DE10111325C1 - Verfahren zur Herstellung eines gesinterten metallischen Bauteils mit wenigstens einer Bohrung - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines gesinterten metallischen Bauteils mit wenigstens einer Bohrung, wobei ein Grundpulvergemisch durch Mischen eines metallischen Pulvers mit einem Grundpreßhilfsstoff erzeugt wird, dem Grundpulvergemisch wird ein zur Erzeugung des Endpulvergemischs ein Zusatzpreßhilfsstoff zugemischt, der ein Warmpressen der Endpulvermischung ermöglicht, eine Preßform wird mit dem Endpulvergemisch gefüllt, das Endpulvergemisch wird zu einem Grünling gepreßt, der gepreßte Grünling wird aus der Preßform ausgestoßen, wobei anschließend in den Grünling mittels spanender Bearbeitungsverfahren wenigstens eine Bohrung eingebracht und der Grünling anschließend gesintert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten metallischen Bauteils mit wenigstens einer Boh­ rung.

Grundsätzlich ist es aus der DE 196 36 524 A1 bekannt, daß ge­ sinterte metallische Bauteile durch die Verfahrensschritte Mischen eines anwendungsspezifischen Pulvers, Einfüllen des Pulvergemischs in eine Preßform, Pressen eines Grünlings, Ausstoßen des Grünlings aus der Preßform, Sintern des Grün­ lings zu einem metallischen Sinterteil mit sofern erforder­ lich anschließender Oberflächenbehandlung und abschließenden Einbringung von Bohrungen mittels spanender Bearbeitungsver­ fahren, wie beispielsweise Bohren und Fräsen.

Das bekannte Verfahren weist den Nachteil auf, daß die Bau­ teile nach dem Sintern schon eine hohe Härte aufweisen, die eine spanende Bearbeitung des gesinterten Bauteils erschwert. Insbesondere tritt ein höherer Verschleiß an den Werkzeugen auf und es ist notwendig die spanende Bearbeitung unter Ein­ satz von Kühlschmierstoffen durchzuführen.

Die Verwendung von Kühlschmierstoffen bei der spanenden Bear­ beitung ist bekanntlich nachteilig, insbesondere da mit Kühl­ schmierstoffen kontaminierte Späne anfallen, die kostenauf­ wendig entsorgt werden müssen. Ferner entstehen Kosten durch den Einsatz des Kühlschmierstoffes selbst.

Nachteilig erweist sich auch, daß bei der Herstellung von Bohrungen an gesinterten Bauteilen eine unerwünschte Gratbil­ dung am Bohreraustritt erfolgt, die kostenaufwendig durch sich anschließende Bearbeitungsverfahren entfernt werden muß.

Hierdurch sind zusätzliche Bearbeitungschritte notwendig, die auch die Gesamtherstellungszeit des Bauteils erhöhen.

Zusätzlich hat es sich gezeigt, daß nach dem bekannten Ver­ fahren schlecht Bohrungen mit einem kleinen Verhältnis von Bohrdurchmesser zu Bohrlänge hergestellt werden können, da der Bohrer über die Bohrlänge verläuft und somit keine langen Bohrungen mit geringen Durchmesser mit kleinen Toleranzen ge­ fertigt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen das die vorstehend beschriebenen Nachteile vermeidet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Verfahren zur Herstellung eines gesinterten metallischen Bauteils mit we­ nigstens einer Bohrung, wobei ein Grundpulvergemisch durch Mischen eines metallischen Pulvers mit einem Grundpreßhilfs­ stoff erzeugt wird, dem Grundpulvergemisch wird ein zur Er­ zeugung eines Endpulvergemischs ein Zusatzpreßhilfsstoff zu­ gemischt, eine Preßform wird mit dem Endpulvergemisch ge­ füllt, das Endpulvergemisch wird zu einem Grünling warmge­ preßt, der gepreßte Grünling wird aus der Preßform ausgesto­ ßen, wobei anschließend in den Grünling mittels spanender Be­ arbeitungsverfahren wenigstens eine Bohrung eingebracht und der Grünling anschließend gesintert wird.

Als Metallpulver können alle üblichen in der PM-Industrie eingesetzten Metallpulver mit Gleitmittelgehalten verwendet werden. Als Grundpreßhilfsstoff werden die üblichen in der Pulvermetallurgie angewandten Preßhilfsstoffe bzw. Preß­ hilfstoffmischungen eingesetzt. Als Zusatzpreßhilfsstoff wer­ den Preßhilfsstoffe eingesetzt, die ein Warmpressen des Pul­ vers zur Anhebung der Grünfestigkeit auf einen für die Grün­ bearbeitung ausreichenden Wert ermöglichen. Die Zusammenset­ zung des Pulvers richtet sich nach der jeweiligen Anwendungs­ fall. Sie ist somit abhängig von den geforderten Festigkei­ ten, Härten, Oberflächeneigenschaften etc..

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Grundpreßhilfsstoff in einer Menge von unter 1 Ge­ wichts-%, bezogen auf den Pulveranteil in der Mischung ent­ halten ist.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vor­ gesehen, daß der Zusatzpreßhilfsstoff in einer Menge von un­ ter 1 Gewichts-%, bezogen auf den Pulveranteil in der Mi­ schung enthalten ist. Vorteilhaft ist, daß bei einem Einsatz von Preßhilfsstoffen mit einem geringen Anteil, beispielswei­ se von 0,3 Gewichts-%, bezogen auf den Pulveranteil, hohe Dichten des Sinterteils erzielbar sind, da höhere Gehalte an Preßhilfsmitteln nur die Fertigung von Sinterteilen mit ge­ ringeren Dichten ermöglichen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Zusatzpreßhilfsstoff wenigstens ein Polyethylenoxid, insbesondere wenigstens ein Polyethylenglykol enthält. Die Verwendung eines Zusatzpreßhilfsstoffs, der zumindest Anteile aus der Familie der Polyalkylenoxide, insbesondere der Po­ lyalkylenglykole, vorzugsweise der Polyethylenoxide, insbe­ sondere in Form von Polyethylenglykolen enthält, hat überra­ schend gezeigt, daß zur Erzielung hoher Dichten und hoher Grünfestigkeiten sehr viel geringere Preßdrücke als bei ande­ ren Preßhilfsstoffen aufzuwenden sind und daß auch die zum Ausstoßen bzw. Freilegen des gepreßten Formteils aus der Preßform notwendigen Kräfte deutlich verringert sind. Eines besonderen Binders in der Pulvermischung bedarf es nicht, da schon aufgrund der "Schmierung" der sich beim Preßvorgang re­ lativ zueinander bewegenden Pulverteilchen bereits neben ei­ ner hohen Dichte auch eine hohe Festigkeit des Grünlings durch die sehr viel höhere "Packungsdichte" der Pulverteil­ chen und damit eine Erhöhung von direkten Kontakten zwischen den Metallteilchen im Pulver erzielt werden kann. Die hohe Grünfestigkeit ist notwendig, um erfindungsgemäß den Grünling vor dem Sintern noch einer spanenden Bearbeitung zur Herstel­ lung von Bohrungen zu unterziehen.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zuerst während der ersten halben Mischzeit der Grundpreß­ hilfsstoff dem Metallpulver zugemischt wird und anschließend während der zweiten halben Mischzeit der Zusatzpreßhilfsstoff dem Grundgemisch zugemischt wird. Die Zumischung des Grund­ preßhilfstoffs und des Zusatzpreßhilfsstoffs erfolgt getrennt voneinander oder nacheinander.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vor­ gesehen, daß die Zumischung des Grundpreßhilfsstoffs und/oder des Zusatzpreßhilfsstoffs in einem diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Prozeß erfolgt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Mischen mit oder ohne externe Beheizung des Mischers erfolgt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Grünling bei ungefähr 50° bis 140°C warmgepreßt wird, wobei es zweckmäßig sein kann, wenn das Warmpressen in temperierten Werkzeugen erfolgt. Ein besonde­ rer Vorteil des verwendeten Zusatzpreßhilfsstoffs besteht darin, daß durch eine entsprechende Auswahl des Molekularge­ wichtes Einfluß auf die Preßparameter genommen werden kann, und zwar sowohl hinsichtlich des Fließverhaltens beim Mischen und beim Füllen der Form, als auch hinsichtlich des Erwei­ chungspunktes und damit der Temperaturführung und des Materi­ alflusses beim Preßvorgang. Hierbei ist insbesondere vorteil­ haft, wenn der erfindungsgemäß verwendete Zusatzpreßhilfs­ stoff, beispielsweise ein Polyethylenglykol, mit seinem Er­ weichungspunkt zwischen 40°C und 80°C liegt, so daß bei­ spielsweise in der Serienfertigung die sich beim fortlaufen­ den Pressen einstellende Werkzeugtemperatur in der Regel aus­ reicht, um ein einwandfreies "Fließen" der Pulvermischung beim Einfüllen in die Preßform als auch beim Pressen zu be­ wirken. Dementsprechend läßt sich das mit dem Preßhilfsmittel versetzte Metallpulver mit Raumtemperatur in die Preßform einzufüllen. Insbesondere in der Serienfertigung kann es um etwaige Unterbrechungen des Serienlaufs aufzufangen. Zweckmäßig ist eine geregelte Beheizung der Preßwerkzeuge auf etwa 55°C, so daß sowohl die Aufheizung durch die Reibungs­ wärme als auch Abkühlungen durch Arbeitsunterbrechungen be­ rücksichtigt werden und so konstante Preßbedingungen vorgeb­ bar sind. Hierdurch wird die Handhabung des Metallpulvers er­ heblich vereinfacht, insbesondere das Füllverfahren, da mit "kaltem" Pulver, also mit Pulver mit Raumtemperatur gearbei­ tet werden kann. Anbackungen, Klumpenbildung oder dergl. kön­ nen nicht auftreten, da die Erwärmung des mit dem Preßhilfs­ mittel versetzten Metallpulvers erst in der Preßform erfolgt. Bei extrem großvolumigen Teilen kann eine zusätzliche Pulver­ vorwärmung zweckmäßig sein.

Der weitere Vorteil der niedrigen Erweichungstemperatur be­ steht darin, daß unmittelbar nach dem Einfüllen zunächst ein­ mal die Preßhilfsmittelanteile in den mit den aufgewärmten Formwandungen in Kontakt stehenden Metallpulvermengen ihre Erweichungstemperatur erhalten, so daß beim anschließenden Preßvorgang die an den Werkzeugwandungen auftretenden Rela­ tivbewegungen zwischen Pulverfüllung und Preßwerkzeug bereits "geschmiert" erfolgen und so die Reibung in diesen Bereichen herabgesetzt wird. Bei der anschließenden vollständigen Druckbeaufschlagung wird die gesamte Pulverfüllung infolge des Preßdruckes über der Erweichungspunkt hinaus erwärmt, so daß auch die internen, infolge der durch die Teilchengeome­ trie des Metallpulvers bedingten relativ großen Relativbewe­ gungen in der Metallpulverfüllung durch die Wirkung des schmierenden Preßhilfsmittels erleichtert werden. Infolge der Verformung der Pulverteilchen und der dadurch bewirkten Erhö­ hung der Packungsdichte wird zudem ein Teil des dann in fließfähigem Zustand vorliegenden Preßhilfsmittels in den Randbereich verdrängt, so daß sich auch beim Ausstoßen des fertigen Grünlings eine erhebliche Reduzierung der Reibung zwischen dem Grünling und der Wandung der Preßmatrize ergibt. Die Erweichungstemperatur des Preßhilfsmittels muß also so eingestellt werden, daß unter Berücksichtigung der Arbeitstemperatur beim Preßvorgang die Außenflächen des Grün­ lings durch das Preßhilfsmittel nicht "angefeuchtet" werden, um ein Anhaften von losen Pulverteilchen zu vermeiden.

Auch bei niedrigem Molekulargewicht ergeben sich keine Nach­ teile beim Mischen mit dem Metallpulver. Durch die Wahl des Zusatzpreßhilfsstoffs und/oder einer Mischung von Zusatzpreß­ hilfsstoffen mit entsprechendem Molekulargewicht kann auf den Mischvorgang beim Einmischen in das Metallpulver und den Er­ weichungspunkt in gewissen Grenzen Einfluß genommen werden.

Das Einmischen des Preßhilfsmittels in das Metallpulver kann "kalt", d. h. bei Raumtemperatur erfolgen. Besonders zweckmä­ ßig ist das warme Mischen des Preßhilfsmittels mit dem Me­ tallpulver, beispielsweise in einem beheizten Trommelmischer mit anschließender Kühlung bei gleichzeitiger Agitation, wo­ bei die Temperatur des Mischers zunächst etwas höher als die für das Preßverfahren vorgesehene Erweichungstemperatur ein­ gestellt wird. Die Mischtemperatur beträgt zweckmäßig 50-­ 100°C, vorzugsweise 85°C. Nach der Abkühlung steht dann eine rieselfähige Pulvermischung zur Verfügung, die eine gute Handhabbarkeit bei der Formfüllung gewährleistet.

Bei flüssiger Konsistenz des Zusatzpreßhilfsstoffs ist es möglich, den Preßhilfsstoff noch über eine zusätzliches Lö­ sungsmittel in seiner Viskosität zu reduzieren, so daß die Pulverteilchen in einem der Sprühtrocknung vergleichbaren Verfahren mit dem Preßhilfsstoff noch dünner beschichtet wer­ den können. Als Lösungsmittel eignen sich besonders Alkohole, wie Ethanol, Isopropanol oder Benzylalkohol, die nach dem Sprühen schnell verdampfen, so daß das gewonnene, mit dem Preßhilfsmittel versetzte Pulver "trocken" ist und die gefor­ derte Riesel- bzw. Fließfähigkeit beim Einfüllen in die Preß­ form erhalten bleibt. Der Zusatzpreßhilfsstoff in Form von Polyalkylenglykolen, insbesondere in Form von Polyethylengly­ kolen, wird so ausgewählt, daß es einen Erweichungspunkt zwi­ schen 40° und 80°C aufweist. Als vorteilhaft hat sich hierbei die Verwendung von Polyethylenglykolen mit Molekulargewichten zwischen 100 g/mol und 6500 g/mol, bevorzugt 3000 bis 6000 g/mol, herausgestellt. Zweckmäßig sind hierbei auch Mischun­ gen von Polyethylenglykolen mit unterschiedlichen Molakular­ gewichten, die jedoch in der Mischung dann in etwa dem vor­ stehenden Gesamtmolekulagewicht entsprechen. Die Hydroxylzahl des Zusatzpreßhilfsstoffs kann zwischen 500 bis 700 liegen, während die Dichte zwischen 0,9 bis 1,25 g/cm³ liegen kann. Durch die Mischung von Polyethylenglykolen mit unterschiedli­ chen Molekulargewicht läßt sich gezielt ein Zusatzpreßhilfs­ stoff darstellen, der hinsichtlich Mischungseigenschaften, Erweichungspunkt und Schmiereigenschaften genau auf das ver­ wendete Verdichtungsverfahren abgestimmt werden kann. Der hier erfindungsgemäß verwendete Zusatzpreßhilfsstoff kann mit der nachstehend angegebenen Summenformel charakterisiert wer­ den:

H-[-O-CH₂-CH₂-]_n-OH

Die mit dem hier angegebenen Zusatzpreßhilfsstoffen zu erzie­ lenden Erhöhungen der Preßdichten erfolgen nicht vorrangig über eine temperaturabhängige Änderung der physikalischen Ei­ genschaften des metallischen Pulvers, sondern im wesentlichen über eine Verbesserung des Schmierverhaltens im zu verdich­ tenden Pulver selbst, insbesondere aber zwischen der Matri­ zenwand und der Pulverfüllung bei einer entsprechenden Tempe­ raturführung an den Preßwerkzeugen. Ein weiterer Vorteil des hier vorgeschlagenen Preßhilfsmittels besteht darin, daß es vor dem Sintern thermisch einfacher zu eliminieren ist, bei­ spielsweise über Diffusionsvorgänge, Entweichen über Kapil­ larkräfte, Sublimieren, Verdampfen oder ähnliches. Hierbei zeichnet sich der erfindungsgemäße Zusatzpreßhilfsstoff auch durch eine umweltverträgliche Entsorgungsmöglichkeit aus, da es über eine Pyrolyse in Wasserdampf und Kohlendioxid zerlegt werden kann.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Grünling nach dem Warmpressen vor der spanenden Bear­ beitung auf eine Temperatur < 35°C abgekühlt wird. Der Grünling wird durch eine geeignete Vorrichtung auf Werte typi­ scherweise < 35°C heruntergekühlt, so daß keine Pulverparti­ kel bei der weiteren Bearbeitung anhaften können. Das Hand­ ling und der Kühlvorgang erfolgen im Takt der Presse. Das Handling des Grünlings direkt nach dem Pressen ist so zu ge­ stalten, daß ein Pulverkontakt und damit eine Verunreiningung der Oberfläche durch Pulverrückstände vermieden

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die spanende Bearbeitung ohne den Einsatz von Kühl­ schmierstoffen erfolgt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das metallische Pulver eine Zusammensetzung von 4% Ni, 2% Cu, 1,5% Mo und 92,5% Fe aufweist.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Bohrung mittels Bohren bei einer Drehzahl des Bohrers von 300 bis 6000 U/min, vorzugsweise 1600 U/min, erfolgt. Er­ findungsgemäß wird das Bohren mit hoher Schnittgeschwindig­ keit bzw. mit hoher Drehzahl durchgeführt, wobei die Schnitt­ geschwindigkeit bzw. die Drehzahl wesentlich höher liegt als in der konventionellen Metallbearbeitung. Es wird eine Schnittgeschwindigkeit bzw. eine Drehzahl verwendet, die ähn­ lich der Holzbearbeitung ist, beispielsweise bei einem Bohr­ durchmesser von 2 mm mit einer Drehzahl < 5000 U/min). Beson­ ders vorteilhaft erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren dahingehend, daß durch die Bearbeitung des Bauteils im Grün­ zustand die sonst bei einer spanenden Bearbeitung von gesin­ terten Bauteilen am Bohreraustritt entstehenden Grate nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht entstehen. Die Bauteile müssen somit am Bohreraustritt nicht mehr kostenaufwendig nachbearbeitet werden. Weiterhin hat sich überraschend her­ ausgestellt, daß beim Bohren im Grünzustand nur ein Bohrer­ verlauf < 0,1% der Bohrlänge auftritt. Durch die Bearbeitung im Grünzustand tritt außerdem ein geringerer Werkzeugver­ schleiß am Bohrer auf. Eine Kühlung mit Kühlschmierstoffen während des Bohrens ist nicht notwendig, so daß keine durch Kühlschmierstoffe kontaminierten Späne kostenaufwendig ent­ sorgt werden müssen. Die Bearbeitung des Grünlings kann mit konventionellen Werkzeugen erfolgen, da sich der Grünling im Gegensatz zu einem gesinterten Bauteil leicht zerspanen läßt.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Bohrer mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 30 bis 500 mm/min, vorzugsweise 250 mm/min betrieben wird.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Bohrung ein Verhältnis von Bohrungsdurchmesser zu Bohrungslänge von < 1/10 aufweist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Bohrungsdurchmesser zwischen 0,5 und 6 mm liegt.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird zur Herstellung von Pleueln, Antriebselementen sowie allge­ meine Bauteile zur Kraftübertragung mit wenigstens einer Boh­ rung, die ein Verhältnis von Bohrungsdurchmesser zu Bohrungs­ länge von < 1/10 aufweist.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird zur Herstellung einer Pleuelstange, die wenigstens eine Boh­ rung in dem Pleuelschaft aufweist, wobei die Bohrung ein Ver­ hältnis von Bohrungsdurchmesser zu Bohrungslänge von < 1/10 aufweist und die Bohrung ein kleines und ein großes Pleuelau­ ge verbindet. Derartige den Pleuelschaft durchsetzende Boh­ rungen waren nach dem bekannten Verfahren nicht bzw. nur ko­ stenintensiv herstellbar. Nach dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren ist es möglich derartige Pleuelstangen, die beispielswei­ se in Kompressoren eingesetzt werden, mit kleinen Toleranzen herzustellen, da die Einbringung der Bohrung schon im Grünzu­ stand möglich ist. Die lange, dünne Bohrung zwischen den Pleuelaugen und durch wenigstens eines der Pleuelaugen ermöglicht eine gute Schmiermittelversorgung an dem jeweiligen Pleuelauge. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird insbe­ sondere die Herstellung von Bauteilen mit Bohrungen möglich, bei denen nur noch eine geringe Restwandstärke vorhanden ist.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß her­ gestellte Pleuelstange,

Fig. 2 eine Tabelle mit den erzielbaren Toleranzen, Drehzahlen und Vorschub bei Verwendung einer Bohrbuchse von 3 mm

Fig. 3 eine Tabelle mit den erzielbaren Toleranzen, Drehzahlen und Vorschub bei Verwendung einer Bohrbuchse von 10 mm

In Fig. 1 zeigt eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Pleuelstange 1, die im Schnitt dargestellt ist. Die Pleuelstange 1 wird aus einem Pleuelschaft 2 gebildet, der an einem Ende ein großes Pleuelauge 3 und an dem anderen Ende ein kleines Pleuelauge 4 aufweist.

Der Pleuelschaft 2 weist eine das große Pleuelauge 3 und das kleine Pleuelauge 4 verbindende lange Bohrung 5 mit dem Durchmesser d1 auf. Der Durchmesser der Bohrung 5 beträgt beispielsweise 2 mm. Weiterhin weist das kleine Pleuelauge 4 in Verlängerung der Bohrung 5 eine Bohrung 6 mit einem größe­ ren Durchmesser d2 als die Bohrung 5 mit dem Durchmesser d1 auf. Der Durchmesser der Bohrung 6 beträgt beispielsweise 3 mm. Die Bohrungen 5 und 6 liegen auf der gleichen Bohrungs­ achse 8.

Die Pleuelstange 1 wird erfindungsgemäße dadurch hergestellt, daß ein Grundpulvergemisch durch Mischen eines metallischen Pulvers mit einem Grundpreßhilfsstoff erzeugt wird. Dem Grundpulvergemisch wird zur Erzeugung eines Endpulvergemischs ein Zusatzpreßhilfsstoff zugemischt. Als Metallpulver können alle üblichen in der PM-Industrie eingesetzten Metallpulver mit Gleitmittelgehalten verwendet werden. Als Grundpreßhilfs­ stoff werden die üblichen in der Pulvermetallurgie angewand­ ten Preßhilfsstoffe bzw. Preßhilfstoffmischungen eingesetzt. Als Zusatzpreßhilfsstoff werden Preßhilfsstoffe eingesetzt, die ein Warmpressen des Pulvers zur Anhebung der Grünfestig­ keit auf einen für die Grünbearbeitung ausreichenden Wert er­ möglichen. Der Zusatzpreßhilfsstoff wird in einer Menge von 0,4 Gewichts-%, bezogen auf den Pulveranteil in der Mischung zugefügt. Der Zusatzpreßhilfsstoff ist Polyethylenglykol. Zu­ erst wird während der ersten halben Mischzeit der Grundpreß­ hilfsstoff dem Metallpulver zugemischt. Anschließend wird während der zweiten halben Mischzeit der Zusatzpreßhilfsstoff dem Grundgemisch zugemischt wird. Die Zumischung des Grund­ preßhilfstoffs und des Zusatzpreßhilfsstoffs kann getrennt voneinander oder nacheinander erfolgen, wobei dieses in einem diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Prozeß erfolgen kann. Es ist vorteilhaft, wenn das Mischen mit externer Be­ heizung des Mischers erfolgt.

Zur Erzielung hoher Dichten und hoher Grünfestigkeiten sind nur relativ geringe Preßdrücke notwendig im Vergleich zu an­ deren Preßhilfsstoffen. Auch die zum Ausstoßen bzw. Freilegen des gepreßten Grünlings aus der Preßform notwendigen Kräfte sind gering. Eines besonderen Binders in der Pulvermischung bedarf es nicht, da schon aufgrund der "Schmierung" der sich beim Preßvorgang relativ zueinander bewegenden Pulverteilchen bereits neben einer hohen Dichte auch eine hohe Festigkeit des Grünlings durch die sehr viel höhere "Packungsdichte" der Pulverteilchen und damit eine Erhöhung von direkten Kontakten zwischen den Metallteilchen im Pulver erzielt werden kann. Die hohe Grünfestigkeit ist notwendig, um erfindungsgemäß den Grünling vor dem Sintern noch einer spanenden Bearbeitung zur Herstellung von Bohrungen zu unterziehen.

Der endkonturnah gepreßte Grünling wird bei ungefähr 50° bis 140°C warmgepreßt, wobei es zweckmäßig sein kann, wenn das Warmpressen in temperierten Werkzeugen erfolgt.

Der Grünling wird nach dem Warmpressen und vor der spanenden Bearbeitung auf eine Temperatur < 35°C abgekühlt, so daß keine Pulverpartikel bei der weiteren Bearbeitung anhaften können. Ein Pulverkontakt und damit eine Verunreiningung der Oberfläche durch Pulverrückstände sollte vermieden werden. Der gepreßte Grünling wird aus der Preßform ausgestoßen.

In den Grünling werden anschließend die Bohrungen 5 und 6 mittels Bohren bei einer Drehzahl des Bohrers von 300 bis 6000 U/min, vorzugsweise 1600 U/min, eingebracht. Vorteilhaft ist, daß durch die Bearbeitung des Bauteils im Grünzustand die sonst bei einer spanenden Bearbeitung von gesinterten Bauteilen am Bohreraustritt entstehenden Grate nach dem er­ findungsgemäßen Verfahren nicht entstehen. Außerdem tritt nur ein Bohrerverlauf von < 0,1% der Bohrlänge auf. Es wird eine Vorschubgeschwindigkeit von 30 bis 500 mm/min, vorzugsweise 250 mm/min verwendet.

Die Gesamtlänge l des zu bohrenden Bereichs der Bohrung 5 und 6 beträgt beispielsweise 41 mm bei einem Bohrungsdurchmesser von 2 mm bzw. 3 mm. Somit besteht ein Verhältnis von Boh­ rungsdurchmesser d1 bzw. d2 zu Bohrungslänge l, das < 1/10 ist.

Besonders vorteilhaft ist, daß die Kanten 7.1, 7.2, 7.3 und 7.4 der Bohrungen 5 und 6 durch das erfindungsgemäße Verfah­ ren gratfrei hergestellt werden können, wodurch eine kosten­ intensive Nachbearbeitung vermieden bzw. minimiert wird.

Fig. 2 zeigt einen Versuch, bei dem ein metallisches Pulver Distaloy HP1 verwendet wurde. Das metallische Pulver weist eine Zusammensetzung von 4% Ni, 2% Cu, 1,5% Mo und 92,5% Fe auf. Als Zusatzpreßhilfsstoff wurde 0,4% SP-Wachs eingesetzt. Die Versuchsbohrung wurde quer zur Preßrichtung mit einem HSS-Bohrer mit einem Durchmesser von 2 mm und einer Bohrerlänge von 120 mm durchgeführt. Es ist deutlich erkenn­ bar, daß Bohrungen mit hohem Vorschub, d. h. im Bereich von 63 mm/min bis 250 mm/min bei einer Drehzahl von 1600 U/min hergestellt werden können, wobei die maximale Abweichung nur in einem Bereich von 0,05 bis 0,25 mm liegt. Die maximale Ab­ weichung ergibt sich aus der Abweichung in x- und y-Richtung. Es sind Bohrungen in einem Abstand von 1 mm zur Außenwand des Pleuelschafts 2 mögliche, ohne daß durch die Bohrung Ausbrü­ che in der Außenwand entstehen.

Fig. 3 zeigt einen Versuch bei dem ein metallisches Pulver Distaloy HP1 verwendet wurde. Das metallische Pulver weist eine Zusammensetzung von 4% Ni, 2% Cu, 1,5% Mo und 92,5% Fe auf. Als Zusatzpreßhilfsstoff wurde 0,4% SP-Wachs eingesetzt, wobei im Gegensatz zu dem in Fig. 2 dargestellten Versuch eine Bohrbuchse von 10 mm eingesetzt wurde. Auch bei diesem Versuch ist deutlich erkennbar, daß bei einer Bohrung quer zur Preßrichtung mit einem HSS Bohrer mit einem Durch­ messer von 2 mm und einer Bohrerlänge von 120 mm Bohrungen mit hohem Vorschub, d. h. im Bereich von 63 mm/min bis 250 mm/min bei einer Drehzahl von 1600 U/min hergestellt werden können, wobei die maximale Abweichung nur in einem Bereich von 0,18 bis 0,42 mm liegt.

Claims (18)

1. Verfahren zur Herstellung eines gesinterten metallischen Bauteils mit wenigstens einer Bohrung, wobei ein Grundpulver­ gemisch durch Mischen eines metallischen Pulvers mit einem Grundpreßhilfsstoff erzeugt wird, dem Grundpulvergemisch wird zur Erzeugung eines Endpulvergemischs ein Zusatzpreßhilfs­ stoff zugemischt, eine Preßform wird mit dem Endpulvergemisch gefüllt, das Endpulvergemisch wird zu einem Grünling warmge­ preßt, der gepreßte Grünling wird aus der Preßform ausgesto­ ßen, wobei anschließend in den Grünling mittels spanender Be­ arbeitungsverfahren wenigstens eine Bohrung eingebracht und der Grünling anschließend gesintert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundpreßhilfsstoff in einer Menge von unter 1 Gewichts-%, bezogen auf den Pulveranteil in der Mischung enthalten ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzpreßhilfsstoff in einer Menge von unter 1 Ge­ wichts-%, bezogen auf den Pulveranteil in der Mischung ent­ halten ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zusatzpreßhilfsstoff wenigstens ein Po­ lyethylenoxid, insbesondere wenigstens ein Polyethylenglykol enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zuerst während der ersten halben Mischzeit der Grundpreßhilfsstoff dem Metallpulver zugemischt wird und anschließend während der zweiten halben Mischzeit der Zusatz­ preßhilfsstoff dem Grundgemisch zugemischt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zumischung des Grundpreßhilfsstoffs und/oder des Zusatzpreßhilfsstoffs in einem diskontinuierli­ chen oder kontinuierlichen Prozeß erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Mischen mit oder ohne externe Beheizung des Mischers erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Grünling bei ungefähr 50° bis 140°C warmgepreßt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Warmpressen in temperierten Werkzeugen erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, der Grünling nach dem Warmpressen vor der spa­ nenden Bearbeitung auf eine Temperatur < 35°C abgekühlt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die spanende Bearbeitung ohne den Einsatz von Kühlschmierstoffen erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das metallische Pulver eine Zusammensetzung von 4% Ni, 2% Cu, 1,5% Mo und 92,5% Fe aufweist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, die Bohrung mittels Bohren bei einer Drehzahl des Bohrers von 300 bis 6000 U/min, vorzugsweise 1600 U/min, erfolgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bohrer mit einer Vorschubgeschwindig­ keit von 30 bis 500 mm/min, vorzugsweise 250 mm/min betrieben wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bohrung ein Verhältnis von Bohrungs­ durchmesser zu Bohrungslänge von < 1/10 aufweist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bohrungsdurchmesser zwischen 0,5 und 6 mm liegt.

17. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zur Herstellung von Pleueln, Antriebselementen sowie all­ gemeinen Bauteilen zur Kraftübertragung mit wenigstens einer Bohrung, die ein Verhältnis von Bohrungsdurchmesser zu Boh­ rungslänge von < 1/10 aufweist.

18. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Herstellung einer Pleuelstange, die wenigstens eine Bohrung in dem Pleuelschaft aufweist, wobei die Bohrung ein Verhältnis von Bohrungsdurchmesser zu Bohrungslänge von < 1/10 aufweist und die Bohrung ein kleines und ein großes Pleuelauge verbindet.