EP1133374B1

EP1133374B1 - Method for producing a sintered part with a subsequent shaping of the green compact

Info

Publication number: EP1133374B1
Application number: EP99955898A
Authority: EP
Inventors: Eberhard Ernst; Bernhard Brust; Berthold Morber; Wolfgang Schiemenz
Original assignee: GKN Sinter Metals GmbH
Current assignee: GKN Sinter Metals GmbH
Priority date: 1998-11-02
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2004-04-14
Anticipated expiration: 2019-10-28
Also published as: AU1266800A; WO2000025960A1; US6730263B2; DE59909201D1; CA2348429C; CA2348429A1; DE19850326A1; US20020090314A1; EP1133374A1; ES2221459T3; JP2002528644A; ATE264153T1

Abstract

The invention relates to a method for producing a sintered part comprised of a powdery material, especially comprised of a sintered metallurgical powder. According to the inventive method, a green compact which forms an elementary shape of the part is firstly compression molded from the powder. The desired final shape of the part is produced by subjecting partial areas of the elementary shape on the green compact to a successive non-cutting shaping. Afterwards, said final shape is finished by sintering.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Bauteils aus pulverförmigem Material, insbesondere aus sintermetallurgischem Pulver, wobei das Bauteil eine Außen- und/oder Innenverzahnung aufweist.The invention relates to a method for producing a sintered component made of powdery material, in particular made of sintered metallurgical powder, the component being a Has external and / or internal teeth.

Die Herstellung von gesinterten Bauteilen durch Pressen eines metallurgischen Pulvers und anschließendem Sintern ist grundsätzlich bekannt. Beim Pressen des Pulvers zu einem sogenannten Grünling kommt es zum einen darauf an, eine möglichst gleichmäßige Verdichtung des Pulvers zu erzielen, und zum anderen die Geometrie des Bauteils so zu gestalten, daß die Formgebung mit möglichst einfachen Preßwerkzeugen durchgeführt werden kann, wobei darüber hinaus auch die Anforderung besteht, daß der gepreßte Grünling aus der Preßform auch ausformbar ist. Vielfach lassen sich jedoch die funktionellen Anforderungen an die Geometrie des fertigen Bauteils nicht durch einen Preßvorgang verwirklichen, wenn beispielsweise Hinterschneidungen, quer zur Preßrichtung verlaufende Nuten oder Außenkonturen vorhanden sind, die eine gleichmäßige Verdichtung nicht zulassen. Zum Teil lassen sich die Probleme dadurch lösen, daß das fertige Bauteil aus zwei oder mehreren für sich gepreßten und gesinterten Teilelementen zusammengefügt wird oder aber durch Pressen und Sintern ein Rohbauteil erzeugt wird, das anschließend in einem spanerzeugenden Formgebungsverfahren noch fertig bearbeitet werden muß. Ein Aufbau eines Bauteils aus mehreren Teilelementen läßt sich nicht immer verwirklichen. Eine spangebende Bearbeitung eines fertig gesinterten Bauteils ist insbesondere bei einer Serienfertigung kostenintensiv.The production of sintered components by pressing one metallurgical powder and subsequent sintering is essential known. When pressing the powder into a so-called Greenery depends on the one hand, one if possible to achieve uniform compaction of the powder, and secondly to design the geometry of the component so that the Shaping carried out with the simplest possible pressing tools can be, in addition, the requirement there is that the pressed green body from the mold can also be shaped is. In many cases, however, the functional No requirements for the geometry of the finished component by a pressing process if, for example Undercuts, grooves running transverse to the pressing direction or external contours are present that ensure even compaction not allow. Some of the problems can be solved solve in that the finished component of two or more for pressed and sintered elements becomes a raw part or by pressing and sintering is generated, which is then in a chip-forming process still has to be finished. A structure a component made up of several sub-elements cannot be created always realize. Machining a finished sintered component is particularly in a series production expensive.

Aus DE-A-196 36 524 ist ein Verfahren zur Herstellung von Prototypen bekannt, bei dem mit Hilfe eines Preßwerkzeugs in einem wenigstens einstufigen Grundformungsprozeß aus Bindemittel enthaltendem Metallpulver ein Grünling als Bauteilgrundform unter Druck- und/oder Wärmeeinwirkung geformt wird, die nur angenähert der Bauteilendform entspricht. In wenigstens einem weiteren, materialabtragenden oder materialumformenden Formungsprozeß wird dem Grünling dann eine erste Bauteilform gegeben und anschließend gesintert. Der so erstellte Prototyp wird untersucht, und zwar in bezug auf notwendige Formänderungen zur Berücksichtigung von Einflüssen des Sintervorgangs in bezug auf seine Eignung für die vorgesehene mechanische Verwendung. Hierbei ist insbesondere die Reduzierung der Materialmenge, d. h. eine Verschlankung der Form von Interesse. Da in der Regel der so erstellte erste Prototyp nicht allen Anforderungen genügt, wird in einem weiteren Schritt wiederum aus dem vorhandenen Preßwerkzeug ein Grünling erstellt, der entsprechend den aus der Untersuchung gewonnenen Erkenntnis überarbeitet, fertiggesintert und erneut untersucht wird. Damit ist es möglich, mit nur einer Preßform schrittweise die notwendige Bauteilendform zu erarbeiten und nach dem so gewonnenen Endmuster dann die für eine Serienfertigung erforderlichen Preßwerkzeuge herzustellen.DE-A-196 36 524 describes a process for the production of Prototype known, in which with the help of a press tool an at least one-step basic molding process from binder metal powder containing a green compact as a basic component shape is formed under the influence of pressure and / or heat, which only approximates the final shape of the component. In at least another, material-removing or material-forming The molding process then gives the green compact a first component shape given and then sintered. The so created The prototype is examined with regard to the necessary ones Changes in shape to take into account the influences of the sintering process with regard to its suitability for the intended mechanical use. Here is the reduction in particular the amount of material, d. H. a slimmer form of Interest. As a rule, the first prototype created in this way another does not meet all requirements In turn, a green body from the existing pressing tool created according to those obtained from the investigation Knowledge revised, sintered and again is examined. This makes it possible to use just one mold to gradually develop the necessary final component shape and based on the final sample obtained in this way, then for series production to produce the necessary pressing tools.

Um für die Herstellung eines gesinterten Bauteils einen Formgebungsprozeß bereits preßtechnisch mit dem Grundformungsprozeß zu verbinden, wird in der EP 826 449 ein Verfahren beschrieben, bei dem mit mehreren gesonderten, nacheinander geführten Preßstempeln in einem Preßwerkzeug ein Grünling in seiner Endform aus pulverförmigem Material geformt wird, wobei bereits beim Pressen gestufte Querschnittkonturen mit unterschiedlichen Materialstärken, wie beispielsweise Radnaben und Radkränze, angeformt werden können. Voraussetzung ist, daß das Bauteil in seiner Geometrie keine Hinterschneidungen aufweist, so daß es nach dem Pressen wieder aus dem Preßwerkzeug entnehmbar ist.A molding process for the production of a sintered component already with the basic molding process to connect, a method is described in EP 826 449 in the case of several separate, one after the other Press stamping a green body in a press tool its final shape is formed from powder material, whereby Cross-sectional contours with different degrees already during pressing Material thicknesses, such as wheel hubs and wheel rims can be molded on. Requirement is, that the component has no undercuts in its geometry has, so that it comes out of the press tool after pressing is removable.

Grundsätzlich läßt sich dieses Verfahren jedoch für jede Geometrie ohne Hinterschneidungen einsetzen, wenn das Preßwerkzeug an die Konturen entsprechend angepaßt ist. Allerdings hat es sich gezeigt, daß nur bei Körpern mit Flächen, die im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung der Preßwerkzeuge ausgerichtet sind, eine gleichmäßige Verdichtung erreicht werden kann. Sobald das herzustellende Bauteil von dieser Grundbedingung abweichende Geometrien aufweist, stößt das beschriebene Verfahren an seine technischen Grenzen.Basically, this method can be used for any geometry insert without undercuts when the press tool is adapted to the contours accordingly. Indeed it has been shown that only with bodies with surfaces that are in the essentially perpendicular to the direction of movement of the pressing tools are aligned, achieved a uniform compression can be. As soon as the component to be manufactured by this Basic condition has different geometries, the described described bumps Process to its technical limits.

Insbesondere an den Kanten oder Vorsprüngen des zu erzeugenden Bauteils können aufgrund der geringen Fließfähigkeit des Pulvers, Gebiete mit geringerer Materialdichte entstehen, die beim nachfolgenden Sintern zu Materialfehlern, wie Rissen oder Brüchen, führen können. In gleicher Weise kann es zu Überbeanspruchungen und damit zu Brüchen an derart exponierten Stellen des Preßwerkzeugs kommen.In particular on the edges or protrusions of what is to be produced Component can due to the low flowability of the Powder, areas with lower material density arise that in the subsequent sintering to material defects such as cracks or breaks. In the same way it can too Overuse and breakage in such exposed areas Place the press tool.

Bei Bauteilen, deren Konturen oder Geometrien derartige Teilbereiche aufweisen, die nicht mit einem axial geführten Preßwerkzeug herstellbar sind, ist entweder ein kompliziertes, geteiltes Preßwerkzeug, beispielsweise auch mit sogenannten Seitenschiebern erforderlich, oder es ist nach dem Grundformungsprozeß eine gesonderte Bearbeitung notwendig. Bei der materialabtragenden Bearbeitung werden die entsprechenden Geometrien oder Hinterschneidungen am Bauteil zur Erreichung der gewünschten Bauteilendform spanend erzeugt.In the case of components, their contours or geometries, such partial areas have that not with an axially guided pressing tool are producible, is either a complicated, divided pressing tool, for example with so-called Sideshift required, or it is after the basic molding process separate processing is necessary. In the material-removing processing will be the corresponding Geometries or undercuts on the component to achieve the desired final component shape.

Aus der GB-A-2 051 639 ist ein Verfahren zur Herstellung von Gewindespindeln bekannt, bei dem zunächst aus einem Sintermetallpulver ein Grünling in Form eines Zylinderkörper gepreßt und anschließend gesintert wird. Danach wird durch Umformen der Zylinderaußenfläche des gesinterten Zylinderkörpers mit Hilfe einer Formrolle das Gewinde aufgebracht, wobei im Bereich der Gewindegänge die Oberfläche erheblich verdichtet wird. Anschließend kann der so gewonnene Gewindestab oder Bolzen nachgesintert werden.GB-A-2 051 639 describes a process for the production of Threaded spindles are known, first of all from a sintered metal powder a green compact is pressed in the form of a cylinder body and then sintered. After that, by reshaping the cylinder outer surface of the sintered cylinder body with Using a form roller, the thread is applied, being in the area of the threads significantly densifies the surface becomes. Then the threaded rod or Bolts are sintered.

Aus CH-A-335 196 ist ein Verfahren zur Herstellung von Geschoßringen aus Eisenpulver bekannt, bei dem der Ring vorgepreßt und vorgesintert wird und nachträglich zur Einstellung einer definierten Dichte nachgepreßt und wiederum nachgesintert wird. Da Geschoßringe als zylindrisch glatte Ringe aus gebildet sind, bewirkt das Nachpressen lediglich eine Kalibrierung, um eine zu hohe Gefügeverdichtung möglichst zu vermeiden.From CH-A-335 196 is a process for the manufacture of bullet rings known from iron powder, in which the ring is pre-pressed and is pre-sintered and subsequently for adjustment pressed to a defined density and sintered again becomes. Because bullet rings made out of cylindrical smooth rings are formed, the re-pressing only causes calibration, in order to avoid excessive structural compaction as far as possible.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen das die vorbeschriebenen Nachteile vermeidet.The object of the invention is to provide a method avoids the disadvantages described above.

Die Aufgabe wird gelöst durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem sintermetallurgischen Pulver. Dieses Verfahren bietet für eine Vielzahl von Geometrien den Vorteil, daß der Grünling für die Bauteilgrundform in einem entsprechend vereinfachten, auf eine gleichmäßige Verdichtung ausgelegten Preßwerkzeug hergestellt werden kann. Es ist zweckmäßig, wenn die Bauteilgrundform in ihrer Geometrie der Geometrie der Bauteilendform möglichst nahe kommt. Die besondere Bauteilendform wird anschließend durch wenigstens ein weiteres gesondertes Umformen der betreffenden Teilbereiche des Grünlings mit Hilfe eines weiteren umformenden Werkzeugs erzeugt.The object is achieved by that specified in claim 1 Process for producing a component from a sintered metallurgical Powder. This procedure caters for a variety of geometries the advantage that the green body for the Basic component shape in a correspondingly simplified, on a uniform compression designed press tool manufactured can be. It is useful if the basic component shape in their geometry the geometry of the final component shape as possible comes close. The special final shape is then by at least one further separate forming the relevant sections of the green body with the help of a generated another forming tool.

Dadurch, daß die umzuformenden Teilbereiche in gesonderten Umformwerkzeugen mit Druck beaufschlagt werden, lassen sich im ersten Preßschritt geringer verdichtete Bereiche noch nachverdichten. Hierbei können - ohne Material abzutragen - besondere, im ersten Preßschritt nicht oder nur schwer formbare Geometrien in den Teilbereichen der Bauteilgrundform um geformt werden. Die Umformwerkzeuge sind mit Druck- und Gegendruckmitteln ausgestattet. Bei diesen Verfahrensweisen kann ein isostatischer Druckanteil so auf die umzuformenden Teilbereiche übertragen werden, daß auch bei sehr sprödem Material eine Verformbarkeit noch möglich ist. Durch das Umformen der betreffenden Teilbereiche des Grünlings wird die Bauteilendform hergestellt, die anschließend gesintert werden kann. The fact that the sub-areas to be reshaped in separate Forming tools can be pressurized Areas that were less densely compressed in the first pressing step become clogged. Here - without removing material - special ones that are difficult or impossible to form in the first pressing step Geometries in the sub-areas of the basic component shape be shaped. The forming tools are with pressure and counter pressure media fitted. With these procedures can an isostatic pressure component on the to be reshaped Partial areas are transferred that even with very brittle material deformability is still possible. By reshaping the relevant part of the green compact becomes the final component shape manufactured, which are then sintered can.

Bei entsprechender Geometrie des Bauteils ist es sogar möglich, in den Teilbereichen durch die anschließende Umformung die Materialdichte noch zu erhöhen und somit eine zusätzliche Festigkeit in diesen Teilbereichen am fertig gesinterten Bauteil zu erzielen.With the appropriate geometry of the component, it is even possible in the sub-areas through the subsequent forming to increase the material density and thus an additional one Strength in these areas on the finished sintered component to achieve.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Umformen durch Pressen und/oder Rollieren erfolgen. Das Umformen kann insbesondere stufenweise vorgenommen werden, wobei einzelne Konturen, wie Hinterschneidungen an der Bauteilendform, jeweils wenigstens durch eine Umformstufe erzeugt werden.In an embodiment of the method according to the invention, this can Forming by pressing and / or rolling. Forming can in particular be carried out in stages, whereby individual contours, such as undercuts on the final component shape, each generated at least by one forming step become.

Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, daß die Umformtiefe stufenweise erhöht wird. Dabei wird erreicht, daß ohne Zerstörungen des Materialgefüges größere Umformarbeit geleistet werden kann.According to the invention it is also provided that the forming depth is gradual is increased. It is achieved that without destruction the material structure has done more forming can be.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß der Grünling vor wenigstens einem Umformen zur Erhöhung der Grünfestigkeit vorgesintert wird. Dieses als Vorsintern bezeichnete Fügen des pulverförmigen und gepreßten Pulvermaterials wird vorzugsweise bei einer niedrigeren Temperatur vorgenommen als das zur Bauteilendform führende Hochsintern. Das Vorsintern wird dabei in der Weise vorgenommen, daß eine weitere Umformarbeit am Bauteil noch möglich ist. Durch das Vorsintern wird erreicht, daß das innere Gefüge des Formlings in den bereits endgültig geformten Bereichen beim Umformen von Teilbereichen weitgehend erhalten bleibt und ein höherer Druck auf diese Teilbereiche für das Umformen aufgebracht werden kann.In a further advantageous embodiment of the method it is provided that the green body before at least one forming is pre-sintered to increase the green strength. This called pre-sintering joining of the powdered and pressed Powder material is preferably at a lower Temperature made than that leading to the final component shape High Intern. The pre-sintering is carried out in such a way that further forming work on the component is still possible is. Pre-sintering ensures that the inner structure of the molding in the areas that have already been finally formed largely retained when reshaping parts and a higher pressure on these sections for forming can be applied.

Erfindungsgemäß kann das Bauteil als Grünling vor einem Sintern und/oder als verfestigtes Teil nach einem Sintern kalibriert werden. Es ist insbesondere auch vorgesehen, wenigstens einen Teil der Umformarbeit durch das Kalibrieren zu leisten. Durch dieses Kalibrieren kann die Oberfläche, aber auch das Gefüge des Bauteils, qualitativ verbessert werden. Es ist insbesondere möglich, Grate und/oder spitze oder scharfe Kanten zu beseitigen.According to the invention, the component can be a green body before sintering and / or calibrated as a solidified part after sintering become. In particular, it is also provided, at least part of the forming work by calibrating Afford. By calibrating the surface, however also the structure of the component can be qualitatively improved. It is particularly possible to have burrs and / or points eliminate sharp edges.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: als Fertigbauteil ein Ritzel mit bogenförmigen Zähnen,
Fig. 2: das Füllen der Preßform zur Herstellung des Ritzels gemäß Fig. 1,
Fig. 3: eine Stirnansicht eines Formstempels zur Herstellung des Bauteils gemäß Fig. 1,
Fig. 4: den ersten Preßschritt,
Fig. 5: die Form des im Preßschritt gemäß Fig. 4 geformten Grünlings,
Fig. 6: den Grünling gemäß Fig. 5 im Preßwerkzeug durch Durchführung der Umformung,
Fig. 7: das Preßwerkzeug gemäß Fig. 6 in Umformposition,
Fig. 8: perspektivisch einen Zahnring,
Fig. 9: eine Ausschnittvergrößerung für einen Zahn des Zahnrings gemäß Fig. 8,
Fig. 10: eine Aufsicht auf den Ausschnitt gemäß Fig. 9,
Fig. 11: einen Grünling für einen Zahnring mit hinterschnittener Innenverzahnung nach dem ersten Preßschritt,
Fig. 12: eine Abwicklung der Innenverzahnung am Grünling gemäß Fig. 1,
Fig. 13: die Innenverzahnung in der Ansicht gemäß Fig. 12 nach der Umformung,
Fig. 14: den Umformungspreßvorgang zu Fig. 13.

The invention is explained in more detail with reference to schematic drawings. Show it:

Fig. 1: as a finished component, a pinion with curved teeth,
Fig. 2: the filling of the mold for the production of the pinion according to FIG. 1,
Fig. 3: 2 shows an end view of a die for producing the component according to FIG. 1,
Fig. 4: the first pressing step,
Fig. 5: the shape of the green body formed in the pressing step according to FIG. 4,
Fig. 6: 5 in the press tool by performing the forming,
Fig. 7: 6 in the forming position,
Fig. 8: perspective a gear ring,
Fig. 9: 8 shows an enlarged section for a tooth of the toothed ring according to FIG. 8,
Fig. 10: 9 shows a top view of the detail according to FIG. 9,
Fig. 11: a green compact for a toothed ring with undercut internal teeth after the first pressing step,
Fig. 12: a development of the internal toothing on the green compact according to FIG. 1,
Fig. 13: the internal toothing in the view according to FIG. 12 after the forming,
Fig. 14: the forming press operation to Fig. 13th

In Fig. 1 ist im Längsschnitt Ritzel 1 dargestellt, das einen zylindrischen Grundkörper 2 aufweist, der an einem Ende mit einer Außenverzahnung 3 versehen ist. Wie Fig. 1 erkennen läßt, sind die Zähne 4 der Außenverzahnung 3 als sogenannte Bogenverzahnung ausgebildet. Das Bauteil ist im Sinterverfahren aus einem sintermetallurgischen Pulver hergestellt. Fig. 1 zeigt das Bauteil im gesinterten Endzustand.In Fig. 1 pinion 1 is shown in longitudinal section, the one has cylindrical base body 2 with at one end an external toothing 3 is provided. As can be seen in FIG. 1 lets, the teeth 4 of the external teeth 3 are so-called Arch teeth formed. The component is in the sintering process made from a sintered metallurgical powder. FIG. 1 shows the component in the final sintered state.

In den Fig. 3, 4, 6 und 7 ist das Verfahren zur Herstellung des Bauteils gemäß Fig. 1 anhand des Arbeitsablaufes im Preßwerkzeug näher dargestellt.3, 4, 6 and 7 is the method of manufacture 1 based on the workflow in the press tool shown in more detail.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, besteht das Preßwerkzeug im wesentlichen aus einer die Außenkontur im wesentlichen umfassenden Matrize 5, einem Unterstempel 6 und einem oberen Formstempel 7. Der Unterstempel 6 wird zum Füllen zunächst um ein vorgegebenes Maß abgesenkt und der so gebildete Formraum mit sintermetallurgischem Pulver 8 gefüllt. Anschließend wird der Formstempel 7 abgesenkt, dessen Außenkontur 9 im wesentlichen der Innenkontur 10 des oberen Bereichs der Matrize 5 entspricht. Fig. 3 zeigt eine Stirnansicht des Formstempels 7.As can be seen from Fig. 3, the pressing tool consists essentially from an essentially encompassing the outer contour Die 5, a lower stamp 6 and an upper form stamp 7. The lower stamp 6 is initially filled by a predetermined dimension lowered and the mold space thus formed with sintered metallurgical powder 8 filled. Then the Form stamp 7 lowered, the outer contour 9 substantially corresponds to the inner contour 10 of the upper region of the die 5. 3 shows an end view of the die 7.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wird im nächsten Arbeitsschritt der Formstempel 7 in die Matrize 5 eingeführt und gleichzeitig der Unterstempel 6 nach oben bewegt, so daß Formstempel und Unterstempel gegeneinander geführt werden und hierbei die nur geschüttete Pulverfüllung zu einem festen Grünling 1.1 verdichten. Der zylindrische Grundkörper 2 erhält hierbei bereits seine Endform, während die Zähne 4 der Außenverzahnung 3 in ihrem unteren Bereich 4.1 aufgrund der entsprechenden Formgebung der Matrize 5 bereits den Bogenzahnverlauf aufweisen, während der obere Bereich 4.2 die Kontur einer normalen Geradverzahnung aufweist.As can be seen from Fig. 4, the next step the die 7 inserted into the die 5 and simultaneously the lower stamp 6 moves upward, so that the stamp and lower stamps are guided against each other and the only poured powder filling into a solid green compact 1.1 compacted. The cylindrical base body 2 already receives its final shape, while the teeth 4 of the external toothing 3 in its lower area 4.1 due to the corresponding Shape of the die 5 already have the curved tooth course, while the upper area 4.2 the contour of a normal one Has straight teeth.

Die so hergestellte Zwischenform des Grünlings ist aus Fig. 5 ersichtlich. Hier ist auch zu erkennen, daß nach dem Anheben des Formstempels 7 der Grünling 1.1 durch den Unterstempel 6 aus der Matrize 5 ausgestoßen werden kann, da keine Hinterschneidung vorhanden ist.The intermediate shape of the green compact thus produced is from FIG. 5 seen. Here you can also see that after lifting of the stamp 7 of the green compact 1.1 by the lower stamp 6 can be ejected from the die 5 since there is no undercut is available.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich, wird der Grünling 1.1 in einem zweiten Arbeitsschritt in eine Matrize 5.1 eingesetzt, die einen Unterstempel 6.1 aufweist, und deren Formraum im wesentlichen durch einen Zahnformraum 11.1 gebildet wird, der in seiner Geometrie dem Bereich 4.1 am Grünling (Fig. 2) entspricht.6, the green compact 1.1 is in one second work step used in a die 5.1, the has a lower stamp 6.1, and its shape space essentially is formed by a tooth mold space 11.1 which in its geometry corresponds to the area 4.1 on the green compact (FIG. 2).

Ein oberes matrizenförmiges Preßwerkzeug 5.2 ist mit einem Zahnformraum 11.2 versehen, der identisch zum Bereich 4.1 am Grünling (Fig. 5) ausgebildet ist und der dazu dient, den noch als Geradverzahnung ausgebildeten Bereich 4.2 am Grünling so umzuformen, daß dieser Zahnbereich die in Fig. 1 wiedergegebene Endkontur erhält. Dem oberen matrizenförmigen - Werkzeug 5.2 ist ein Innenstempel 12 zugeordnet, so daß der Unterstempel 6.1 und der Innenstempel 12 beim Zusammenfahren der gesamten Werkzeuganordnung so geführt werden können, daß außer der Umformung der Außenverzahnung keine Relativverschiebungen des Grünlings zwischen den beiden Werkzeugen 5.1 und 5.2 erfolgen. Diese Preßsituation ist in Fig. 7 dargestellt.An upper die-shaped pressing tool 5.2 is with a Tooth form space 11.2 provided, which is identical to area 4.1 on Green compact (Fig. 5) is formed and which serves the area 4.2 on the green compact, which is also designed as a straight toothing to be reshaped so that this tooth area is the one shown in FIG Receives final contour. The upper matrix-shaped - Tool 5.2 is assigned an inner punch 12 so that the Lower stamp 6.1 and the inner stamp 12 when moving together the entire tool assembly can be performed so that apart from the reshaping of the external teeth, no relative displacements of the green body between the two tools 5.1 and 5.2. This pressing situation is shown in Fig. 7.

Vergleicht man die Geometrie des Formstempels 7, wie er sich aus Fig. 2 und 3 ergibt, so ist ohne weiteres zu erkennen, daß die Zahnbereiche 4.2 in der vorgegebenen Weise gar nicht mit einem einfachen Formstempel zu formen sind, da dieser in zungenartige Spitzen auslaufen würde, so daß weder die erforderlichen Preßdrücke noch die erforderliche Stabilität des Werkzeugs gegeben ist. Überraschend hat sich nun gezeigt, daß durch dieses mehrstufige Preßverfahren die an sich komplizierte Zahngeometrie, wie sie aus Fig. 1 zu entnehmen ist, mit hoher Präzision und gleichmäßiger Verdichtung des Pulvers durchführen läßt, wenn durch ein matrizenähnliches Formwerkzeug der Grünling partiell umgeformt wird, daß die nur vorgeformte Verzahnung in diesem Bereich 4.2 umgreift und das Aufbringen von hohen Preßkräften und gegebenenfalls auch noch eine Nachverdichtung des Grünlings im Bereich der Außenverzahnung ermöglicht.Comparing the geometry of the die 7, as it is 2 and 3 results, it can be easily seen that the tooth areas 4.2 in the specified manner not at all to be shaped with a simple form stamp, as this is in tongue-like tips would leak, so that neither the required Pressures still the required stability of the Tool is given. Surprisingly, it has now been shown that due to this multi-stage pressing process the intrinsically complicated Tooth geometry, as can be seen from FIG. 1, with high precision and even compaction of the powder can be carried out if by a die-like molding tool the green compact is partially reshaped so that the only preformed one Gearing in this area 4.2 encompasses and the application of high pressing forces and possibly also a densification of the green compact in the area of the external teeth allows.

Überraschend hat sich gezeigt, daß ein derartiges Umformen von Teilbereichen eines an sich fertig gepreßten Grünlings möglich ist und in bezug auf Materialdichte und Formgenauigkeit zu sehr guten Ergebnissen führt.Surprisingly, it has been shown that such forming of partial areas of a green compact that is actually pressed is possible and in terms of material density and shape accuracy leads to very good results.

Nachstehend sind weitere Beispiele von Bauteilen dargestellt, die mit Vorteil nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können. Fig. 8 zeigt hierbei perspektivisch einen Ring 13 mit einer Außenverzahnung 14, wie er beispielsweise als Kupplungskörper in einem Schaltgetriebe Einsatz findet. Wie schon Fig. 8, mehr noch aber die vergrößerte, perspektivische Ansicht in Fig. 9 und die Aufsicht in Fig. 10, erkennen lassen, sind die einzelnen Zähne 15 der Außenverzahnung 14 nicht als übliche gerade Zähne ausgebildet, sondern weisen eine komplizierte geometrische Form auf. Die Zahnflanken 15.1 sind als Evolventenflächen geformt, stehen jedoch - wie Fig. 10 zeigt - unter einem Winkel zueinander. Die Stirnfläche 16 ist hierbei geradflächig, während die Stirnfläche 17 durch zwei geneigt zueinander verlaufende jedoch ebenflächige Flächenbereiche 17.1 gebildet wird.Below are other examples of components which are advantageously produced by the method according to the invention can be. 8 shows a perspective view of one Ring 13 with an external toothing 14, as it is for example used as a clutch body in a manual transmission place. Like Fig. 8, but even more the enlarged, perspective view in Fig. 9 and the top view in Fig. 10, can be seen, the individual teeth 15 of the external toothing 14 not designed as normal straight teeth, but have a complicated geometric shape. The Tooth flanks 15.1 are shaped as involute surfaces however - as FIG. 10 shows - at an angle to one another. The end face 16 is straight, while the End face 17 by two inclined to each other, however flat surface areas 17.1 is formed.

Da die Ebene des zur Herstellung dieses Bauteils notwendigen Preßwerkzeugs senkrecht zur Achse A des Bauteils ausgerichtet ist, d. h. die erforderlichen Preßstempel werden in Richtung der Achse A geführt, ist insbesondere Fig. 10 zu erkennen, daß eine derartige Verzahnung aufgrund der gegebenen Hinterschneidung nicht mit einem einfachen Formpreßstempel geformt werden kann. Auch bei der Herstellung dieses Bauteils kann so verfahren werden, daß in einem ersten Formschritt der Ringkörper und die Außenverzahnung mit den Stirnflächen 17.1 geformt wird, so daß die anschließenden Seitenflächen 15.1 noch als "Geradverzahnung" ausgebildet sind. Im zweiten Umformungsschritt wird dann wieder mit einem matrizenförmigen Werkzeug an dem bereits gepreßten Grünling die endgültige Formung der Zahnflanken 15.1 bewirkt, wobei nicht nur die gegenseitige Neigung in axialer Richtung, sondern auch die Evolventenflächen angeformt werden.Because the level of the necessary to manufacture this component Press tool aligned perpendicular to the axis A of the component is, d. H. the required ram is in the direction the axis A is guided, in particular Fig. 10 can be seen, that such interlocking due to the given undercut not molded with a simple die can be. This can also be done in the manufacture of this component be moved that in a first molding step the ring body and the external toothing is shaped with the end faces 17.1 is, so that the subsequent side surfaces 15.1 are designed as "straight teeth". In the second forming step is then shaped again with a matrix Tool on the already pressed green compact the final Forming the tooth flanks 15.1 causes, not only the mutual Inclination in the axial direction, but also the Involute surfaces are formed.

In Fig. 11 ist als weiteres Gestaltungsbeispiel ein Grünling 18 für einen Ring mit einer Innenverzahnung dargestellt. Der in Fig. 11 dargestellte Grünling wird analog zu dem anhand der Fig. 2 und 4 beschriebenen Verfahren als Bauteilgrundform hergestellt. In der Schnittdarstellung gemäß Fig. 11 ist auf einem Ringkörper 18.1 nur ein Zahn 19 der Innenverzahnung in einer Seitenansicht und in Fig. 12 sind mehrere Zähne 19 in einer Abwicklung der Innenverzahnung in einer Aufsicht dargestellt. Ein derart konturierter Grünling läßt sich in einem ersten Preßschritt analog zur Darstellung gemäß Fig. 2 und 4 als Bauteilgrundform herstellen einschließlich der besonderen Konturierung der Zähne 19. 11 is a green compact as a further design example 18 shown for a ring with internal teeth. The Green body shown in Fig. 11 is analogous to that based on 2 and 4 described method as the basic component shape manufactured. 11 is on a ring body 18.1 only one tooth 19 of the internal toothing in a side view and in Fig. 12 are a plurality of teeth 19 in a processing of the internal toothing shown in a supervision. Such a contoured green body can be in one first pressing step analogous to the representation according to FIGS. 2 and 4 produce as basic component shape including the special one Contouring the teeth 19.

Der hier darstellte beispielsweise Anwendungsfall benötigt jedoch eine Zahnform mit Hinterschneidungen, wie sie in Fig. 13 dargestellt ist. Diese Zahnform läßt sich durch einen reinen Preßvorgang wegen der beidseitigen Hinterschneidungen 20 auf der Zahnflanke nicht mehr erzeugen. Dies ist jedoch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch einen Umformvorgang möglich, der - wie in Fig. 14 angedeutet - durch ein Walzen oder Rollieren möglich ist. Hierzu wird der Grünling 18 auf einem rotierbaren Gegenelement 21 gehalten, beispielsweise auf einer Walze oder in einem Stützring. Die Hinterschneidungen 20 werden dann mit einem entsprechend geformten Rollwerkzeug 22 als Druckelement, das bei der Drehung des Gegenelements 21 auf der Innenfläche der Verzahnung abrollt, durch Umformen hergestellt. Aus darstellungstechnischen Gründen sind die Hinterschneidungen 20 in Fig. 13 vergröbert dargestellt. In der praktischen Anwendung handelt es sich hierbei um nur geringfügige Vertiefungen gegenüber den angrenzenden Bereichen der Zahnflanken.The application case shown here, for example, is required however, a tooth shape with undercuts, as shown in Fig. 13 is shown. This tooth shape can be made by a pure one Pressing process because of the undercuts on both sides 20 no longer generate on the tooth flank. However, this is after the inventive method by a forming process possible, which - as indicated in Fig. 14 - by rolling or rolling is possible. For this, the green compact 18 is opened held a rotatable counter element 21, for example on a roller or in a support ring. The undercuts 20 are then with an appropriately shaped rolling tool 22 as a pressure element that occurs when the counter element rotates 21 rolls on the inner surface of the toothing, by Forming manufactured. For technical reasons the undercuts 20 are shown coarsened in FIG. 13. In practical application it is by only slight depressions compared to the adjacent ones Areas of the tooth flanks.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auch andere Hinterschneidungen und Gestaltungen durch Umformung bilden, die im "klassischen" Preßvorgang nicht herstellbar sind. Es sind dies praktisch alle Formungen, zu denen Preßkräfte erforderlich sind, die im wesentlichen quer zu der Preßrichtung verlaufen, die zur Herstellung der Bauteilgrundform, beispielsweise gemäß Fig. 3 und 4, notwendig sind.Others can also be used in the process according to the invention Form undercuts and designs through reshaping, which cannot be produced in the "classic" pressing process. It these are practically all shapes for which pressing forces are required are essentially transverse to the pressing direction run to produce the basic component shape, for example 3 and 4 are necessary.

Claims

A process for the manufacture of a sintered toothed wheel or toothed ring by forming a green compact from a sinter-metallurgical powder which is subsequently sintered, wherein in a first step the green compact is shaped by pressing from the sinter-metallurgical powder by means of axially guided pressing tools, with a basic component form, the geometry of which substantially corresponds to the final component form, except for partial regions of the teeth which have geometries which are not formable or formable only with difficulty in the pressing tools of the first step, and in at least one further step the partial regions of the teeth which have not had their geometry finally formed in the first pressing tool are deformed under pressure into their final form by non-cutting deformation on the green compact by means of separate deformation tools, so that the final component form is imparted to the unsintered green compact, and that then the green compact is sintered in its final component form to form the finished component.
A process according to Claim 1, characterised in that the deformation of the partial regions is effected by pressing and/or rolling.
A process according to Claims 1 or 2, characterised in that the deformation takes place in steps, wherein individual contours, in particular undercuts on the final component form, are produced in each case at least by one deformation stage.
A process according to one or more of Claims 1 to 3, characterised in that the green compact is pre-sintered before at least one deformation operation to increase the green strength.
A process according to one or more of Claims 1 to 4, characterised in that the component is sized as a green compact prior to a sintering operation and/or as a consolidated part after a sintering operation.