DE2102851B2 - Verfahren zur Herstellung eines metallischen Formkörpers aus einem superplastifizierbaren Werkstoff und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines metallischen Formkörpers aus einem superplastifizierbaren Werkstoff und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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DE2102851B2 DE2102851A DE2102851A DE2102851B2 DE 2102851 B2 DE2102851 B2 DE 2102851B2 DE 2102851 A DE2102851 A DE 2102851A DE 2102851 A DE2102851 A DE 2102851A DE 2102851 B2 DE2102851 B2 DE 2102851B2
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Description

(emen Form im zusammengesetzten Zustand sind die Durchmesser der Vertiefungen 9 und 10 gleich . lWts to Seitenansicht, dem Außendurchmesser der Form 1. Die Gehäuse-
Fig· 2 *e Innenfläche eines der Segmente der in teile 7, 8 sind mit jeweils einer zentralen Bohrung 11 ff« l dargestellten Form in Blickrichtung längs bzw. 12 versehen, deren Längsachsen mit den Längslinie 2-2 mit einigen darin durch Tiefatzung aus- S achsen des Rohlings 5 sowie der Zylinderform 1 Udeten Zeichen, zusammenfallen. Die Gehäuseteile 7, 8 sind über
?fg. 3 die in Segmente aufgeteilte Form in An- Flansche 13 hintereinander verschraubt, wofür in »nitinung rund um einen rohrförmigen Rohling aus Bohrungen 14 am Umfang der Flansche 13 nicht dar-Bmerplastifizierbarem metallischem Material nebst gestellte Gewindebolzen eingesetzt werden. Diese VeräEiero umgebendeA Gehäuse mit gegenüberstehenden io schraubung der Gehäuseteile 7, 8 widersteht jeglichen ifedraulikdruckBtempehi in Anlage gegen beide Enden Innendrücken, welche die Glieder 7, 8 auseinander-
Ϊκγ Masse aus plastischem Material in dem Rohling, zudrücken versuchen. An Stelle der vorstehend beaxialen Längsschnitt, beschriebenen Verbindungsart können auch andere
ρ ig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 von bekannte Verbindungsarten zur gegenseitigen Veri σ. 3 zur Veranschaulichung des Gehäuses, der in 15 spannung der Gehäuseteile 7, 8 gegenüber Innen-SSegfläeirte unterteilten Form sowie des Rohlings, drücken verwendet werden.
|£pj j, 5 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel von In den Bohrungen 11, 12 sind Druckstempel 15
hydraulischen Druckstempeln in einer Darstellung bzw. 16 beweglich gelagert, die mittels bekannter, ll|gailich F i g· 3, demzufolge ein Durchtritt von ge- nicht veranschaulichter Organe betätigt werden, bf itiienetem Profil und Durchmesser in dem Plastik- »o spielsweise durch Hydraulikzylinder u. dgl. Die Drtckllhaterial gleichzeitig mit der Ausdehnung des Rohlings stempel 15,16 können von beiden Enden des Gehäuses 6 H&i die in Segmente unterteilte Form ausgebildet wird, her gegen dessen Mittelpunkt bewegt werden, um auf ?Cobei die Lage der Druckstempel vor deren Vorschub- beide Enden einer Masse 17 aus Plastikmaterial einen bewegung strichpunktiert veranschaulicht ist, Druck auszuüben. Die Druckstempel 15, 16 können
[ik F i g· 6 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungs- *5 wahlweise auch ausgehend von der Mitte des Ge- ^Lemäß hergestellten Druckzylinders in axial aufge- häuses 6 zurückgezogen werden. ^Chnittener Darstellung. Die zur Aufnahme von inneren Drücken vorge-
^^Die Erfindung beruht auf den besonderen Eigen- sehenen Gehäuseteile 7, 8 bestehen vorzugsweise aus lchaften einer neu entdeckten Klasse von »super- Metall und können für die nachstehend erläuterten iolastifizierbaren« metallischen Werkstoffen, die in 30 Zwecke geheizt und/oder gekühlt werden, 'inen »superplastischem Zustand übergeführt werden Nach dem Einsetzen der Form 1 und des Rohlings 5
^können Die vorstehend verwendeten Ausdrücke in das Gehäuse 6 wird dieses auf oder über die kn- »suoerpiastisch« und »superplastifizierbar« können be- tische Temperatur des den Rohling 5 bildenden superianntlich wie folgt definiert werden: plastifizierbaren Werkstoffes aufgeheizt werden Ferner
Ein superplastisches metallisches Material ist allge- 35 wird eine geeignete Menge Plastikmatenal 17, das mein charakterisiert durch eine außergewöhnlich ebenfalls auf diese kritische Temperatur aufgeheizt eroße Dehnung unter Zug mit geringer Empfindlich- wurde, durch die Bohrung 11 oder 12 in das Gehäuse keit hinsichtlich einer Einschnürung. eingeführt und die Druckstempel 15, 16 gegen den
Ein superplastifizierbares metallisches Material be- Mittelpunkt des Gehäuses unter geeigneter Kran findet sich auf einer Temperatur unterhalb einer be- 40 bewegt. Das beheizte Plastikmatenal 17 heizt den stimmten kritischen Temperatur und kann durch An- Rohling 5 von dessen Innenseite her auf die kntische hebune der Temperatur auf oder über die kritische Temperatur auf und drückt den Rohling 5 gegen die Temoeratur in den superplastischen Zustand gebracht innere Wandung 4 der zylindrischen Form 1, wodurch SSn Teile des Rohlings 5 in die Tiefätzzeichen 3 eingedruckt
Die in F i g. 1 dargestellte zylindrische Form 1 45 werden. Die Heizung des Gehäuses 6 soll verhindern ist aus einer Vielzahl von einzelnen Formsegmenten 2 daß die Temperatur der Außenfläche des Rohling» 5 zusammengesetzt. Jedes in F i g. 2 näher veranschau- unter die kritische Temperatur abfal t. Infolge der SeToimsegment 2 ist an seiner Innenfläche 4 mit besonderen Eigenschaften superplastische metalhemigen ZeTcheTs versehen, die als Tiefätzrelief oder scher Stoffe können auf der Außenflache des Rohversenktes Relief ausgebildet sind. 50 lings 5 eine Vielzahl unterschiedlicher, erhabener und
Tn dii Bohnlng der zylindrischen Form 1 wird, wie präzise geformter Zeichen in dichter Anordnung ausaus Fig. 3 hervorgeht, ein rohrförmiger Rohling 5 gebildet werden.
aus superplastifizierbarem metallischem Werkstoff mit Nach erfolgter Prägung des Rohlings bzw. Werk-
Sm Spiel eingesetzt. Die Länge des Rohlings 5 Stücks 5 wird das Plastikmatenal IT'auf^«η^ fntsnricht in bevorzugter Weise der Länge der zytin- 55 temperatur abgekühlt, die Druckstempel 15, SeFonTlE?nfbevorzugte Zusammensetzung zurückgezogen, das Gehäuse 6 getrennt und die z^hn-Hps für den Rohling 5 vorgesehenen superplastischen drische Form 1 auseinandergenommen. Der fertig
des für den Rohling 5 vorgesehenen superplastischen drische Form 1 auseinandergenomme
metail^ 8estellte Gegenstand 18 mit den darauf
Prozent Aluminium, Rest Zink, die eine kritische erhabenen Zeichen 19 ^^^erjjndung^
Temperatur von etwa 2600C besitzt. Weitere Zusam- 60 Druckzylinder mit einer zentralen Bohrung 20 ver
menfetzungen können zwischen 70 bis 82 Gewichts- sehen werden, um den Gegenstand 18 auf eine^WeIIe
nrozent Zink Rest Aluminium, enthalten. zu befestigen. Anschließend kann der Gegenstand
Tür Aufnahme der Form 1 und des Rohlings 5 dient einem oder mehreren f^o^™^»
ein Gehäuse 6 mit zusammenpassenden Gehäuseteilen worfen werden beispielsweise «n« ^~"
7 β in deren Vertiefungen 9 bzw. 10 die Form 1 und 65 wodurch der Gegenstand seine endgültige
L ROhS enthalten sind. Dabei sind die Längen mit der ^Ψ^^ΤγΤΣη^Μη^η^
der Vertiefungen 9 und 10 zusammen gleich der Länge mein ist es nicht erforderlich, den Rowing 5 nach
der zvlindrischen Form 1 sowie des Rohlings 5. Ferner dessen Ausdehnung in die zyhndnsche Form 1 irgend-
einer besonderen Wärmebehandlung zu unterwerfen, da dieser seine Superplastizität verliert, sobald seine Temperatur unter die kritische Temperatur fällt. Unter gewissen Umständen kann es jedoch günstig sein, die sehr geringen Kornabmessungen des Roh* lings 5 zu vergrößern, beispielsweise durch eine langsame, gesteuerte Abkühlung, wodurch dessen Werkstoff seine superplastifizierbare Eigenschaft verliert.
Vielfach ist es vorteilhaft, die Bohrung 20 in dem Plastikmaterial 17 gleichzeitig mit der Ausdehnung des Rohlings 5 in die Form 1 auszubilden. Eine hierfür geeignete Vorrichtung ist in F i g. 5 dargestellt, während F i g. 6 den mit dieser Vorrichtung erzeugten Gegenstand 18 zeigt. Dieser besitzt eine Bohrung 20 mit einem ersten Durchmesser an dem einen Ende, einem zweiten, größeren Durchmesser an dem anderen Ende sowie einem dritten, geringeren Durchmesser zwischen den beiden Enden. Zur Erzeugung einer derartigen Bohrung sind an den Druckstempeln 15 und 16 dornartige Fortsätze 21 bzw. 22 angebracht, deren Durchmesser jeweils einem Durchmesser der Bohrung 20 entsprechen. Wenn die Druckstempel 15, 16 gegen den Mittelpunkt des Gehäuses 6 unter Kraft bewegt werden, so wird die Masse 17 gleichzeitig mit der Ausdehnung und Heizung des Rohlings 5 mit der gewünschten Bohrung 20 versehen. Es kann günstig sein, ein gewisses Spiel zwischen den Druckstempeln 15, 16 dadurch vorzusehen, daß der Fortsatz 21 eine mittige Eindrehung 23 besitzt, in die das Ende des Fortsatzes 22 eingeführt werden kann.
Das Plastikmaterial für die Masse 17 kann aus der Gruppe der Thermoplaste oder Polymere oder aus metallischen Stoffen gewählt werden, deren Schmelzpunkt zwischen der kritischen Temperatur und dem Schmelzpunkt des superplastischen Werkstoffes hegt.
In bevorzugter Weise ist das Material 17 thermoplastisch und weist eine Verkohlungstemperatur deutlich oberhalb der kritischen Temperatur des superplastischen Werkstoffes auf. Wird das Werkstück aus einer eine Aluminium-Zink-Legierung aus 78 Gewichtsprozent und 22 Gewichtsprozent Aluminium hergestellt, so kann als Masse 17 in vorteilhafter Weise in Kopolymer aus Acrylnitril, Butadien und Styrol verwendet werden. Die superplastische kritischeTemperatur der Aluminium-Zink-Legierung beträgt etwa 2600C, die Verkohlungstemperatur von Akrylnitril-Butadien-Styrol (abgekürzt ABS) etwa 316 bis 343°C. Bei Verwendung von thermoplastischem Werkstoff als Masse 17 darf bei der kritischen Temperatur des superplastischen Werkstoffs keine Verkohlung bzw. Zerstörung der Masse 17 eintreten.
Superplastische metallische Werkstoffe, deren kritische Tempertn für eise Verwendung zusammen mit Acrylnitril-Butadicn-Styrol oder ähnlichen Polymerstoffen ausreichend niedrig sind, ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle I. Der sich aus der bekannten Beziehung a = const, ε"1 zwischen dem Zug σ und der DehnnngsgeschwindigkeitsempfindlKhket« ergebende Index m ist für die Werkstoffe angegeben, wo er zur Verfügung stand.
Superplastische metallische Werkstoffe, deren kritische Tertaren zwar für eine Verwendung mit Akrylnitrii-Butadien-Styrol oder ähnlichen Polymerstoffen zu hoch siiid, jedoch in Verbindung mit anderen Stoffen 17, beispielsweise metallischen Stoffen von genügend niedrigem Schmelzpunkt brauchbar sind, ergeben sich ans der nachfolgenden Tabelle II.
Tabelle I
Werkstoff
in Gewichtsprozent 		οι, Index der
Dehnungs-
geschindig-
kcHsempfind-
Iichkeit 		Ange
näherte
kritische
Tempe
ratur
"C
Aluminium-Zink
(einige Zusammen
setzungen)
Wismuth-Zinn
(einige Zusammen
setzungen)
Wismuth-Blei
(56,5 bis 43,5)
Blei-Kadmium
(82,6 bis 17,4)
Blei-Zinn
(einige Zusammen
setzungen) 		0,5 bis 0,8
0,5 bis 0,7
nicht
verfügbar
0,5 bis 0,6
0,5 bis 0,6 		260
38
38
93
38
Tabelle Π
Werkstoff in Gewichtsprozent
Aluminium-Kupfer
(67-33)
Aluminium-Silicium
(88,3-11,7)
Chrom-Kobalt (72,5-27,5)
Kupfer-Magnesium (81-19)
Eisen-Chrom-Nickel-Titan-Aluminium-Kohlenstoff (68,49-25-5,7-0,69- 0,1-0,02)
Eisen-Mangan-Kohlenstoff (97,68-1,9-0,42)
(67,7-32,3)
Magnesium-Nickel (76,5-23,5)
Vanadium (90-6-4)
Titan-Aluininium-Zinn 92>5-2,5)
m, Index der
Dcfantings-
gcscbwindig-
kertsempfind-
Bchkeit
0,7 0,5
nicht verfügbar
nicht verfügbar
nicht verfügbar
0,5 bis 0,6
nicht verfügbar
nicht
0,6 bis 0,7 0,4 bis 0,5
Angenäherte kritische Temperatur
482
538
1204
649
982 760
371
Es versteht sich, daß außer den vorstehend angcgebenen superplastischen metallischen Werkstoffen auch andere derartige Werkstoffe verwendet werden können.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
.. - 1—

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Formkörpers aus einem superplastifizierbaren Werkstoff durch Beaufschlagen des in oder auf eine formgebende Matrize gelegten metallischen Rohlings durch ein flüssiges Druckmittel zur Ausdehnung des Rohlings bis zu dessen Anlage in der Matrize bei der kritischen Temperatur des Werkstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmittel ein bei der Arbeitstemperatur flüssiges, bei Zimmertemperatur erhärtendes Material in den Rohling eingebracht wird, wobei dieses Druckmittel auf eine Temperatur erhitzt ist, die den Rohling auf seine kritische Temperatur aufheizt, daß der superplastifizierts Rohling durch Druckbeaufschlagung des Druckmittels in die Matrize gedruckt, das Druckmittel anschließend in dem geformten Metallkörper erhärten gelassen wird und dann erst der durch das erhärtete Druckmittel verstärkte. Formling aus der Matrize ent- so nommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel ein organisches Polymermaterial mit einer Verkohlungstemperatur oberhalb der kritischen Temperatur ist, bei welcher «5 der superplastifizierbare metallische Rohling superplastisch wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel eine Metallegierung mit einem Schmelzpunkt oberhalb der Zimmertemperatur sowie unterhalb der kritischen Temperatur ist, bei welcher der superplastifizierbare metallische Rohling superplastisch wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß bei einer kritischen Temperatur des superplastifizierbaren Werkstoffes nicht höher als etwa 2600C das Druckmittel ein Acrylnitril-Butadien-Styrol-Kopolymer ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Werkstoff eine Legierung, bestehend aus etwa 22 Gewichtsprozent Aluminium, Rest Zink, ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Werkstoff eine Legierung, bestehend aus 70 bis 82 Gewichtsprozent Zink, Rest Aluminium, ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Form auf zumindest die kritische Temperatur des Rohlings angehoben wird, bevor Druck auf das erwärmt eingebrachte Druckmittel übertragen wird, und daß nach dem Formen des Rohlings die aufgeheizte Form von zumindest der kritischen Temperatur auf Zimmertemperatur abgekühlt wird.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der superplastifizierbare metallische Rohling die Form eines Rohres aufweist und daß die Form zylinderförmig gestaltet ist und den zylindrischen Umfang des Rohlings umgibt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Form in zusammensetzbare Segmente unterteilt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen innerhalb eines Hohlraumes des Metallzylinders längs dessen Längsachse angeordneten Dorn.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es ist bereits bekannt (US-PS 3 340 101), einen rohrförmigen Rohling aus plasiifizierbarem Material bei einer Temperatur, die einen superplastischen Zustand ergibt, aufweitend zu verformen. Die Aufweitung erfolgt dabei mittels einer in den rohrförmigen Rohling eingepreßten Druckflüssigkeit, was eine verhältnismäßig aufwendige flüssigkeitsdichte Halterung des rohrförmigen Rohlings an beiden Enden mittels Stopfen erfordert, welche die Rohrenden gegen entsprechende Auflager siner Matrize pressen. Die geschilderte Halterung beschränkt die Möglichkeit zur Formgebung des Rohlings in erheblicher Weise, da die öffnungen der erzielbaren Formkörper stets den gleichen Durchmesser wie die des Rohlings aufweisen. Eine gleichmäßige zylindrische Aufweitung des Rohlings ist beispielsweise nach dem bekannten Verfahren nicht möglich. Darüber hinaus sind die nach dem bekannten Verfahren hergestellten Formkröper mechanisch außerordentlich instabil, da im Inneren der Formkörper keinerlei mechanische Verstärkungen angebracht werden können. Eine gewisse Stabilisierung ist bei dem bekannten Formkörper lediglich durch eine besondere Oberflächenformung, z. B. wellenförmige Sicken möglich, doch schränkt diese Maßnahme wiederum die Formgestaltungsmöglichkeiten ein.
Eine erste Teilaufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren ler eingangs erwähnten Art zu schaffen, das die Herstellung von beliebig geformten, mechanisch außerordentlich stabilen Formkörpern ermöglicht. Eine weitere Teilaufgabe besteht in der Schaffung einer geeigneten Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen verbesserten Verfahrens.
Die auf die Schaffung eines Verfahrens gerichtete Teilaufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Das ernndungsgemäße Verfahren sieht gegenüber dem eingangs erwähnten bekannten Verfahren eine Aufweitung des Rohlings mit Hilfe eines Druckmittels vor, das gleichzeitig zur mechanischen Verstärkung des Formkörpers dient. Durch diese Maßnahme wird die angestrebte Freizügigkeit der Formgebung bei gleichzeitiger hoher mechanischer Stabilität des Formkörpers erreicht. Darüber hinaus entfallen die bei dem bekannten Verfahren erforderlichen Abdichtungsmaßnahmen für die Druckflüssigkeit.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens nach Patentanspruch 1 sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 gekennzeichnet.
Die auf die Schaffung einer Vorrichtung gerichtete Teilaufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 8 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung nach Patentanspruch 8 sind in den Patentansprüchen 9 und 10 gekennzeichnet.
Bei der Herstellung von Formkörpern aus üblichen, nicht superplastifizierbarem Werkstoff ist es allgemein bekannt, rohrförmige Formlinge durch nachträgliches Eingießen einer Plastikmasse od. dgl. zu verstärken.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel einer zur Verfahrensdurchführung verwendbaren, in Segmente
DE2102851A 1970-01-26 1971-01-21 Verfahren zur Herstellung eines metallischen Formkörpers aus einem superplastifizierbaren Werkstoff und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Pending DE2102851B2 (de)

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