DE2315030A1 - Verfahren zur herstellung von metallbauplatten - Google Patents
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Description
PATENTANWALTSBÜRO
TlEDTKE - BüHLING " KlNNE
8000 München 2
Postfach 202403 26. März 1973
Imperial Metal Industries (Kynoch) Limited Birmingham, Großbritannien
Verfahren zur Herstellung von Metallbauplatten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Metallbauplatten, die insbesondere, jedoch
nicht ausschließlich, für den Bau von Flugzeugen bestimmt sind,
Tragplatten für Flugzeuge können aus ärodynamischen
Gründen eine im wesentlichen glatt oder eben gestaltete Außenoberfläche besitzen sowie eine gerippte Innenoberfläche,
die eine Leichtplatte mit der erwünschten Festigkeit liefern. Um das Herstellen der Platten zu erleichtern, werden sie aus
einer Verbundkonstruktion gebildet, die eine glatt gestaltete Außenhaut und eine gewellte Innenhaut besitzt, wobei die
beiden Häute so miteinander verbunden sind, daß die Wellen hohle Verstärkungsabschnitte bilden.
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Im Falle von modernen sehr schnellen Flugzeugen
können die Platten vorteilhaft aus Titan oder Titanlegierungen i
hergestellt werden, wobei ein weiterer Vorteil dadurch er- '■-'■'-'
zielt wird, daß man die Verstärkungsabschnitte an die Außenhaut anschweißt oder anklebt.
Erfindungsgemäß besteht, ein Verfahren zur Herstellung
von Metallbauplatten darin, daß man 'zunächst erste und zweite Metallbleche vorsieht, von denen wenigstens ein Blech Superplastizitätseigenschaften
hat, daß eine Oberfläche wenigstens eines Blechs an erwünschten Bereichen mit einem ein Verschweißen
verhindernden Material oder Schweißstoppmaterial beschichtet, die Bleche aufeinanderlegt, so daß sich die Beschichtung
zwischen den Blechen befindet, daß man die Innenflächen der Bleche an den beschichtungsfreien Bereichen miteinander verbindet
■und anschließend zwischen den Blechen an den beschichteten
oder mit Auftrag versehenen Bereichen unter überwachten Temperaturen
und Drücken einen Strömungsmitteldruck ausübt, wodurch das eine Blech durch superplastische Ausdehnung von dem anderen
Blech an den beschichteten Bereichen abgehoben wird und hohle Verstärkungsabschnitte gewünschter Gestalt liefert.
Der Ausdruck "Blech" schließt schmales Material, das
gewöhnlich als Streifen bezeichnet wird, mit ein.
Der Ausdruck "verbinden" umfaßt metallurgische Bindung, z.B. Walzbindung und Schweißen.
Der Ausdruck "Superplastizität" wird in Verbindung mit Metallen und Legierungen benutzt, die eine kleine Korn-
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größe (CLO Mikron) und eine stabile gleichachsige Kornstruktur
besitzen. Unter Beanspruchung verhält sich das Material gemäß dar folgenden Formel:
= Kg
worin *5 = wahre Spannung
= Kg
worin *5 = wahre Spannung
£ = wahre Dehnungsrate K = Konstante
m = Exponent der Dehnungsrate("0,4-0,8)
m = Exponent der Dehnungsrate("0,4-0,8)
Vorzugsweise erfolgt das Verbinden jedes ersten und zweiten Blechs durch Walzbindetechniken, bei denen die
beiden Bleche zwischen einem Paar von Druckwalzen hindurchgeführt werden.
Alternativ kann das Verbinden der beiden Bleche unter statischen Bedingungen durch Anlegen eines Drucks auf
die Bleche zwischen den Platten einer Presse vorgenommen werden, in welchem Fall zur Unterstützung des Bindevorgangs ein Beschleuniger
in Form einer metallischen Zwischenlage an den Bereichen der Innenflächen vorgesehen werden kann, die miteinander
zu verbinden sind.
Eine weitere Möglichkeit der gegenseitigen Verbindung der beiden Bleche ist durch Schweißen gegeben.
Um die Materialdicke des Blechs zwischen den Hohlabschnitten und damit das Gewicht der Verbundplatte zu mindern,
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darf eine Ausbildung, gewählt werden, die aus mehreren einzelnen
schmalen Blechen mit Superplastizitätseigenschaft besteht, die in gegenseitigem Abstand auf dem anderen Blech angeordnet
sind, wobei sich zwischen einer zentralen Längszone jedes schmalen Blechs und dem anderen Blech eine Beschichtung aus
Stoppschweißmaterial befindet. Bei dieser Ausbildung können zwei Platten gleichzeitig verbunden werden, indem man eine erste
Einheit gemäß dem vorhergehenden Satz herstellt und eine zweite Einheit umgekehrt auf diese erste Einheit legt,
wobei sich zwischen diesen beiden Einheiten ein Trennmaterial
befindet und die schmalen Bleche der zweiten Einheit zwischen die schmalen Bleche der ersten Einheit eingreifen, so daß
bei Anlegen eines Drucks an die beiden Einheiten die schmalen Bleche mit dem jeweiligen anderen Blech jeder Einheit verbunden
werden.
Vorzugsweise werden die Ränder der beiden Einheiten vor dem Verbindungsvorgang miteinander verschweißt.
Die superplastische Ausdehnung kann ohne jegliche mechanische Stützeinrichtung für die Bleche bewirkt werden;
es wird jedoch bevorzugt, das Ausdehnen innerhalb einer erhitzten Form vorzunehmen, deren Formhohlraum eine der erwünschten
Platte komplementäre Gestalt hat.
Die Erfindung umfaßt auch eine Metallbauplatte, die erste und zweite Metallbleche aufweist, von denen wenigstens
ein Blech Superplastizitätseigenschaften besitzt und die
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beide an in gegenseitigem Abstand befindlichen Stellen verbunden werden, wobei das eine Blech durch superplastische
Ausdehnung von dem anderen Blech an den Bereichen zwischen den besagten Stellen abgehoben wird, so daß hohle Verstärkungsabschnitte gewünschter Gestalt erhalten werden.
Ein typisches Material, bei dem die Erfindung anwendbar ist, ist eine Titanlegierung, die Titan-6 Gew.-% Aluminium-U
Gew.-% Vanadium enthält.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer Einheit
aus Blech und Streifen;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht zweier Einheiten, die sich vor dem Walzbinden in gegenseitigem
Eingriff befinden;
Fig. 3 ist eine Endansicht einer Platte, wie sie sich nach dem Walzbinden und dem Ausdehnen oder
Aufweiten einer Einheit ergibt.
In Fig. 1 ist eine erste Einheit 10 gezeigt, die zu einer Bauplatte für ein Flugzeug zu verarbeiten ist.
Ein Grundblech 11, das die Außenhaut der Platte bilden 309840/0469
soll, wird aus einer geeigneten Titanlegierung gebildet,
die für eine Außenhaut geeignet ist. Die innere Oberfläche
des Blechs 11 wird mit Streifen 12 aus einem ein Verschweißen verhindernden Material oder Schweißstoppmaterial, z.B. Aluminiumoxyd
oder Zirconoxyd, und zwar an in seitlichem Abstand stehenden Stellen, beschichtet.
Schmale Bleche in Form von Verstärkungsbändern 13 mit abgefasten oder abgeschrägten Rändern werden zentral
über die Streifen 12 gelegt, so daß jedes Verstärkungsband zu jeder Seite über einen Streifen übersteht. Die Bänder 13
bestehen aus Titan-6 Gew.-% Aluminium-4 Gew.-% Vanadium,
ein Material, das superplastische Eigenschaften hat.
Die erste Einheit' nach Fig. 1 wird mit einer Trennlage
14 aus Aluminiumoxyd oder Zirconoxyd (Fig. 2) überdeckt, die sich an das gewellte Profil der Einheit anpaßt. Auf die
erste ... Einheit wird eine, zweite, der Fig. 1 entsprechende Einheit in umgekehrter Lage aufgelegt, wobei die Bänder 13a
der zweiten Einheit zwischen die Bänder 13 der ersten Einheit eingreifen.
Die Ränder 15, 15a der beiden Einheiten werden dann miteinander verschweißt, vorzugsweise durch Elektronenstrahlschweißen.
Die beiden Einheiten werden dann zwischen einander gegenüberliegenden Druckwalzen eines Walzwerks (nicht gezeigt)
hindurchgeführt, um die Bänder 13, 13a an die unbeschichteten Oberflächenabschnitte der zugeordneten Basisbleche 11, 11a
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durch Walzbindung anzuschließen, wobei die beiden Einheiten durch das Vorliegen der Trennschicht lh an einer gegenseitigen
Verbindung gehindert werden.
Nach dem Trennen der beiden Einheiten durch Abscheren der verschweißten Ränder 15, 15a und nach dem Entfernen der
Trennschicht m wird jede Einheit in eine Form eingelegt, deren Formhohlraum eine der Gestalt der fertigen Platte komplementäre
Gestalt hat; --an jedes Ende der Einheit werden bei jedem Streifen 12 Gaseinspritzrohre angesetzt, wodurch Gas (z.B.
Argon) entlang dem Verlauf jedes Streifens eingepreßt werden
kann.
Die Form wird erhitzt und auf einer Temperatur gehalten, die für das superplastische Ausdehnen der Bänder
13 geeignet ist und im vorliegenden Fall 9500C beträgt; anschließend
wird in die Einspritzrohre in überwachter Rate und überwachtem Druck Gas eingepreßt.
Durch die kombinierte Wärmeeinwirkung auf die Bänder 13 und Druckeinwirkung zwischen den Bändern und dem
Basisblech 11 werden die Bänder entlang dem Verlauf der Streifen 12 unter superplastischen Bedingungen aufgeblasen,
bis die Bänder 13 sich dem Profil des zugehörigen Teils des Formhohlraums anpassen. Die Einheit führt dann zu einer Bauplatte
gemäß Fig. 3, bei der das Basisblech 11 eben bleibt und jedes Band 13 zu einem hohlen Verstärkungsabschnitt 16
aufgeweitet ist, der entlang schmaler Fußabschnitte 17 mit
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dem Basisblech fest verbunden ist.
Bei einer nicht dargestellten zweiten Ausführungsform wird eine Einheit aus einem ersten Blech oder Basisblech
aus Metall mit Streifen aus einem Schwexßstoppmetall auf der einen Oberfläche gebildet, wie es für das Blech 11 der ersten
Ausführungsform beschrieben wurde. Es wird dann ein zweites
Metallblech mit superplastischen Eigenschaften gegen die beschichtete Oberfläche des ersten Blechs gelegt. Die
beiden Bleche werden dann an den unbeschichteten Abschnitten miteinander fest verbunden und es werden die beschichteten
Abschnitte in gleicher Weise wie beider ersten Ausführungsform aufgeblasen, um eine Bauplätte mit einer ebenen Oberfläche und einer gerippten Oberfläche herzustellen.
Bei Abwandlungen der beiden Ausführungsformen kann
das gegenseitige Verbinden der Bleche jeder Einheit unter
statischen Bedingungen durch Anlegen von Druck an die Bleche erfolgen, indem man die Einheiten zwischen die Platten einer
geeigneten Presse einsetzt.
Die Erfindung liefert somit Bauplatten gewünschter Gestalt mit hoher Tragfähigkeit und geringem Gewicht aus
Materialien, die superplastische Eigenschaften haben.
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Claims (1)
- Patentansprüche1. Verfahren zur Herstellung von Metallbauplatten, dadurch gekennzeichnet , daß man erste und zweite Metallbleche herstellt, von denen wenigstens eines superplastische Eigenschaften hat, daß man eine Oberfläche wenigstens eines Blechs an erwünschten Bereichen mit einem Schweißstoppmaterial beschichtet und die Bleche einander gegenüberliegend unter Zwischenschaltung der Beschichtung anordnet, dann die Innenflächen der Bleche an den unbeschichteten Bereichen miteinander fest verbindet und anschließend zwischen den Blechen an den beschichteten Abschnitten bei gesteuertem Druck und gesteuerter Temperatur einen Strömungsmitteldruck anlegt, wodurch das eine Blech durch superplastische Ausdehnung von dem anderen Blech an den beschichteten Bereichen abgehoben wird, so daß hohle Verstärkungsabschnitte erwünschter Gestalt erhalten werden.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i chn et, daß das gegenseitige Verbinden der ersten und zweiten Bleche dadurch herbeigeführt wird, daß man die Bleche zwischen einem Paar von Druckwalzen hindurchführt.3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das gegenseitige Verbinden der ersten und zweiten Bleche unter statischen Bedingungen herbeiführt, indem man auf die Bleche zwischen Platten einer Presse einen Druck ausübt.309840/04691K Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den miteinander zu verbindenden Bereichen der Innenflächen ein Beschleuniger in Form einer metallischen Zwischenlage vorgesehen wird, um das Verbinden zu unterstützen.-- 05. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gegenseitige Verbinden der ersten und zweiten Bleche durch Verschweißen bewirkt wird.6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einheit hergestellt wird, die aus mehreren einzelnen schmalen Blechen besteht, die superplastische Eigenschaft haben und in gegenseitigem Abstand auf einem weiteren Blech angeordnet sind, wobei sich zwischen einer zentralen Längszone jedes schmalen Blechs und dem anderen Blech eine Beschichtung aus Schweißstoppmaterial befindet.7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine erste Einheit herstellt und auf diese unter Zwischenschaltung eines Trennmaterials eine zweite Einheit in umgekehrter Lage auflegt, wobei die schmalen Bleche der zweiten Einheit zwischen die schmalen Bleche der ersten Einheit eingreifen, und daß man auf die beiden Einheiten Druck ausübt, um die schmalen Bleche an das zugeordnete andere Blech jeder Einheit fest anzuschließen.309840/04698. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der beiden Einheiten vor dem VerbindungsVorgang miteinander verschweißt werden.9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch geke nnzeichnet, daß das superplastische Ausdehnen innerhalb einer erhitzten Form bewirkt wird, deren Hohlraum eine Gestalt hat, die derjenigen entspricht, wie sie an der fertigen Platte erwünscht ist,10. Metallbauplatte, gekennzeichnet durch erste und zweite Metallbleche (11} 13), von denen wenigstens eines (13) superplastische Eigenschaften hat und die an in Abstand stehenden Stellen miteinander verbunden sind, wobei das eine Blech <13) durch superplastische Ausdehnung von dem anderen Blech <11) an Bereichen zwischen den im Abstand stehenden Stellen abgehoben worden ist, so daß hohle Verstärkungsabschnitte (16) erwünschter Gestalt gebildet werden.11. Metallbauplatte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Blech aus einer Titanlegierung mit Titan-6 Gew.-% Aluminium-^ Gew.-% Vanadium gebildet ist.309840/0469Leerseite
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