DE2047455A1

DE2047455A1 - Sheet metal forming - by fluid jets

Info

Publication number: DE2047455A1
Application number: DE19702047455
Authority: DE
Inventors: der Anmelder B21j 7-14 ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-09-26
Filing date: 1970-09-26
Publication date: 1972-03-30
Also published as: LU62312A1

Abstract

The high speed fluid jets consisting pref. of water split up into droplets and then collide with the workpiece surface, which is moulded over a core. Pref. more than one jet is directed against a given workpiece and the nozzle design ensures breaking up of the jet into droplets. The method requires inexpensive tooling. Suitable for soft sheets of metal or plastics.

Description

Umforraverfahren durch zerstäubte flüssige Medien Wasser als flüssiges Medium ist geeignet, auch mechanische Auswirkungen auf Metalloberflächen, z.B. Blechoberflächen, zu zeigen, wenn die für beide auftretende Relativgeschwindigkeit groß ist. Forming process through atomized liquid media Water as liquid Medium is suitable, also mechanical effects on metal surfaces, e.g. sheet metal surfaces, to show when the relative speed occurring for both is high.

Auf Oberflächen auftreffendes Wasser hoher Geschwindigkeit bewirkt Flüssigkeitsschlag. Die negativen Folgen von Flüssigkeitsschlag sind durch eine Zerstörung von Werkstückoberflächen bekannt. Als Beispiel sei erwähnt die mit Gewichtsverlust auftretende Zerstörung von Einlaufkanten bei Peltonturbinen-Rädern sowie der Werkstückverlust durch Zerstörung bei Regenerosion an Flügelkanten von Flugaggregaten; r Flugzeuge, welche mit hoher Geschwindigkeit, z.B. im überschallgeschwindigkeitsbereich, Regengebiete durchfliegen. Wasser, als Flüssigkeit auf Oberflächen geschlagen, bewirkt auch nützliche Auswirkungen. So ist bekannt die Möglichkeit, durch Wasserstrahlen hoher Geschwindigkeiten vielfältige Säuberungen durchzuführen, z.B.von Blechen, deren Bitumenbeschichtung abgetragen werden soll, oder von Rohrleitungen, welche durch den Betrieb im Querschnitt zugesetzt sind und von Ansätzen im Inneren durch Wasserstrahlen gereinigt werden.Water hitting surfaces causes high velocity Liquid hammer. The negative consequences of fluid hammer are due to a Known destruction of workpiece surfaces. One example is weight loss Occurring destruction of inlet edges on Pelton turbine wheels as well as workpiece loss by destruction during rain erosion on the wing edges of flight units; r planes, those with high speed, e.g. in the supersonic speed range, rainy areas fly through. Water, when struck as a liquid on surfaces, also has beneficial effects Effects. For example, the possibility of high-speed water jets is known Carry out a variety of cleaning tasks, e.g. from metal sheets, their bitumen coating is to be removed, or from pipelines, which by the operation in the cross-section are added and are cleaned of deposits inside by jets of water.

Unbekannt ist bisher die Verwendung des Flüssigkeitsschlages in der Umforrntechnik. Es wird z.B. Wasser in der Umformhydraulik verwendet, um eine mechanische Bewegung eines Stempels zu bewirken, der Bleche umformt.So far, the use of the liquid hammer in the is unknown Forming technology. For example, water is used in forming hydraulics to create a mechanical To cause movement of a punch that reshapes sheet metal.

Das im folgenden beschriebene Verfahren beschränkt sich im wesentlicilen auf die Blechumformung. Besonders bei komplizierten Teilen, welche teuere Werkzeuge ie Gesenke und PrEge- und Umformstempel erfordern, ist oft in Gebrauch die Erzeugung einer Negativform aus billigem Material, das leicht bearbeitbar ist. Im Vordergrund steht z.B. Holz mit und ohne Eisenbewehrungen oder Kunststoffe, gelegentlich auch keramische Materialien.The method described below is essentially limited on sheet metal forming. Especially with complicated ones Share which expensive tools ie dies and stamping and forming punches are often in use the creation of a negative mold from cheap material that is easy to machine. For example, wood with and without iron reinforcement or plastics is in the foreground, occasionally also ceramic materials.

Blech kann in dieser Art in derartige Formen oder an diese herangepreßt werden und nimmt die Profilierung der Oberfläche der formenden Matrize an, ohne daß teuere Werkzeuge als Gesex,k mit Gesenkplatte und Drucksteu#pel Verwendung finden müssen.Sheet metal can in this way be pressed into such forms or against them and assumes the profile of the surface of the forming die without that expensive tools are used as Gesex, k with die plate and pressure control have to.

Darin werden Drücke einseitig auf das Blech gegeben, wozu Verfahren entwickelt wurden, in denen z.B. flüssiger Stickstoff zur Vergasung gebracht wird und über einen Druckraum auf die Blechoberfläche drückt, wobei sich das Blech an die Form anlegt und in die geeignete geometrische Form umgeformt wird. In ähnlicher Art und Weise erfolgt die Explosivumformung, wobei die Druckaufgabe durch meistens für umzuformendes Blech, ebenfalls blech- oder folienähnliche Detonationsstoffe erfolgt.In it, pressures are given on one side of the sheet metal, for which process in which e.g. liquid nitrogen is gasified and presses on the sheet metal surface via a pressure chamber, the sheet metal being pressed against it the shape is created and reshaped into the appropriate geometric shape. In a similar way This is how the explosive forming takes place, whereby the printing task is mostly carried out by for sheet metal to be formed, also sheet-metal or foil-like detonation substances he follows.

Diesen Verfahren der Erzeugung von Formkörpern auf Blech sind Nachteile eigen. So muß man für die Erzeugung von Druck über vergasenden Stickstoff oder andere zunächst flüssig zugeführte Gase allseitig vakuumdicht abschließen, um den Druck des sich bildenden und expandierenden Gases auf die Blechoberfläche übertragen zu können, wobei komplizierte Dichtungsfragen auftreten.This method of producing shaped bodies on sheet metal has disadvantages own. So you have to generate pressure via gasifying nitrogen or other First seal the liquid supplied gases vacuum-tight on all sides to relieve the pressure of the forming and expanding gas transferred to the sheet metal surface can, with complicated sealing issues arise.

Im Falle der Explosivumformung bedarf es außer Spezialisten für das Handhaben mit Detonationsstoffen auch der Experimentier-oder Fertigungsräume, um die unfalltechnischen Gefahren zufolge der Detonationswelle für die Umgebung auszuschließen.In the case of explosive forming, specialists are also required for this Handling of detonation substances also in the experimental or production rooms to exclude the accident-related hazards resulting from the detonation wave for the environment.

Gemäß der Erfindung wird zur Umformung Flüssigkeit verwendet, welche durch einen oder mehrere, zunächst kompakte Flüssigkeitsstrahlen zugeführt wird und vorab des mit hoher Geschwindigkeit erfolgenden Auftreffens auf die zu umformende Blechoberfläche durch geeignete Maßnahmen oder auf natürlichem Wege, z.B. durch die Luftreibung, zerstäuben. Dieses Zerstäuben ist eine Aufteilung des zugeführten Flüssigkeitsvolumens in Einzelvolumina, die nach ihrer Bildung zumeist zu tropfen- oder kugelförmigen Gebilden koagulieren. Die Beanspruchung einer Oberfläche durch Flüssigkeitsvolumina hoher Relativgeschwindigkeit ist stark.According to the invention, liquid is used for forming, which is supplied by one or more, initially compact liquid jets and in advance of hitting the material to be formed at high speed Sheet metal surface by suitable measures or by natural means, e.g. by the air friction, atomize. This atomization is a division of the supplied Liquid volume in individual volumes, mostly after their education coagulate to form droplets or spheres. The stress on a surface by liquid volumes of high relative speed is strong.

Die Kinetik, d.h. der zeitliche Druckverlauf, ergibt nach Berührung und schließlicher Abplattung der Tropfen auf das Werkstück auftretende clechanische Beanspruchungsphasen, die in Untersuchungen von r. Hrdmann-Jesnitzer und R. Laschimke, veröffentlicht in der Zeitschrift Archiv für das Eisenhüttenwesen" 37 (1966) S. 997/1012, genauer und dabei aufgrund experimenteller Befunde an weichplastischem polykristallinen Blei beschrieben wurden. Danach ist der Flüssigkeitsaufprall mit enipfindlichen großen, bis zur Zerstörung möglichen mechanischen Beanspruchungen der metallischen Oberfläche verknüpft.The kinetics, i.e. the pressure curve over time, results after contact and finally flattening of the drops on the workpiece Stress phases, which in studies by r. Hrdmann-Jesnitzer and R. Laschimke, published in the journal Archiv für das Eisenhüttenwesen "37 (1966) p. 997/1012, more precisely and based on experimental findings on soft plastic polycrystalline lead. After that, the liquid impact is with enlightening high mechanical stresses that can even be destroyed linked to the metallic surface.

Gemäß der Erfindung soll aber nicht zerstört, sondern die Oberfläche nur mechanisch beansprucht werden. Hierzu erfolgt die Erzeugung von Flüssigkeit hoher Geschwindigkeit, die dann im zerstäubten Zustand mit Vielzahltropfen auf die umzuformende Blechoberfläche auftrifft. Diese Blechoberfläche bildet in Form z.B. einer Platte die Abdeckung einer Matritze, welche diejenige geometrische Profilierung besitzt, die das Blech durch Anschmiegen an diese Matrize mit auftretender plastischer Verformung annehmen soll. Die Flüssigkeitsperlen des zerstäubten Strahles treffen auf die Oberfläche und beanspruchen diese mechanisch in mehrfacher Art und Weise. Die kinetische Energie der auftreffenden Flüssigkeitsvolumina bewirkt ein Ausweichen und Nachgeben des umzuformenden Bleches durch Flüssigkeitsaufprall. Der Flüssigkeitsaufprall selbst bewirkt bei genügender Zerstäubung in kleine Tropfen harte Schläge je Tröpfchenaufprall mit plastischer Deformation am Auftreffort, die gewünscht wird.According to the invention, however, the surface should not be destroyed, but rather the surface are only mechanically stressed. For this purpose, liquid is generated high speed, which then in the atomized state with multitude of drops on the sheet metal surface to be formed hits. This sheet metal surface forms e.g. a plate, the cover of a die, which the geometric profiling possesses, which the sheet metal by nestling against this die with occurring plastic To assume deformation. Hit the liquid pearls of the atomized jet on the surface and mechanically stress it in multiple ways. The kinetic energy of the incident liquid volume causes an evasion and yielding of the sheet to be formed by the impact of a liquid. The liquid impact even with sufficient atomization in small droplets causes hard blows per droplet impact with plastic deformation at the point of impact that is desired.

Diese leiten den makroskopischen Fließvorgang ein, der bekanntlich in der Bildung, Wanderung und Auflösung von Versetzungen im metallischen Gefüge, z.B. des Bleches, besteht. Diese Fließgrenzenüberschreitung des Bleches ergibt sich als laufender Prozeß trotz zunehmender Verfestigung, wobei das Blech insgesamt solange umgeformt wird, bis es satt an der Form, d.h. der Matrize, anliegt, wobei dann zur Vermeidung von mechanischer Zerstörung der Oberfläche der Prozeß durch Abschalten der zuströmenden Wassermenge oder deren Umlenkung beendet ist.These initiate the macroscopic flow process, which is known in the formation, migration and dissolution of dislocations in the metallic structure, e.g. the sheet. This excess of the flow limit of the sheet results as an ongoing process in spite of increasing solidification, with the sheet metal as a whole as long is reshaped until it is fed up with the shape, i.e. the die, is in contact, then the process to avoid mechanical destruction of the surface is ended by switching off the inflowing water volume or by redirecting it.

Um die Oberfläche des Bleches möglichst gleichmäßig mit diesen Flüssigkeitsperlen zu behämmern, kann das Gesamtwasser nicht nur in einem, sondern auch in mehreren Strahlen zugeführt werden, die vor Auftreffen auf das Blech sich je Strahl zerteilen oder es erfolgt eine Rotation nur eines oder auch die mehrerer Flüssigkeitsstrahlen mit dem Ziel, die Blechoberfläche zügig, d.h. kontinuierlich Oberflächenpartie für Oberflächenpartie nacheinander umzuformen.Around the surface of the sheet as evenly as possible with these liquid pearls To hammer, the total water can not only in one, but also in several Beams are fed in, which split up for each beam before they hit the sheet metal or there is a rotation of only one or also of several liquid jets with the aim of removing the sheet metal surface quickly, i.e. continuously, surface area for Reshape the surface area one after the other.

Es können in dieser Art alle gut und auch die schwer plastischen metallischen Werkstoffe umgeformt werden, sowohl in eine Form mit vorwiegend konvexer oder in eine Form von vorwiegend konkaver Oberflächengesamtausbildung. Es kann auch gemäß der Erfindung der Gesamtumformvorgang von Hand durchgeführt werden insofern, als ein zerteilter Wasserstrahl durch eine von Hand geführte Pistole auf die gewünschte Oberfläche und auf dieser wandernd zur Umformung gerichtet wird.In this way everyone can do it well, including the difficultly plastic metallic ones Materials are reshaped, both in a shape with predominantly convex or in some form of predominantly concave overall surface formation. It can also according to of the invention, the entire forming process can be carried out by hand insofar as a split water jet through a hand-operated gun to the desired one Surface and is directed on this wandering for forming.

In dieser Art sind umformbar die weichplastischen Metalle und Legierungen mit geringer Formänderungsfestigkeit, z.B. Blei, Zinn, Zink, Magnesium, Aluminium, Messinge, Kupfer, Kohlenstoffstahl sowie austenitische Stähle. Auch Bleche mit relativ hoher Streckgrenze sind umformbar, und zwar deshalb, weil die Überschreitung der zur Umformung örtlich notwendigen Fließspannung nicht durch die makroskopische Beanspruchung der insgesamt durch das Blech abgebremsten Was#ermenge erfolgt, sondern durch die in relativ kleinen Bereichen auftretende Fließgrenzenüberschreitung zufolge der mit dem Elementarprozeß der Flüssigkeitsbeanspruchung auf Oberflächen auftretenden harten Schläge, welche die auftreffenden Flüssigkeitsteilchen auf der Blechoberfläche bewirken, noch bevor sie dann mit steigender Annäherung an die Blechoberfläche diese Wirkung verlieren und dabei in die Breite gedrückt und auch neu zerstäubt werden. Dann ist die mechanische Auswirkung des auftretenden Flüssigkeitströpfchens wesentlich geringer, falls nicht schon bei der Erzeugung des Wasserstrahls hoher Geschwindigkeit der Flüssigkeit durch zusätzliche Maßnahmen mechanische Schwingungen einverleibt werden, die als Druckschwankungen die in der Schadensforschung hydraulischer Aggregate bekannte Kavitation (Hohlsogbildung) bewirken und wobei dann auch für diese relativ späte Zeitphase der Flüssigkeitseinwirkung des Tröpfchens auf die Blechoberfläche noch zusätzlich die implodierenden Kavitationsblasen die Blechoberfläche in Mikrobereichen mechanisch in Richtung plastischer Umformung beanspruchen.The soft plastic metals and alloys can be deformed in this way with low deformation resistance, e.g. lead, tin, zinc, magnesium, aluminum, Brass, copper, carbon steel and austenitic steels. Even sheets with relative high yield strength are deformable because the exceeding of the locally necessary flow stress for reshaping is not due to the macroscopic stress the total amount of water braked by the sheet takes place, but rather by the Flow limit exceedance occurring in relatively small areas according to the with the elementary process of exposure to liquids occurring on surfaces hard blows, which the hitting liquid particles on the sheet metal surface effect even before then with increasing approach to the sheet metal surface lose this effect and thereby pressed into the width and also re-atomized will. Then there is the mechanical effect of the liquid droplet occurring significantly lower, if not higher when generating the water jet Speed of the liquid through additional measures mechanical vibrations are incorporated as pressure fluctuations in the hydraulic damage research Aggregates cause known cavitation (cavitation) and then also for this relatively late phase of the liquid action of the droplet on the Sheet metal surface, the imploding cavitation bubbles also affect the sheet metal surface Mechanical stress in micro-ranges in the direction of plastic deformation.

Claims

1.) Method characterized in that liquid volume such as predominantly, but not necessarily, water to be transformed at high speed Workpiece surfaces, predominantly sheet metal, impinge and these liquids are fed in jet form, prior to hitting the surface to be formed split up and the sheet metal surface to be formed is subject to mechanical stress obtained by multiple liquid impact, with the impact of the liquid pearls the resulting mechanical stress on the surface to be formed is used is used to initiate the flow process in the workpiece, mainly sheet metal, and where the deceleration of the total kinetic energy of all incident liquid volumes overall leads to a deformation effect on the sheet metal, which adapts to a solid, suitable The profiled surface of a die is created with the aim of transforming it into a Desired shape geometrically determined by the die shape or the beam guidance to obtain.

2.) The method according to claim 1, characterized in that several Find liquid jets that are fixed or also in the same position Rotating, individually or also as a whole sweep over the sheet metal surface by each sheet metal surface section To effect partial deformations up to the total deformation of the sheet.

3.) The method according to claim 1 and 2, characterized in that daBodem High-speed liquid jet prior to being broken up by the geometric The shape of the nozzle from which the jets or the jet arises is chosen so that additional cavitation caused by negative pressure in the liquid, e.g. the water, arises even before it forms a teardrop-shaped surface as a divided compact volume of the workpieces to be formed touches, whereby the overall mechanical effect of pressure on the surface of the liquid volumes hitting at high speed is increased in the direction of improved formability.

4.) Method according to claim 1 to 3, characterized in that liquids Find use, their specific weight by dissolving foreign liquids Substances, e.g. solution of salt in water, is increased in order to improve the forming effect according to the increased kinetic energy to be braked of the incident liquid volumes and the possibility of reshaping preheated sheets without any impact inevitably an evaporation of the liquid medium occurs and the added Substances increase the specific gravity of the liquid and / or its vapor pressure.

5.) Method according to claim 1 to 4, characterized in that sheet metal forming predominantly metallic materials are made by the sheet material to be formed after After forming, the lining of hollow bodies, mainly Containers, forms.

6.) Method according to claim 1 to 5, characterized in that plastics Find use.

7.) The method according to claim 1 to 6, characterized in that at the deformation creates a liquid counter pressure, the height of which can be varied is, is provided, so that in the deformation with plastic deformation a significant reduction of otherwise occurring tensile stresses takes place.