DE102005050868A1

DE102005050868A1 - Druckgesteuertes superplastisches Umformen

Info

Publication number: DE102005050868A1
Application number: DE102005050868A
Authority: DE
Inventors: Peter Ann Arbor Friedman; Warren Trenton Copple; George jr. Dearborn Luckey; Richard Livonia Allor
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd; Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2006-06-01
Also published as: GB2421456B; US20090145192A1; GB0525518D0; GB2421456A; US7669450B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformen eines Bleches duktilen Materials durch superplastisches Umformen, wobei der Gasdruck variiert, um den Materialfluß während des Umformverfahrens zu steuern, daher kann der Gasdruck erhöht oder erniedrigt werden, um die Deformationsrate des Werkstücks 38 zu steuern und es wird die Verwendung vorherbestimmter Druckprofile vorgeschlagen, um die Gesamtumformzeit zu reduzieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasmanagementvorrichtung zum Einsatz bei einem superplastischen Umformverfahren unter Verwendung von Gas aus einer Gasdruckquelle und einer Form für das superplastische Umformverfahren, um ein Werkstück umzuformen sowie ein Verfahren zum Umformen eines Werkstückes. Allgemein bezieht sie sich also auf das superplastische Umformen und insbesondere die Steuerung des Gasdruckes während des Umformens.

Superplastisches Umformen (SPF) verwendet die Superplastizität eines Materials oder dessen Befähigung, unter bestimmten Bedingungen erhöhter Temperatur über seine Bruchdehnung hinaus beanspruchbar zu sein. Superplastizität in Metallen ist durch sehr hohe Zugdehnungen definiert, die von 200 bis mehreren 1000% reichen. Superplastizität ist die Befähigung bestimmter Materialien, eine extreme Dehnung bei der richtigen Temperatur und Zugrate zu durchlaufen. SPF ist ein Verfahren, das dazu verwendet wird, Teile herzustellen, die mit konventionellen Fabrikationstechniken schwierig umzuformen sind.

SPF wird typischerweise durchgeführt, indem ein Materialblech bis zu einem Superplastizitätspunkt erhitzt wird, das Material in eine abgedichtete Form geklemmt und sodann Inertgasdruck auf eine Seite des Bleches des Materials angewendet wird, um das Material dazu zu zwingen, sich zu dehnen und die Form der Formkurvatur anzunehmen. Der Druck wird während des Verfahrens gesteuert, um sicherzustellen, dass das Material eine für Superplastizität bei der erhöhten Temperatur geeignete Deformationsrate beibehält. Daher können superplastische Materialien bei höheren Temperaturen auf ein Mehrfaches ihrer ursprünglichen Länge ohne Reißen gedehnt werden.

Typische SPF- Anwendungen umfassen, bei Vorteilen gegenüber konventionellen Tiefziehtechniken erhöhte Formdehnungen, reduziertes Rückfedern und geringe Werkzeugkosten, haben aber auch Nachteile insofern, als sie, da sie relativ lange Zykluszeiten haben auf kleine Volumina limitiert sind. Insbesondere kann ein konventioneller SPF-Prozess, der zur Herstellung eines komplexen Teils eingesetzt wird, eine Zykluszeit bis zu 30 Minuten benötigen.

Konventionelle SPF-Systeme sind relativ langsam in der Druckbeaufschlagung und haben lediglich eine moderate Steuerung des Umformdrucks. Frühe Ausführungsformen des SPFs verwendeten einen konstanten Umformdruck. Sobald der Druck in der Form einen Zielwert oder einen vorherbestimmten Zieldruck erreichte, wurde der Druck solange konstant gehalten, bis das Werkstück durch den Gasdruck, der das Werkstück gegen die umformende Fläche des Hohlraums drückte, umgeformt war. Die Verwendung konstanten Drucks über den gesamten Umformzyklus bedingt lange Umformzeiten. Während schnellere Umformzeiten erzielt werden könnten, wenn der Druck einfach während des Umformens erhöht wird, bestehen Zeiträume, in denen das Umformvenfahren einen relativ niedrigen Druck benötigt, typischerweise an den Punkten, an denen das Werkstück mit der Formoberfläche in Kontakt kommt, oder das Material mit einer Geschwindigkeit umgeformt wird, wo es sich bersten oder reißen kann.

Bisherige Systeme waren von dem Typ, der den Druck in der Formkurvatur erhöhen konnte. Diese Systeme haben einen Nachteil. Sobald der Druck erhöht wird, besteht keine Möglichkeit, den Druck in exakter Weise zu erniedrigen, außer am Ende des Umformzyklus, wenn der Druck typischerweise durch Aktivierung eines Schnellventils oder eines Schnellablasses reduziert wird. Daher könnte das Gasdruckprofil entweder konstant oder während des Umformzyklus erhöht werden, aber nicht erniedrigt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das SPF-Verfahren für höhere Produktionsvolumina, wie in der Automobilindustrie, besser einsetzbar zu machen, indem die Prozesszeiten reduziert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Vefahren zum Umformen eines Werkstücks nach Anspruch 11. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Daher betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des in einem superplastischen Umformverfahren eingesetzten Gasdruckes. Das super plastische Umformverfahren des Typs, das Gas von der Gasdruckquelle (44) verwendet und eine umformende Form, gegen die das Werkstück durch den Gasdruck zur Umformung des Werkstücks gedrückt wird. Die Vorrichtung umfasst eine Ventilanordnung. Die Ventilanordnung ist mit dem Formwerkzeug verbunden und kann den Gasfluss von der Gasdruckquelle in und aus der Form steuern.

Eine Steuereinheit, die mit der Ventilanordnung kommuniziert, steuert die Ventilanordnung, den Gasdruck entsprechend zu managen. Daher wird, nachdem der Gasdruck in der Form einen ersten Gasdruck erreicht, die Steuereinheit betrieben, die Ventilanordnung so zu regeln, dass der Gasdruck in der Form auf einen zweiten Gasdruck reduziert wird. Der zweite Gasdruck befindet sich auf einem Niveau unterhalb des ersten Gasdruckes. Sobald das Umformverfahren abgeschlossen ist, wird der Druck aus der Form vor dem Entfernen des umgeformten Werkstückes abgelassen.

Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum superplastischen Umformen eines Werkstücks. Das Verfahren umfasst: Vorlegen einer Form mit ersten und zweiten Formteilen, die sich zwischen einer ersten offenen Position und einer zweiten abgedichteten Position bewegen. Wenn die Form sich in der zweiten abgedichteten Position befindet, wird ein Formhohlraum zwischen den ersten und zweiten Formteilen gebildet. Das Werkstück wird in die Form gelegt und die ersten und zweiten Formteile werden in die zweite abgedichtete Position bewegt, in der das Werkstück im Formhohlraum befestigt ist.

Gasdruck, der in den Formhohlraum auf einer Seite des Werkstücks eingebracht wird, wird dazu verwendet, das Werkstück durch Drücken des Werkstückes gegen eine formende Oberfläche der Form umzuformen. Der zum Umformen des Werkstücks eingesetzte Gasdruck wird so gemanagt, dass er während des Umformverfahren erhöht und erniedrigt werden kann. Ein Vorteil der Variation des Gasdruckes während des Umformverfahrens besteht darin, dass es die Deformationsrate des Werkstücks zu steuern erlaubt. Ferner kann die Deformationsrate des Werkstücks abhängig von der Konfiguration der Formoberfläche der Form gesteuert werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele, auf welche sie keinesfalls eingeschränkt ist, und der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
1 eine schematische perspektivische Ansicht einer im Zusammenhang mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und einem Verfahren eingesetzten Pressenanordnung;
2 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Managen des Gasdruckes, der in einem superplastischen Umformverfahren eingesetzt wird;
3 einen Graph einer Ausführungsform einer Druck/Zeitkurve, welche die in einem superplastischen Umformverfahren eingesetzten Gasdrucke illustriert;
4A–4C schematische Darstellungen eines Werkstücks, welches einem superplastischen Umformverfahren gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren unterworfen ist;
5 eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Managen des in einem superplastischen Umformverfahren eingesetzten Gasdruckes; und
6A–6D schematische Repräsentationen eines Werkstücks, welches einem superplastischen Umformverfahren gemäß einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, unter Verwendung der Ausführungsform der in 5 gezeigten Vorrichtung unterworfen wird.
In den Figuren illustriert 1 schematisch eine Pressenanordnung 10, die gemeinsam mit einer erfindungsgemäßen superplastischen Umformvorrichtung 12 verwendet wird. Die Pressenanordnung umfasst einen Rahmen 14, der obere und untere Träger oder Stütze 16, 18 unterstützt. Wie gezeigt, ist der untere Träger oder Stütze 18 am Rahmen 14 befestigt, wobei der obere Träger oder Stütze 16 in bekannter Weise zwischen einer oberen und unteren Position durch eine Pressenantriebsanordnung angetrieben wird, wie allgemein bei 20 zu sehen ist.
Wie gezeigt befinden sich viele Schlitze 22 in den oberen und unteren Trägern oder Stützen 16, 18. Die Schlitze 22 werden dazu verwendet, entsprechende Abschnitte einer Form an der Pressenanordnung 10 zu befestigen. Gemäß bekannten Pressenanordnungen, die für superplastisches Umformen eingesetzt werden, werden die oberen und unteren Träger 16, 18 erwärmt, um die Form und das entsprechende Werkstück bei geeigneten Umformtemperaturen zu halten. Ferner können isolierte Türen oder Platten auf den Seiten der Pressenanordnung 10 angeordnet sein, um den Wärmerückhalt zu unterstützen.
Die vorstehende Beschreibung einer Pressenanordnung 10 ist lediglich illustrativ für eine typische Anordnung, die für das superplastische Umformen eines Werkstücks eingesetzt wird. Andere Pressenanordnungen oder Mechanismen, die dazu verwendet werden, eine Form zu öffnen und zu schließen können verwendet werden und fallen ebenfalls in den Schutzumfang der Erfindung.
In 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen superplastischen Umformvorrichtung 24 gezeigt. Die Vorrichtung umfasst eine Form 26 mit oberen und unteren Teilen oder Formschuhen 28, 30. Die oberen und unteren Formschuhe 28, 30 passen abdichtend zusammen und bilden so einen Formhohlraum 32.
Wie gezeigt, ist das Werkstück 38 zwischen den oberen und unteren Formschuhen 28, 30 so angeordnet, dass dann, wenn die oberen und unteren Formschuhe 28, 30 zusammenpassen, ein Dichtring oder Anordnung, wie schematisch bei 40 ersichtlich, eine Gasdruckdichtung zwischen den oberen und unteren Formschuhen 28, 30 bildet. Das Werkstück teilt den Formhohlraum 32 in zwei Bereiche oder Abschnitte. Hierin ist der obere Abschnitt oder Sektion 34 die Fläche oberhalb des Werkstücks 38 und der unteren Abschnitt oder Sektion 36 die Fläche unterhalb des Werkstücks 38.
Daher kann das superplastische Umformverfahren durch Zuführen von Gasdruck in den Formhohlraum 32, auf jeder Seite des Werkstücks 38, spezifisch auf einen oder beide obere Sektionen 34 oder die untere Sektion des Formhohlraums 32 durchgeführt werden. Das Einbringen von Gas in den Formhohlraum 32 auf irgendeiner Seite des Werkstücks 38 generiert eine Gasdruckdifferenz auf den gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks 38, der entsprechend auf das Werkstück 38 als zur Deformation des Werkstückes 38 wirkt. Daher wird Gasdruck dazu verwendet, das Werkstück 38 gegen eine Formoberfläche der Form 26 zu drücken.
Die Vorrichtung umfasst ferner ein Gasmanagementsystem, das allgemein bei 46 ersichtlich ist, um den Gasdruck in der Form 26 zu managen. Das Gasmanagementsystem 46 umfasst eine Gaseinlassleitung 42, die unter Druck befindliches Gas zum Einsatz im superplastischen Umformverfahren von einer Gasdruckquelle 44 zum unteren Formschuh 30 zuführt. Ein Ventil 48 ist auf der Gasleitung 42 angeordnet. Das Ventil 48 arbeitet als Druckregulator, um den Druck und die Druckaufbaugeschwindigkeit des der Form 26 zugeführten Gases zu regeln. Das Ventil 48 kann ein Proportionalventil, ein Servoventil oder jeder andere Ventiltyp sein, der einen Fluss in geschlossener Schleife oder eine Druckantwort auf ein elektrisches oder elektronisches Steuersignal liefert. Ferner kann das Ventil 48 jeglichen Typs sein, das beliebig positioniert werden kann, um Größe, Druck und Richtung des Fluidflusses zu steuern.
Das Gasmanagementsystem 46 umfasst ferner ein zweites Ventil 50, das auf einer Gasauslassleitung 52 angeordnet ist. Das Ventil 50 kann wiederum ein Proportionalventil, ein Servoventil oder jeglicher andere Ventiltyp sein, der Fluss in geschlossener Schleife oder eine Druckantwort auf ein elektrisches oder elektronischen Steuersignal in geschlossener Schleife liefert. Ferner kann das Ventil 50 jeglichen Typs sein, der beliebig angeordnet sein kann, um Menge, Druck und Richtung des Fluidflusses zu steuern. Wie in 2 gezeigt, ist die Gasauslassleitung 52 mit der Gaseinlassleitung 42 an einem Punkt flußabwärts des Ventils 48 angeschlossen. Daher steuert das Ventil 50 den Gasfluss von oder aus der Form 26. Das Ventil 50 kann auch als Ablass- oder Entlüftungsventil dienen, wobei das Ventil 50 vollständig geöffnet wird, um das Gas aus der Form 26 durch die Gasauslassleitung 52 und dementsprechenden Auslaß 46 in Richtung des Pfeiles 54 abzulassen oder freizusetzen. Ein getrenntes Ablass- oder Entlüftungsventil, typischerweise ein schnell wirkendes Öffnungs- oder Schließventil, kann auch zum Ablassen des Gases aus der Form 26 eingesetzt werden.
Hierin bedeutet Ablass oder Ablassmittel das Verfahren des Ablassees oder Entlüftens von Gas aus der Form 26 oder dem Formhohlraum 32 verstanden, sobald der Gasdruck nicht länger zum Umformen des Werkstücks 38 benötigt wird. Daher wird der Gasdruck in der Form 26 oder dem Hohlraum 32 von einem Umformdruck auf einen Druck reduziert, der im wesentlichen gleich dem atmosphärischen Druck ist. Selbstverständlich ist das Ablassen nicht nur einfaches Reduzieren des Drucks in der Form 26 oder dem Formhohlraum 32 im wstl. auf atmosphärischen Druck, sondern reduziert den Druck auf im wesentlichen atmosphärischen Druck und nicht das Erhöhen des Drucks vor dem Entfernen des Werkstücks 38 aus der Form 26. Die Erfindung berücksichtigt ein Druckprofil, im der Druck in der Form 26 oder dem Formhohlraum 32 auf einen niedrigeren Umformdruck reduziert wird, sogar auf atmosphärischen Druck, und sodann wiederum auf einen Umformdruck erhöht wird, bevor der Druck endgültig entspannt und das Werkstück 38 aus der Form 26 entfernt wird.
Eine Steuerung oder Steuereinheit 56 ist mit den Ventilen 48, 50 verbunden. Die Steuerung oder Steuereinheit 56 kann ein Computer sein, der mit einem vorherbestimmten oder vorausgewählten Druckprofil oder Druck/Zeitkurve programmiert ist. Daher kann die Steuerung oder Steuereinheit 56 die Ventile 48, 50 betreiben, um den Druck im Formhohlraum 32 zu regulieren oder zu steuern.
Daher regelt die Steuerung oder Steuereinheit 56 insbesondere in der in 2 gezeigten Ausführungsform in Kombination mit den Ventilen 48, 50 den Gasfluss sowohl in als auch aus der Form 26 und den unteren Abschnitt oder Sektion 36 des Formhohlraums 32. So ermöglicht das erfindungsgemäße Gasmanagementsystem 46 die Anwendung von Gasdruck gemäß einem Druckprofil, eingeschlossen ein Profil unter Verwendung einer Druck/Zeitkurve unter Verwendung von sowohl steigenden als auch abfallender Drücke.
Das in 2 dargestellte Ventilszenario, nämlich die beiden Proportionalventile 48, 50, die durch eine Steuerung oder Steuereinheit 56 gesteuert sind, kann dazu verwendet werden, mehrere Druck/Zeitkurven zu erzielen. Die Erfindung besteht darin, dass sie die Anwendung von Gasdruck zum Umformen eines Werkstückes gemäß einer komplexen Druck/Zeitkurve unter Verwendung sowohl steigenden als auch sinkenden Gasdrucks vor Ablassen von Gas oder Entgasen aus der Form 26 ermöglicht. Daher fällt in System, das entweder ein Kombination von Ventilen oder ein einfaches proportionales oder einen ähnlichen Ventiltyp verwendet, das den Gasdruck im Formhohlraum 32 vor dem Ablassen oder Entgasen erhöhen und erniedrigen kann, unter dem Schutzumfang der Erfindung.
In 3 und den 4A–4C zeigt 3 ein Beispiel einer Druck/Zeitkurve gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, während die 4A–4C eine schematische Darstellung eines in einer Form 26 umgeformten Werkstücks 38, das gemeinsam mit der Druck/Zeitkurve der 3 verwendet wird, umgeformt wird, zeigen. Zu Beginn des Umformverfahrens wird das Werkstück 38 auf eine vorherbestimmte Umformtemperatur vorgeheizt, wonach es zwischen die oberen und unteren Formschuhe 28, 30 gebracht wird. Die Pressenanordnung 10 wird betrieben, um den oberen Formschuh 28 so lange abzusenken, bis er das Werkstück 38 berührt und schließlich mit dem unteren Formschuh 30 in Eingriff kommt, wobei die Abdichtanordnung 40 eine Gasdruckdichtung zwischen den oberen und unteren Formschuhen 28, 30 bildet.
Die Steuerung oder Steuereinheit 56, die mit einem spezifischen Druckprofil, wie in 3 gezeigt, vorprogrammiert wurde, arbeitet wie folgt. Zuerst prüft die Steuerung oder Steuereinheit 56, ob das in der Gasauslassleitung 52 angeordnete Ventil 50 geschlossen ist. Danach öffnet die Steuerung oder Steuereinheit 56 die gemäß dem Druckprofil der 3 betrieben wird, das Ventil 48, damit Gas von der Gasdruckquelle 44 in den unteren Abschnitt oder Sektion 36 des Formhohlraums 32 fließen kann. Demzufolge wird der Gasdruck im unteren Abschnitt oder Sektion 36 des Formhohlraums 32 auf einen ersten Druck, den Punkt A in 3, erhöht, wodurch der Gasdruck das Werkstück 38 nach oben in Richtung der Formfläche 58 des oberen Abschnitts oder Sektion 34 des Formhohlraums 32 drückt (siehe 4 B).
Selbstverständlich ist das Werkstück 38 aus einem duktilen Material umgeformt, das geschwindigkeitsabhängig ist. Daher veranlasst der Gasdruck das Material dazu, sich mit einer der Größe des Drucks proportionalen Geschwindigkeit zu dehnen, d. h., je größer der Druck, je größer die Dehnungsrate. Wenn der Gasdruck auf das Werkstück 38 wirkt, ist die Deformation über das Werkstück 38 relativ konstant, sobald aber das Werkstück 38 die Formoberfläche 58 berührt oder mit ihr in Eingriff kommt, erniedrigt sich die Deformationsrate im Kontaktbereich aufgrund der durch das Anhaften des Werkstückes an der Formfläche 58 des oberen Abschnitts oder Sektion 34 des Formhohlraums 32 hervorgerufenen Reibung.
Daher ist die Druck/Zeitkurve der 3 so, dass dann, wenn das Verfahren den ersten Anfangsdruck erreicht, wie durch Punkt A der Druck/Zeitkurve angegeben, das Werkstück 38 die in 4B gezeigten Position erreicht. Wenn das Werkstück 38 eine Formoberfläche 58 trifft, die eine Fläche mit einem engen Radius 60, beispielsweise Ecken, besitzt, führt dies zu einem hochbeanspruchten Bereich des Werkstücks 38. Daher ist es vorteilhaft, die Deformationsrate zu reduzieren und langsam zu arbeiten, um eine hohe Duktilität des Werkstücks 38 beim Umformen des Werkstücks 38 über Bereiche der Formoberfläche 58 mit engen Radien aufrechtzuerhalten. Um die Deformationsrate zu erniedrigen und die Duktilität des Werkstücks 38 aufrechtzuerhalten, wird der Gasdruck im unteren Formhohlraumabschnitt oder der Sektion 36 des Formhohlraums 32 auf einen zweiten Druck reduziert, wie durch Punkt B der Druck/Zeitkurve angegeben. Wie gezeigt, ist der zweite Druck bei Punkt B niedriger als der erste Druck bei Punkt A.
Sobald das Werkstück 38 über den Bereich enger Radien 60 umgeformt ist, kann der Gasdruck im unteren Formabschnitt oder Sektion 36 des Formhohlraums 32 zu steigen beginnen, Punkt C der 3, und weiter über den Rest des Formzyklus auf einen dritten Druck, Punkt D, der 3 ansteigen, um sicherzustellen, dass das Werkstück 38 vollständig gegen die Formoberfläche 58 umgeformt ist, siehe 4C. Sobald das Umformverfahren abgeschlossen ist, wird der Gasdruck durch das Ventil 50, das als Entlüftungs- oder Schnellablassventil wirkt, abgelassen, wie in 3 gezeigt, als schneller Druckabfall von Punkt D zu Punkt E gezeigt.
Die Druck/Zeitkurve der 3 basiert teilweise auf dem umzuformenden Material oder Werkstück 38 in Verbindung mit der Endform oder Design des Werkstücks 38. Daher kann die spezifische Konfiguration der Druck/Zeitkurve oder des Druckprofils für jedes spezielle Werkstück 38 unterschiedlich sein und ist es auch häufig. Jede Druck/Zeitkurve berücksichtigt die Materialdeformationsrate um die Deformationsrate abhängig von der Position des Werkstücks 38 in der Form zu steuern. Daher muss berücksichtigt werden, dass abhängig von der Konfiguration der Umformoberfläche 58 der Form 26 verschiedene Druck/Zeitkurven verwendet werden können, um die Umformzeit des Werkstückes richtig zu steuern und zu erniedrigen. Spezifisch kann der Gasdruck, der auf das Werkstück 38 angewendet wird, erhöht werden, falls notwendig, um die Deformationsrate zu erhöhen und so die Umformzeit zu erniedrigen, nichtsdestoweniger kann der Druck, falls notwendig, erniedrigt und das Umformverfahren verlangsamt werden, d. h., dass die Dehnungsrate des Werkstücks während bestimmter Zeiten des Umformverfahrens reduziert werden kann. Daher ist das Umformverfahren nicht durch die langsamste Geschwindigkeit der Materialdeformation begrenzt.
In 5 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Gasmanagementsystem 46 umfasst eine zusätzliche Gaseinlassleitung 70, welche die Gasdruckquelle 44 mit dem oberen Formschuh 28 und Daher dem oberen Abschnitt oder Sektion 34 des Formhohlraums 32 verbindet. Zusätzlich ist eine zweite Gasauslassleitung 72 mit der Gaseinlassleitung 70 an einem Ende derselben verbunden. Die zweite Gasauslassleitung 72 ist auch mit der Gasauslassleitung 52 verbunden, und lässt, wie oben erläutert, Gas aus dem oberen Abschnitt 34 des Formhohlraums 32 zum Ablass 64 in Richtung des Pfeils 54 ab. Zusätzliche Ventile 74, 76 sind in den entsprechenden Gaseinlass- und Gasauslassleitungen 70, 72 angeordnet. Wie bei der vorangehenden Ausführungsform sind die Ventile 74, 76 mit der Steuerung oder Steuereinheit 56 verbunden, welche zum Öffnen und Schliessen der Ventile 74, 76, um den Druck im oberen Abschnitt oder Sektion 34 des Formhohlraums 32 zu steuern, betrieben wird.
Die 6A–6D illustrieren schematisch ein Werkstück 38, das mit einer Vorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform umgeformt wird. Wie in 6A gezeigt, schließt die Steuerung oder Steuereinheit 56 zuerst das Ventil 76 auf der Gasauslassleitung 72 und öffnet sodann das Ventil 74 auf der Gaseinlassleitung 70, wodurch Gas in den oberen Abschnitt oder Sektion 34 des Formhohlraums 32 fließen kann. Der Gasdruck im oberen Abschnitt oder Sektion 34 des Formhohlraums 32 veranlasst das Werkstück 38, sich in den unteren Abschnitt oder Sektion 36 des Formhohlraums 32 zu biegen. Der Gasdruck wird so lange im oberen Abschnitt oder Sektion 34 des Formhohlraums 32 erhöht, bis das Werkzeug 38 die Oberfläche 78 des unteren Abschnitts oder Sektion 36 des Formhohlraums 32, siehe 6B, berührt oder fast berührt. Das Herabdrücken des Werkstücks 38 in Richtung der Oberfläche 78 des unteren Abschnitts oder Sektion 36 des Formhohlraums 32 dehnt das Werkstück 38 vor. Daher liefert das Verfahren eine Methode um das Werkstück 38 vor dem Umformverfahren gleichmäßig zu dehnen. Während dieser Schritt unter Verwendung eines konstanten Druckes beschrieben wird, können die Ventile 74, 76 durch die Steuerung oder Steuereinheit 56, wie oben angegeben, gesteuert werden, um den Gasdruck gemäß einem vorherbestimmten Druckprofil zu variieren, welches Erhöhen oder Erniedrigen des Drucks über einen Zweitraum beinhalten kann. Daher kann der das Werkstück 38 nach unten in Richtung der Oberfläche 78 des unteren Abschnittes oder Sektion 36 des Formhohlraums 32 treibende Gasdruck mit der Zeit variieren. Selbstverständlich variiert die Änderung des Druckes auch die Umformzeit.
Wenn sich das Werkstück 38 in der Nähe der Oberfläche 78 des unteren Abschnitts oder Sektion 36 des Formhohlraums 32 befindet, schließt die Steuerung oder Steuereinheit 56 das Ventil 74 auf der Gaszuführleitung 70 und öffnet das Ventil 76 auf der Gasablassleitung 72, um den Gasdruck abzulassen. Die Steuerung oder Steuereinheit 56 öffnet, nachdem das Ventil 50 auf der Gasablassleitung 52 geschlossen wurde, das Ventil 48 auf der Gaszuführleitung 42 und ermöglicht Gaszufluss in den unteren Abschnitt oder Sektion 36 des Formhohlraums 32. In ähnlicher Weise wie in der vorgenannten Ausführungsform steuert die Steuerung oder Steuereinheit 56 sodann den Gasdruck im unteren Abschnitt oder Sektion 36 des Formhohlraums 32, um die Deformationsrate des Werkstücks 38 während des Formprozesses zu steuern.
Selbstverständlich können die vorstehenden spezifischen Ausführungsformen, die zu Illustrationszweckenn der funktionellen und strukturellen Prinzipien der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, Änderungen erfahren, ohne von derartigen Prinzipien abzuweichen. Daher umfasst die Erfindung alle im Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche umfassten Ausführungsformen

10: Pressenanordnung
12: superplastische Umformvorrichtung
14: Rahmen
16: oberer Träger oder Stütze
18: unterer Träger oder Stütze
20: Antrieb
22: Schlitze
24: Vorrichtung zum superplastischen Umformen
26: Form
28: oberes Formteil, Formschuh
30: unteres Formteil, Formschuh
32: Formhohlraum
34: oberer Abschnitt oder Sektion
36: unterer Abschnitt oder Sektion
38: Werkstück
40: Abdichtanordnung
42: Einlassleitung
44: Gasdruckquelle
46: Gasmanagementsystem
48: Einlaßventil auf 42
50: Auslaßventil auf 52
52: Gasauslassleitung
54: Pfeil
56: Steuerung oder Steuereinheit
58: Formfläche
60: Radius
64: Ablass
70: erste Gaseinlassleitung
72: zweite Gasauslassleitung
74: Gaszufuhrventil auf 70
76: Gasablassventil auf 72
78: Oberfläche

Claims

Gasmanagementvorrichtung zum Einsatz bei einem superplastischen Umformverfahren unter Verwendung von Gas aus einer Gasdruckquelle (44) und einer Form (26) für das superplastische Umformverfahren, um ein Werkstück (38) umzuformen, mit: – einer Ventilanordnung, die mit der Form (26) verbunden ist und betrieben werden kann, den Gasfluss von der Gasdruckquelle (44) in und aus der Form (26) zu steuern; und – einer Steuereinheit (46), die mit der Ventilanordnung kommuniziert und betrieben werden kann, die Ventilanordnung zu steuern und dementsprechend den Gasdruck so zu managen, dass der Gasdruck in der Form (26) einen ersten Gasdruck erreicht, wonach der Gasdruck in der Form (26) auf einen zweiten Gasdruck reduziert wird, wobei der zweite Gasdruck sich auf einem Niveau unterhalb des ersten Gasdrucks vor dem Ablassen des Gasdrucks befindet.
Gasmanagementvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (38) betrieben werden kann, die Ventilanordnung so zu steuern, dass sie den Gasdruck in der Form (26) auf einen dritten Gasdruck steigert, der größer als der zweite Gasdruck ist, nachdem der Druck in der Form (26) auf den zweiten Gasdruck reduziert wurde und vor Ablassen des Gasdrucks.
Gasmanagementvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ventilanordnung ein erstes Ventil (74) und ein zweites Ventil umfasst, wobei das erste Ventil (74) mit der Form (26) und das zweite Ventil mit der Form (26) verbunden ist und beide Ventile mit der Steuereinheit (38) kommunizieren, wobei das erste Ventil (48, 74) den Gasfluss zur Form (26) und das zweite Ventil (50, 76) den Gasfluss aus der Form (26) steuern kann.
Gasmanagementvorrichtung nach Anspruch 3, mit: – einer ersten Gasleitung (70), die das erste Ventil (74) mit der Form (26) und der Gasdruckquelle (44) verbindet; und – einer zweiten Gasleitung (72), die das zweite Ventil (76) mit der ersten Gasleitung (70) und einem Ablassventil (76) verbindet, wobei die zweite Gasleitung mit der ersten Gasleitung an einem Punkt zwischen der Form (26) und dem ersten Ventil (74) angeschlossen ist.
Gasmanagementvorrichtung nach Anspruch 1, mit: – einer ersten Form, die erste (28) und zweite Teile (30), die miteinander zusammenarbeiten, um einen Formhohlraum (32) zu bilden, aufweist; – ersten und zweiten Gaseinlassleitungen, wobei die erste Gaseinlassleitung (70) sich zwischen der Gasdruckquelle (44) und dem ersten Formteil (28) erstreckt und die zweite Gaseinlaßleitung (42) sich zwischen der Gasdruckquelle (44) und dem zweiten Formteil (30) erstreckt, wobei die ersten und zweiten Gaseinlaßleitungen (70, 42) zum Transfer von Gas aus der Gasdruckquelle (44) durch die entsprechenden ersten und zweiten Formteile (28, 30) in den Formhohlraum (32) betrieben werden können; – ersten und zweiten Gasauslassleitungen (72, 52), die Gas aus dem Formhohlraum (32) zu einem Gasablaß transportieren können; wobei die Ventilanordnung erste und zweite Einlaßventile (48, 74) umfaßt, die auf den ersten und zweiten Gaseinlassleitungen (42, 70) angeordnet sind, die betrieben werden können, den Gasfluß in den Formhohlraum (32) zu regeln; und – ersten und zweiten Gasauslaßventilen (76, 50), die auf den ersten und zweiten Gasauslassleitungen (72, 52) angeordnet sind, die den Gasfluß vom Formhohlraum (32) regeln können.
Gasmanagementvorrichtung nach Anspruch 5, wobei – das Werkstück (38) zwischen den ersten und zweiten Formteilen (28, 30) angeordnet wird; und – die Steuereinheit (56) die ersten und zweiten Einlaßventile steuern kann, wobei die ersten und zweiten Auslaßventile den auf jede Seite des Werkstücks (38) aufgebrachten Gasdruck managen.
Gasmanagementvorrichtung für Gasdruck aus einer Gasdruckquelle (44), einsetzbar für das superplastische Umformen eines Werkstücks (38) mit: – ersten und zweiten Formteilen (28, 30), die zwischen einer ersten, offenen Position und einer zweiten, geschlossenen Position, in der ein Formhohlraum (32) gebildet wird, betrieben werden können; – mindestens einer Passage in einem der beiden Formteile, die Gaszutritt zum Formhohlraum (32) ermöglicht; – einer Ventilanordnung, die zum Regeln des Gasflusses aus der Gasdruckquelle (44) von und zu dem Formhohlraum (32) durch die Passage angeschlossen ist; und – einer Steuereinheit (56), die mit der Ventilanordnung verbunden ist, die betrieben werden kann, den Betrieb der Ventilanordnung zu regeln und dementsprechend den Druck im Formhohlraum (32) entsprechend einem Druckprofil zu managen, wobei mindestens ein Teil des Druckprofils eine Druckreduktion im Formhohlraum (32) vor dem Ablaß des Gasdrucks aus dem Formhohlraum (32) umfaßt.
Gasmanagementvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Ventilanordnung ein erstes und ein zweites Ventil aufweist, wobei das erste Ventil (48) betrieben werden kann, den Gasfluß in den Formhohlraum (32) zu regeln und das zweite Ventil (72) betrieben werden kann, den Gasfluß aus dem Formhohlraum (32) zu regeln.
Gasmanagementvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit (56) betrieben werden kann, um ferner den Betrieb der Ventilanordnung gemäß Druckprofil zu regeln, wenn das Druckprofil das Steigern des Gasdrucks nach Reduktion des Gasdrucks und vor dem Ablassen des Gasdruckes aus dem Formhohlraum (32) umfaßt.
Gasmanagementvorrichtung für Gasdrucks nach Anspruch 8, wobei das zweite Ventil Gasdruck aus dem Formhohlraum (32) ablassen kann.
Verfahren zum Umformen eines Werkstückes mit den Schritten: – Vorsehen einer Form mit ersten und zweiten Formteilen, die betrieben werden können, sich zwischen einer ersten offenen Position und einer zweiten abgedichteten Position zu bewegen, wobei dann, wenn sich die Form in der zweiten abgedichteten Position befindet, ein Formhohlraum durch die ersten und zweiten Formteile gebildet ist; – Legen des Werkstücks in die Form und Bewegen der Form in die zweite abgedichtete Position, wobei das Werkstück im Formhohlraum angeordnet ist; – Einsatz von Gasdruck zur Umformung des Werkstücks, wobei der Gasdruck auf mindestens eine Seite des Werkstücks im Formhohlraum zum Umformen des Werkstücks wirkt; – Managen des Gasdruckes, der zum Umformen eines Werkstückes gemäß eines vorherbestimmten Druckprofils verwendet wird, wobei das Druckprofil mindestens eine Druckreduktion während des Umformverfahrens umfasst; und – Ablassen des Gasdruckes, wobei die Gasdruckreduktion vor dem Ablassen des Gasdrucks erfolgt.
Verfahren zum Umformen eines Werkstücks nach Anspruch 11, wobei das Managen des Gasdruckes das Erhöhen des Gasdruckes so lange, bis der Gasdruck einen ersten Druck erreicht, und Reduzieren des Gasdrucks auf einen zweiten Druck, wobei der zweite Druck niedriger als der erste Druck ist, umfasst.
Verfahren zum Umformen eines Werkstücks nach Anspruch 12, wobei das Managen des Gasdruckes das Erhöhen des Gasdrucks auf einen dritten Druck umfaßt, wobei der dritte Druck größer als der zweite Druck ist.
Verfahren zum Umformen eines Werkstücks nach Anspruch 11, wobei das Managen des Gasdrucks, der zum Umformen des Werkstücks verwendet wird, das Steuern des Gasdrucks auf einer Seite des Werkstücks, um die Deformationsrate in mindestens einem Teil des Werkstückes zu steuern und nachfolgend die Reduktion des Gasdrucks auf einer Seite des Werkstücks, um die Deformationsrate an mindestens einem Teil des Werkstückes zu reduzieren, umfasst.
Verfahren zum Umformen eines Werkstücks nach Anspruch 11, wobei das Managen des Gasdrucks, der zum Umformen des Werkstücks verwendet wird: – Einbringen von Gas mit einem ersten Druck, bis das Werkstück eine vorherbestimme Position im Formhohlraum erreicht; – Reduzieren des Drucks vom ersten Druck auf einen zweiten Druck und danach – Erhöhen des Drucks vom zweiten Druck auf einen dritten Druck umfasst.
Verfahren zum Umformen eines Werkstücks nach Anspruch 11, wobei das Managen des Gasdruckes, der zum Umformen des Werkstückes verwendet wird, das Einbringen von Gas in einen Formhohlraum auf einer Seite des Werkstücks gemäß einem Druck/Zeitprofil umfasst, das multiple Variationen des Gasdrucks umfaßt.
Verfahren zum Umformen eines Werkstücks nach Anspruch 11, wobei das Managen des Gasdruckes, der zum Umformen des Werkstückes verwendet wird, Variieren des Gasdrucks im Formhohlraum auf einer Seite des Werkstücks, um die Deformationsrate des Werkstücks zu steuern, umfasst.
Verfahren zum Umformen eines Werkstücks nach Anspruch 11, wobei das Managen des Gasdrucks, der zum Umformen des Werkstücks eingesetzt wird, das Variieren des Gasdrucks innerhalb des Formhohlraums auf einer Seite des Werkstücks gemäß der Konfiguration der Formoberfläche der Form umfasst.
Verfahren zum Umformen eines Werkstücks nach Anspruch 11, wobei das Managen des Gasdruckes, der zum Umformen des Werkstückes verwendet wird, das Variieren des Drucks im Formhohlraum auf einer Seite des Werkstücks gemäß einer vorherbestimmten Druck/Zeitkurve, um die Deformationsrate des Werkstückes abhängig von der Konfiguration der Formoberfläche der Form zu steuern, umfasst.
Verfahren zum Umformen eines Werkstückes mit den Schritten: – Vorsehen einer Form mit ersten und zweiten Formteilen, die betrieben werden können, sich zwischen einer ersten offenen Position und einer zweiten abgedichteten Position zu bewegen, wobei dann, wenn die Form sich in der zweiten abgedichteten Position befindet ein Formhohlraum durch die ersten und zweiten Formteile gebildet wird und eines der beiden Formteile eine Formoberfläche besitzt, gegen welche das Werkstück zum Umformen des Werkstückes gepresst wird und das andere Formteil eine nicht formende Oberfläche besitzt; – Anordnen des Werkstücks in der Form und – Bewegen der Form in die zweite abgedichtete Position, in der das Werkstück im Formhohlraum zwischen der Formoberfläche und der nicht formenden Oberfläche positioniert ist; – Einsatz von Gasdruck zum Umformen des Werkstücks, wobei der Gasdruck im Formhohlraum auf das Werkstück wirkt, um das Werkstück umzuformen; – Managen des Gasdrucks, der zum Umformen des Werkstücks eingesetzt wird, eingeschlossen Druckanwendung auf eine Seite des Werkstücks, um das Werkstück von der Formoberfläche in Richtung der nicht formenden Oberfläche, bevor das Werkstück die nicht formenden Oberfläche erreicht, weg zudrücken und – Anwenden von Druck auf die entgegengesetzte Seite des Werkstückes, um das Werkstück in Richtung und ultimativ gegen die Formoberfläche der Form zu drücken, wobei das Anlegen von Druck auf das Werkstück, um das Werkstück in Richtung der Formoberfläche der Form zu drücken, das Variieren des Gasdruckes im Formhohlraum umfaßt, eingeschlossen mindestens eine Reduktion des Gasdruckes, um die Deformationsrate des Werkstücks zu steuern; und Ablassen des Gasdrucks.
Verfahren zum Umformen eines Werkstücks nach Anspruch 20, wobei das Managen des Gasdrucks, der zum Umformen des Werkstücks eingesetzt wird, das Variieren des Drucks in der Form gemäß einer vorherbestimmten Druck/Zeitkurve umfasst, um die Deformationsrate des Werkstücks abhängig von der Konfiguration der Formoberfläche der Form zu steuern.