DE2110294A1

DE2110294A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Pressen von Gegenstanden aus Metallpulver

Info

Publication number: DE2110294A1
Application number: DE19712110294
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung M Antrag
Original assignee: Chrysler Corp
Current assignee: Old Carco LLC
Priority date: 1970-03-12
Filing date: 1971-03-04
Publication date: 1971-09-30
Also published as: ES194166Y; CA937739A; GB1323623A; FR2078131A5; DE2110294B2; US3677672A; ES194166U; DE2110294C3

Description

dr.ing. H. NEGENDANK · dipl.-ing. H. HAUCK · dipl-phys. W. SCHMITZ

HAMBURG-MÜNCHEN

ZÜSTEtLülVaSANSCHRIFT: HAMBURG 36 · NEUER WALL 41

TKI.. 36 74 88 TJXD 364110 TELBGR. NEGEDAPATENT HAMBURG

Chrysler Corporation

MÜNCHEN 15 · MOZARTSTR. 23

Highland Park, Michigan/USA TEL.sssoose

34-1 Massachusetts telegr. negedapatent München

Hamburg, 3. März 1971

Verfahren und Vorrichtung zum Pressen von Gegenständen aus Metallpulver

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Pressen von Gegenständen aus pulverisiertem Material, insbesondere Schrägzahnräder aus Metallpulver.

Beim herkömmlichen Pressen von !Teilen aus Metallpulver ist ein unterer Werkzeugstempel starr mit dem unteren Stempel einer Presse verbunden, eine Hohlform ist auf dem Pressentisch befestigt und ein oberer Werkzeugstempel starr mit dem oberen Pressenstempel verbunden. Eine in der Mitte angeordnete Kernstange ist gewöhnlich fest mit einem mittleren Stößel der Presse verbunden, d.h. daß eine Kernstange vorgesehen ist, wenn der zu pressende Gegenstand eine mittlere Bohrung od. dgl. aufweisen soll.

Bei diesem Aufbau müssen alle inneren oder äußeren Konturen des herzustellenden Gegenstandes, wie beispielsweise Keile, .Muten, Zähne eines Zahnrades, Itfockenformen oder ir-

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gendwelche anderen geometrischen Formen sich parallel zur vertikalen Bewegung des Pressenstempels erstrecken, um das Eintreten des Werkzeugstempels in die Hohlform zum Pressen des Metallpulvers und dem Ausstoßen des gepreßten Gegenstandes aus der Hohlform zu gestatten.

Die übliche Art der Befestigung der Werkzeugteile an den Pressenteilen gestattet außer der Vertikalbewegung keinerlei Bewegung der Werkezeuge. Weiterhin ist das übliche vertikale Pressen meistens auf eine Herstellung von Gegenständen beschränkt, die nicht viel dicker als etwa 6,5 mm sind.

Nachdem verschiedene Techniken des Pressens von Metallpulvern untersucht worden waren, wurde festgestellt, daß durch die Ausübung einer Drehbewegung auf das Pulver während des Pressens größere Gegenstände, als dies bisher möglich war, herstellbar sind, und daß darüber hinaus die Teile eine gleichmäßigere und größere Dichte haben. Weiterhin wird durch die Drehbewegung das Pulver in der Hohlform verschoben, so daß es die Form besser ausfüllt und die Herstellung von komplizierten Konturen gestattet, die von der zuvor beschriebenen Kontur abweichen und nicht achsparallel verlaufen.

Die Erfindung wird speziell in Verbindung mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung von Schrägzahnrädern beschrieben, obwohl sie nicht darauf beschränkt sein

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soll, da auch andere Anwendungsgebiete möglich sind.

Die Erfindung "bezweckt somit ein Verfahren zu schaffen, mit dem verschiedene Pulverarten in eine Form preßbar sind, die nicht achsparallele Konturen aufweist. Ein spezielles Ziel der Erfindung ist es, eine Werkzeugbewegung vorzusehen, die es ermöglicht, Schrägzahnformen mit großen Steigungswinkel aus Metallpulver zu pressen, wobei die übliche Vertikalbewegung der bekannten Verdichtungspressen zur Anwendung kommen soll.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß die Werkzeuge beim Pressen des Metallpulvers gedreht werden. Bei der Herstellung von Schrägzahnrädern haben die Werkzeugstempel Schrägzähne und die Bohlform entsprechende Zahnlücken, in die sich der Stempel hineindreht.

Ein Ausführungsbeispiel des*Erfindungsgegenständes soll nunmehr anhand der Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Pig. 2 eine iDeilvorderansicht der Vorrichtung, Jn der die Anordnung des oberen Stempels und Nockens teilweise im Schnitt gezeigt sind;

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Pig. 3 eine Teilseitenansicht der Vorrichtung, in der die untere lockenanordnung teilweise im Schnitt gezeigt ist;

Pig. 4 eine Ansicht von unten gegen den oberen Stempel; Pig. 5 einen Axialschnitt des oberen Stempels;

Pig. 6 eine Teilansicht des öfteren Stempels, in der das Zähnemuster dargestellt ist;

Pig. 7 eine Draufsicht des unteren Stempels; Pig. 8 einen Axialschnitt des unteren Stempels;

Pig. 9 eine Teilansicht des unteren Stempels, in der das Zähnemuster dargestellt ist;

Pig. 10 eine Draufsicht der Hohlform; und

Pig. 11 einen Axialschnitt der Hohlform, wobei das Zähnemuster derselben dargestellt ist.

Gemäß dem Veifahren der Erfindung wird das in einer Hohlform befindliche Metallpulver einem Verdichtung druck durch zwei im wesentlichen entgegengesetzt angeordnete Stempel ausgesetzt, während dem diese gleichzeitig gedreht werden. Bei der Herstellung von Schrägzahnrädern ist es erwünscht, den

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Stempel mit Schrägzähnen und die Hohlform mit entsprechenden Zahnlücken zu versehen und die Stempel während des Pressens in entgegengesetzten Richtungen zu drehen.

Das Verfahren wird besser verständlich, nachdem die Erfindung unter Bezugnahme auf ein "bevorzugtes Aus führ ungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben ist.

Es wird insbesondere auf die Figuren 1, 2 u. 3 Bezug genommen, wobei die darin gezeigte neuartige Vorrichtung obere und untere Werkzeuge aufweist, die im ganzen mit 10 bzw. 12 bezeichnet und an gegenüberliegenden Seiten eines Pressentisches 14 angeordnet sind. Eine Hohlform 16 mit einer das Pulver aufnehmenden Bohrung 17 ist mittels eines Klemmringes 18 und Schrauben 20 auf den Pressentisch befestigt.

Die oberen und unteren Werkzeuge sind an den oberen und unteren Stempeln 22 bzw. 24 einer üblichen Vertikalpresse (nicht dargestellt)mittels feststehender Druckplatten 26 bzw. 28 befestigt. Diese Platten sind in dem Sinne feststehend, daß sie sich nicht frei drehen können, sondern nur eine Hin- und Herbewegung gemäß den Bewegungen der Pressenstempel durchführen können.

Eine Drehbewegung der Werkezaigteile gegenüber den Platten 26 u. 28 wird durch rotierende Druckplatten 30 bzw. 32 er-

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möglicht, die durch Klemmvorrichtungen, wie z.B. Klemmringe 36 u. 38 an den Druckplatten 26 u. 28 in Stellung gehalten sind. Die Klemmringe 36 bzw. 33 sind mit den Druckplatten 26 "bzw. 26 zusammengeschraubt. Die Klemmringe liegen vorzugsweise unter Zwischenfügung von Kugellagern 40 an den rotierenden Druckplatten an. Zwischen den Druckplatten sind Lageranordnungen 34 vorgesehen, die aus Präzisionskegelrollenlagern bestehen können. Bei dieser Anordnung können sich die Werkzeuge frei gegenüber den Pressenstempeln drehen. Die die feststehenden und die rotierenden Platten enthaltenden Druckplatten übertragen die Vertikalbewegung der Pressenstempel auf die Stempel der Werkzeuge.

Mit den rotierenden Druckplatten 30 bzw. 32 sind obere und untere Werkzeugteile 42 bzw. 44 fest verbunden, die zusammen mit oberen und unteren ITockenablauf vorri chtungen, wie z.B. Rollen 46 bzw. 48 eine Nockenanordnung bilden, die den Vorrichtungsstempeln zugeordnet ist, um diesen eine vorbestimmte Drehbewegung zu erteilen, wenn sie gegenüber der Hohlform aufwärts bzw. abwärts bewegt werden, um bei diesen Bewegungen in die Hohlform eingeführt zu werden. Natürlich kann die Anordnung aus zwei gegenüberliegend angeordneten Nockenablaufvorrichtungen, wie dargestellt, bestehen oder es kann nur eine oder mehrere Vorrichtungen, falls erforderlich, vorgesehen sein.

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Jedes der Werkzeugteile 42 "bzw. 44 weist Nockenbahnen, wie z.B. Muten 50 bzw. 52 auf, die am besten aus den lig. 2 u. 3 ersichtlich sind. Die Nuten sind genau entsprechend dem erforderlichen Steigungswinkel des zu pressenden Teiles geschliffen und erstrecken sich um den Umfang der Werkzeugteile. Die Nuten und Rollen können eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise eine zylindrische oder Kelgelform, wie dies bei Nockenanordnungen allgemein bekannt ist. Weiterhin kann eine Gleitader Äbwälzberührung vorgesehen sein, obwohl die Abwälzbewegung bevorzugt wird. An den oberen und unteren Werkzeugteilen 42 bzw. 44 greifen geeignete Nockenablauf vorrichtungen, wie beispielsweise Rollen 46 bzw. 48 an, die in Nuten 50 bzw.52 eingreifen. Die Rollenfetehen nach innen von Nockenablaufrollenträgern, beispielsweise Säulen 54 bzw. 56 nach innen vor, an denen sie drehbar gelagert sind, wobei die Träger ihrerseits am Pressentisch 14 befestigt sind. Die Träger halten die Nockenablaufrollen in Eingriff mit den Nockenbahnen. Es sind vorzugsweise zwei Träger rechts und links mit Abstand von der Mittellinie der Hohlform 16 angeordnet, um einen Zugang zum Einfüllen von Pulver über der Hohlform zu schaffen. Obere und untere gegenüberliegend angeordnete Nockenablaufrollenstützen werden bevorzugt.

Obere und untere Stempel 58 bzw. 60 sind an den oberen und unteren Werkzeugteilen beispielsweise durch Klemmringe bzw. 64 festgeschraubt. Im dargestellten AuBführungsbei-

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spiel zur Herstellung von Schrägzahnrädern tragen die Stempel mehrere Schrägzähne 66, wie am besten aus den Pig. 4-6 des oberen Stempels 58 und den Pig. 7-9 des unteren Stempels 60 ersichtlich ist. Die Zähne haben einen -vorbestimmten Steigungswinkel, der dem des zu pressenden Schrägzahnrades entspricht. Die Hohlform 16 hat entsprechende Zahnlücken 68 (siehe Fig. 1Ou. 11) in die die Zähne der Stempel 58 bzw. 60 passen. Die den -Steigungswinkel aufweisende Zahnform 68 kann in die Bohrungswand der Hohlform 16 eingearbeitet sein, wie dies aus den Figuren ersichtlich ist.

Das untere Werkzeug 12 weist ferner eine Kernstangenbaugruppe 70 auf, mit einer langgestreckten Kernstange 72, die frei drehbar mittels Kegelrollenlagern 74 im unteren Werkzeug 12, wie in Pig. 1 gezeigt, gelagert ist. Die Kernstangenbaugruppe 70 kann durch eine Neoprendichtung 76 od. dgl, abgedeckt sein. Sine zusätzliche Dichtung, beispielsweise ein O-Ring 78, kann im oberen Abschnitt des unteren Werk-zeugs 12, falls erwünscht, vorgesehen sein. Diese Dichtungen dienen zur Verhinderung des Eindringens von herabfallenden Metallpulver.

Wenn die Hohlform 16 mit Metallpulver gefüllt ist und der untere Stempel 60 in die Hohlform, wie in Pig. 1 gezeigt, eingeführt ist, wird der obere Pressenstempel betätigt, um das obere Werkzeug 10 in die Hohlform einzuführen. Die unteren Abschnitte 50a der NOckenbahnen 50 verlaufen achs-

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parallel, während die oberen Abschnitte 50b schraubenlinienförmig, wie in Fig. 2 gezeigt, verlaufen, so daß sich der Stempel 58 bei der Abwärtsbewegung zur Hohlform hin zunächst ohne Drehung bewegt und dann beim Eindringen in die Hohlform gedreht wird.

Demgemäß bewegen sich die Zähne der Stempel in einer schraubenlinienförmigen Bahn, wenn sich die Stempel drehen und bewegen sich in die und aus der Hohlform. Die genaue Form und Länge der Nockenbahnen hängt natürlich von der besonderen Zahnform od. dgl. des zu pressenden Gegenstandes ab.

Das untere Werkzeug 12 wird in ähnlicher Weise, jedoch in geringerem Maße bewegt, wie dies aus der Stellungsdifferenz der beiden Werkzeuge in der Zeichnung ersichtlich ist. Die Kernstange 72 erstreckt sich durch eine axiale Bohrung 80 des unteren Stempels 60 und in eine axiale Bohrung 82 des oberen Stempel 58 während des Pressens, um ein mittleres Loch im Schrägzahnrad zu formen.

ils ist wichtig, zu bemerken, daß die Hohlform die Stempel während der Drehbewegung nicht führt. Ein derartiger Versuch erwies sich als erfolglos, .da die Hohlformen im allgemeinen aus Materialien wie Tungstenkarbid hergestellt sind, das extrem hohe Drücke aufnehmen kann, jedoch sehr spröde ist und wenig './iderütand gegen Scherkräfte aufweist. Es ist daher ein wichtiges Merkmal der iCrfindun-';, daß die Nocken-

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anordnung die Drehbewegung während des Pressens erzeugt ohne wesentlich von der Hohlform unterstützt zu werden.

Die genaue Ausbildung und Länge der Hüten 50 bzw. 52, der Zähne der Stempel und der Zahnlücken in der Hohlform müssen natürlich komplementär sein und mit der vorbestimmten Form des' herzustellenden Zahnrades übereinstimmen.

Um das gepreßte Zahnrad auszuwerfen, wird der obere Stempel 58 angehoben und der untere Stempel 60 aufwärts in die Hohlform gedreht, bis das Werkstück ausgeworfen ist. Das gepreßte Zahnrad dreht sich frei in der Hohlform, um das Auswerfen zu gestatten. Der Stempel wird dann in seine Ausgangsstellung zurückbewegt· und die Vorrichtung ist zum Pressen eines weiteren Werkstückes bereit. Nach dem Auswerfen kann das Zahnrad einer Sinter-WärmebehanLung oder dergleichen unterworfen v/erden, um die Herstellung zu vervollständigen-

Obwohl der Preßvorgang der beschriebenen Vorrichtung die gleichzeitige Abwärtsbewegung des oberen Stempels und die Aufwärtsbewegung des unteren Stempels beschreibt, wird darauf hingewiesen, daß andere Arbeitsvorgänge verwendet werden können. Beispielsweise kann der untere Stempel in die Hohlform eingeführt und während des Pressens durch den oberen Stempel in einer festen Stellung gehalten werden. Der untere Stempel würde dann nur bewegt, um das gepreßte «/erkstück auszuwerfen.

Auf diese Weise kann ein beliebiges Pulvermaterial, wie Kun^t-

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stoffpulver, eisen- und nichteisenhaltige Metallpulver od.dgl.

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gepreßt werden. Die Umkehrung gewisser zuvor beschriebener Teile ist möglich. Beispielsweise könnten die Nockenbahnen in den Stützen und die Nockenabiaufteile an den oberen und unteren Werkzeugen angeordnet sein.

wie ersichtlich, sieht die Vorrichtung gemäß der Erfindung Stempel vor, die mit einer Drehbewegung in eine Hohlform eingeführt werden, die durch die Vertikalbewegung der Stempel einer üblichen Presse erzeugt wird. Eine vorbestimmte Drehbewegung wird durch eine Nockenanordnung erzeugt, die den Stempeln zugeordnet ist, wobei diese Anordnung Nockenbahnen und Nockenablaufteile aufweist, die den Stempeln die vorbestimmte Drehbewegung während der Einführung in die Hohlform aufzwingen. Der durch die Drehbewegung des Stempels erzeugte Steigungswinkel gestattet den Stempeln den Eintritt in die Hohlform, das Teil zu pressen und es dann auszuwerfen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Pressen pulverisierten Materials, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Hohlraum einer Form eingeführte Pulver mittels eines Formstempels unter gleichzeitiger Drehung desselben gepreßt wird·

2. Verfahren nach Anspruch 1, insbesondere zur Herstellung von Schrägzahnrädern, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver in den Hohlraum einer ein Gegenstück des Schrägzahnrades "bildenden Form eingeführt wird und der Formstempel eine Preßfläche entsprechender Außenkontur hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 o&'er 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Form eingeführte Pulver mittels zweier ab- und aufwärts bewegter Formstempel unter gleichzeitiger Drehung derselben gepreßt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Formstempel in entgegengesetzten Hichtungen gedreht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung eines jeden Formstempels mit der Drehrichtung, die durch die Schrägζahnform erzeugt wird, übereinstimmt.

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Vorrichtung zum Pressen von Pulver mit einer Stempelanordnung, die in eine auf dem Pressentisch befestigte Hohlform einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stempelanordnung mit einer Nockenanordnung (46-56) zusammenwirkt, die aus ineinandergreifenden Nockenbahnen (50» 52) und Hockenablaufteilen (46, 48) besteht und dem Stempel (58, 60) bei der Einführung in die Hohlform (16) eine vorbestimmte Drehbewegung erteilt.

7c Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein den Stempel (58) tragendes Si¹Jerkzeugteil (42) vorgesehen ist, das an seinem Umfang die Nockenbahnen (50) aufweist, während die Nockenablaufteile (46) an einem Träger (54) angeordnet sind, und daß wenigstens ein Teil der Nockenbahnen so geformt ist, daß das Werkzeugteil beim Einführen des Stempels in die Hohlform (16) infolge des Eingriffs der Nockenablaufteile in die Nockenbahnen verdreht wird.

8» Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß als Uockenablaufteile mehrere Rollen (46) vorgesehen sind.

9» Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenbahn (50) eine Nut ist, die sich öcnruabenlinienförmig um den ./erkzeugteil (42) erstreckt.

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1Oo Vorrichtung nach, einem der Ansprüche 6 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang des Stempels (58) mehrere schraubenlinienförmige Zähne aufweist, deren Steigungswinkel mit dem der IFockenbahnen (50) übereinstimmt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (58) an einer rotierenden Druckplatte (30) befestigt ist, die von einer unverdrehbaren Druckplatte (26) überlagert ist, an der der Pressestempel (22) angreift, und daß zwischen den Druckplatten (30, 26) eine Lageranordnung (34) vorgesehen ist, wobei die rotierende Druckplatte durch eine Klemmvorrichtung (36) frei drehbar an der unverdrehbaren Druckplatte in Stellung gehalten ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem oberen (10) noch ein unteres Werkzeug (12) mit Stempel (60) und Druckplattenanordnung (28, 32, 34» 38) gegenüberliegend zum oberen Werkzeug angeordnet ist, und daß beiderseits des oberen und unteren Werkzeugs Träger (54- bzw. 56) für die Nockenablaufteile (46 bzw. 48) vorgesehen sind, die an der Ober- bzw. Unterseite des Pressentisches (14) befestigt sind, wobei die Nockenablaufteile nach einwärts von den Trägern vorstehende, in die mit Abstand zueinander zugeordneten Nockenbahnen (50 bzw. 52) des oberen und unteren !«erkzeugteilea (42 bzw. 44) eingreifende Körper sind, die bei einer gegenläufigen Bewegung der Werkzeuge den v/erkzeugteilen eine Drehbewegung erteilen. 109840/1133

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13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem unteren Werkzeug (12) eine Lageranordnung (7^0 vorgesehen ist, in der das untere Ende einer langgestreckten Kernstange (72) frei drehbar gelagert ist, und daß das untere Werkzeug eine axiale Durch^angsbohrung (80) aufweist, durch die sich die Kernstange erstreckt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß der obere Stempel (58) eine axiale Bohrung (82) aufweist, in die die Kernstange (72) einzugreifen vermag.

15· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum der Form (16) den Zahnlücken eines Schrägzahnrades entsprechende Zähne und der bzw. die Stempel (22, 24) eine dem Schrägzahnrad entsprechende Kontur aufweisen.

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