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EP0403040B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung masshaltiger Presslinge - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung masshaltiger Presslinge Download PDF

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EP0403040B1
EP0403040B1 EP90250140A EP90250140A EP0403040B1 EP 0403040 B1 EP0403040 B1 EP 0403040B1 EP 90250140 A EP90250140 A EP 90250140A EP 90250140 A EP90250140 A EP 90250140A EP 0403040 B1 EP0403040 B1 EP 0403040B1
Authority
EP
European Patent Office
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pressing force
tolerance band
pressing
travel
press
Prior art date
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EP90250140A
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English (en)
French (fr)
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EP0403040A3 (de
EP0403040A2 (de
Inventor
Gerd Dr.-Ing. Hinzmann
Norbert Dipl.-Ing. Nies
Siegfried Radewahn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vodafone GmbH
Original Assignee
Mannesmann AG
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Publication date
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Publication of EP0403040A3 publication Critical patent/EP0403040A3/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/0094—Press load monitoring means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/02—Compacting only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/005—Control arrangements

Definitions

  • the invention relates to a method for producing dimensionally stable compacts from pulverulent compositions according to the preamble of claim 1 and an apparatus for performing this method.
  • DE 29 51 716 C2 discloses a method for pressing shaped articles with at least one step made of metal powder, with which shaped articles of constant height and density can be produced.
  • the course of the pressing force of the ram is measured depending on the path and stored and compared with predetermined path-dependent setpoints.
  • the height accuracy of the compacts is ensured by mechanical stops and the permanently adjustable stroke of the upper punch.
  • the constant density is made possible within certain accuracy limits by the fact that the filling volume of the mold is reduced in the next working cycle when the comparison of the pressing force has shown that the setpoint has been exceeded. If the value falls below the setpoint, the procedure is reversed.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a device for carrying it out which permits even tighter tolerances with regard to the shape accuracy of the compacts and at the same time further reduces the risk of rejects production.
  • the basis of the invention is the knowledge that the accuracy of the molded part of a compact made from a powder material does not depend solely on the fact that the upper and lower dies which shape the mold are brought into a position in which their pressing surfaces are at a relative distance from one another that of the one to be produced Correspond to compacts.
  • Each compact is in fact elastic to a certain extent, so it springs open after being molded out of the mold.
  • the size of this suspension depends on the density of the compact and thus indirectly on the applied pressing force. In principle, the larger the press force, the stronger the spring-up. However, the relationship between density and pressing force is not linear and depends on the powder material used. If, in the production of compacts of identical shape per se, the press punches are brought into exactly the same position in relation to one another in the press end position, it is therefore in no way ensured that two compacts of exactly the same size also result. If one uses a greater pressing force than the other due to the greater bulk density of the powder filling, different parts will result in any case because the springing after the molding has been formed must be different.
  • the invention has made use of this knowledge by providing that the spring deflection of the molded part is taken into account in the final determination of the end position of the press ram in the press end position.
  • the applied pressing force must be measured on the stamp in question and a spring travel must be determined at this point in accordance with the spring characteristic of the compact (for example, in the case of a stepped compact at every height step).
  • the greater the expected spring deflection the closer the pressing surfaces of opposing punches must be moved to each other.
  • the course of the pressing force depending on the travel path of at least one, in the extreme case of each punch, which is to produce a dimensionally accurate part of the compact is detected and compared with a path-dependent tolerance band.
  • a second path-dependent tolerance band of the pressing force can be provided for the press rams in question, when the latter leaves the control, a corresponding compensating change in the filling volume of the press mold is initiated in the next working cycle.
  • this second tolerance band is wider than the first and completely covers it. In this way, even greater changes in the bulk density of the powder filling can be compensated for in their effects on the compact geometry.
  • an even wider path-dependent tolerance band of the pressing force can be provided, the press of which is switched off when it is left. If the maximum permissible pressing force is exceeded, cold welding of punches, for example, may have been the cause, so that greater tool damage is avoided by stopping the press. Conversely, if the pressure drops below the minimum, the mold may have been filled insufficiently or not at all, for example due to a disturbance in the powder supply, so that even in such a case the press must be switched off in order to avoid damage to the mold.
  • the iron powder 2 filled into a die 1 is compressed with an upper punch 3 and a lower punch 4 until the distance between the upper punch 3 and the lower punch 4 corresponds to the height of the pressed part 2 to be produced.
  • This state is shown in Figure 1.
  • a pressing force results, to which a specific springing of the pressing part 2 can be assigned, which occurs when the pressing part 2 is exposed from the mold.
  • the curve of the pressing force as a function of the spring deflection has been determined in previous experiments for the iron powder used. As a rule, this curve can be linearized with sufficient approximation in the section relevant to the tolerance band.
  • the punches 3 and 4 are moved towards each other by the amount of this spring. With this procedure, after the pressing part 2 has been exposed, the springing that occurs exactly gives the height of the pressing part 2 that was required (FIG. 3).

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung maßhaltiger Preßlinge aus pulverförmigen Massen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Aus der DE 29 51 716 C2 ist ein Verfahren zum Pressen von Formkörpern mit mindestens einer Stufe aus Metallpulver bekannt, mit dem Formkörper von konstanter Höhe und Dichte erzeugt werden können. Zu diesem Zweck wird der Verlauf der Preßkraft der Preßstempel wegabhängig gemessen und gespeichert und mit vorgegebenen wegabhängigen Sollwerten verglichen. Die Höhengenauigkeit der Preßlinge wird dabei durch mechanische Anschläge und den fest einstellbaren Hub des Oberstempels gewährleistet. Die gleichbleibende Dichte wird innerhalb bestimmter Genauigkeitsgrenzen dadurch ermöglicht, daß das Füllvolumen der Preßform im nächsten Arbeitszyklus verringert wird, wenn der Preßkraftvergleich eine Sollwertüberschreitung ergeben hat. Bei einer Sollwertunterschreitung wird umgekehrt verfahren.
  • Auf diese Weise kann auf Veränderungen der Eigenschaften des verwendeten Metallpulvers oder sonstige Änderungen (z.B. Auftreten bestimmter mechanischer Schwingungen), die letztlich die Schüttdichte des Pulvers und damit die Preßeigenschaften der in die Preßform eingefüllten Pulverschüttung beeinflussen, reagiert werden. Allerdings kann hierbei die Korrektur immer nur beim nächsten Preßling wirken, da bei dem Preßling, bei dem die Sollwertabweichungen festgestellt wurden, keine Änderung des Füllvolumens der Preßform mehr möglich ist. Das bekannte Verfahren bringt jedoch gegenüber dem bis dahin bekannten Stand der Technik deutliche Verbesserungen hinsichtlich der gleichzeitigen Einhaltung von Dichte und Formgenauigkeit der Preßlinge mit sich. Bei besonders hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Preßlinge reicht dieses Verfahren jedoch nicht immer aus und kann wegen der unvermeidlichen Totzeit des angewandten Regelungsverfahrens zu beträchtlichem Ausschuß führen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben, das hinsichtlich der Formgenauigkeit der Preßlinge noch engere Toleranzen zuläßt und gleichzeitig die Gefahr der Ausschußproduktion weiter vermindert.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1; vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 angegeben. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist erfindungsgemäß die Merkmale des Patentanspruchs 5 auf.
  • Grundlage der Erfindung ist die Erkenntnis, daß die Formteilgenauigkeit eines aus einem Pulvermaterial hergestellten Preßlings nicht allein davon abhängt, daß die die Form prägenden Ober- und Unterstempel in eine Position gebracht werden, in der ihre Preßflächen relative Abstände voneinander aufweisen, die denen des zu erzeugenden Preßlings entsprechen.
  • Jeder Preßling ist nämlich in einem gewissen Umfang elastisch, federt also nach dem Ausformen aus der Preßform auf. Die Größe dieser Auffederung ist abhängig von der Dichte des Preßlings und damit mittelbar von der angewandten Preßkraft. Prinzipiell gilt, daß die Auffederung um so stärker ist, je größer die Preßkrafat ist. Der Zusammenhang zwischen Dichte und Preßkraft ist jedoch nicht linear und ist vom eingesetzten Pulvermaterial abhängig. Wenn bei der Herstellung an sich formgleicher Preßlinge die Preßstempel in der Preßendstellunng in exakt die gleiche Position zueinander gebracht werden, ist daher noch keineswegs sichergestellt, daß sich auch zwei exakt gleich große Preßlinge ergeben. Wird nämlich bei dem einen infolge größerer Schüttdichte der Pulverfüllung eine größere Preßkraft als bei dem anderen angewandt, so ergeben sich auf jeden Fall unterschiedliche Teile, weil die Auffederung nach dem Ausformen der Preßlinge unterschiedlich ausfallen muß.
  • Diese Erkenntnis hat sich die Erfindung zunutze gemacht, indem sie vorsieht, daß die Auffederung des Formteils bei der endgültigen Festlegung der Endposition der Preßstempel in der Preßendstellung berücksichtigt wird. Hierzu muß die angewandte Preßkraft an dem betreffenden Stempel gemessen werden und entsprechend der Federcharakteristik des Preßlings an dieser Stelle (z.B. bei einem gestuften Preßling an jedem Höhenabsatz) ein Federweg ermittelt werden. Je größer die zu erwartende Auffederung ausfällt, um so näher müssen die Preßflächen gegenüberliegender Stempel zueinander gefahren werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Verlauf der Preßkraft in Abhängigkeit vom Verfahrweg mindestens eines, im Extremfall eines jeden Stempels, der einen maßgenauen Teil des Preßlings erzeugen soll, erfaßt und mit einem wegabhängigen Toleranzband verglichen wird.
  • Sobald die Preßkraft das Toleranzband verläßt, wird eine entsprechende Korrektur der ursprünglich vorgesehenen Sollposition des betreffenden Stempels bestimmt. Vorteilhafterweise wird diese Korrektur noch während der Verdichtung des Preßlings ausgeführt, bei dem die Abweichung festgestellt wurde.
  • Da die Ursachen für das geänderte Preßverhalten der in der Preßform befindlichen Pulverschüttung im allgemeinen nicht sprunghaft wechseln, kann es vielfach auch ausreichen, wenn die ermittelte Korrekturgröße erst beim nächsten zu pressenden Formteil berücksichtigt wird.
  • In Weiterbildung der Erfindung kann ein zweites wegabhängiges Toleranzband der Preßkraft für die in Frage kommenden Preßstempel vorgesehen sein, bei dessen Verlassen von der Steuerung eine entsprechende ausgleichende Änderung des Füllvolumens der Preßform im nächsten Arbeitszyklus veranlaßt wird. Dieses zweite Toleranzband ist in jedem Fall breiter als das erste und überdeckt dieses vollständig. Auf diese Weise lassen sich noch größere Veränderungen der Schüttdichte der Pulverfüllung in ihren Auswirkungen auf die Preßlingsgeometrie ausgleichen.
  • Schließlich kann auch ein nochmals breiteres wegabhängiges Toleranzband der Preßkraft vorgesehen sein, bei dessen Verlassen die Presse abgeschaltet wird. Bei einem Überschreiten der maximal zulässigen Preßkraft kann z.B. eine Kaltverschweißung von Stempeln ursächlich gewesen sein, so daß durch das Stillsetzen der Presse ein größerer Werkzeugschaden vermieden wird. Umgekehrt könnte beim Unterschreiten der minimalen Preßkraft die Preßform z.B. aufgrund einer Störung in der Pulverversorgung unzureichend oder überhaupt nicht gefüllt worden sein, so daß auch in einem solchen Fall die Presse abgeschaltet werden muß, um Beschädigungen des Formwerkzeugs zu vermeiden.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Figur 1 bis 3 hinsichtlich der grundsätzlichen Verfahrensweise noch einmal näher erläutert.
  • Das in eine Matrize 1 eingefüllte Eisenpulver 2 wird mit einem Oberstempel 3 und einem Unterstempel 4 so weit verdichtet, bis der Abstand zwischen Oberstempel 3 und Unterstempel 4 der zu erzeugenden Höhe des Preßteils 2 entspricht. Dieser Zustand ist in Figur 1 dargestellt. In Abhängigkeit von der erreichten Dichte des Eisenpulvers ergibt sich eine Preßkraft, der eine bestimmte Auffederung des Preßteils 2 zugeordnet werden kann, die eintritt, wenn das Preßteil 2 aus der Form freigelegt wird. Der Kurvenverlauf der Preßkraft in Abhängigkeit von der Auffederung ist in vorangegangenen Versuchen für das verwendete Eisenpulver ermittelt worden. In der Regel kann diese Kurve in dem für das Toleranzband relevanten Abschnitt mit ausreichender Näherung linearisiert werden. Wie in Figur 2 dargestellt ist, werden die Stempel 3 und 4 um den Betrag dieser Auffederung weiter aufeinander zu bewegt. Bei dieser Vorgehensweise ergibt sich nach dem Freilegen des Preßteils 2 durch die eintretende Auffederung genau die Höhe des Preßteils 2, die gefordert wurde (Figur 3).

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung maßhaltiger Preßlinge (2) aus pulverförmigen Massen, insbesondere aus Metallpulver, auf einer Presse in einer Preßform mit mindestens einem Ober- und mindestens einem Unterstempel (3,4), bei dem die Preßstempel in der Preßendstellung auf vorgegebene Sollpositionen gefahren werden und wobei während des Pressens der Verlauf der Preßkraft mindestens eines der Stempel (3,4) in Abhängigkeit vom Verfahrweg erfaßt und jeweils mit einem vorgegebenen wegabhängigen Toleranzband der Preßkraft verglichen wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die einem Überschreiten des Toleranzbandes die Sollposition des betreffenden Stempels (3,4) in der Preßendstellung so verändert wird, daß die Höhe des Preßlings (2) in der Preßendstellung um einen Betrag verringert wird, der der mit der größeren Preßendkraft einhergehenden erhöhten Auffederung des Preßlings (2) nach seinem Ausformen entspricht, und bei einem Unterschreiten des Toleranzbandes umgekehrt verfahren wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Sollwertveränderung der Endposition des Preßstempels (3,4) während desselben Arbeitszyklus vorgenommen wird, in der die Sollwertabweichung der Preßkraft festgestellt wurde.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein zweites wegabhängiges Toleranzband der Preßkraft vorgegeben wird, das das erste Toleranzband vollständig überdeckt, daß beim Überschreiten dieses zweiten Toleranzbandes eine Verringerung des Füllvolumens der Preßform (1) im nächsten Arabeitszyklus vorgenommen wird und daß bei einem Unterschreiten umgekehrt verfahren wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein drittes wegabhängiges Toleranzband der Preßkraft vorgegeben wird, das das erste Toleranzband und gegebenenfalls das zweite Toleranzband vollständig überdeckt, und daß die Presse selbsttätig abgeschaltet wird, sobald die tatsächliche Preßkraft außerhalb des dritten Toleranzbandes liegt.
  5. Presse zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit mindestens je einem Ober- und Unterstempel (3,4), von denen mindestens einer durch Kraftmittel relativ zu dem anderen verfahrbar ist, mit mindestens einer Meßeinrichtung zur Feststellung der Position der Stempel (3,4), mit mindestens einer Meßeinrichtung zur wegabhängigen Feststellung der Preßkraft mindestens eines der Stempel (3,4) und mit einer mit den Meßeinrichtungen verbundenen elektronischen Steuerung für das Verfahren der Stempel,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in der elektronischen Steuerung Korrekturwerte für die Stempelposition in der Preßendstellung preßkraftabhängig abrufbar oder errechenbar sind, die dem gegenüber der Sollpreßkraft veränderten Auffederungsverhalten des Preßlings (2) entsprechen.
EP90250140A 1989-06-15 1990-05-31 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung masshaltiger Presslinge Expired - Lifetime EP0403040B1 (de)

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