DE2055533B2

DE2055533B2 - Verfahren zum herstellen eines dichten rotationssymmetrischen heisspresskoerpers aus metallpulver

Info

Publication number: DE2055533B2
Application number: DE19702055533
Authority: DE
Priority date: 1969-11-12
Filing date: 1970-11-11
Publication date: 1973-04-19
Also published as: DE2055533A1; ZA706600B; JPS4825853B1; NL7015949A; FR2071891A5; DE2055533C3; US3631583A; GB1302238A; BE758306A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines dichten rotationssymmetrischen Heißpreßkörpers aus Metallpulver, bei dem ein verformbarer Metallbehälter mit Metallpulver gefüllt, verschlossen, evakuiert, abgedichtet, auf Preßtemperatur erhitzt, eine Zeitlang auf dieser Temperatur gehalten und in eine Preßmatrize eingesetzt und verformt wird.

Ein derartiges Verfahren ist bereits in der Zeitschrift »Powder Metallurgy«, 1958, S. 94 bis 103, beschrieben. Um während des Zusammenpressen« oder Verdichtens die Entstehung von Falten in der Behälterwandung zu verhindern, ist die Preßmatrize dabei derart dimensioniert, daß sich die Behälterwandung an ihrem Umfang in radialer Richtung in freie Räume hinein verformen kann, die einen oder beide Stempel der Matrize umgeben.

Ein derartiges Verfahren erweist sich als besonders vorteilhaft zum Herstellen von Metallknüppeln od. dgl. aus sogenannten Superlegierungspulvern, die weitgehend aus Kobalt oder Nickel bestehen, um den daraus hergestellten Bauteilen eine hohe Korrosionsfestigkeit zu verleihen. Bei höheren Temperaturen behalten diese Werkstoffe eine Zugfestigkeit, die höher ist als die entsprechende Festigkeit bei üblichen Metallen oder Legierungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses bekannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß das Metallpulver während der Verformung des Metallbehälters besonders stark durchgearbeitet bzw. geknetet wird, um dem Heißpreßkörper besonders gleichmäßig metallurgische Eigenschaften zu verleichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei Druckeinwirkung in axialer Richtung der Behälter mit Pulverfüllung zusätzlich in eine um-Fig. 3 ähnelt Fig.l, zeigt jedoch die Matrizenbaugruppe nach beendetem Verformen,

F i g. 4 ist ein Teilschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3,

F i g. 5 zeigt im Längsschnitt den mit dem Metallpulver gefüllten evakuierten Behälter vor dem Verformen und seitlichen Fließpressen, das sich in der in F i g. 1 bis 4 gezeigten Weise abspielt,

F i g. 6 zeigt eine Seitenansicht eines heißgepreßten Knüppels nach dem Entfernen des Behälters,

F i g. 7 zeigt den Knüppel nach F i g. 6 im Grundriß,

Fig. 8 ähnelt Fig.l, zeigt jedoch einen Behälter mit rechteckigem Querschnitt in der Matrize,

F i g. 9 ähnelt F i g. 3, zeigt jedoch das Ende der Verformung eines Behälters mit rechteckigem Querschnitt,

Fig. 10, 11 und 12 zeigen jeweils einen Teilschnitt längs der Linie 10-10 bzw. 11-11 bzw. 12-12 in Fig. 9,

Fig. 13 zeigt im Grundriß eine abgeänderte Ausführungsform eines Werkstücks der in Fig. 14 gezeigten Art,

F i g. 14 ähnelt F i g. 1 und zeigt eine Matrize mit höherem senkrechten Füllteil,

F i g. 15 ähnelt F i g. 3, zeigt das Ende der Verformung eines zylindrischen Behälters mit gegenüber F i g. 3 größerer Länge,

Fig. 16 ist eine Seitenansicht des aus dem Hohlraum der Matrizenbaugruppe nach Fig. 15 entnommenen Werkstücks samt Behälter.

In F i g. 5 erkennt man einen mit 12 bezeichneten, mit Metallpulver 14 gefüllten, dicht verschlossenen und evakuierten Behälter, vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl. Die Pulverfüllung 14 wurde durch einen auch zum Evakuieren dienenden Rohrstutzen 18 eingeführt; das obere Ende 20 wird nach dem Evakuieren zugeklemmt und z. B. durch Zusehweißen verschlossen.

Die in F i g. 1 insgesamt mit 30 bezeichnete Matri-

zenbaugruppe, in der der mit dem Pulver gefüllte Behälter 12 verdichtet und seitlich fließgepreßt werden soll, umfaßt ein oberes Matrizenteil 32 und ein unteres Matrizenteil 34, die parallel zueinander angeordL net sind und durch ein mit einer zentralen Öffnung versehenes Abstandsstück 36 in einem Abstand voneinander gehalten werden. Die Matrizenteile 32 und 34 sind mit gleichachsig angeordneten oberen und unteren Bohrungen 38 und 40 versehen, die beide in einer einen größeren Durchmesser aufweisenden zentralen mittleren Bohrung 42 des Abstandhalters 36 münden. Die Bohrungen 38, 40 und 42 bilden zusammen eine Hohlform. In der oberen Matrizenbohrung 38 und der unteren Matrizenbohrung 40 sind ein oberer Stempel 48 bzw. ein unterer Stempel 50 relativ zueinander gleitend geführt. Der obere Stempel 48 ist mit der nicht dargestellten oberen Druckplatte einer Presse verbunden. Der untere Stempel 50 ist dagegen fest mit einem Tragstück 52 verbunden.

Die mehrteilige Matrizenbaugruppe 30 ist Vorzugsweise nachgiebig auf einer federnden Unterlage bekannter Art gelagert, die in F i g. 1 insgesamt mit 54 bezeichnet ist und entweder die in F i g. 1 dargestellten Druckfedern oder einen auf bekannte Weise ausgebildeten, hier nicht dargestellten hydraulischen Matrizenpuffer umfaßt. Der obere Stempel 48 und der untere Stempel 50 sind mit einem zentral angeordneten Ansatz 58 bzw. 60 versehen, der einen kleineren Durchmesser hat als der betreffende Stempel, so daß am Ende der Stempel ein oberer freier Raum 62 und ein unterer freier Raum 64 vorhanden ist. Der Ansatz 60 des unteren Stempels 50 ist mit einer zentralen Aussparung 65 zum Aufnehmen des dicht verschlossenen Rohrstutzens 18 des Behälters 12 versehen.

Beim Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hilfe der an Hand von F i g. 1 bis 4 beschriebenen Matrizenbaugruppe 30 ist der Behälter 12 so geformt, daß er leicht in die Bohrungen 38 und 40 eingeführt werden kann; er wird mit dem Pulver einer sogenannten Superlegierung gefüllt.

Der evakuierte, dicht verschlossene, mit dem Metallpulver gefüllte Behälter 12 wird dann in einem Ofen oder auf andere Weise, z. B. durch elektrische Induktionserhitzung, auf eine Temperatur von etwa 1150° C gebracht, etwa eine Stunde lang auf dieser Temperatur gehalten, dann umgewendet und sofort so in die Hohlform 44 eingeführt, daß der Rohrstutzen 18 nach unten in die Aussparung 65 in dem Ansatz 60 des unteren Stempels 50 ragt. Dann beginnt die Verformung; während sich dieser Heißpreßvorgang abspielt, werden der im wesentlichen ebene Boden und die obere Stirnwand des Behälters 12 in der aus F i g. 1 ersichtlichen Weise so verformt, daß ihre Randabschnitte in die am Ende der beiden Stempel vorgesehenen freien Räume 62 und 64 eintreten.

Während sich der obere Stempel 48 weiter nach unten bewegt und sich die Dichte der Pulverfüllung 14 einer Dichte von 100 °/o nähert, wird die Seitenwand des Behälters 12 radial nach außen verformt, so daß sie in den freien Raum von 42 eintritt. Das starke Verdichten und seitliche Fließpressen bewirken ein Kneten des Metalls, das zu einer erheblichen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Formkörpers führt. Der Formkörper 72 wird dann dadurch aus der Preßform entfernt, daß der obere Stempel 48 und das obere Matrizenteil 32 nach oben zurückgezogen werden, während der untere Stempel 50 ebenfalls nach oben bewegt wird, um als Auswerfer zu wirken.

Hierauf wird der Behälter 12 von dem darin eingeschlossenen Formkörper 72 durch eine maschinelle Bearbeitung, durch Beizen oder auf andere Weise getrennt; dabei werden die Wulste 74 ebenfalls beseitigt. Als fertiges Erzeugnis erhält man gemäß F i g. 6 und 7 einen kreisrunden, im wesentlichen massiven Metall- oder Legierungskörper, dessen Dichte nahe bei 100 % liegt. Die Temperatur, auf die der mit Metallpulver gefüllte Behälter 12 erhitzt wird, und die Dauer dieser Erhitzung richten sich nach den Abmessungen der herzustellenden Formkörper. Es hat sich ein Temperaturbereich von etwa 1090 bis 1210° C als zweckmäßig erwiesen; die weiter oben erwähnte Erhitzungsdauer von einer Stunde muß natürlich verlängert werden, wenn die Abmessungen und das Gewicht des Metallkörpers 72 vergrößert werden.

Der in F i g. 14 gezeigte, insgesamt mit 80 bezeichnete, aus einer Metallegierung bestehende Knüppel wird auf ähnliche Weise hergestellt, wie es vorstehend bezüglich des runden Metallkörpers 72 beschrieben ist, abgesehen davon, daß der obere Stempel 82 (F i g. 8) und der untere Stempel 84 sowie die zugehörigen Matrizenöffnungen 86 und 88 des oberen Matrizenteils 90 bzw. des unteren Matrizenteils 92 eine quadratische oder rechteckige Querschnittsform haben, was auch für die seitlichen Verlängerungen 94 in dem Abstandhalter 96 gilt. Die übrigen Teile der Matrizenbaugruppe 100 nach F i g. 8 ähneln allgemein denjenigen der Matrizenbaugruppe 30 nach Fig. 1 und 3, und daher sind die einander entsprechenden Bauteile in Fig. 8 und 9 jeweils mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.

Wie zuvor wird der mit dem Metallpulver gefüllte Behälter 12 während einer ausreichenden Zeitspanne von z. B. einer Stunde auf eine Temperatur von etwa 1150° C erhitzt und sofort danach in die Presse überführt, um dann verdichtet zu werden.

Gemäß F i g. 9 wird ein rechteckiger Knüppel erhalten, bei dem sich Ansätze 104 und 106 von einem mittleren Abschnitt 108 aus nach außen erstrecken, und bei dem ein oberer Ansatz 110 und ein unterer Ansatz 112 in der oberen Matrizenöffnung 86 bzw. in der unteren Matrizenöffnung 88 verbleibt.

F i g. 13 zeigt einen Metallkörper 120 mit einei Form ähnlich dem gemäß F i g. 9 hergestellten Knüppel; da jedoch die Preßform mit vier kreuzförmig angeordneten Verlängerungen versehen ist, entsteht ein kreuzförmiger Formkörper, der zwei voneinander weg gerichtete zentrale Ansätze 122 aufweist, von denen in F i g. 13 nur einer zu sehen ist, und von denen aus sich vier Arme 124 im rechten Winkel Zueintander erstrecken. Wenn die Ansätze 122 unerwünscht sind, kann man sie natürlich durch eine maschinelle Bearbeitung entfernen.

Fig. 14 zeigt eine weitere abgeänderte Matrizenform. Die obere Matrizenbohrung 38 und die untere Matrizenbohrung 40 sind etwas langer, damit an dem Werkstück Ansätze oder Naben 142 entstehen, die sich axial durch einen kreisrunden niedrigen zylindrischen Körper 138 erstrecken (Fig. 16). Bei dieser Weiterbildung der Erfindung kann der Abstandhalter 136 gegebenenfalls ausdehnungsfähig sein, so daß er sich im Verlauf des Preßvorgangs nach außen bewegt, wie es in Fig. 15 dargestellt ist. Der mit dem Metallpulver gefüllte, evakuierte und dicht verschlos-

sene Behälter 12 ist etwas länger als der Behälter in F i g. 5, damit eine größere Metallmenge zum Erzeugen der Naben 142 zur Verfügung steht.

Der Preßvorgang wird wiederum unterbrochen!, sobald die seitliche Erweiterung 42 oder Preßform

von dem verformten Behälter 12 und der darin enthaltenen Füllung 14 ausgefüllt worden ist und die Dichte des entstandenen Preßkörpers den Wert von 100 °/o nahezu erreicht hat. Der Preßkörper samt Behälter hat die in F i g. 16 wiedergegebene Form.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines dichten rotationssymmetrischen Heißpreßkörpers aus Metallpulver, bei dem ein verformbarer Metallbehälter mit Metallpulver gefüllt, verschlossen, evakuiert, abgedichtet, auf Preßtemperatur erhitzt, eine Zeitlang auf dieser Temperatur gehalten und! in eine Preßmatrize eingesetzt und verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Druckeinwirkung in axialer Richtung der Behälter mit Pulverfüllung zusätzlich in eine umlaufende oder mehrere einzelne seitliche Erweiterungen der Preßmatrize gepreßt und nach dem Auswerfen aus der Preßeinrichtung in an sich bekannter Weise von der zu einem Heißpreßkörper verdichteten Pulverfüllung abgetrennt wird.

2. Verfahren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der seitlichen Verformung des Behälters und des Metallkörper» ein nachgiebiger Widerstand entgegengesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mit Pulverfüllung beim Pressen in die seitlichen Erweiterungen durch mehrere gegenüber den Erweiterungen kleinere Öffnungen hindurchgepreßt wird.

laufende oder mehrere einzelne seitliche Erweiterungen der Preßmatrize gepreßt und nach dem Auswerfen aus der Preßeinrichtung in an sich bekannter Weise von der zu einem Heißpreßkörper verdichteten Pulverfüllung abgetrennt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, den Werkstücken eine erheblich höhere Güte zu verleihen, die auf das seitliche Fließpressen zurückzuführen ist, wobei das Metall zusätzlich geknetet wird. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Heißpreßkörper weisen besonders gleichmäßige metallurgische Eigenschaften auf; Spanabfälle können weitgehend vermieden werden.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In den Zeichnungen sind einige Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, welche im folgenden näher erläutert wer-

20 den.

F i g. 1 ist ein axialer Schnitt durch eine Matrizenbaugruppe und zeigt diese kurz nach dem Beginn des Verformens eines erhitzten, evakuierten verformbaren Behälters von kreisrundem Querschnitt, der in der aus F i g. 5 ersichtlichen Weise mit Metallpulver gefüllt ist,

F i g. 2 ist ein Teilschnitt längs der Linie 2^j2 in