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Verfahren zur Herstellung von PreBkörpern aus pulverförmigen Massen
Bei der Herstellung von Preßkörpern aus trockenen pulverförmigen Stoffen, die sich
wie beispielsweise Metallpulver durch schlechtes Fließvermögen und hohe Reibungswerte
auszeichnen, wird im allgemeinen der zur Verdichtung der lose in eine Form eingeschütteten
Pulver erforderliche Preßdruck zur Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Dichteverteilung
durch je einen beweglichen Ober- und Unterstempel auf die Preßmasse übertragen.
Bei der Herstellung von kompliziert geformten Preßlingen mit beispielsweise in der
Preßrichtung liegenden Querschnittsabstufungen läßt sich die vorbeschriebene Arbeitsweise
des zweiseitigen Pressens nicht durchführen. Die Forderung nach einer gleichmäßigen
Dichte in den verschiedenen Querschnittselementen macht verschieden hohe, den Querschnittselementen
angepaßte Pulveraufschüttungen oder Füllhöhen und damit die Aufteilung des Unterstempels
in verschiedene unabhängig voneinander bewegliche Einzelstempel notwendig. In der
Endphase des Preßvorganges sitzen diese Teilstempel auf einer fest auf die Presse
montierten Grundplatte auf, so daß der Preßdruck lediglich vom Oberstempel aus übertragen
und über die Preßmasse letztlich von der Grundplatte aufgenommen wird. Der beim
zweiseitigen Pressen auf den dort von der Presse bewegten Unterstempel entfallende
Anteil an der Gesamtverdichtung, der sogenannte Unterdruck, wird bei der vorstehend
behandelten Preßweise durch eine Abwärtsbewegung des Preßformmantels ersetzt. Zeitlich
betrachtet kann diese Bewegung synchron, verzögert oder beschleunigt im Vergleich
zu der Abwärtsbewegung des Oberstempels und damit zum zeitlichen Ablauf der Pulververdichtung
erfolgen, je nachdem wie das Abfließen des Pulvers
aus den einzelnen
Füllräumen in die benachbarten während des Verdichtungsvorganges ausgeglichen werden
muß. Die Betätigung der Mantelbewegung erfolgt bei allen Pressen, gleichgültig ob
sie mechanisch oder hydraulisch arbeiten, durch die Presse selbst mit Hilfe einer
mechanischen Übertragung. Dabei wird der Endpunkt der Mantelbewegung während des
Preßvorganges zwangsläufig erst dann erreicht, wenn die Verdichtung des Pulvers
beendet ist, d. h. der Oberstempel den gesamten Preßdruck auf das Pulver übertragen
hat. Der Preßling nimmt nun jedoch schon eine gewisse Zeit vor dem Ende des Verdichtungsvorganges
eine weitgehend kompakte Form an, die durch das praktische Aufhören der Verschiebung
der Pulverteilchen gegeneinander gekennzeichnet ist. Da andererseits aber die Mantelbewegung
bis zum Ende des Preßvorganges zwangsläufig andauert, treten infolge der Relativbewegung
zwischen den Pulverteilchen des vorverdichteten Preßlings und der Wand des Preßformmantels
erhebliche Reibungskräfte auf, deren Auswirkung in vielen Fällen die Anwendbarkeit
der durch die Kombination von Oberdruck mit einem bewegten Formmantel charakterisierten
Arbeitsweise unmöglich macht: Abgesehen von dem durch die hohen Reibungskräfte bedingten,
für eine Massenfertigung untragbaren Formverschleiß führt die Einwirkung dieser
Kräfte auf den noch nicht endgültig verdichteten Preßling zur Ausbildung von Preßrissen,
die den Preßkörper für die weitere ' Verarbeitung unbrauchbar machen.
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Das bekannte Preßverfahren mit beweglichem von der Presse durch mechanische
Übertragung gesteuerten Preßformmantel soll an Hand der Abb. i a und i b näher erläutert
werden.
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In den Abbildungen ist ein Preßwerkzeug dargestellt, das in der Hauptsache
aus der auf der Presse festgespannten Grundplatte i, dem Preßformmantel 2, der Kopfplatte
oder Traverse 3 und der mit der Presse verbundenen Abzugstange 4 besteht. Der Preßformmantel
2 und die Kopfplatte 3 sind durch Säulen 5 fest miteinander verbunden und können
über die Abzugstange 4 durch die Presse in oder gegen die durch einen Pfeil gezeichnete
Preßrichtung bewegt werden. Der Preßformmantel 2 weist einen Durchbruch 6 auf, der
in Preßrichtung gesehen ebenso wie der Oberstempel ? den äußeren Umriß des zu pressenden
Formkörpers wiedergibt. Der Durchbruch 6 des Preßformmantels 2 dient zur Aufnahme
der Unterstempel 8 und 8a sowie des zu pressenden Pulvers g° und b bzw. des fertigen
Preßkörpers g. Je nach der Anzahl der in Preßrichtung liegenden Querschnittsabstufungen
ist der Unterstempel in entsprechende Stempelelemente aufgeteilt. In dem dargestellten
Beispiel weist der Preßkörper zwei verschiedene Höhenstufen auf, so daß auch der
Unterstempel in zwei Elementen 8 und 8a aufgeteilt ist, die unabhängig voneinander
beweglich sind. Während der dem größten Formkörperquerschnitt zugeordnete Einzelstempel
8 fest auf der Grundplatte i angebracht ist, ist das Stempelelement 8a über den
Stempelvorheber io mit dem Vorheberkopf ioa beweglich angeordnet, wobei die Bewegung
des Stempelelementes 8a durch eine Bewegung der Kopfplatte 3 bewirkt wird.
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In Abb. i a ist das @%'erkzeug in der sogenannten Füllstellung gezeichnet,
d. h. die Einstellung der Unterstempel 8 und 8a gibt in dem Preßformmantel 2 die
Füllräume ga und gb für das durch eine nicht gezeichnete Füllvorrichtung eingebrachte
Preßpulver frei. Die Höhen dieser Füllräume g° und gb im Verhältnis zu den entsprechenden
Höhen des fertigen Formkörpers g in Abb. i b sind durch das jeweilige Verdichtungsverhältnis
des Pulvers von der losen Schüttung zum fertigen Körper gegeben.
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Der Preßvorgang läuft nun folgendermaßen: Der Oberstempel 7 bewegt
sich in Preßrichtung abwärts und verschließt durch Eintritt in die Aussparung des
mit Pulver gefüllten Formmantels 2 die Füllräume g° und gb nach oben. Mit der Bewegung
des Oberstempels 7, durch die das in ga und gb befindliche Pulver langsam verdichtet
wird, geht eine Abwärtsbewegung des Stempelelementes 8a einher. Gleichzeitig bewegen
sich auch, durch die Presse über die Abzugstange gesteuert, Kopfplatte 3 und Formmantel
2 in Preßrichtung abwärts. Sobald das Stempelelement 8a auf der Grundplatte i aufsitzt,
wirkt der durch den Oberstempel 7 übertragene Volldruck der Presse auf das Pulver
und führt die endgültige Verdichtung herbei. Dabei wandert der Preßformmantel 2,
der mit der Presse, wie schon erläutert, verbunden ist, noch immer in Preßrichtung
abwärts. Die beschriebene Stellung der Werkzeugteile zueinander kennzeichnet die
sogenannte Preßstellung, die durch Abb. ib dargestellt ist.
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Im weiteren Verlauf des l'reßvorganges wird der Preßformmantel 2 über
Kopfplatte 3 und Abzugstange 4 durch die Presse noch weiter nach unten gefahren,
bis der Formkörper zur Entnahme aus der Preßform freiliegt. Sodann wird das Werkzeug
automatisch wieder in Füllstellung gemäß Abb. i a gebracht, worauf der Preßvorgang
von neuem beginnt.
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Auf Grund der eingehenden Untersuchung über die Ursachen der Rißbildung
beim Preßvorgang, wie diese vorstehend kurz erläutert sind, wurde nun gefunden,
daß eine in allen Fällen rißfreie Ausbildung der nach dem Verfahren hergestellten
Preßlinge nur dann erzielt werden können, wenn die Relativbewegung zwischen Pulverteilchen
und Preßformmantel in dem Augenblick beendet wird, in dem die Vorverdichtung der
Pulvermasse so weit fortgeschritten ist, daß die Bewegung der Teilchen gegeneinander
und gegen eine ruhend gedachte Preßformwand praktisch zum Stillstand gekommen ist.
Es hat sich gezeigt, daß unter dieser Bedingung das Auftreten von Reibungskräften
in einer für den Zusammenhalt des Preßkörpers schädlichen Höhe vermieden wird. Gemäß
der Erfindung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Bewegung des Preßformmantels
nicht zwangsläufig von der Presse her erfolgen zu lassen, sondern durch einen unabhängig
von der Bewegung des Oberstempels
wirkenden, während der gesamten
Dauer des Preßvorganges konstanten Gegendruck zu steuern. In Ausübung der vorliegenden
Erfindung wird die Mantelbewegung zweckmäßig durch einen hydraulischen Gegendruck
geregelt, dessen Höhe so bemessen ist, daß er zur anfänglichen Aufrechterhaltung
der durch die Mantelstellung fixierten Füllraumhöhen genügt und erst durch die während
der Verdichtung selbst stetig zunehmende Reibung zwischen Pulverteilchen und Mantel
überwunden wird. Es wird dadurch erreicht, daß die relative Bewegung der Pulverkörner
zum Mantel mit Sicherheit zum Stillstand kommt, wenn die Beweglichkeit der Körner
gegeneinander durch die zunehmende Verdichtung aufgehört hat, so daß weder überhöhte
Reibungskräfte auftreten können, noch die unvermeidbaren Reibungskräfte den Zusammenhalt
des Preßkörpers nachteilig beeinflussen. Durch die Anwendung eines hydraulischen
Gegendruckes nach dieser Ausführungsform der Erfindung wird weiterhin erreicht,
daß im Gegensatz etwa zu einer mechanischen Erzeugung der die Mantelbewegung regulierenden
Kraft, beispielsweise durch Federdruck, der Gegendruck während der ganzen Dauer
des Verdichtungsvorganges absolut konstant gehalten werden kann. Schließlich wird
bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung im Gegensatz zu der bekannten
Maßnahme der Aufhängung der Preßmatrize in Federn die an den Preßvorgang sich anschließende
drucklose weitere Abwärtsbewegung des Mantels zur Freilegung des fertigen Preßkörpers
aus der Preßform nicht behindert, sondern stellt eine kontinuierliche Fortsetzung
des Rhythmus der Mantelbewegung dar.
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Zur Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung dienen die Abb. 2a
und 2b, in denen ein Preßwerkzeug zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in Füllstellung (Abb.2a) und in Preßstellung (Abb. 2b) schematisch dargestellt
ist. Die Bezeichnungen der einzelnen Werkzeugteile entsprechen denen in Abb. i a
und i b. Entsprechend dem Gedanken der Erfindung wird jedoch bei der durch die Abb.
2 a oder 2 b wiedergegebenen beispielsweisen Ausführungsform der Erfindung die Bewegung
des Preßformmantels 2 nicht zwangsläufig von der Presse her, sondern durch einen
unabhängig von der Bewegung des Oberstempels wirkenden Gegendruck gesteuert. Zu
diesem Zwecke ist die Abzugstange 4 als Kolben ausgebildet oder mit einem solchen
verbunden. Dieser Kolben wird von einem Zylinder i i aufgenommen, der mit einer
Flüssigkeit wie z. B. C51, Wasser oder einem 01-Wasser-Gemischgefüllt ist. In diesem
Zylinder i i wird in bekannter Weise ein hydraulischer Druck erzeugt, dessen Höhe
am Manometer 12 abgelesen und durch das Ventil 13 eingestellt werden kann. Der Druck
im Zylinder i i wird in Füllstellung entsprechend Abb. 2 a so eingestellt, daß er
zur Fixierung des Preßformmantels 2 in der durch die verlangten Höhen der Füllräume
9° und 96 bedingten Stellung gerade ausreicht. Die Höhe dieses Druckes ist abhängig
von der verwendeten Pulversorte und von der Art und Formgebung des Preßkörpers durch
einfache Versuche zu ermitteln.
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Solange während der durch die Abwärtsbewegung des Oberstempels 7 bewirkten
Verdichtung der Pulverteilchen die Reibungskräfte zwischen diesen und der Wand des
Preßformmantels 2 noch nicht in der Lage sind, den in Zylinder i i eingestellten
hydraulischen Gegendruck zu überwinden, wird der Preßformantel 2 durch diesen Gegendruck
in seiner Stellung gehalten, so daß sich die Pulverteilchen in die Verdichtungsrichtung
relativ zur Wand der Preßform 2 bewegen. Wenn die Reibungskräfte zwischen Pulverteilchen
und der Wand des Preßformmantels 2 groß genug geworden sind, um diesen Gegendruck
zu überwinden, wandert der Preßformmantel in dem Maße nach unten, in dem die Pulverteilchen
entsprechend ihrer Verdichtung noch eine Bewegung ausführen, so daß in diesem Stadium
des Preßvorganges die Relativbewegung zwischen Pulverteilchen und Preßformmantel
zum Stillstand gelangt. Durch diese Maßnahme wird das Auftreten von überhöhten Reibungskräften
und damit die Gefahr der Rißbildung wirksam verhindert und der Verschleiß der Preßform
beträchtlich herabgesetzt.