DE2426601A1 - Verfahren zum herstellen eines behaelters aus einer superplastischen legierung durch blasen - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines behaelters aus einer superplastischen legierung durch blasen

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Description

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Alter Licensing Establishment, Vaduz / Liechtenstein
Verfahren zum Herstellen eines Behälters aus einer superplastischen Legierung durch Blasen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines durch Blasen geformten Erzeugnisses in Form eines Behälters aus einer superplastischeri Legierung.
Seitdem die superplastischen Legierungen wegen niedriger Bearbeitungsbeanspruchungen weit verbreitet sind, werden sie solchen Metallverformungsverfahren wie Walzen, Ziehen, Blechverarbeitung, Formpressen und Strangpressen unterworfen. Darüber hinaus wurde kürzlich eine auf dem Blasverformen basierende Herstellungstechnik durchzuführen versucht. UhgMch Glas oder Kunststoffen ist die superplastische Legierung auf einen engen Temperaturbereich begrenzt, in welchem sie das superplastische Fließen zeigt und spricht nicht immer auf eine plötzliche Bearbeitungsbeanspruchung an. Sie ist daher in ihrer Verformbarkeit
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beschränkt. Sogar wenn die superplastische Legierung außerordentlich durch bloßes Anheben des Blasdruckes pulsierend ausgedehnt wird, kann sie folglich nicht gleichmäßig verformt werden. Insbesondere das Formen komplizierter Teile wird unvollständig und es treten eine ungleichförmige Dicke des geformten Erzeugnisses oder Brüche in der Oberfläche auf. Auf diese Weise ist die Fertigung mit superplastischer Legierung bisher technisch ungelöst.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Behälters aus einer superplastischen Legierung durch Blasverformung zu schaffen, mit dem ein fehlerfreier Behälter mit gleichförmiger Wandstärke bzw. einem vorbestimmten Wandstärkenverlauf und glatten Oberflächen hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein mit einem Boden versehener Zylinder aus einem Ausgangsmaterial aus der superplastischen Legierung gefertigt wird, eine mechanische Fertigbearbeitung zum Glätten der Oberfläche des Zylinders und zur Förderung der Genauigkeit der Abmessungen durchgeführt wird, der fertig bearbeitete Zylinder vorgewärmt wird, indem er mindestens 2 Minuten lang auf einer Temperatur im Bereich von 200 bis 3000C gehalten wird, der erwärmte Zylinder in einer Metallformanordnung aufgenommen und von der Eintrittsseite in Richtung des Inneren derselben mit Strömungsmitteldruck mit einem Anfangsdruck von mindestens 8 atm (l atm = 1,03323 kg/cm ) und einem Formdruck im Bereich von 7 bis 20 atm (l atm = 1,03323 kg/cm ) fertiggeblasen wird, und die Metallformanordnung durch Blasluft abgekühlt wird, bevor sie zum Herausnehmen des aufgeblasenen Erzeugnisses aus derselben geöffnet wird.
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So wird durch die Erfindung ein neuer Behälter erzeugt, indem die Eigenschaften der superplastischen Legierung ausgenutzt werden. Weil die herkömmlichen Techniken die superplastische Legierung unter Bedingungen bearbeitet haben, welche die Grenzen der Verformbarkeit überschritten, war es damit nicht möglich, ein für die praktische Verwendung geeignetes Erzeugnis herzustellen. Erfindungsgemäß wird die Blasverformung des Behälters so durchgeführt, daß ein Material vorerwärmt wird, um die superplastischen Erscheinungen einzustellen, d.h. sie wird mit einem niedrigen Anfangsdruck von mindestens 8 atm etwas aufgeblasen und wird danach einem Formdruck im Berei*ch von 7 bis 20 atm ausgesetzt. Vor dem Vorwärmen der superplastischen Legierung wird das Material zu einem mit Boden versehenen Zylinder verformt, dessen Oberflächen geglättet und dessen Abmessungen genau abgestimmt sind. So wird die äußere Erscheinung des durch Blasverformen hergestellten Erzeugnisses schön und die Außenabmessungen des fertigen Erzeugnisses werden genau.
Als superplastische Legierung werden Zn - Al (78 - 22), Al - Cu (67 - 33), Al - Si (88,3 - 11,7), Mg-Al (67,7 - 32,3), Mg - Cu (69,3 - 30,7), Mg-Ni (76,5 - 23,5) usw. verwendet. Diese Legierungen werden mindestens 2 Minuten lang bei 200 bis 3000C vorgewärmt, und während eine Formtemperatur unterhalb 600°C aufrechterhalten wird, werden sie durch Blasverformung bei einem Blasverhältnis von höchstens 3 in zwei Stufen des Verformungsdruckes geformt.
Erfindungsgemäß gibt es zwei Möglichkeiten. In einem Fall wird von der Herstellung eines mit Boden versehenen Zylinders aus einer Platte oder einem scheibenförmigen Teil aus superplastischer Legierung begonnen, während im anderen Fall mit der Herstellung eines mit Boden versehenen Zylinders durch
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Verschließen des Bodens eines Rohres begonnen wird, das durch Strangpressen erhalten wurde. In jedem Fall kann leicht ein Behälter gewünschter Größe hergestellt werden, indem der mit Boden versehene Zylinder in eine Metallformanordnung eingesetzt und der Blasverformung unter den oben genannten Bedingungen ausgesetzt wird.
So ist es durch die Erfindung möglich, einen Behälter aus superplastischer Legierung herzustellen.
Die oben genannten und weitere Aufgaben der Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung deutlicher. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Platte aus einer superplastischen Legierung,
Fig. 2 einen Schnitt eines mit Boden versehenen Zylinders, der durch Schlagpressen, Formpressen oder Unterdruckverformung aus der Platte erhalten wird,
Fig. j5 einen Schnitt des Stadiums, in welchem der Zylinder geglättet wird,
Fig. k einen Schnitt, der das Stadium darstellt, in welchem die Innenfläche des Zylinders an dessen öffnung bearbeitet ist,
Fig. 5 einen Schnitt des Stadiums, in welchem die Innenfläche eines inneren Teiles des Zylinders entfernt von der öffnung bearbeitet ist,
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Pig. 6 einen Schnitt, welcher das Stadium darstellt,
in welchem der Zylinder in eine geöffnete Metallformanordnung eingesetzt ist,
Fig. 7 einen Schnitt der das Stadium darstellt, in welchem die Metallformanordnung der Fig. β geschlossen und der Zylinder fertiggeblasen ist,
Fig. 8 eine Vorderansicht des fertigen Behälters,
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines Rohres aus superplastischer Legierung, und
Fig. 10 einen Schnitt des Rohres der Fig. 9> das zu einem mit Boden versehenen Zylinder umgewandelt ist.
Wie zuvor festgestellt wurde, gibt es bei der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit, mit der Platte aus einer superplastischen Legierung zu beginnen und die Möglichkeit, mit einem Rohr aus der superplastischen Legierung zu beginnen. In jedem Fall umfaßt sie die verschiedenen Schritte der Vorbereitung des mit einem Boden versehenen Zylinders der mechanischen Vorbearbeitung, der Vorerwärmung,der Verformung durch Blasen, des Kühlens, des Herausnehmens des geformten Erzeugnisses und die Endbearbeitung.
Im folgenden wird die erste Möglichkeit beschrieben:
1. Schritt:
Eine ,Platte 1, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, wird in der Weise hergestellt, daß ein Walzmaterial aus superplastischer Legierung (Zn 78$ - Al 22$) mit einer geeigneten Dicke, wie sie für die Herstellung eines Fertigerzeugnisses,zum Beispiel eines Behälters 10 wie er in Fig. 8 dargestellt ist, notwendig ist, wird in einer vorbestimmten Größe und Form ausgestanzt.
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Stattdessen kann die Platte auch durch Abtrennen einer stranggepreßten Stange einer vorbestimmten Querschnittsform mit einer bestimmten Dicke hergestellt werden.
2. Schritt:
Ein mit Boden versehener Zylinder 2, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, wird hergestellt, indem die Platte 1 einer Verformung durch Schlagpressen, Formpressen oder einer Unterdruckverformung ausgesetzt wird. In der Mitte des Bodens 12 des Zylinders 2 ist ein Ansatz 15 ausgebildet. Bis zu diesem Schritt muß das Verformen innerhalb des Bereiches der superplastischen Eigenschaften der Legierung durchgeführt werden. Die Temperatur, die Erwärmungszeit usw. müssen ausreichend berücksichtigt werden.
3. Schritt:
Für die äußere Erscheinung, die Dickenverteilung, das Verformen usw. des Fertigerzeugnisses, d.h. des Behälters 10, werden die Oberflächen des Zylinders einer Vorbearbeitung,z.B. einem Polieren,einer Glättung (einem Ziehen) und einer Bearbeitung unterworfen. Der Ausdruck "Polieren" bezeichnet einen Arbeitsgang mit einer Feile und/oder einer Schwabbelscheibe und dient dazu, den Glanz und die Glätte der äußeren Oberfläche des Zylinders zu erhöhen. Beim Glätten wird der Zylinder 2 durch eine Matrize J5 gezogen oder gequetscht, wie in Fig. J> dargestellt ist. So wird das Material der Zylinderoberfläche 2a gedehnt, um die Glätte der Oberfläche zu steigern, in der Außenfläche erzeugte Vertiefungen zu entfernen und die Struktur des Materials zu verfeinern, um so einen Behälter mit einer schönen Außenfläche zu erhalten. Das Bearbeiten bezeichnet das Fräsen und Abarbeiten der Innenfläche 2b des Zylinders in Übereinstimmung mit der Form des fertigen Behälters, wie er in Fig. 5
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dargestellt ist. So wird die Dickenverteilung egalisiert. Um einen kleinen Vorsprung, z.B. einen Gewindeabschnitt 11 zu erleichtern, der am Außenumfang des Halsabschnittes des fertigen Behälters 10 geformt werden soll, wie in Fig. 8 dargestellt ist, ist die Innenfläche 2c des entsprechenden Teiles des Zylinders dünn gefräst oder gedreht, wie in Fig. 4 dargestellt ist. So wird der Halsabschnitt beim Fertigblasen gut aufgeblasen.
4. Schritt:
Bevor der den ersten drei Schritten unterzogene Zylinder zum Fertigblasen gebracht wird, wird er während dieses vierten Schrittes einer Vorerwärmung bei 260°C - 100C für einen Zeitraum von ungefähr 10 bis 15 Minuten unterworfen. Wenn in diesem Falle die Temperatur von 2700C überschritten wird, nimm die Thermoplastizität ab. Wenn der Zylinder während eines bestimmten Zeitraums (z.B. 15 Minuten) auf 3000C gehalten wird, geht die thermoplastische Eigenschaft deutlich verloren und das Fertigblasen wird unmöglich. Wenn die Legierung jedoch bei 35O0C wieder abgeschreckt wird, wird die superplastische Eigenschaft wieder hergestellt. Ein Ofenaufbau zur Durchführung des Vorwärmens soll so beschaffen sein, daß die Änderungen der Temperaturdifferenz beim Öffnen und Schließen gering sind. Es ist ferner notwendig, die Steuerung so auszubilden, daß ein abrupter Temperaturabfall verhindert werden kann, wenn der vorerwärmte Zylinder in eine Blasformanordnung hinübergebracht wird.
5. Schritt:
Der 5· Schritt ist das Fertigblasen. Der vorerwärmte Zylinder 2 wird in die Blasformanordnung gebracht, wobei das Fertigblasen im. allgemeinen mit den folgenden fünf Schritten durchgeführt wird:
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-δι. Die rechte und linke Formhälfte der Metallformanordnung werden geschlossen,
2. die Bodenform der Metallformanordnung wird nach oben geschoben und eingestellt, um die Blasverformanordnung zu bilden,
3. der vorerwärmte Zylinder wird eingesetzt und in der Blasformanordnung angeordnet,
4. der Zylinder wird erwärmt, er wird durch Heizeinrichtungen innerhalb der Metallfοrmanordnung auf einer Temperatur von 26O0C - 1O0C gehalten, und
5. eine Düse wird in den erwärmten Zylinder eingesetzt und Luft oder Gas wird eingeblasen. Der Zylinder wird fertiggeblasen, bis er die Form des fertigen Behälters erhalten hat.
Fig. 6 stellt das Stadium dar, in welchem die Metallformanordnung offen ist. Die Metallformanordnung besteht aus der rechten und der linken Formhälfte 4-4 und der Bodenform 6. Jede der Formhälften 4-4 enthält eine Heizeinrichtung 7. Ein Hohlraum 8 zum Formen des fertigen Behälters 10 ist innerhalb jeder Formhälfte ausgebildet, während ein Halsabschnitt 9 zum Formen der Öffnung des fertigen Behälters am oberen Rand ausgebildet ist. Wenn die Metallformanordnung offen ist, wird der Zylinder 2 in eine Lage gebracht, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Anschließend werden die Formhälften 4-4 miteinander ausgerichtet und die Bodenform 6 wird angehoben. Zu diesem Zeitpunkt wird der in der Mitte des Bodens 12 des Zylinders 2 angeordnete Ansatz 15 in eine Ausnehmung l6 in der Mitte der Bodenform
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eingesetzt. Anschließend wird die Metallformanordnung geschlossen wie in Fig. 7 dargestellt ist und der Zylinder wird aufgeblasen, indem das Strömungsmittel in denselben von der Blasöffnung der Düse Ij? eingeblasen wird. Weil der Mittelteil des Zylinders mit dem Ansatz 15 des Bodens s welcher in die Ausneh-* mung 16 der Bodenform 6 eingesetzt ist, gehalten wird, wird er gleichmäßig in radialer Richtung aufgeblasen und jede Teilaufdickung wird verhindert. Als Abwandlung ist es auch möglich, den Ansatz in der Mitte der Bodenform β vorzusehen und die Vertiefung am Boden des Zylinders auszubilden.
Die Bedingungen- beim Blasverformen des Zwischenschrittes 5 sind folgendes
Die Blaszeit beträgt 45 bis 60 see, der Anfangsdruck: beträgt 10 atm (2 bis j5 see.) und der Verformungsdruck beträgt YJ atm (4j5 bis 57 see). Als Medium zum Aufbringen des Druckes wird ein inertes GaS5 z.B. Stickstoff oder Argon, das auf 1000C bis 150°C erwärmt ist, verwendet, um ein Oxidieren und Absinken der Temperatur des Formpreßlings zu •ysrhindern. Der Verformungsdruck wird beim Formen nicht einmal aufgegeben, sondern ein angemessenes Verhältnis für die Länge des Materials wird durch den Anfangsdruck gefördert a so daß der Zylinder zur genauen Form des fertigen Behälters verformt werden kann. Wenn der Zylinder direkt durch den Verformungsdruck fertiggeblasen wird, ohne über den Anfangsdruck vorzugehen, wird abhängig von der Dickenverteilung ein schwächerer Teil plötzlich aufgeblasen und führt zu einer Dickenänderung und einer Formänderung. Dieser Nachteil wird durch den Anfangsdruck vermieden. Das maximale Blasverhältnis betrug zu dieser Zeit bei Versuchen 2,7.
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6. Schritt:
Nach dem Verformen wird ein Kühlen mit Luft durchgeführt, um das Lösen des Preßlings aus der Metallformanordnung zu erleichtern. Die Kühlzeit beträgt 5 bis 6 see.
7. Schritt:
Dieses ist der Schritt des öffnens der Formanordnung und des Herausnehmens des Erzeugnisses. Der fertiggeblasene Behälter mit der fertigen Form wird aus der Metallformanordnung von Hand oder automatisch herausgenommen.
8. Schritt:
Dieses ist der Fertigbearbeitungsschritt. Der geformte Behälter wird verschiedenen Fertigbearbeitungszwischenschritten unterworfen: 1. Trennen und Fräsen des Öffnungsabschnitts, 2. Waschen der Innen- und Außenseite des Behälters, 3. Plattieren der Außenfläche des Behälters oder Überziehen mit einer Farbe, und 4. Beschichten der Innenfläche des Behälters.
Im folgenden wird die zweite Möglichkeit beschrieben, insbesondere das Verfahren, bei welchem von der Herstellung eines mit Boden versehenen Zylinders ausgegangen wird, der durch Versehen eines stranggepreßten Rohres mit einem Boden hergestellt wird.
1. Schritt:
Ein rohrförmiger Körper 20, wie er in Fig. 9 dargestellt ist, wird durch Extrudieren hergestellt.
2. Schritt:
Ein Bodenabschnitt 22 wird durch Blockieren eines Endes des rohrförmigen Körpers 20 gebildet, so daß ein Zylinder 21, wie er in Fig. 10 dargestellt ist, gefertigt wird. In der
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Mitte des Bodens 22 ist ein Ansatz 23 vorgesehen. Hierfür wird entweder ein Verfahren A angewandt," bei welchem der Bodenabschnitt durch Erwärmen und Schweißen eines weiteren Teiles aus derselben Legierung wie der Zylinder gefertigt wird, oder ein Verfahren B, bei welchem der Bodenabschnitt durch Quetschen eines Endes des Zylinders mittels einer Metallform oder einer anderen Einrichtung gebildet wird.
Der dritte und die folgenden Schritte sind dieselben wie bei der ersten Möglichkeit. Weil die Dickenänderung des Zylinders Jedoch beim Extrudieren erreicht wird, werden das Glätten und das Bearbeiten, wie sie beim dritten Schritt der ersten Möglichkeit zu sehen sind, weggelassen.
Wie oben beschrieben wurde, kann mit der Erfindung leicht ein Metallbehälter der Art geformt werden, daß nach Fertigstellung der Innen- und Außenflächen eines Zylinders aus einer superplastischen Legierung, das stufenweise Blasverformen vom Anfangsdruck bis zum Verformungsdruck durchgeführt wird. Bei den herkömmlichen Bearbeitungsverfahren durch Formpressen und Schlagpressen ist das Formen des Behälters aus superplastischer Legierung von Schwierigkeiten begleitet. Im Gegensatz dazu kann erfindungsgemäß ein schöner, fertiger Behälter glatt, ohne Verlust der Glätte der Oberflächen und ohne Unterschiede in der Dicke und Brüche in der Weise geformt werden, daß der Blasdruck stufenweise aufgebracht wird, während die Temperatur beim Verfahren aufrechterhalten wird, bei welcher sich die innere Struktur des Materials ändert.
Der durch die vorliegende Erfindung erzeugte Behälter kann weitgehend in gleicher Weise für Metallbehälter angewandt werden, welche gewöhnlich zur Aufnahme von Getränken, Kosmetika, flüssiger Medizin usw. verwendet werden.
- 12 509815/0 324

Claims (6)

  1. - 12 Patentansprüche
    \J Verfahren zum Herstellen eines durch Blasen geformten Erzeugnisses in Form eines Behälters aus einer superplastischen Legierung, dadurch gekennzeichnet , daß:
    a) ein mit einem Boden versehener Zylinder aus einem Ausgangsmaterial aus der superplastischen Legierung gefertigt wird,
    b) eine mechanische Fertigbearbeitung zum Glätten der Oberfläche des Zylinders und zur Förderung der Genauigkeit der Abmessungen durchgeführt wird,
    c) der fertig bearbeitete Zylinder vorgewärmt wird, indem er mindestens 2 Minuten lang auf einer Temperatur im Bereich von 200 bis 30O0C gehalten wird,
    d) der erwärmte Zylinder in einer Metallformanordnung aufgenommen und von der Eintrittsseite in Richtung des Inneren derselben mit Strömungsmitteldruck mit einem Anfangsdruck von mindesten s 8 atm (l atm = 1,03323 kg/cm ) und einem Formdruck im Bereich von 7 bis 20 atm (l atm =
    1,03323 kg/cm ) fertiggeblasen wird, und
    e) die Metallformanordnung durch Blasluft abgekühlt wird, bevor sie zum Herausnehmen des aufgeblasenen Erzeugnisses aus derselben geöffnet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die superplastische Legierung aus Zn-Al, Al-Cu, Al-Si, Mg-Al, Mg-Cu oder Mg-Ni besteht.
    - 13 50981 B/0324
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ansatz am Boden des mit Boden versehenen Zylinders ausgebildet wird, während eine dem Ansatz entsprechende Ausnehmung in einer Bodenform der Metallformanordnung ausgebildet ist und daß der Ansatz beim Schließen der Metallformanordnung in die Ausnehmung eingesetzt wird, um den Zylinder zu zentrieren.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die superplastische Legierung einer Vorerwärmung bei 2600C - 1O°C über einen Zeitraum von 10 bis 15 Minuten ausgesetzt wird, anschließend unter dem Anfangsdruck von 10 atm 2 bis 3 see. lang in der Metallformanordnung, die auf höchstens 600°C erwärmt ist, gehalten wird, und danach darin unter dem Formdruck von 17 atm 43 bis 57 see. lang gehalten wird, so daß sie zum aufgeblasenen Behälter mit einem maximalen Blasverhältnis von 3 geformt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Boden versehene Zylinder erhalten wird, indem eine Platte aus der superplastischen Legierung einer Verformung durch Schlagpressen, Formpressen oder Unterdruckverformung ausgesetzt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Boden versehene Zylinder erhalten wird, indem ein stranggepreßtes Kohr an einem Ende mit einem Boden versehen wird.
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