DE19745283C2 - Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Pulvern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus pulverförmigen Ausgangswerkstoffen, das in treffender Weise als Warmfließkompaktierung bezeichnet werden kann. Dabei werden die verschieden­ sten Pulver in ein Werkzeug gegeben und verpreßt, so daß sich durch den Preßdruck die Form des Bauteiles ausbildet. In der Regel wird ein so erzeugter Grün­ körper im Nachgang dazu gesindert, so daß die Bindung zwischen dem Pulver vergrößert und entsprechend die Dichte und die Festigkeit erhöht wird.

Mit bekannten Verfahren können Bauteile ohne weiteres hergestellt werden, bei denen Bauteile mit Hinter­ schneidungen hergestellt werden sollen oder die Bau­ teilform der Preßrichtung folgt und in den Fällen, bei denen Kerne zur Ausbildung von beispielsweise Bohrungen in dem Werkzeug aufgenommen sind, ist es in diesen Fällen erforderlich, ein Fließen des Werkstof­ fes quer zur Preßrichtung zu erreichen. Werden solche Formen gewünscht, treten in der Regel Scherrisse auf, die die Festigkeit und Stabilität des hergestellten Bauteiles soweit einschränken, daß deren Verwendung ausscheidet.

Mit den bekannten Verfahren ist es nur in wenigen speziellen Fällen möglich, auf diese Art und Weise Hinterschnitte mit pulverförmigen Ausgangsmaterialien herzustellen. Es werden daher starre geradwandige ma­ trizenförmige Werkzeuge verwendet, die nur einfache Formen aufweisen und demzufolge auch einfach ausge­ formt werden können, um beim Ausformen Zerstörungen zu vermeiden.

Für die Herstellung von Bauteilen mit Pulvern als Ausgangsmaterialien, die komplizierte Bauformen mit Hinterschnitten oder Querbohrungen aufweisen, sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, die jedoch gene­ rell einen erhöhten Herstellungsaufwand erfordern.

So ist es beispielsweise bekannt, daß Bauteil durch Pressen des verwendeten Pulvers, wie bereits erwähnt, in einfach ausgebildeten Form zu erzeugen und im Nachgang dazu durch spanende Bearbeitung die ge­ wünschte Kontur oder die Bohrung auszubilden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die entsprechend einfach ausgebildeten Bauteile im Nachgang zum Pres­ sen durch Fügen mehrerer solcher Bauteile (Löten, Schweißen, Kleben) in die gewünschte komplexe Form zu bringen.

Desweiteren ist es bekannt, wenn die jeweiligen Hin­ terschnitte nur durch einen geringen Versatz im Bau­ teil gekennzeichnet sind, durch Verwendung horizontal getrennter Matrizen, die Bauteile entformbar zu ma­ chen. Hat der jeweilige herzustellende Hinterschnitt nur eine kleine Nut im Bauteil oder eine Nase am Bau­ teil, so kann dieses durch einen Hilfstempel entformt werden. Dabei müssen die Hinterschnitte im Verhältnis zum Bauteil klein sein, da die Pulverbewegung beim Pressen quer zur Preßrichtung immer zu Rissen an den Kanten der Hinterschnitte führt, hierfür hat sich die Bezeichnung "Querfließrisse" oder dem Erscheinungs­ bild der Risse im englischen entsprechend "dead-water-crack" eingebürgert.

In einer dritten Möglichkeit zur Herstellung von Hin­ terschnitten und Querbohrungen in solchen Bauteilen besteht darin, daß bekannte Metallpulver-Spritzgießen einzusetzen. Dabei wird dem Ausgangspulver Wachs und Polymer in einer Menge zugesetzt, so daß es mit den aus der Kunststoff-Formgebung bekannten Verfahren verarbeitet werden kann. Das Metallpulver-Spritzguß­ verfahren (MIM-Prozeß) erfordert jedoch zusätzliche Verfahrensschritte, wie z. B. das erforderliche Aus­ treiben des hohen Bindergehaltes, da ansonsten das Bauteil beim Aufheizen auf Sintertemperatur wieder zerfließen würde oder die hohe Schwindung des Bautei­ les beim Sintern (Verzugsgefahr) auftreten, so daß nur relativ große Toleranzen bei den herzustellenden Abmaßen der Bauteile eingehalten werden können.

Solche Herstellungsverfahren sind in Werner Schatt, Klaus-Peter Wieters: "Powder Metallur­ gy-Processing and Materials"; European Powder Metal­ lurgy Association (EPMA) Shrewsbury; UK, 1997, R. M. German: "Powder Metallurgy Science", Metal Powder Industries Federation; Princeton; New Jersey; 1984 sowie Randall M. German, Animesh Bose: "Injec­ tion Molding of Metals and Ceramics"; Metal Powder Industries Federation; Princeton; New Jersey; 1997 beschrieben worden.

Ausgehend hiervon, ist es Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, mit der komplex ausgebildete Bauteile aus pulverförmigen Ausgangsmaterialien mit­ tels Pressen mit geringem Aufwand unter Vermeidung von Querfließrissen hergestellt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal­ tungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich bei Verwendung der in den untergeordneten An­ sprüchen enthaltenen Merkmale.

Mit der Erfindung ist es nunmehr möglich, mit verrin­ gerten Verfahrensaufwand eine wesentlich höhere Form­ komplexität der herzustellenden Bauteile zu errei­ chen, als dies bisher mit den herkömmlichen axialen Preßverfahren möglich ist. Ein weiterer Vorteil be­ steht darin, daß das durch Pressen hergestellte Bau­ teil geringer schwindet, als dies bei dem bekannten Pulver-Spritzgießverfahren der Fall war.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die ther­ moplastischen Eigenschaften eines temporären Binders, der dem Ausgangspulver zugesetzt wird, ausgenutzt. Dabei kann durch Erwärmung und dabei Erweichung bzw. Verflüssigung des Binders auch die Fließfähigkeit des Pulverausgangsmaterials soweit verbessert werden, daß unter Vermeidung der Querfließrisse auch ein Materi­ altransport in der in einem Werkzeug ausgebildeten Form für die Bauteile quer zur Preßrichtung erfolgen kann.

Dabei wird aus dem pulverförmigen Ausgangsmaterial bereits durch das Pressen ein relativ dichtes Bauteil erhalten und es kann eine Dichte des Bauteils, die nahezu bei 100% der theoretischen Dichte liegt, auf Pulver und Binder bezogen und mindestens oberhalb 70% der theoretischen Dichte (auf das Pulver bezo­ gen) erreicht werden. Sie steigt jedoch während des gesamten Formgebungsprozesses an.

Nach der Erfindung wird dabei so vorgegangen, daß eine so hohe Dichte in einer Pulverpackung einge­ stellt wird, daß durch die Zugabe einer geringen Men­ ge an einem Preßhilfsmittel (Binder) die Eigenschaf­ ten des Ausgangspulvers so beeinflußt werden, daß es ein viskoses Verhalten aufweist. Dabei wird erfin­ dungsgemäß der Anteil an Binder so gewählt, daß der aufgebrachte Preßdruck bei Erwärmung und zumindest Erweichung des Binders das Gemisch aus Ausgangspulver und Binder zum Fließen bringen kann, jedoch vermieden wird, daß infolge des Binderanteils, das Eigengewicht von Teilen des Grünlings, dessen Fließgrenze beim Aufheizen auf Sintertemperatur überschreitet.

Dabei kann günstigerweise handelsübliches Pulver als Ausgangsmaterial verwendet werden, dem ein gewisser Anteil an Feinpulver zugegeben werden kann. Dabei kann der Feinanteil des Pulvers die gleiche Konsi­ stenz, wie das normale Pulver aufweisen. Es können aber auch im Feinanteil bestimmte Legierungsanteile enthalten sein, die die erreichbaren Bauteileigen­ schaften gezielt beeinflussen können.

Das Pulver kann dann mit dem verwendeten Binder ver­ mischt werden. Dabei können der Binder als Gemisch aus einem Polymer und Wachs mit dem Pulver bei einer Temperatur vermischt werden, bei der das Polymer be­ reits erweicht und das Wachs geflossen ist. Dadurch können die feinen Pulverpartikel durch den Binder an die gröberen Pulverpartikel gebunden und die gröberen Partikel des Pulvers von einer Binderschicht mit fei­ nen Pulverpartikeln umgeben werden. Das so vorbehan­ delte Pulver ist aber noch gut handhabbar und riesel­ fähig und liegt als Verbundpulver vor.

Dieses Verbundpulver kann auf eine Temperatur vorge­ wärmt werden, bei der der Binder wieder erweicht und dann in ein beheizbares geteiltes Werkzeug, in dem die Form des herzustellenden Bauteiles enthalten ist, eingebracht werden. Hierfür kann die Vorwärmung des Verbundpulvers extern oder auch im beheizten Werkzeug erfolgen.

Bei Erreichen einer entsprechend hohen Temperatur, bei der der Binder zumindest erweicht ist, wird das Pulver mit mindestens einem Preßstempel im Werkzeug verdichtet und auf das Pulver ein Druck ausgeübt. Dadurch wird das Pulver kompaktiert, wie dies bereits aus dem Stand der Technik bei pulvermetallurgischen Verfahren bekannt ist, und wenn das Pulver durch den Stempeldruck soweit kompaktiert ist, daß der Binder eine durchgängige Phase bildet, setzt ein viskoses Fließen ein. Dieses viskose Fließen sichert dann wei­ ter, daß auch Hohlräume im Werkzeug, die quer zur Preßrichtung des/der Stempel ausgebildet sind, mit der Pulver-Bindermischung gefüllt werden. So können auch Bereiche, die im Windschatten von im Werkzeug aufgenommenen Kernen liegen, mit ausreichender Dichte gefüllt werden.

Der so vorbereitete Grünkörper kann dann durch Öffnen eines geteilten Werkzeuges entformt und in bekannter Weise gesintert werden, da der Binderanteil klein ist, wird zwar die Fließfähigkeit des Ausgangspulvers verbessert, jedoch verhindert, daß beim Sintern das Eigengewicht der Teile ausreicht, um das so vorgefer­ tigte Bauteil zerfließen zu lassen und die Bauteile ohne Rücksichtnahme auf den Binder relativ schnell auf die Sintertemperatur aufgeheizt werden können.

Durch den zugegebenen Feinanteil am Ausgangspulver erhöht sich die Sinteraktivität und demzufolge auch die Enddichte der gesinterten fertigen Bauteile.

Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren wird die Dichtezunahme auf die Formgebung bei der Verdichtung durch Pressen und durch die Schwindung beim Sintern verteilt. Im Gegensatz dazu, wird bei herkömmlichen Preßverfahren das Ausgangspulver erst lose gepackt und die Verdichtung erfolgt hauptsächlich im Formge­ bungsschritt beim Pressen. Beim Metallpulver-Spritz­ verfahren wird die Dichtezunahme erst beim Sintern durchgeführt und die Formgebung läuft nahezu ohne Verdichtung ab.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können die ver­ schiedensten Bauteile durch Pressen in den komplexe­ sten Formen, insbesondere mit Hinterschnitten, Boh­ rungen quer zur Preßrichtung, als Durchgangsbohrung oder Sacklöcher, hergestellt werden. Dabei können die Bohrungen oder Sacklöcher ohne zusätzliche bewegliche Stempel im Bauteil erzeugt werden und es kann hierfür auf einfache Kerne zurückgegriffen werden. Außerdem können auch Kerne mit aufgebrachten Gewinden einge­ setzt werden, die aus dem Grünteil, Preßling heraus­ geschraubt werden können. Solche mit Gewinden verse­ henen Bohrungen können in Preßrichtung und auch quer zur Preßrichtung ausgerichtet sein und durch die Fließfähigkeit werden auch die Gewindegänge mit dem Ausgangsmaterial gefüllt. Es können auch Net-SHAPE- Gewinde hergestellt werden, wobei jedoch in jedem Fall die entsprechende Schwindung beim Sintern durch entsprechende Auslegung der jeweiligen Kerne berück­ sichtigt werden muß.

Die verschiedenen relativ komplex ausgebildeten Bau­ teile können normalerweise bereits mit einer entspre­ chend ausgebildeten Form hergestellt werden, ohne daß zusätzliche bewegliche oder Hilfsstempel erforderlich sind und es genügen die ausschließlich zum Verpressen erforderlichen Stempel. Dabei kann mit den Stempeln in gleicher Richtung oder entgegen zueinander wirkend verpreßt werden.

Durch das höhere Fließvermögen und die bessere Beweg­ lichkeit der Pulverpartikel (da sie in einer viskosen Phase bewegt werden) kann eine bessere Homogenität der Dichte im fertigen Bauteil erreicht werden, als dies mit dem herkömmlichen Verfahren (z. B. Matrizen­ pressen) der Fall ist.

Dabei kann dem Ausgangspulver, wie bereits erwähnt, ein Anteil an Feinpulver zur Erhöhung der Packungs­ dichte zugegeben werden und dabei ein Anteil an Fein­ pulver zwischen 5 und 40 Vol.-% eingehalten werden. Unter Feinanteil fallen zumindest alle Pulver, die kleiner als der d₅₀-Wert des Ausgangspulvers sind.

Ähnlich wirkt sich auch ein Ausgangspulver aus, bei dem die Teilchengröße über einen relativ großen Grö­ ßenbereich verteilt ist, so daß neben kleinen sehr feinen Partikeln, mittleren Partikeln auch große Par­ tikel enthalten sind.

Als Ausgangspulver können die verschiedensten Mate­ rialien erfindungsgemäß verarbeitet werden. Es lassen sich Bauteile aus den verschiedensten Keramik-, Kunststoffmaterialien und Glas herstellen.

Ganz besonders geeignet ist das Verfahren zur Verar­ beitung von Metallpulver.

Dabei können für solche Metallpulver, z. B. Eisen-Ba­ sis-Legierungen mit einer Körnung unterhalb von 150 µm, dem vorteilhaft ein feines Pulver mit einer Körnung unterhalb 25 µm, besonders vorteilhaft unter­ halb 10 µm zugegeben werden kann. Der Feinanteil sollte bevorzugt zwischen 5 und 20 Vol.- % liegen, wobei sich der Rest zu 100% mit grobem Pulver er­ gänzt.

Mögliche Körngrößen für Keramikpulver als Ausgangs­ material liegen in der gleichen Größenordnung, wobei bei Keramik der Grobkornanteil auch etwas größer sein kann.

Dem Ausgangspulver oder dem mit Feinanteil angerei­ chertem Ausgangspulver kann dann der Binder mit einem Anteil von 0,5 bis 4 Masse-% zugegeben werden, wobei diese Anteile bevorzugt bei metallischen Pulvern ein­ gesetzt werden sollen. Für Pulver mit geringerer Aus­ gangsdichte kann der Binderanteil gegenüber diesem Bereich entsprechend erhöht sein.

Der thermoplastische Binder erweicht bei Erreichen einer für den Binder spezifischen Temperatur und nimmt beim Aufheizen durch die dadurch hervorgerufene Wärmedehnung einen größeren Volumenanteil ein, als dies bei Raumtemperatur der Fall ist, wobei dies die Formgebung bei höherer Verarbeitungstemperatur begün­ stigt. Dabei soll nur soviel Binder verwendet werden, daß der aufgebrachte Preßdruck das Pulver-Binder-Ge­ misch zum Fließen bringen kann, dabei wird der Bin­ deranteil nach oben dadurch begrenzt, daß die Streck­ grenze des Grünlings beim Aufheizen während des Sin­ terns nicht überschritten wird und der Grünling durch das Eigengewicht von Teilen nicht während des Sin­ terns zerstört wird.

Beispiele für Binderzusammensetzungen sind:

• a) Polyoximethylen (POM) mit ca. 4 Masse-% Paraffin,
• b) Polymethylmetacrylat (PMMA) mit ca. 4 Masse-% Paraffin,
• c) Polypropylen (PP) mit 2% Paraffin und 2% Stearinsäure.

Durch diese Vorgaben wird gesichert, daß der Binder­ anteil so klein bleibt, daß sich keine zusätzlichen Austreibeprozesse, wie dies beim Metallpulver-Spritz­ gießen der Fall ist, erforderlich sind.

Die eigentliche Formgebung im Werkzeug erfolgt bei einer Temperatur oberhalb Raumtemperatur, bei der der Binder weich bzw. sogar flüssig ist. Dabei ist eine Erwärmung nur insoweit erforderlich, daß der Binder die dafür entsprechenden Temperaturen erreicht und das Ausgangspulver keine diesbezüglichen Eigen­ schaftsänderungen erfährt. Es liegt auf der Hand, daß der hierfür erforderliche Temperaturbereich, insbe­ sondere bei Ausgangspulvern aus Metall, Keramik oder Glas weit niedriger liegt, da die Erweichungs- bzw. Schmelztemperatur der Binder wesentlich kleiner ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann im Grünkör­ per nach dem Pressen und vor dem Sintern eine größere Dichte erreicht werden, die mit Sicherheit oberhalb der beim Metallpulver-Spritzgießen erreichbaren liegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann für die Herstel­ lung von Bauteilen in den verschiedensten komplex ausgebildeten Formen eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind Bauteile mit Flanschen oder Bünden auf der Mitte, mehrgängige Kettenräder, Teile mit Quer­ bohrungen, Teile mit versetzten Bohrungen, Gewinde­ bohrungen u. a.. Dabei können Konturen und insbesonde­ re Hinterschneidungen aus pulverförmigen Ausgangsma­ terialien durch Verpressen hergestellt werden, wie dies vor der Erfindung unmöglich war. Ebenfalls erst­ malig konnten Bauteile pulvermetallurgisch mit Gewin­ den in einem solchen Verfahren hergestellt werden.

Das Verfahren kann neben den bereits erwähnten Aus­ gangswerkstoffen auch mit anderen Pulvern angewendet werden. Dabei können Pulver, die mit einer breiten Korngrößenverteilung und in mehreren Teilchengrößen verfügbar sind, verwendet werden.

Nachfolgend soll die Erfindung an Ausführungsbeispie­ len näher erläutert werden.

Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel eines Werkzeuges, das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wer­ den kann;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ent­ sprechend hergestellten Bauteiles;

Fig. 3 ein Schliffbild aus dem mittleren Bereich des in Fig. 2 gezeigten Bauteiles;

Fig. 4 ein Schliffbild aus einem Randbereich des in Fig. 2 gezeigten Bauteiles;

Fig. 5 ein weiteres Beispiel für ein erfindungs­ gemäß hergestelltes Bauteil;

Fig. 6 ein Schliffbild des Bauteils aus einem mittleren Bauteilbereich;

Fig. 7 ein Schliffbild mit einem Entlastungsriß an dem in Fig. 5 gezeigten Bauteil;

Fig. 8 ein Schliffbild des Bauteils nach Fig. 5 in einem Randbereich;

Fig. 9 die ermittelte Dichteverteilung des fließ­ kompaktierten Werkstoffes in einem Bauteil;

Fig. 10 eine fotographische Darstellung eines sol­ chen Bauteils;

Fig. 11 ein Bauteil mit Hinterschneidungen ver­ schiedener Breite;

Fig. 12 ein Schliffbild aus einem mittleren Bereich des in Fig. 11 gezeigten Bauteils;

Fig. 13 ein Schliffbild aus einem Randbereich des in Fig. 11 gezeigten Bauteils;

Fig. 14 eine fotographische Darstellung eines er­ findungsgemäß hergestellten Bauteils mit Querbohrung und

Fig. 15 mehrere Schliffbilder eines in einem erfin­ dungsgemäß hergestellten Bauteil ausgebil­ deten Gewindes.

Mit dem in der Fig. 1 gezeigten Werkzeug 1, das in der Zeichen- oder in Ebene A geteilt ist, können Bau­ teile aus einem pulverförmigen Ausgangsmaterial gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Dabei wird bereits, wie im allgemeinen Teil der Be­ schreibung erwähnt, das vorbereitete Pulver-Binder- Gemisch in das beheizbare Werkzeug 1 gegeben und bei diesem Beispiel mit zwei gegenläufig führbaren Preß­ stempeln 2 das erwärmte Gemisch verpreßt. Im Werkzeug 1 sind weitere Kolben 3 ausgebildet, die in diesem Fall jedoch nicht bewegt werden, so daß die herzu­ stellende Form 4 Hinterschnitte aufweist, die mit dem pulverförmigen Ausgangsmaterial, das den entsprechen­ den Binderanteil enthält, beim Kompaktieren durch Fließen ebenfalls ausgefüllt werden.

Wie dies mit den Doppelpfeilen an den Preßstempeln 3 angedeutet ist, können diese in ihrer Lage verstellt werden, so daß sich die Größe der Form 4 in diesen Bereichen verändern läßt. Sie bilden jedoch beim ei­ gentlichen Herstellungsprozeß des Bauteiles lediglich seitliche Anschläge und nehmen nicht aktiv am Ver­ dichtungsvorgang teil.

Zu beachten ist, daß die beiden Hälften des Werkzeu­ ges 1 relativ starr miteinander verbunden sind und die verwendete Verbindung, wenn überhaupt nur gering­ fügig elastisch nachgibt, um eine Rißbildung beim Rückfedern der beiden Werkzeughälften zu vermeiden.

Mit dem in Fig. 1 gezeigten Werkzeug 1 wurde auch das in Fig. 2 dargestellte Bauteil hergestellt, wo­ bei dieses Bauteil verschieden dimensionierte Hinterschneidungen, insbesondere am rechten und lin­ ken Bauteilrand aufweist, die quer zur Preßrichtung der Preßstempel 2 ausgerichtet sind.

Das Bauteil wurde aus einem Metallpulver mit dem Han­ delsnamen "Densmix" der Firma Höganäs hergestellt, das an sich keine Querfließeigenschaften aufweist. Wird dieses normale Warmpreßpulver in herkömmlicher Weise verwendet, kann keinerlei Verdichtung in Rand­ bereichen erreicht werden und es treten die typischen Scherrisse an den Umlenkkanten auf. Dabei handelt es sich tatsächlich um diese Scherrisse und nicht um Risse, die durch die Entlastung des Werkzeuges ent­ stehen können.

In den Fig. 3 und 4 sind zwei Schliffbilder des T- förmigen Bauteils nach Fig. 2, in einer Vergrößerung von 50 : 1 aus dem mittleren Bereich des Bauteiles in Fig. 3 und dem Randbereich in Fig. 4 entsprechend den in Fig. 2 gekennzeichneten lokalen Positionen, wiedergegeben.

Dabei ist erkennbar, daß die Dichte des Bauteiles in den Randbereichen nur geringfügig kleiner als im mittleren Bereich des T-förmigen Bauteiles ist.

In der Fig. 5 ist ein weiteres zylinderförmiges Bau­ teil gezeigt, das Hinterschnitte von 3 mm, 6 mm und 9 mm vom Rand des mittleren Zylinders ausgehend, auf­ weist. Für die Herstellung wurde eine Mischung aus 80 Vol.-% eines normalen Pulvers und ein dem zugefüg­ ter Feinanteil von 20 Vol.-%, bestehend aus feinem Karbonyleisenpulver, verwendet. Das handelsübliche Ausgangspulver ist unter der Handelsbezeichnung "Di­ staloy AE" von der Firma Höganäs erhältlich. Dieser Pulvermischung aus normalem Pulver und dem Feinanteil wurden 3 Masse-% an Binder zugegeben und das Ganze vermischt. Dabei kann gegebenenfalls eine Vorerwär­ mung durchgeführt werden, so daß mit dem Binder das Feinpulver an dem gröberen Normalpulver gebunden und eine Beschichtung mit dem Binder erreicht wird.

Das so vorbereitete im Werkzeug 1 gemäß Fig. 1 her­ gestellte Bauteil wurde im Nachgang bei Temperaturen um ca. 1.250°C gesintert. Die Fig. 6 bis 8 zeigen Schliffbilder des so hergestellten Bauteiles, an dem mit B, C und D gekennzeichneten Bauteil mit einer Vergrößerung von 50 : 1, wobei das Bauteil eine Ge­ samtdichte von 7,39 g/cm³ erreicht. In der Fig. 7 ist weiter an der Position C, also an einer Kante einer Hinterschneidung ein Entlastungsriß erkennbar, der durch die Entlastung des Werkzeuges 1 aufgetreten ist und der demzufolge kein Scherriß, wie er gemäß der Aufgabe der Erfindung zu vermeiden war, ist.

In der Fig. 9 ist schematisch die Dichteverteilung eines Bauteiles, wie es auch in Fig. 5 dargestellt ist, erkennbar, wobei dieses Bauteil jedoch bei 1.150°C gesintert wurde.

Bei der in Fig. 10 gezeigten fotographischen Darstellung eines entsprechenden Bauteiles mit Hin­ terschneidungen von 3 mm, 6 mm und 9 mm Abstand vom Rand des mittleren Zylinders, ist auch eine am rech­ ten Rand erkennbare Schnittdarstellung, eines Schlif­ fes durch das T-förmige Bauteil erkennbar.

Bei einem weiteren Beispiel wurde das Verhältnis von normalen, relativ groben zu dem Feinanteil des Pul­ vers verändert und es wurden dem normalen Pulver le­ diglich 10 Vol.-% Feinpulver zugegeben. Die in den Fig. 12 und 13 dargestellten Schliffbilder stammen wieder von Positionen, die in der Fig. 11 deutlich gemacht sind. Es konnte festgestellt werden, daß auch mit diesem Verhältnis vom normalen zu Feinpulver ähn­ lich gute Ergebnisse erreicht werden konnten und an den Kanten keine Scherrisse aufgetreten sind. Sollten Risse aufgetreten sein, so handelt es sich um Entla­ stungsrisse, die durch den Werkzeugaufbau bedingt sind und durch eine zu hohe Elastizität der Verbin­ dung der beiden Werkzeugteile entstanden sind.

Ein weiteres entsprechendes Bauteil wurde mit einer Edelstahlpulver-Mischung hergestellt, bei der 80 Vol.-% eines relativ groben Pulvers (kleiner 150 µm) und 20 Vol.-% an einem feinen Pulver (kleiner 22 µm) verwendet werden.

In der Fig. 14 ist eine fotographische Darstellung eines erfindungsgemäß hergestellten Bauteiles mit einer Querbohrung, die quer zur Preßrichtung ausge­ richtet ist, erkennbar. Das dargestellte Beispiel zeigt eine Querbohrung, die durch einen ziehbaren Kern hergestellt worden ist und durch die zur Ver­ deutlichung ein Schraubendreher gesteckt worden ist. Diese ohne zusätzliche spanende Bearbeitung erhaltene Querbohrung kann sich nahezu in beliebiger Höhe des Bauteiles befinden und damit auch sehr verschiedene Verformungen von oben und unten hergestellt werden. Dabei ist deutlich erkennbar, daß sich ein großer Teil der hergestellten Querbohrung in einem Bereich befindet, der quer zur eigentlichen Preßrichtung liegt. Eine solche Ausbildung konnte mit der bisher üblichen Vorgehensweise nicht erreicht werden und von P. Beiss wurde beispielsweise auf der NNS-Konferenz und dem Hagen-Symposium darauf hingewiesen, daß sol­ che Querbohrungen nur in der neutralen Zone solcher Bauteile erhalten werden können, da in diesem Bereich die Verformung von oben und unten gleich groß ist.

Neben den Querbohrungen können aber auch Sacklöcher in gleicher Weise hergestellt werden, die jedoch be­ vorzugt in der bereits erwähnten neutralen Zone lie­ gen sollten, da ansonsten die Biegemomente auf den hierfür zu verwendenden Kern zu groß sind.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können aber auch Gewinde, ebenfalls ohne zusätzliche Bearbeitungs­ schritte, im Bauteil eingearbeitet werden. Hierfür wird ebenfalls ein Kern, der mit dem entsprechenden Außengewinde versehen ist, verwendet. Nach dem Preß­ vorgang wird dann der Kern mit dem Außengewinde, der hinterschnittsfrei sein muß, aus dem Bauteil heraus­ geschraubt. In der Fig. 15 sind wieder verschiedene Schliffbilder eines Bauteils mit dem Gewinde erkenn­ bar. Dabei wurde das Gewindesackloch von einem der beiden Preßstempel 2 im Werkzeug 1, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, gepreßt.

Ein solches mit Gewinde versehenes Bauteil kann wie­ der mit Pulvermischungen, die einen Feinanteil von 20 oder 10 Vol.-% aufweisen, wobei der sich zu 100% ergebene Restanteil ein grobes Pulver ist, herge­ stellt werden. Bei der Arbeit nach der Erfindung ge­ nügen wieder Binderanteile von maximal 4 Masse-%, um ein ausreichendes Fließen des Pulvermaterials während des Preßvorganges zu sichern.

Auch die bereits erwähnten Sacklöcher können ohne zusätzliche bewegliche Stempelsegmente, die nach dem Stand der Technik Verwendung hierfür fanden, herge­ stellt werden. Dabei kann die Form 4 im Werkzeug 1 rückwärts befüllt werden und auf dem oberen Stempel 2 ein Zapfen angebracht werden, der die Form des Sack­ loches ausbildet und während des Pressens fließt das pulverförmige Ausgangsmaterial rückwärts und formt das Sackloch mit gleichmäßiger Dichte des Materials, um den Zapfen am Stempel 2. Wobei Versuche mit Zapfen mit einer Länge von 8 mm erfolgreich durchgeführt werden konnten.

Bei der Herstellung der Bauteile mit dem erfindungs­ gemäßen Verfahren ist insbesondere bei der Dimensio­ nierung der Form 4 im Werkzeug 1 und wieder ganz be­ sonders bei der Dimensionierung der Kerne, das beim nachfolgenden Sintern auftretende Schwindmaß zu be­ rücksichtigen, das jedoch kleiner als bei dem her­ kömmlichen Verfahren, dem Metallpulverspritzguß ist.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Pul­ vern, durch Warmfließkompakting bei dem Pulver oder ein Pulvergemisch in ein Werkzeug gegeben und verpreßt wird, wobei durch den Preßdruck die Form des Bauteils ausgebildet und der entste­ hende Grünling anschließend gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Pulver oder Pulvergemisch ein ther­ moplastischer Binder oder ein Bindergemisch in einer Menge zugegeben wird, die mindestens so groß ist, daß der aufgebrachte Preßdruck das Pulver-Binder-Gemisch zum Fließen bringen kann und die höchstens so groß ist, daß der Grünling nicht während des Sinterns zerfällt; daß das Pulvergemisch in das beheizte Werkzeug ein­ gebracht; die Temperatur oberhalb der Erwei­ chungstemperatur des Binders eingestellt; das Pulvergemisch zumindest einseitig mittels eines Stempels verpreßt und dabei auch in Bereiche quer zur Preßrichtung durch viskoses Fließen eingepreßt wird und der so erhaltene Grünkörper gesintert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Pulver Binder mit einem Anteil von 0,5 bis 4 Masse-% zugegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulver mit einem zugemischten Feinanteil zwischen 5 und 40 Vol.-% verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulver mit einer breiten Korngrößenverteilung verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Keramikpulver ver­ wendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Glas- oder Kunst­ stoffpulver verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallpulver verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Feinpulver, in dem Legierungselemente enthalten sind, verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Pulver, Feinpulver und Binder bei erhöhter Temperatur vermischt und dabei der Binder erweicht und/oder schmilzt, so daß mit dem Binder das feine an das grobe Pulver gebunden und die Partikel gemeinsam mit Binder beschichtet sind, bevor es in das Werkzeug ein­ geführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Pulver-Bindergemisch vorerwärmt und dann in das Werkzeug eingeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polymer-Wachs Gemisch als Binder verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver-Binderge­ misch in ein geteiltes Werkzeug eingeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in das Werkzeug min­ destens ein eine Innenkontur im Bauteil ausbil­ dender Kern in das Werkzeug eingesetzt oder an einem der Werkzeugteile angeordnet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kern im Bau­ teil eine Querbohrung ausgebildet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kern im Bau­ teil eine Bohrung mit Gewinde ausgebildet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßdruck und die Temperatur bei der Formgebung und/oder die Verteilung der Teilchengröße des Pulvers einge­ stellt werden, so daß im Grünling eine Dichte oberhalb 70% der theoretischen Dichte, auf das Pulver bezogen, erreicht werden.