a cylindrical section, the cylindrical section having fastening means for a punch holder.
  • a punch holder is connected directly to a lower punch using a bayonet lock.
  • a connection between the stamp holder and the lower stamp takes place without a pressure plate and a clamping plate.
  • the tool assemblies can be made in one piece or in several parts using connection technology, possibly consisting of a head piece, connecting element and foot piece.
  • the lower punches are constructed rotationally symmetrically.
  • a powder press in which an upper punch has a longitudinal extension, in particular a cylindrical longitudinal extension, which extends into the die, with the longitudinal extension an extension follows.
  • a plurality of nested upper punches is constructed in the same way as the lower punches described above and below.
  • the upper punch and/or the lower punch are made in one piece.
  • the upper punch and/or the lower punch is made in several parts.
  • a compact made of metal powder is preferably produced using the method or the powder press.
  • a compact is proposed, produced with a powder press as described above or below, with a density being constant along a cross section of the compact.
  • a lower punch of a powder press is proposed, wherein the lower punch is produced by means of a machining process, by means of a primary forming process, pressing, cold forming and/or casting.
  • a computer program product for moving the lower punches of a press is also proposed, with computer program code means being stored in a control system for execution, which enable a position-controlled movement of the lower punches.
  • Fig. 1 shows a powder press, as is known from the prior art. This has a tool with a die, upper and lower punch as well as mandrels. Clamping plates, printing plates and stamp holders are used as accessories. On the one hand, the structure of the stamp shows the necessary size that must be provided for such a powder press. On the other hand, setting up requires a certain amount of effort, as the clamping plates and pressure plates have to be installed.
  • Fig. 2 shows an exemplary, schematic tool structure with a conical substructure.
  • the lower punches have an upper area, the punch head 1, which is preferably cylindrical and extends into the die.
  • Each lower punch then has a conical extension, which is followed by a cylindrical section.
  • the respective cone angle ie the angle that is enclosed by the angle of the cone shape to the vertically drawn axis 2, is preferably smaller from the outside to the inside or, to put it another way: a respective cone angle of the lower punch increases from the inside to the outside.
  • the respective upper area becomes smaller from the inside out.
  • Fig. 3 shows a proposed tool structure for conical lower punches, here consisting of die M, three lower punches UE1, UE2, UE3 and upper punch OS. While the three lower stamps are analogous to those from Fig. 2 are constructed, the upper punch OS can have a geometry that is the opposite but comparable to the lower punches.
  • Fig. 4 shows a tool structure for conical lower punches, having a die and three lower punches, which are connected to the punch holders SH1, SH2, SH3 by a fastening means, here in the form of a bayonet lock 3.1, 3.2, 3.3.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pulverpresse mit kegeligen Unterstempeln sowie ein Herstellungsverfahren und einen Pressling, hergestellt mit der vorgeschlagenen Pulverpresse.
  • Ein Pressenaufbau ist entscheidend für die Möglichkeit, was für Teile in welcher Zeit wie gepresst werden können. Aus der DE 10 2014 003 726 der Anmelderin geht eine Presse zum Herstellen maßhaltiger Grünlinge hervor, bei der die verwendeten Werkzeugaufbauten eine Gestaltoptimierung zum Elastizitätsausgleich zwischen einzelnen Werkzeugebenen aufweisen. Hierfür ist ein gewisser technischer Aufwand bei der Auslegung wie auch bei der Herstellung der Werkzeuge notwendig.
  • EP 1 764 173 A2 offenbart eine Pulverpresse gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit mehrteiligen Stempeln, die teilweise konisch ausgeführt sind.
  • US 2013/313741 A1 offenbart eine Pulverpresse mit konisch geformten Stempelhaltern.
  • US 2,556,951 A ist auf eine Pulverpresse mit Stempeln gerichtet.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen vereinfachten Pressenaufbau zu schaffen, der in der Herstellung mit herkömmlichen Methoden erzielbar ist und einen Werkzeugwechsel nebst Zeit beim Einrichten verkürzt.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Pulverpresse mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und mit einem Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen gehen aus den jeweiligen Unteransprüchen hervor, wobei ein oder mehrere Merkmale aus der Beschreibung wie auch aus den Figuren zu weiteren Ausgestaltungen kombiniert werden können. Die Formulierung der unabhängigen Ansprüche ist darüber hinaus als ein erster Versuch zu verstehen, den Gegenstand der Erfindung wiederzugeben. Daher können ein oder mehrere Merkmale der unabhängigen Ansprüche mit ein oder mehreren Merkmalen ergänzt, ausgetauscht oder auch gestrichen werden, um den Erfindungsgegenstand näher zu fassen.
  • Es wird eine Pulverpresse mit einem Werkzeugaufbau vorgeschlagen, der ineinander geschachtelte Unterstempel hat, wobei jeder Unterstempel eine zylindrische Längserstreckung aufweist, die durch eine Matrize geführt wird, wobei sich an jede Längserstreckung eine kegelförmige Verbreiterung anschließt. Es ist vorgesehen, dass ein jeweiliger Kegelwinkel der Unterstempel von innen nach außen zunimmt, während die jeweilige Längserstreckung der Unterstempel von innen nach außen abnimmt. Jeder Unterstempel ist einstückig ausgeführt.
  • Eine Weiterbildung sieht vor, dass an die kegelförmige Verbreiterung ein Stempelhalter direkt anschließt.
  • Bevorzugt ist es, dass die kegelförmige Verbreiterung des jeweiligen Unterstempels sich soweit verbreitert, dass ein zugehöriger Stempelhalter seitlich außen bündig mit dem Unterstempel abschließt.
  • Eine Ausgestaltung sieht zum Beispiel vor, dass die kegelförmige Verbreiterung des Unterstempels in einen zylindrischen Abschnitt übergeht, wobei der zylindrische Abschnitt Befestigungsmittel für einen Stempelhalter aufweist.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass ein Stempelhalter direkt mit einem Unterstempel mittels eines Bajonettverschlusses verbunden ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Verbindung zwischen Stempelhalter und Unterstempel ohne Druckplatte und Klemmplatte erfolgt.
  • Dieses ermöglicht ebenfalls einen vereinfachten Werkzeugaufbau bei gleichzeitigem Verzicht auf das übliche Zubehör, insbesondere Druckplatten, mit dem Ziel der:
    • Kraftfußoptimierung durch geometrisch einfache, trichterförmige Werkzeuggestaltung, besonders bei rotationssymmetrischen Werkzeugen einsetzbar;
    • Reduzierter Aufwand in der Konstruktion durch Verzicht auf die Gestaltoptimierung;
    • Verzicht auf additive Herstellverfahren, da die einfachen Werkzeugelemente in der Regel auf Standard-Werkzeugmaschinen durch spanabhebende Verfahren hergestellt werden können;
    • Verkürzung der inneren Werkzeugelemente, auch unter Inkaufnahme der Verlängerung der äußeren Werkzeugelemente;
    • Verzicht auf einen vollkommenen Elastizitätsausgleich: der Ausgleich wird in der Regel nach wie vor durch die Positionsregelung der Maschine vorgenommen.
  • Die Werkzeugaufbauten können sowohl einstückig, als auch durch Verbindungstechnik mehrteilig aus ggf. Kopfstück, Verbindungselement und Fußstück bestehen.
  • Insbesondere unter dem Aspekt einer gleichmäßigen Druckaufprägung, wie vor allem auch Druckentlastung über eine Breite des Presslings, ist es vorteilhaft, dass die Unterstempel rotationssymmetrisch aufgebaut sind.
  • Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung, der unabhängig wie auch abhängig von dem obigen Gegenstand beansprucht werden kann, ist eine Pulverpresse vorgesehen, bei der ein Oberstempel eine Längserstreckung, insbesondere eine zylindrische Längserstreckung aufweist, die sich in die Matrize erstreckt, wobei sich an die Längserstreckung eine Erweiterung anschließt. Bevorzugt ist eine Mehrzahl an ineinander verschachtelten Oberstempeln so aufgebaut wie die oben bzw. nachfolgend beschriebenen Unterstempel.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der Oberstempel und/oder der Unterstempel einstückig hergestellt sind. Auch besteht die Möglichkeit, dass der Oberstempel und/oder der Unterstempel mehrteilig hergestellt ist.
  • Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung, der unabhängig wie auch abhängig von dem obigen Vorschlag einer Pulverpresse verfolgt werden kann, wird ein Verfahren zum Betrieb einer Pulverpresse mit Unterstempeln wie oben und nachfolgend beschrieben, wobei ein Ausgleich beim Verfahren der Unterstempel über eine Positionsregelung erfolgt.
  • Bevorzugt wird mit dem Verfahren bzw. der Pulverpresse ein Pressling aus Metallpulver erzeugt.
  • Weiterhin wird ein Pressling vorgeschlagen, hergestellt mit einer Pulverpresse wie oben bzw. nachfolgend beschrieben, wobei eine Dichte entlang eines Querschnitts des Presslings gleichbleibend ist.
  • Weiterhin wird ein Unterstempel einer Pulverpresse vorgeschlagen, wobei der Unterstempel mittels eines spanabhebenden Verfahrens, mittels eines Urformverfahrens, eines Pressens, eines Kaltumformens und/oder eines Gießens hergestellt ist.
  • Auch wird ein Computerprogrammprodukt zum Verfahren von Unterstempeln einer Presse vorgeschlagen, wobei Computerprogrammcodemittel zum Ablauf in einer Steuerung hinterlegt sind, die ein positionsgeregeltes Verfahren der Unterstempel ermöglichen.
  • Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen gehen aus den nachfolgenden Figuren hervor. Ein oder mehrere Merkmale aus ein oder mehreren Figuren wie auch aus der obigen Beschreibung können dabei zusammen zu weiteren Ausgestaltungen verbunden werden. Insbesondere dienen die Figuren der Erläuterung der Erfindung und sollen diese jedoch nicht beschränken. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    Eine Pulverpresse aus dem Stand der Technik,
    Fig. 2:
    Einen beispielhaften, schematischen Werkzeugaufbau mit kegeligen Unterstempeln,
    Fig. 3:
    Eine Erweiterung der Darstellung aus Fig. 2 um einen entsprechend angepassten Oberstempel, und
    Fig. 4:
    Eine schematische Ansicht des Werkzeugaufbaus mit kegeligen Unterstempel und angebrachtem Stempelhalter.
  • Fig. 1 zeigt eine Pulverpresse, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Diese weist ein Werkzeug mit Matrize, Ober- und Unterstempel wie auch Dorne auf. Als Zubehör werden Klemmplatten, Druckplatten und Stempelhalter eingesetzt. Der Aufbau der Stempel zeigt zum einen die notwendige Größe, die für eine derartige Pulverpresse vorgesehen sein muss. Zum anderen erfordert das Einrichten einen gewissen Aufwand, da hierfür die Klemmplatten und Druckplatten mit eingebaut werden müssen.
  • Fig. 2 zeigt einen beispielhaften, schematischen Werkzeugaufbau mit einem kegeligen Unterbau. Vorgesehen sind bei dieser Ausführung neben der Matrize M drei Unterstempel UE1, UE2, UE3. Die Unterstempel haben einen oberen Bereich, den Stempelkopf 1, der vorzugsweise zylindrisch ist und sich in die Matrize erstreckt. Jeder Unterstempel hat sodann eine kegelförmige Erweiterung, an die sich hier jeweils ein zylindrischer Abschnitt anschließt. Der jeweilige Kegelwinkel, d. h. der Winkel, der durch den Winkel der Kegelform zur senkrecht eingezeichneten Achse 2 eingeschlossen ist, wird vorzugsweise von außen nach innen kleiner oder anders ausgedrückt: Ein jeweiliger Kegelwinkel der Unterstempel nimmt von innen nach außen zu. Der jeweilige obere Bereich ist hingegen von innen nach au-βen kleiner werdend.
  • Fig. 3 zeigt einen vorgeschlagenen Werkzeugaufbau für kegelige Unterstempel, hier bestehend aus Matrize M, drei Unterstempeln UE1, UE2, UE3 und Oberstempel OS. Während die drei Unterstempel analog zu denjenigen aus Fig. 2 aufgebaut sind, kann der Oberstempel OS eine zu den Unterstempeln umgekehrte, aber vergleichbare Geometrie aufweisen.
  • Fig. 4 zeigt einen Werkzeugaufbau für kegelige Unterstempel, aufweisend eine Matrize und drei Unterstempel, die durch ein Befestigungsmittel, hier in Form eines Bajonettverschlusses 3.1, 3.2, 3.3, mit den Stempelhaltern SH1, SH2, SH3 verbunden sind.

Claims (14)

  1. Pulverpresse mit einem Werkzeugaufbau, der einen kegeligen Unterstempel (UE1, UE2, UE3) mit ineinander geschachtelten Unterstempeln (UE1, UE2, UE3) hat, wobei jeder Unterstempel (UE1, UE2, UE3) eine zylindrische Längserstreckung aufweist, die durch eine Matrize (M) geführt wird, wobei sich an jede Längserstreckung eine kegelförmige Verbreiterung anschließt, wobei ein jeweiliger Kegelwinkel der Unterstempel (UE1, UE2, UE3) von innen nach außen zunimmt; dadurch gekennzeichnet, dass jeder Unterstempel (UE1, UE2, UE3) einstückig hergestellt ist.
  2. Pulverpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Längserstreckung der Unterstempel (UE1, UE2, UE3) von innen nach außen abnimmt.
  3. Pulverpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die kegelförmige Verbreiterung ein Stempelhalter (SH1, SH2, SH3) direkt anschließt.
  4. Pulverpresse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kegelförmige Verbreiterung des jeweiligen Unterstempels (UE1, UE2, UE3) sich soweit verbreitert, dass ein zugehöriger Stempelhalter (SH1, SH2, SH3) seitlich außen bündig mit dem Unterstempel (UE1, UE2, UE3) abschließt.
  5. Pulverpresse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kegelförmige Verbreiterung des Unterstempels (UE1, UE2, UE3) in einen zylindrischen Abschnitt übergeht, wobei der zylindrische Abschnitt Befestigungsmittel für einen Stempelhalter (SH1, SH2, SH3) aufweist.
  6. Pulverpresse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stempelhalter (SH1, SH2, SH3) direkt mit einem Unterstempel (UE1, UE2, UE3) mittels eines Bajonettverschlusses (3.1, 3.2, 3.3) verbunden ist.
  7. Pulverpresse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung zwischen Stempelhalter (SH1, SH2, SH3) und Unterstempel (UE1, UE2, UE3) ohne Druckplatte und Klemmplatte erfolgt.
  8. Pulverpresse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstempel (UE1, UE2, UE3) rotationssymmetrisch aufgebaut sind.
  9. Pulverpresse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Oberstempel (OS) eine Längserstreckung, insbesondere eine zylindrische Längserstreckung aufweist, die sich in die Matrize (M) erstreckt, wobei sich an die Längserstreckung eine Erweiterung anschließt.
  10. Pulverpresse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberstempel (OS) einstückig hergestellt ist.
  11. Pulverpresse nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberstempel (OS) mehrteilig hergestellt ist.
  12. Verfahren zum Betrieb einer Pulverpresse mit Unterstempeln (UE1, UE2, UE3) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein Ausgleich beim Verfahren der Unterstempel (UE1, UE2, UE3) über eine Positionsregelung erfolgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pressling aus Metallpulver erzeugt wird.
  14. Computerprogrammprodukt zum Verfahren von Unterstempeln (UE1, UE2, UE3) einer Presse nach einem der Ansprüche 1-11, wobei Computerprogrammcodemittel zum Ablauf in einer Steuerung hinterlegt sind, die ein positionsgeregeltes Verfahren der Unterstempel (UE1, UE2, UE3) ermöglichen.
EP16702397.7A 2015-02-02 2016-01-29 Pulverpresse mit kegeligem unterstempel, verfahren zum betrieb einer pulverpresse, pressling hergestellt mit einer pulverpresse, unterstempel einer pulverpresse und computerprogrammprodukt zum verfahren von unterstempeln einer presse Active EP3253565B1 (de)

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