(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に粉末状の材料、特に鉄粉末及び／又はセラミック粉末から寸法安定性プリフォーム（４６）を製造するためのプレス機であって、前記プレス機が上型と下型とを有する工具を有し、
前記上型及び前記下型は、それぞれ少なくとも１つの金型を含み、
前記上型及び前記下型の少なくとも一方は、前記１つの金型及びこの金型と互いに滑合するよう揃って配置される他の金型をさらに含み、
前記金型及び他の金型は、第一の端部及び前記第一の端部に対向する第二の端部を有し、
前記金型及び他の金型の少なくとも１つの前記第二の端部が、前記第二の端部に割り当てられる金型ホルダーの外径に一致する幅を有する程度に、円錐状に拡径する
プレス機。
【請求項２】
前記第二の端部が、少なくとも、割り当てられた金型ホルダーの内径にわたる幅を有することを特徴とする請求項１に記載のプレス機。
【請求項３】
前記金型がその前記第二の端部において前記金型ホルダーに直接配置され、前記他の金型がその前記第二の端部において他の金型ホルダーに直接配置され、いずれの場合もプレッシャープレートの相互作用を用いないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプレス機。
【請求項４】
前記金型と前記他の金型とが、その前記拡径した第二の端部によって、共通の長手軸（ｃ）に沿ったプレス方向において互いに滑合するよう配置されることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載のプレス機。
【請求項５】
前記金型と前記他の金型とが、相互に同一又はほぼ同一の弾性を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプレス機。
【請求項６】
前記プレス機の初期位置において、第一の領域（ａ）が前記金型の前記第一の端部から延出し、前記金型及び前記他の金型の前記第一の端部が前記第一の領域（ａ）に揃って配置されること、及び／又は、第二の領域（ｂ）が前記金型の前記第二の端部から延出し、前記金型及び前記他の金型の前記第二の端部が前記第二の領域（ｂ）に揃って配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプレス機。
【請求項７】
前記金型及び前記他の金型がそれぞれ円錐状に拡径し、かつそれぞれ一の基礎部品（４０）を有し、
円錐状の拡径が、少なくとも大部分が閉塞した回転体、骨格構造、基底構造、ウェブ構造、及び／又は金型の形状を外向きに拡径する他の任意の構造設計を含むその関連する領域における前記金型の設計によって、実現されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプレス機。
【請求項８】
拡径した金型の前記第二の端部における前記基礎部品（４０）上に、接続されるべき部品、特に金型ホルダー、への接続のための接続装置、好ましくはクイックリリース閉止部（４２ａ、４２ｂ、４２ｃ）が設けられることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプレス機。
【請求項９】
前記金型及び前記他の金型がそれぞれ、付加製造法（好ましくはレーザー焼結法、電子
ビーム溶解、レーザークラッディング）、鋳造法、侵食法、又はチッピング法によって製造されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のプレス機。
【請求項１０】
いずれも拡径された前記金型及び前記他の金型がそれぞれ、互いに一致する弾性の、計算的に考案されかつ及び負荷最適化された形状を有することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のプレス機。
【請求項１１】
少なくとも３つ以上の金型がそれぞれ、その各々の前記第二の端部が前記各々の第二の端部に対応する金型ホルダーの外径に少なくとも近似する幅を有する程度に、拡径することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のプレス機。
【請求項１２】
少なくとも１つの金型が、その各々の前記第二の端部が前記各々の第二の端部に対応する金型ホルダーの外径に少なくとも近似する幅を有する程度に、拡径することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のプレス機。
【請求項１３】
前記金型及び前記他の金型（３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄ、５８）が、その前記第二の端部において、配置された締結装置を有し、ならびに、その拡径された幅が、配置される少なくとも１つの金型ホルダー（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ、３６ｆ、３６ｇ）に少なくとも近似する程度に拡径することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のプレス機用金型。
【請求項１４】
前記金型ホルダー（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ、３６ｆ、３６ｇ）が前記締結装置に解放可能に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の金型。
【請求項１５】
前記金型及び前記他の金型（３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄ、５８）がその前記第一の端部において、少なくとも２つの部分金型（５４ａ、５４ｂ、５４ｃ）として終端することを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の金型。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のプレス機及び／又は金型（３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄ、５８）の使用であって、プリフォーム（４６）、好ましくは最終寸法が安定したプリフォーム（４６）を粉末状の材料から製造するための使用。
【請求項１７】
実質的に粉末状の材料、特に金属粉末、鉄粉末、及び／又はセラミック粉末、から寸法安定性プリフォーム（４６）を製造するための方法であって、
粉末状の材料を鋳型（３２）の開口に充填する工程と、
前記鋳型（３２）内の前記粉末状の材料をプレスする工程であって、前記粉末状の材料は第一の鋳型側において少なくとも１つの金型（３４ｆ、３４ｇ、４８ｄ）によって圧縮され、かつ前記第一の鋳型側に対向する第二の鋳型側からは少なくとも２つの金型（３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ）によって圧縮され、前記２つの金型（３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ）は互いに滑合し、かつそれぞれ１つの金型ホルダー（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ）に接続され、前記２つの金型（３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ）のそれぞれの第一の端部からのプレス力は前記２つの金型（３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ）に沿って、前記２つの金型（３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ）の拡径した第二の端部により、前記２つの金型（３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ）に対応する前記金型ホルダー（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ）上で、前記２つの金型の移動方向に作用する力ベクトルが、変質されずに、前記金型ホルダー（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ）上の前記２つの金型（３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ）から作用する、工程と、
前記プリフォーム（４６）を前記鋳型（３２）から離型する工程と、
を含む方法。
【請求項１８】
少なくとも２つの金型により形成される前記プリフォーム（４６）に生ずる応力状態の緩和が実現され、前記プリフォーム（４６）における応力亀裂が防止されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも２つの金型が、前記プリフォーム（４６）との離型を引き起こすことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも２つの金型が、およそ同一の弾性によって前記プリフォーム（４６）に作用することを特徴とする請求項１７、請求項１８又は請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
実質的に粉末状の材料からなるプリフォーム（４６）であって、前記プリフォーム（４６）が、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のプレス機において、請求項１３、１４、又は１５に記載の複数の拡径した金型（３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄ、５８）によって、請求項１７から請求項２０のいずれか１項に記載の方法によって製造されることを特徴とするプリフォームの製造方法。
【請求項２２】
好ましくは請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の一のプレス機における一の製造バッチから、及び／又は請求項１７から請求項２０のいずれか１項に記載の方法で、得られた統計的に適切なプリフォーム（４６）の組であって、前記組における全てのプリフォーム（４６）が、いずれの場合も１又は複数の応力緩和亀裂を発生させることなく緩和されるプリフォームの組の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実質的に粉末状の材料から寸法安定性プリフォームを製造するためのプレス機、及び寸法安定性プリフォームの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末状の材料を圧縮するためには、ほぼあらゆる部品高さについて、専用の、独立して動作する工具面が提供されることが必要である。先行技術によれば、これらの工具面は互いの上に配置される。工具は、これらの工具面上で、金型ホルダー、プレッシャープレート、クランププレート等の部品専用の付属品によって組み立てられ、また、軸方向に移動される。例えば、工具面が種々の高さ位置に配置されているアダプターの構造が、独国特許第１０１  ３５  ５２３  Ｃ２号及び米国特許第５４９８１４７号のそれぞれに記載されている。備え付けられているこの構造を原因として、プレッシャープレート及びクランププレートといった後続の付属品の長さ、ならびに充填位置、プレス位置、露出位置における変位経路の長さ、及び設置リザーブや補充リザーブの長さ分の延長が後続の工具面それぞれに必要となるために、複雑さが増大するにしたがって、工具面、特に工具、が軸方向に大型化する。そのため、工具面、特に工具は、例えばオイラーの式による座屈や膨出、高い弾性、又は断面における高い応力のリスクといった、その技術的限界に急速に近づいてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許第１０１  ３５  ５２３  Ｃ２号明細書
【特許文献２】米国特許第５４９８１４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、高品質で高い複雑性を有する寸法安定性プリフォームを製造するための小型のプレス機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の特徴を有する、実質的に粉末状の材料から寸法安定性プリフォームを製造するためのプレス機と、請求項１６の特徴を有するプレス機の使用と、請求項１８の特徴を有する、実質的に粉末状の材料から寸法安定性プリフォームを製造するための方法と、請求項２２の特徴を有するプリフォームと、請求項２３の特徴を有する統計的に適切なプリフォームの組と、が提案される。有利な特徴、設計態様、及び改良が、以下の説明、図面、ならびに請求項から派生し、ここで、一の設計態様の個々の特徴はそれらに限定されるものでなく、一の設計態様の１又は複数の特徴は、他の設計態様の１又は複数の特徴と組み合わされることで、更なる設計態様を成立させることができる。また、出願時の独立請求項１、１６、１８、２２、及び２３の表現は、あくまで本発明の主題の表現の草稿である。したがって、表現の１又は複数の特徴は、置換及び削除され得るほか、補足もされ得る。また、特定の例示的態様によって提示される特徴は、一般的方法において、又は、他の例示的態様、特に応用において、採用され得る。
【０００６】
本発明は、実質的に粉末状の材料、特に金属粉末、好ましくは鉄粉末及び／又はセラミック粉末、から寸法安定性プリフォームを製造するためのプレス機であって、該プレス機が上型と下型とを有する工具を有し、該上型及び該下型は、それぞれ少なくとも１つの金型を含み、第一の金型及び第二の金型が、互いに滑合するよう上型又は下型として揃って配置され、かつ、第一の端部及び該第一の端部に対向する第二の端部をそれぞれ有し、２つの金型のうち少なくとも１つが、ある部分に沿って、その第二の端部が第二の端部に対応する金型ホルダーの外径に一致する幅を有する程度に、円錐状に拡径する、プレス機に関する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
さらに有利な設計態様ならびに特徴が、以下の図面及び関連する説明から派生する。図面及び説明から派生する個々の特徴はあくまで例示的なものであり、それぞれの設計態様に限定されるものでない。むしろ、１又は複数の図面の１又は複数の特徴は、下記の説明の他の特徴と組み合わされることで、更なる設計態様を成立させることができる。それゆえ、特徴は例示的かつ限定を意図しない形で記述される。以下に図面を説明する。
【図１】先行技術に係るプレス機用の工具構成の、下型側、マンドレル、及び鋳型を含む半断面図である。
【図１ａ】図１の工具構成の、粉末プリフォームを製造するための上型の工具構成を含む図である。
【図２】先行技術に係る図１の工具面の、金型、クランププレート、及びプレッシャープレートからなる断面図である。
【図３】本発明に係るプレス機の工具構成の、下型側、マンドレル、及び鋳型を含む半断面図である。
【図３ａ】図３の工具構成の、粉末プリフォームを製造するための上型の工具構成を含む図である。
【図４】本発明に係る金型の等角図である。
【図５】本発明のさらなる実施形態によるプレス機用の工具構成の、下型側、マンドレル、及び鋳型を含む半断面図である。
【図５ａ】図５の工具構成の、粉末プリフォームを製造するための上型を含む図である。
【図６】本発明に係る金型のさらなる実施形態の、複数の部分金型が基礎部品から延出している等角図である。
【図７】先行技術に係る金型と本発明に係る金型とにおける力の流れを比較する図である。
【図８】金型のさらなる例示的実施形態の等角図である。
【図９】提案された、相互に収容された、高さの異なる金型を示す図である。
【図１０】差込み締結具の設計態様を示す図である。
【図１１】図９の図示に対応する設計態様を示す図である。
【図１２】提案されている金型ホルダー上の、標準工具構成の配置を示す図である。
【図１３】図１２の配置による断面図である。
【図１４】工具を受容するアダプター内の、種々の高さ位置における種々の差込み締結具を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書において用語「粉末状の材料」は、焼結材料を指す。該材料においては、金属の比率が優勢であってよい。ここで、焼結金属材料は特に、焼結青銅、焼結鉄、又は任意の焼結鋼であってよい。更に、該焼結材料内の材料は、更に、セラミック等の他の成分を少なくとも部分的に有してよい。
【０００９】
用語「金型」は、本明細書において、寸法安定性プリフォームの製造に必要となる上型及び／又は下型を指す総称として用いられる。プリフォームは、圧縮室において両面プレスによって製造されることが好ましい。この方法は、応用範囲の点で他のいかなる方法よりも優れているためである。その理由は、有意義な、特には高い、生産量を求められるプリフォームの優れた寸法安定性及び高い生産性が低コストで実現されることである。更に、第一の金型及び第二の金型の両方を、上型もしくは下型のいずれかとして構成することが可能であり、また、プリフォームをプレス加工する際、第一の金型及び第二の金型の配置によって、少なくとも１つの上型又は下型が第一の金型及び第二の金型に対向するように配置することが可能である。
【００１０】
本明細書において、用語「金型ホルダー」は、金型の第二の端部のための支持面を有する部品を指す。金型ホルダーは、例えば金型の第二の端部が接触する２本の棒で構成される。金型ホルダーには種々の形状が想定されるが、好ましくは、第二の端部の形状に対応するべきである。例えば、金型ホルダーは円形、楕円形、正方形、多角形、クモの巣形、又は他の任意の形状を有し得る。さらに金型ホルダーは、プレスアダプターの可動及び／又は固定アダプタープレート、好ましくは平面板、に接続されて、金型ホルダーへ、また、プレスアダプターのアダプタープレート、好ましくは平面板、へ直接、金型による力伝達が行われ得るようにされてよい。
【００１１】
本明細書において、用語「直径」は、金型と金型ホルダーとが共通の円を定義することを意味する。直径とは円周上の２点が取り得る最大の間隔である。
【００１２】
更に、２つの金型は、少なくとも２つの金型が互いに伸縮自在となるように入れ子となり得る。このように、金型は一列に並んでいない。先行技術にみられるような連続的配置の場合、複数の金型は一の平面上において隣り合うように位置され、互いに伸縮自在となるようには配置されない。金型が互いを収容、又は大部分を収容すると、先行技術による連続的配置は不可能となる。さらに、連続的配置の場合、金型をプレッシャープレート上に配置するために、幾何学的に複雑なプレッシャープレートが求められるという不利益がある。
【００１３】
２つの金型のうちの少なくとも１つが、ある部分に沿って、その第二の端部が第二の端部に対応する金型ホルダーの外径に一致する幅を有する程度に拡径することにより、より小型のプレス機が製造され得る。ここで、ある部分に沿うという特徴は、金型が第二の端部に向かって拡径した後も、長手軸に平行な部分を有することを意味する。しかしながら、長手軸に平行なこの部分は、軸に平行な長手方向範囲が、円錐状に拡径する部分よりも短いことが好ましい。具体的には、円錐形の部分は、長手軸に平行な部分よりも２倍以上長い範囲を有してよい。これにより、内部の鐘形又は円錐形の拡張が達成される。第二の端部側への拡径によって、金型は各々、別の金型を収容可能な設置空間を形成できる。これにより、先行技術にあるような細長い金型が不要になる。また、この拡径は、例えば、金型の第一の端部における直径の１０倍以下、好ましくは５倍以下、特に３倍以下の寸法を有し得る。それぞれの金型が第一の端部から第二の端部に向かって拡径し、第二の端部における直径が増大することにより、工具の剛性の向上と、それによる弾性の低下が達成され得て、その結果、より大きなプレス力が利用できる。プリフォームの密度の向上が可能になり、また、形状及び位置決めに関連する許容誤差を除き、プリフォームの高さ公差が向上され得る。さらに、金型が拡径されることにより、金型の断面積が増大し、これにより応力が低減され得て、さらに、オイラーの式による座屈のリスクが最小限もしくはゼロになる。金型の剛性を高く、また、ほぼ任意にでき、例えば通常の剛性の２倍以下、好ましくは５倍以下、特には５倍超に向上し得る。ここで、用語「通常の剛性」は、先行技術による金型の直径によって得られる、先行技術による剛性を指す。また、金型の拡径によって、より多くの工具面、例えば４以上の工具面が、特に１０００ｋＮ以下のプレス機の場合に、弾性を考慮して実装され得る。この結果、複雑度の高い、より小さな部品が製造可能となる。
【００１４】
金型の第二の端部の直径が、それぞれの金型ホルダーの直径とおよそ等しいことから、金型は、その第二の端部において、それぞれの金型ホルダーに直接接触することができる。この結果、より短い、及び／又はより小さい金型ホルダーが使用可能となり、プレス機全体を小型化できる。
【００１５】
第二の端部は、少なくとも、対応する金型ホルダーの内径にわたる幅を有することが好ましい。このように、第二の端部は、各々の金型ホルダーと実質的に同じ幅を有する。第二の端部は、各々の金型ホルダーの外径と内径の間の幅に対応する幅を有し得る。これにより、複数の金型及びその各々の金型ホルダーがプレス機内で互いに入れ子になるように配置可能となる。
【００１６】
一の好ましい実施形態において、第一の金型はその第二の端部において第一の金型ホルダーに直接配置され、第二の金型はその第二の端部において第二の金型ホルダーに直接配置され、いずれの場合もプレッシャープレートの相互作用を用いない。プレッシャープレート及び／又はクランププレート等の付属品を用いることなく、金型が金型ホルダーに直接配置されることにより、工具構成の総重量を最小化でき、これにより軽量な構造が可能となりプレス機内での据え付けが短時間で実施できる。プレッシャープレートを排除することで、力が、拡径部により、金型の第一の端部から金型ホルダーに直接伝達され得る。しかし先行技術ではプレッシャープレートを用いることにより、軸方向の最短設置空間における力を、プレッシャープレートによって金型ホルダーへと外側に伝達する必要があり、高重量のソリッドな種類の構成につながっている。本発明の場合、こういったすべての付属品と共に工具を交換する必要がなく、金型のみを個別に、又は一式、交換できる。その結果、据え付け時間、ひいては機械のダウンタイムが短縮できる。さらに、３以上の工具面を有するプレス機の場合の設置空間をおよそ半分に縮小できる。これにより、プリフォームを製造するための、３以上の工具面を有するより小型のプレス機が提供可能となる。１０００ｋＮ未満のプレス機の場合でも、製品に４以上の面を実装できる。典型的に必要とされるような細長い金型は、より短く具体化可能となる。さらに金型ホルダーは、プレスアダプターの可動及び／又は固定アダプタープレート、好ましくは平面板、に接続されて、金型ホルダーへ、また、プレスアダプターのアダプタープレート、好ましくは平面板、へ直接、金型による力伝達が行われ得るようにされてよい。
【００１７】
第一の金型と第二の金型とが、前者の拡径した第二の端部によって、共通の長手軸に沿ったプレス方向において互いに滑合するよう配置されることが好ましい。ここで、金型は少なくとも一部を半径方向に互いに収容してよい。本明細書において用語「プレス方向」は、プリフォームの製造時に金型の第一の端部がプレス機内で長手軸に沿って移動される、金型の第一の端部の方向を指す。ここで金型は、半径方向に部分的に収容する部分において、同心的な、回転対称性の、Ｕ型、正方形、多角形、多角度形状又は任意の形状を有する。
【００１８】
第一の金型と第二の金型とは相互に同一又はほぼ同一の弾性を有することが好ましい。特に、一の側、例えば上型側もしくは下型側、のすべての金型が同一又はほぼ同一の弾性であることが好ましい。弾性は、下型側及び／又は上型側の全金型の、計算により最適化された設計によって、すべての弾性がほぼ同一となるように適合されてよい。金型間の弾性の偏差は、例えば５０％未満が好ましく、２０％未満が好ましく、１０％が特に好ましい。ここで用語「弾性長さ変化」とは、弾性係数、それぞれの金型断面におけるそれぞれの応力、及び対応する個々の長さによって特徴付けられ、以下の式によって算出可能である。
0006675319.tif 000002
式中、ΔＬｉ＝それぞれの金型部分の弾性長さ変化、Ｌ０ｉ＝それぞれの金型部分の長さ、σｉ＝それぞれの金型部分における応力、Ｅ＝弾性係数、ｉ＝それぞれの金型部分の部分番号である。
【００１９】
プレス時に、すべての工具平面において弾性に差がないことで、応力緩和の際の亀裂のような、プレス時の問題を回避できるようになる。これにより、多数の工具平面を有する複雑な形状の場合にも、完璧な品質のプリフォームが得られる。
【００２０】
一の好ましい実施形態において、プレス機の初期位置で、第一の領域が第一の金型の第一の端部から延出し、第二の金型の第一の端部が第一の領域に配置される、及び／又は、第二の領域が第一の金型の第二の端部から延出し、第二の金型の第二の端部が第二の領域に配置される。ここで、第一の領域における金型の第一の端部は、一の平面上に配置されるか、又はオフセットされるように配置され得る。さらに、第二の領域における金型の第二の端部は、一の平面上に配置されるか、又はオフセットされるように配置され得る。第一の領域内に金型の第一の端部を配置する、及び／又は第二の領域内に金型の第二の端部を配置することで、同一又はほぼ同一の工具長さがそれぞれ可能となる。これは例えば、中央マンドレルやセグメントマンドレルのようなマンドレル、又は、それぞれ平坦又は段差付きである明白に配置されたマンドレル、にも任意で適用可能である。ここで、内側の金型を短縮するためには外側の金型が拡径される必要があることを認識されたい。そうでないと、一の平面上の配置を有効に実現することは不可能である。これにより、工具面が３以上の場合の金型の設置空間が約半分に削減可能となる。金型は、その第二の端部、特には基礎部品、において、種々の高さ位置にある各々の金型ホルダーに配置するようにしてもよい。
【００２１】
第一の金型及び第二の金型がそれぞれ円錐状に拡径し、かつそれぞれ一の基礎部品を有することが好ましく、ここで円錐状の拡径は、少なくとも大部分が閉塞した回転体、閉塞した回転体、骨格構造、基底構造、ウェブ構造、及び／又は金型の形状を外向きに拡径する他の任意の構造設計を含むその関連する領域 における前記金型の設計によって、実現される。円錐状の拡径を用いることで、金型の第一の端部の小さな断面積、特に直径、から、金型の第二の端部のより大きな断面積、特に直径、へ、また、金型ホルダーへと力が伝達される。基礎部品を使うと、金型ホルダーへの金型の締結を単純化できる。ここで基礎部品は、一体的な形状、又は、複数の部分からなる分割形状であってよい。
【００２２】
拡径した金型の第二の端部における基礎部品上に、接続されるべき部品、特に金型ホルダーへの接続のための接続装置、好ましくはクイックリリース閉止部が設けられることが好ましい。ここで、クイックリリース閉止部は複数の締結要素を有し、例えばクイックリリース閉止部は差込み締結具として構成されてよい。ここで、第一の基礎部品及び第二の基礎部品は、回転穴の形状を有する複数の開口を有してよく、それぞれの金型ホルダーはこれに対応する、該開口に挿入可能なボタンを有する。差込み締結具によっても同様に、据え付け時間が短縮できる。金型は、単純な回転によって、それぞれの金型ホルダーから取り外すことができる。また、金型は、各々の金型ホルダー上のネジ等の締結手段、又はクランプ手段を補助として用いて、金型ホルダーに締結することもできる。基礎部品はさらに、楕円形、正方形、又は多角形を有してよい。さらに、クイックリリース閉止部の補助によって、第一の金型及び第二の金型を同時に各々の金型ホルダーに締結することができる。すべての金型を同時に、金型ホルダーから取り外し及び／又は金型ホルダーに組み付けることで、据え付け時間がそれぞれ短縮でき、また、複数の金型を完成した金型パックとしてプレス機内に組み付けることができ、プレス機内で個別に組み付ける必要がない。
【００２３】
一の好ましい実施形態において、第一の金型及び第二の金型はそれぞれ、付加製造法（好ましくはレーザー焼結法、電子ビーム溶解、レーザークラッディング）、鋳造法、侵食法、又はチッピング法によって製造される。用語「付加製造法」は、これまでしばしばラピッド・プロトタイピングと呼称されてきた、模型、サンプル、プロトタイプ、工具、及び最終製品を製造する高速かつ費用効率が高い方法の総称である。このような製造は、コンピューター内部のデータモデルを基に、例えば液体、粉末といった形のない材料、又はテープ状又はワイヤ状等の中立的形状の材料から、例えば化学的方法及び／又は物理的方法によって直接行われる。これらは成形方法であるものの、例えば鋳造法における鋳型のような、特定の製品向けの、ワークピースそれぞれの形状を記録した専用の工具は不要である。レーザー焼結は、粉末状の主原料から、焼結によって空間的構造を形成するのに用いられる３Ｄ印刷法である。レーザー焼結は、ワークピースが１層ずつ構築される積層造形法である。これにより、アンダーカットを含む任意の３次元形状、例えば従来の機械又は鋳造による製造方法では製造できなかったワークピースが、レーザー光線の効果によって生成可能である。レーザー焼結法によれば、工具は一晩で製造可能である。そのため、工具の製造時間が、他の製造方法の数分の一に短縮できる。電子ビーム溶解は、粉体床から金属部品を製造するための方法である。電子線をエネルギー源として用いて、金属粉末が狙い通りに溶解され、これにより、ほとんど任意の形状の部品が、構造データに基づいて直接製造可能になる。この目的のために、ドクターブレードによって前回の粉末層の上に粉末層が交互に積層され、電子線を照射される。このようにして、積層的に所望の部品が生成される。レーザークラッディングは、溶融による表面塗布、及びワークピースへのほぼ任意の材料の同時塗布が行われる方法である。後者は、粉末、例えば金属粉末等の粉末の形で、溶接用ワイヤ又は溶接棒を用いて、達成される。レーザークラッディングの場合、かつてＣＯ２レーザー及びＮｄ：ＹＡＧレーザーとして知られた高出力レーザー、主にダイオードレーザー又はファイバーレーザー、が熱源として用いられる。鋳造法では、金型は単純な設計及び複雑な設計の両方を有し得る。金型は、特に、例えば円形金型のような非常に単純な形状の場合、鋳造法によって短時間で製造可能である。侵食法の場合、金型はサブトラクティブ法、例えばスパーク侵食、ワイヤ侵食、又は型彫り、で製造できる。チッピング法では、金型はとりわけ、ターニング加工、フライス加工、鋸断加工、穿孔加工、研削加工、ハードミリング加工、又は他のサブトラクティブ法によって製造できる。
【００２４】
いずれも拡径された第一の金型及び第二の金型は、それぞれ、互いに一致する弾性の、計算的に考案された、及び負荷最適化された形状を有することが好ましい。例えば、弾性の同等化を実現するために、生体工学的方法又は設計最適化ソフトウェアが採用され得る。計算的に考案された、及び負荷最適化された形状を補助として用いることで、すべての工具面のプレス時に、弾性に差が生まれないようにすることができ、これにより、応力緩和及び／又は離型の際の亀裂のような、プレス時の問題を回避できるようになる。このようにして、多数の工具平面を有する複雑な形状の場合にも、完璧な品質のプリフォームが得られる。
【００２５】
少なくとも３つ以上の金型がそれぞれ、その各々の第二の端部が、各々の第二の端部に対応する金型ホルダーの外径に少なくとも近似する幅を有する程度に、拡径することが好ましい。このようにして、金型はプレス機内で互いに入れ子になるように配置可能となり、ここで金型のうち２番目のものがそれぞれ、一の平面又はほぼ同一平面上に配置され得る。
【００２６】
一の好ましい実施形態において、少なくとも１つの上型及び１つの下型がそれぞれ、その各々の第二の端部が、各々の第二の端部に対応する金型ホルダーの外径に少なくとも近似する幅を有する程度に、拡径する。
【００２７】
本発明はさらに、上述のようなプレス機用の金型であって、金型がその第二の端部において、配置された締結装置を有し、かつその拡径された幅が、配置される少なくとも１つの金型ホルダーに少なくとも近似する程度に拡径することを特徴とする金型に関する。このような扇状の拡径によって、プリフォームの製造時に、プレッシャープレートによって力の流れを迂回させずとも、力が第一の端部から第二の端部へと、また、第二の端部から金型ホルダーへと、伝達されることを確実にすることができる。
【００２８】
金型ホルダーは、金型の第二の端部において、締結装置に解放可能に配置されることが好ましい。このようにして、金型は短時間で金型ホルダーに締結、又は金型ホルダーから取り外しできる。さらに、プレッシャープレートの補助がなくても、金型を金型ホルダーに締結できる。第二の端部は、金型ホルダーに直接接触し、締結装置、好ましくはクイックリリース閉止部、特に差し込み締結具、を補助として用いて、金型ホルダーに締結される。これにより金型を短時間で交換することが可能となり、その結果、据え付け時間が短縮され、機器の不必要なダウンタイムを防ぐことができる。
【００２９】
一の好ましい実施形態において、金型は第一の端部において少なくとも２つの部分金型として終端する。これにより、金型の数は同じまま、複数の部分金型が使用可能なため、より複雑なプリフォームを、より小型の工具構成で製造できる。さらに、部分金型を含む金型は、各部分金型に代えて専用の金型を用いる場合に比べて必要とする空間が少ないため、これによりプレス機が小型化できる。
【００３０】
本発明はさらに、プリフォーム、好ましくは最終寸法が安定したプリフォーム、を粉末状の材料から製造するための、上述のプレス機及び／又は金型の使用に関する。
【００３１】
プリフォームは、構成部品を製造するために用いられることが好ましい。特に、構成要素は安全性に関わる部品であってよい。構成部品を製造するためのプリフォームは、上述のプレス機を用いて製造可能であり、プリフォームは、プリフォームの応力緩和及び／又は離型の際に発生し得る亀裂を有さない。
【００３２】
本発明によれば、実質的に粉末状の材料、特に金属粉末、鉄粉末、及び／又はセラミック粉末、から寸法安定性プリフォームを製造するための方法が提供され、該方法は、
粉末状の材料を鋳型の開口に充填する工程と、
鋳型内の粉末状の材料をプレスする工程であって、粉末状の材料は第一の鋳型側において少なくとも１つの上型によって圧縮され、及び前記第一の鋳型側に対向する第二の鋳型側からは少なくとも２つの下型によって圧縮され、前記２つの下型は互いに滑合し、かつそれぞれ１つの金型ホルダーに接続され、下型の第一の端部からのプレス力は前記下型に沿って、前記下型の拡径した第二の端部により、前記下型に対応する金型ホルダー上で、前記下型の移動方向に作用する力ベクトルが、変質されずに前記下型から前記金型ホルダーへ作用する程度に外向きに配向される、工程と、
プリフォームを鋳型から離型する工程と、を含む。
【００３３】
特に、下型から金型ホルダーへの未変質の力ベクトルは、圧縮時には圧縮力として作用し得て、離型時には摩擦力として作用し得る。上型及び／又は下型の間で弾性が同等化されていることで、応力緩和及び離型の際のプリフォームにおける亀裂形成を防止できる。
【００３４】
この方法はさらに、第一の鋳型側に少なくとも１つの下型があり、第一の鋳型側に対向する第二の鋳型側に少なくとも２つの上型があるプレス機の場合に適用可能である。
【００３５】
プリフォームにおける応力亀裂を防止するためのプリフォームの均一な緩和が、少なくとも２つの下型及び／又は上型によって実現されることが好ましい。
【００３６】
上記少なくとも２つの下型が、及び粉末状の材料の均一な緩和及び離型を引き起こすことが好ましい。
【００３７】
一の好ましい実施形態において、第一の下型及び第二の下型は、およそ同一の弾性によってプリフォームに作用する。これにより、プリフォームの緩和の際、プリフォームから圧縮圧力が取り除かれたときに、金型同士の異なる弾性によってプリフォームが断裂することがなくなる。緩和亀裂及びせん断亀裂は、金型のおよそ同一の弾性によって妨げられ、大きく相殺されもする。
【００３８】
本発明はさらに、実質的に粉末状の材料からなるプリフォームであって、上述のような複数の拡径した金型によって、上述のようなプレス機において、上述のような方法によって製造されるプリフォームに関する。
【００３９】
本発明は、好ましくは上述又は後述のような一のプレス機における一の製造バッチから、及び／又は上述又は後述のような製造方法で、得られた、統計的に適切なプリフォームの組であって、この組における全てのプリフォームが、いずれの場合も１又は複数の応力緩和亀裂を発生させることなく緩和される、プリフォームの組に関する。これにより、特に安全性に関わる部品の場合に、完璧な品質のプリフォームを確実に製造できる。ここで、工具要素、特に金型、の弾性が完全に物理的に同等化されるように金型を考案するという構想が特に用いられている。これは、例えば金型ごとに異なる応力緩和を、プレス制御器又はプレス調整器によってそれぞれ同等化することを、少なくとも大幅に削減すること、好ましくはプレス制御器やプレス調整器を不要にすること、を可能にする。
【００４０】
図１は、先行技術に係る、例えばＵＳ５、４９８、１４７に記載の、プリフォーム製造に用いられるプレス機の下型側の工具構成１０の半断面図である。プレス機は、５つの工具面により回転対称性の構成を有する。各工具面は、５つの金型１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅを各１つ、５つのプレッシャープレート１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅを各１つ、５つのクランププレート１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅを各１つ、及び５つの金型ホルダー２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅを各１つ含む。さらに、プレス機は鋳型１２及びマンドレル２２を有する。本例示的実施形態において、５つの金型１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅは下型として図示されており、また、第一の端部によって大部分が鋳型１２の開口の中へ突出してプリフォーム用の圧縮空間を形成する。第二の端部によって、５つの金型１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅはプレッシャープレート１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅの上に配置される。さらに、５つの金型１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅは各々のクランププレート１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅによってそれぞれプレッシャープレート１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅに固定される。プリフォームの製造中、プレッシャープレート１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅはそれぞれ、金型１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅに加わる力を吸収し、吸収した力を金型ホルダー２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅにそれぞれ伝達する。金型ホルダー２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅはそれぞれ、プレッシャープレート１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅと工具から独立したアダプタープレートとの間の間隔を埋める。図１から、工具、特に金型１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、の長さが長くなることで、オイラーの式による座屈の臨界長さに急速に達するため、この工具構成１０には物理的限界があることが明らかである。
【００４１】
図１ａは、図１の工具構成１０を図示する。２つの上型工具面による工具構成２６が追加されている。工具面は、２つの金型１４ｆ、１４ｇのうち１つ、２つのプレッシャープレート１６ｆ、１６ｇのうち１つ、２つのクランププレート１８ｆ、１８ｇのうち１つ、及び２つの金型ホルダー２０ｆ、２０ｇのうち１つをそれぞれ含む。図示の通り、金型１４ｆ、１４ｇは上型として構成され、圧縮工程中には大部分が開口を通じて鋳型１２の中へ突出する。金型１４ｆ、１４ｇが鋳型１２の中へ突出する開口は、金型１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅが突出する鋳型１２の開口に対向している。鋳型３２は、金型１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅの第一の端部及び金型１４ｆ、１４ｇの第一の端部と共に、プレス加工によってプリフォーム２４が金属粉末から形成される圧縮空間を構成する。さらに、図示の通り、金型１４ｆ、１４ｇは、第一の端部に対向するその第二の端部において、プレッシャープレート１６ｆ、１６ｇ上に配置される。さらに、金型１４ｆ、１４ｇは各々のクランププレート１８ｆ、１８ｇによってそれぞれプレッシャープレート１６ｆ、１６ｇに固定される。プリフォーム４６の製造中、プレッシャープレート１６ｆ、１６ｇはそれぞれ、金型１４ｆ、１４ｇに加わる力を吸収し、吸収した力を金型ホルダー２０ｆ、２０ｇにそれぞれ伝達する。金型ホルダー２０ｇ、２０ｆはそれぞれ、プレッシャープレート１６ｆ、１６ｇと工具から独立したアダプタープレートとの間の間隔を埋める。
【００４２】
図２は、図１及び図１ａに係る工具面の半断面図である。工具面は、上型又は下型であり得る回転対称性の金型１４、クランププレート１８、及びプレッシャープレート１６を含む。金型１４は複数の部分領域で強化される。これにより金型１４内の圧力応力が低減される。これは、負荷弾性の低下と座屈リスクの低減につながる。クランププレート１８は金型１４をプレッシャープレート１６上に軸方向に固定する役割を果たす。プレッシャープレート１６は力を吸収及び伝達する役割を果たす。
【００４３】
図３は、実質的に粉末状の材料、特に鉄粉末及び／又はセラミック粉末から寸法安定性プリフォームを製造するのに用いられるプレス機向けの、鋳型３２、マンドレル３８、及び５つの工具面を有する、下型側の工具構成３０を示す図である。工具面は５つの金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ及び５つの金型ホルダー３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅからなる。本例示的実施形態における金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅは下型として図示され、それぞれその長手軸上に、大部分が鋳型３２の開口の中へ突出する第一の端部と、いずれの場合も第一の端部に対向するよう配置され、いずれの場合もプレッシャープレート及び／又はクランププレートの補助なしで金型ホルダー３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ上に直接配置される第二の端部と、を有する。金型ホルダー３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅは互いに独立して動作し、プレス機の可動及び／又は固定アダプタープレートに接続される。図３から、金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅが互いに滑合するように配置され、ここで金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅはある部分に沿って、その第二の端部が第二の端部に対応する金型ホルダー３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅの外径に一致する幅を有する程度に拡径することがわかる。さらに、第二の端部は、少なくとも、対応する金型ホルダー３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅの内径にわたる幅を有する。このようにして、力の流れは金型ホルダー３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅによって、金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ内で直接、鋳型３２の第一の端部における形状付与領域から外向きに、可動及び／又は固定アダプタープレート又はプレスプレートへと行われる。ここで、内側の金型を短縮するためには外側の金型が拡径される必要があることが認識される。金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅの拡径によって、オイラーの式による座屈リスクは無視できるようになる。金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅは、それぞれ同一又はほぼ同一の弾性である。弾性は、下型側及び／又は上型側のすべての工具要素の設計を最適化することにより適合される。図３からはさらに、図示のようなプレス機の初期位置において、高さが部品の形状に依存する第一の領域ａが第一の金型３４ａの第一の端部から延出し、第二の領域ｂが第一の金型３４ａの第二の端部から延出することが分かる。金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｅのそれぞれの第二の端部は、第二の領域ｂにおける一の平面上に配置される。
【００４４】
図３からはさらに、金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅが長手軸ｃに沿ってプレス方向に、互いに滑合するように配置され、外側の金型が半径方向に内側の金型を収容することが分かる。異なる複雑な形状を有するプリフォームが可能となるためには、金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅのそれぞれの全長の互いの差異は５０％以下、好ましくは２５％以下、特には１０％以下である。これは、第二の領域ｂの高さの延長をも示唆する。
【００４５】
図３ａは図３の工具構成３０を図示する。２つの上型工具面による工具構成５２が追加されている。各工具面は、２つの金型３４ｆ、３４ｇ及び２つの金型ホルダー３６ｆ、３６ｇを各１つ含む。図示の通り、金型３４ｆ、３４ｇは上型として構成され、大部分が開口を通じて鋳型３２の中へ突出する。金型３４ｆ、３４ｇが鋳型３２の中へ突出する開口は、金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅが突出する鋳型３２の開口に対向している。鋳型３２は、金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅの第一の端部及び金型３４ｆ、３４ｇの第一の端部と共に、プレス加工によってプリフォーム４６が金属粉末から形成される圧縮空間を構成する。さらに、図示の通り、金型３４ｆ、３４ｇは、第一の端部に対向するその第二の端部において、金型ホルダー３６ｆ、３６ｇ上に配置される。プリフォーム４６の製造中、金型ホルダー３６ｆ、３６ｇはそれぞれ、金型３４ｆ、３４ｇに加わる力を吸収し、吸収したこの力を、工具から独立したアダプタープレートにそれぞれ伝達する。
【００４６】
図３ａに示す工具構成３０及び５２を有するプレス機を用いて、実質的に粉末状の材料、特に鉄粉末及び／又はセラミック粉末、から寸法安定性プリフォーム４６を製造するための方法が、以下のとおり実施される。まず、粉末状の材料が鋳型３２の開口に充填される。続いて、鋳型３２内の粉末状の材料は、第一の鋳型側においては、上型として構成される２つの金型３４ｆ、３４ｇによって、かつ前記第一の鋳型側に対向する第二の鋳型側からは、下型として構成される５つの金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅによって、圧縮される。金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅはそれぞれ１つの金型ホルダー３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅに接続され、かつ互いに滑合し、ここで圧縮力は、金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅに割り当てられた金型ホルダー３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅに対して金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅの移動方向に作用する力ベクトルが、変質されずに金型ホルダー３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ上の金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅから作用する程度に、金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅの第一の端部から金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅに沿って、金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅの拡径した第二の端部によって外向きに配向される。同様のことが、金型３４ｆ、３４ｇにも同時に起こる。金型３４ｆ、３４ｇは互いに滑合し、ここで圧縮力は、金型３４ｆ、３４ｇに割り当てられた金型ホルダー３６ｆ、３６ｇに対して金型３４ｆ、３４ｇの移動方向に作用する力ベクトルが、変質されずに金型ホルダー３６ｆ、３６ｇ上の金型３４ｆ、３４ｇから作用する程度に、金型３４ｆ、３４ｇの第一の端部から金型３４ｆ、３４ｇに沿って、金型３４ｆ、３４ｇの拡径した第二の端部によって外向きに配向される。プレス工程後、プリフォーム４６は鋳型３２から離型される。本方法において、領域ａにおける金型の形状付与領域から直接、金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇに沿ってそれぞれの金型ホルダー３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ、３６ｆ、３６ｇへの力の流れが存在する。圧縮時に金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ及び金型ホルダー３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ、３６ｆ、３６ｇに作用する力は圧縮力であり、離型時に作用する力は摩擦力である。この方法及び上述のプレス機を用いることで、応力緩和及び離型時にプリフォーム４６に亀裂が発生しない。さらに本方法においては、プリフォーム４６の応力亀裂を防ぐため、金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇによって、プリフォーム４６の均一な応力緩和が行われる。本方法では、金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇが粉末状の材料の均一な圧縮を引き起こし、金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇが、その数値的構想により、ほぼ同一の弾性でプリフォーム４６に作用する。
【００４７】
図４は、金型３４を図示する。金型３４は上型又は下型であってよい。金型３４は、それぞれ図３及び図３ａに係る工具構成３０又は５２で採用される。金型３４は回転対称に構成される。金型３４は円錐状に拡径し、その第二の端部において基礎部品４０を有する。円錐状の拡径は、３つのウェブ４４ａ、４４ｂ、４４ｃを有するウェブ構成によって実現される。第二の端部における拡径は、例えば、第一の端部の直径の５倍であってよい。基礎部品４０は環状である。基礎部品４０上に、差込み締結具の形態の３つのクイックリリース閉止部４２ａ、４２ｂ、４２ｃを含む締結装置が図示されている。クイックリリース閉止部４２ａ、４２ｂ、４２ｃの補助により、金型３４は金型ホルダーに接続される。これにより、金型３４を金型ホルダーから取り外し又は金型ホルダーに締結するための工具が不要となるために、据え付け時間が短縮できる。さらに、図３に図示される金型３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅを、１つの金型パックとして各々の金型ホルダー３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅに同時に締結、又は上記金型を各々の金型ホルダー３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅから同時に取り外しすることが可能である。例示的には、金型３４の第一の端部からの力は、ウェブ４４ａ、４４ｂ、４４ｃによって、環４０に伝達され、そこから金型ホルダーに伝達される。力の流れの種類は、求められる強度に基づいて数値的に考案される。生体工学的設計も本発明で使用され得る。このようにして、一の工具構成３０のすべての金型が一致する弾性を有することを確実にできる。金型３４は、例えばレーザー焼結法のような付加製造法、鋳造法、侵食法、又はチッピング法によって製造され得る。
【００４８】
図５は、実質的に粉末状の材料、特に鉄粉末及び／又はセラミック粉末から寸法安定性プリフォームを製造するために使用するプレス機向けの下型側の工具構成５０の、鋳型３２及び３つの工具面を有するさらなる実施形態を示す。工具面は３つの金型４８ａ、４８ｂ、４８ｃ及び３つの金型ホルダー３６ａ、３６ｂ、３６ｃから構成される。例示的な本実施形態における金型４８ａ、４８ｂ、４８ｃは下型として図示されており、それぞれその長手軸上に、鋳型３２の開口の中へ突出する第一の端部と、第一の端部に対向しプレッシャープレート及び／又はクランププレートの補助なしで金型ホルダー３６ａ、３６ｂ、３６ｃ上に直接配置される第二の端部と、を有する。金型ホルダー３６ａ、３６ｂ、３６ｃは互いに独立して動作し、プレス機の可動及び／又は固定アダプタープレート又はプレスプレートに接続される。図５から、金型４８ａ、４８ｂ、４８ｃが互いに滑合するように配置され、ここで金型４８ａ、４８ｂ、４８ｃは互いに入れ子となりつつ、それぞれ第一の端部から第二の端部に向かって拡径することが分かる。このようにして、力の流れは金型ホルダー３６ａ、３６ｂ、３６ｃによって、金型４８ａ、４８ｂ、４８ｃ内で直接、鋳型３２の第一の端部における形状付与領域から外向きに、可動及び／又は固定アダプタープレート又はプレスプレートへと実行される。ここで、内側の金型を短縮するためには外側の金型が拡径される必要があることを認識されたい。金型４８ａ、４８ｂ、４８ｃは、それぞれ同一又はほぼ同一の弾性である。図３の実施形態とは対照的に、図５の例示的実施形態の金型４８ａ、４８ｂ、４８ｃは部分的にのみ、半径方向に互いに収容される。特色として、金型４８ｃは、３つの部分金型を併せて１つの金型４８ｃに配置し得ることを示している。
【００４９】
図５ａは図５の工具構成５０を示す。金型４８ｄがさらに図示されている。図示のとおり、金型４８ｄは上型として構成され、鋳型３２の開口を通じて突出する。金型４８ｄが鋳型３２の中へ突出する開口は、金型４８ａ、４８ｂ、４８ｃが突出する鋳型３２の開口に対向している。金型４８ａ、４８ｂ、４８ｃの第一の端部及び金型４８ｄの第一の端部と共に、鋳型３２は、プレス加工によってプリフォーム４６が金属粉末から形成される圧縮空間を構成する。さらに、図示の通り、金型４８ｄは、第一の端部に対向するその第二の端部において、金型ホルダー上に配置されない。その代わり、プリフォーム製造時に金型４８ｄに作用する力は、工具から独立したアダプタープレートに直接伝達され得る、又は金型４８ｄが、プレッシャープレート及びクランププレートのような先行技術による付属品に接続され得る。
【００５０】
図６は図５及び図５ａの金型４８ｃを示す。金型４８ｃはその第一の端部において３つの異なる部分金型５４ａ、５４ｂ、５４ｃを有する。本発明に係る金型の構成によれば、部分金型５４ａ、５４ｂ、５４ｃとしての複数の個別の金型を、併せて１つの共通の金型４８ｃに配置することが可能になる。
【００５１】
図７は、本発明に係る工具面における、プレス工程中の力５６のプロファイルを、先行技術に係る工具面と比較して示す。図７において、本発明に係る工具面は左側に、先行技術に係る工具面は右側に示される。工具面を伝わる力５６は実線で示され、いずれの場合も金型の第一の端部から金型ホルダーへと伝わる。さらに、金型の移動方向は長手軸ｃに沿った矢印Ｆで示される。本発明に係る工具面の場合、力５６は、金型３４の第一の端部から、金型３４の拡径部に沿って金型３４の第二の端部によって伝わり、金型ホルダー３６に直接伝達される。金型３４の拡径によって、力５６は金型３４の第一の端部から金型ホルダー３６へと、流れ方向が大きく迂回されることなく、調和的かつ好適に伝えられる。これは、金型３４と金型ホルダー３６との間の移行部において矢印で示される力ベクトルによって特に明らかである。図７から、金型３４から金型ホルダー３６へ力が直接伝達されることが分かる。対照的に、先行技術の場合、力５６は金型１４の第一の端部から、金型１４の第二の端部によってプレッシャープレート１８に伝わる。その後初めて、プレッシャープレート１８から金型ホルダー２０に力が伝達可能になる。さらに、金型１４はクランププレート１６を介してプレッシャープレート１８に接続されている。この実施形態でも、金型１４とプレッシャープレート１８との間、ならびにプレッシャープレート１８と金型ホルダー２０との間の移行部における力ベクトルが、矢印で示される。力は金型１４によって直線的にプレッシャープレート１８へ伝達されることが分かる。プレッシャープレート１８の配置によって、力はプレッシャープレート１８において迂回され、力５６を金型ホルダー２０に伝達可能となる。さらに、プレッシャープレート１８には、軸方向の最短設置空間において力５６を金型ホルダー２０に向かって外向きに解放しなくてはならず、高重量のソリッドな種類の構成につながるという不利益がある。
【００５２】
図８は、金型５８のさらなる例示的実施形態の等角図である。金型５８は第一の端部と第二の端部とを有する。第二の端部において、金型は締結装置６０ａ、６０ｂ、６０ｃを有し、ならびに、金型５８は、配置される金型ホルダーにまで拡径されたその幅が、金型ホルダーの幅に少なくとも近似する程度に拡径する。締結装置６０ａ、６０ｂ、６０ｃは３つの部品として構成される。さらに、金型５８の拡径された幅は連続的な面である。図８に示される金型５８は、生体工学的に最適化された高剛性の設計の代表的なものである。
【００５３】
図９は、互いの内側に移動されそれぞれの第二の端部が種々の高さを有する、提案されている金型を示す。これにより、図示されている終端位置において、異なる高さ位置が存在することになり、また、各々の第二の端部が一の平面上で終端せず、相互にオフセットすることになる。高さ位置は、内側から外側に向かって上昇することが好ましい。これにより、種々の金型ホルダーを対応する金型ベースに組み付けるのがより単純になるという利点がある。
【００５４】
図１０は、対応する金型ベースをそれぞれ有する、互いの内部に移動する金型を示す。図９の断面図にすでに示された差込み締結具がここで明らかにされている。差込み締結具は、種々の金型の対応する金型ホルダーを導入し同じ位置で回転させることが可能となるように位置合わせされることが好ましい。これにより、作業者は、締結する各金型ホルダーをプレス機内の同じ位置に導入し、次いで該金型ホルダーを回転させればよいので、プレス機内の組み付けが単純化される。
【００５５】
図１１は、図９及び図１０に係る、互いの内部に配置される金型を示すさらなる平面図であり、より明確な図示のため透過線を用いている。個々の金型が互いの内部に移動可能で、この種類では、金型ベースの領域において終端位置に段差付きの構成を有し得ることが再度明らかにされている。
【００５６】
図１２は、下型としての従来の工具要素が、円錐状に拡径する金型構成に組み込まれた、更なる設計態様を示す。ここでも、接続は各々の閉止部、特には差込み締結具、によって行われる。しかしながら、金型の取り付けはその他の固定方法によっても行われてよい。
【００５７】
図１３は図１２に係る接続及び配置を断面図で示す。ここでは、金型が、円錐状に拡径する延長部品に、例えば差込み締結具、又はキャップナットを用いて締結されていることがさらに明らかにされている。
【００５８】
図１４は、工具を受容するアダプター内の、種々の高さ位置における差込み締結具の設計態様を示す。それぞれの差込み締結具はいずれも同様に配列されることが、組み付けが単純化されるため好ましい。
【００５９】
図１５は、差込み締結具によって締結された、組み付け済みの金型ホルダーを示す。
【図１】
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【図１ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図３ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図５ａ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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