DE2152014A1

DE2152014A1 - Verfahren zur Herstellung eines massiven Produkts komplizierter Form

Info

Publication number: DE2152014A1
Application number: DE19712152014
Authority: DE
Inventors: Gorecki Thomas A; Paul Loewenstein
Original assignee: Whittaker Corp
Current assignee: Whittaker Corp
Priority date: 1970-11-23
Filing date: 1971-10-19
Publication date: 1972-05-31
Also published as: CA923456A; US3673667A; FR2115926A5; BE775671A

Description

Verfahren zur Herstellung eines massiven Produkts komplizierter Form

Die E_rfindung betrifft das Gebiet der Metallbearbeitung und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung komplizierter metallischer Formen von über die ganze Länge im wesentlichen einheitlichem Querschnitt unter Anwendung einer modifizierten VollknUppeltechnik.

Der Begriff "komplizierte Form", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf Formen, beispielsweise große H, T, Z und andere Konfigurationen, die keinen massiven Querschnitt aufweisen. Mannigfache Techniken sind bisher angewendet worden, um derartige komplizierte oder komplexe Formen herzustellen. Jede dieser bekannten Techniken weist jedoch erhebliche Nachteile auf, die die Produktion solcher Formen kostspielig machen_o So besteht beispielsweise ein gegenwärtig angewendetes Verfahren zur Herstellung komplizierter

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Patenlrinwülle Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

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Formen darin, daß die gewünschte Form aus einem massiven Stück Rohmaterial maschinell ausgearbeitet wird. Eine solche maschinelle Bearbeitung ist jedoch zeitaufwendig und deshalb kostspielig, und zwar insbesondere dann, wenn harte Materialien, so beispielsweise Titan, verwendet werden«

Komplizierte Formen werden auch duroh Walzen von Knüppeln zwischen speziell profilierten Walzen hergestellt· Diese Verfahrensweise ist jedoch in erster Linie auf zähe Materialien | beschränkt, beispielsweise auf die Flußstähle.

Ferner werden komplizierte Formen durch Extrudieren bzw. Strangpressen mit Hilfe von Formwerkzeugen hergestellt. Dieses Verfahren ist jedoch nicht immer anwendbar, wenn harte Materialien, so beispielsweise Titan oder Superlegierungen, geformt worden, da scharfe Ecken oder dünne Abschnitte in diesen Formwerkzeugen, die zur Herstellung der gewünsohten Form benötigt werden, während des Strangpressens oftmals brechen oder sich verbiegen. Um dieses Problem zu lösen ist eine modifizierte Strangpreßtechnik, bekannt als GefUlltknUppeltechnik, für Materialien entwickelt worden, . die sich schwer strangpressen lassen oder eine sehr komplizierte geometrische Form aufweisen. Bei dieser Technik wird aus einem massiven Rohmaterial ein vergrößerter Abguß der endgültigen herzustellenden komplizierten Form maschinell ausgearbeitet und zusammen mit FUlletUcken in einem Strang— preßbehälter angeordnet, wobei die Füllstüoke sowohl zu dem Behälter als auch zu dem Abguß passend gearbeitet sind und den Abguß in dem Behälter festhalten. Der Behälter wird dann duroh ein rundes Formwerkzeug stranggepreßt, um den Abguß sowie die FüllstUcke plastisch zu verformen und den Querschnitt des Abgusses gleichzeitig zu verringern sowie seine Länge zu vergrößern. Obgleich das GefülltknUppelverfahren eine Verbesserung gegenüber anderen Verfahren zur Herstellung komplizierter Formen aus hitzebeständigen Materialien darstellt,

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hat es dennoch den Nachteil, daß sowohl der Abguß als auoh die FülletUcke maschinell bearbeitet werden müssen, damit sie ein präzises Maß erhalten, bevor sie verwendet werden. Dies ist jedoch im allgemeinen sowohl hinsichtlioh des daduroh bedingten Arbeitsanfals als auch in bezug auf die verwendeten Materialien teuer.

Eine neue Verfahrensweise verwendet Pulver für das Füllmaterial und/oder das Abgußmaterial. Diese Verfahrensweise ist in der anhängigen USA-Patentanmeldung Ser.Nr. 882 092 beschrieben. Obgleich das letztgenannte vorgeschlagene Verfahren eine erhebliohe Verbesserung gegenüber den bekannten Techniken zur Herstellung komplizierter Formen mit sich bringt, muß auch hier immer noch ein maschinell bearbeiteter Abguß oder ein maschinell bearbeitetes Füllmaterial benutzt werden. Wie bereits erwähnt wurde, ist die Verwendung eines maschinell bearbeiteten Abgusses oder Füllmaterial als solches verhältnismäßig teuer. Es wird demnaoh einen erheblichen Vorteil selbst für dieses verbesserte Verfahren bringen, wenn ein massiver Abguß oder Füllmaterial benutzt werden könnte, ohne daß die üblichen kostenspieligen maschinellen Bearbeitungen vorgenommen werden müssen.

Das erfindumgsgemäße Formungsverfahren zur Herstellung komplizierter Formen bietet nun eine derartige Möglichkeit, indem es vorschreibt, daß ein Abguß einer komplizierten Form in einem vergrößerten Querschnitt und im Verhältnis dazu verkleinerter Länge hergestellt wird, sowie ein Füllkörper, der eine komplementäre Form aufweist, se daß der Abguß und der Füllkörper im zusammengepaßten Zustand gemeinsam eine Stange oder einen Knüppel bilden, der sich für das Strangpressen eignet. Sowohl der Abguß als auoh der Füllkörper werden durch Zusammenbau vieler verhältnismäßig dünner Platten hergestellt, so daß sie die gewünschte Anfangsknüppellänge bilden, wobei jede Platte im Querschnitt eine

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vergrößerte Version der gewünschten komplizierten Form dar» stellt. Sie den Abguß und/oder den Füllkörper bildenden Platten werden vorzugsweise angezeichnet und Mit Keilen versehen, so daß sie während des Strangpressens des Knüppele ihre Lage und damit die komplizierte Gesamtform beibehalten· Venn der Abguß aus mehreren zusammengesetzten oder zusammengesteckten Platten gebildet wird, so wird das Material, aus dem die Platten bestehen, so beschaffen sein, daß es ein gegenseitiges Verbinden der Platten während des Strangpreßschrittes zuläßt. Nachdem der Knüppel strmnggepreßt worden ist, wird das FUIlfc material von dem die komplizierte Form aufweisenden Produkt in an sich bekannter Weise durch chemische oder mechanische Mittel getrennt.

Der Hauptvorteil dieses neuartigen Verfahrens ist darin zu sehen, daß sieh die verwendeten, verhältnismäßig dünnen Platten duroh herkömmliche Arbeitsvorgänge, z.B. durch Bearbeitung mittels Funkenentladung, Pulvermetallurgie und insbesondere duroh Stanzen genau und preiswert hergestellt werden können. Der Zusammenbau der Platten zur Bildung des Füllmaterial bzw. Füllkörpers oder des Abgusses verursacht ebenfalls verhältnismäßig geringe Kosten. Dazu kommt, daß die Verwendung relativ dünner Platten ermöglicht, sogar hartes Material zu benutzen, das sonst maschinell schwer zu bearbeiten ist, sich jedoch leioht stanzen läßt.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung also ein Verfahren zur Herstellung massiver komplizierter Formen von im wesentlichen einheitlichem Querschnitt über ihre ganze Länge aus gefüllten Knüppeln durch Strangpressen der Knüppel, wobei entweder der Abguß oder das Füllmaterial, die zusammen die Knüppel bilden, aus mehreren, zusammengesetzten, dünnen Platten aufgebaut werden_o Diese Platten werden vorzugsweise angezeichnet und miteinander verkeilt, um die gewünschte komplizierte Form während des ganzen Strangpreßvorgangs aufrechtzuerhalten.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten AusfUhrungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansioht eines Knüppels, aus dem durch Strangpressen eine komplizierte Form hergestellt wird,

Fig. 2 eine quergeschnittene Seitenansicht des Knüppele von Fig. 1 längs der Linie 2-2 in Fig. I₁

Fig. 3 eine teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht einer Platte des Knüppels von Fig. 1,

Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht des Knüppels von Fig. 1 nach dem Strangpressen, aus der die proportionale Verkleinerung sowohl des FUIlmaterials als auch des Abgusses ersichtlich ist,

Fig. 5 eine perspektivische Ansioht eines aus dem Abguß und dem Knüppel von Fig. 1 hergestellten komplizierten Formstücke, und

Fig. 6 eine perspektivische, teilweise geschnittene

Ansicht eines Knüppels, aus der die gleichzeitige Formung mehrerer komplexer Formstücke ersichtlich ist.

Bei dem neuartigen Verfahren werden komplizierte Formen durch Bearbeitung, beispielsweise durch Strangpressen eines gefüllten Knüppels, hergestellt, der aus einem Abguß der gewünschten komplizierten Form und einem Füllmaterial besteht, das sich im wesentlichen in der gleiohen Richtung erstreckt wie der Abguß.

Entweder der Abguß oder das Füllmaterial wird aus mehreren zusammengesetzten, dünnen Platten hergestellt, von denen jede so geformt ist, daß sie die gewUneohte Konfiguration erzeugt. Nach der Bearbeitung des Knüppels wird das Füllmaterial von der komplizierten Form duroh bekannte Arbeitsteohniken getrennte

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Ein bevorzugtes AusfUhrungsbeispiel des hier beschriebenen Gegenstandes ist in den Fig. 1—3 dargestellt. Das Bezugszeiohen 10 bezeichnet einen Knüppel, der ein Füllmaterial 12 und einen Abguß 14 der gewünschten komplizierten Form aufweist. Das Füllmaterial 12 besteht aus mehreren fiboreinandergesetzten dünnen Platten 16, die, wie aus Fig. 1 ersichtlich, einander identisch sein können oder sich ihrer Größe nach voneinander unterscheiden können, wenn dies die kompliziert· Form verlangt, die hergestellt werden soll. In jeder Platte 16 befindet sich ein Schlitz 18, der beispielsweise durch Stanzen hergestellt werden kann. Wenn die Platten 16 Ubereinandergesetzt sind, wie dies aus Fig. 1 hervor-* geht, dann bilden die miteinander fluchtenden Schlitze 18 einen länglichen Hohlraum 20, der, wenn er gefüllt wird, den Abguß 14 bildet.

Jede FUllmaterialplatte 16 ist verhältnismäßig dünn, wobei ihre Dicke von einer Anzahl Faktoren abhängt, zu denen die Art des Metalls gehört, aus dem die Platte besteht, und die Verfahrenstechnik, die zur Herstellung der Platte angewendet wurde, beispielsweise maschinelle Bearbeitung, wie Fräsen, oder Stanzen. Typische Plattendicken liegen zwischen etwa 1,57 mm und etwa 6,35 «■· Dieser Diokenbereioh ergibt einen zufriedenstellenden Kompromiß zwisohen Materialkosten und Formungskosten.

Die einzelnen Platten 16 werden vorzugsweise bezeichnet und miteinander verkeilt, um sie in Fluchtungslage zu halten und die Form des Abgusses 14 insbesondere während des Strang« preßvorgangs zu erhalten. Jede Platte 16 läßt sich daduroh anzeichnen, daß in ihr, wie aus Fig. 3 ersiohtlioh, Öffnungen 22, 24 ausgebildet werden. Wenn die Platten 16 übereinander gesetzt werden, um, wie in Fig. 1 gezeigt, den Knüppel 10 zu bilden, befinden sich die Öffnungen 22, 24 in jeder Platte 16 in Fluohtungslage, so daß in dem Knüppel 10 langgestreckte Löoher oder Bohrungen 26 oder 28 entstehen. Das Verkeilen der

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Platten 16 läßt sieh durch nichtgezeigte Β·1ζ·η erreiohen, die sich durch die Lttoher 26, 28 erstrecken, sowie durch auf den Bolzen sitzende Muttern, die die Platten 16 fest zusammenziehen, so daß sie mit ihren OberHichen in Berührung stehen. Venn die Platten 16 auf diese Weise zusammengebaut sind, fluohten die gefönten Schlitze 18 Miteinander, wodurch der geforsrte Hohlraum 20 entsteht und damit, sobald dieser Hohlrau« gefüllt wird, der Abguß 14, der zur Erzeugung der gewünschten komplizierten Formen erforderliohist. Unabhängig davon, ob die Platten 16 angezeichnet und miteinander verkeilt sind, werden sie durch geeignete Mittel in ihrer Übereinander» gesetzten oder gestapelten Lage gehalten, und zwar beispielsweise dadurch, daß sie miteinander versehraubt werden, wie dies im obigen erläutert ist, so daß der Knüppel 10 während des ganzen Strangpreßvorgangs nicht auseinanderfällt·

Der Hohlraum 20 wird vorzugsweise mit einem Metallpulver gefüllt, um den Abguß 1% zu formen. Wenn ein Pulver als Abgußmaterial verwendet wird, kann ein nicht dargestellter Behälter oder Kanister benutzt werden, der den Knüppel umgibt, um dadurch das Pulver an seinem Platz im Hehlraum 20 zu halten und eine Oxidation des Pulvers, wenn es erhitzt wird, dadurch zu verhindern, daß der Knüppel evakuiert werden kann. Noch einfacher läßt sieh in gewissen Fällen ein Paar blinder, nicht gezeigter Stirnplatten verwenden, um die Enden des Hohlraums zu verschließen. Nachdem der Knüppel 10 zusammengesetzt worden ist und in den Fällen, in denen dies erforderlich ist, von einem Behälter umgeben worden ist, wird er dann vorzugsweise stranggepreßt. Während des Strangpreßvorgangs verfestigt sioh das Pulver. Die sich ergebende stranggepreßte Stange 30 ist eine proportional verlängerte und proportional im Durohmesser verkleinerte Version des Knüppels 10 und enthält eine komplizierte Form 32 sowie ein stranggepreßtes Füllmaterial 3%. Danach wird die komplizierte Form 32 von dem stranggepreßten Filmmaterial 34 auf bekannte chemische oder mechanische Weise getrennt.

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Das hier beschriebene bevorzugte Auβführungeneispiel ist besonders nützlich in Verbindung mit der gleichzeitigen Herstellung Hehrerer Stangen oder Drähte gewünschten Durchmessers und gewünschter Quersohnittsfom. Im allgemeinen kann ein Füllmaterial aus mehreren Platten geformt werden, wobei jede Platte mehrere Löcher enthält. Wenn die Löcher der Platten im zusammengebauten Zustand des FUllmaterials fluchten, so bilden sie Bohrungen, die, wenn sie gefüllt werden, Abgüsse der gewünschten Stangen» oder Drahtprodukte darstellen. Im einzelnen und unter Bezugnahme auf Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen 40 einen zylindrischen Knüppel, bestehend aus einem P Füllmaterial 42, das sich aus mehreren Ubereinandergesetzten Platten 44 zusammensetzt. Jede Platte 44 besitzt mehrere Durchgangslöcher 46. Das Füllmaterial 42 ist so zusammengebaut, daß die Löcher 46 in der Platte 44 miteinander fluchten und Bohrungen 48 bilden, die sich durch das Füllmaterial hindurcherstrecken. Die Bohrungen 48 werden mit einem gewünschten Metallpulver gefüllt, um Abgüsse 50 der Draht— oder Stangen— bzw. Stabprodukte herzustellen.

Wie aus Fig. 6 hervorgeht, sind die Löcher 46 in den Platten 44 kreisrund. Diese Form muß jedoch nicht notwendig eingehalten werden, so daß die Löcher 46 beispielsweise auch ψ oval sein können.

Wie oben bereits beschrieben wurde, werden die Platten miteinander verbunden, vorzugsweise verkeilt, so daß ihre Fluchtungslage aufrechterhalten wird. Der Knüppel 40 kann an seinen Enden durch massive Stirnplatten oder mit Hilfe eines Kanisters bzw. Behälters verschlossen werden, wenn der Knüppel evakuiert werden soll. Der Knüppel 40 wird dann stranggepreßt, und die sich ergebenden Drähte oder Stangen werden von dem stranggepreßten Füllmaterial getrennte

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Die soweit beschriebene AusfUhrungsform wird bevorzugt, weil der Zusammenbau des FUllmaterials 12 aus den Platten 16 erheblich billiger ist als die Maschinelle Bearbeitung eines massiven Füllmaterials, und weil das zusammengebaute Füllmaterial 12 automatisch einen Hohlraum bildet, in den Metallpulver eingefüllt werden kann und in dem dieses Pulver zurückgehalten werden kann, ohne daß sonst eine spezielle Hülle oder ein spezielles Gefäß für das Pulver vorgesehen wird, wie dies beispielsweise gemäß dem in der obigen USA-Patentanmeldung gemachten Vorschlag der Fall ist₀ Es lassen sioh jedoch auch andere Ausführungsformen des hier beschriebenen Verfahrens benutzen. So können beispielsweise sowohl das Füllmaterial 12 als auch der Abguß Ik oder der Abguß allein unter Verwendung der oben beschriebenen Ubereinandergesetzten Platten geformt werden. Venn der Abguß 14 aus mehreren Übereinander— gesetzten oder —gestapelten Platten gebildet wird, muß das Plattenmaterial so beschaffen sein, daß es ein Miteinanderverbinden der Platten zur Schaffung eines integrierten oder aus einem Teil bestehenden Produkts komplizierter Form ermöglidit. Wenn der Abguß Ik aus Platten zusammengesetzt ist, das Füllmaterial jedooh nicht, so kann letzteres beispielsweise ein Pulver oder ein maschinell bearbeitetes Füllmaterial sein. Umgekehrt, wenn das Füllmaterial aus Platten zusammengebaut wird, kann der Abguß Ik zusätzlich zu dem Pulver beispielsweise aus einem massiven Körper geformt werden.

Bei der Anwendung des hier beschriebenen Verfahrens ist es nur erforderlich, daß entweder der Abguß oder das Füllmaterial aus mehreren Ubereinandergesetzten Platten gebildet wird. Deshalb kann zusätzlich zu den oben erwähnten AusfUhrungsformen des neuartigen Verfahrens, die mit einer Kombination aus ubereinandergesetzten Platten und Pulver arbeiten, entweder der Abguß oder das Füllmaterial einen einfachen, maschinell bearbeiteten, massiven Körper oder

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vorgearbeitete Teile aufweisen, die in Längsrichtung getrennt sind ο

Die Verwendung eines Füllmaterials, das den AbguB umgibt, stellt nur einen Möglichen Zusammenhang zwischen Füllmaterial und Abguß dar« Dazu kommt, daß der Afcguß von dem Füllmaterial umgeben sein kann, oder dass beispielsweise dann, wenn rohrartige komplizierte Formen hergestellt werden seilen, das Füllmaterial sowohl den Abguß umgibt als auch von ihm umgeben wird.

Obgleich sich das neuartige Verfahren aufgrund der Erzeugung im wesentlichen radialer und axialer Kräfte während des Strangpressens vorzugsweise für einen Strangpreßprozeß benutzen läßt, kann dies auch in Verbindung mit anderen Bearbeitungstechniken erfolgen, so beispielsweise beim Walzen oder Gesenkschmieden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines massiven Produkts komplizierter Fora, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abguß des die komplizierte Fora aufweisenden Produkts in einem größeren Querschnitt und in geringerer Länge hergestellt wird, daß ein Füllkörper erzeugt wird, der mit dem Abguß so zusammenpaßt, daß er mit ihm zusammen eine massive Stange bildet, wobei wenigstens ein Abguß und ein Füllkörper aus mehreren dünnen, Ubereinandergesetzten Platten geformt wird, und daß die massive Stange bearbeitet wird, um ihren Querschnitt zu verringern und dadurch das Produkt

Form

komplizierter/zu erzeugen, woraufhin der bearbeitete Füllkörper von dem Produkt getrennt wird«

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ubereinandergesetzten Platten angezeichnet und miteinander verkeilt werden, um während der Bearbeitung die komplizierte Form aufrechtzuerhalten.

3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper aus mehreren Ubereinandergesetzten Platten gebildet wird, und daß der Abguß anfänglich aus einem Pulver hergestellt wird, das sich zu der komplizierten Form verfestigt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der A_Dguß aus mehreren dünnen, Ubereinandergesetzten Platten hergestellt wird, die aus einem Material bestehen, das es ermöglicht, während der Verarbeitung die Platten miteinander zu verbinden.

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—4, wobei sich
in jeder der Platten ein Loch bestimmter Form befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Anzahl Platten zur Herstellung des Fttllkörpers etwa zylindrischer Formgebung
zusammengesetzt wird, daß die Löcher in den Platten miteinander fluchtend angeordnet werden, so daß in dem Füllkörper ein
Hohlraum entsteht, der sioh in Richtung der Füllkörperlänge erstreckt, daß der Querschnitt des Hohlraums eine Vergrößerung des Querschnitts des die komplizierte Form aufweisenden Produkte ist, während die Länge des Füllkörpers kleiner ist als die Länge des kompliziert geformten Produktes, daß der Hohlraum mit einem Metallpulver gefüllt wird, daß der gefüllte Hohlraum und der Füllkörper einen Knüppel bilden, daß die Platten miteinander verbunden werden, um die Einteiligkeit des FUllkörpers aufrechtzuerhalten, daß der Knüppel bearbeitet wird, um dadurch seinen Querschnitt im wesentlichen über seine ganze Länge
gleichmäßig zu reduzieren, daß das Metallpulver während der Bearbeitung verfestigt wird, so daß sich das Produkt komplizierter Form ergibt, und daß das kompliziert geformte Produkt dann von dem bearbeiteten Füllkörper getrennt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Platten untereinander identisch sind.

7. Verfahren nach Anspruch 5_t dadurch gekennzeichnet, daß die Platten miteinander verkeilt werden, um die gewünschte Querschnittsform des Hohlraums aufrechtzuerhalten.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sioh in jeder Platte mehrere Löcher befinden, die durch sie hindurchlaufen und mehrere Hohlräume bilden, wenn der Füllkörper zusammengebaut ist, wodurch mehrere komplizierte Formen gleichzeitig durch Bearbeitung des Knüppels erzeugt werden_o

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