DE3614274C2

DE3614274C2 -

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Publication number: DE3614274C2
Application number: DE19863614274
Authority: DE
Inventors: Bertram Dipl.-Ing. 6330 Wetzlar De Menz; Rolf 6301 Biebertal De Gerlach
Original assignee: Schunk Maschinen und Anlagen 6301 Wettenberg De GmbH
Current assignee: Schunk Maschinen und Anlagen 6301 Wettenberg De GmbH
Priority date: 1986-04-26
Filing date: 1986-04-26
Publication date: 1989-03-23
Also published as: DE3614274A1

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Verdichten und Verbinden von teilchenförmigen Werkstoffen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet zur Herstellung von porösen Werkstoffteilen.The invention is directed to a method for compression and Joining particulate materials. The method according to the invention is particularly suitable for the production of porous material parts.

Es sind bereits verschiedene Verfahren zum Verpressen, Warmverpressen, Sintern von teilchenförmigen Materialien zur Herstellung von Festkörpern bekannt. Beispielsweise wird pulverförmiges Material in einem Formgesenk einer Presse zusammengedrückt. Das zu einem Preßling verdichtete Material ist ein sogenannter grüner Preßling. Dieser wird dann bei hoher Temperatur in einem Ofen geglüht oder gesintert. Dabei verliert das Material an Brüchigkeit, wobei die Dichtigkeit aus dem vorangegangenen Preßvorgang an gewisse Grenzen gebunden ist. Außerdem ist die Komplexität der Formen durch die beim Preßvorgang erforderlichen Kräfte eingeschränkt.There are already various methods for pressing, hot pressing, Sintering particulate materials for manufacture known from solids. For example, powdery Material compressed in a mold of a press. The material compacted into a compact is a so-called green compact. This is then combined at a high temperature Kiln annealed or sintered. The material loses Fragility, the tightness from the previous one Pressing process is bound to certain limits. Besides, that is Complexity of the forms due to those required during the pressing process Limited forces.

Um pastöse Massen zu verdichten und in Festkörper zu überführen, sind Vorrichtungen mit einem schwingfähig gelagerten Rütteltisch und mit darauf angeordneten Formkasten mit einem Deckgewicht bekannt. Durch Rüttel- und Schüttelbewegung werden die Bestandteile der pastösen Massen zunächst verdichtet und ein sogenannter Grünling gebildet, der dann einer Warmbehandlung zum Sintern des Materials unterzogen wird.In order to compress pasty masses and convert them into solids, are devices with an oscillating bearing Vibrating table and with molding box arranged on it with a Opaque weight known. By shaking and shaking the components of the pasty masses are first compressed and a so-called green compact is formed, which then undergoes heat treatment for sintering the material.

In DE-OS 31 38 223 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sintern einer Masse von Teilchen beschrieben, bei dem durch Einleiten von Schallenergie in eine homogene Masse deren Konsistenz bestimmt wird, um dadurch den Sintervorgang durch akustische Wellen zu überwachen.DE-OS 31 38 223 describes a method and a device described for sintering a mass of particles in which by introducing sound energy into a homogeneous mass whose consistency is determined, thereby the sintering process monitored by acoustic waves.

Aus Kunststoffen lassen sich beispielsweise durch Spritzgießen auch Formkörper komplexer Formen herstellen, jedoch ist es nicht möglich, durch Spritzgießen poröse Formteile mit hoher Festigkeit herzustellen.For example, plastics can be injection molded also produce moldings of complex shapes, but it is not possible by injection molding porous molded parts with high To produce strength.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Verdichten und ggfs. Verbinden von teilchenförmigem Material zu schaffen, das die Nachteile der bekannten Preß- und Sinterverfahren vermeidet.The object of the invention is to provide an improved method for Compacting and, if necessary, joining particulate material to create the disadvantages of the known pressing and sintering processes avoids.

Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 und 2.The object is achieved by the method according to the patent claims 1 and 2.

Das teilchenförmige Material kann feinteilig, d. h. ein Pulver, aber auch ein Granulat sein oder als Paste eingesetzt werden. Der pastöse Zustand wird dadurch erreicht, daß man die teilchenförmigen Materialien mit einem flüssigen Medium vermischt und eine Paste ausbildet.The particulate material can be finely divided, d. H. a powder, but also a granulate or as a paste be used. The pasty state is achieved that the particulate materials with a liquid Mixed medium and forms a paste.

Beispielsweise kann man Graphitpulver mit Teer oder Pech mischen und eine Paste ausbilden, wobei Teer oder Pech als Bindemittel wirken.For example, you can mix graphite powder with tar or pitch and form a paste, using tar or pitch as a binder Act.

Durch die gleichzeitige Beaufschlagung des Materials mit Druck und Stoßwellen einer ausgewählten und an das Material angepaßten Frequenz und Amplitude und Intensität werden die Teilchen in ihrer Lage zueinander lageorientiert, wobei sich die zunächst vorhandenen Zwischenräume zwischen den Teilchen verringern und nahezu vollständig aufgefüllt werden. Dies führt zu der erwünschten Verdichtung des Materials, wenn gleichzeitig der als Schwingkörper ausgebildete Stempel dem sich verdichtenden und damit im Volumen schrumpfenden Material nachgeführt und eine Druckbelastung des Materials aufrechterhalten wird. Der Verdichtungszustand ist bei dieser Arbeitsweise höher als bei den bekannten Preßverfahren, bei denen das Material nur einem Preßdruck ausgesetzt wird. Dies beruht darauf, daß die Druckkräfte des Schwingkörpers während des Preßvorgangs lokal entsprechend der Frequenz über die Länge der Amplitude auf das Material einwirken.By simultaneously applying pressure to the material and shock waves of a selected one and adapted to the material Frequency and amplitude and intensity become the particles in their position towards each other, the reduce existing spaces between the particles and be filled almost completely. this leads to the desired compression of the material, if at the same time the stamp designed as a vibrating body the compacting and thus track the volume of shrinking material and a pressure load on the material is maintained. The The state of compaction in this mode of operation is higher than in the known pressing process, in which the material only one Pressure is exposed. This is because the pressure forces of the vibrating body during the pressing process locally accordingly the frequency over the length of the amplitude on the Soak in material.

Bei dem Verfahren stimmt man die Behandlungsdauer, die Frequenz und Amplitude der Schallenergie auf den Elastizitätsmodul des zu behandelnden Materials ab.With the procedure one adjusts the duration of treatment, the frequency and amplitude of the sound energy on the elastic modulus of the material to be treated.

Für die Abstimmung gelten die FormelnThe formulas apply to voting

in denen λ die Wellenlänge der Schallenergie, Δ L die Amplitude, V die Schallgeschwindigkeit im Material, f die Frequenz und ε der Elastizitätsmodul des Materials bedeuten.where λ is the wavelength of the sound energy, Δ L is the amplitude, V is the speed of sound in the material, f is the frequency and ε is the elastic modulus of the material.

Die eingebrachte Schallenergie wirkt in Form von Stoßwellen auf das zu verdichtende Material, sie wird durch Reibung in Wärme umgewandelt, die auf das verdichtete Material an den Berührungsflächen der Teilchen einwirkt und eine feste Verbindung der Teilchen miteinander durch Verschmelzen oder Verkleben der Berührungsstellen bewirkt. Es wird ein der Form des Formraumes entsprechender Formkörper ausgebildet. The sound energy introduced acts in the form of shock waves on the material to be compacted, it is caused by friction in Converted heat to the compressed material at the Contact surfaces of the particles act and a firm connection of the particles by fusing or Adhesion of the contact points causes. It will be one of the Corresponding shaped body formed in the shape of the mold space.

Die Schallenergie ist besonders wirksam im sogenannten Ultraschallbereich. Im Gegensatz zum herkömmlichen Ultraschallschweißen ist nicht nur die Amplitude der Resonanzeinheit, sondern es sind auch die bei der Einwirkung entstehenden Kräfte von Bedeutung. Geht man beispielsweise von einer Frequenz von 20 kHz und einer Amplitude von 35 µm aus, erhält man nach der FormelThe sound energy is special effective in the so-called ultrasonic range. In contrast to conventional ultrasonic welding is not just the amplitude the resonance unit, but it is also the one in the action emerging forces of importance. For example, if you start from a frequency of 20 kHz and an amplitude of 35 µm, is obtained using the formula

für Stahl eine Wellenlänge von 0,225 m (angenommen V = 4,500 m (sec). Die zugrundegelegte Amplitude von 35 µm ist die Längenänderung des Schwingsystems in ¼ λ. Die dazugehörige Spannung errechnet sich folgendermaßen:for steel, a wavelength of 0.225 m (assuming V = 4,500 m (sec). The underlying amplitude of 35 µm is the change in length of the vibration system in ¼ λ . The associated tension is calculated as follows:

Daraus ergibt sich in diesem Falle eine Spannung von etwa 13 kN/cm².In this case, this results in a tension of approximately 13 kN / cm².

Der wesentliche Unterschied zum herkömmlichen Pressen besteht darin, daß man die nötige Energie zum Behandeln erst zu einem Zeitpunkt auf das Material aufgeben muß, wenn der Oberstempel bereits in das Gesenk eingefahren ist, d. h. bis zu diesem Zeitpunkt besteht in keiner Weise die Gefahr, daß sich die Bedienperson in irgendeiner Form an dem Gesenk verletzen kann.The main difference to conventional presses is in the fact that you have the energy to treat you first Must give up on the material when the upper stamp has already entered the die, d. H. up to this At any point in time there is no risk that the Can injure the operator in any form on the die.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auch die Herstellung von Verbundwerkstoffen, wenn beispielsweise unterschiedliche teilchenförmige Materialien miteinander gemischt und als Mischung in einer Formmatrize mittels Druck und Schall behandelt werden. Werden die unterschiedlichen Stoffe schichtweise abwechselnd in der Matrize angeordnet, lassen sich mehrschichtige Verbundmaterialien herstellen, die aus zwei oder mehreren Schichten bestehen. In einem solchen Fall ist eine Abstimmung der Frequenz der Schallenergie auf die Elastizitätsmodule beider oder mehrerer Materialien erforderlich. Um eine feste Verbindung erreichen zu können, sollten die Elastizitätsmodule der unterschiedlichen Stoffe ähnlich sein und nicht zu große Unterschiede aufweisen.The method according to the invention also enables production of composite materials if, for example, different particulate materials mixed together and as a mixture treated in a mold using pressure and sound will. The different fabrics are layered alternately arranged in the die, multilayered Manufacture composite materials consisting of two or consist of several layers. In such a case, one is Tuning the frequency of the sound energy to the elasticity modules both or more materials required. Around to be able to achieve a firm connection should the The elasticity modules of the different materials must be similar and don't show too big differences.

Im Rahmen der Herstellung von Verbundwerkstoffen ist das erfindungsgemäße Verfahren auch geeignet, um vorgegebene Formkörper mit Schichten aus gleichem oder unterschiedlichem Material zu versehen, wobei die aufgebrachten Schichten vorzugsweise eine poröse Struktur aufweisen und mit dem Trägermaterial fest verbunden sind. Grundsätzlich ist die Verbindung aus verdichteten porösen oder nicht porösen Werkstoffen mit porösen oder dichten Werkstoffen gleicher oder unterschiedlicher Herkunft möglich. Als Verbundwerkstoffe können Verbunde aus unterschiedlichen Kunststoffen hergestellt werden, z. B. aus Duroplasten, d. h. räumlich eng vernetzte Polymere und Thermoplaste miteinander verbunden werden. Dabei können polymere Substrate mit dichter makroskopischer Struktur sowohl mit porösen als auch mit dichten Schichten versehen werden. Es lassen sich ggfs. auch poröse Trägerstrukturen mit makroskopisch dichten Kunststoffschichten verschließen.In the context of the production of composite materials, this is the invention The method is also suitable for pre-formed bodies with layers of the same or different material provided, the applied layers preferably one have porous structure and solid with the support material are connected. Basically, the connection is made of compacted porous or non-porous materials with porous or dense materials of the same or different origin possible. Composites can be made of different materials Plastics are manufactured, e.g. B. from thermosets, d. H. spatially closely linked polymers and thermoplastics get connected. Polymer substrates can be used dense macroscopic structure with both porous and be provided with dense layers. If necessary, also porous support structures with macroscopically dense plastic layers close.

Geeignete Kunststoffe sind Phenolharze, Kresolharze, Novolacke, Resole, Harnstoffharze, Melaminharze, Alkydharze, d. h. aus mehrbasischen Säuren und mehrwertigen Alkoholen gebildete Polyesterharze aber auch ungesättigte Polyesterharze, Epoxiharze, vernetzte Polyurethane, Thermoplaste wie Polyolefine, Polyvinylchlorid, Polystyrol und Styrolcopolymerisate, Polyamide, Polyacrylate und Polymethacrylate, Polycarbonate, Celluloseacetobutyrat, Celluloseacetopropionat können erfindungsgemäß verarbeitet werden.Suitable plastics are phenolic resins, cresol resins, novolaks, Resoles, urea resins, melamine resins, alkyd resins, d. H. out polybasic acids and polyhydric alcohols Polyester resins but also unsaturated polyester resins, epoxy resins, cross-linked polyurethanes, thermoplastics such as polyolefins, Polyvinyl chloride, polystyrene and styrene copolymers, polyamides, Polyacrylates and polymethacrylates, polycarbonates, Cellulose Acetobutyrate, Cellulose Acetopropionate can are processed according to the invention.

Beispiele für Verbundwerkstoffe sind auch Verbunde aus Metallen oder Keramik mit den zuvor genannten Kunststoffen. Es können beispielsweise Sintermetalle von Eisen, Kupfer, Silizium, Aluminium, Titan, Bromen mit Kunststoffen beschichtet und verbunden werden oder Kohlewerkstoffe mit Silber, Gold, Metallen der Platingruppe. Grundsätzlich ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch möglich, metallische Substrate mit keramischen Schichten zu versehen und zu verbinden.Composites made of metals are also examples of composite materials or ceramics with the aforementioned plastics. It can for example sintered metals of iron, copper, silicon, Aluminum, titanium, bromine coated with plastics and be connected or carbon materials with silver, gold, metals the platinum group. Basically, it is with the inventive method also possible, metallic substrates to be provided with ceramic layers and to connect.

Als ein Beispiel von Verbundmaterial lediglich unterschiedlicher makroskopischer Struktur ist eine Kupferplatte anzusehen, die mit metallischem Kupfergranulat beschichtet und eine poröse Oberflächenschicht ausgebildet wurde. As an example of composite material only different macroscopic structure you can see a copper plate, which is coated with metallic copper granulate and a porous Surface layer was formed.

Ein solches Verbundmaterial weist die mechanische Festigkeit des Grund-/ oder Trägermaterials auf. Die poröse Oberflächenschicht läßt sich für die spätere Verwendung mit Flüssigkeiten tränken, so daß die Hohlräume der Oberflächenschicht damit gefüllt und die Eigenschaften der Oberfläche im Vergleich zum Trägermaterial modifiziert sind. Formkörper mit derart modifizierten Oberflächen sind beispielsweise als selbstschmierende Gleitfilter verwendbar, wenn in die poröse Struktur Gleitmittel eingelagert werden. Dem Fachmann bereitet es keine Schwierigkeiten, das Grundprinzip der Behandlung auf andere als die beispielhaft genannten Werkstoffe zu übertragen und damit die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zu vergrößern.Such a composite material has mechanical strength of the base / or carrier material. The porous surface layer can be used for later use with liquids soak so that the voids of the surface layer are so filled and the properties of the surface compared to Carrier material are modified. Shaped body with such modified Surfaces are for example as self-lubricating Slide filter can be used if lubricant in the porous structure be stored. It does not prepare the expert Difficulties other than the basic principle of treatment to transfer the materials mentioned by way of example and thus the applicability of the method according to the invention enlarge.

Entscheidend für diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß die durch Schall, insbesondere Ultraschall, eingebrachte und durch Reibung in Wärme umgewandelte Energie an den Berührungsflächen der Teilchen auf das Material einwirkt und eine feste Verbindung der Teilchen miteinander erzeugt wird durch Verschmelzen oder Verkleben der Berührungsstellen.Crucial for this embodiment of the invention The method is that the sound, especially ultrasound, brought in and converted into heat by friction Energy at the contact surfaces of the particles with the material acts and a firm connection of the particles with each other is generated by fusing or gluing the contact points.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich besonders günstig poröse Werkstoffteile herstellen, die ggfs. noch einer thermischen Nachbehandlung unterzogen werden können, wenn dies wegen der besonderen Eigenschaften des Materials notwendig ist und zu einer weiteren Verbesserung der Festigkeit oder anderer Eigenschaften der Formkörper führt. Beispielsweise können sogenannte Grünkörper durch reines Verdichten hergestellt werden und dann üblichen Sinter- oder Nachbehandlungsschritten unterzogen werden. Besonders bevorzugt ist es jedoch, die Verbindung unmittelbar durch die Einwirkung von Druck und Schallenergie herbeizuführen, so daß Nachbehandlungen entfallen können.The method according to the invention can be used in particular produce inexpensive porous material parts, possibly one more can be subjected to thermal aftertreatment if this because of the special properties of the material and to further improve strength or others Properties of the molded body leads. For example, you can so-called green bodies produced by pure compression and then the usual sintering or post-treatment steps be subjected. However, it is particularly preferred that Connection directly through the action of pressure and Bring sound energy so that post-treatments are not necessary can.

Beispiele für Werkstoffteile, die sich nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellen lassen, sind insbesondere poröse Kunststoff-, Sintermetall-, Keramik- oder Kohlenstofformteile wie Lager, Dichtungen und Andere. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich generell auch zur Herstellung von komplizierten Formteilen, wie Lagern mit komplizierten Formen, die mit den bisherigen Preßtechnologien nicht herstellbar waren.Examples of material parts that are according to one embodiment of the process according to the invention are in particular porous plastic, sintered metal, ceramic or Carbon molded parts such as bearings, seals and others. The The method according to the invention is generally also suitable for production of complicated molded parts, such as bearings with complicated Forms that are not possible with previous pressing technologies were producible.

Bei der Anpassung der Frequenz und Amplitude des Schalls werden Frequenzen im Bereich von 10 kHz, vorzugsweise oberhalb 15 kHz verwendet. Besonders bevorzugt sind Frequenzen zwischen 20 und 40 kHz oder 20 bis 60 kHz. Die Amplituden liegen zwischen 5 und 100 µm, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 40 µm. Der gleichzeitig auszuübende Druck beträgt zwischen 10 und 10⁴ N/cm², vorzugsweise von 50 bis 1500 N/cm². Ganz besonders geeignet sind Drucke von 200 bis 1000 N/cm².When adjusting the frequency and amplitude of the sound Frequencies in the range of 10 kHz, preferably above 15 kHz used. Frequencies between 20 and 40 kHz or 20 to 60 kHz. The amplitudes are between 5 and 100 microns, preferably in the range of 10 to 40 microns. The pressure to be applied simultaneously is between 10 and 10⁴ N / cm², preferably from 50 to 1500 N / cm². Most notably pressures from 200 to 1000 N / cm² are suitable.

Eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung mit einem Formraum für das zu behandelnde Material weist eine Matrize und einen Oberstempel und einen Unterstempel auf, die beide in einen Hohlraum der Matrize beweglich ausgebildet sind. Vorhanden sind ferner ein Schallgenerator und ein Schallkonverter. Das Kennzeichnende der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß entweder der Unterstempel oder der Oberstempel oder beide Stempel als Schwingkörper ausgebildet sind. Sie werden mit Schall mit einer Frequenz von 10 bis 100 kHz von dem Schallkonverter aus beaufschlagt. Ober- und Unterstempel sind in der Matrize aufeinander zu und voneinander weg beweglich ausgebildet, um gleichzeitig mit Schall und einen Druck von 10 bis 10 000 N/cm² auf das Material auszuüben. Die Halterung der Matrize und die bewegbar ausgebildeten Ober- und Unterstempel sind mit denen herkömmlicher Pressen vergleichbar, d. h. Gesenk und Adaptoren haben einen ähnlichen Aufbau wie bei den bekannten Pressen. Der Oberstempel oder der Unterstempel oder ggfs. beide Stempel sind dem Schwingsystem angepaßt. Sowohl Ober- und Unterstempel sind mit einem Schrittmotor oder einem anderen Längenmeßsystem präzise auf bestimmte Positionen fahrbar. Das Nachführen der Stempel von einer gewissen Stellung an erfolgt selbsttätig, d. h. der Stempel wird mittels einer geeigneten Vorrichtung, wie beispielsweise eines Preßluftzylinders, leicht vorgespannt. Damit ist dieser Weg als fester Weg vorgegeben. Korrekturen des Preßweges sind über Schrittmotoren möglich. Die exakte Einstellung über Schrittmotoren erfolgt mittels Kurbelgewindetrieb oder ähnlichen Systemen. Schall darf dabei in diese Apparateteile nicht übertragen werden.A device suitable for carrying out the method with a mold space for that The material to be treated has a die and an upper stamp and a lower stamp, both in a cavity of the Die are movable. There are also a Sound generator and a sound converter. The characteristic of the The device according to the invention is that either the Lower stamp or the upper stamp or both stamps as Vibrating body are formed. You will sound with one Frequency from 10 to 100 kHz from the sound converter acted upon. The upper and lower stamps are in the die designed to move towards and away from one another simultaneously with sound and a pressure of 10 to 10,000 N / cm² to exert on the material. The holder of the die and the movable upper and lower stamps are included comparable to that of conventional presses, d. H. Die and Adapters have a similar structure to the known ones Press. The upper stamp or the lower stamp or, if necessary, both Stamps are adapted to the vibration system. Both top and Lower stamps are with a stepper motor or another Length measuring system can be moved precisely to certain positions. The The stamp is updated from a certain position automatic, d. H. the stamp is made using a suitable Device, such as a compressed air cylinder, easily biased. This path is thus given as a fixed path. Corrections of the press travel are possible via stepper motors. The exact setting via stepper motors takes place by means of Crank screw drive or similar systems. Sound is allowed in these parts of the apparatus are not transmitted.

Es ist grundsätzlich möglich, mehrere Behandlungsstationen zusammenzufassen und von einem Frequenzgenerator über entsprechende Konvertoren die Schwingkörper mit der Schallenergie zu beaufschlagen.It is basically possible to have multiple treatment stations summarize and by a frequency generator via appropriate Converters the vibrating bodies with the sound energy too act upon.

Die Frequenz der Schallenergie kann grundsätzlich im angegebenen Bereich variieren und auch bei Bedarf während eines Preßvorganges z. B. optimiert verändert werden, um ggfs. die Abstimmung auf die Elastizitätsmodul oder -module der Werkstoffe während der Phase des Verbindens der Teilchen miteinander zu verbessern.The frequency of the sound energy can basically be specified in the Vary the range and also if necessary during a Pressing process z. B. can be optimized to change the Matching the elasticity module or modules of the Materials during the phase of connecting the particles improve with each other.

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren noch näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the figures.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Verdichten und Sintern der pulverförmigen, pastösen Materialien oder von Granulat mit einem als Matrize (1) ausgebildeten Formraum, der durch einen Oberstempel (3) und einen Unterstempel (2) verschlossen werden kann. Ober- und Unterstempel (2, 3) sind derart beweglich angeordnet, daß sie einzeln oder auch beide in den freien Innenraum der Matrize hinein und heraus bewegt werden können. Der Stempel (2) ist ein konventioneller Stempel, wie er in Pressen üblicherweise verwendet wird. Der Stempel (3) ist als Schwingkörper ausgebildet, um das im Formraum der Matrize (1) angeordnete Material (4) mit einer Schwingung beaufschlagen zu können. Die Außenrandkanten der Stempel (2, 3) liegen dicht an der Innenwand der Matrize an. Die Position der Stempel (2, 3) relativ zur Matrize wird mittels hydraulischer, pneumatischer, elektrischer oder mechanischer Bewegungseinrichtungen (8) eingestellt, beispielsweise mit Zylindern, die auf Unter- bzw. Oberstempel einwirken. Dabei wirkt die Kolbenstange (9) der unteren Bewegungseinrichtung (8) auf den konventionell ausgebildeten Unterstempel (2) wie bei bekannten Pressen ein. Der als Schwingkörper ausgebildete Oberstempel (3) steht in Verbindung mit einem Verstärker (5), der von einem Träger (7) gehalten wird. Der Eingriff der Bewegungseinrichtung (8) erfolgt durch feste Verbindung oder Kopplung des Zylinders (8) mit dem Träger (7). Oberhalb des Verstärkers (5) und mit diesem verbunden ist ein Schwingungserzeuger (6) angeordnet, der als Quelle für die Erregung des als Schwingkörper ausgebildeten Oberstempels (3) dient. Fig. 1 shows schematically a device for compacting and sintering the powdery, pasty materials or granules with a mold space designed as a die ( 1 ), which can be closed by an upper punch ( 3 ) and a lower punch ( 2 ). The upper and lower punches ( 2, 3 ) are arranged so that they can be moved individually or both into and out of the free interior of the die. The stamp ( 2 ) is a conventional stamp, as is usually used in presses. The stamp ( 3 ) is designed as a vibrating body in order to be able to apply a vibration to the material ( 4 ) arranged in the mold space of the die ( 1 ). The outer edge edges of the punches ( 2, 3 ) lie close to the inner wall of the die. The position of the punches ( 2, 3 ) relative to the die is set by means of hydraulic, pneumatic, electrical or mechanical movement devices ( 8 ), for example with cylinders which act on the lower or upper punches. The piston rod ( 9 ) of the lower movement device ( 8 ) acts on the conventionally designed lower punch ( 2 ) as in known presses. The upper punch ( 3 ) designed as a vibrating body is connected to an amplifier ( 5 ) which is held by a carrier ( 7 ). The movement device ( 8 ) engages by means of a fixed connection or coupling of the cylinder ( 8 ) to the carrier ( 7 ). Above the amplifier ( 5 ) and connected to it, a vibration generator ( 6 ) is arranged, which serves as a source for the excitation of the upper punch ( 3 ) designed as a vibrating body.

Fig. 2 zeigt schematisch eine andere Ausführung der Vorrichtung zum Verdichten und Sintern, bei der der Unterstempel (2) als Schwingkörper ausgebildet ist und der Oberstempel (3) ein konventioneller Preßstempel ist, die beide in den Innenraum der Matrize (1) hinein und heraus beweglich angeordnet sind. Der Oberstempel (3) steht über die Kolbenstange (9) in Verbindung mit der Bewegungseinrichtung (8), die beispielsweise ein Zylinder sein kann. Die untere Bewegungseinrichtung (8) ist mit dem Träger (7) verbunden oder gekoppelt, um diesen relativ zur Matrize (1) bewegen zu können. Der als Schwingkörper ausgebildete Unterstempel steht in Verbindung mit einem Verstärker (5), der vom Träger (7) gehalten ist. Der Verstärker (5) steht in Verbindung mit einem Schwingungserzeuger (6). Fig. 2 shows schematically another embodiment of the device for compacting and sintering, in which the lower punch ( 2 ) is designed as a vibrating body and the upper punch ( 3 ) is a conventional press punch, both in and out of the interior of the die ( 1 ) are movably arranged. The upper punch ( 3 ) is connected via the piston rod ( 9 ) to the movement device ( 8 ), which can be a cylinder, for example. The lower movement device ( 8 ) is connected or coupled to the carrier ( 7 ) in order to be able to move it relative to the die ( 1 ). The lower punch designed as a vibrating body is connected to an amplifier ( 5 ) which is held by the carrier ( 7 ). The amplifier ( 5 ) is connected to a vibration generator ( 6 ).

Die in Fig. 3 schematisch wiedergegebene Ausführungsform unterscheidet sich von denen der Fig. 1 und 2 dadurch, daß sowohl Oberstempel (3) als auch Unterstempel (2) als Schwingkörper ausgebildet sind, die relativ zur Matrize (1) beweglich angeordnet sind. Die Bewegungseinrichtungen (8) sind mit Trägern (7) verbunden, die jeweils den Verstärker (5) halten. Die Schwingungserzeuger (6) sind über die Verstärker (5) mit den Schwingkörpern (2, 3) verbunden und können diese erregen.The embodiment shown schematically in FIG. 3 differs from that of FIGS. 1 and 2 in that both the upper punch ( 3 ) and lower punch ( 2 ) are designed as oscillating bodies which are arranged to be movable relative to the die ( 1 ). The movement devices ( 8 ) are connected to supports ( 7 ), which each hold the amplifier ( 5 ). The vibrators ( 6 ) are connected to the vibrating bodies ( 2, 3 ) via the amplifiers ( 5 ) and can excite them.

Fig. 4 gibt schematisch und vergrößert das durch das erfindungsgemäße Verfahren entstehende Gefüge des Materials wieder. Die Randzonen der Werkstoffteilchen (16) sind mehr oder weniger innig miteinander verbunden, ohne daß die Teilchenstruktur mit Hohlräumen zwischen den Teilchen völlig beseitigt wird. Fig. 4 shows schematically and enlarged the structure of the material created by the inventive method again. The edge zones of the material particles ( 16 ) are more or less intimately connected to one another without completely eliminating the particle structure with voids between the particles.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber auch, wie in Fig. 5 schematisch gezeigt wird geeignet, um unterschiedliche Werkstoffe (18, 19) in ihren Randzonen miteinander zu verbinden und legierungsähnliche Strukturen im Verbindungsbereich (17) zu erzeugen. Anstelle von derartigen Strukturen und Verbindungsbereichen in Schichtenform ist auch eine Verbundstruktur durch direktes Mischen der unterschiedlichen Materialien und ihrer Verbindung möglich.However, as is shown schematically in FIG. 5, the method according to the invention is also suitable for connecting different materials ( 18, 19 ) to one another in their edge zones and for producing alloy-like structures in the connection region ( 17 ). Instead of such structures and connection areas in layer form, a composite structure is also possible by directly mixing the different materials and their connection.

Fig. 6 und 7 zeigen beispielhafte Ausführungsformen von Formkörpern, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können. In Fig. 6 ist ein Formkörper (Bundlager) (20) mit glatter Außenfläche (10) und einem umlaufenden Bund (11) und gebrochenen Kanten (12), sowie einer glatten Innenfläche (13) wiedergegeben. Derartige Buchsen lassen sich mit entsprechend ausgebildeten Matrizen und in diese eingreifenden Stempeln ohne weiteres herstellen. Es sind aber auch komplexere Formen, wie beispielsweise in Fig. 7 wiedergegeben, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar. Dieser Formkörper (21) weist unterhalb der umlaufenden Ränder (22) Hinterschneidungen (14) und Durchbrüche (15) durch den Wandmantel zwischen den Rändern auf. Derartige Formkörper lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Anwendung entsprechender Werkzeuge besser herstellen, als nach bekannten Methoden des Verpressens oder Sinterns. FIGS. 6 and 7 show exemplary embodiments of moldings which can be produced with the inventive method. In FIG. 6, a molded body (flange bearing) is shown (20) with a smooth outer surface (10) and a circumferential collar (11) and rounded edges (12), and a smooth inner surface (13). Such bushings can be easily produced with appropriately designed matrices and stamps which engage in them. However, more complex shapes, as shown for example in FIG. 7, can also be produced with the method according to the invention. This shaped body ( 21 ) has undercuts ( 14 ) and openings ( 15 ) through the wall jacket between the edges below the peripheral edges ( 22 ). Shaped bodies of this type can be produced better with the method according to the invention using appropriate tools than by known methods of pressing or sintering.

Claims

1. A process for the production of moldings by compression of particulate material made of plastic, carbon, metal or ceramic by simultaneous treatment of the material enclosed in a molding space with a pressure between 10 N / cm² and 10⁴ N / cm² and sound of a frequency of 10 to 100 kHz, characterized,
that the amplitude of the sound wave is 5 to 100 microns and
that the sound energy introduced acts in the form of shock waves on the material to be compressed.

2. The method according to claim 1, characterized, that you have different particulate materials connects their contact surfaces with each other.

3. Application of the method according to claim 1 or 2 to the Manufacture of molded parts from composite materials.