DE3726259C1

DE3726259C1 - Process for the production of components from metallic or non-metallic powder

Info

Publication number: DE3726259C1
Application number: DE19873726259
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Betz
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1987-08-07
Filing date: 1987-08-07
Publication date: 1988-12-08
Also published as: GB2208490B; FR2619035A1; FR2619035B1; GB2208490A; GB8818779D0

Abstract

A method of manufacturing components from metallic or non-metallic powder, comprises a) manufacturing a dead pattern of the desired component, (enlarged to allow for contraction) from a material soluble at room temperature, by casting in a reusable split mould; the said material being molten at a temperature higher than 100 DEG C and solid at a temperature lower than 50 DEG C, b) manufacturing a mould shell by coating the dead pattern with a material which is malleably workable during subsequent isostatic pressing, particularly wax, this material forming a solid mould shell at room temperature, c) washing the dead pattern out of the mould shell using a solvent, d) filling the mould shell with powder to which, a binding agent may be added, e) heating to a suitable temperature and isostatically pressing the power in the shell to form a pressed green compact, f) removing the shell, and g) burning out the binding agent (if necessary) and sintering the green compact.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her stellung von Bauteilen aus metallischem oder nichtmetalli schem Pulver das in einer plastisch nachgiebigen Form isostatisch gepreßt wird.The invention relates to a method for Her provision of components made of metallic or non-metallic powder in a plastically compliant form is pressed isostatically.

Dabei kann die Formgebung durch folgende Verfahren bewerkstelligt werden:The shape can can be accomplished by the following procedures:

a) Axialpressen in Stempelmatrizen,a) axial presses in die matrices,
b) Kaltisostatpressen in elastischen Formen,b) cold isostat presses in elastic forms,
c) Metallspritzgießen undc) metal injection molding and
d) Heißisostatpressen in plastisch verformbaren Blech kapseln bzw. in brechenden Keramikformen.d) hot isostatic presses in plastically deformable sheet encapsulate or in refracting ceramic forms.

Bei den unter a), b) und c) genannten Verfahren wird mit Pulvern gearbeitet, denen mehr oder weniger Bindemittel zugesetzt wird, das vor dem hier notwendigen Sinter prozeß ausgebrannt werden muß. Beim Heißisostatpressen wird dagegen binderfreies Pulver direkt zur Endform verpreßt. In the procedures mentioned under a), b) and c) with Powders worked, which more or less binders is added before the sinter necessary here process must be burned out. With hot isostatic pressing on the other hand, binder-free powder is pressed directly to the final shape.

Hierbei ist es jedoch erforderlich, daß das Formmaterial den hohen Temperaturen des Verdichtungsvorganges stand hält.However, it is necessary that the molding material the high temperatures of the compression process holds.

Diese bekannten Herstellungsverfahren weisen neben be stimmten Vorteilen aber auch gewisse Nachteile auf. So sind beim Axialpressen teuere und empfindliche Stempel preßwerkzeuge erforderlich. Die erzielbaren Formen für die herzustellenden Preßlinge sind in Preßrichtung längen begrenzt, insbesondere durch die Notwendigkeit, die Preß stempel im wesentlichen in einer Achse zu verstellen. Für unterschiedlich hohe bzw. lange Bereiche eines Baueils sind komplizierte Stempelbewegungen erforderlich. Auch kann die bei der Fertigung im Bauteil erzielbare Dichte sehr unter schiedlich ausfallen.These known manufacturing methods have in addition to be advantages but also certain disadvantages. This makes expensive and sensitive punches for axial pressing pressing tools required. The achievable forms for the compacts to be produced are long in the pressing direction limited, particularly by the need to press stamp to be adjusted essentially in one axis. For are different high or long areas of a component complicated stamp movements required. It can also The density that can be achieved in the production of the component is very low turn out differently.

Durch Kaltisostatpressen in elastischen Formen lassen sich nur relaiv grobe Bauteilformen herstellen. Insbesondere bereiten dabei Hinterschneidungen, Durchbrüche und enge Spalte im Bau teil Schwierigkeiten.By cold isostat presses in elastic forms only produce relatively coarse component shapes. In particular prepare undercuts, breakthroughs and narrow gaps in the construction some difficulties.

Beim Metallspritzgießverfahren lassen sich zwar mit ent sprechendem Werkzeugaufwand sehr filigrane und komplex gestaltete Bauteile herstellen; doch ist hierbei ein sehr hoher Anteil an Bindemittel in der zu spritzenden Masse er forderlich. Dies bedeutet andererseits sehr lange Aus brennzeiten und eine Begrenzung der herstellbaren Wandstärken bei den Bauteilen. Durch die Notwendigkeit des einstrangi gen Einströmens der Preßmasse in die Werkzeugform bei konstanter Temperatur wird darüber hinaus die maximale Ausdehnung eines Bauteiles begrenzt. In the metal injection molding process, ent can be used speaking tool effort very filigree and complex manufacture designed components; but here is a very high proportion of binder in the mass to be sprayed conducive. On the other hand, this means a very long time off burning times and a limitation of the producible wall thicknesses for the components. Due to the necessity of the single strand against inflowing the molding compound into the mold constant temperature also becomes the maximum Expansion of a component limited.

Mit dem Heißisostatpressen ist im wesentlichen der Nach teil verbunden, daß die Fixierung der gewünschten Form erst bei hohen Temperaturen geschieht, d. h. das Material der Form muß bei diesen Temperaturen noch dicht und form stabil bleiben. Diese Einschränkung bedingt, daß nur größere Formen hergestellt werden können, bzw. sehr hohe Kosten für die Formfertigung in Kauf genommen werden müssen.With hot isostatic pressing is essentially the after partly connected that the fixation of the desired shape only happens at high temperatures, d. H. the material the mold must still be tight and shaped at these temperatures remain stable. This restriction means that only larger shapes can be produced, or very high Mold production costs have to be accepted.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Herstellungsverfahren zu vermeiden und ein Verfahren für die Fertigung, insbesondere auch die Massen fertigung von aus metallischen und nichtmetallischen Pulvern bestehenden Bauteilen vorzuschlagen, das in seinen Verfahrensschritten mit relativ geringem Aufwand an Fertigungsmitteln maßgenau, rationell und insbesondere wirtschaftlich arbeitet.The invention has for its object the disadvantages of to avoid known manufacturing processes and a Manufacturing processes, especially masses manufacture of metallic and non-metallic To propose existing components in powder form Process steps with relatively little effort Production tools accurate, efficient and in particular works economically.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 niedergelegten Merkmale.This object is achieved according to the invention by features laid down in claim 1.

Der besondere Vorteil der Erfindung liegt grundsätzlich einerseits in der einfachen Herstellung der wiederholt verwendbaren geteilten Grundform zur Fertigung der ver lorenen Modelle und andererseits in dem geschlossenen und abfallfreien Fertigungszyklus für diese Zwischen modelle und für die Modellschalen, deren Materialien wiederverwendbar genutzt werden, so daß gemäß der Er findung insgesamt ein Verfahren vorgeschlagen wird, durch das sich in mehreren Verfahrensschritten Bauteile aus metallischen oder nichtmetallischen Pulvern durch Pressen mit großer Genauigkeit und reproduktivem Einsatz der verwendeten Verfahrensmittel, d. h. prozessual mit beliebig oft wiederholbarer Verwendung der Werkstoffe für die verlorenen Modelle und Modellschalen fertigen lassen. The particular advantage of the invention lies in principle on the one hand in the simple manufacture of the repeated usable divided basic shape for the production of ver loren models and on the other hand in the closed and waste-free manufacturing cycle for this intermediate models and for the model shells, their materials reusable, so that according to the Er overall, a method is proposed by components in several process steps metallic or non-metallic powders by pressing with great accuracy and reproductive use of the process means used, d. H. procedural with any often repeatable use of materials for the have lost models and model shells manufactured.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ausgestaltende und ergänzende Merkmale gehen aus den Unteransprüchen hervor.The manufacturing method according to the invention and additional features go out the subclaims.

In der Zeichnung ist anhand eines Flußdiagramms das Ver fahren gemäß der Erfindung schrittweise dargestellt. Im folgenden wird der Ablauf dieses Fertigungsverfahrens näher erläutert.In the drawing, the Ver drive according to the invention shown step by step. in the following is the flow of this manufacturing process explained in more detail.

Zuerst wird mit den üblichen Methoden der Modellher stellung ein der späteren Schwindung angepaßtes ver größertes Grundmodell 1 aus leicht bearbeitendem Werk stoff gefertigt. Nach diesem Grundmodell 1 wird z. B. durch Umgießen mit Silikongummi eine geteilte, wiederholt verwendbare Grundform 2 hergestellt, die zur Fertigung von verlorenen Modellen 3 dient. Hierzu wird ein leicht lösli cher Stoff M, z. B. Nickelnitrat, geschmolzen, der bei einer Temperatur größer als 100°C flüssig ist und bei einer Temperatur kleiner als 50°C erstarrt. Das dann ausgeformte verlorene Modell 3 wird in festem Zustand in ein geschmolzenes Hüllenmaterial H, insbesondere Wachs, getaucht, das bei Raumtemperatur erstarrt, so daß nunmehr ein umhülltes verlorenes Modell 4 vorliegt. Mit Hilfe eines Lösungsmittels L wird dann das verlorene Modell 4 bzw. dessen Stoff M ausgewaschen, der wieder in den Fertigungskreislauf zurückgeht, wobei das Lösungs mittel L separiert und wiederverwendet wird. Die so er zeugte Formschale 5 aus dem Hüllenmaterial H, insbe sondere Wachs, wird dann mit einem Pulver P, aus dem das herzustellende Bauteil bestehen soll, gefüllt, und zwar mit oder ohne Binder B. Anschließend wird die Füllung F in der Formschale 5, die zur Vermeidung von Form brüchen und zur Ermöglichung der plastischen Verformung vorher auf eine geeignete Temperatur gebracht wird, durch isostatische Kaltpressen soweit verdichtet, daß die Pulverpartikel, gegebenenfalls mit Hilfe eines in ge ringen Mengen beigemischten Binders B, genügend fest für die weitere Formerhaltung miteinander verbunden sind. Der so erzeugte, noch umhüllte Grünling 6 wird dann durch Abschmelzen der Formschale 5 bzw. des Hüllenmaterials H, das wieder in den Fertigungsprozeß zurückgeht, zum Grün ling 6′ ohne Hülle bzw. Formschale 5. Vom Grünling 6′ werden dann die Hüllenreste abgedampft und außerdem wird der Binder B ausgebrannt; ferner wird vorgesintert. Nach dieser Verfahrensprozedur liegt ein Grünling 6′′ vor, der anschließend zum Bauteil BT fertiggesintert wird. Bei Bedarf kann das Bauteil BT durch isostatisches Heiß pressen nachverdichtet werden (Bauteil BT′).First, using the usual methods of model manufacture, an enlarged basic model 1, adapted to the later shrinkage, is made of easily machined material. According to this basic model 1 . B. produced by casting with silicone rubber, a divided, reusable basic shape 2 , which is used to manufacture lost models 3 . For this purpose, a slightly soluble substance M , z. B. nickel nitrate, melted, which is liquid at a temperature greater than 100 ° C and solidifies at a temperature less than 50 ° C. The then lost molded model 3 is immersed in a solid state in a molten shell material H , in particular wax, which solidifies at room temperature, so that there is now a covered lost model 4 . With the aid of a solvent L then the lost pattern 4 or the material M washed, goes back again into the production cycle, wherein the solvent medium L is separated and reused. The molded shell 5 thus produced from the shell material H , in particular special wax, is then filled with a powder P , from which the component to be manufactured is to be made, with or without binder B. Then the filling F in the shell 5 , which breaks to avoid shape and to enable plastic deformation beforehand brought to a suitable temperature, compressed by isostatic cold pressing to such an extent that the powder particles, optionally with the aid of a binder mixed in small amounts B , are connected with each other sufficiently firmly for further shape maintenance. The thus produced, still encased green compact 6 is then melted from the molded shell 5 or the shell material H , which goes back into the manufacturing process, to the green ling 6 ' without a shell or molded shell 5th From the green compact 6 ' then the remains of the casing are evaporated and in addition the binder B is burned out; it is also presintered. After this procedure, there is a green compact 6 '' , which is then finished sintered to the component BT . If necessary, the component BT can be post-compressed by hot isostatic pressing (component BT ′) .

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus metalli schem oder nichtmetallischem Pulver, das in einer plastisch nachgiebigen Form isostatisch gepreßt wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrens schritte:

- Herstellen eines um das spätere Schwindmaß vergrößer ten verlorenen Modells (3) des späteren Bauteiles aus einem bei Raumtemperatur in einem Lösungsmittel löslichen Stoff (M) durch Schmelzen und dann Gießen in einer wiederholt ver wendbaren, geteilten Grundform (2), der bei einer Temperatur größer als 100°C flüssig und bei einer Temperatur kleiner als 50°C erstarrt ist,
- Herstellen einer Formschale (5) durch Beschichten des verlorenen Modells (3) mit einem beim späteren isostatischen Pressen plastisch verformbaren Stoff als Hüllenmaterial (H), insbesondere Wachs, der bei Raumtemperatur eine feste Formschale (5) bildet,
- Auswaschen des Stoffes (M) des verlorenen Modells (3) aus der Formschale (5) durch ein Lösungsmittel (L),
- Füllen der Formschale (5) mit Pulver (P), dem ge gebenenfalls ein Binder (B) zugesetzt ist,
- Bringen der mit Pulver (P) gefüllten Formschale (5) auf eine für das anschließende Formpressen geeignete Temperatur,
- isostatisches Pressen des Pulvers (P) in der Formschale (5),
- Entfernen der Formschale (5) vom gepreßten Grün ling (6),
- gegebenenfalls Ausbrennen des Binders (B) aus dem Grünling (6′′) und Sintern des Grünlings (6′′).

1. A process for the production of components from metallic or non-metallic powder which is isostatically pressed in a plastically flexible form, characterized by the following process steps:

- Manufacture of the later shrinkage enlarged th model ( 3 ) of the later component from a solvent soluble at room temperature (M) by melting and then casting in a repeatedly usable, divided basic mold ( 2 ), which at a temperature greater than 100 ° C liquid and solidified at a temperature lower than 50 ° C,
Producing a molded shell ( 5 ) by coating the lost model ( 3 ) with a material which can be plastically deformed during later isostatic pressing as the shell material (H) , in particular wax, which forms a solid molded shell ( 5 ) at room temperature,
Washing out the fabric (M) of the lost model ( 3 ) from the molded shell ( 5 ) with a solvent (L) ,
- Filling the molded shell ( 5 ) with powder (P) , to which a binder (B) is added,
Bringing the mold shell ( 5 ) filled with powder (P) to a temperature suitable for the subsequent compression molding,
- Isostatic pressing of the powder (P) in the molded shell ( 5 ),
- Removing the molded shell ( 5 ) from the pressed green ling ( 6 ),
- If necessary, burning out the binder (B) from the green compact ( 6 '' ) and sintering the green compact ( 6 '' ).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verlorene Modell (3) in mehrere Modellteile aufgeteilt ist und diese getrennt voneinander nach dem Verfahren gemäß dem ersten Verfahrensschritt her gestellt und anschließend, insbesondere durch Kleben, fest zusammengefügt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the lost model ( 3 ) is divided into a plurality of model parts and these are made separately from one another by the method according to the first method step and then, in particular by gluing, firmly joined together.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich net, daß das gesinterte bzw. fertige Bauteil (BT) durch isostatisches Heißpressen noch nachverdichtet wird.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the sintered or finished component (BT) is further compressed by hot isostatic pressing.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grünling (6′) vor dem Ausbrennen und Sintern noch mechanisch nachgearbeitet wird. 4. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the green compact ( 6 ' ) is mechanically reworked before the burnout and sintering.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Erweichungstemperatur des Binders (B) über der Schmelztemperatur der aus Wachs bestehenden Formschale (5) liegt.5. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the softening temperature of the binder (B) is above the melting temperature of the molded shell ( 5 ) made of wax.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Wachs (H) zur Herstellung der Form schale (5) im Raumtemperaturbereich zwischen etwa 15-30°C formstabil, zwischen etwa 45 und 60°C zur Aufnahme der auftretenden Verformungen beim isostatischen Kaltpressen ohne Bruch ausreichend duktil ist und bei Temperaturen unter 100°C schmelz bar ist.6. The method according to claim 1 and 5, characterized in that the wax (H) for the production of the mold shell ( 5 ) in the room temperature range between about 15-30 ° C dimensionally stable, between about 45 and 60 ° C to absorb the deformations that occur in cold isostatic pressing is sufficiently ductile and can be melted at temperatures below 100 ° C.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Aus waschen des Stoffes (M) des verlorenen Modells (3) entstehende Lösung durch Ausscheiden des Lösungsmittels (L) zum Stoff (M) zurückverwandelt wird, die beide, das Lösungsmittel (L) und der Stoff (M) wieder in den Fertigungsprozeß gegeben werden.7. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the solution formed by washing out the fabric (M) of the lost model ( 3 ) is converted back to the fabric (M) by eliminating the solvent (L) , both of which, the solvent (L) and the substance (M) are put back into the manufacturing process.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundform (2) aus Silikongummi verwendet wird. 8. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that a basic shape ( 2 ) made of silicone rubber is used.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Stoff (M) für das verlorene Modell (3) Nickelnitrat verwendet wird.9. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that nickel nitrate is used as the substance (M) for the lost model ( 3 ).

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Pulver (P) zur Herstellung des Bauteils eine Nickelbasislegierung verwendet wird.10. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that a nickel-based alloy is used as powder (P) for producing the component.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Pulver (P) zur Herstellung des Bauteils eine Titanbasislegie rung verwendet wird.11. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that a titanium base alloy is used as powder (P) for the production of the component.

12. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß als Pulver (P) zur Herstellung des Bau teils eine Eisenbasislegierung verwendet wird.12. The method according to claim 2, characterized in that an iron-based alloy is used as a powder (P) for the manufacture of the construction.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Pulver (P) zur Herstellung des Bauteils keramische Pulver verwendet werden.13. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that ceramic powder is used as the powder (P) for the production of the component.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das verlorene Modell (3) vor dem Aufbau der Formschale (5) mit einer Trennschicht versehen wird.14. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the lost model ( 3 ) before the construction of the molded shell ( 5 ) is provided with a separating layer.