<Desc/Clms Page number 1>
Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Vorrichtung zum Biegen vonRohren oder Stangen unter derEinwir- kung von Makroschall (d. i. Ultraschall sehr grosser Amplitude). Makroschall beeinflusst den Biegevorgang entscheidend und durch die erfindungsgemässe Einwirkung des Makroschalles wird es möglich :
Rohre und Stangen zu biegen, die aus solchen Materialien bestehen, die sich bei den bisher üblichen und
EMI1.1
und durch mögliche Einsparung der zwischen den einzelnen üblichen Biegungen bisher notwendigen Wärmeoder ähnlichen Behandlungen der Werkstoffe ; weiters eine Erhöhung der Toleranz, d. h.
Erhöhung der Präzision in den Dimensionen bei der Erzeugung von Werkstücken, insbesondere bei Werkstücken mit relativ kleinen Durchmessern und geringen Wandstärken ; sowie eine Erhöhung der Lebensdauer der Biegewerkzeuge infolge geringerer Abnützung.
Die Wirkung der erfindungsgemässen Anwendung von Makroschall auf den Biegevorgang beruht auf einer
Aktivierung der für den Verformungsvorgangverantwortlichen Mechanismen im Festkörper durch Absorption von Ultraschallenergie aus dem angelegten Makroschallfeld.
Es steht somit eine Verformungsenergie E zur Verfügung, die sich zusammensetzt aus
EMI1.2
worin Er die Energie aus dem Makroschallfeld bedeutet, E die Energie, die vom Verformungsprozess durch den mechanischen Zieh-, Biege-bzw. Druckvorgang in der Maschine herrührt und Eth die thermische Energie, die der Raumtemperatur bzw. der Temperatur bei der der Verformungsvorgang abläuft, entspricht.
In Fig. 1 ist die Wirkung der resultierenden Deformationsenergie E auf den plastischen Verformungsvorgang
EMI1.3
Versetzungen, Korngrenzen und ähnliche Kristallstrukturen. Derartige Strukturen die sich beispielsweise in der Gleichgewichtslage 0'befinden, werden nun unter der Einwirkung der Deformationsenergie E im Sinne des dargestellten Potentialverlaufes über den Potentialberg h'in die Gleichgewichtslage 0" hinübergehoben und durch diese Bewegung von der einen zu der andern Gleichgewichtslage kommt die plastische Verformung zustande. Das
EMI1.4
würde, um die Träger der Translation von einer Gleichgewichtslage zur andern zu befördern.
Im bisher üblichen Verfahren ohne Makroschall kann zwar durch ein Erhöhen der von aussen angelegten mechanischen Zug-, Druck- und Biegespannungen Es ein Verformungsvorgang möglich werden, so dass man zwar ebenfalls erreichen kann, dass der Potentialberg hl überwunden wird ; das führt aber bei schwer verformbaren Werkstoffen deshalb vielfach zum Bruch, weil die aus der äusseren Zug-, Druck- oder Biegespannung re- sultierende Energie Es in einer andern Art und Weise im Kristall wirksam wird, als die aus dem Makroschallfeld her- rührendeakustischeEnergie :
Die akustischeEnergiekommtnämlich durch eine Wechselwirkung der Makroschall- wellen mit den Trägern der plastischen Verformung zustande und so wirkt die akustische Energie - ohne in die sehr komplizierten Einzelheiten der Absorptionsmechanismen einzugehen-direkt von den Versetzungen her, also von innen her, in allen Translationsebenen, während ohne Ultraschalleinwirkung die Versetzungen und Korngrenzen von aussen her, und überdies nur in einigen wenigen Translationsebenen aktiviert werden, was eine Beschränkung in den ansprechbaren Translationselementen und damit eine verminderte Duktilität gegenüber Makro- schalleinwirkung bedeutet. Die Wirkung von Makroschall ist äusserlich ähnlich wie die einer erhöhten Wärmezufuhr zum Werkstoff.
Der wesentliche Unterschied zwischen der Wirkung der akustischen und der thermischenEnergie besteht aber darin, dass die akustische Energie nur dann und nur so lange kurzzeitig wirksam ist, als das Makroschallfeld angelegt wird. Schaltet man das Makroschallfeld ab, dann entfällt sofort der akustischeEnergieanteilEr und es werden daher alle jene Prozesse im Kristallgitter nicht mehr ablaufen, die sich anderseits bei einer Temperaturerhöhung abspielen wurden, wie beispielsweise die Erholungsvorgänge im Kristallgitter u. dgl., was bekanntlich zu Veränderungen der Festkörpereigenschaften führt, die erst durch nachfolgende entsprechende Behandlungen wieder aufgehoben werden müssen.
Die temporäre Einwirkung des Makroschallfeldes stellt also vorübergehend jenen Betrag an Aktivierungsenergie für die Translation zur Verfügung, der notwendig ist, um eine Erhöhung der Duktilität während der Verformung der Werkstoffe zu bewirken, ohne dass dabei die Materialeigenschaften nachhaltig beeinflusst werden und erspart somit die nachträgliche Behandlung der Werkstückke.
Die in Fig. 1 angedeuteten kleineren Potentialhügel ho veranschaulichen die Nichtlinearität in derEner- gieumwandlung, die für die Anwendung des Makroschalles charakteristisch ist und die in der Literatur ausführ-
<Desc/Clms Page number 2>
licher besprochen wird. Für den Verformungsvorgang bzw. für die äussere angelegte Zug-, Druck-oder Biegespannung wirkt sich das Makroschallfeld dann so aus, wie dies Fig. 2 zeigt.
In Fig. 2 ist die Spannung gegen dieDehnung der Verformung gezeigt. Wird beispielsweise bei a Ultraschall entsprechender Amplitude angelegt, dann sinkt die äussere für die Verformung anzulegende Spannung von a auf b. Das Materialwirkt nach aussen hin plastisch leichter verformbar. u. zw. so lange. solange das Makroschallfeld umge- legt bleibt. Somit wird die Fortsetzung der plastischen Verformung, d. h. also das Biegen und/oder Drücken, bei niedrigeren äusseren Spannungen verlaufen und daher wird der Spannungsverlauf etwa von b nach c erfolgen. Schaltet man bei c das Makroschallfeld aus, so wird die Spannung bei Fortführung des Verformungsprozesseswieder auf d ansteigen, weil die akustische Energie nicht vorhanden ist und die Gesamtenergie für den Verformungsvorgang aus den Biege-, Zug- oder Druckspannungen resultiert.
Fig. 2 veranschaulicht, dass die Verformungsmaschinen, die mit Hilfe von Makroschall arbeiten, nur für kleinere äussere Spannungen dimensioniert werden brauchen, d. h. also leichter und baulich handlicher sein können, wenn Makroschall verwendet wird, als wenn die Gesamtenergie aus dem konventionellen Zug-, Druckoder Biegevorgang resultiert, Fig. 2 veranschaulicht weiters, dass man infolge der Möglichkeit bei niedrigeren äusseren Spannungen zu verformen (b bis c) grössere Verformungsgeschwindigkeiten erreichen und auch grössere Verformungsgrade je Arbeitsvorgang bewerkstelligen kann.
Erfindungsgemäss kann man das Makroschaufeld folgendermassen zur Wirkung bringen : Das wesentliche Merk- mal besteht darin, dass die Biegerollen einer üblichen Biegemaschine mit einem Makroschallgeber verbunden sind. Dadurch wird in den zu biegenden Gegenstand Makroschall eingebracht. Vorzugsweise ist die Vorrichtung so ausgebildet, dass jede Biegerolle mit einem eigenen Makroschallgeber gekoppelt ist. Für die Übertragungund Verstärkung des Makroschallfeldes kann man Booster verwenden, welche sich zwischen dem Makroschallgeber und den Biegerollen befinden. Zur Überwachung des Makroschallfeldes dienen die Detektoren, die an denBiegerollen angebracht sind.
Um auch die Einwirkung des Makroschallfeldes auf den zu biegenden Gegenstand überwachen zu können, insbesondere zwecks Vermeidung lokaler Überhitzungen, sind beiderseits der Biegestellen Detektoren angeordnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. In diesenzeigt die Fig. 3 die Vorrichtung am Anfang des Biegevorganges und Fig. 4 die Vorrichtung in einem fortgeschrittenen Stadium des Biegevorganges.
Die beiden Biegerollen-1, 2-, eine innen-und eine aussenliegende Biegerolle, sind mit je einem Makroschallgeber-3, 4-- verbunden. Es können auch je Biegerolle mehrere Makroschallgeber vorgesehen werden.
Für die Übertragung und Verstärkung des von den Makroschallgebern herrührenden Makroschallfeldes auf die Biegerollen kann man die Booster 8'-verwenden.
Es ist zweckmässig, einen Detektor --11, 12--, der auf dem Prinzip des inversenmagnetostriktivenEffektes arbeiten kann, an den Biegerollen anzubringen und das vom Makroschallgeber auf den Booster bzw. auf die Biegerollen übergehende Ultraschallfeld kontinuierlich zu beobachten, zu messen und zu steuern.
Beim üblichen Biegevorgang wird ein Rohrende (bzw. das Ende einerzu biegenden Stange) mittels eines Spannbackens --7-- fest erfasst und etwa in Richtung--a-- (s. Fig. 3) gedrückt. Gleichzeitig erfährt die Spann- backe --7-- in der üblichen Weise eine drehende Bewegung im Sinne des Pfeiles nach--b-. Dadurch kommt schliesslich die in Fig. 4 dargestellte Biegung zustande. Während dieses Vorganges (Bewegung der Spannbacke in einer resultierenden Richtung, die sich aus den Richtungen und b--zusammensetzt) müssen die Biegewerk-
EMI2.1
ungehinderte Bewegung des zu biegenden Rohres (bzw. der zu biegenden Stange).
Es ist zweckmässig, mittels der in Fig. 3 und 4 angegebenen Detektoren-10, 13-- das Makroschallfeld im Rohr zu überwachen und zu steuern, damit der Effekt des Makroschallfeldes auf den Verformungsvorgang voll und ganz zur Wirksamkeit kommt bzw. verhütet wird, dass ein zu intensives Makroschallfeld lokale Überhitzungen verursachen könnte.
Wesentlich ist die Dimensionierung der Makroschallbiegewerkzeuge, zu welchen auch der Booster gehört. Die Biegerollen samt Booster müssen nach den physikalischen Grundgesetzen der Akustik berechnet und ausgelegt werden (d. h., die Dimensionierung der Biegewerkzeuge muss einem Vielfachen der Makroschall- wellenlänge --À-- entsprechen).
EMI2.2
die Biegerollen Makroschall (d. i. Ultraschall mit sehr grosser Amplitude) in den zu biegenden Gegenstand einspeist.