Komage Erfolgsstory:
Komage beschreitet neue Wege beim Querpressen

Mit immer komplexer werdenden Teilegeometrien steigen die Anforderungen an Pulverpressen und Presswerkzeuge, wodurch ständige Weiterentwicklungen bei den Pressenherstellern notwendig sind. So sind heute hydraulische oder auch mechanisch- hydraulische Pressen mit bis zu 8 und mehr Pressachsen in uniaxialer Pressrichtung Standard bei der Herstellung komplexer Formteilgeometrien. Auch können Bohrungen und Ausschnitte in Pressrichtung durch Dorne und Stempelformen einfach hergestellt werden.

Beim uniaxialen Pressen erfolgt die Verdichtung der Pressmasse in vertikaler Richtung allein durch die Stempelbewegungen (beim Ausstoßverfahren) oder durch die Oberstempelbewegung und eine Relativbewegung von der Matrize zum Unterstempel (Abzugsverfahren). Hierbei entstehen durch Reibungseinflüsse zwischen Pressmasse und Matrizenwand Dichteabnahmen (pressneutrale Zone) zur Pressteilmitte hin. Diese führen dann je nach Teilehöhe und verpresstem Material zu Formänderungen durch Schrumpfungsvorgänge beim Sintern in den niederdichteren Zonen. Schwieriger gestaltet sich das Einbringen von Bohrungen oder Einstichen, welche quer zur Pressrichtung verlaufen. Diese können von einer nur geringen Tiefe hin bis zu einer durch den kompletten Querschnitt verlaufenden Form sein.

Komage stellte auf der Ceramitec 2012 in München als erster Pressenhersteller ein System vor, bei dem ein Zylinder mit 5 Pressachsen in axialer Richtung mit einer durch den ganzen Querschnitt reichenden Querbohrung hergestellt wurde (Bild 1). Diese Querbohrung wurde durch zwei seitlich angebrachte Dorne, die als hydraulisch gesteuerte Achse ausgeführt waren, eingebracht. Technisch gesehen stellte diese Art der Herstellung von Querbohrungen keine besonders hohen Anforderungen an das Pressensystem. Hier ist lediglich zu beachten, dass die Position der Querdorne immer im Bereich der pressneutralen Zone liegen muss, da andernfalls Kräfte von den Pressstempeln auf die Querdorne einwirken und diese verformen oder beschädigen können. Da bei in Pressrichtung höheren Teilen die pressneutrale Zone meistens in die halbe Teilehöhe gelegt wird, muss zwangsweise die Querbohrung auch an diese Stelle verschoben werden.

Bei Produkten mit außermittig angeordneter Bohrung bedeutet dies, dass auch die pressneutrale Zone dorthin verlegt werden muss. Dies lässt sich einfach durch Programmieren der Stempelpositionen und Geschwindigkeiten der vertikalen Pressstempel realisieren.

Forderungen aus der Hartmetallwerkzeugfertigung auf hinterschnittene Geometrien sind mit oben beschriebenen einfachen Systemen nicht mehr realisierbar, da meistens mehrere Hinterschneidungen am Umfang des Pressteils erforderlich sind. Die zurzeit auf dem Markt angebotenen Systeme erlauben es, max. bis zu 6 Querpressachsen in Ihre Adaptersysteme zu integrieren. Da der mechanische sowie der steuerungstechnische Aufwand (ein System pro Querpressachse) dieser Systeme sehr hoch ist, sind hohe Anschaffungskosten sowie ein höherer Serviceaufwand zwangsläufig.

Um eine kostengünstige und flexible Querpresseinrichtung zu realisieren, hat Komage in Zusammenarbeit mit namhaften Hartmetallteileherstellern ein System entwickelt, welches mit nur einer Antriebseinheit alle Querstempel verfährt. Damit konnte der regelungstechnische sowie mechanische Aufwand minimiert werden. Ebenso erlaubt diese Lösung ein schnelles Rüsten des Presswerkzeuges. Dieses System kann auch nachträglich einfach in vorhandene Pressen integriert werden. Es wurde patentrechtlich geschützt.

Der Aufbau dieser Querpresseinrichtung soll es ermöglichen, durch einen einfachen Ein- und Ausbau der Querpressachsen (Bild 2) die Anzahl der erforderlichen Querpressstempel dem herzustellenden Produkt anzupassen. So ist es möglich, eine gerade oder auch ungerade Anzahl (6 und mehr) von Querpresstempeln in die Basiseinheit zu integrieren. Um eine möglichst hohe Steifigkeit des Systems zu erhalten, stützen sich alle Stempelaufnahmen der Querpressstempel auf einem konischen Ring ab.

Dieser Ring, der die Pressbewegung und die Krafterzeugung der Querpressstempel erzeugt, wird von 3 in vertikaler Richtung angeordneten geregelten Hydraulikzylindern (Bild 3) verfahren. Die Pressposition der Querpressstempel ist somit von der Ringposition, welche durch die Hydraulikzylinder angefahren wird, frei programmierbar. Es ist auch möglich, die Querpressstempel auf eine bestimmte Kraft zu programmieren und somit eine Dichtepressung in Querrichtung zu ermöglichen. Der konische Ring, welcher in einem gehärteten Zylinder gelagert ist, ermöglicht eine spielfreie Bewegung der Querpressstempelaufnahmen. Diese wiederum sind einzeln in horizontaler Pressrichtung einstellbar und ermöglichen, auch nachbearbeitete Querpressstempel einzustellen.

Die eigentlichen Pressstempel werden über spielfreie T-Nuten zusammen mit der Pressmatrize in die Querpressstempelaufnahmen eingesetzt. Der Einbau der Querpressstempel erfolgt außerhalb der Querpresseinrichtung in die seitlichen Matrizenöffnungen. Nach der kompletten Werkzeugmontage wird die Querpress-einrichtung mit einer Matrizenplatte abgedeckt, auf welcher dann das Füllsystem aufgebaut wird.

Der komplette Pressvorgang gliedert sich dann in folgende Ablaufschritte:

Füllen:

Das Füllen der Matrize erfolgt mit dem Füllsystem durch Überfahren der Pressmatrize. Die eigentliche Füllbewegung erfolgt dann durch die Bewegung des Unterstempels oder der Matrize, welche sich relativ zum feststehenden Unterstempel nach oben bewegt. Das Füllen der Matrize bei durchgehendem Querdorn kann in mehreren Schritten erfolgen. Hierbei wird bei zurückgezogenem Dorn nur die Pulversäule eingefüllt, die unter dem Dorn benötigt wird. Danach wird die Pulversäule soweit abgesenkt, bis der Querdorn ohne Pulverberührung eingefahren werden kann. Im nächsten Schritt erfolgt dann die Füllung des restlichen Füllraumes. Bei runden Dornen kann dieser auch vor dem Füllvorgang eingefahren werden, und es wird eine höhere Füllsäule gefüllt, um diese dann vor dem Pressvorgang etwas anheben zu können. Im Gegensatz zum Querdorn ist beim Querpressen zu beachten, dass die Querstempel nicht in die Matrize hineinragen. Dies ist erforderlich, um möglichst keine Totwassergebiete (Pulvermangel) unter diesen Werkzeugteilen zu bekommen. Weiter ist zu berücksichtigen, dass diese Werkzeugteile in der Matrize nicht zu weit zurückstehen und sich unkontrolliert Pressmasse davor aufbauen kann, die dann beim Pressen zu unterschiedlichen Dichten am Produkt führen kann.

Pressen:

Das Pressen erfolgt im ersten Schritt in vertikaler Richtung durch Ober- und Unterstempel oder Oberstempel und Matrize, bis eine bestimmte Dichte erreicht wird. Danach kann, je nach den zurückzulegenden Wegen der einzelnen Stempelachsen, eine gekoppelt gewichtete Verdichtung in vertikaler und horizontaler Richtung erfolgen. Bei bestimmten Teilegeometrien ist es auch möglich, die Querpressachsen in Pressposition zu fahren und durch anschließendes Nachpressen in vertikaler Richtung den Pressvorgang abzuschließen.

Entformen:

Bevor das Pressteil aus der Matrize entformt werden kann, erfolgt eine Entlastung in vertikaler und dann in horizontaler Richtung. Nachdem die Querpresstempel in ihre Ausgangsposition zurückgezogen sind, erfolgt die Entformung des Pressteiles durch Ausstoßen mittels Unterstempel oder durch Abziehen der Matrize. Dies kann dann mit oder auch ohne Auflasten des Oberstempels während des Entformvorganges stattfinden.

Das neu entwickelte Querpresssystem von Komage wurde intensiven Tests im Hartmetallbereich unterzogen. Auch ist sein Einsatz im Eisenpulverbereich mit mehrstempeligen vertikalen Presssachsen geplant.
Dieses neue innovative System wurde in Zusammenarbeit mit industriellen Anwendern entwickelt und ist damit an die Bedürfnisse und Anforderungen moderner Fertigungs-prozesse angepasst.

So werden Hersteller komplexer Formteile durch Einsatz von Pressen mit Querpresseinheit von Komage den zukünftigen Anforderungen des Marktes in Bezug auf Qualität, Produktivität und Flexibilität gerecht.