[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Pressteilen, insbesondere
Schneidplatten aus Hartmetall durch Pressen von Metallpulver und anschließendes Sintern
der Presslinge nach dem Patentanspruch 1.
[0002] Es ist bekannt, Formteile aus Hartmetall, Keramik, Sintermetall oder dergleichen
mit Hilfe von Pressen herzustellen. Das Pulver- bzw. granuläre Material ist so bereitzustellen,
dass bei einem angewandten Pressdruck der Pressling eine homogene Struktur bekommt
und sich sintern lässt. Eine übliche Formgebung ist das sogenannte Direktpressen in
entsprechend ausgeführten Pressformen oder Matrizen, denen ein Ober- und Unterstempel
zugeordnet sind. Entsprechend dem jeweiligen Pressdruck ergibt sich beim Pressen eine
unterschiedliche Dichte. Presslinge mit geringerer Dichte schwinden beim Sintern jedoch
stärker als Presslinge mit höherer Dichte. Durch unterschiedlich einstellbare Presswege
von Ober- und Unterstempel wird versucht, Dichteabweichungen zu minimieren. Andererseits
können unterschiedliche Dichten in der Praxis durch unterschiedliche Presskräfte entstehen,
die wiederum bei gleicher Höhe der Presslinge, z. B. durch Füllschwankungen, die bis
zu einigen Prozenten gehen, hervorgerufen werden. Erschwerend bei der Herstellung
von Presslingen, z. B. für Hartmetallschneidplatten, ist das Einhalten einer vorgegebenen
Gesamthöhe zwischen Plattensitz und mindestens einer Schneidkante, die einen vorgegebenen
Abstand zum Plattensitz aufweist.
[0003] Aus DE 42 09 787 ist bekannt, die Presskraft zu messen, um eine möglichst gleichmäßige
Dichte innerhalb einer Charge zu erreichen. In Abhängigkeit von der gemessenen Presskraft
wird anschließend eine Korrektur über die Füllung für die nachfolgenden Presslinge
vorgenommen.
[0004] Aus DE 197 17 217 ist ferner bekannt, abhängig von der Geometrie des Presslings und
des Ausgangsmaterials während der Kompression für einen Pressstempel ein gewünschtes
Kraft-Weg-Diagramm (Sollkurve) zu ermitteln und zu speichern. In einem Rechner werden
während der Kompression die gemessenen Werte für den Weg und die Kraft des Pressstempels
mit der Sollkurve verglichen. Mittels mindestens eines separat betätigten Abschnitts
des Pressstempels oder eines getrennten Stempels wird der Druck auf das Pressmaterial
während der Kompressionsphase erhöht oder verringert, sobald eine Abweichung von der
Sollkurve ermittelt wird, um am Ende der Kompressionsphase eine gleiche Dichte für
jeden Pressling zu erhalten. Bei diesem Verfahren müssen mindestens zwei Positionssensoren
vorgesehen werden, nämlich für den mindestens einen Pressstempel und den mindestens
einen weiteren Pressstempel bzw. eines Abschnitts des Pressstempels, welche ihre Messwerte
jeweils auf einen Steuerrechner geben. Darüber hinaus ist dem Pressstempel bzw. einem
Abschnitt des Pressstempels ein Kraftsensor zugeordnet. Auch seine Werte werden in
den Steuerrechner gegeben. Die Positionssensoren sollen sicherstellen, dass z.B. bei
einem Ober- und einem Unterstempel diese eine vorgegebene Position in der Matrize
anfahren, um die vorgegebene Geometrie des Presslings zu erzeugen und seine Abmessungen
einzuhalten. Aufgrund unterschiedlicher Befüllung können sich jedoch Dichteschwankungen
ergeben, die vermieden werden müssen. Daher ist der weitere Pressstempel vorgesehen,
der vom Steuerrechner betätigt wird, wenn während des jeweiligen Pressvorgangs eine
Abweichung vom gewünschten Dichtwert ermittelt wird. Bei diesem Verfahren wird davon
ausgegangen, dass eine mehr oder weniger ausgeprägte Verformung an einer Fläche des
Presslings, die zur Erzielung der gewünschten Dichte erforderlich ist, hingenommen
werden kann. Dies ist z.B. für Wendeschneidplatten an der Sitzfläche der Fall.
[0005] Es versteht sich, dass ein derartiges Verfahren nicht anwendbar ist, wenn eine vorgegebene
Außenkontur des Presslings eingehalten werden muss.
[0006] Wie schon erwähnt, ist die Einhaltung einer vorgegebenen Dichte eines Presslings
von Bedeutung, da die Dichte hinterher den Schwund beim Sintern bestimmt. Die Dichte
kann naturgemäß nur indirekt über die in das Material eingebrachte Presskraft ermittelt
werden, was an sich bekannt ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Presskraft
bzw. die maximale Presskraft nicht völlig gleichzusetzen ist mit einer vorgegebenen
Dichte, weil das Material des Presslings abhängig von seiner Beschaffenheit nach der
Entlastung auffedert, sodass sich die Dichte ändert. Diese Änderung kann unter Umständen
unerwünschte Einflüsse haben. Wird eine bestimmte Geometrie des Presslings eingehalten,
ergeben sich unterschiedliche Presskraftwerte in Abhängigkeit von der Befüllmenge,
aber auch in Abhängigkeit von der Homogenität des Pulvers im Pressling.
[0007] Bei Presslingen mit unregelmäßiger Außenkontur, z.B. für Wendeschneidplatten, die
auf der Oberseite Nuten oder Spanleitflächen oder dergleichen aufweisen, ergibt sich
eine unterschiedliche Dichteverteilung auch während des Pressvorgangs. Da jedoch die
Lage und der Verlauf der Schneidkante und der zugeordneten Topografie der Wendeschneidplatte
wichtig sind, führt eine ungleiche Dichteverteilung zu unerwünschten Maßabweichungen
beim Sintern.
[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Pressteilen,
insbesondere von Schneidplatten aus Hartmetall, durch Pressen von Metallpulver in
Pulverpressen anzugeben, bei dem die Herstellung der Presslinge zu reproduzierbar
genauen Erzeugnissen im Sinterverfahren führen.
[0009] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
[0010] Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass z.B. bei einer Wendeschneidplatte
mit einer vorgegebenen Topografie im Bereich der Schneidkante und der Oberseite der
obere Bereich des Presslings sensibel ist und daher besondere Sorgfalt bei der Erzielung
der gewünschten Dichte in diesem Bereich aufgewendet werden muss. Dies geschieht bei
der Erfindung dadurch, dass der Energieeintrag des Oberstempels in den oberen Bereich
des Presslings vorgegeben wird. Findet dieser Energieeintrag im Wesentlichen in geregelter
Weise statt, ist damit auch die gewünschte Dichte und die gleichmäßige Dichteverteilung
in diesem Bereich gewährleistet. Es ist dann nicht so wichtig, ob der übrige Bereich
des Presslings exakt mit der gleichen Dichte verpresst wird. Um jedoch auch in diesem
Bereich eine zur Dichte im oberen Bereich angenäherte Dichte zu erhalten, wird der
Gesamtenergieeintrag für den Pressling ermittelt. Beim Pressvorgang wird daher zunächst
darauf geachtet, dass die mit dem Oberstempel eingetragene Energie reproduzierbar
ist. Da über den Pressweg bei unterschiedlichen Befüllmengen eine Regelung über die
Presskraft nicht erfolgt, wird, wie erwähnt, der Energieeintrag zugrunde gelegt und
unterstellt, dass die gewünschte Dichte im oberen Bereich des Presslings erreicht
worden ist, wenn der Energieeintrag einen vorgegebenen Wert hat. Der Unterstempel
wird bei diesem Verfahren dem Oberstempel "nachgefahren", indem er nach Maßgabe des
Restenergieeintrags vorgeschoben wird. Mit Restenergie ist diejenige Energie gemeint,
die übrig bleibt, wenn von der vorgegebenen Gesamtenergie die vom Oberstempel eingetragene
Energie abgezogen wird. Hierbei kann geschehen, dass die vorgegebene Dicke des Presslings
nicht erreicht wird. Für diesen Fall ist an dem gesinterten Formling ein Nachbearbeiten
erforderlich. Es ist unter Umständen aber auch nicht schädlich, wenn zur Erreichung
der eingestellten Dicke der Energieeintrag des Unterstempels etwas höher wird, da
der Einfluss auf die Verdichtung des oberen Bereiches vernachlässigbar ist.
[0011] Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verlauf des Energieeintrags
über einen Pressweg des Oberstempels gespeichert und der Vorschub des Oberstempels
nach Maßgabe dieses Verlaufes geregelt wird. Hierbei kann daran gedacht werden, die
Gesamtenergie in einer Anzahl von Inkrementen aufzuteilen, nach denen dann eine Regelung
des Vorschubs des Oberstempels möglich ist.
[0012] Für das Verpressen von Pulvermaterial, bei dem sich die Körner des Pulvers ineinander
und miteinander "verkrallen", ist für die Erzielung einer gewünschten Dichte in erster
Linie die Phase entscheidend, bei der bereits ein größerer Pressdruck aufgebracht
wird. Daher sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass erster und zweiter Wert
für den Energieeintrag nur für die zweite Hälfte des Pressweges des Oberstempels gespeichert
werden oder nur während der zweiten Hälfte des Pressvorgangs des Oberstempels der
Energieeintrag von Ober- und Unterstempel mit den ersten und zweiten Werten verglichen
werden. Es versteht sich, dass der Regelungsweg im Verhältnis zum Pressweg auch nahe
an das Ende des Pressweges gelegt werden kann.
[0013] Die Energie, die beim Pressen in einen Pressling eingetragen wird, ist das Produkt
aus Kraft mal Pressweg. In Wirklichkeit ist jedoch die tatsächlich genutzte Energie
nicht gleich diesem Produkt, sondern geringer, weil der Pressling auffedert, mithin
ein Teil der Pressenergie nicht zur Verdichtung herangegezogen worden ist. Nach einer
Ausgestaltung der Erfindung wird der Auffederweg des Presslings gemessen und daraus
die nicht genutzte Energie berechnet. Diese Berechnung kann zur Korrektur beim Verpressen
des nächsten Presslings herangezogen werden, wenn die tatsächlich genutzte Eintragenergie
nicht einem vorgegebenen Wert entspricht. Durch Veränderung von Parametern beim Pressvorgang
kann dann die eingetragene Energie verändert werden. Dies kann z.B. durch eine Änderung
der Befüllung, durch unterschiedliche Verfahrwege des Füllschuhs, durch Vibration
von Matrize, Unterund/oder Oberstempel oder dergleichen erreicht werden.
[0014] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert werden.
- Fig. 1
- zeigt eine Presse zum Verpressen von Metallpulver nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
vor dem eigentlichen Pressvorgang.
- Fig. 2
- zeigt die Presse nach Fig. 1 während des Pressvorgangs.
- Fig. 3
- zeigt eine abgewandelte Presse zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- Fig. 4
- zeigt die Presse nach Fig. 3 während des Pressvorgangs.
- Fig. 5
- zeigt einen Schnitt durch eine im Sinterverfahren hergestellte Schneidplatte in schematischer
Darstellung.
- Fig. 6
- zeigt ein Kraft-Weg-Diagramm zur Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0015] In den Figuren 1 und 2 ist eine Matrize 10 dargestellt, deren Bohrung einen Formhohlraum
12 aufweist, welcher im Querschnitt konisch ist. Mit Hilfe eines derartigen Formhohlraums
12 kann ein Pressling erzeugt werden, z.B. für eine Schneidplatte, wie sie in Fig.
5 dargestellt ist. Die Schneidplatte nach Fig. 5 hat einen Freiwinkel. Die Oberkante
des Formhohlraums 12 (Matrizenbohrung) von der Oberkante der Matrize 12 hat einen
Abstand x. Oberhalb der Matrize 12 ist ein Oberstempel 14 und unterhalb der Matrize
10 ein Unterstempel 16 angedeutet. Die Stempel 14, 16 werden in geeigneter Weise betätigt,
vorzugsweise mit hydraulischen Pressenzylindern. Diese sind so steuerbar (nicht gezeigt),
dass sie eine gewünschte Kraft aufbringen. Außerdem können sie in ihrer Geschwindigkeit
gesteuert werden, um eine gewünschte Kraft-Zeit-Kurve zu erzeugen. Geeignete Kraftmessvorrichtungen,
die den Stempeln 14, 16 zugeordnet sind, ermitteln die jeweils aufgebrachten Presskräfte.
Nicht gezeigte Weggeber ermitteln die Positionen von Ober- und Unterstempel 14, 16
während des Pressvorgangs.
[0016] Bei der Befüllung der Matrizenbohrung hat der Unterstempel 16 eine vorgegebene Füllposition.
Seine Position bestimmt die Füllmenge. Vorzugsweise ist die Position zu Beginn etwas
niedriger als die theoretische Füllposition für die vorgegebene Menge, damit nach
dem Befüllen der Unterstempel eine gewisse Strecke die Säule nach oben fahren kann,
damit der nicht gezeigte Füllschuh überschüssiges Material von der Matrizenoberseite
abstreift. Anschließend werden Oberstempel 14 und Unterstempel 16 in die Matrizenbohrung
hineingefahren, wobei der Oberstempel 14 so weit hineinfährt, dass er an der Oberseite
des Formhohlraums 12 zu liegen kommt. Die Einfahrtiefe in die Matrizenbohrung entspricht
mithin dem Maß x. Der Unterstempel 16 wird ebenfalls auf eine vorgegebene Position
verfahren, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Anschließend findet der Verpressvorgang
statt. Die Ausführungsform nach Fig. 3 und Fig. 4 unterscheidet sich von der nach
den Figuren 1 und 2 dadurch, dass die Bohrung der Matrize zylindrisch ist. Die mit
Hilfe des Verfahrens hergestellte Schneidplatte weist keinen Freiwinkel auf. Im Übrigen
wird die Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4 mit den gleichen Bezugszeichen wie
Fig. 1 und 2 versehen.
[0017] Aus der Darstellung nach Fig. 5 ist zu ersehen, dass die Schneidplatte 20, der Schneidkante
22 benachbart zwei Nuten 24, 26 aufweist. Die Nuten sind hier nur zu Darstellungszwecken
angedeutet. Schneidplatten der gezeigten Art können verschiedene Topografien an der
Oberseite aufweisen, welche das Schneidverhalten der Platte verbessern sollen. Die
Schneidkanten 22 haben häufig keine lineare Erstreckung, sondern sind im Raum in vorgegebener
Weise gekrümmt.
[0018] Erfindungsgemäß soll mit dem Oberstempel 14 im oberen Bereich der Schneidplatte 20,
welcher nach unten durch die gestrichelte Linie 28 begrenzt ist, eine vorgegebene
Dichte erzeugt werden. Hierzu ist erforderlich, dass der Energieeintrag mit dem Oberstempel
14 einem vorgegebenen Wert entspricht, wenn der Stempel seine Endposition erreicht
hat. Die Energie oder die aufgebrachte Arbeit entspricht der gemessenen Presskraft
mal dem Pressweg. Mithin wird bei diesem Verfahren nicht nach einer vorgegebenen Sollkurve
für die Presskraft verfahren, sondern auf Erzielung eines gleichbleibenden Energieeintrags
für alle Presslinge gesehen. Hierzu gehört, dass die Presskraft des Unterstempels
durchaus unterschiedlich sein kann. Die Presskraft des Unterstempels wird nach Maßgabe
des Energieeintrags vom Oberstempel "nachgefahren". Dadurch kann geschehen, dass im
unteren Bereich der gesinterten Schneidplatte 20 eine vom oberen Bereich etwas abweichende
Dichte herrscht . Dies ist jedoch in Kauf zu nehmen, wenn gewährleistet ist, dass
für den oberen Bereich der Schneidplatte 20 präzise Abmessungen erzielt werden.
[0019] In Fig. 6 ist ein Kraft-Weg-Diagramm für den Oberstempel 14 dargestellt. Die Presskraftkurve
steigt bis zu einem maximalen Presskraftwerg P
max an. Das Integral unter dieser Kurve entspricht dem Energieeintrag E während des Pressvorgangs.
Der Energieeintrag E setzt sich aus einzelnen Inkrementen ΔE zusammen, und es ist
ohne weiteres möglich, den Oberstempel 14 so zu steuern, dass vorgegebene Energieinkremente
eingetragen werden. Die letztlich genutzte Energie ist jedoch geringer als die zunächst
eingetragene Energie, weil der Pressling ein Auffederungsverhalten zeigt. Es bildet
sich eine Art Hysterese, wie in Fig. 6 dargestellt. Die Fläche zwischen den Ästen
der Kurve nach. Fig. 6 bildet die nicht genutzte Energie für die Verdichtung des Presslings.
Für die angestrebte vorgegebene Dichte im oberen Bereich der Schneidplatte 20 ist
daher diejenige Energie maßgeblich, die sich aus der Fläche unterhalb des unteren
Kurvenverlaufs ergibt. Das Auffederverhalten kann gemessen werden und aus dem Auffederweg
lässt sich die nicht genutzte Energie ermitteln. Beim Verpressen lässt sich für den
jeweiligen Pressling das Auffedem nicht mehr korrigierend nutzen, sondern nur für
den jeweils nächsten Pressling. Durch Änderung von Parametern des Pressprozesses lässt
sich die vom Oberstempel eingetragene Energie beeinflussen und damit ändern, bis der
gewünschte Wert erreicht ist.
1. Verfahren zur Herstellung von Pressteilen, insbesondere von Schneidplatten aus Hartmetall,
durch Pressen von Metallpulver und anschließendes Sintern der Presslinge, bei dem
die Presslinge in einer Pulverpresse geformt werden, die eine Matrizenplatte, einen
Oberstempel und mindestens einen Unterstempel aufweist, die einer Matrizenbohrung
zugeordnet und von einem hydraulischen Pressenzylinder betätigbar sind, wobei den
Stempeln Kraftmessvorrichtungen und Wegmessvorrichtungen zugeordnet sind zur Messung
der Presskräfte während des Stempelvorschubs bis zu den Endpositionen, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Pressling vorgegebener Geometrie und Abmessungen sowie vorgegebenen Materials
der Wert für die vom Oberstempel einzubringende Energie gespeichert wird, dass ferner
als zweiter Wert die vom Ober- und Unterstempel insgesamt einzutragende Energie gespeichert
wird, dass der Vorschub des Oberstempels beendet wird, wenn sein Energieeintrag den
vorgegebenen ersten Wert erreicht hat und der Vorschub des Unterstempels nach Maßgabe
des Restenergieeintrags erfolgt und beendet wird, wenn die Gesamtenergie den vorgegebenen
zweiten Wert erreicht hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Energieeintrags über einen Pressweg des Oberstempels gespeichert
wird und der Vorschub des Oberstempels nach Maßgabe dieses Verlaufs geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass erster und zweiter Wert nur für die zweite Hälfte des Pressweges des Oberstempels
gespeichert werden oder nur während der zweiten Hälfte des Pressweges der Energieeintrag
des Oberstempels mit dem Energieeintrag von Ober- und Unterstempel verglichen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung des Pressvorgangs der Auffederweg für den Pressling gemessen wird
und aus der Auffederung die nicht zur Verdichtung genutzte Energie berechnet und von
dem Gesamtenergieeintrag subtrahiert wird zur Bestimmung des Ist-Energieeintrags für
den Pressling und beim nächsten Pressvorgang mindestens ein den Pressvorgang beeinflussender
Parameter geändert wird, wenn der Ist-Energieeintrag vom vorgegebenen zweiten Wert
abweicht.