DE1752690A1

DE1752690A1 - Verfahren zum Kaltaufweiten von metallischen Hohlzylindern durch Explosivstoffe

Info

Publication number: DE1752690A1
Application number: DE19681752690
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dipl-Ing Schwarz
Original assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Current assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Priority date: 1968-05-17
Filing date: 1968-07-03
Publication date: 1971-05-19
Also published as: FR1573751A; CH487682A; BE719122A; SE347445B; GB1244882A

Description

12.6.1963

Gebr. Böhler & Co. Aktiengesellschaft in Wien

Verfahren zum Kaltaufweiten von metallischen Hohlzylindern durch Explosivstoffe

Verfahren zum Kaltverformen von metallischen Werkstücken mittels Explosionsdruck haben sich in den letzten Jahren immer stärker durchgesetzt. Bei diesen Umformungen werden grundsätzlich zwei Verfahren unterschieden, welche im Schrifttum ale "Standoff Operations" und "Contact Operations" bezeichnet werden. Bei den"Standoff Operations" wird ein Übetragungsmedium für die entstehenden Druckwellen verwendet, wobei grundsätz- % lieh alle Flüssigkeiten in Frage kommen, im besonderen jedoch, und dies schon aus wirtschaftlichen Gründen, in den meisten Fällen Wasser herangezogen wird. Eine leihe von Veröffentlichungen beschäftigt sich mit der Umformung von Blechen, wobei diese in einem Tiefziehvorgang in Gesenke oder Formen eingedrückt werden. Das Aufweiten oder Eindrücken von zylindrischen Körpern wird in der Literatur ebenfalls erwähnt, jedoch handelt es sich mit wenigen Ausnahmen um dünnwandige Rohre. Es wird hierbei bei der Aufweitung immer von einer zentral angeordneten Ladung berichtet. Das Ende der Aufweitung wird durch vorgegebene Gesenke festgelegt.

Auch das Aufweiten von Kappenringen mittels Explosionsdruck wurde bereits durchgeführt. Auch in diesem Fall wird der Explosionsstoff im Zentrum des Ringes angeordnet. Als Energieüberträger wird Wasser verwendet. Es werden in diesem Fall keine Gesenke verwendet, um das Ende der Aufv/eitung festzulegen. Dooh wird bei dieser vorbekannten Anordnung der Ring ballig, so daß ein nachfolgender Richtprozeß oder eine erhebliche Zerspanungszugabe vorgesehen werden muß.

Es ist auch bereits ein Verfahren bekannt, bei welchem ein rotationssymmetrischer Ladungsträgerkörper verwendet wird, an dessen Oberfläche die Ladung so angebracht ist, daß die Ladungsmenge in longitudinaler Richtung stetig variiert, wobei die

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Ledungsoberfläche angenähert die Form eines Rotation^hyperboloid annimmt. Der Zwe*k dieser Anordnung soll ein Auegleich dee Explosionsdruckes sein, wodurch eine etwaige Ausbuchtung . des zu verformenden Hohzylinders etwa, in halber Höhe vermieden werden soll. Es hat sich aber gezeigt, daß durch diese Maßnahme gerade das Gegenteil von dem erreicht wird, was sie bezweckt, da nach heute allgemein anerkannten Erkenntnissen bei gekrümmten Ladungen Stoßwellenkonzentrationen an der konkaven Seite der Ladung entstehen. Im Extremfall kommt es hierbei zum bekannten Hohlladungseffekt. Hierdurch wird der Hohlzylinder noch ungleichmäßiger verformt, als dies z. B. bei Anwendung einer einfachen Stabladung der Fall wäre.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung zum Kaltaufweiten von metallischen Hohzylindern, welche die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden gestattet. Der Aufweitungsvorgang findet unter Verwendung von Wasser als Energieiiberträger statt und geht folgendermaßen vor sich:

Der aufzuweitende Hohlzylinder steht auf einer Auflageplatte oder einem Amboß. In den Hohlzylinder ist ein vorzugsweise rotationssymmetrischer Einlegekörper, im' folgenden "Ladungsträgerkörper" genannt, eingebracht, an dessen Oberfläche sich der Sprengstoff in ringförmiger Anordnung befindet. "Hingförmig¹¹ bedeutet in diesem Zusammenhang vorzugsweise "kreisringförmig^N, da die konvexe Krümmung einer solchen Ladung zu einem Effekt führt, der dem unerwünschten Hohlladungseffekt entgegengesetzt ist. Ebenso vorteilhaft sind Hinge mit ovalem Querschnitt für den Zweck der Erfindung verwendbar, doch liegen auch Ringe mit anderem, etwa reohteokigem, Querschnitt im Rahmen der Erfindung, sofern die Grenzfläche der Ladung gegenüber dem energieübertragenden Medium nioht konkav ist·

In einer bevorzugten Ausführungsform ist in die Oberfläche des besagten Ladungsträgerkörpers mindestens eine Ausnehmung eingedreht, in welche der Sprengstoff eingelegt wird. Als Material für den Ladungsträgerkörper kommt vorzugsweise Metall, insbesondere Stahl, in Frage. Der Aufweitevorgang kann so von statten gehen, daß die ganze beschriebene Anordnung in Wasser

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getaucht wird, wo die Sprengung stattfindet; es kann sich aber auch zwischen dem Ladungsträgerkörper und dem Hohlzylinder eine Wasserfüllung befinden. Die Sprengung erfolgt somit im Wasser zwischen zwei Metallkörpern, nämlich dem ladungsträgerkörper "* und dem aufzuweitenden Hohlzylinder, wobei der Ladungsträgerkörper die Funktion eines Reflektors ausübt und gestattet, die ■ Wirkung der Sprengung örtlich genauer festzulegen, als dies bei Verwendung einer geformten zentralen Sprengladung allein möglich wäre. Dieser Einlegekörper übt bei der Sprengung drei Funktionen aus:

1. Die in vertikaler Richtung wirksam werdenden Komponenten der Detonation werden durch die Gestaltfestigkeit des Einlegekörpers aufgenommen. Hierdurch wird ein unerwünschter Streueffekt weitgehend abgefangen.

2, Die in Richtung auf das Zentrum gerichtete.Komponente der Detonation wird durch den Einlegekörper zum größten Teil reflektiert und ebenfalle zur gewünschten Arbeitsleistung herangezogen. Durch dieee verbesserte Ausnutzung der bei der Detonation freiwerdenden Energie ist ftir dieselbe Aufweitung nur etwa die halbe Menge an Energieträger notwendig als bei den herkömmlichen Verfahren benötigt wird.

Durch die beschriebene Anordnung des Sprengstoffes ist es möglich, den Hohlzylinder so aufzuweiten, daß nach der Aufweitung wieder ein Hohlzylinder mit nur so kleinen Abweichungen von der gewünschten Form entsteht, daß dieee in die Zerspanungszugabe fällt.

Bei der Durchführung der Aufweitung 1st es zweckmäßig, über der Sprengladung als Abdämmung eine eo tiefe Wasserschicht vorzusehen, daß die Detonation abgeschlossen let, bevor der durch die Detonation im Wasser entstandene Hohlraum sich gegen die Wasseroberfläche öffnet. Durch Versuche konnte festgestellt werden, daß die Wasserverdämmung dann zu genügender Wirkung kommt, wenn der Abstand des Wasserspiegels von der horizontalen Symmetrieebene der ringförmigen Ladung den doppelten Ladungsdurchmesser beträgt. Mit Ladungsdurchmesser ist nicht die lichte Weite der ringförmigen Ladung, sondern der mittlere Durchmesser einer der beiden Schnittflächen des Ringes mit einer seiner vertikalen Symmetrieebenen gemeint.

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Um bei der Aufweitung höherer Hohlzylinder eine allfällige Ausbauchung in der Mitte zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Aufweitung zweistufig durchzuführen, wobei in der ersten Stufe ein Holice ge Is tumpf entsteht. Hierbei wird eine ringförmige Sprengladung in der Nähe der Auflagefläche abdetoniert., wobei sie nicht höher als etwa in einem Viertel der Höhe des aufzuweitenden Hohlzylinders angebracht sein sollte. Bezugsebene 1st hierbei die horizontale Symmetrieebene der Sprengstoffladung· Der Hohlkegelstumpf entsteht in der Weise, daß der Hohlzylinder an der Basis aufgeweitet wird. In der nächsten Stufe wird der so erzeugte Hohlkegelstumpf auf den Kopf gestellt, so daß nunmehr die kleine Fläche zur Basisfläche wird. Wiederholt man nun den Aufweitevorgang in der oben beschriebenen Weise, so entsteht aus dem Hohlkegelstumpf wiederum ein Hohlzylinder.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Anordnung zur Explosionsverformung von metallischen Hohlzylindern mit Hilfe von im Inneren der Hohlzylinder angebrachten Sprengstoffladungen unter Verwendung von Wasser als Energie-Überträger, und die Erfindung besteht darin, daß an der Oberfläche eines vorzugsweise rotationssymmetrischen Ladungsträgerkörpers der Sprengstoff ringförmig angeordnet ist. Dieser Ladungsträgerkörper samt Ladung wird in den inneren Raum des Hohlzylinders eingebracht und zwischen ihm und dem umhüllenden Hohlzylinder zur Detonation gebracht. Dieses Verfahren ist besonders gut für die Aufweitung von Kappenringen geeignet.

Di· Gestaltung der Schockwelle und ihre Wirkung auf den aufzuweitenden Hohlzylinder kann selbstverständlich noch auf mannigfache Welse variiert werden, etwa durch Wahl der geeigneten Breite und Tief« der Ausnehmung Im Ladungsträgerkörper oder durch die Form des Ladungsträgers. Ss 1st auch möglich» mindestens eine der Ausnehmungen so zu gestalten, daß ihre Breite und/oder Tiefe über den Umfang des Ladungsträgerkörpere stetig oder unstetig variiert und im Orenzfall Unterbrechungen aufweist· Falls relativ groß· Ladungen auf relativ kleinen

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Ladungsträgerkörpern angebracht werden, ist es zweckmäßig, eine direkte Berührung zwischen der Ladung und dem Ladungsträgerkörper,beispielsweise durch das Einlegen von Blechwinkeln, zu verhindern, da sonst durch die sogenannte "Contact Operation" die Gefahr der Zerstörung des Ladungsträgerkörpers besteht.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat in der Praxis zu einer großen Präzisierung und Vereinfachung z. B. bei der Kaltaufweitung von Kappenringen und zu erheblichen Einsparungen von Sprengstoff geführ*.

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Claims

Patentansprüche

(j .) Verfahren zur Explosionsve rf ormung von metallischen Hohlzylindern, insbesondere zur Kaltaufweitung von Kappenringen mittels Explosionsdruck mit Hilfe von im Inneren deir Hohlzylinder angebrachten Sprengstoffladungen unter Verwendung eines vorzugsweise rotationssymmetrisch gestalteten ladungsträgerkörpers und Wasser als Energieträger, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengstoff an der Oberfläche des Ladungsträgerkörpers ringförmig angeordnet wird, wonach der Ladungsträgerkörper mitsamt dem Sprengstoffring in den inneren Raum des Hohlzylinders eingebracht und der Sprengstoff zwischen ihm und dem umhüllenden Hohlzylinder zur Detonation gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die direkte Berührung zwischen der Ladung und dem Ladungsträgerkörper, beispielsweise durch das Einlegen von BIechwinkeln, verhindert wird.
3. Verfahren naoh den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß über der Sprengladung als Abdämmung eine so tiefe Wasserschicht vorgesehen wird, daß der Abstand des Wasserspiegels von der horizontalen Symmetrieebene der ringförmigen Laduung den doppelten Ladungsdurchmesser beträgt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Eine ringförmige Sprengladung wird in der Nähe dar Auflagefläche in einer Maximalhöhe, welche ein Viertel der Höhe des aufzuweitenden Hohlzylinders beträgt, abdetoniert.

b) Der naoh Durchführung des Schrittes a) entstandene Hohlkegelstumpf wird auf den Kopf gestellt, so daß die nunmehr kleinere Fläche zur Auflagefläche wird, und der in a) beschriebene Vorgang wird wiederholt.
5. Ladun/isträgerkörper zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-4» gekennzeichnet durch einen glatten,

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vorzugsweise rotationssyiametrischeh Metallkörper, an dessen Oberfläche sich der Sprengstoff in ringförmiger Anordnung befindet. -
6. Ladungsträgerkörper zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 - 4_f gekennzeichnet durch einen vorzugsweise rotationssymmetrischen Metallkörper, in dessen Oberfläche sich mindestens eine Ausnehmung für die Aufnahme des Sprengstoffes befindet.
7. Ladungsträgerkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer seiner am Umfang befindlichen Ausnehmungen in ihrer Breite und/oder !Tiefe stetig oder unstetig variiert wird und im Grenzfall Unterbrechungen aufweist.

Gebr.Böhler & Co Aktiengesellschaft Patentbüro.

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