NO117625B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved fremstilling av formede gjenstander av pulver.

Foreliggende oppfinnelse angår fremstilling av formede gjenstander ved sammentrykking av pulver, og spesielt fremstillingen av gjenstander av metall og keramikk ved å formpresse ildfast pulver og gjøre den pressede gjenstand fast ved sintring.

Som kjent begynte pulvermetallurgien med fremstillingen av wolframgløde-tråder av barrer som er fremstillet ved å presse wolframpulver til stavform under høyt trykk og derpå sintre ved å føre en elek-trisk strøm gjennom den pressede stav. I den senere tid er prinsippene i denne tek-nikk brukt i mange forskjellige grener av industrien og den eneste vanskelighet ved ennå videre anvendelse av teknikken har vært å foreta pressingen av pulveret på en slik måte at det oppnås jevn krymping av den pressede gjenstand på alle overflater, mens gjenstanden blir fast under sintringen. Sammentrykkingen ble tidligere ut-ført i metallformer med trykket utøvet på et stempel som bare kunne bevege seg i en retning. Metaller og keramikk i pulverform oppfører seg ikke som fluida, selv om de smøres med bindstoffer, f. eks. parafinvoks, glykol eller polyten. Følgelig blir det et trykktap nederst i et sammentrykket stykke når det utøves trykk øverst og den nederste del blir ikke trykket så meget sammen og krymper mere under sintring slik at det blir forvridninger i den ferdige gjenstand.

Det har vært foreslått mange meka-niske innretninger for å gjøre denne man-gel minst mulig ved å utøve trykket på mere enn ett sted, men ved å fremstille formede gjenstander ved å presse en rektangulær stav og forme den før sintringen bevirket enhver ujevnhet i sammentrykkingen ujevn krymping under sintringen slik at det ble forvridninger i den formede gjenstand.

Ved fremstilling av en lang sylindrisk stav ved direkte pressing kan trykket bare utøves ved de to ender med det resultat at midten ble trykket utilstrekkelig sammen og den sintrede stav ble tynnere på midten enn ved de to ender. Ved fremstillingen av en lang stav eller sylinder er det derfor foreslått å bruke hydrostatisk trykk og i denne hensikt blir pulveret anbrakt i et gummirør som lukkes mot inntrengning av fluida, og gummirøret blir anbrakt i et

passende trykkar og satt under hydrostatisk

trykk. Det er imidlertid forbundet med praktiske vanskeligheter å nå de høye trykk som trenges ved hjelp av vanlige innretninger og hydrauliske pumper er i alminnelighet ikke tilgjengelige for meget høye trykk.

Høye trykk er blitt utøvet ved hjelp av en eksplosjon i trykkaret. Det er imidlertid vanskelig å styre eksplosjoner. Ikke desto mindre kan jevnt trykk utøves i alle akse-retninger ved hjelp av denne fremgangsmåte bortsett fra en liten motstand fra

gummihylsen. En nyere utvikling av denne

siste fremgangsmåte har bestått i å bruke formet bøyelig form i stedet for gummi-røret. Denne form blir, i likhet med gummi-røret stengt mot inntrengning av væske og senket ned i den væske som utsettes for hydrostatisk trykk, men denne fremgangs-

måte har stadig de samme begrensninger som den tidligere fremgangsmåte, selv om den gjør det mulig å fremstille en mere innviklet form.

Foreliggende oppfinnelse går ut på å presse pulver i en bøyelig form på en slik måte at trykket utøves jevnt i alle retninger uten de ulemper som er nevnt ovenfor, og å oppnå at så meget som mulig av den nødvendige krymping ved overgangen fra pulver til den pressede og sin trede gjenstand foregår under pressingen.

Oppfinnelsen bygger på den oppdagelse at visse reversible elastiske geler kan brukes for fremstillingen av former, og når trykket utøves ved hjelp av et eneste stempel i et lukket rom, vil gelen utøve om-trent samme motstand mot sammentrykking som en væske slik at det trykk som ut-øves på et sted vil bli fordelt likt gjennom hele massen.

En reversibel lyofilgel har imidlertid, forutsatt at den har stabile dimensjoner, mange fordeler overfor andre bøyelige ma-terialer som er brukt hittil ved at den lett kan konverteres tilbake til en sol og gis den form som ønskes for formen ved å støpe solen og la den geleres og derved danne en bøyelig form.* Blant de lyofil-geler som kan brukes er hydrofile geler, f. eks. gelatin, agar-agar, alginsyre-geler og egg-albumin. En egnet hydrofil gel kan fremstilles av en 25 pst. vandig oppløsning av gelatin.

Oorganiske geler kan brukes, og som det vil ses senere, har de betraktelige fordeler likeoverfor de hydrofile geler. Passende organiske geler er plastiserte termo-plastiske kunstharpikser, f. eks. polyvinylklorid og ko-polymerer derav. Vinyl-plasti-solene er spesielt vel egnet for formålet for foreliggende oppfinnelse. Disse plastisoler er dispersjoner hvor mykningsmidlet er det dispergeringsmiddel som kan omdannes til plastigeler i noen tilfeller ved å varmes opp til temperaturer på ca. 110° C. Slike geler fremstilles og selges for fremstilling av bøyelige former for støping av gibs, cement, voks og harpiks-produkter. En gel som er særlig egnet blir fremstillet ved kraftig plastisering og gelering av polyvinylklorid. Den er i handelen under navnet «Vinamold», men det er klart at mange naturlige kunstelastomerer kan brukes for fremstilling av en gel med de egenskaper som er nevnt.

Den forholdsvise mengde av disperge-ringsmidlet i den sol hvorav gelen fremstilles innstilles slik at det oppnås en gel med den fasthet som trenges ved fremstilling av en form med skarpt definerte fordypninger etter den model som brukes, men ikke så fast at den mister sine gel-egenskaper som gjør den istand til å deformeres uten vesentlig volumforandring og forøvrig oppføre seg likeoverfor sammentrykking som om den var en væske. Innholdet av kolloid i forhold til dispergeringsmiddel er derfor ikke kritisk og bare et spørsmål om å finne en balanse mellom styrken av gelen og dens bøyelighet slik at, jo bløtere gelen er desto bedre vil den gjøre tjeneste for formålet for foreliggende oppfinnelse, forutsatt at den frembrakte gel har tilstrekkelig stabile dimensjoner til å holde sin form når den ikke står under trykk selv etter gjentatt bruk.

I sin alminnelighet går derfor foreliggende oppfinnelse ut på en fremgangsmåte for sammentrykking av pulver ved utøvelse av trykk på pulveret i et lukket rom og denne fremgangsmåte omfatter at det mellom trykkilden og det pulver som skal trykkes sammen legges inn en reversibel lyotil-gel med stabile dimensjoner.

Ved utførelsen av oppfinnelsen hvor den formete gjenstand har en enkel form kan pulveret bli foreløpig formpresset på vanlig måte og lyofil-gelen gjøres flytende ved oppvarming og deretter helles over det forformete pulver hvor den vil stivne. Det hele kan deretter plaseres i en form og utsettes for et trykk som fortrinnsvis er høy-ere enn det trykk som ble benyttet for å forme pulveret. På denne måte blir eventu-elle trykkujevnheter under formingen av gjenstanden rettet på ved at et jevnt trykk overføres i alle retninger gjennom lyofil-gelen.

I en foretrukket form for oppfinnelsen blir imidlertid pulveret både formet og trykket sammen ved å fylle i hulrommet i en bøyelig form utført av det bløte elastiske material ved å innelukke den bøyelige form i en fast formkasse med form og dimensjoner som utsiden av den bøyelige form slik at når stemplet settes inn omslutter formkassen formen tett, og så utøves det nød-vendige trykk på stemplet.

Den bøyelige form kan hensiktsmessig være utført av en reversibel gel f. eks. en vinyl-plastigel ved å helde gel som er gjort flytende rundt en modell i en stiv formkasse, og fjerne modellen.

Ved utførelsen av oppfinnelsen, når det f. eks. skal fremstilles et sylindrisk legeme med en spiss ende sammensatt av wolfram-karbid kan man gå frem på følgende måte. En sylindrisk modell av stål med samme form som den gjenstand som ønskes, blir anbrakt i en formkasse for pressing av pul-vermaterial bestående av en stålsylinder med stempler ved begge ender. Dimensjonene av stålmodellen i alle retninger er øket med samme prosentuale verdi i forhold til dimensjonene for den ønskete gjenstand, tilsvarende den krymping som vil finne sted ved overgangen først fra det løst fyldte pulver til den pressede gjenstand og derpå fra den pressede gjenstand til den sintrere gjenstand. Rommet mellom denne for store modell og formveggen blir nå fyldt ved å helle inn et smeltet sterkt plastisert polyvinylklorid av merket «Vinamold», og når det støpte material er kjølnet blir det formete legeme lett fjernet og etterlater et inntrykk i vinamolden nøyaktig tilsvarende den for store modell. Pulvermaterialet som skal trykkes sammen, dvs. en wolframkar-bid-kobolt-blanding, et såkalt hårdmetall og som inneholder ca. 10 vektsprosent parafinvoks blir nå anbrakt jevnt i formkassen slik at det helt fyller hulrommet. Stål-stemplet blir så anbrakt i formkassen og trykket satt på ved hjelp av et hydraulisk trykkstempel og, forutsatt at formkassen er godt bygget kan det lett oppnås trykk opp til ca. 35 kg/mm-. Når trykket oppheves og stemplet fjernes vil pulvermaterialet vise seg å være trykket jevnt sammen slik at de lineære dimensjoner alle er proporsjonalt nedsatt med 20—25 pst. fra dimensjonene for den opprinnelige modell.

Sammentrykkingen av et fast støpe-stykke av vinamold er målt og det er observert en sammentrekking på 9 volum-prosent ved et trykk på ca. 15 kg/mm<2>. Denne volumminsking av vinamolden blir i alminnelighet opptatt ved å bevege ett eller flere stempler i bare en akseretning. Denne virkning må det tas hensyn til ved tildannelsen av den for store modell for støping av vinamolden. I motsatt fall blir det en meget liten variasjon i krympingen under pressingen mellom dimensjoner parallell med pressaksen og langs de andre akser.

Når det brukes gelatin som material i den bøyelige form, har det vist seg at en 25 pst. gelatinoppløsning gir en gel med passende konsistens for utførelse av oppfinnelsen. Følgende sammensetning har vist seg egnet:

Som tilfellet var med vinamold, er denne oppskrift ikke kritisk med forholdet mellom gelatin og vann i oppskriften gir et passende kompromiss mellom styrke og bøyelighet for gelen. Glyserolet er tatt med for å nedsette fordampingen av vannet og derved forbedre dimensjonsstabiliteten i lagringstiden og dettolet hindrer bakterie-vekst. Det fremgår av ovenstående at vi-nylorganiske geler har utpregede fordeler likeoverfor gelatin for formålet med foreliggende oppfinnelse.

Det er ikke nødvendig at det material som anbringes i den bøyelige form er pul-verformet, men tildannelsen kan være fore-tatt ved delvis sammentrykking i en vanlig formkasse før anbringelsen i formen, og enhver ujevnhet i sammentrykkingen vil oppveies under sammentrykkingen i den bøyelige form. Dette er viktig. Ved den vanlige fremgangsmåte for pressing vil

nemlig de små endringer i utformingen som

opptrer som følge av ujevn sammentrykking først vise seg etter sintring, og kor-rigering medfører sliping av den hårde

sintrede gjenstand, mens pulver som er

presset på vanlig måte kan utsettes for ytterligere pressing i henhold til oppfinnelsen, og etter ytterligere pressing kan

endringen i tildannelsen korrigeres i den ikke sintrede gjenstand og det blir absolutt jevn krymping under sintringen. Eksempel-vis vil en sylinderform som er presset ved hjelp av et stempel parallell med sylinder-aksen har en svakt konisk form etter sintringen, men hvis den før sintringen utsettes

for ytterligere pressing i henhold til foreliggende oppfinnelse, ved samme trykk som det som tidligere ble brukt, vil den koniske form vise seg før sintringen og kan korrigeres på dette trinn og deretter oppvise

fullstendig jevn krymping under sintringen.

Det har vist seg at vinamold virker som om det var et fluidum slik at trykk på bare den ene ende vil gi jevn sammentrekking langs alle tre akser. Vinamold har stabile dimensjoner og dets opprinnelige form blir

gjenopprettet etter hver pressing slik at en

form kan brukes gjentatte ganger og selv når den er slitt ut kan den smeltes om og tildannes pånytt.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere

under henvisning til vedføyete tegninger.

Fig. 1 viser et vertikalsnitt gjennom en formkasse som består av en stålsylinder med innpassede stempler og viser ved A, B, C, D og E fem trinn under fremstillingen av en bøyelig form i henhold til oppfinnelsen og pressingen av et pulver i formen når den er tildannet.

Fig. 2 viser en lignende formkasse, men viser i trinn A—E fremstillingen av en annen bøyelig form og den pressede gjenstand som frembringes i denne.

Videre viser fig. 3 en lignende formkasse og viser i trinn A—E fremstillingen av en annen bøyelig form og den pressede gjenstand som kan fremstilles i denne når det brukes en stålkjerne.

De samme deler er forsynt med samme henvisningstall i alle figurer.

Som vist i fig. 1 er formkassen 1 ut-styrt med et nedre stempel 2 og et øvre stempel 3 og en for stor modell 4 som kan være av vilkårlig stivt material, men gjerne er av stål er anbrakt midt i formkassen slik som vist i trinn A. Som allerede nevnt må modellen være den nødvendige pro-centuale verdi for stor i alle dimensjoner for å svare til dimensjonsendringen i pul-verblokken først under pressingen og deretter i sintringen. Modellen 4 er i dette tilfelle utført for fremstilling av en sfærisk kule. Det smeltede vinamold blir heldt fra et passende kar 5 opp i formen inntil det når en høyde godt over den sfæriske del, som vist med stiplet linje i trinn A, og vinamoldet får så kjøle inntil det størkner til en fast gel. Den bøyelige form som er fremstillet på denne måten blir så fjernet fra formkassen og snudd slik som vist i trinn B, modellen trekkes ut og vinamoldproppen 6 blir fremstillet for seg. Metall-pulveret som trenges for pressingen fylles i formen inntil det fyller den sfæriske del av formen slik som vist ved 7 i trinn C. Vinamoldproppen og stemplet 3 blir så satt på plass slik som vist og et trykk på ca. 15 kg/mm<2> blir utøvet på stemplet slik som vist i trinn D. Under disse forhold virker vinamoldet som om det var en væske slik at etterhvert som pulveret blir fast slik at det danner den pressede gjenstand deformeres vinamoldet på samme måte som en væske ville deformeres, og trykket over-føres jevnt i alle retninger. Under disse forhold vil det rom som opptas av pulveret trekke seg sammen med 40—50 volumpro-cent. Det er likegyldig om trykket utøves på begge stempler eller om trykket utøves bare fra en retning mot den faste under-støttelse som det annet stempel gir, altså som mellom dynene i en presse.

Ved opphevelse av trykket fjærer vinamoldet tilbake til sin opprinnelige form og dimensjoner, og etterlater presstykket i det hule rom 8 for den sfæriske gjenstand men er betraktelig mindre i volum, slik som vist i trinn E.

Som vist i fig. 2 er modellen i dette tilfelle en sylinder 4 og vinamoldet blir heldt inn i midten av modellen inntil det når en høyde godt over toppen av den sylindriske modell, slik som vist streket i trinn A. Etter kjøling blir den bøyelige form snudd slik som vist i fig. B og vinamoldproppen 6 settes på. I dette tilfelle er den en enkel skive som passer nøyaktig inn i formkassen. Det pulver som skal presses blir så fylt i

det ringformete rom 8 mellom den bøyelige

form og formkassen inntil det når toppen av den bøyelige form slik som vist ved 7 i trinn C og vinamoldproppen 6 og stemplet blir satt på plass. Trykket blir nå satt på

slik som ved det sfæriske legeme i fig. 1, og trykket nedsetter dimensjonene for det pul-verfylte rom 7 slik som vist i trinn D. Ved

opphevelse av trykket vil en sylinder med nedsatt veggtykkelse og lengde i forhold til den opprinnelige bøyelige form bli tilbake i rommet 8, slik som vist i trinn E.

Som vist i fig. 3 blir en modell 4 for fremstilling av et rørformet legeme anbrakt i formkassen. Modellen har en fremstik-kende del 9a som skal danne en fordypning i den bøyelige form for innsetting av en stålkjerne. Vinamoldet blir fylt i opp til toppen av modellen. I dette tilfelle er det ikke nødvendig å snu den bøyelige form men når modellen fjernes settes kjernen 9 på plass i fordypningen 9a og den når litt over toppen av det sylinderformete rom 8. Vinamoldproppen 6 er i dette tilfelle også utført med en fordypning 9b med samme størrelse og form som kjernen og med en dybde som er regnet ut slik at den gir plass for kjernen når pulveret 7, som fylles inn i rommet 8, krymper under trykket når selve den bøyelige form 5 med proppen 6 på plass blir trykket sammen. Etter at vinamoldproppen og stemplet 3 er satt på plass slik som vist i trinn C og trykket ut-øvet slik som vist i trinn D, blir pulveret i rommet 7 trykket jevnt sammen fra alle sider til den mindre sylinder som er vist og når trykket oppheves blir denne mindre sylinder tilbake i rommet 8 slik som vist i trinn E.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan brukes med alle de variasjoner som er kjent i teknikken, f. eks. innsetting av dorer eller kjerner for å danne hulrom i det pressete legeme. Alternativt kan dor-ene eller kjernene selv utføres av sammentrykket med ikke sintret pulver som ikke nødvendigvis har samme sammensetning som det pulver som skal trykkes sammen

rundt dem, og på denne måten kan det

fremstilles en gjenstand med forskjellig

sammensetning i tverrsnitt. De presstykker

som frembringes sin trer meget jevnt, og

beviser derved at trykket er utøvet jevnt i

alle retninger og den jevne krympingsgrad

som er observert gir ytterligere bevis for

dette.

Fremgangsmåten for sammentrykking

av pulver i henhold til foreliggende oppfinnelse kan benyttes hvor som helst det

trenges absolutt jevnt trykk for forming

av en presset gjenstand fra et pulver, men

oppfinnelsen er av spesiell betydning for

pressing av pulver av metaller og legerin-ger med høyt smeltepunkt for fremstilling

av sintrede gjenstander, f. eks. dreiestål av

disse pulvere.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for sammentrykking

av pulver under utøvelse av trykk på pulveret i et lukket rom, hvor et bløtt elastisk material legges mellom pulveret som skal sammentrykkes og trykkilden eller de veg-ger som omgir det lukkete rom, karakterisert ved at det som bløtt elastisk material benyttes en reversibel lyofil-gel med stabile dimensjoner.

2. Fremgangsmåte som angitt i påstand 1 hvor pulveret fylles i en elastisk form og hvor formen er innesluttet i en stiv formekasse med form og dimensjoner som utsiden av den elastiske form og hvor trykket utøves på den elastiske form, karakterisert ved at pulveret presses i en elastisk form sammen satt av en reversibel lyofil-gel med stabile dimensjoner.

3. Fremgangsmåte som angitt i påstand 1 eller 2, karakterisert ved at det som lyofil-gel benyttes en organo-gel, f. eks. en vinyl plasti-gel.

4. Fremgangsmåte som angitt i påstand 3, karakterisert ved at det benyttes en organo-gel som består av polyvinylklorid eller et kopolymer derav og et myknings-middel.

5. Fremgangsmåte som angitt i hvil-ken som helst av påstandene 1—4, karakterisert ved at pulveret først formes på kjent måte, og at det deretter blir sam-menpresset ved å helle et flytende lyofil-gel-material over den forformete gjenstand idet man lar materialet stivne og deretter utøver et høyere trykk enn som ble anvendt ved formingen av pulveret.

6. Fremgangsmåte som angitt i påstand 2, karakterisert ved at pulveret først presses til den ønskete form ved en foreløbig pres-ning før det plaseres i den elastiske form.