DE10111325C1 - Method for producing a sintered metallic component with at least one bore - Google Patents
Method for producing a sintered metallic component with at least one boreInfo
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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.A process for the production of a sintered metallic component with at least one bore, whereby a basic powder mixture is produced by mixing a metallic powder with a basic pressing aid, an additional pressing aid is added to the basic powder mixture to produce the final powder mixture, which enables the final powder mixture to be hot-pressed, a compression mold is used with the Final powder mixture filled, the final powder mixture is pressed into a green compact, the pressed green compact is ejected from the mold, at least one hole being subsequently made in the green compact by means of machining processes and the green compact then being sintered.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten metallischen Bauteils mit wenigstens einer Boh rung.The invention relates to a method for producing a sintered metallic component with at least one Boh tion.
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.Basically, it is known from DE 196 36 524 A1 that ge sintered metallic components through the process steps Mixing an application-specific powder, filling the Powder mixture into a mold, pressing a green body, Ejecting the green compact from the mold, sintering the green lings to a metallic sintered part with if necessary Lich subsequent surface treatment and final Drilling holes by machining driving, such as drilling and milling.
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.The known method has the disadvantage that the construction parts have a high hardness after sintering Machining the sintered component is difficult. In particular, there is greater wear on the tools on and it is necessary to machine under one set of cooling lubricants.
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.The use of cooling lubricants in the machining Bear Processing is known to be disadvantageous, especially since with cooling lubricants contaminated chips arise, which costs must be disposed of quickly. There are also costs the use of the cooling lubricant itself.
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. Another disadvantage is that in the production of Drilling sintered components an undesirable ridge at the drill outlet, which is costly subsequent machining processes must be removed.
Hierdurch sind zusätzliche Bearbeitungschritte notwendig, die auch die Gesamtherstellungszeit des Bauteils erhöhen.This means that additional processing steps are necessary also increase the overall manufacturing time of the component.
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.In addition, it has been shown that according to the known Ver drive bad holes with a small ratio of Drill diameter to drill length can be produced because the drill runs over the drill length and therefore not long Small diameter holes with small tolerances can be manufactured.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen das die vorstehend beschriebenen Nachteile vermeidet.The object of the invention is to provide a method avoids the disadvantages described above.
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.The object is achieved by methods for Production of a sintered metallic component with we at least one hole, taking a base powder mixture through Mixing a metallic powder with a basic pressing aid substance is generated, the basic powder mixture becomes a Er generation of a final powder mixture to an auxiliary pressing aid mixed, a mold is ge with the final powder mixture fills, the final powder mixture is warmge to a green body presses, the pressed green body is ejected from the mold ß, then in the green body by means of cutting Be working method introduced at least one hole and the green compact is then sintered.
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.. All common in the PM industry can be used as metal powder used metal powder with lubricant contents used become. As a basic auxiliary, the usual in the Powder metallurgy used pressing aids or pressing auxiliary mixtures used. As an auxiliary auxiliary press who the pressing aids used, the hot pressing of the pul verse to increase the green strength to one for the green allow processing sufficient value. The assembly The amount of powder depends on the respective application case. It is therefore dependent on the required strength ten, hardness, surface properties 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 an expedient embodiment of the invention, that the basic pressing aid in an amount of less than 1 Ge % by weight, based on the proportion of powder in the mixture hold is.
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 a further expedient embodiment of the invention is before seen that the auxiliary pressing aid in an amount of un ter 1% by weight, based on the powder content in the Mi is included. It is advantageous that when used of pressing aids with a small proportion, for example se of 0.3% by weight, based on the powder content, high Densities of the sintered part can be achieved because of higher contents Pressing aids only the manufacture of sintered parts with ge allow lower densities.
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 an advantageous embodiment of the invention, that the auxiliary pressing aid has at least one polyethylene oxide, contains in particular at least one polyethylene glycol. The Use of an auxiliary pressing auxiliary, which has at least proportions from the family of polyalkylene oxides, especially the Po lyalkylene glycols, preferably the polyethylene oxides, in particular contains especially in the form of polyethylene glycols, has over schend shown that to achieve high densities and high Green strengths much lower compression pressures than others Ren pressing aids are to be used and that also for Ejecting or exposing the pressed molding from the Pressing forces necessary are significantly reduced. One no special binder in the powder mixture is required because already because of the "lubrication" of the re pressing powder particles moving relative to each other already next to egg high density of the green compact due to the much higher "packing density" of the powder part and thus an increase in direct contacts between the metal particles in the powder can be obtained. The height Green strength is necessary to invent the green compact before sintering a machining process to manufacture to undergo drilling.
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 an expedient embodiment of the invention, that first during the first half of the mixing time the basic press Additive is mixed with the metal powder and then during the second half of the mixing time of the auxiliary pressing aid is added to the basic mixture. The admixture of the reason pressing auxiliary and the auxiliary auxiliary are carried out separately from each other or one after the other.
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 a further expedient embodiment of the invention is before seen that the admixture of the basic auxiliary and / or of the auxiliary pressing aid in a discontinuous or continuous process takes place.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Mischen mit oder ohne externe Beheizung des Mischers erfolgt.In an advantageous embodiment of the invention, that mixing with or without external heating of the mixer he follows.
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.In a further advantageous embodiment of the invention provided that the green compact at about 50 ° to 140 ° C. is hot pressed, it may be useful if that Hot pressing takes place in temperature-controlled tools. A special one rer advantage of the auxiliary auxiliary used in that by an appropriate selection of the Molecular Ge important influence can be exerted on the pressing parameters, both with regard to the flow behavior when mixing and when filling the form, as well as regarding expansion point and thus the temperature control and the material flow during the pressing process. This is particularly advantageous liable if the auxiliary auxiliary press used according to the invention substance, for example a polyethylene glycol, with its Er softening point is between 40 ° C and 80 ° C, so that at for example in series production that are ongoing the tool temperature that sets the presses is sufficient to ensure that the powder mixture flows properly when filling into the mold as well as when pressing Act. Accordingly, this can be done with the pressing aid added metal powder to the mold at room temperature fill. In series production in particular, it can to compensate for any interruptions in the series run. Controlled heating of the pressing tools is expedient about 55 ° C, so that both the heating by the friction heat as well as cooling down due to work breaks are taken into account and so specified constant pressing conditions are cash. This will handle the metal powder considerably simplified, especially the filling process, since with "cold" powder, that means working with powder at room temperature can be tet. Caking, lump formation or the like NEN do not occur because the heating of the pressing aid medium-offset metal powder only takes place in the press mold. In the case of extremely large-volume parts, an additional powder can be used preheating may be appropriate.
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.The further advantage of the low softening temperature be is that immediately after filling in times the pressing aids in the with the warmed up Form walls of metal powder in contact with their Obtain softening temperature, so that the subsequent Pressing the rela occurring on the tool walls tiv movements between powder filling and pressing tool already "lubricated" and so the friction in these areas is reduced. At the subsequent full Pressurization will result in the entire powder filling the pressing pressure heated above the softening point, so that also the internal ones, as a result of the particle geomes The metal powder caused relatively large relative movements conditions in the metal powder filling by the effect of lubricating pressing aid can be facilitated. As a result of Deformation of the powder particles and the resulting increase The packing density also becomes part of the flowable state existing pressing aid in the Edge area displaced, so that even when ejecting the green bodies produce a significant reduction in friction between the green body and the wall of the press die. The softening temperature of the pressing aid must be so can be set taking into account the working temperature the outer surfaces of the green during the pressing process are not "moistened" by the pressing aid, to prevent loose powder particles from sticking.
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.Even with a low molecular weight there are no after effects parts when mixing with the metal powder. By choosing the Additive auxiliary and / or a mixture of additional press Auxiliaries with the appropriate molecular weight can on the Mixing process when mixing in the metal powder and the Er soft point can be influenced within certain limits.
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.The pressing aid can be mixed into the metal powder "cold", i.e. H. at room temperature. Particularly useful Warm mixing of the pressing aid with the me is ßig tall powder, for example in a heated drum mixer with subsequent cooling while agitation, where the temperature of the mixer is initially somewhat higher than that intended softening temperature for the pressing process is provided. The mixing temperature is suitably 50- 100 ° C, preferably 85 ° C. After cooling, there is one free flowing powder mix available which is a good one Manageability guaranteed when filling the mold.
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:
Given the liquid consistency of the auxiliary pressing auxiliary, it is possible to reduce the viscosity of the auxiliary pressing agent by means of an additional solvent, so that the powder particles can be coated even thinner with the auxiliary pressing agent in a process comparable to spray drying. Particularly suitable solvents are alcohols, such as ethanol, isopropanol or benzyl alcohol, which evaporate quickly after spraying, so that the powder obtained with the molding aid is "dry" and the required flow or flowability when poured into the mold preserved. The auxiliary pressing aid in the form of polyalkylene glycols, in particular in the form of polyethylene glycols, is selected so that it has a softening point between 40 ° and 80 ° C. The use of polyethylene glycols with molecular weights between 100 g / mol and 6500 g / mol, preferably 3000 to 6000 g / mol, has proven to be advantageous. Mixtures of polyethylene glycols with different molecular weights are expedient here, but the mixture then corresponds approximately to the total molecular weight above. The hydroxyl number of the auxiliary pressing aid can be between 500 and 700, while the density can be between 0.9 and 1.25 g / cm 3 . By mixing polyethylene glycols with different molecular weight, an additional auxiliary molding material can be produced which can be precisely matched to the compression process used in terms of mixing properties, softening point and lubricating properties. The additional pressing auxiliary used here according to the invention can be characterized with the empirical formula given below:
H-[-O-CH2-CH2-]n-OHH - [- O-CH 2 -CH 2 -] 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.To educate with the additional pressing aids specified here lent increases in press densities are not a priority about a temperature-dependent change in the physical egg properties of metallic powder, but essentially to improve the lubrication behavior in the condense tendency powder itself, but especially between the Matri zenwand and the powder filling at an appropriate tempe raturführung on the pressing tools. Another advantage of Pressing aid proposed here is that it is easier to eliminate thermally before sintering for example via diffusion processes, escape through Kapil forces, sublimation, evaporation or the like. in this connection the additional pressing auxiliary according to the invention is also distinguished through an environmentally compatible disposal option, because it breaks down into water vapor and carbon dioxide via pyrolysis can be.
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 vermiedenIn an advantageous embodiment of the invention, that the green body after hot pressing before the cutting Bear processing is cooled to a temperature <35 ° C. The green body is typi chilled <35 ° C, so that no powder particles can stick to the further processing. The hand ling and the cooling process take place in time with the press. The Handling of the green body directly after pressing is thus too easy shape that powder contact and thus an impurity the surface avoided by powder residues
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die spanende Bearbeitung ohne den Einsatz von Kühl schmierstoffen erfolgt.In an expedient embodiment of the invention, that machining without the use of cooling lubricants.
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 an advantageous embodiment of the invention, that the metallic powder has a composition of 4% Ni, 2% Cu, 1.5% Mo and 92.5% Fe.
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 an advantageous embodiment of the invention, that the hole by drilling at a speed of the drill from 300 to 6000 rpm, preferably 1600 rpm. he According to the invention, drilling is carried out at a high cutting speed speed or carried out at high speed, the cut speed or the speed is much higher than in conventional metalworking. It will be one Cutting speed or a speed used that is similar Lich woodworking, for example in a drilling diameter of 2 mm at a speed of <5000 rpm). Beson The method according to the invention proves to be advantageous in that by processing the component in green condition that otherwise occurs during machining by gesin any burrs that occur on the drill outlet the method according to the invention does not arise. The components no longer have to be expensive at the drill exit be reworked. Furthermore, it has come as a surprise issued that when drilling in the green state only one drill course <0.1% of the drilling length occurs. By editing in the green state there is also less tooling wear on the drill. Cooling with cooling lubricants during drilling is not necessary, so no through Cooling lubricants entail contaminated chips must be taken care of. The processing of the green body can be done with conventional tools because the green compact is in the In contrast to a sintered component, it can be easily machined.
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 an expedient embodiment of the invention, that the drill with a feed rate of 30 to 500 mm / min, preferably 250 mm / min is operated.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Bohrung ein Verhältnis von Bohrungsdurchmesser zu Bohrungslänge von < 1/10 aufweist.In an advantageous embodiment of the invention, that the bore has a ratio of bore diameter to Bore length of <1/10.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Bohrungsdurchmesser zwischen 0,5 und 6 mm liegt.In a further advantageous embodiment of the invention provided that the bore diameter between 0.5 and 6 mm lies.
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 a particularly advantageous embodiment of the invention provided that the inventive method is used for the production of connecting rods, drive elements and general my components for power transmission with at least one Boh tion, which is a ratio of bore diameter to bore has a length of <1/10.
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.In a particularly advantageous embodiment of the invention provided that the inventive method is used to produce a connecting rod that has at least one Boh tion in the connecting rod shaft, the bore a Ver Ratio of bore diameter to bore length of <1/10 has and the bore a small and a large connecting rod ge connects. Such Boh penetrating the connecting rod stungen were not or only ko by the known method very intensive to manufacture. According to the inventive method ren, it is possible to use connecting rods of this type, for example se used in compressors with small tolerances to produce, since the drilling of the hole is already in the green stand is possible. The long, thin hole between the Connecting rod eyes and enabled by at least one of the connecting rod eyes a good supply of lubricant to the respective Connecting rod. The method according to the invention in particular in particular the production of components with bores is possible, where there is only a small remaining wall thickness.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher er läutert. Es zeigen:The invention is based on schematic drawings he purifies. Show it:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß her gestellte Pleuelstange, Fig. 1 shows a section through an inventive forth asked connecting rod,
Fig. 2 eine Tabelle mit den erzielbaren Toleranzen, Drehzahlen und Vorschub bei Verwendung einer Bohrbuchse von 3 mm Fig. 2 is a table with the achievable tolerances, speeds and feed when using a drill bushing of 3 mm
Fig. 3 eine Tabelle mit den erzielbaren Toleranzen, Drehzahlen und Vorschub bei Verwendung einer Bohrbuchse von 10 mm Fig. 3 is a table with the achievable tolerances, speeds and feed when using a drill bushing of 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.In Fig. 1 shows a connecting rod 1 produced by the method according to the invention, which is shown in section. The connecting rod 1 is formed from a connecting rod shaft 2 which has a large connecting rod eye 3 at one end and a small connecting rod eye 4 at the other end.
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.The connecting rod shaft 2 has a long bore 5 with the diameter d1 connecting the large connecting rod eye 3 and the small connecting rod eye 4 . The diameter of the bore 5 is 2 mm, for example. Furthermore, the small connecting rod eye 4, in extension of the bore 5, has a bore 6 with a larger diameter d2 than the bore 5 with the diameter d1. The diameter of the bore 6 is 3 mm, for example. The bores 5 and 6 are on the same bore axis. 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.The connecting rod 1 is produced according to the invention in that a basic powder mixture is produced by mixing a metallic powder with a basic pressing aid. An additional molding aid is mixed into the basic powder mixture to produce a final powder mixture. All metal powders with lubricant contents commonly used in the PM industry can be used as metal powder. The basic molding auxiliary used are the customary molding auxiliaries or molding auxiliary mixtures used in powder metallurgy. As auxiliary pressing aid, pressing aids are used which enable the powder to be hot-pressed to increase the green strength to a value sufficient for green processing. The additional pressing aid is added in an amount of 0.4% by weight, based on the powder content in the mixture. The additional pressing aid is polyethylene glycol. First, the basic press auxiliary is added to the metal powder during the first half of the mixing time. The auxiliary pressing auxiliary is then mixed into the basic mixture during the second half of the mixing time. The admixture of the basic pressing auxiliary and the additional pressing auxiliary can be carried out separately from one another or in succession, this being possible in a discontinuous or continuous process. It is advantageous if the mixing is carried out with external heating of the mixer.
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. To achieve high densities and high green strengths only relatively low pressing pressures are required compared to their pressing aids. Also for expelling or exposing of the pressed green body from the press necessary forces are small. A special binder in the powder mix it is not necessary, because of the "lubrication" of the powder particles moving relative to each other during the pressing process in addition to high density, high strength of the green body due to the much higher "packing density" of the Powder particles and thus an increase in direct contacts can be achieved between the metal particles in the powder. The high green strength is necessary to the invention Green body before sintering for machining Undergo production of holes.
Der endkonturnah gepreßte Grünling wird bei ungefähr 50° bis 140°C warmgepreßt, wobei es zweckmäßig sein kann, wenn das Warmpressen in temperierten Werkzeugen erfolgt.The green compact pressed close to the final contour is at about 50 ° to 140 ° C hot pressed, it may be useful if that Hot pressing takes place in temperature-controlled tools.
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.The green compact is after hot pressing and before cutting Machining cooled to a temperature <35 ° C, so that no powder particles stick during further processing can. A powder contact and thus an impurity of the Surface due to powder residues should be avoided. The pressed green body is ejected from the mold.
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.The holes 5 and 6 are then drilled into the green body by drilling at a speed of the drill of 300 to 6000 rpm, preferably 1600 rpm. It is advantageous that the machining of the component in the green state does not give rise to the burrs which otherwise occur during machining of sintered components at the drill outlet by the method according to the invention. In addition, there is only a drill path of <0.1% of the drill length. A feed rate of 30 to 500 mm / min, preferably 250 mm / min is used.
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.The total length l of the area of the bore 5 and 6 to be drilled is, for example, 41 mm with a bore diameter of 2 mm or 3 mm. There is thus a ratio of bore diameter d1 or d2 to bore length l, which is <1/10.
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.It is particularly advantageous that the edges 7.1 , 7.2 , 7.3 and 7.4 of the bores 5 and 6 can be produced without burrs by the method according to the invention, thereby avoiding or minimizing cost-intensive post-processing.
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. 2 shows an experiment in which a metallic powder Distaloy HP1 was used. The metallic powder has a composition of 4% Ni, 2% Cu, 1.5% Mo and 92.5% Fe. 0.4% SP wax was used as an additional pressing aid. The test drilling was carried out transversely to the pressing direction with an HSS drill with a diameter of 2 mm and a drill length of 120 mm. It is clearly recognizable that bores with high feed, ie in the range from 63 mm / min to 250 mm / min can be produced at a speed of 1600 rpm, the maximum deviation only in a range from 0.05 to 0.25 mm. The maximum deviation results from the deviation in the x and y directions. There are bores at a distance of 1 mm to the outer wall of the connecting rod shaft 2 possible, without the result of the bore opening in the outer wall.
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. Fig. 3 shows an experiment in which a metallic powder Distaloy HP1 was used. The metallic powder has a composition of 4% Ni, 2% Cu, 1.5% Mo and 92.5% Fe. 0.4% SP wax was used as additional pressing aid, in contrast to the test shown in FIG. 2, a drill bushing of 10 mm was used. Also in this experiment it is clearly recognizable that with a bore transverse to the pressing direction with an HSS drill with a diameter of 2 mm and a drill length of 120 mm, bores with high feed, ie in the range from 63 mm / min to 250 mm / min can be produced at a speed of 1600 rpm, the maximum deviation being only in a range of 0.18 to 0.42 mm.
Claims (18)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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