DD291490A5

DD291490A5 - Pressform zur herstellung von matrizen aus keramik

Info

Publication number: DD291490A5
Application number: DD33719690A
Authority: DD
Inventors: Klaus Lietzmann; Lothar Michalowsky; Katja Kramer; Andreas Rendtel; Rainer Sack; Michael Teichgraeber
Original assignee: Freiberg Bergakademie
Priority date: 1990-01-19
Filing date: 1990-01-19
Publication date: 1991-07-04

Abstract

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Metallformung und ist zur Herstellung von Formgebungswerkzeugen auf der Basis von Matrizen aus Keramik fuer die Formgebung von Metallen durch Ziehen, Stoszen, Druecken oder Extrudieren anwendbar. Erfindungsgemaesz ist in einem Hochdruckgefaesz mit Hochdruckmedium eine Preszform angeordnet. Die Preszform besitzt eine zylinderfoermige, mit Bohrungen versehene halbschalenfoermige Metallhuelse, an deren Innenseite sich eine schlauchfoermige Gummihuelse befindet. Die Preszform weist stirnseitige Verschluesse mit Halterungen fuer den Zentralstift und einen konischen Einsatz, die wiederum in der Symmetrieachse ineinander um den Verdichtungsanteil beim kaltisostatischen Pressen verschiebbar sind, auf. Der Zentralstift und der konische Einsatz sind in ihrer Gestalt der jeweiligen Querschnittsform der OEffnung der spaeteren Matrize angepaszt. Der Innenraum der Preszform kann mit pulverfoermigem keramischen Werkstoff gefuellt werden, wobei dieser vorher als feinkoerniges Granulat aufbereitet wird.{Preszform; Keramik; Matrizen; Formgebung; Metalle; Ziehen; Werkstoff, keramisch; Hochdruckmedium; Granulat; Pressen, kaltisostatisch}

Description

Die Preßform gestattet, daß mit der Formgebung der Matrize gleichzeitig die notwendige Form des Innenraumes exakt ausgebildet wird und so z. B. die Form des Einziehkonus, der Umformzone einschließlich Gloit- und Auslaufkonus erhalten werden. Dabei werden durch dia Ausbildung der erfindungsgemäßen Preßform die Probleme bei der Schrumpfung des keramischen Körpers gelöst und somit macht sich kein aufwendiges mechanisches Einarbeiten der Öffnungen in den Kern erforderlich.

Ausführungsbelsplel Die Erfindung soll an nachfolgendem Ausführungsbeispiel näher erläutert worden. In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Preßform in einer zweckmäßigen Ausführungsform schematisch dargestellt. Die Preßform besitzt eine zylinderförmige, mit 12 gleichmäßig verteilten Bohrungen versehene halbschalenförmige Metallhülse 1 aus Stahl. Innenwandseitig sind eine schlauchförmige Gummihülse 2 und stirnseitig Verschlüsse mit Halterungen 5 angeordnet. Die Halterungen werden über die jeweils aus einer Gummischeibe 6, einer Druckscheibe 7 undoiner Druckmutter 9 bestehende Verschlüsse abgedichtet. In den Halterungen 5 sind ein Zentralstift 4 und ein konischer Einsatz 3, die

in ihrer Form jeweils der Querschnittsform der öffnung der späteren Matrize entsprechen, in der Symmetrieachsegegeneinander verschiebbar angeordnet. Der Innenraum der Preßform ist vor dem Verdichten mit dem pulverförmiger!

keramischen Werkstoff 11 gefüllt.

Die Preßform wird vor dem kaltisostatischnn Pressen in die Hochdruckflüssigkeit, im vorliegenden Beispiel Glyzerin, der

hydraulischen Presse eingebracht.

Im Ausführungsbeispiel wird Keramikpulver auf der Basis von SiC mit einer spezifischen Oberfläche von > 15 mVg und einem D_M-Wert <0,7 um Zusätzen und unter Zugabe von Stabilisator gemischt und mittels flüssigem N₂ bei -45°C gefriergetrocknet

und anschließend zu einem foinkörigen rieselfähigen Granulat verarbeitet. Das Granulat wird in die erfindungsgemäße Preßformeingefüllt und bei RT und einem Druck von 150 MPa auf eine Dichte von 75% der theoretischen Dichte gepreßt. Diese Vorformwird aus der Preßform entnommen und bei einer Temperatur von 150°C einer thermischen Nachbehandlung unterzogen.

Anschließend wird bei einer Temperatur von 2100⁰C ca. 1 Stunde in einer Argonatmosphäre auf eine Dichte > 97 % der

theoretischen Dichte gesintert. Der gesinterte Rohling wird mit Diamantpaste unterschiedlicher Körnung geschliffen undanschließend auf Fertigmaß poliert.

Claims

1. Preßform zur Herstellung von Matrizen aus Keramik durch kaltisostatisches Pressen von Keramikpulver, gekennzeichnet dadurch, daß in einem Hochdruckgefäß mit Hochdruckmedium eine zylinderförmige, mit Bohrungen versehene Metallhülse (1) und innenwandseitig eine schlauchförmige Gummihülse (2), die stirnseitige Verschlüsse mit Halterungen (5) besitzt, die jeweils einen der Querschnittsform der Öffnung der späteren Matrize angepaßten Zentralstift (4) und einen konischen Einsatz (3) aufnehmen und vom pulverförmlgen keramischen Werkstoff (11) umgeben sind, angeordnet sind.

2. Preßform nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der konische Einsatz (3) und der Zentralstift (4) in der Symmetrieachse ineinander um den Verdichtungsanteil des Pulvers beim kaltisostatischen Pressen verschiebbar angeordnet sind.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Motallformung und ist zur Herstellung von Formgebungswerkzeugen auf der Basis von Matrizen aus Keramik für die Formgebung von Metallen durch Ziehen, Stoßen, Drücken oder Extrudieren anwendbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zur Umformung metallischer Werkstoffe durch Ziehen, Drücken, Stoßen oder Extrudieren ist die Anwendung von Matrizen bekannt. Zur Sicherung einer effektiven Verfahransökonomie sowie u.a. aus Gründen der erforderlichen mechanischen Festigkeit zum Aufnehmen der Umformkraft bei Raumtemperatur und bei höheren Temperaturen, zur Gewährleistung eines geringen Matrizenwerkstoffverschleißes und guter Oberflächenqualität des Umformgutes werden diese Matrizen je nach Umformart beispielsweise aus Warmarbeitsstählen, Hartmetallen, Hartstoffverbunden, natürlichen oder künstlichen Diamanten, polykristallinem Bornitrid und aus keramischen Werkstoffen hergestellt. Insbesondere die Möglichkeit zur Gewährleistung einer hohen Standzeit der Matrizen bei Raumtemperatur hat zur vorstärkten Anwendung und Herstellung von Matrizen aus ketömischen Werkstoffen geführt. So ist nach der US-PS 4038858 ein Drahtziehwerkzeug aus keramischem Material bekannt. Auch nach der US-PS 4270380 und der SU-PS 286559 sind Lösungen für die Anwendung keramischer Werkstoffe zur Herstellung von Umfoimwerkzeugen vorgeschlagen worden. Alle diese Lösungen orientieren auf die Anwendung von AI₂O₃, SiC, Si₃N₄ und Verbundlösungen unter Einbeziehung einer konstruktiven Lösung 7um Aufbringen äußerer Druckspannungen auf das Umformwerkzeug aus keramischen Werkstoffen, um d^:e Empfindlichkeit solcher Werkstoffe gegen Zugspannungen auszugleichen. Da solche Zugspannungen in der Matrize durch die Druckspannungen in der Umformzone entstehen, werden Lösungen zum Abbau dieser Spannungen angeboten. Problematisch ist das Einarbeiten der entsprechenden, zur Umformung notwendigen Öffnungen (Einlaufkonus, Gleitzone, Auslaufkonus) in den harten, verschleißfesten Kern aus Keramik. Eine arbeits- und zeitaufwendige Bearbeitung durch Elektro- und Funkenerosion, Bohren, Schleifen und Polieren macht sich zur Einstellung der für das Ziehen notwendigen Profilformen erforderlich. Diese Arbeitsstufen erschweren den Einsatz keramischer Werkstoffe deshalb besonders aus ökonomischer Sicht.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei der Herstellung von Matrizen aus keramischen Werkstoffen mit speziellen Abmessungen für die Formgebung metallischer Werkstoffe für die Erzeugung der Öffnungen im Kern weniger Arbeits- und Zeitaufwand zu benötigen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugi unde, eine Preßform zu entwickeln, mit denen Matrizen aus keramischen Werkstoffen zur Formgebung von metallischen Werkstoffen ohne komplizierte mechanische Bearbeitung der Kerne aus harter, verschleißfester Keramik hergestellt werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem Hochdruckgefäß mit Hochdruckmedium eine Preßform angeordnet ist. Die Preßform besitzt eine zylinderförmige, mit Bohrungen versehene halbschalenförmige Metallhülse, an deren Innenseite sich eine schlauchförmige Gummihülse befindet. Die Preßform weist stirnseitige Verschlüsse mit Halterungen für den Zentralstift und einen konischen Einsatz, die wiederum in der Symmetrieachse ineinander um den Verdichtungsanteil beim kaltisostatischen Pressen verschiebbar sind, auf. Der Zentralstift und der konische Einsatz sind in ihrer Gestalt der jeweiligen Querschnittsform der Öffnung der späteren Matrize angepaßt. Der Innenraum der Preßform kann mit pulverförmigem keramischen Werkstoff gefüllt werden, wobei dieser vorher als feinkörniges Granulat aufbereitet wird. Anschließend erfolgt erfindungsgemäß unter einem Druck von > 100 MPa ein kaltisostatisches Verpressen bei Raumtemperatur. Nach einer thermischen Nachbehandlung und dem Sinterprozeß wird die entstandene Matrize einer mechanischen Finishbearbeitung durch Schleifen und Polieren unterzogen.