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Verfahren und Vorrichtung zum Formen von bahn-oder plattenförmigen
Material Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen
von bahn- oder plattenförmigen Material, welches innerhalb eines begrenzten Temperaturbereiches
einen superplastischen Zustand annimmt bzw. aufweist.
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Es ist bekannt, daß innerhalb eines begrenzten Temperaturb bereiches
bestimmte Metallegierungen, wie z.t3. die eutektoiw dische Legierung von Aluminium
und Zink und die eutektische Legierung von Aluminium und Silicium, sich in eine«
Zustand befinden können, in dem sie besonders niedrige Verformungswiderstandswerte
und eine extrem hohe Plastizität im Vergleich mit anderen änlichen Legierungen mit
unterschliedlichen Verhältnissen der Elemente, oder im Vergleich zu derselben Legierung
in einem unterschiedlichen Zustand oder bei einer außerhalb des Bereiches liegenden
Temperatr haben. Diese Erscheinung
tritt unterhalb einer bestimmten
Verformungsgeschwindigkeit bei irgendeiner besondern Temperatur innerhalb des Temperaturbereiches
auf und ist als Superplastizität bekannt. Der Einfachheit halber werden Metallegierungen,
welche in der Lage sind, diese E-scheinung darzubieten, in der vorliegenden Anrr.eldung
als "superplastisch" bezeichnet.
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Das britische Patent N-. 1 120 007 beschreibt ein Verfahren zum Formen
superplastischer Legierungen, bei dem ein Rohlings aus superplastischem Metall in
superplastischen Zustand überführt und einer Flüssigkeitsdruckdifferenz ausgesetzt
wird, um diesen n+einer Formfläche entsprechende Gestalt zu pressen.
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Weiterhin können nach einem älteren Vorschlag Metallrohjinge du-ch
Verwendung einer heißen Flüssigkeit, beispielsweise eine~ Metallegierung mit niedrigem
Schmelzpunkt verformt werden, die zunächst den Rohling erhitzt, um ihn für ein Verformen
genügend nachgiebig zu machen, und dann unter Druck gesetzt wird, um durch Anlegen
einer Druckdifferenz an den Fohling den eizentlichen Verformvorgang herbeizuführen.
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Die Vorrichtung für eine Durchführung des Verfahrens erscheint jedoch
notwendigerweise ziemlich kompliziert und kostspielig, da sie in der Lage sein muß,
eine unter Druck stehende, geschmolzene Legierung rnit niedrige. Schmelzpunkt od.
dg. sicher aufzunehmen, und für eine Verwendung im Rahmen von Fertigungsstraßen
etc +eine
insbesondere hinsichtlich des Einsetzens und Entfernens
der Rohlinge und einer schnellen Abkühlung eines jeden Rohlings nach seiner Formung
nicht besonders geeignet.
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aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Formen superplastischen bahn- oder plattenförmigen Materials zu schaffen, die besonders
für Fertigungsstraßen bzw. Serien-oder Taktfertigungen geeignet sind.
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Erfindungsgernäß ist das Verfahren zum Formen von superplastischer
bahn- oder plattenförmigen Material dadurch gekennzeichnet, daß die erhitzte Flüssigkeit
zum Erwärmen des Materials auf eine Verformungstemperatur in Berührung mit einer
Fläche des Materials gebracht und dann zur Erzeugung eines partiellen Vakuums an
dieser Materialfläche und Ansaugen des Materials geger ei Werkzeug durch das Vakuum
abgezogen wird.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt ein oben offenes
Gehäuse, auf dessen offener. Ende ein Rohling aus superplastisehem at¢-ial anbringbar
ist, einen mit dem Gehäuse verbundenen, ein zumindest bei Verformungstemperatur
flüssiges Formmedium enthaltenden Vorratsbehälter und eine Einrichtung zum Verdrängen
von Forrnmedium aus dem Vorratsbehälter in das Gehäuse und ist dadurch gekennzeichnet,
daß ein Formwerkzeug innerhalb des Gehäuses angebracht und der Vrrratsbehälter in
einer Ebene unterhalb des Gehäuses angeordnet is, so daß flüssiges Formedium unter
Schwewkt aus dem Gehäuse in den
Vorratsbehälter zurückfließen kann.
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Um ein schnelles Erhitzen des Werkatückes zu ermöglichen, besteht
die Flüssigkeit vorzugsweise aus geschmolzenem Metall, beispielsweise einer Metallegierung
mit niedrigem Schmel-zpunkt.
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Es isc auch möglich, geeignete hitzebeständige ble oder geeignete;geschmolzene
Salze zu verwenden.
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Der Abzug von Flüssigkeit sollte naturgemäß so gesteuert werden, daß
die kritische Verformungsgesciindigkeit während des Formvorganges nicht überschritten
wird. Zweckmäßigerweise wird die FlUssigkeit aus dem Gehäuse durch Abfließen unter
Schwerkraft abgezogen.
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In manchen Fällen kann zur Erzeugung einer höheren Druckdit'fetenz
an dem Rohling diesen an seiner, der Flüssigkeit abgewandten Fläche Gas unter Druck
zugeführt werden. Als Gas wirü zweckmäßigerweise Luft verwendet.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung. arbeitet mit hoher Sicherheit,
da die zum Erhitzen des Rohlings verwendete heiße Flüssigkeit während des eigentlichen
Formvorgangs einen unter Normaldruck liegenden Druck aufweist und daher die Gefahr
eines Entweichens heißer Flüssigkeit infolge eines Fehler in der Vorrichtung oder
Spwingens des Rohlings stark verringert ist. Außerdem kann eine~ derartigen Vorrichtung
auch für das Gehäuse ein nach oben ungehinderter freier Zugang gegeben werden, wodurch
die Anordung
von Vorrichtungen zum automatischen AuSsetzen, abziehen
und Entterpen von Rohlingen und- ebenso die Anordnung eines Luftgebläses zum Abkühlen
des Rohlings nach dessen Verformen erleichtert wird.
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Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist nachstehend
in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben, die in einer schematischen Schnittdarstellung
einen Aufriß einer Vorrichtung zum Formen superplastischen Materials veranschaulicht
Die Vorrichtung weist ein oben offenes Gehäuse 11 mit einem darin angebrachten Formwerkzeug
12 auf. Das Gehäuse 11 ist durch eine Rohrleitung 13 mit einem Vorratsbehälter 14
verbunden, der eine Legierung 15 mit niedrigem Schmelzpunkt enthält.
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Der Vorratsbehälter 14 ist durch eine Rohrleitung 16 über ein Druckregulierventil
17 mit einer Druckluft zuführung oder -quelle 18 und außerdem mit einem Druckminderungsvntili9
zu verbunden.
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Das Gehäuse 11 ist am oberen Ende an eine Überlaufeinrichtung angeschlossen,
die eine mit einem Ventil 21 versehene Rohrleitung 20 aufweist. Diese ist i3be-
eine Rohrleitung 22 mit einem an ihrem oberen Ende befindlichen Ausgleichsbehälter
23 und über 'ein Ventil 24 mit dem Vorratsbehälter 14 verbunden.
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Das Gehause 11 ist mit Klemrngliedern ode. Haltern 25 versehen, die
einen Rohling 26 am offenen oben Ende des Gehäuses 11 festklemmen.
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Eine Druckhaube 27, die übe eine Rohrleitung 28 an eine (nicht dargestellte)
Druckluftquelle angeschlossen ist, ist über dem oben offenen Gehäuse 11 vertikal
beweglich angebracht.
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Das Gehäuse 11, die Rohrleitungen 13,20 und 22 und der Behälter 14
sind mit elektrischen Widerstands-Heizwicklungen 29 versehen, die von Thermoelementen
gesteuert werden, welche von hitzebeständigen Schutzhüllen 30 umgeben und an entsprechende
(nicht dargestellte) WärmesteuervorriPhtungen angeschlosscn sind.
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Im Betrieb werden die Heizwicklungen so erregt, daß sie die Temperatur
der Legierung 15 auf eine Temperatur innerhalb jenes Bereiches erhöhen, in dem das
Material des zu formenden Rohlings seinen superplastischen Zustand annimmt.
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Dann wird ein Rohling 26 oben aur dem offenen Gehause 11 angebracht
und durch die Klemmglieder 25 festgeklemmt. Der Rohling kann z.B. aus einer Platte
der eutektiodischen Legierung von Zink und Aluminium bestehen, die zur Induzierung
des erforderlichen superplastischen Zustandes durch Abühlrn' in Wasser von einer
Temperatur von 325 bis 350°C auf Raumtemperatur präpariert worden ist.
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as Ventil 19 wird nun gesçhlosson, das Ventil 21 geöffnet und das
Ventil 24 abgesperrt. Über das Druckregulierventil 17 und die Rohrleitung 16 wird
Druckluft von der Anschlußstelle 18 in
den Vorratsbehlter 14 eingelassen
und dadurch geschmolzene Legierung 15 aus dem Vorratsbehälter 14 in das Gehäuse
11 übe."-führt.
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Bei Eintritt der Legiert 15 in das Gehäuse 11 wird vorhandene Luft
durch die Rohrleitung 20 und den Ausgleichsbehälter 23 aus dem GehMuse-1l verdrängt,
bis die Legie~ung 15 das Gehäuse 11 vollkommen ausfüllt, in Berührung mit dem Rohling
26 gelangt und diesen erhitzt und beginnt, in den Ausgleichsbehälter 23 zu entweichen.
Das Ventil 21 wird dann zum Abdichten des Gehauses 11 geschlossen und das Ventil
24 geöffnet, um den Rücklauf der Legierung aus dem Ausgleichsbehälter 23, in den
Vorratsbehälttr 14 zu ermöglichen.
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Nach erfolgtem Erhitzen des Rohlings 26 durch die Legierung 15 in
den superpiastischen Temperaturbereich wird die Druckluft zuführung zur Anschlußstelle
18 unterbrochen und das Ventil 19 für ein Entweichen von Luft aus dem Vorratsbehälter
14 geöffnet. Bei Absinken des Druckes im Vorratsbehälter 14 fließt die geschmolzene
Legierung 15 aus dem Gehäuse 11 in den Vo--atsbehälter 14 zurück und erzeugt dadurch
ein partielles Vakuum an der Unterseite des Rohlings 26 und Vakuumformen des Rohlings
an der Formfläche des Werkzeuges 12.
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Während der Erzeugung des partiellen vakuums an der Unterseite des
Rohlings 26 icann gewünchtenfalls zusätzlich die Druckhaube 27 in Betriebsstellung
über dem. Rohling 26 herabgelassen und
Druckluft durch die Rohrleitung
28 zugeführt werden, um eine höhere Druckdifferenz an den Rohling 26 zu erzeugen
und dessen Verformen zu unterstützen.
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Es versteht sich', daß die an dnm Rohling erzeugte Druckdifferenz
so zu steuern ist, da die kritische Verformungsgeschwindigkeit des den Rohling bildenden
Materials während des Formvorganges nicht ilberschritten wird.
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Nach erfolgtem Verformen wird das Ventil 21 geöffnet, um Luft in das
Gehäuse 11 einzulassen und dadurch ein Ausbalancieren des Spiegels der geschmolzenen
Legierung in der Anlage zu ermöglichten. Ferner wird gegebenenfalls die Luftzufuhr
zur Druckhaube 27 unterbrochen und diese hochgefahren. Die Rlernmglieder 25 werden
danach gelöst und der geformte Rohling aus dem Werkzeug 12 entfernt.