DE816019C

DE816019C - Process for the production of pressed bodies from powdery masses

Info

Publication number: DE816019C
Application number: DEP30100D
Authority: DE
Inventors: Hermann Silbereisen
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1949-01-01
Filing date: 1949-01-01
Publication date: 1951-10-08

Description

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.Process for the production of pressed bodies from pulverulent masses In the production of compacts from dry powdery substances, which such as metal powder due to poor flowability and high friction values distinguish, is generally poured loosely into a mold to compress the Powder required pressure to achieve a density distribution that is as even as possible transferred to the molding compound by a movable upper and lower punch. In the production of complex shaped compacts with, for example, in the Cross-sectional gradations lying in the pressing direction can be carried out using the method described above of double-sided pressing. The requirement for a uniform Density in the various cross-sectional elements makes the cross-sectional elements of different heights adapted powder fillings or filling heights and thus the division of the lower punch in different independently movable single stamps necessary. In the At the end of the pressing process, these part punches sit firmly on the press mounted base plate, so that the pressing pressure is only transmitted from the upper punch and is ultimately taken up by the base plate via the molding compound. The at two-sided pressing on the lower punch moved there by the press Share in the total compression, the so-called negative pressure, is in the above treated pressing mode replaced by a downward movement of the mold shell. Temporally This movement can be viewed synchronously, decelerated or accelerated in comparison to the downward movement of the upper punch and thus to the timing of the powder compaction depending on how the powder flows off from the individual Filling spaces are compensated for in the neighboring ones during the compression process got to. The jacket movement is activated in all presses, regardless of whether they work mechanically or hydraulically, through the press itself with the help of a mechanical transmission. The end point of the jacket movement during the Pressing process inevitably only achieved when the compaction of the powder is finished, d. H. the upper punch transfers the entire pressure to the powder Has. However, the compact now takes a certain amount of time before the end of the compression process a largely compact form, brought about by the practical cessation of the shift the powder particles are marked against each other. On the other hand, there is the coat movement inevitably lasts until the end of the pressing process, occur as a result of the relative movement between the powder particles of the pre-compressed compact and the wall of the mold shell considerable frictional forces, the effect of which in many cases the applicability which is characterized by the combination of top pressure with a moving mold shell Makes working method impossible: Apart from the high frictional forces, The effect of this leads to wear of the mold which is unacceptable for mass production Forces on the compact which has not yet been finally compressed to form press cracks, which make the compact for further 'processing unusable.

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.The known pressing process with moving from the press by mechanical Transmission controlled compression mold shell is explained in more detail with reference to Figs. I a and i b will.

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.In the figures, a pressing tool is shown, which in the main from the base plate i clamped on the press, the press-form jacket 2, the head plate or traverse 3 and the trigger rod 4 connected to the press. The press mold jacket 2 and the top plate 3 are firmly connected to one another by columns 5 and can over the trigger rod 4 through the press in or against the one shown by an arrow Press direction are moved. The mold shell 2 has an opening 6, the as seen in the pressing direction, as is the upper punch? the outer outline of what is to be pressed Shaped body reproduces. The opening 6 of the press mold jacket 2 is used for receiving the lower punch 8 and 8a and the powder to be pressed g ° and b or the finished Compact g. Depending on the number of cross-sectional graduations lying in the pressing direction the lower punch is divided into corresponding punch elements. In the illustrated Example, the pressed body has two different height levels, so that the Lower punch is divided into two elements 8 and 8a, which are independent of each other are movable. During the single punch assigned to the largest shaped body cross-section 8 is firmly attached to the base plate i, the stamp element 8a is on the Die lifter io arranged movably with the prelift head ioa, whereby the movement of the stamp element 8a is brought about by a movement of the head plate 3.

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.In Fig. I a the @% 'tool is drawn in the so-called filling position, d. H. the setting of the lower punch 8 and 8a are in the mold shell 2 the Filling spaces ga and gb for the introduced by a filling device, not shown Powder free. The heights of these filling spaces g ° and gb in relation to the corresponding Heights of the finished molded body g in Fig. I b are determined by the respective compression ratio of the powder is added from the loose bulk to the finished body.

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.The pressing process now runs as follows: The upper punch 7 moves down in the pressing direction and closes by entering the recess of the with powder-filled molding shell 2, the filling spaces g ° and gb upwards. With the movement of the upper punch 7, through which the powder in ga and gb is slowly compressed is accompanied by a downward movement of the stamp element 8a. Move at the same time also, controlled by the press via the trigger rod, head plate 3 and mold jacket 2 downwards in the pressing direction. As soon as the stamp element 8a rests on the base plate i, the full pressure of the press transmitted by the upper punch 7 acts on the powder and brings about the final compression. The mold shell 2 migrates, which, as already explained, is connected to the press, still in the pressing direction down. The described position of the tool parts in relation to one another characterizes the so-called press position, which is shown by Fig. ib.

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.In the further course of the l'reßvorganges the mold shell 2 is over Head plate 3 and trigger rod 4 moved further down through the press, until the molded body is exposed for removal from the mold. Then the tool automatically brought back into the filling position according to Fig. i a, whereupon the pressing process starts all over again.

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.On the basis of the detailed investigation into the causes of the crack formation during the pressing process, as briefly explained above, it has now been found that a crack-free formation of the manufactured by the process in all cases Compacts can only be obtained when the relative movement between powder particles and Die jacket is terminated at the moment in which the precompaction of the Powder mass has progressed so far that the movement of the particles against each other and has practically come to a standstill against an imaginary die wall. It has been shown that under this condition the occurrence of frictional forces is avoided at a level harmful to the cohesion of the pressed body. According to the invention, it has proven to be useful, the movement of the mold jacket not necessarily to be done by the press, but by someone independently from the movement of the upper punch acting throughout To control the duration of the pressing process constant back pressure. In pursuit of the present In the invention, the jacket movement is expediently through a hydraulic counter pressure regulated, the amount of which is such that it is used for initial maintenance the filling space heights fixed by the shell position is sufficient and only through the during the compression itself steadily increasing friction between powder particles and jacket is overcome. It is achieved that the relative movement of the powder grains to coat with certainty comes to a standstill when the mobility of the grains against each other has stopped by the increasing compression, so that neither excessive Frictional forces can occur, nor the unavoidable frictional forces cohesion adversely affect the compact. By using a hydraulic Back pressure according to this embodiment of the invention is still achieved, that in contrast to a mechanical generation of the regulating the jacket movement Force, for example through spring pressure, the counter pressure during the entire duration the compression process can be kept absolutely constant. Finally will in carrying out the method according to the invention in contrast to the known one Measure the suspension of the press die in springs following the pressing process pressureless further downward movement of the jacket to expose the finished pressed body not hindered from the mold, but provides a continuous continuation of the rhythm of the coat movement.

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.Figs. 2a and 2b serve to explain the subject matter of the invention, in which a pressing tool for carrying out the method according to the invention is shown schematically in the filling position (Fig.2a) and in the pressing position (Fig. 2b). The designations of the individual tool parts correspond to those in Fig. Ia and i b. According to the idea of the invention, however, in the exemplary embodiment of the invention shown by Fig. 2a or 2b, the movement of the press-form shell 2 is not necessarily controlled by the press, but by a counter pressure acting independently of the movement of the upper punch. For this purpose, the trigger rod 4 is designed as a piston or is connected to such a piston. This piston is received by a cylinder ii, which is filled with a liquid such as. B. C51, water or an 01-water mixture is filled. In this cylinder ii, a hydraulic pressure is generated in a known manner, the level of which can be read on the manometer 12 and adjusted by the valve 13. The pressure in the cylinder ii is set in the filling position according to Fig. 2a so that it is just sufficient to fix the mold shell 2 in the position required by the required heights of the filling spaces 9 ° and 96. The level of this pressure depends on the type of powder used and on the type and shape of the compact to be determined by simple experiments.

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.As long as caused by the downward movement of the upper punch 7 Compression of the powder particles the frictional forces between them and the wall of the Preßformmantels 2 are not yet able to set in cylinder i i To overcome hydraulic back pressure, the press mold shell 2 is through this back pressure held in place so that the powder particles move in the direction of compaction move relative to the wall of the mold 2. When the frictional forces between powder particles and the wall of the press mold jacket 2 have become large enough to accommodate this counter pressure to overcome, the mold jacket migrates down to the extent that the powder particles carry out another movement according to their compression, so that at this stage of the pressing process, the relative movement between the powder particles and the mold shell comes to a standstill. This measure prevents excessive frictional forces from occurring and thus effectively prevents the risk of cracking and wear of the die considerably reduced.

Claims

CLAIMS: i. Process for pressing powdery masses with upper punch and movable mold shell, characterized in that the Movement of the mold shell by the frictional forces generated by the mass to be compressed takes place and is controlled by a counter pressure.

2. The method according to claim i, characterized in that the jacket movement is controlled by a hydraulic Back pressure is made.