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Vorrichtung zum Pressen von Werkstücken aus Metallpulver Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Pressen von Werkstücken aus Metallpulver,
die aus zwei Abschnitten von in Richtung der Werkstücklängsachse verschiedenen Querschnitten
bestehen, wobei die Vorrichtung eine zweiteilige Matrize und zwei Stempel zum gleichzeitigen
Pressen je eines Abschnittes des mit seiner Längsachse senkrecht angeordneten Werkstückes
in dem diesem entsprechenden Matrizenteil durch den diesem Matrizenteil zugeordneten
und hierbei zu dem anderen Stempel gegenläufig bewegten Stempel aufweist und wobei
ferner die beiden Matrizenteile während des Einfüllens des Metallpulvers von oben
in der Radialebene des Querschnittüberganges des Werkstückes aneinander anliegen
und ein Matrizenteil zum Ausstoßen des Werkstückes um ein mindestens der Länge des
fertigen Werkstückes gleiches Maß in Richtung der Werkstücklängsachse von dem anderen
ortsfesten Matrizenteil weg bewegbar ist.
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Bei den bekannten Pressen dieser Art, bei denen in der Matrize der
Preßform die Mantelfläche des breiteren Werkstückabschnittes abgebildet ist, ist
zur Abdeckung des an diesem im Querschnittübergang neben dem schlankeren Abschnitt
frei bleibenden Rand ein dritter Preßstempel vorgesehen, welcher den entlang des
schlanken Werkstückabschnittes gebildeten Restraum ausfüllt; dieser dritte Stempel
ermöglicht sowohl die gleichmäßige Verdichtung der vorstehenden Randzone des Werkstückes
als auch dessen einwandfreie Entnahme aus der Preßform ohne Gefährdung vorstehender
Ecken. Ist nun diese Randzone sehr eng oder - z. B. bei Zahnrädern -gezackt bzw.
mehrfach unterteilt, dann wird die Konstruktion des dritten Preßstempels entsprechend
kompliziert und kostspielig oder auch überhaupt unmöglich; in vielen Fällen mußte
daher bisher auf das pulvermetallurgische Herstellen solcher Werkstücke überhaupt
verzichtet werden.
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Für komplizierte Werkstücke ist die Ausbildung zweiteiliger - gegeneinander
unbeweglicher oder auch beweglicher - Matrizen durchaus aus der allgemeinen Preßtechnik
bekannt; im ersten Fall kann die Herstellung der Matrize zwar vereinfacht werden,
ohne daß jedoch dadurch die Nachteile der Konstruktion des dritten Preßstempels
beseitigt werden; im zweiten Fall muß die relative Beweglichkeit der beiden Matrizenteile
mindestens der Höhe des fertigen Werkstückes entsprechen, um dessen Ausstoß -anstatt
wie bisher aus der Einfüllebene - aus der Teilungsebene der Matrize zu ermöglichen.
Pulvermetallurgisch konnten jedoch bisher Werkstücke mit derartigen zweiteiligen
Pressen nicht in befriedigender Weise hergestellt werden. Ferner ist eine Presse
mit zweiteiliger Matrize und einem einzigen Preßstempel bekannt; bei dieser Anordnung
wird jedoch das gepreßte Pulver auch wieder in axialer Richtung ungleichmäßig verdichtet,
und außerdem wird beim Entfernen des Werkstückes dessen unterer schlanker Teil aus
der Form herausgezogen und nicht gestoßen, so daß bei kompliziertem Querschnitt
Bruchgefahr besteht.
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Die Erfindung liegt in der Erkenntnis, daß die an sich bekannte Aufgliederung
der Matrize in zwei gegenseitig bewegliche Matrizenteile derart an Preßformen mit
zwei senkrecht zur waagerechten Radialebene des Querschnittüberganges aus entgegengesetzten
Richtungen beweglichen Preßstempeln angewendet werden kann, daß der überraschende
Effekt eintritt, daß der dritte Preßstempel entfällt und bei unveränderter Erfüllung
der vom dritten Preßstempel erfüllten Zwecke bisher unmöglich oder nur schwer herzustellende
Werkstücke nunmehr einwandfrei gepreßt werden können.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zum Ausstoßen nacheinander
bewegbar sind der bewegbare Matrizenteil bei unbewegtem, zugeordnetem Stempel um
die Länge des in diesem Matrizenteil gepreßten Werkstückabschnittes, der bewegbare
Matrizenteil mit dem zugeordneten Stempel um mindestens die Länge des anderen Werkstückabschnittes
und der andere Stempel gegenüber seinem zugeordneten Matrizenteil um die Länge des
anderen Werkstückabschnittes.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Vorrichtung wiedergegeben, und zwar zeigt
F i g. 1 ein erstes mit
der Vorrichtung nach der Erfindung zu pressendes Werkstück, F i g. 2 bis 4 eine
Vorrichtung nach der Erfindung für das Werkstück nach F i g. 1 in verschiedenen
Arbeitsphasen, F i g. 5 ein zweites mit der Vorrichtung nach der Erfindung zu pressendes
Werkstück, F i g. 6 bis 8 eine Vorrichtung nach der Erfindung für das Werkstück
nach F i g. 5 in verschiedenen Arbeitsphasen.
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F i g. 1 zeigt ein Werkstück 11, das durch Pressen von Pulver
hergestellt und anschließend gesintert werden soll. Das Werkstück 11 ist in Richtung
seiner vertikalen Längsachse aus zwei aneinander angrenzenden Teilen verschiedenen
zylindrischen bzw. prismatischen Querschnittes zusammengesetzt, und zwar aus zwei
gleichachsigen Zahnrädern 12 und 13. Die zwei Zahnräder haben gleiche Zähnezahl,
und der Innendurchmesser der Zähne des Zahnrads 12 ist gleich dem Außendurchmesser
der Zähne des Zahnrads 13, wobei die beiden Verzahnungen gegeneinander um eine halbe
Zahnteilung versetzt sind. Die Randabschnitte des größeren Zahnrades 12, die nicht
bedeckt sind vom kleineren Zahnrad 13, setzen sich daher aus zahlreichen Einzelteilen
zusammen, von denen jeder einen Zahn des Zahnrades 12 und einen dem Zwischenraum
zwischen den Zähnen des Rades 13 entsprechenden Teil umfaßt. Bei den herkömmlichen
Preßvorrichtungen, die für diese Randabschnitte des größeren Zahnrades
12 einen dritten Preßstempel verwenden würden, müßte dieser aus einer Menge
von kleinen, getrennten Einzelstempeln zusammengesetzt sein, und die Vorrichtung
wäre daher aus praktischen Gründen nicht ausführbar.
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Die Preßvorrichtung nach den F i g. 2 bis 4 besteht im wesentlichen
aus zwei senkrecht zur waagerechten Radialebene des Querschnittüberganges aus entgegengesetzten
Richtungen beweglichen Preßstempeln 17 und 18 und aus einer zweiteiligen Matrize
14, 15,
wobei das Pulver von oben her durch einen auf der Einfüllebene
21 aufliegenden Füllschuh 20 unter dem oberen Preßstempel 17 in die Matrize
eingefüllt wird. Die zwei Matrizenteile 14 und 15 stoßen während des
Pressens entlang der Radialebene des Querschnittüberganges aneinander, und zwar
ist der Oberteil 14 ortsfest und mit einem Innenprofil entsprechend dem Außenprofil
des größeren Zahnrades 12 versehen, während der Unterteil 15 gegenüber dem
Oberteil 14 um ein mindestens der Höhe des fertigen Werkstückes gleiches Ausmaß
senkrecht beweglich angeordnet und mit einem Innenprofil entsprechend dem Außenprofil
des kleineren Zahnrads 13 versehen ist. Mit dem Oberteil 14 arbeitet der Preßstempel
17 zusammen, der innen hohl ist und dessen Außenprofil dem des Zahnrades 12 gleich
ist. Mit dem Unterteil 15 arbeitet der Preßstempel18 zusammen, der innen hohl ist
und dessen Außenprofil dem des Zahnrades 13 gleich ist. Im Hohlraum des Stempels
18 ist ein Kern 19 beweglich angeordnet. Von der Beschreibung der Antriebsvorrichtungen
für die beweglichen Teile ist hier abgesehen worden, weil solche Vorrichtungen allgemein
bekannt sind.
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F i g. 2 stellt die Ausgangslage der Preßvorrichtung dar, in der die
obere Oberfläche des Unterteiles 15 und die untere Oberfläche des Oberteiles
14 aneinanderstoßen. Der Stempel 17 befindet sich außerhalb des Oberteiles
14, während sich der Stempel 18 innerhalb des Unterteiles 15 befindet und der Kern
19 in gehobener Stellung ist. Durch den Füllschuh 20 wird nun das Metallpulver
in die Matrize 14,15
eingefüllt, woraufhin der Füllschuh 20 entlang der Einfüllebene
21 auf die Seite geschoben wird. Die beiden Stempel 17 und 18 bewegen
sich nun aufeinander zu, um jeweils im zugehörigen Matrizenteil das Pulver zum betreffenden
Werkstückteil zu pressen, während der Kern 19 in gehobener Stellung bleibt. Dabei
werden die Randabschnitte des größeren Zahnrads 12 gleichmäßig mit dem übrigen Werkstück
verdichtet.
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Nun ist das fertige, in F i g. 3 ersichtliche Werkstück herauszunehmen.
Zu diesem Zweck wird das Werkstück dadurch aus der Anstoßebene der zwei Matrizenteile
14, 15 ausgestoßen, daß die zwei Preßstempel 17, 18 jeweils durch
Relativbewegung gegenüber dem zugehörigen Oberteil 14 das Werkstück in die Anstoßebene
ausstoßen. Dazu wird zuerst der Unterteil 15 zusammen mit dem Kern 19 bei stillstehendem
Stempel 18 gesenkt, so daß das Zahnrad 13 durch die Relativbewegung des Stempels
18 gegenüber dem zugehörigen Unterteil 15 aus diesen ausgestoßen wird. Daraufhin
wird der Unterteil 15 zusammen mit dem Stempel 18 noch weiter gesenkt,
und unter das fertige Werkstück 11 wird eine Schaufel 22 (F i g. 4) eingeführt.
Schließlich wird der Stempel 17 gesenkt und damit durch die Relativbewegung gegenüber
dem zugehörigen Oberteil 14 das Zahnrad 12 aus dem Oberteil 14 in die Anstoßebene
ausgestoßen. Das fertige Werkstück 11 fällt nun auf die Schaufel 22 und wird aus
der Anstoßebene entfernt, woraufhin der Unterteil 15, die Stempel
17 und 18
und der Kern 19 in ihre Ausgangsstellung nach F i g. 2 zurückgebracht
werden.
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Es ist daraus ersichtlich, daß beim Ausstoßen des fertigen Werkstückes
11 die Preßstempel jeweils auf die volle Oberfläche des betreffenden Zahnrades
drücken, so daß der Druck sämtliche Abschnitte erfaßt und keine toten Ecken beim
Ausstoßen zerbröckeln.
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In F i g. 5 ist ein zweites Werkstück 23 dargestellt, das aus
zwei gleichachsigen, aber gegenseitig um 180° versetzten Zahnsektoren 24 und 25
besteht. Ein solches Stück könnte mit den herkömmlichen Preßvorrichtungen nur durch
Verwendung von zwei jeweils aus einer Anzahl von Einzelstempeln zusammengesetzten,
zusätzlichen Seitenstempeln gepreßt werden.
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Bei der Ausführungsform nach den F i g. 6 bis 8 ist entgegen der Ausführungsform
nach den F i g. 2 bis 4 der Unterteil 15 der Matrize ortsfest und der Oberteil 14
beweglich angeordnet. Die zwei Matrizenteile stoßen auch hier entlang der waagerechten
Radialebene des Querschnittüberganges der zwei Zahnsektoren aneinander. Der Füllschuh
20 liegt auf der Einfüllebene 21 des Oberteils 14 auf und wird vor dem Pressen wie
gewöhnlich auf die Seite geschoben. Beim Aufundabbewegen des Oberteils 14 wird der
darauf aufliegende Füllschuh 20 ebenfalls mit auf und ab bewegt, was keinerlei Schwierigkeiten
mit sich bringt, weil bei handelsüblichen Pressen der Füllschuh bereits durch einen
flexiblen Schlauch vom Pulverbehälter gespeist wird.
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Der Formungsvorgang eines Werkstückes 23 nach F i g. 5 ist hier derselbe
wie beim ersten Ausführungsbeispiel und braucht nicht weiter erläutert zu werden.
Hier wird nach dem Pressen zuerst bei stillstehendem Stempel 17 der Oberteil
14 gehoben, so
daß der Zahnsektor 24 durch die Relativbewegung des
Stempels 17 gegenüber dem zugehörigen Oberteil 14 aus diesem ausgestoßen wird, woraufhin
einerseits der Oberteil 14 und der Stempel 17 noch weiter gehoben werden (F i g.
8) und andererseits der Stempel 18 den Zahnsektor 25 ausstößt und
das fertige Werkstück durch einen Schieber 22 aus der Anstoßebene entfernt wird.
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Es versteht sich, daß gegenüber diesen beiden Beispielen verschiedene
Änderungen an der Preßvorrichtung nach der Erfindung vorgenommen werden können.
Die beim Ausstoßen des fertigen Werkstückes ausgeführten Bewegungen können teilweise
überlagert werden. Hinsichtlich des Querschnittüberganges selbst ist noch zu bemerken,
daß bei den in F i g. 1 und 5 dargestellten Werkstücken die zwei Abschnitte unmittelbar
aneinander angrenzen. Zwischen den zwei Abschnitten kann jedoch auch ein Zwischenabschnitt
mit veränderlichem Querschnitt vorgesehen sein, so daß als Radialebene des Querschnittüberganges
auch diejenige des Übergangs von einem der zwei Abschnitte auf den Zwischenabschnitt
ausgewählt werden kann. Vorzugsweise wird dabei immer eine solche Radialebene ausgewählt,
in der die zwei benachbarten Abschnitte mit einer Stufe aneinanderstoßen.