Verfahren zur Herstellung von Formteilen durch kaltisostatisches Pressen

Abstract

 Eine dünnwandige elastische Form wird in einer teilbaren äußeren Stützform aus offenporigem Material angeordnet und ein Vakuum an die äußere Stützform angelegt. Anschließend wird in die elastiche Form Metall- oder Keramikpulver eingefüllt und diese verschlossen. Ein derart vorbereitetes Formteil wird anschließend einem kaltisostatischen Preßdruck ausgesetzt, der an die Außenhaut der elastischen Form angelegt wird. Vor dem kaltiostatischen Pressen wird das Vakuum an der äußeren Stützform gelöst und ein Vakuum im Innern der Form elastischen erzeugt.

Beschreibung

[0001] Im Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung von Grünlingen aus Metall- oder Keramikpulver durch kaltisostatisches Pressen bekannt. Das entsprechende Pulver wird in eine elastische Form (z. B. aus Gummi) eingefüllt und durch hydrostatischen Druck (500 bis 6000 bar) verdichtet. Durch Einlegen von Kernen ist es möglich, auch eine Innenkontur herzustellen. Mit den bekannten Verfahren lassen sich komplizierte Außenkonturen z. B. Turbinenräder nicht herstellen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß beim Abbau des Druckes die Form auffedert und noch am Formkörper anliegt. Hierdurch werden radial nach außen gerichtete, bzw. axiale Kräfte auf den Grünling übertragen, die zur Zerstörung empfindlicher, z. B. dünnwandiger Bereiche des Grünlings führen können.

[0002] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen, insbesondere solchen mit komplizierter Außenkontur, durch kaltisostatisches Pressen, bei dem eine undurchdringliche, dünnwandige und elastische Hülle an der Innenwand einer teilbaren äußeren Stützform aus offenporigem Material zur Anlage gebracht indem die äußere Stützform einem Unterdruck ausgesetzt wirc wird, worauf die elastische Hülle mit pulverförmigem Formmaterial gefüllt und verschlossen wird und anschließend einem kaltisostatischen Preßdruck ausgesetzt wird.

[0003] Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 14 83 684 bekannt. Der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik besteht darin, daß hohe Formtreue erzielbar ist, ohne daß der Aufwand für die Einformung selbst unvertretbar hoch ist. Die mit dem pulverförmigen Formmaterial gefüllte dünnwandige elastische Hülle hat aber keine Eigensteifigkeit, so daß die Stützform beim kaltisostatischen Preßvorgang benötigt wird, um die gewünschte Außenkontur des Formteils zu gewährleisten. Hierdurch ergeben sich jedoch in erheblichem Ausmaß Einschränkungen bezüglich der herstellbaren Außenkonturen. So sind z. B. solche Formteile mit dem vorgenannten Verfahren nicht herstellbar, die stark gekrümmte Konturen mit Hinterschneidungen aufweisen, da hierdurch beim Schwund im Verlauf des isostatischen Pressens eine Kollision mit der äußeren Stützform auftreten würde. Aber selbst dann, wenn durch den Schwund des Formteils nicht unmittelbar eine Kollision mit der äußeren Stützform zu besorgen wäre, bestünde doch die Gefahr, daß aufgrund des Nicht-Mitschwindens der äußeren Stützform Kräfte auf das zu pressende Formteil ausgeübt werden, die zur Rißbildung führen.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen durch kaltisostatisches Pressen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem mit geringem Aufwand komplizierte Formteile präzise gepreßt werden können, ohne daß Einschränkungen bezüglich der herzustellenden Kontur gemacht werden müßten oder eine Nachbehandlung erforderlich wäre. Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 nach dem Einfüllen des Pulvers der Unterdruck an der äußeren Stützform gelöst und Unterdruck in der Hülle erzeugt wird und daß vor dem kaltisostatischen Pressen die äußere Stützform entfernt wird.

[0005] Der Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Verfahren liegt darin, daß beim kaltisostatischen Pressen selbst der Grünling nur von einer dünnwandigen elastischen Hülle umgeben ist und somit hinsichtlich der erzeugbaren Kontur keinerlei Einschränkungen gemacht werden müssen. Trotz der nur dünnwandigen und elastischen Hülle weist der Grünling aber höchste Formstabilität auf, die dadurch erzielt wird, daß vor dem Herausnehmen aus der äußeren Stützform Unterdruck in der Hülle erzeugt wird.. Der Unterdruck führt dazu, daß die einzelnen Pulverteilchen gegeneinander nicht mehr verschieblich sind und somit die von der äußeren Stützform abgenommene Kontur mit größter Genauigkeit beibehalten wird. Dadurch läßt sich höchste Formtreue des fertig^gepreßten Formteils erreichen. Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Stützform in einem geschlossenen Behälter mit Anschlußleitungen zur Erzeugung von Unter- bzw. Überdruck und für das Einfüllen des pulverförmigen Materials aufgenommen ist. Durch diese Ausgestaltung eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren für die Serienherstellung.

[0006] Vorteilhaft ist es, wenn die elastische Hülle eine Wandstärke von 0,1 bis 1 mm aufweist und, wie an sich bekannt, aus Gummimaterial gebildet wird. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren ist eine besonders geringe Wandstärke von Bedeutung, da hierdurchigewährleistet wird, daß die Membranspannunq in der Hülle klein genug bleibt, um gegen den aus Atmosphärendruck und Pulverschüttung sich erqebenden Druck beim Einfüllen des pulverförmigen Materials nicht zu überwiegen. Schließlich ist es vorteilhaft, wenn als äußere Stützform Glasfritte, Sintermetall oder poröse Keramik vorgesehen wird.

[0007] Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft für die Herstellung eines Verdichter- oder Turbinenrades angewendet werden kann.

[0008] Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert: In der Zeichnung ist eine Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Grünlings eines Radialturbinenrades für das nachfolgende kaltisostatische Pressen im Schnitt dargestellt.

[0009] Die Vorrichtung 1 umfaßt einen äußeren geschlossenen Behälter 2 mit einem Deckel 3. Im Boden des Behälters befinden sich Anschlußleitungen 4 für das Anlegen eines Vakuums oder eines Drucks im Innern des Behälters. Der Deckel 3 weist zentral eine Einfüllöffnung auf, durch welche eine elastische Hülle 8, die gemäß Zeichnung eine dünnwandige Gummihaut ist, in das Innere des Behälters reicht. Die Gummihaut ist im Behälterinneren geschlossen und befindet sich in einem inneren Hohlraum, der durch eine teilbare äußere Stützform 5, 6 und 7 gebildet ist. Die Stützformteile 5, 6, 7 sind ihrerseits im geschlossenen Behälter 2, 3 formschlüssig aufgenommen. Der Einfüllstutzen 9 der elastischen Form 8 ist mit einer Anschlußleitung über eine luftdichte Verbindung 12 verbunden. Der Einfüllstutzen 9 kann durch einen _Gummistöpsel 10 mit innerer Vakuumleitung 11 verschlossen werden.

[0010] Die Stützform 5, 6, 7 besteht aus einem offenporigen Material, insbesondere aus einer Glasfritte, aus Sintermetall oder aus poröser Keramik. Die Form ist teilbar, damit später der Grünling entfernt werden kann. Die Teile der Stützform werden formschlüssig im Behälter 2, 3 an^ge-ordnet. Die Anschlußleitungen sind verlegt. In der Stützform befindet sich die Gummiform.

[0011] Wird nun das Innere der Vorrichtung 1 über die Vakuumleitungen 4 evakuiert, wird die elastische dünnwandige Hülle 8 durch den Luftdruck aufgebläht, so daß sie sich an der Innenkontur der offenporigen Stützform anlegt. Anschließend wird das zu verdichtende Pulver 13 durch den Einfüllstutzen 9 der elastischen Form 8 eingefüllt und danach der Einfüllstutzen 9 mit dem Gummistöpsel 10 verschlossen, der seinerseits eine Evakuierungsleitung 11 aufweist. Daraufhin werden die Vakuumleitungen 4 geöffnet, so daß Luft in die poröse Stützform 5, 6, 7 strömt. Die Luft aus der aufgeblähten elastischen Form 8 wird durch die Evakuierungs- öffnung des Gummistöpsels 10 abgepumpt. Nun lastet Atmosphärendruck auf der Außenhaut der elastischen Form 8 und damit auch auf dem eingefüllten Pulver 13. Die Reibung im Pulver 13 ist so groß, daß sich das zu pressende Teil nicht mehr von selbst verformt. Anschließend wird die Vakuumleitung 11 im Stöpsel 10 verschlossen, das Werkzeug zerlegt und das von der Gummiform umhüllte Teil kaltisostatisch gepreßt.

[0012] Durch die Erfindung kann mithin auf einfache Weise ein kompliziertes Formteil wie beispielsweise ein Turbinenrad mit präziser Außenkontur gefertigt werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß aufgrund der extrem dünnwandigen elastischen Form 8 beim Abbau des kaltisostatischen Preßdrucks die Form beim Auffedern nur kleine radial nach außen gerichtete bzw. axiale Kräfte auf das zu fertigende Teil überträgt. Gleichwohl ist die elastische Form 8 aufgrund der äußeren Stützteile 5, 6, 7 mechanisch stabil genug, so daß es nicht beim Einfüllen des Pulvers 13 zu Formveränderungen kommt.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen, insbesondere solchen mit komplizierter Außenkontur durch kaltisostatisches Pressen, bei dem eine undurchdringliche, dünnwandige und elastische Hülle an der Innenwand einer teilbaren äußeren Stützform aus offenporigem Material zur Anlage gebracht wird, indem die äußere Stützform einem Unterdruck ausgesetzt wird, worauf die elastische Hülle mit pulverförmigem Formmaterial gefüllt und verschlossen wird und anschließend einem kaltisostatischen Preßdruck ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einfüllen des Pulvers (13) der Unterdruck an der äußeren Stützform (5, 6, 7) gelöst und Unterdruck in der Hülle (8) erzeugt wird und vor dem kaltisostatischen Pressen die äußere Stützform (5, 6, 7) entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Stützform (5, 6, 7) in einem geschlossenen"Behälter (2, 3) mit Anschlußleitungen (4, 9) zur Erzeugung von Unter- bzw. überdruck und für das Einfüllen des pulverförmigen Materials (13) aufgenommen ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Hülle (8) eine Wandstärke von 0,1 bis 1 mm aufweist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Hülle (8), wie an sich bekannt, aus Gummimaterial gebildet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als äußere Stützform (5, 6, 7) Glasfritte, Sintermetall oder poröse Keramik vorgesehen wird.

6. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 zur Herstellung eines Verdichter- oder Turbinenrades.

Zeichnung