DE1758080B2

DE1758080B2 - Verfahren zur pulvermetallurgischen herstellung stranggepresster verbundkoerper

Info

Publication number: DE1758080B2
Application number: DE19681758080
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Haller, John, Northville, Mich (VStA)
Priority date: 1968-03-29
Filing date: 1968-03-29
Publication date: 1973-05-10
Also published as: DE1758080C3; DE1758080A1

Description

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattierungsteil (3) becherförmig hergestellt wird und der aus Kern (2) und Plattierungsteil (3) gebildete Strangpreßbolzen (1) so in den Rezipif nien (13) eingelegt wird, daß die Becheröffnung zur Matrizen^ffnung (14) weist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung stranggepreßter Verbundkörper aus gesintertem Kern und gesintertem Plattierungsteil, bei dem der Strangpreßbolzen auf eine zum Erweichen zumindest eines der Metallanteile ausreichende Temperatur erhitzt wird.

Aus der USA.-Patentschrift 3 010 196 ist bereits ein Strangpreßverfahren zur Herstellung von Zündkerzenelektroden bekannt, die sich aus einem hitze- und erosionsbeständigen Überzugsmetall, insbesondere Nickel, und aus einem gut wärmeleitenden Kernmaterial, insbesondere Kupfer, zusammensetzen. Zur Herstellung einer solchen Elektrode wird zunächst ein Preßkörper gebildet, indem Kernmetallpulver und Überzugsmetallpulver in den gewünschten Schichtdicken in eine Brikettierpresse eingegeben und verpreßt werden. Sodann wird der aus den beiden unterschiedlichen Metallpulvern bestehende Preßkörper gesintert. Der Sinterkörper wird dann in eine Strangpresse eingegeben, derart, daß die Schicht aus Überzugsmetali auf die Seite der Pressenöffnung zu liegen kommt, Beim Strangpressen fließen Kern- und Überzugsmetall derart, daß eine Zweimetall-Elektrode entsteht, deren Kupferkern stirn- und umfangsseitig von einer Nickelschicht überzogen ist. Nachteilig an diesem bekannten Verfahren ist, daß die beiden Metallpulver gemeinsam in einer Presse verpreßt und dann gemeinsam gesintert sverden. Beide Metallpulver werden dabei zwangläufig dem gleichen Preßdruck und gleichen Sinterbedingungcn ausgesetzt. Einige Metalle, wie z. B. Eisen und rostfreier Stahl, haben einen wesentlich höheren Schmelzpunkt als andere Metalle, so daß, wenn diese bei der gleichen Temperatur wie niedriger schmelzende Metalle gesintert werden, die Sinterung unvollständig ist und nur ein schwacher Verbund mit dem niedriger schmelzenden Metall erzielt wird. Eine unvollständige Sinterung hat zur Folge, daß das gesinterte Metall nur geringe Festigkeit aufweist.

Nachteilig au diesem bekannten Verfahren ist weiterhin, daß die Herstellung der Sinterkörper relativ zeitaufwendig ist. Zunächst wird das eine Metallpulver in die Brikettierpresse eingegeben, kurz vorgepreßt, dann das andere Metallpulver in die Brikettierpresse gegeben und das Ganze fertiggepreßt. Der Preßkörper wird dann aus der Brikettierpresse entnommen und in einen Sinterofen gegeben. Durch das gemeinsame Verpressen beider Metallpulver ist man auch im wesentlichen darauf beschränkt, die beiden Metallpulver in etwa schichtförmig zu einem Preßkörper zu vereinen. Das bedeutet, daß mit dem bekannten Verfahren nur bestimmte Verteilungen der beiden Metallpulver in dem fertigen Werkstück erreichbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strangpreßverfahren zum Herstellen eines aus gesinterten Metallpulvern zusammengesetzten Werkstükkes zu schaffen, mit den; die Herstellung eines solchen Werkstückes beschleunigt wird und das ermöglicht, ein Werkstück auch aus Metallen unterschiedlichster Eigenschaften, insbesondere im Hinblick auf deren Schmelzpunkt, in vielseitiger Verteilung aufzubauen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Kern- und Plattierungsteil getrennt gepreßt und gesintert werden, und zwar der Plattierungstci! mit einer konzentrischen öffnung gleichen Durchmessers wie zumindest ein Ende des Kerns, dab beide Sinterkörper zu einem Strangpreßholzen ineinandergesteckt werden und daß dieser Bolzen so in den Rezipienten eingelegt wird, daß das vom Plattierungsteil umgebene Ende des Kerns zur Matrizenöffnung weist.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Herstellen von mit einem Kopf versehenen bzw. von getauchten Erzeugnissen, beispielsweise von Ventilstößeln, deren Hauptkörper mit einer Schicht au? einem anderen Material überzogen werden muß.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnurg dargestellten Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines zusammengesetzten, aus gesintertem Metallpulver bestehenden Strar.gpreßbolzens,

F i g. 2 in einem schematischen Schnitt den ersten Arbeitsschritt zum Pressen des zusammengesetzten Strangpreßbolzens,

Fig. 3 die aus Fig. 2 ersichtlichen Teile in dem Zustand, in welchem sie sich nach der Beendigung des Pressens des Bolzens befinden, Fig. 4 einen Längsschnitt des stranggepreßten Verbundkörpers nach F i g. 3, nachdem der mit gestrichelten Linien angedeutete Kopf entfernt ist,

F i g. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Bolzens,

Fig. ti einen Längsschnitt eines mit einem Überzug versehenen, einen Kopf aufweisenden Verbundkörpers, der aus dem in F i g. 5 dargestellten Bolzen hergestellt wurde.

F i g. 7 eine Anordnung, bei der es möglich ist, eine mit einem Überzug versehene hohle Weile zu erzeugen.

Fi g. 8 die Anordnung nach F i g. 7 in einem späteren Arbeitsstadium,

Fig. 9 einen Längsschnitt durch das rohrförmige, mit einem Kopf versehene Bauteil,

Fis. 10 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Strangprcßbolzens,

F i g. 11 eine Anordnung zur Verarbeitung des in F i σ. Ϊ" dargestellten Bolzens,

Fig. !2 die Anordnung nach Fi g. 11 nach Beendigung des Strangpreßvorganges,

Έic !3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bolzens,

Fig. 14 den aus dem Bolzen nach Fig. 13 herstellbaren Verbundkörper,

Fi s. 15 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bolzens.

Fig. 16 den aus dem Bolzen gemäß Fig. 15 herstellbaren Verbundkörper.

In F i g. 1 ist mit 1 ein Strangpreßbo'izen bezeichnet, der aus einem Kern 2 und einem Plattierungsteil 3 zusammengesetzt ist. Die beiden Bestandteile des Strangpreßbolzens, nämlich der Kern! und der Plattierungsteil 3 sind aus verschiedenen Metdlpulvern mit Hilfe einer Brikettierpresse bekannter Art einzeln geformt. Die so erzeugten Preßkörper werden dann in einem Sinterofen in bekannter Weise gesintert. Dann werden der Kern 2 und der Plattierungsteil 3 durch einen Preßvorgang zu dem Strangpreßbolzen 1 vereinigt.

Der Plattierungsteil 3 ist ringförmig ausgebildet und hat demzufolge eine konzentrische Öffnung 4, deren Durchmesser dem Durchmesser des unteren Teils des Kerles 2 entspricht. Kern- und Plattierunesteil können also passend ineinandergesetzt werden.

Der Kern kann beispielsweise aus pulverisiertem Eisen oder pulverisiertem Kohlenstoffstahl hergestellt sein, während der Plattierungsteil aus einem Lagermetall, wie Bronze od. dgl., oder aus einem korrosionsbeständigen Metall, z. B. Aluminium, oder aus einem hohen Temperaturen standhaltenden Metall, beispielsweise aus nichtrostendem Stahl, gefertigt ist.

In F i g. 2 erkennt man in schcmatischer Darstellung eine auf bekannte Weise ausgebildete, insgesamt mit 10 bezeichnete Strangpresse zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Presse 10 umfaßt einen oberen Stempel 11 und einen unterer. Stempel 12, die in den Bohrungen 13 bzw. 14 verschiebbar geführt sind. Die Bohrungen weisen einen unterschiedlichen Durchmesser auf und gehen an einer Schulterfläche 15 ineinander über, die vorzugsweise geneigt ist und einen Teil einer Kegelstumpffläche bildet. Mit 16 ist der Matrizenklotz der Presse bezeichnet.

Unmittelbar vor dem Pressen wird der zusammengesetzte Strangpreßbolzen 1 auf eine genügend hohe Preßtemperatur erhitzt. Bei nichtrostenden Stählen liegt diese Temperatur zv.'sehen etwa 1040 und etwa 124O⁰C, während sich bei Bronze eine Temperatur von etwa 595° C als zweckmäßig erwiesen hat. Die Preßtemperatur muß stets unter dem Schmelzpunkt der Metalle liegen, aus denen der Bolzen zusammengesetzt ist. Beispielsweise schmilzt Bronze, die aus <)0 Teilen Kunfcr und 10 Teilen Zinn zusammengesetzt ist, bei etwa 1000" C, während Aluminium bei etwa 660^: C schmilzt. Gesintertes Eisenpulver hat einen Schmelzpunkt im Bereich von etwa 1300 C. Man läßt nun den Bolzen 1 in die den Rezipienten darstellende obere Bohrung 13 des Strangpreßwerkzeuges der Presse 10 fallen, wie es in F i g. 2 gezeigt ist. Der Bolzen 1 ist dabei so in den Rezipienten eingelegt, daß das vom Plattierungsteil 3 umgebene Ende des Kerns 2 zu der unteren Bohrung 14, also ίο zur Matrizenöffnung weist. Der als Auswerfer dienende untere Stempel 12 wird bis zum unteren Ende der Matrizenöffnung 14 zurückgezogen. Gleichzeitig drückt man den Preßstempel 11 nach unten und übt damit einen Druck auf die obere Stirnfläche 5 des Bolzens aus. Dadurch wird dieser Bolzen nach unten gedruckt, wobei eine Verformung eintritt, sobald der Bolzen in Berührung mit der kegelstumpfförmigen Fläche 15 kommt und das Material in die Matrizenöffnung 14 hineingedrückt wird. Das Material des ringförmigen Plattierungsteils 3 hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als der Kern, so daß dieser Plattierungsteil der Form der konischen Schulterfläche 15 und der zylindrischen Wand der Bohrung 14 folgt und dieses Material eine allgemein rohrförmige Gestalt annimmt, wie es in F i g. 3 bei 17 dargestellt ist. Zugleich wird aber auch der Kern de" Bolzens nach unten gedrückt und bildet damit den Kern 18 des Verbundkörpers 19, wie er in F i g. 3 dargestellt ist. Nach Beendigung dieses Preßvorganges wird der Preßstempel 11 nach oben zurückgezogen, während der untere als Auswerfer dienende Stempel 12 durch die Bohrung 14 nach oben bewegt wird, bis er in die Bohrung 13 eintritt und den stranggepreßten Verbundkörper 19 auswirft.

Nach Beendigung des Preßvorganges umfaLi also der Verbundkörper 19 einen zylindrischen Kern 18 aus einem gesintertem Metallpulver, z. B. aus Eisen, und eine rohrförmige Überzugsschicht 17, die beispielsweise aus Bronze oder Aluminium bestehen kann. Der Verbundkörper 19 hat weiterhin einen Kopf 20, der ebenfalls mit einem Überzug versehen ist. Die zylindrische Außenwand des Verbundkörpers 19 sowie die konische Fläche des Kopfes 20 kann nun noch gegebenenfalls auf einer spitzenlosen Schleifmaschine geschliffen werden. Wenn der Kopf 20 unerwünscht ist, kann er mit Hilfe einer Säge oder eines Einstechstahls abgeschnitten werden. Man erhält dann das in F i g. 4 dargestellte Werkstück, das beispielsweise -ine Achse für ein Zahnrad oder eine Seilrolle bilden kann.

Bei dieser Vervendung des Verbundkörper besteht die rohrförmige Überzugsschicht 17 vorzugsweise aus Bronze, damit man in Zusammenhang mit einem geeigneten Schmiermittel hervorragende Lager·· eigenschaften erzielt. Wenn dagegen diese rohrförmige Überzugsschicht 17 aus Aluminium besteht, schützt sie den Kern 18, der beispielsweise aus Eisen oder Stahl besteht, gegen Rostbildung. Bei einer Überzugsschicht aus nichtrostendem Stahl, wird der Kern 18 gegen Eros'on geschützt, die durch das Vorbeiströmen heißer Gase hervorgerufen werden kann, wie es z. B. bei Brennkraftmaschinen vorkommen kann, wenn der Verbundkörper ein Auslaßventil darstellt.

Das in F i g. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Strangpreßbolzens unterscheidet sich von dem in F i g. 1 dargestellten Bolzens lediglich dadurch, daß der Plattierungsteil 3 eine relativ dünne Scheibe mit

einer nur sehr kleinen zentralen Öffnung 4 ist. Der Plattierungstcil 3 hat wiederum einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Material des Kernes 2. Dieser in Fig. 5 abgebildete Bolzen wird ebenfalls wieder so in den Rezipienten eingelegt, daß das vom Plattierungstcil 3 umgebene Ende des Kerns 2 zur Matrizenöffnung 14 zeigt. Wie zuvor wird wieder ein Druck auf die obere Stirnfläche 5 des Bolzens ausgeübt und das gesinterte Metallpulver des Kerns bahnt sich seinen Weg durch die zentrale Öffnung 4 des Plattierungsteils 3 nach unten. Wenn der Plattierungsteil 3 nach unten in die engere Bohrung 14 gedrückt wird bildet dessen Material kurzzeitig einen innenliegenden, ringförmigen verdickten Abschnitt 21, durch den die Bahn für das Kernmaterial verengt wird. Somit entsteht an dieser Stelle praktisch ein ringförmiger Keil, durch den der Kern 18 und die rohrförmige Überzugsschicht 17 des Verbundkörpers 19 miteinander verankert werden. Außerdem wird hierdurch der Ziehvorgang unterstützt, dem die Mateiialien des Kerns 2 und des Platticrungsteils 3 unterworfen sind, wenn sie in der engeren Bohrung 14 nach unten fließen.

Auf Grund der Tatsache, daß der in Fig. 5 gezeigte Bolzen einen anders geformten Kern 2 und einen anders geformten Plattierungsteil 3 sowie auch ein anderes Mengenverhältnis der verwendeten Materialien hat wie der in Fig. I dargestellte Strangprcßboizcn i. hat auch der in Fig. 6 üciigcMcilic Verbundkörper 19 eine andere Gestalt. Dieser Verbundkörper eignet sich sehr gut als Tellerventil oder als Ventilstößel bei Anordnungen, bei denen es nicht einem Gasstrom von hoher Temperatur ausgesetzt ist. Beispielsweise kann dieses in F i g. (S dargestellte Werkstück bei einem hydraulischen oder pneumatischen Vcntilaggrcgat verwendet werden, bei dem es keinen hohen Temperaturen ausgesetzt ist.

Die in Fig. 7 dargestellte Strangpresse 10 unterscheidet sich von der in F i g. 1 dargestellten und oben beschriebenen Strangpresse dadurch, daß der untere, zugleich als Auswerfer dienende Stempel 12 in Form eines Rohres ausgebildet ist. In der unteren Bohrung 14 ist weiterhin ein massiver Kernstempel

21 angeordnet, der am oberen Ende seines Schaftes

22 einen verdickten Kopf 23 trägt, der am oberen Ende vorzugsweise eine konische Form hat. In F i g. 7 ist der Strangpreßbolzen 1 bereits in den Rezipienten 13 derart eingeführt, daß sein Plattierungsteil zur Matrizenöffnung 14 weist.

Vor Beginn des Strangpressens wird der massive Kernstempel 21 nach oben bewegt, bis die obere Stirnfläche des Kopfes 23 annähernd gerade unterhalb der Unterkante der kegelstumpfförmigen Schulterfläche 15 angeordnet ist, wie es in F i g. 7 gezeigt ist. Der als Auswerfer dienende Stempel 12 wird etwa in die Lage gebracht, wie es in Fig.2 dargestellt ist. Das Strangpressen wird wie oben beschrieben durchgeführt. Die F i g. 8 zeigt die Stcllng der Stempel 11, 12 und 21 in einem Stadium nach Beendigung des Strangpreßverfahrens.

Der so gefertigte rohrförmige Verbundkörper 19 ist in F i g- 9 dargestellt. Er hat an seinem einen Ende einen Kopf 20, dessen Dicke davon abhängt, wie weit der obere Stempel 11 in den Rezipienten 13 eingeführt wird. Der Strangpreßvorgang wird also beendet, während sich noch ein Teil des Strangpreßbolzens 1 im Rezipienten befindet. Der geschaffene Verbundkörper kann als hohle Welle beispielsweise für ein Kraftübcrtragungsglied oder aber als Kolben verwendet werden. Gegebenenfalls kann der Kopf 20 abgeschnitten werden.

ίο Der in F i g. 10 abgebildete Strangpreßbolzcn 1 besteht aus einem becherförmig hergestellten Plattierungsteil 3, der über einen zylindrischen Kern 2 gestülpt ist. Dieser Kern 2 kann einen nach unten ragenden Vorsprung 6 aufweisen, der das Hineinfließen des Materials in die Matrizenöffnung 14 erleichtert. Der becherförmige Plattierungsteil 3 kann bei 7 abgeschrägt sein, um die Tiefe zu regeln, bis zu der die seitlichen Teile 8 gegenüber dem oberen Teil 9 fließen. Vor Beginn des Pressens nehmen die Stempel 11 und 12 die in F i g. 11 dargestellte Lage ein. Wenn der obere Stempel 11 in den Rezipienten 13 eingeführt wird, bewegt sich gleichzeitig der untere Stempel 12 nach unten. Das Material des Kerns 2 sowie das Material des Plattierungsteiles3 fließen dann bei genügend großer Druckeinwirkung in die Matrizen-Öffnung 14. In Fig. 12 ist die Strangpresse 10 nach Beendigung des Arbeitsverfahrens dargestellt und man erkennt den fertigen Verbundkörper 19. Dieser Verbundkörper hat wiederum einen Kopf, der vollständig von dem Material 17 des Platticrungsteiles 3 überzogen ist. Auch der Schaft des Verbundkörpers ist über einen bestimmten Bereich mit diesem schützenden Material überzogen.

Der in F i g. 13 dargestellte Strangpreßbolzen 1 besteht aus einem ringförmigen Plattierungsteil 3, der den Kern 2 vollständig aufnimmt. Aus einem solchen Strangpreßbolzen läßt sich nach dem Verfahren ein Verbundkörper 19 herstellen, der — wie Fig. 14 zeigt — nur im Randbereich seines Kopfes mit einem Überzug versehen ist.

In Fig. 15 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Strangpreßbolzens 1 dargestellt, der einen sehr schmalen ringförmigen Plattierungsteil 3 mit einer verhältnismäßig großen Öffnung 4 aufweist. Das aus diesem Strangpreßbolzen 1 nach dem Verfahren hergestellte Erzeugnis ist in F i g. 16 abgebildet.

Alle in den Figuren dargestellten Strangpreßbolzen werden in der Weise hergestellt, daß zunächst der Kern 2 und der Plattierungsteil 3 getrennt gepreßt und gesintert und anschließend zusammengefügt werden. Das ist deswegen vorteilhaft, weil durch das getrennte Verpressen und Sintern der einzelnen unterschiedlichen Metalle die jeweils optimalen Preßdrücke und Sinterbedingungen eingehalten werden können. Außerdem ist man in der Ausbildung der Strangpreßbolzen frei, d. h. Kern- und Plattierungsteil können, wie aus den Figuren hervorgeht, die unterschiedlichsten Formen annehmen. Nach dem beschriebenen Verfahren können damit Verbundkörper aus einem Kern eines bestimmten Metalls und aus einem Überzug aus einem anderen Metall fertigungstechnisch sehr leicht und schnell hergestellt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur pulvermeta'.lurgisehen Herstellung stranggepreßter Verbundkörper aus gesintertem Kern und gesintertem Plattierungsteil, bei dem der Strangpreßbolzen auf eine zum Erweichen zumin^-t eines der Metallanteile ausreichende Temperatur erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Kern (2) und Plattierungsteil (3) getrennt gepreßt und gesintert werden, und zwar der Plattierungsteil (3) mk einer konzentrischen Öffnung (4) gleichen Durchmessers wie zumindest ein Ende des Kerns (2), daß beide Sinterkörper zu einem Strangpreßbdzen (1) ineinandergesteckt werden und dieser Bolzen (1) so in den Rezipienten (13) eingelegt wird, daß das vom Plattierungsteil (3) umgebene Ende des Kerns (2) zur Mdtrizenöffnung (14) weist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strangpreßvorgang in an sich bekannter Weise beendet wird, während sich noch ein Teil des Bolzens (1) im Rezipienten (13) befindet.