DE1758540B1

DE1758540B1 - Verfahren zum herstellen von stangen rohren oder draht durch hydrostatisches strangpressen

Info

Publication number: DE1758540B1
Application number: DE19681758540
Authority: DE
Inventors: J Nilsson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1967-06-26
Filing date: 1968-06-22
Publication date: 1972-03-09
Also published as: SE377434B; FR1569530A; JPS5132564B1; US3559271A; GB1221879A

Description

vermeiden, ist es bekannt, beim hydrostatischen Strangpressen von Preßkörpern aus gepreßtem Pulver dichte metallische Hüllen zu verwenden. Häufig jedoch soll das fertige Produkt eine Hülle nicht aufweisen. In solchen Fällen muß die Hülle, die mit durch die Matrize gepreßt wurde, nachträglich entfernt werden, was kostspielige Arbeitsgänge erfordert.

Durch die Erfindung nun soll ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen werden, das es ermöglicht, aus Pulver gepreßte Preßkörper ohne Verwendung einer metallischen Hülle im hydrostatischen Strangpreßverfahren weiterzuverarbeiten.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Preßkörper hoch verdichtet und an seiner Oberfläche mit einer flüssigkeitsdichten Hülle aus einem nichtmetallischen, plastischen Material beschichtet wird, daß der beschichtete Preßkörper in an sich bekannter Weise aus einer Preßkammer durch eine in diese eingesetzte Matrize mit Hilfe eines in der Preßkammer eingeschlossenen Druckmittels und eines Druckerzeugers zu einem Profil gepreßt wird, dessen Querschnitt von der öffnung in der Matrize bestimmt wird, und daß dann die Hülle, die das Druckmittel während des Strangpressens am Eindringen in die Poren des Stoffes hindert, entfernt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden meist Metallpulver verwendet. Es können jedoch auch Mischungen aus Metall- und Oxydpulvern oder Metallpulvern mit einem Oxydbelag zur Anwendung kommen. Beispielsweise sind im Handel erhältliche Pulver aus Kupfer, Aluminium, Eisen usw. mit einer Teilchengröße unter 150 μ anwendbar. Das Entfernen der nichtmetallischen Hülle ist im Gegensatz zum Entfernen einer Hülle aus Metall leicht möglich.

Die flüssigkeitsdichte Hülle wird vorteilhafterweise aus einer Plastschicht mit einer Härte von mindestens 60 Shore A hergestellt. Bei dieser oder höherer Härte hat das Plastmaterial eine solche Widerstandskraft, daß es nicht in die Poren zwischen den Pulverteilchen des Preßkörpers hineingepreßt wird. Weichgemachtes PVC (Polyvinylchlorid) ist ein gut geeignetes Material.

Die Plastschicht, die die Hülle bildet, kann dadurch hergestellt werden, daß ein erwärmter Preßkörper mit einem Pulver oder mit Granulaten aus einem Plast in Berührung gebracht und danach eventuell in einen Wärmeofen eingesetzt und dort so behandelt wird, daß die Plastschicht die erwünschte Dichte und Härte bekommt. Es ist auch möglich, die Plastschicht durch Eintauchen des Körpers in eine Plastschmelze oder ein durch Lösungsmittel flüssig gehaltenes Plast zu erhalten oder durch Aufspritzen eines geschmolzenen oder in einem Lösungsmittel aufgelösten plastischen oder elastischen Materials aufzubringen.

Vorzugsweise wird der Preßkörper vor dem Strangpressen so hoch verdichtet, z. B. durch hydrostatische Verdichtung, daß seine Dichte mindestens 60% der theoretischen Dichte des festen Stoffes aus demselben Material beträgt.

Damit die Preßkörper eine rißfreie Oberfläche erhalten, ist es notwendig, einen über einem gewissen Minimum liegenden Preßdruck zu verwenden. Dieser Druck ist in gewissem Grade vom Material abhängig; je spröder das Material ist, desto höher muß der Preßdruck in der Regel sein. Der erforderliche Preßdruck kann in den meisten Fällen dadurch erhalten werden, daß das Verpressungsverhältnis groß genug gewählt wird. Dieses gewöhnlich mit 5 bezeichnete Verpressungsverhältnis ist gleich dem Verhältnis zwischen dem Querschnitt A₀ des Ausgangspreßkörpers und dem Querschnitt A des stranggepreßten Körpers. Somit erhält man

5=

Bei einem niedrigen Verpressungsverhältnis kann ein rißfreies Produkt durch Pressen mit einem Gegendruck auf der Auslaufseite der Matrize erhalten werden. Pressen mit Gegendruck kann beim Pressen von sprödem Material notwendig sein oder dann, wenn man aus einem anderen Grunde wünscht oder gezwungen ist, mit niedrigem Verpressungsverhältnis zu arbeiten. Der Gegendruck verlangt einen entsprechend höheren Druck in der Preßkammer und kompliziert die Ausrüstung beträchtlich. Ein höherer Gegendruck als 4000 bis 5000 bar ist kaum anwendbar. Bei einem Gegendruck in dieser Größenordnung sollte S>3 sein, um ein rißfreies Produkt zu erhalten. Bei S > 6 ist es in der Regel möglich, ein rißfreies Produkt beim Strangpressen ohne Gegendruck zu erhalten. Bei sehr hohen Verpressungsverhältnissen erhält man durch die Deformationsarbeit eine Temperaturerhöhung von solcher Größe, daß das Pulver beim Herauspressen durch die Matrize sintert. Beim Strangpressen von Aluminiumpulver ist für die Sinterung ein Verpressungsverhältnis von 5>60 erforderlich. Falls das Strangpressen unter Gegendruck erfolgt, ist das Mundstück auf der Ausgangsseite an eine Druckkammer angeschlossen, in der ein konstanter Gegendruck mit Hilfe von hierfür geeigneten Regelorganen aufrechterhalten wird.

Durch das Verfahren gewinnt man unter anderem, daß man aus Pulver Produkte mit größerer Dichte als mit bisher verwendeten Verfahren herstellen kann. Große Dichte bedeutet einen innigen Kontakt zwischen den Pulverteilchen, wodurch der Körper leichter sintert. Ebenso ergibt der gute Teilchenkontakt geringere Dimensionensveränderungen beim Sintern und ein Endprodukt mit besseren mechanischen Eigenschaften.

Das verwendete Pulver kann aus einer Mischung von Stoffen bestehen, die je für sich plastisch formbar sind. Beim Strangpressen wird eine Stange geformt, in der die hierin enthaltenen Stoffe beim nachfolgenden Sintern die Legierung bilden, die dem Erzeugnis die gewünschten Eigenschaften gibt. In vielen Fällen kann man dadurch die Legierungsstoffe besser ausnutzen und die gewünschten Eigenschaften des Produkts bei geringerem Verbrauch an Legierungsstoffen erhalten, die gewöhnlich die teuersten Komponenten in der Pulvermischung sind.

Ein anderer durch das erfindungsgemäße Verfahren gewonnener Vorteil ist, das man Stangen von gewünschten Dimensionen mit engen Toleranzen aus einem Material herstellen kann, das in der Form einer Legierung nicht plastisch bearbeitbar ist und somit nicht durch Walzen oder Schmieden die gewünschte Dimension erhalten kann. Eine Pulvermischung mit derselben Zusammensetzung kann dagegen durch Pressen zu Stangen geformt werden unter der Voraussetzung, daß wenigstens ein Teil der ent-

5 6

haltenen Stoffe je für sich verformbar ist. Beispiele aufnimmt. Die Preßkammer 1 sitzt auf einem Tisch

der oben angegebenen Legierungen sind: 11, der mit dem Joch 10 durch nicht gezeigte Teile

„. ., .. ·,, «iz-un. des Pressengestells verbunden ist. Die Matrize 4 sitzt

Eisen-Aluminmm mit hohem Al-Gehalt, ·_{η einem im} ⁶ _{Tisch u versenkten Halter 12 Unter der}

Eisen-Nickel-Kobalt mit hohem Ni- und Co- _g Matrize 4 ist eine Gegendruckkammer 13 angeordnet. ^{üe al} * Diese besteht aus einem Rohr 14, das am Halter 12 Auch dispersionsgehärtete Produkte mit sehr guten angeschlossen und am Tisch 11 durch Flansche 15 Eigenschaften können mit Vorteil nach dem Ver- und Bolzen 16 befestigt ist. Das Rohr ist an seinem fahren hergestellt werden. In das Pulver werden dann unteren Ende mit einem Deckel 17 verschlossen, Teilchen aus hartem Pulver eingemischt, z. B. gewisse io z. B. durch einen Bajonettverschluß, der leicht lösbar Oxide, oder es enthält speziell behandeltes Pulver, ist, so daß gepreßte Stangen aus der Gegendruckdessen Pulverteilchen an der Oberfläche eine Oxid- kammer 13 leicht entfernt werden können, schicht haben. Durch die starke Verformung beim Die Gegendruckkammer 13 ist zur Druckregelung Strangpressen erhält man eine große Deformation über einen Kanal 18 mit einem Zylinder 19 verbunder einzelnen Teilchen und ein Auseinanderbrechen i₅ den, in dem ein Kolben 20 gleitet. Der Kolben 20 bilder harten Stoffe in sehr kleine Teilchen, die außer- det die Kolbenstange des Kolbens 21, der in einem dem sehr gleichmäßig in der fertiggepreßten Stange Zylinder 22 gleitet. Der Deckel 23 ist am Zylinder 22 verteilt sind. Dies bewirkt, daß der Gehalt an disper- mit Bolzen 24 befestigt. Im Deckel 23 befindet sich sionshärtenden Stoffen niedrig sein kann, weil gerade ein Kanal 25 und ein Ventilsitz 26, gegen den ein der Abstand zwischen den Teilchen des Zusatz- ₂o Ventilkörper 27 von einer Feder 28 gepreßt wird, materials bestimmend für die Eigenschaften des Pro- Ihre Spannung kann mit der Stellschraube 29 geduktes ist. Durch niedrigen Gehalt an zugesetzten regelt werden, so daß ein gewünschter Gegendruck Stoffen wird der negative Effekt der zugesetzten in der Kammer 13 erhalten werden kann. Mischung unbedeutend. Es ist somit möglich, nach Durch einen Kanal 30 und nicht gezeigte Leitungen dem Verfahren Aluminiumleiter mit großer Festig- 25 ist der Zylinder 22 mit einer Druckquelle verbunden, keit, aber mit ungefähr derselben Leitfähigkeit wie wodurch die Kolben 20 und 21 zwischen den Preß-Leiter aus reinem Aluminium, herzustellen. Beim operationen ungefähr in die in der Zeichnung geStrangpressen eines Aluminiumpulvers mit einem zeigte Lage verschoben werden. Gehalt von 0,5% Al₂O₃ ist es möglich, ein Endpro- 31 ist ein Preßkörper, der stranggepreßt werden dukt mit T₀ = 26 kp/mm², rs = 24 kp/mm² und 30 soll, und 32 ein herausgepreßter Teil eines Profils, ^₃ = IO¹VoZu erhalten. Es ist auch möglich, Alu- d. h. einer Stange, die die Matrize 4 verlassen hat und miniumprodukte mit einem hohen Gehalt an Al₂O₃ sich in der Gegendruckkammer 13 befindet. Der Zyherzustellen, die bei Temperaturen bis zu 400° C ver- linder 7 ist durch die Kanäle 33 und 34 mit einer wendbar sind. Produkte dieser Art waren bisher nur Druckquelle zur Betätigung des Kolbens 6 verbunden, sehr schwer herzustellen und sehr kostspielig. Ma- 35 Der Raum 40 steht durch einen Kanal 41 und eine terialien für Gasturbinenschaufeln mit hoher Festig- nicht gezeigte Rohrleitung in Verbindung mit einem keit bei hohen Temperaturen, die auf Nickel mit Sammelbehälter für eine Hydraulikflüssigkeit. 35, 36, ThO₂ als dispersionshärtendem Material basieren, 37, 38 und 39 sind Dichtungen zwischen zum Hykönnen ebenfalls nach dem erfindungsgemäßen Ver- drauliksystem gehörenden Konstruktionselementen, fahren hergestellt werden. 40 Bei der Durchführung des Verfahrens mit Hilfe

Die Ausführung der Matrize ist ebenfalls von Be- der gezeigten Presse wird wie folgt gearbeitet,

deutung für die Qualität der Oberfläche einer strang- Ein Preßkörper 31 wird geformt und mit einer

gepreßten Stange. Die Matrize hat vorteilhafterweise nachgiebigen flüssigkeitsdichten Hülle umgeben. Da-

einen konischen Eingangsteil, dessen Kegelwinkel nach wird er in einer Druckkammer durch Einwir-

zweckmäßig größer als 25 und kleiner als 90° ist, je 45 kung eines hydrostatischen Druckes gepreßt. Nach

nach dem strangzupressenden Stoff. Bei vielen Ma- dem Pressen wird die Hülle entfernt und das eine

terialien ist ein Kegelwinkel von etwa 45° zweck- Ende des Preßkörpers so geformt, daß es sich gut der

mäßig. Der kalibrierende Teil der Matrize unterhalb Matrize 4 anpaßt. Der Preßkörper wird dann mit

des Eingangskegels muß eine gewisse Mindestlänge einer neuen, dünnen, flüssigkeitsdichten Hülle, z. B.

haben, wenn das beste Resultat erhalten werden soll. 5° einer Lackschicht, versehen und in die Preßkammer 1

Eine Länge von etwa 10 mm hat sich bei bisher ver- gelegt. Der Kolben 5 wird nun durch Druckbeauf-

preßten Materialien als zweckmäßig und ausreichend schlagung des Kolbens 6 in den Zylinder 2 geschoben,

erwiesen. wobei er einen Druck in der Kammer 1 erzeugt. So-

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der bald der Druck einen gewissen Wert erreicht hat, wird

Zeichnung weiterhin erläutert, die schematisch eine 55 der Preßkörpre deformiert, so daß er durch die Ma-

Presse zur Durchführung des Verfahrens zeigt. trize 4 gepreßt wird, wobei ein Profil 32 entsteht.

In der Figur bezeichnet 1 eine Preßkammer. Sie Dieses hat eine sehr große Dichte und Maßgenauig-

wird von einem Stahlzylinder 2 gebildet, der mit keit. Hierdurch erhält man eine sehr geringe und

Hilfe eines Mantels 3 aus Band oder Draht stark vor- gleichmäßige Schrumpfung bei der nachfolgenden

gespannt ist. Mit 4 ist eine Matrize und mit 5 ein 60 Sinterung, so daß nur eine minimale Nachbearbeitung

Kolben bezeichnet. Der Kolben 5 bildet die Kolben- erforderlich ist.

stange eines weiteren Kolbens 6, der in einem Zylin- Bei dem gezeigten Beispiel erfolgt das Strangpres-

der 7 gleitet. Dieser ist unten durch einen Deckel 8 sen unter Gegendruck. Das Profil 32, das die Ma-

verschlossen, der eine Bohrung für den Kolben 5 hat. trize 4 verläßt, wird in die Gegendruckkammer 13

Der Deckel 8 ist mit Schrauben 9 am Zylinder 7 be- 65 hineingepreßt, in der während des Strangpressens ein

festigt. konstanter Gegendruck aufrechterhalten wird. Dieser

Der Zylinder 7 ist an einem Joch 10 des Pressen- Druck wird von der an der Kammer 13 angeschlos-

gestells befestigt, das den Druck beim Strangpressen senen Druckregelungsanordnung mit dem Differen-

tialkolben 20, 21 und dem Regelventil mit dem von der Feder 28 beeinflußten Ventilkörper 27 aufrechterhalten, der die Flüssigkeit aus dem Zylinder 22 ausströmen läßt, wenn der Druck einen gewissen eingestellten Wert erreicht hat.

Nach beendetem Preßvorgang wird der Deckel 17 entfernt und der Preßkörper herausgenommen. Der

Kolben 5 wird dadurch in seine obere Lage zurückgeführt, daß dem Raum unter dem Kolben 6 im Zylinder 7 durch den Kanal 33 Flüssigkeit zugeführt wird. Die Kolben 20 und 21 werden dadurch in die gezeigte Lage zurückgeführt, daß dem Zylinder 22 durch den Kanal 30 Flüssigkeit zugeführt wird. Danach kann ein neuer Arbeitszyklus beginnen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Copy 209 511/103

Claims

1 2 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Patentansprüche: bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Matrize tretende Strangpreßkörper einem Gegen-

1. Verfahren zum Herstellen von Stangen, Roh- druck in einer Kammer ausgesetzt wird, die an der ren oder Draht aus Pulver, vorzugsweise aus 5 Außenseite der Matrize angeschlossen ist.
Metallpulvern eines oder mehrerer Metalle, durch
hydrostatisches Strangpressen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Preßkörper (31) hoch
verdichtet und an seiner Oberfläche mit einer flüssigkeitsdichten Hülle aus einem nichtmetallischen, 10
plastischen Material beschichtet wird, daß der beschichtete Preßkörper in an sich bekannter Weise
aus einer Preßkammer (1) durch eine in diese eingesetzte Matrize (4) mit Hilfe eines in der Preß- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kammer (1) eingeschlossenen Druckmittels und 15 Herstellen von Stangen, Rohren oder Draht aus Puleines Druckerzeugers (5, 6, 7) zu einem Profil ver, vorzugsweise aus Metallpulvern eines oder (32) gepreßt wird, dessen Querschnitt von der mehrerer Metalle, durch hydrostatisches Strang-Öffnung in der Matrize (4) bestimmt wird, und pressen.

daß dann die Hülle, die das Druckmittel während Viele harte und spröde Körper, die nur schwer

des Strangpressens am Eindringen in die Poren 20 durch spanabhebende oder spanlos verformende

des Stoffes hindert, entfernt wird. Bearbeitungsverfahren zu bearbeiten sind, bestehen

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- aus Legierungen einzelner Metalle, die, jedes für sich, kennzeichnet, daß die Hülle aus einer Plastschicht d. h. in unlegiertem Zustand, weich und ziehbar sind, mit einer Härte von mindestens 60 Shore A herge- Wenn die aus solchen Legierungen bestehenden Körstellt wird. 25 per aus gepreßten und danach gesinterten Pulver-

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- mischungen hergestellt werden, so daß erst nach der kennzeichnet, daß die Hülle aus weichgemach- Formung eine Legierung oder Bindung zwischen den tem PVC (Polyvinylchlorid) hergestellt wird. einzelnen Stoffen erhalten wird, die dem fertigen Kör-

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 per die gewünschten Eigenschaften gibt, entfällt ein bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssig- 30 großer Teil der Bearbeitung, d. h., die Körper braukeitsdichte Hülle durch Inberührungbringen des chen nur justiert zu werden. Eine wesentliche Schwieerwärmten Preßkörpers mit Pulver oder mit Gra- rigkeit bei der Herstellung von Körpern aus Pulver nulat aus einem Plast oder durch Tauchen in eine ist es aber, eine so große Dichte zu erzielen, daß die Plastschmelze oder in ein durch Lösungsmittel Körper bei der Sinterung so gering und gleichmäßig flüssig gehaltenes Plast oder durch Aufspritzen 35 schrumpfen, daß die Körper die erwünschten geringen eines in einem Lösungsmittel aufgelösten pla- Toleranzen erhalten, bzw. daß ihre Dichte so groß stischen oder elastischen Materials aufgebracht ist, daß sich die gewünschten Eigenschaften der Lewird. gierung ausbilden können. Es ist besonders schwierig,

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 beim Pressen stabförmiger Körper von großer Länge bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßkör- 40 eine gleichförmige Dichte derart zu erhalten, daß bei per vor dem Strangpressen so hoch verdichtet der Sinterung oder der Verdichtung die Dimensionswird, daß seine Dichte mindestens 60% der theo- änderungen längs der Stablänge gleichmäßig werden retischen Dichte des Feststoffes aus demselben und so geringe Werte haben, daß die gewünschten Material beträgt. Toleranzen eingehalten werden können.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden 45 Das Formen von Stangen aus mit Plastifizierungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit mitteln versetztem Pulver mit Hilfe einer Matrize ist einem Verpressungsverhältnis S größer als 3, bekannt. Bei bisher bekannten Verfahren war der Zuvorzugsweise größer als 6, gearbeitet wird. satz eines Plastifizierungsmittels einmal notwendig,

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 um das Pressen bei mäßigem Druck durchführen zu bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das hydro- 50 können, und zum anderen, um das Pulver während statische Strangpressen unter einem so hohen der weiteren Bearbeitung zusammenzuhalten. Die Druck durchgeführt wird, daß die Verformungs- Zusätze bewirken aber, daß die Pulverdichte herabarbeit die für die Sinterung des Pulvers erforder- gesetzt wird. Sie werden vor der Sinterung entfernt liehe Temperaturerhöhung ergibt. oder verschwinden beim Sintern ganz oder teilweise

8. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 7 55 und veranlassen dadurch die Bildung von Zwischenauf einen Preßkörper aus Aluminiumpulver, wo- räumen zwischen den Pulverkörnern oder ein bei das Verpressungsverhältnis S größer als Schrumpfen des Körpers, was schlechte mechanische 60 ist. Eigenschaften ergibt bzw. die Einhaltung enger To-

9. Anwendung des Verfahrens nach einem der leranzen ausschließt.

Ansprüche 1 bis 7 auf ein Pulver, das aus einer 60 Ebenfalls bekannt ist das Strangpressen aus erMischung von Stoffen besteht, die jeder für sich hitztem Pulver. Die hohe Temperatur von oft über plastisch formbar sind, wobei beim nachfolgenden 1000° C erzeugt jedoch große Beanspruchungen der Sintern eine Legierungsbildung erfolgt. Werkzeuge. Wie auch bei den meisten anderen span-

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 losen Bearbeitungsmethoden unter Anwendung von bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in ein Metall- 65 Wärme ist es schwer, enge Toleranzen einzuhalten pulver ein dispersionshärtendes Pulver einge- und glatte Oberflächen zu erzielen.

mischt wird, z. B. ein Metalloxyd, wie AL₁O₃, Um den unerwünschten Kontakt zwischen dem zu

ThO₂ usw. " sinternden Pulverkörper und der Druckflüssigkeit zu