DE2426601C3

DE2426601C3 - Verfahren zum Blasformen eines Hohlkörpers

Info

Publication number: DE2426601C3
Application number: DE2426601A
Authority: DE
Inventors: Francis Vaduz Schertenleib
Original assignee: ALTER LICENSING ESTABLISHMENT VADUZ
Current assignee: ALTER LICENSING ESTABLISHMENT VADUZ
Priority date: 1973-10-02
Filing date: 1974-05-31
Publication date: 1980-09-11
Also published as: DE2426601B2; JPS5640652B2; FR2245428A1; DE2426601A1; US3896648A; FR2245428B1; GB1468214A; IT1013378B; AU6954074A; CA991023A; JPS5062171A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Blasformen eines Hohlkörpers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Seit dem 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 (DFBO-Mitteilungen 23,1972, Seiten 63 bis 64). Es wurde ein geformter Artikel aus einer superplastischen Legierung hergestellt, wobei das Material zunächst erwärmt und abgeschreckt wurde, danach in eine vorgewärmte Form eingelegt und geblasen wurde.

Ungleich 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 beschränkt. Sogar wenn die superplastische Legierung außerordentlich durch bloßes Anheben des Blasdruckes pulsierend ausgedehnt wird, kann sie 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. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß ein fehlerfreier Hohlkörper mit gleichförmiger Wandstärke bzw. einem vorbestimmten Wandstärkenverlauf und glatten Oberflächen hergestellt werden kann.

Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der aus einer Zn-Al-, Al-Cu-, Al-Si-, Mg-Al-, Mg-Cu- oder Mg-Ni-Legierung superplastischer Zusammensetzung bestehende zylinderförmige Rohling vor dem Einlegen

in die Form oder in der Form selbst auf eine Temperatur von 260 ± 10° C erwärmt, und das Erwärmen erfolgt lediglich in einem Zeitraum von 10 bis 15 Minuten. Darüber hinaus wird beim erfindungsgemäßen Verfahren zunächst mit einem Anfangsdruck von 10,133 bar und später mit einem Formdruck von 17,225 bar geblasen. Weiter erhält im Gegensatz zum bekannten Verfahren der vorgeformte Rohling nach seiner Herstellung eine Oberflächenbearbeitung, wodurch nach dem Blasen eine wesentlich bessere Oberfläche erzielt wird.

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) verwendet.

so Für die Herstellung der Rohlinge zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gibt es zwei übliche Möglichkeiten. In einem Fall wird der mit Boden versehene Zylinder aus einer Platte oder einem scheibenförmigen Teil aus der superplastischen Legierung

i") gefertigt, während im anderen Fall mit der Herstellung eines mit Boden versehenen Zylinders durch einseitiges Verschließen eines Rohres begonnen wird, das durch Strangpressen erhalten wurde. In jedem Fall kann leicht ein Behälter gewünschter Größe herge-

4" stellt werden, indem der mit Boden versehene Zylinder in eine Blasformanordnung eingesetzt und der Blasverformung unter den obengenannten Bedingungen ausgesetzt wird.

Es ist weiter ein Verfahren zum Bearbeiten von aus Metallegierungen bestehenden Blechen bekannt (DE-OS 2252930), welche zuvor behandelt wurden, um die Eigenschaft der Superplastizität aufzuweisen. Durch dieses Verfahren soll eine Verbesserung der Kaltbiegefähigkeit nach der Biasverformung erreicht

so werden, indem ein Erwärmen in einem Temperaturbereich von 150 bis 250° C vorgeschlagen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

)5 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

bo wird,

Fig. 3 einen Schnitt des Stadiums, in welchem der Zylinder geglättet wird,

Fig. 4 einen Schnitt, der das Stadium darstellt, in welcher die Innenfläche des Zylinders an dessen Öff-

h5 nung bearbeitet ist.

Fig. 5 einen Schnitt des Stadiums, in welchem die Innenfläche eines inneren Teiles des Zylinders entfernt von der öffnung bearbeitet ist.

Fig. 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 d>;r Fig. 6 ge- s schlossen und der Zylinder fertiggeblasen ist, und Fig. 8 eine Vorderansicht des fertigen Behälters.

Wie zuvor festgestellt wurde, gibt es zur Rohlingherstellung die bekannten Möglichkeiten, von einer Platte aus einer superplastischen Legierung auszuge- ι ο hen, oder mit einem Rohr aus der superplastischen Legierung zu beginnen.

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 u..d die Glätte der äußeren Oberfläche des Zylinders zu erhöhen. Beim Glätten wird der Zylinder 2 durch eine Matrize 3 gezogen oder gequetscht, wie in Fig. 3 dargestellt ist. So wird das Material der Zylinderoberfläche 2a gedehnt, um die Glätte der Oberfläche zu steigern, :5 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 Ib des Zylinders (vgl. Fig. 5) in Übereinstimmung mit der Form des fertigen Behälters. 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 J5 werden soll, wie in Fi g. 8 dargestellt ist, ist die Innenfläche Ic des entsprechenden Teiles des Zylinders dünn gefräst oder gedreht, wie in Fig. 4 dargestellt ist. So wird der Halsabschnitt beim Fertigblasen gut aufgeblasen.

Bevor der mechanisch bearbeitete Zylinder zum Fertigblasen gebracht wird, wird er einer Vorerwärmung bei 260° C ± 10° C für einen Zeitraum von ungefähr 10 bis 15 Minuten unterworfen. Wenn im Falle der superplastischen Legierung aus 78 % Zn und 22 % Al die Temperatur von 270° C überschritten wird, nimmt die Thermoplastizität ab. Wenn der Zylinder während eines bestimmten Zeitraums (z. B. 15 Minuten) auf 200° C gehalten wird, geht die thermoplastische Eigenschaft deutlich verloren und das Fertigblasen wird unmöglich. Wenn die Legierung jedoch bei 350° C wieder abgeschreckt wird, wird die superplastische Eigenschaft wieder hergestellt. Ein Ofenaufbau zur Durchführung des Vorwärmens ιόH 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. t>o

Das Fertigblasen wird im .;" ^meinen mit den folgenden fünf Schritten durchgeführt:

1. Die rechte und linke Formhälfte der Blasformanordnung werden geschlossen,

2. die Bodenform der Blasformanordnung wird tn 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 Blasformanordnung auf einer Temperatur von 260° C ± 10° C gehalten, und

5. eine Düse wird in den erwärmten Zylinder eingesetzt und Luft oder Gas wird eingeblasen. Der Zylinder wird fertiggeblascn, bis er die Form des fertigen Behälters erhalten hat.

Fig. 6 stellt das Stadium dar, in welchem die Blasformanordnung offen ist. Der Blasformanordnung besteht aus der rechten und der linken Formhälfte 4-4 und der Bodenform 6. Jede der Formhälften 4-4 enihält 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 Blasformanordni'ng 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 16 in der Mitte der Bodenform 6 eingesetzt. Anschließend wird die Blasformanordnung geschlossen, wie in Fig. 7 dargestellt ist, und der Zylinder wird aufgeblasen, indem das Strömungsmittel in denselben ran der Blasöffnung der Düse 13 eingeblasen wird. Weil der Mittelteil des Zylinders mit dem Ansatz 15 des Bodens, welcher in die Ausnehmung 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 6 vorzusehen und die Vertiefung am Boden des Zylinders auszubilden.

Die Bedingungen beim Fertigblasen sind folgende:

Die Blaszeit beträgt 45 bis 60 see, der Anfangsdruck beträgt 10,133 bar (2 bis 3 see) und der Verformungsdruck beträgt 17,225 bar (43 bis 57 see). Als Medium zum Aufbringen des Druckes wird ein inertes Gas, z. B. Stickstoff oder Argon, das auf 100° C erwärmt ist, verwendet, um ein Oxidieren und Absinken der Temperatur des Formpreßlings zu verhindern. Der Verformungsdruck wird beim Formen nicht einmal aufgegeben, sondern ein angemessenes Verhältnis für die Länge des Materials wird durch den Anfangsdruck gefördert, so daß der Zylinder zur genauen Form des fertigen Behälters verformt werden kann. Wurde der Zylinder direkt durch den Verformungsdruck fertiggeblasen, ohne über den Anfangsdruck vorzugehen, so würde abhängig von der Dickenverteilung ein schwächerer Teil plötzlich aufgeblasen, was zu einer Dickenänderung und einer Formänderung führt. Dieser Nachteil wird durch den Anfangsdruck vermieden. Das maximale Blasverhältnis betrug zu dieser Zeit bei Versuchen 2,7.

Nach dem Verformen wird ein Kühlen mit Luft durchgeführt, um das Lösen des Preßlings aus der Blasformanordnung zu erleichtern. Die Kühlzeit beträgt 5 bis 6 see. Dadurch wird der fertiggeblasene Be!: ilter aus der Blasformanordnung von Hand oder automatisch herausgenommen.

Der geformte Behälter wird verschiedenen üblichen Fertigbearbeitungszwischenschritten unterworfen: 1. Trennen und Fräsen des Öffnunßsabschnitts,

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.

Auf diese Weise kann erfindungsgemäß ein schöner, fertiger Behälter glatt, ohne Verlust der Glätte der Oberflächen und ohne Unterschiede in der Dicke und Brüche u;idurch geformt werden, daß der Blasdruck stufenweise aufgebracht wird, während di Temperatur aufrechterhalten wird, bei welcher sie die innere Struktur des Materials ändert.

Der durch die vorliegende Erfindung erzeugte Be hälter kann weitgehend in gleicher Weise für Metall behälter angewandt werden, welche gewöhnlich zu Aufnahme von Getränken, Kosmetika, flüssiger Me dizin usw. verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Blasformen eines Hohlkörpers, indem man einen mit einem B< den versehenen Zylinder aus einer aus Zn-AJ, Al-Cu, Al-Si, Mg-Al, Mg-Cu oder Mg-Ni bestehenden superplastischen Legierung durch Wärmebehandlung in den superplastischen Zustand versetzt, bevor er in eine gegebenenfalls vorher erhitzte metallene Formvorrichtung eingesetzt wird, und dann ein unter Druck stehendes Strömungsmittel von einer Blasöffnung aus in den Zylinder einbläst, dadurch gekennzeichnet, daß vorab eine mechanische Bearbeitung zum Glätten der Oberfläche des Zylinders und zur Förderung der Genauigkeit der Abmessungen durchgeführt wird, daß dann der Zylinder 10 bis 15 Minutes* lang in einem Temperaturbereich von 260° C ± 10° C erwärmt wird, daß der vorgewärmte Zylinder in derauf einer Temperatur unterhalb 600° Cgehaltenen Formvorrichtung aufgenommen und der Strömungsmitteldruck bei einem Anfangsdruck von 10,133 bar 2 bis 3 see lang gehalten und anschließend bei einem Formdruck von 17,225 bar bis zu 57 see lang gehalten wird, wobei der aufgeblasene Hohlkörper mit einem maximalen Blasverhältnis von 3 geformt wird, und daß die Formvorrichtung durch Blasluft gekühlt wird, bevor sie zum Herausnehmen des geblasenen Erzeugnisses geöffnet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formvorrichtung an ihrem Boden eine Ausnehmung aufweist, die mit einem am Boden des Rohlings ausgebildeten Ansatz zur Zentrierung des Rohlings beim Schließen der Formvorrichtung in Eingriff kommt.