DE1602294A1 - Verfahren zum Kaltumformen von Werkstuecken aus eine hexagonale Kristallstruktur aufweisenden Metallen - Google Patents

Description

Kabel- und Metallwerke
Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

3 088 27.I0.1967

Verfahren zum Kaltumformen von Werkstücken aus eine hexagonale Kristallstruktur aufweisenden Metallen

Die Erfindung bezieht sich aif ein Verfahren zum Kaltumformen, insbesondere Kaltfließpressen von Werkstücken aus Metallen, die eine hexagonale Kristallstruktur aufweisen, insbesondere von Werkstücken aus Titan.

Bekanntlich besitzen Metalle mit einer hexagonalen Kristallstruktur beim Raumtemperatur meist nur ein.geringes plastisches Formänderungsvermögen und eine starke Kaltverfestigung, weshalb derartige Metalle meist nur warm umgeformt werden, was in vielen. Fällen dazu führt, daß die so hergestellten Teile teils wegen mangelnder Maßgenauigkeit, teils wegen schlechter Oberflächenbeschaffenheit einer spanabhebenden Nachbearbeitung unterzogen werden müssen. Eine Nachbehandlung der durch Warmumformung hergestellten Teile kann auch dann unumgänglich sein, wenn sich durch die Erwärmung der Teile die physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise die Festigkeit, in unerwünschter Weise verändert haben.

Man hat daher versucht - analog zur Kaltumformung von beispielsweise aus Stahl bestehenden Werkstücken -, $uch Metalle hexagonaler Kristall· struktur kalt umzuformen Hierbei zeigte es sich, daß die Möglichkeiten zur Gleitebenenbildung im hexagonalen Kristallaufbau gegenüber dem kubischen oder tetragonalen Kristallaufbau erheblich eingeschränkt sind, ireshalb hohe Umformdrucke notwendig sind. Biese hohen Umformdrucke führen jedoch während des Umformprozesses zu einer Verschweißung des Werkstückes mit dem Werkzeug, die auch durch Verwendung besonderer Stähle el für die Werkzeuge nicht ganz beseitigt

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werden konnte, so daß eiammal ein hoher Werkzeugverschleiß auftritt die Werkzeuge sind meist nach zwei bis drei Pressungen nicht mehr maßhaltig - und zum anderen die kalt verformten Teile nach wie vor einer Nachbehandlung unterzogen werden müssen· Da auch Versuche mit verschiedenartigsten Schmiermitteln nicht zum gewünschten Erfolg geführt haben, ist das Kaltumformen von Werkstücken aus Metallen, die eine hwexagonale Kristalltruktur aufweisen, bisher nicht über das VersuchsStadium hinausgekommen.

Durch die Erfindung werden nun diese Schwierigkeiten beseitigt und zwar dadurch, daß erfindungsgemäß das Werkstück zuerst mit einer Umhüllung aus eineam plastische«, gut umformbaren Material versehen und danach das Werkstück mit der Umhüllung umgeformt wird. Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren ist nunmehr ein technologisch gangbarer Weg zur Kaltumformung von Werkstücken aus Metallen hexagonaler Kristallstruktur aufgezeigt, der sich insbesondere auch für das Kaltfließpressen von Werkstücken in ausgezeichneter Weise eignet.

Als Umhüllungsmaterial kann jedes plastisch gut verformbare Material, wie Metall oder Kunststoff verwendet werden. Als besonders vorteilhaft haben sich Metalle mit einer kiibisch flächenzentrierten Kristallstruktur erwiesen· Diese können nämlich im Gegensatz zu anderen Metallen oder Kunststoffen auch bei komplizierten Werkstückformen, die Hint er schnei dung en oder ähnliches aufweisen, angewandt w werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Umhüllung in den Hauptumformzonen aufreißt und dadurch dia Oberfläche des metallischen Werkstückes deformiert oder beschädigt wird. Sei einfach aufgebauten Werkstückeforman wird man dagegen aus Kostengründen am zweckmäßigsten einen Kunststoff mit hoher Druck- und Zugbelastbarkeit verwenden, beispielsweise Polymethacrylsäuereester, Polyamids, Phenolformaldehydharze öder Polytetrafluoräthylan.

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Das Aufbringen, der Umhüllung kann je nach verwendetem Umhüllungsmaterial und/oder Werkstückform auf verschiedene Weise vorgenommen werden. So wird man bei einer aus Kunststoff bestehenden Umhüllung diese im Tauch- oder Sprühverfahren aufbringen« Bei einer Metallumhüllung wird dagegen bei einfacheren Werkstückformen das Werkstück am zweckmäßigsten mit dem Umhüllmaterial bewickelt. Es ±3t jedoch auch möglich, die Werkstücke in ein den Werkstückabmessungen entsprechendes MetaÜgefäß einzusetzen - beispielsweise würde bei einer Ronde das Metallgefäß ein einseitig geschlossenes, zylindrisches Gefäß mit einer Höhe entsprechend der Rondenhöhe sein -, auf das dann nach dem Einbringen des Gefaäßes in die Umforarvorrichtung ein Deckel lose aufgelegt wird, so daß während des Umformvorganges das gesamte Werkstück von dem plastisch ugt verformbaren Material umhüllt ist. Beim komplizierten Werkstückformen empfiehlt es sich gdagegen, die Umhüllung des Werkstückes auf elektrolytischem Wege vorzunehmen, da in diesen Fällen ein Umwickeln oder Einsetzen des Werkstückes in ein Gefäß nicht oder nur unter erheblichen Kosten zum Ziel führen würde»

Die Wandstärke der Metallumhüllung sollte nicht unter o,o5 mm gewählt werden, da sonst die Gefahr besteht, daß insbesondere in den Hauptumformzonen die Umhüllung aufreißen und dann eine Beschädigung der Werkstückoberfläche auftreten kann. Die maxiaimale Wandstärke kann an sich beliebig gewählt werden, da eine "Verffahrensverschlechterung nicht oder nur in gerimgem Umfange - der Wirkungsgrad verändert sich etwas zu ungünstigenen Werten - auftritt} dagegen wachsen die Kosten für die Umhüllung entsprechend an, so daß man eine Wandstärke von 2 mm nicht Überschreifeten sollte. Als vorteilhaft sich eine Wandstärke von ungefähr o,2mm erwiesen; mit dieser Wandstärke lassen sich sehr gute Ergebnisse bei relativ geringem Aufwand erzielen. Es istin diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen» daß sich die genannten Werte auf die Umhüllung vor dem Umformprozeß beziehen.

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Bei Kunststoffumhüllungen hängt die Wahl der Wandstärke zudem von dem für die Umhüllung verwendeten Kunststoffmaterial ab.

Wie bereits erwähnt, haben sich Metalle mit einer kubisch·« flächenzentrierten. Kristallstruktur als besonders gut geeignet für die Umhüllung des zu verformenden Werkstückes erwiesen; Aluminium, Blei, Zinn, Nickel, Silber, Kupfer, Iridium etc. sind also gleichermaßen für · die Umhüllung verwendbar. Die Wahl eines dieser Werkstücke in reiner Form oder auch in Form einer Legierung - wijird im allgemeinen! unter Berücksichtigung seines Formänderungsvermögens und unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Gesichtspunkt vorgenommen werden. Aus diesem Grunde wird mit Vorteil für die Umhüllung Kupfer verwendet, einmal, weil dieser Werkstoff relativ billig ist und ein hohes Formänderungsvermögen besitzt, zum anderen, weil das Aufbringen einer solchen Kupferumhüllung, insbesondere auf elektrolytischem Wege, in einfacher und billiger Weise möglich ist. Darüber hinaus läßt sich eine| solche Kupferumhüllung nach Fertigustellung des Werkstückes besonders einfach beispielsweise in einem Ätzbad wieder entfernen, ohne daß das Werkstück - aus Magnesium, Titan, Beryllium etc. - durch das Ätzbad angegriffen wird«

Schließlich bietet eine Kupferumhüllung des weiteren den Vorteil,daß sie bei den Werkstücken, die nach der ersten Kaltumformung zur Beder Kaltver"festigung des Materials einer Wärmebehandlung unter»gen werden, während der Wärmebehandlung einen Schutz gegen die Aufnahme von das Werkstücesk versprödenden Gasen darstellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich schließlich auch in hervorragender Weise zur Herstellung von Werkstücken insbesondere mit einer»*« metallischen Umhüllung, da durch die auftretenden Umformkärfte, insbesondere bei großen Formänderungsverhältnissen und größeren| Umformwegen während des Umformprizesses eine Verschweißung von Umhüllung uM Werkstück an ihrer gemeinsamen Berührungsfläche auftritt.

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In diesen Fällen wird man die Wahl des Umhullwerkstoffes nicht nur unter der Berücksichtigung seines Formänderungsverüögens sondern auch unter der seiner für die Lösung dieses Problems - beispielsweise wird eine bestimmte Kombination mechanischer und/oder chemischer Eigenschaften gefordert, die sich durch das aus den zwei Schichten bestehende Werkstück realisieren lassen - notwendigen Eigenschaften vornehmen.

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Claims (1)

1. Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

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   Patentansprüche

   Verfahren zum Kaltumformen, insbesondere Kaltfließpressen, von Werkstücken aus Metallen, die eine hexxagonale Kristallstruktur aufweisen, insbesondere aus Titan, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück zuerst mit einer Umhüllung aus einem plastisch gut umformbaren Material versehen und danach das Werkstück mit der Umhüllun g vefformt wird.

   2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Umhüllungsmaterial ein Metall mit einer kubisch flächenzentrierten Kristallstruktur verwendet wird.

   3ο Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Umhüllungsmaterial Kupfer verwendet wird.

   Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß * als

   Umhüllungsmaterial ein Kunststoff hoher Druck- und Zugbelastbarkeit verwendet wird·

   5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3t dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung durch Bewickeln des Werkstückes mit dem Umhüllmaterial aufgebracht wird.

   6· Verfahren nach Anspruch 2 oder 3i dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung auf elektrolytischem Wege vorgenomemen ab*.wird.

   7· Verfahren nach einem der Ansprüche 2,3,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß öle Wandstärke der Umhüllung vor dem Umformprozeß ungefähr o,2 mm beträgt·

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