DE2506154A1

DE2506154A1 - Verfahren und vorrichtung zum formen metallischer werkstuecke im festen zustand zu formteilen und profilen bestimmten querschnittes

Info

Publication number: DE2506154A1
Application number: DE19752506154
Authority: DE
Inventors: Arthur G Metcalfe; Fred K Rose
Original assignee: International Harverster Corp
Current assignee: Navistar Inc
Priority date: 1972-02-16
Filing date: 1975-02-14
Publication date: 1975-08-21
Also published as: US3988913A; FR2279486A1; US3944782A; US3988914A; JPS50123507A; US4150279A; CA1019170A; GB1503371A; GB1501622A

Description

International Harvester Company
401j Worth Michigan Avenue
Chicago, Illinois 6063.I₃ USA

Verfahren und Vorrichtung zum Formen metallischer Werkstücke im festen Zustand zu F.ormteilen und Profilen bestimmten Querschnittes

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Formen metallischer Werkstücke im festen Zustand zu Formteilen und Profilen bestimmten Querschnittes auf einer als Gegenelektrode wirksamen Auflage unter der /Wirkung einer im wesentlichen gegen diese Auflage mit einem bestimmten Druck auf das Werkstück gepreßten Elektrodenwalze "aus hitzebeständigem Metall oder aus einer hitzebeständigen Legierung, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens,

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Unter den verschiedensten Verfahren zur spanlosen Formung (Formgebung) metallischer Werkstücke im festen Zustand ist es im allgemeinen bekannt, das Werkstück zu walzen, zu schmieden, nach verschiedenen Verfahren zu schweißen, zu stoßen, oder durch Ziehen oder Tiefziehen, Drücken, Strangpressen in bestimmte Formen zu bringen·

Allein in der Schmiedetechnik, bei der das Metall bei einer erhöhten Temperatur bearbeitet wird, spielt das Walzschmieden eine besondere Rolle, weil hierbei die Formgebung kontinuierlich ablaufen kann« Walzschmieden wird daher angewendet, wenn besondere Formen von Werkstücken unbestimmter Länge erzeugt werden sollen«

Bei den üblichem Schmiedearbeiten wird das Werkstück auf die Schmiedetemperatur erhitzt und dann mittels Schmiedehämmern, Schmiedepressen oder -walzen in die gewünschte Form gebracht. Dieses Verfahren eignet sich zum Formen weicher und dehnbarer Materialien, etwa von Stahl, verliert jedoch immer mehr an Bedeutung, sobald die Festigkeit und/oder die Sprödigkeit des Werkstückmetalls größer wird. Unter dem hier verwendeten Begriff "Metall" sollen sowohl die Grundmetalle als auch deren Legierungen . verstanden werden, sofern dies nicht anders vermerkt ist.

Nachteilig bei der Vorerhitzung des Werkstückes sind die hierdurch entwickelte Oxidation, die Zunderung oder Verunreinigungen unter der Oberfläche bzw. eine Kombination dieser Effekte, was eine verringerte Verformungsfähigkeit sowie hinsichtlich der Oberflächenbeschaffenheit rauhe und/oder verzunderte Oberflächenteile mit sich bringt, was so weit gehen kann, daß das Werkstück in seiner Gesamtheit nochmals bearbeitet werden muß, um eine annehmbare Bearbeitungsgüte aufzuweisen.

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Sofern nicht dehnbare Metalle geformt werden sollen, tritt beim konventionellen Schmieden in nachteilhafter Weise ein Abkühlen des Werkstückes auf, während es vom Schmiedeofen zu den Schmiedewerkzeugen transportiert wird. Dieser Abkühlvorgang des Werkstückes wird durch seinen Kontakt mit dem Gesenk, mit den Walzen oder mit anderen Schmiedewerkzeugen der Schmiedepresse beschleunigt. Dieser Effekt kann so stark sein, daß die .Temperatur, bei der das Werkstück momentan bearbeitet wird, bis auf 260°C unterhalb der Temperatur fällt, bei der das Werkstück den Schmiedeofen verläßt.

Das Abkühlen des Werkstückes kann seine Verformbarkeit so weit vermindern, daß das Werkstück nicht mehr ohne Rißbildung oder einer ähnlichen Güteminderung geformt werden kann. Selbst wenn aber eine solche Güteminderung nicht eintritt, können die zum Verformen des Werkstückes erforderlichen Kräfte so groß werden, daß an den Werkzeugen und/oder anderen Teilen der Schmiedepresse Schaden entstehen kann. Andererseits verringert sieh bei Anwendung hoher Drücke der Verformungsgrad, so daß das Verfahren unwirtschaftlich wird.

Ein anderes auf dem Warmpressen beruhendes Verfahren ist das Warmstauchen von Bunden, Flanschen und Köpfen mittels konventioneller unbeheizter Walzen im elektrischen Widerstandsofen, das beispielsweise aus der US-FS 2 813 194 bekannt ist und sich besonders zum Formen dehnbaren Materials eignet.

Dieses bekannte Verfahren eignet sich jedoch nicht zur Formung harter, schwerer zu bearbeitender Materialien, was in der US-PS 2 922 014 erkannt worden ist·

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Bei dem durch die US-PS 2 813 194 bekannten Verfahren wird dem Werkstück durch die Schmiedewalzen Hitze entzogen, wodurch seine Temperatur reduziert wird, und das Werkstück zu hart wird, um es formen zu können.

Weiterhin läßt sich dieses bekannte Verfahren nicht zum Formen von Hartmetall und harten Legierungen verwenden, da die Werkstückkanten gestaucht werden, und ein Fließen des Metalls in Richtung der Stauchblöcke mit sich bringt, und da sich der restliche Teil des Werkstückes nicht erhitzt und mit den massiven, ungeheizten Gesenkblöcken, deren Material einen geringen ohm*sehen Widerstand, jedoch eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen, über die elektrischen Leitungen in thermischem Kontakt ist· Die Gesenkblöcke, Führungen und Stauchblöcke würden die Kanten eines aus hartem, einen geringen Dehnungsgrad aufweisenden Metallwerkstückes in einem solchen Maße abkühlen, daß es nicht mehr zufriedenstellend geformt werden könnte·

Die Entwicklung härterer und in ihrer Festigkeit besserer Materialien hat neue Formgebungstechniken hervorgerufen, «ie sie beispielsweise in der US-PS 3 250 104 (Fischer-Verfahren) für Hochtemperatur-Walzwerke bekanntgeworden sind·

Beim Fischer-Verfahren wird das Werkstück zunächst bis zur Formtemperatur vorerhitzt und dann mittels Walzen geformt, die durch Gasflammen- oder elektrische Erhitzer aufgeheizt sind« Um sie hitzebeständig zu machen, sind die Walzen an ihrer Oberfläche mit einem Carbid,- Borid oder Oxid beschichtet·

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Nachteilig beim Fischer-Verfahren wirkt sich die Stufe des Vorerhitzens aus, was eine Oberflächenverunreinigung zur Folge hat. Dieses Verfahren läßt sich also nicht dort anwenden, wo extrem dünne Metalle oder Abschnitte verformt werden sollen«

Außerdem verursacht bei dem bekannten Verfahren die Dauer der Vorerhitzung Kornbildung und/oder andere Veränderungen in der MikroStruktur des Werkstückmaterials, Derartige Veränderungen sind jedoch unerwünscht, da sie das Material schwächen oder andere nachteilige Wirkungen auf die physikalischen Eigenschaften des Materials ausüben.

Schließlich bringt die Vorerhitzung einen Kontakt des Werkstückes mit einer oxidierenden Umgebung mit sich, während das Werkstück auf erhöhter Temperatur gehalten wird. Die Dehnbarkeit vieler Metalle wird hierdurch infolge allgemeiner Oberflächenverunreinigung oder infolge Korngrenzen-Oxidation verringert. Derartige Verunreinigungen erleiden insbesondere Metalle wie Titan, Zirkon und Niob. Korngrenzen-Oxidation erfolgt insbesondere bei Nickellegierungen, beispielsweise der "Rene¹95"-Legierung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Werkstück mit einem verhältnismäßig kleinem Arbeitswerkzeug aus hitzebeständigem Metall oder aus einer hitzebeständigen Legierung geformt. Formwerkzeug und Werkstückauflage werden an eine elektrische Stromquelle angelegt, so daß ein Stroradurchgang vom Formwerkzeug durch das Werkstück zur Werkstückauflage zur Folge hat, daß in der Umgebung der mit dem Werkstück in Kontakt befindlichen Formwalze die Hitzeentwicklung dazu führt, daß Glühtemperaturen erreicht werden. Hierbei wird annähernd ein isothermischer Zustand zwischen der Elektrode und dem Werkstück erreicht.

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so daß das Werkstück erhitzt bleibt _s bis die Formung vollendet ist, ohne daß hierbei das sonst befürchtete Abkühlen der Formwerkzeuge eintritt. So länge nämlich das Formwerkzeug nicht genau die gleiche Temperatur wie das Werkstück angenommen hat, ist die Temperaturdifferenz klein genug, daß die Hitze in das Formwerkzeug nicht so schnell abfließen kann, daß die Temperatur im Werkstück reduziert wird, was allein durch Abkühlung möglich wäre.

Da durch die isothermische Bedingung beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Abkühlen durch die Elektroden nicht auftritt, können selbst die härtesten Legierungen bis zum Erreichen der gewünschten Verformbarkeit erhitzt und formbar gehalten werden, bis sie in die gewünschte Form umgewandelt worden sind.

Infolge der fehlenden Abkühlung bleibt die Kraft, die zu einer gegebenen prozentualen Dickenrainderung des Werkstückes erforderlich ist, unabhängig von der Dicke des Werkstückes selbst, wobei die erforderliche Kraft mit zunehmender Dickenminderung des Werkstückes abnimmt, was einen besonderen Vorteil bedeutet« Im Gegensatz hierzu erhöhen sich die Walzkräfte beim konventionellen Warmwalzen bei der Erzielung eines vorgegebenen Verformungsgrades in besonders starkem Maße auch dann, wenn die Werkstückdicke auf das Maß reduziert wird, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne weiteres verformbar wäre.

Da beim erfindungsgemäßen Verfahren eine Vorerhitzung bei nur mäßiger Temperatur unterhalb der Formtemperatur stattfindet, wenn nicht überhaupt von einer Vorerhitzung abgesehen wird, entfällt das Problem der Oberflächenverunreinigung,

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Eine Vorerhitzung des Werkstückes kann unter Umständen dann vorteilhaft sein, wenn beispielsweise die zur Verformung des Werkstückes erforderliche Kraft reduziert werden soll. Dabei kann die Vorerhitzung des Werkstückes mit einer Vorerhitzung des Formwerkzeuges vor der Kontaktlinie mit dem Werkstück in vorteilhafter Weise gekoppelt werden·

Der auf das Werkstück oberhalb der Kontaktlinie durch die Walzen auszuübende Druck ist am größten, wenn von einer Vorerhitzung kein Gebrauch gemacht wird und das Werkstück kalt bleibt. Dieser Druck kann in dem Maße geringer gehalten werden, wie die Temperatur ansteigt und das Werkstück plastischer wird. Durch eine diese Beziehung zwischen Maximaldruck und Verformbarkeit berücksichtigende Erhitzung kann einer Krafterhöhung durch entsprechende Vorschubregelung entgegengewirkt werden.

Unter Umständen kommt es vor, daß eine gewisse Verformung des Werkstückes etwa zwei bis drei cm vor der eigentlichen Kontaktstelle zwischen Formwerkzeug und Werkstück eintritt. Durch eine in einem solchen Fall vorgenommene Vorerhitzung wird der Verformungswiderstand in diesem Bereich als auch der Temperaturgradient im Werkstück verringert, wodurch wiederum Rißbildung im Werkstück vor der Formwalze verhindert werden kann«

Wird beispielsweise eine Vorerhitzung vorgenommen, bei der die Temperatur des Werkstückes in einer Zeitspanne von 60 Sekunden von Zimmertemperatur auf 65O⁰C steigt und bei dieser Temperatur mit dem Formwerkzeug in Berührung kommt, so verursacht dieser Kontakt mit dem Formwerkzeug innerhalb einer Sekunde einen Temperaturanstieg um weitere 315°. Dabei hat sich gezeigt, daß erst in den letzten 10 Sekunden der Vorerhitzungsperiode das Werkstück eine Temperatur von nahezu 538°C erreicht« Unter diesen Umständen ist eine Oberflächenverunreinigung unbedeutend.

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Während der eigentlichen Formgebung bleibt das Werkstück nur während einer kurzen Periode auf der erhöhten Temperatur» Der bereits geformte Teil des Werkstückes ist von der Umgebungstemperatur des Formwerkzeugs insoweit abgeschirmt, daß eine zu irgendwelchen Schwierigkeiten führende weitere Temperaturerhöhung nicht mehr zu befürchten ist, vielmehr bereits die Abkühlung eintritt. Gleichzeitig ist aber die erhöhte Temperatur der Randteile des Formwerkzeugs gegenüber der Umgebung abgeschirmt, so daß das Formwerkzeug gegen Oxidationserscheinungen geschützt ist. Dieses Temperaturverhalten im Werkstück hat zur Folge, daß keine bedeutsame Oberflächenverunreinigung während der Formgebung hervorgerufen wird und Oberflächengüten von 16 bis 32 rms bei verschiedenen Metallen erreicht werden konnten.

Zur weiteren Oberflächenbehandlung kann die Oberfläche durch einfaches Sandstrahlen vorbehandelt und zur Erzielung einer optimalen Oberflächengüte gegebenenfalls chemisch nachbehandelt werden.

Im Vergleich hierzu erfordern Formteile aus schwer zu bearbeitendem Metall durch andere Arbeitsverfahren, beispielsweise durch Strangpressen, eine Oberflächenbehandlung von mindestens 0,75 bis 1,5 mm Tiefe, um wenigstens eine annehmbare Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen. Der Bearbeitungsgrad kann hierbei so hoch sein, daß das Endprodukt nur noch 10$ des Gewichtes des Rohlings wiegt und die verbleibenden 90$ des Ausgangsmaterials zu Schrott verarbeitet werden.

Bedingt durch die nur während kurzer Zeitperioden (in Sekunden gemessen) stattfindende Erhitzung und durch den hohen Betrag der Verformung (bis zu 100$) tritt beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Korngrößenerhöhung auf, vielmehr hat sich durch den hohen Grad der Verformung eher eine sich besonders vorteilhaft

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auswirkende Kornverfeinerung ergeben.

Derartige Erscheinungen sind auch zu beobachten bei der Hochtemperatur-Beta-Behandlung von Titan und dessen Legierungen, insbesondere denen des Alpha-Beta-Typs. Die Vorteile der Beta-Behandlung, die zu einer Erhöhung der Bruchfestigkeit und der zulässigen Scherfestigkeit führen, sind hinreichend bekannt. Jedoch wird von der Behandlung im Beta-Bereich im allgemeinen kein Gebrauch gemacht, da das Metall ständig Temperaturen oberhalb des Beta-Umwandlungspunktes, insbesondere in der Vorerhitzungsphase, ausgesetzt ist. Dies wiederum verursacht Kornvergrößerung und erfordert einen Verformungsgrad (von 50% oder mehr) über den gesamten Querschnitt des Werkstückes, worunter die Dehnbarkeit des Materials leidet.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich im Vergleich hierzu Titanlegierungen bei Temperaturen von etwa 1 15O⁰G - also weit oberhalb des Beta-Umwandlungspunktes - ohne Kornvergrößerung und andere nachteilige Eigenschaften formeny die Formteile aus Titan aufweisen, die sonst Temperaturen oberhalb des Beta-Umwandlungspunktes ausgesetzt werden·

Die Vorteile, die sich aus den kurzen Aufheizzyklen ergeben, beschränken das Verfahren jedoch nicht auf die Behandlung von Titanlegierungen« Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können ganz allgemein Mikrostrukturen und damit verbundene günstige Eigenschaften erzielt werden, die mit bisher bekannten Techniken nicht erreicht werden können, was insbesondere für Superlegierungen gilt.

So konnte z.B. die Legierung "INCONEL^!i 718" bei Temperaturen von 1 120⁰C * 14°C geformt werden, ohne die dieser Legierung

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innewohnenden Eigenschaften zu beeinflussen» Normalerweise kann diese Legierung, ohne ihre Eigenschaften zu verlieren, für eine bestimmte Zeit lediglich einer Maximaltemperatur von 98O⁰C ausgesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Streuungen hinsichtlich der Streckgrenzen und die Elastizitätsmodule des Formwerkzeugs einerseits und des Werkstückes andererseits mit zunehmender Temperatur des Werkstückes ansteigen. Dadurch wird das Breiten der Walzen auf ein unbedeutendes Maß reduziert. Dies und fehlende Verunreinigung auf und unter der Oberfläche ermöglicht das Formen von Werkstücken mit dünneren Maßen, als dies bisher erreicht werden konnte. So ist es möglich ,Tragflächenquerschnitte mit rasierklingenscharfen Kanten sowie dünne Formquerschnitte mit Dicken' von weniger als 0,12 mm mittels Walzen von mehr als 30 cm Durchmesser herzustellen,,

Der Grund für dieses Verhalten dürfte darin zu suchen sein, daß beim anmeldungsgemäßen Verfahren die lokalisierte Erhitzung der Formwalzen eine Temperaturerhöhung an den Rändern der Walze verursacht, die das beim Walzen dünner Abschnitte hervorgerufene übliche Breiten aufhebt. Als weiterer wichtiger Faktor trägt hierzu die hohe Streckgrenze und der Elastizitätsmodul des Materials der Formwalze in bezug auf das Material des Werkstückes bei.

Wiederum bedingt durch eine erhöhte Temperatur des Werkstückes während einer kurzen Zeitperiode ist es möglich, selbst verhältnismäßig empfindliche Metalle in Luftatmosphäre mit nur vernachlässigbarer Oberflächenverunreinigung zu formen. Eine Behandlung unter Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre kann daher selbst bei diesen Metallen entfallen.

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Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß sich in Verbindung mit einer hervorragenden Oberflächenbearbeitung enge Toleranzen erzielen lassen· Selbst bei der Formung Von Blech lassen eich reproduzierbare Maße von 0,25 mm oder weniger einhalten, so daß das Formteil, wenn überhaupt, nur geringfügig bei besonders kritischen Dimensionen bearbeitet werden muß·

fibenso können Formteile von ungleichmäßigem Querschnitt und/oder unregelmäßigen Umrissen durch das erfindungsgemäße Verfahren geformt werden. Da verhältnismäßig billige Formwerkzeuge verwendet werden können, stellen nachträglich vorgenommene Formänderungen kein Problem dar.

Auch lassen sich selbst bei schwer bearbeitbarem Material Abbiegungen mit verschwindendem inneren und äußeren Krümmungsradius herstellen;, falls erfprderlich, können innere Krümmungsradien zusätzlich durch Schaben oder durch andere zusätzliche Arbeitsmethoden verringert werden. Dies bedeutet nicht nur eine Materialeinsparung, sondern damit verbunden eine Einsparung an Kosten, Gewicht und Raum, Im Vergleich dazu könnten bei Anwendung des vergleichsweise aufwendigeren Kriech-Form-Verfahrens (creep forming process) bei der Herstellung von Abbiegungen an Blechen aus Titanlegierungen lediglich Krümmungsradien erzielt werden, die mindestens der dreifachen Bleehdieke entsprechen« Nicht umsonst hat die Industrie, selbst bei Inkaufnahme höherer Kosten einem bearbeiteten Profil gegenüber dem geformten Profil den Vorzug gegeben, wenn es auf exakt rechteckförmige Ecken ankommt« Die höheren Herstellungskosten können natürlich nur ausnahmsweise gerechtfertigt sein, was der Umstand dafür ist, daß die Verwendung von Titan im Flugzeugbau zurückgegangen ist und eine Erhöhung des Gewichtes in Kauf genommen wurde«

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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus Peinblech geformte Teile sind daher gegenüber nach herkömmlichen Verfahren hergestellten Blecherzeugnissen nicht nur strukturell zweckentsprechender, sondern weisen auch geringere Spannungskonzentrationen auf, die eine Erhöhung in der Spannungsberechnung zulassen und dadurch dünnere Abmaße oder kleinere Querschnitte erlauben.

Die Gewichtsersparnis bei Titanlegierungen kann etwa 17$ betragen, wobei eine um das gleiche Verhältnis höhere Steifigkeit und Ermüdungsfestigkeit erreicht werden kann.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus der sehr geringen Querdehnungjdes Werkstückes während des Formens, die größenordnungsmäßig bei 0,06 mm/cm liegt, wodurch sich das Verfahren für einen Betrieb mit mehrfach vorgesehenen Walzgerüsten (multi-stand operation) eignet. Aufeinanderfolgende Walzgerüste können daher mit gleichen Vorschubgeschwindigkeiten betrieben werden, wobei eine geringförmige Temperaturzunahme durch axiale Kompression des Werkstückes zwischen aufeinanderfolgenden Formstufen oder durch einen Schlupf des Werkstückes in bezug auf Walzen aufeinanderfolgender Formstufen ermöglichende Schmierung des Werkstückes aufgenommen wird.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich daraus, daß das Metall des Werkstückes gezwungen wird, in "stromlinienförmigen" Konturen in die Flächen, in welchen das Formen stattfindet, einzulaufen, und zwar auch dort, wo ein Biegeformen des Werkstückes erfolgt. Unter dem Begriff "stromlinienförmig" soll hier eine äußere Konfiguration eines Teils an einer Stelle verstanden werden, wo der übergang aus einer

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Oberfläche in eine andere nicht durch eine an den Krümmungsradius der Oberflächen angelegte Tangente, sondern durch einen Betrag bestimmt werden kann, der anfangs unendlich klein ist und mit zunehmender Steigung so weit anwächst, bis die halbe Strecke durch den übergang von der einen in die andere der beiden Oberflächen erreicht ist. Dieses Verhalten hat insofern eine Bedeutung, als durch die niedrigen Spannungskonzentrationen und durch die hohe Ermüdungsfestigkeit wiederum eine bedeutsame Gewichtsersparriis des Formteils im Vergleich zu Formteilen erhalten wird, die nach den bisher bekannten Techniken hergestellt sind.

Neben der hohen Ermüdungsfestigkeit ergibt sich eine hohe Scher- und Zugfestigkeit sowie eine hohe Bruchzähigkeit, so daß um den Betrag, um den hierdurch Material eingespart werden kann, Gewicht, Größe und Kosten reduziert werden können.

Ein weiterer Vorteil ist, daß die Temperatur am Werkstück sehr genau überwacht werden kann, was besonders wichtig ist, wenn Superlegierungen und Materialien mit ähnlichen Eigenschaften geformt werden, da Legierungen mit zunehmenden Festigkeitseigenschaften einen entsprechend niedrigeren Schmelzpunkt aufweisen, so daß das Temperaturintervall, das die Schmelzpunkte der Legierungskomponenten enthält und innerhalb dessen das Metall noch geformt werden kann, entsprechend eingeschränkt wird. So kann beispielsweise die Legierung "INCO 713C" lediglich bei einer Temperatur des Werkstückes geformt werden, die innerhalb von 10 bis 38⁰C oberhalb der Erstarrungsgrenze liegt.

Gleichzeitig kann der Verformungsgrad auf ein zum Formen derartiger Materialien ausreichenden Wert gehalten werden, so daß diese Materialien nicht durch Heißwalzen geformt werden können, bei dem ein hoher Verformungsgrad notwendig

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ist, um das Abkühlen so weit wie möglich zu verringern»

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch vorteilhaft bei der Behandlung von Materialien anwenden, welche in bezug auf Superlegierungen schneller und besser geformt werden können, die jedoch auf Grund der höheren Verarbeitungsgeschwindigkeit eine höhere Pormänderungsrate aufweisen, was bei einer Verarbeitung nach bisher üblichen Verfahren zu Rißbildung führen würde, selbst wenn der Fließwiderstand innerhalb annehmbarer Grenzen gehalten werden würde·

Dabei stellt sich insofern eine Selbstregulierung ein, als eine Temperatursteigerung im Werkstück eine Verringerung des Pließwiderstandes und somit ein verbessertes Fließen des Metalls mit sich bringt. Dies wiederum führt zu einer Vergrößerung der Kontaktfläche, was eine Verringerung der Stromstärke und damit der Temperatur im Werkstück zur Folge hat· Entsprechend regelt sich dieses Verhalten in umgekehrter Richtung von selbst, wenn die Temperatur im Werkstück zurückgeht.

Ferner läßt sich eine Spannungsentlastung, wie sie zur Ausschaltung von Restspannungen und zum Verhindern von Verbiegungen und unerwünschten Verformungen angestrebt wird, durch das erfindungsgemäße Verfahren leicht erreichen, Es hat sich für eine derartige Spannungsentlastung als ausreichend erwiesen, bei Verwendung von Titanlegierungen, etwa von Ti - 6 Al - 4 V das Werkstück für eine Stunde auf 705 bis 955⁰C, vorzugsweise für zwei Stunden auf 732°C zu erhitzen und bei Verwendung von Superlegierungen, beispielsweise von "INCONEL 718" das Werkstück für 30 Minuten auf 1 175°C zu erhitzen»

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Um sicherzustellen, daß im Formteil die Spannungsentlastung ohne Wölbung abläuft, kann das zu behandelnde Formteil in einer Einspannvorrichtung oder in einem Futter so gehalten werden, daß die unterschiedlichen Querschnitte in einer genauen winkelsymmetrischen Anordnung zu liegen kommen· Je nach Anwendungszweck soll das Formteil vollständig oder teilweise eingespannt sein.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich im Vergleich zu Anlagen für das Warmwalzen mit verhältnismäßig niedrigem Aufwand ausbilden, da die Walzdrücke vergleichsweise niedrig sind und eine größere Querschnittsreduktion pro Durchsatz erhalten werden kann.

Bedingt durch die bedeutend niedrigeren Walzdrücke kann auch das Walzgerüst weniger massiv ausgebildet sein als bei konventionellen Walzstraßen, beispielsweise für das

Warmwalzen,

Der Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens und die hierfür vorgesehene Vorrichtung ermöglichen das Formen von verschiedenartigsten Teilen mit Stromkosten, die ein Bruchteil der Herstellungskosten sind.

Ein nicht unwesentlicher Vorteil ist auch, daß die Kosten für die jeweils verwendeten Formwerkzeuge verhältnismäßig niedrig sind und im Vergleich zu Anlagen mit teureren Formwerkzeugen eine Änderung im Dessign der Form erleichtern.

Das erfindungsgemäße Verfahren ließ sich erfolgreich zum Formen der folgenden Metalle anwenden: 10.18 Flußstahl, A70 Titan, Beryllium, Ti-6A1-4V, die Legierung Hastelloy X (Co, 1,5Si, 22* Cr, 9,0* Mo, 0,6* W, 18,5* Fe₉ 0,1* C, Rest Ni), die Legierung "INCONEL 713C (0,14* C, 13,0% Cr,

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9,5* Mo, 0,752 Ti, 6,0% Al, 2,3 Cb+Ta, Rest Ni), die Legierung Rene¹ 95 (14,035 Cr, 8,0$ Co, 3,5$ Mo, 3,5* W, 3,5$ Cb, 2,5* Ti₃ 3,5* Al, Rest Ni), die Legierung "INCONEL 718" (0,4* C , 0,2$ Mn, 18,0* Pe, 14,0* Cr, 0,6 * Al, 0,8* Ti, 5,2* Cb, 3,0* Mo, Rest Ni), die Legierung "17-4PH" (0,07$ C, 16,5* Cr, 4,0* Ni,

4,0* Cu, 0,3* Cb+Ta, Rest Pe), die Legierung "Ti-6Al-6V-2Sn",

die Legierung "T321" sowie 18-8 nichtrostende Stähle.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch erfolgreich anwenden beim Formen von T-, Y-, I- und E-Querschnitten, wobei von Stangenware und gewalzten Rohlingen ausgegangen wird, sowie beim Formen von Z- und ü-Querschnitten sowie von geflanschten Zylindern, wobei hier von Blech ausgegangen wird. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß das Verfahren auch für andere Formgebungen herangezogen werden kann, beispielsweise zum Richten von Formen längerer Ausdehnung und zum Hersfrellen von Querschnitten beispielsweise für Turbinenschaufeln,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Formen metallischer Werkstücke zu schaffen, welches im Vergleich zu konventionellen Formgebungsverfahren das Formen von harten, spröden und schwer -fierarbeitbaren Metallen und Legierungen, aber auch von sehr dehnbaren Metallen und somit eine vergleichsweise wirtschaftlichere Herstellung von metallischen Formteilen mit unter Beibehaltung ihrer Materialeigenschaften bisher nicht ohne weiteres erzielbaren Konfigurationen und Profilen ermöglicht, durch welches Verfahren es weiterhin möglich wird, den Verformungsgrad pro Durchgang zu erhöhen, dabei gleichzeitig auf ein vergleichsweise dünneres Abmaß oder auf einen dünneren Querschnitt zu formen, unter Einhaltung enger Toleranzen eine gegenüber Warmwalζverfahren verbesserte Oberflächengüte zu gewährleisten, durch welches

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Verfahren eine Vorerhitzung des Werkstückes auf die Formtemperatur nicht mehr erforderlich ist, das Werkstück- ■ material aber trotzdem für eine kurze Zeitperiode auf Formtemperatur gehalten wird, ohne daß währenddessen das Formwerkzeug abkühlt.

Es soll sich weiterhin das Verfahren zum Formen von Teilen mit ungleichmäßigem Querschnitt und unregelmäßigen Konturen, von unbestimmter als auch von bestimmter Länge bei eng tolerierten Abmaßen eignen und ohne nachträgliche Wärmebehandlung, beispielsweise durch Entspannen, auskommen, wobei auch die Möglichkeit gegeben sein sollte, im multi-stand-Betrieb gleichzeitig an mehreren Formbänken zu formen.

Es liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine hierfür geeignete Vorrichtung zu schaffen, mittels der die aus jeder Art von Blech oder aus Stahmaterial bestehenden Werkstücke auch im kontinuierlichen Vorschubbetrieb sowohl zu Profilen gebogen, verbreitert, gepreßt, eingeebnet und ausgerichtet werden können, ohne daß das Werkstück eingespannt zu werden braucht, andererseits aber auch nicht an den Formwerkzeugen haften bleibt, wobei die Formwerkzeuge keiner Verformung oder sonstiger Beeinträchtigung durch die beim Formen erreichte Temperatureinwirkung unterliegen dürfen«

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 und durch die Merkmale des ersten Vorrichtungsanspruches gelöst.

Die Erfindung ist anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in der Zeichnung dargestellt und wird im nachfolgenden erläutert; in der Zeichnung zeigt

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Fig, 1 eine schematische Darstellung der Temperaturverteilung im Werkstück vor, während und nach dem Formvorgang im Vergleich zu einer Temperaturverteilung nach bekannten Verfahren unter Verwendung einer Vorerhitzung des Werkstückes;

Figo 2 eine der Fig» 1 entsprechende schematische Darstellung mit einer Temperaturverteilung, die sich in Werkstücken bei dem konventionellen Warmwalzen beispielsweise unter Verwendung erhitzter Walzen einstelltj

Fig, 3 eine graphische Darstellung der erforderlichen Walzkräfte Über der Dicke der ausgewalzten Formteile beim erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zum bekannten Warmwalzen;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Querschnittsverminderung in Abhängigkeit von der Anzahl der Walzdurchgänge beim erfindungsgemäßen Verfahren und beim konventionellen Warmwalzen;

Fig. 5 eine photographische Darstellung, welche die Temperaturentwicklung im Formwerkzeug und im Werkstück während des Formvorganges erkennen läßt;

Fig. 6 eine graphische Darstellung der spezifischen

Querschnitt- oder Dickenminderung in Abhängigkeit vom spezifischen Walzdruck beim Formen einer Titanlegierung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zum Warmwalzen der gleichen Legierung bei Zimmertemperatur und bei erhöhter Walztemperatur;

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Pig. 7 eine graphische Darstellung der Hitzebeständigkeit verschiedener schwer verarbeitbarer Metalllegierungen in Form eines Kurvenbildes der sich bei verschiedenen Temperaturen einstellenden Härte;

Fig. 8 eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaues der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Formen metallischer Werkstücke von vorn;

Fig. 9 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig· 8;

Fig,10 eine schematische Darstellung eines Steuerkreises für die erfindungsgemäße Vorrichtung;

Fig.11 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Formen metallischer Werkstücke;

Fig.l2A und 12B Teilansichten auf Formwerkzeuge zum Formen von Trägern mit Z-förmigem Querschnitt in einer ersten und zweiten Formstufe;

Fig.13 eine Mikrophotographie des Profils einer

rechteckförmigen Abbiegung bei Trägern, die mittels der Formvorrichtung der Fig. 12A und 12B hergestellt worden sind;

Fig. I^ eine graphische Darstellung, welche die Einsparung an Gewicht und Größe von Trägerteilen mit Z-förmigem Querschnitt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu bekannten Verfahren zeigt;

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Pig. 15 eine schematische Darstellung von Formwerkzeugen zum Formen von Blech nach einem abgewandelten Ausführungsbeispiel;

Figo 16 eine perspektivische Teildarstellung einer Vorrichtung zum Anformen von Flanschen an zylinderförmigen Teilen;

Fig. 17 eine photographische Darstellung des mit

angeformten Flanschen versehenen zylinderförmigen Teils gemäß Fig. 16;

•Fig. 18 einen Schnitt durch Formwerkzeuge zum Stauchen einer Kante plattenförmiger metallischer Werkstücke;

Fig, 19 eine Teilansicht der Plattenkante nach dem Stauchen der Vorrichtung in Fig. 18;

Fig. 20 eine Mikrophotographxe durch die gestauchte Plattenkante gemäß Fig. 19;

Fig« 21A bis 21C in schematischen Darstellungen Form-Werkzeuge und Formvorgang in verschiedenen Formstufen beim Formen von Stabmaterial zu I-Profilen;

Fig. 22 eine Mikrophotographie durch den Querschnitt nach der ersten Formstufe gemäß Fig. 21A;

Fig. 23 eine Mikrophotographie durch den oberen Querschnitt des I-Profils nach der dritten Formstufe gemäß Fig. 21G;

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Pig. 24a eine graphische Darstellung der prozentualen Dickenminderung pro Durchgang in Abhängigkeit von der Stromstärke des durch die Formwalzen gehenden elektrischen Stroms bei verschiedenen Walztemperaturenj

Pig« 24b eine graphische Darstellung der Walzen-Andruckkraft in Abhängigkeit von der Stromstärke bei verschiedenen Temperaturen für die Erzielung einer gewünschten prozentualen Dickenminderungj

Fig, 25 die Anordnung einer aus drei Walzen bestehenden Formvorrichtung zum Abflachen bzw. Breiten der verdickten Kante eines plattenähnlichen Werkstückes von unbestimmter Länge;

Fig, 26a bis 26c eine ähnliche aus drei Walzen bestehende Vorrichtung zum Formen eines T-Profils aus Stabmaterial durch gleichzeitiges Pressen und Breiten des Stabes;

Fig. 27 eine Mikrophotographie durch den Querschnitt

eines so gewonnenen T-Profils; --.

Fig. 28 eine graphische Darstellung einer aus zwei

Walzen bestehenden Vorrichtung zum Formen eines Flansches durch Stauchen und gleichzeitiges Breiten des Werkstückes;

Eig, 29 eine photographische Darstellung eines I-Trägers mit Flanschen, die durch Stauchen der jPlattenränder und anschließendes Breiten der gestauchten Ränder mittel« der Vorrichtung der Fig. 28 geformt worden,sind;

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Fig.. 30 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Formen von Stabmaterial in Y-Profilej

Fig, 31 in schematischen Darstellungen die verschiedenen Formstufen bei der Herstellung von Y-Trägern aus Stabstahl gemäß Fig, 30; .

Fig. 32A und 32B schematische Darstellungen einer Vorrichtung zum Formen eines Ε-Trägers aus einem plattenförmigen Werkstück;

Fig. 33 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Walzschmieden (roll forging) eines metallischen Werkstückes in ein besonders geformtes Formteil;

Figo 34 eine ähnliche Darstellung einer Vorrichtung zum Formen metallischer Werkstücke nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im Sinne des Amboß-Schmiedens;

Fig« 35 eine perspektivisch gehaltene schematische

Darstellung einer Vorrichtung zum Formen von Turbinenschaufeln mit den Mitteln der Fig. 33 und 34

Fig· 36 eine Mikrophotographie durch einen mittels- (ier Vorrichtung nach Fig. 33 geformten tragflächenförmigen Querschnitt;

1?ig« 37 eine Mikrophotographie durch den Querschnitt einer Schaufelveratärkung, wie sie mit der Vorrichtung nach Fig, 34 geformt ist;

Fig. 38 eine eohematisoh· Darstellung einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Formen von Sternprofilen aus Y-Trägern;

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Pig· 39A und 39B in schematischen Darstellungen das erste und zweite Walzgerüst einer mehrstufigen Walzbank zur kontinuierlichen Herstellung von !-Trägern aus Stabmaterial.

Fig. 1 veranschaulicht den Durchgang eines Werkstückes durch gegenläufig angetriebene Walzen 52 und 54 ,von denen die druckbeaufschlagte Oberwalze 52 auf das Werkstück einen vorbestimmten Walzdruck - der sogenannten Andrückkraft - ausübt. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dient die Unterwalze 5¹J für bestimmte Anwendungsfälle als Werkstückauflage·

Beim Durchgang des Werkstückes 50 durch die Walzen 52 und wird das Werkstück so weit aufgeheizt, daß es plastisch wird. Druck und Hitze sind hierbei so geregelt, daß der Erstarrungspunkt des Materials des Werkstückes nicht überschritten wird.

Die Aufheizung erfolgt durch elektrische Widerstandsheizung, indem die Walzen, jeweils an die Pole einer Stromquelle 56 angeschlossen, als Elektroden dienen, so daß der elektrische Strom vom einen Pol der Stromquelle über die Walze 52, das Werkstück 50, die Walze 54 zurück zum anderen Pol der Stromquelle 56 fließen kann·

Besonders wichtig ist es, daß die Walzen aus hitzebeständigem Metall bestehen. Je nach dem vorgesehenen Einsatz und der gewünschten Lebensdauer kann hierzu Molybdän und seine Legierungen wie beispielsweise TZM und TZC, sowie Wol-fram, Tantal und Niob mit ihren Legierungen verwendet werden. Diese Metalle erlauben eine Temperaturentwicklung von solcher Höhe, daß selbst schwer verarbeitbare Metalle plastisch

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werden und leicht geformt werden können, da diese Metalle bei erhöhter Temperatur ihre Festigkeitseigenschaft behalten.

Bestehen beispielsweise die Walzen aus Molybdän-Legierungen, sind Temperaturen bis zu 1 37O°C möglich; die Verwendung von Wolfram erlaubt vergleichsweise höhere Temperaturen.

Inwieweit sich die Temperaturentwicklung räumlich auswirkt, veranschaulicht in besonders deutlicher Weise Fig. 5» in welcher der als weißer Fleck 60 erkennbare Eindrück der Walze 62 im Werkstück 58 mit Glühen verbunden ist und sich großenordnungsmäßig auf einer Länge von etwa 25 mm und einer Tiefe von 12 mm ausdehnt.

Hierdurch ergibt sich ein isothermischer Zustand zwischen Werkstück und Formwerkzeug, d.h. es stellt sieh im Walzbereich die Temperatur des Formwerkzeugs auf nahezu die Temperatur im Werkstück ein, so daß kein wesentlicher Wärmefluß vom Werkstück in das Formwerkzeug vorhanden ist₀

Fig. 5 läßt auch erkennen, daß nur eine kleine, lokalisierte Zone des Werkstückes eine hohe Temperatur aufweist, wohingegen im Vergleich hierzu beim konventionellen Warmwalzen mit Vorerhitzung das gesamte Werkstück auf die Walztemperatur erhitzt ist und erhitzt bleibt, bis der Formvorgang vollendet ist.

Fig. 5 zeigt außerdem, daß die als weißer Fleck erkennbare Glühzone am Walzenumfang von einer verhältnismäßig langen Zone gefolgt wird, in der das Metall wesentlich niedrigere Temperaturen aufweist. Dies trägt zur Erhaltung der Festigkeitseigenschaften des Formwerkzeugs während des Formens als auch zum isothermischen Zustand zwischen Formwerkzeug und Werkstück bei.

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Als Werkstoff für das Formwerkzeug verwendbare Hartmetalle und Legierungen, wie beispielsweise Titanlegierungen und Superlegierungen, weisen nicht nur bei erhöhter Temperatur eine hohe Festigkeit auf, sondern verlieren auch kaum an Festigkeit mit zunehmender Temperatur, wie dies aus Fig. 7 für die Legierung TZM hervorgeht, deren Härte in Abhängigkeit von der Temperatur in Vergleich gestellt ist mit Metallen, aus denen das Werkstück beispielsweise bestehen kann, etwa mit Titan, Ti-6A1-4V, Legierung "Hastelloy X" und die Superlegierung "INCONEL" 718". Bei Temperaturen, bei denen diese und andere schwer verarbeitbaren Metalle bereits zu fließen beginnen, bleibt das hitzebeständige Metall des Formwerkzeugs noch fest und hart.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders wichtig, daß das Werkstück nur während einer kurzen Zeitperiode von der Größenordnung einiger Sekunden erhöhte Temperatur annimmt, während das Formen gerade vor sich gehto Der zeitliche Temperaturverlauf ist in Fig. 1 durch die Kurve 63 wiedergegeben.

Bis kurz vor dem Durchgang durch die Walzen 52 und 5^ bleibt das Werkstück 50 nahezu auf Umgebungstemperatur. Erst kurz vor Durchgang durch die Walzen tritt ein verhältnismäßig schneller Temperaturanstieg ein, bis im Bereich der maximalen Verformung des Werkstückes durch das Formwerkzeug sich die gewünschte maximale Temperatur eingestellt hat. Im Bereich des geformten Werkstückes fällt dann die Temperatur verhältnismäßig schnell wieder auf die Umgebungstemperatur zurück«

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Der zeitliche Temperaturablauf beim konventionellen Warmwalzen sowohl mit auf Raumtemperatur gehaltenen als auch mit vorerhitzten Walzen ist im Vergleich zur Kurve 63 inFig, 1 anhand der Kurven 64 und 66 in Fig. 2 dargestellt· Das Werkstück 68 wird jeweils zunächst im Wärmeofen auf die Walztemperatur vorgeheizt und dann den Walzen 70 und 72 zugeführt. Beim Durchgang des Werkstückes durch die Walzen kühlt es relativ schnell und anschließend verhältnismäßig langsam ab. Wie die Kurven 64 und 66 in Fig. 2 erkennen lassen, behält das Werkstück während einer relativ langen Zeitperiode eine erhöhte Temperatur.

Allein das Abkühlen während der Werkstückzufuhr zu den Walzen würde bei einer Legierung wie "Rene¹ 95" zum Ergebnis haben, daß dieses Metall zum Walzen bereits zu hart wäre, selbst wenn es nochmals erhitzt werden würde* Versuche haben gezeigt, daß Werkstücke aus der Legierung "Rene¹ 95" mit einem Durchmesser von weniger als 25 mm in ihrem Querschnitt durch das konventionelle Warmwalzen nicht mehr verringert werden können, selbst wenn die Werkstücke in Stahl eingelassen wären.

Beim Warmwalzen mit ungeheizten Walzen tritt während der Phase maximaler Verformung eine in Fig. 2 mit der Kurve 64 angedeutete Abkühlung ein, die mehrere hundert Grad unterhalb der gewünschten WalztemperaBur betragen kann. Dies bedeutet, daß mit diesem konventionellen Walzverfahren schwer verarbeitbare Metalle überhaupt nicht geformt werden könnten.

Dieser Abkühleffekt stellt sich als besonders problematisch dar, wenn dünne Querschnitte geformt werden sollen, da der Abkühlungseffekt den gesamten Querschnitt erfaßt. Sobald dies eingetreten ist, läßt sich ein Werkstück nicht mehr formen, selbst wenn es aus einem Metall wäre, welches mit

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konventionellen Pormgebungsverfahren bei einem dickeren Querschnitt noch formbar wäre,

Fig. 3 zeigt die geringstmögliche Auswalzdicke beim Walzen der Titanlegierung Ti-6A1-4V mit 25#iger Dickeriänderung beim erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu den konventionellen Formgebungsverfahren« Diese Grenzdicke beträgt beim üblichen Warmwalzen, wie die Kurve 73 in Fig. 3 zeigt, etwa 2,5 mm. Dünnere Walzungen lassen sich nicht herstellen, da sonst infolge des Ab— kühlungseffektes im Werkstück Rißbildung an der Oberfläche auftritt. Beim Warmwalzen mittels vorgeheizter Walzen läßt sich eine Mindestdicke von lediglich 1,25 mm erzeugen, wie die Kurve 7^ in Fig. 3 veranschaulicht. Diese Dicke läßt sich ebenfalls nicht unterschreiten, da sonst eine Oberflächenverunreinigung infolge der Vorerhitzung eintritt.

Im Vergleich hierzu läßt sich, wie die Kurve 75 in Fig. zeigt, diese Legierung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf weniger als 0,125 mm auswalzen. Im Vergleich zu den üblichen Formgebungsverfahren bedeutet dies, daß sich um eine Größenordnung dünnere Formstücke als bei den bekannten Verfahren herstellen lassen, so daß sich das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise zum Formen von Turbinenschaufeln gemäß Fig, 35 besonders gut eignet, bei denen sich der Flügelquerschnitt in extrem dünne Profilvorder- und Hinterkanten zuspitzen muß.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren kommt weiterhin eine besondere Bedeutung zu, als die Anzahl der Walzgänge bzw. Walzkaliber für eine gegebene Dicken- oder Querschnitt sminderung im Vergleich zu üblichen Formgebungsverfahren besonders niedrig ist. Dies wirkt sich auf die

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MikroStruktur in Richtung erhöhter Zugfestigkeit, Scherfestigkeit, Bruchzähigkeit und Ermüdungsfestigkeit aus.

Dabei lassen sich Dickenminderungen von wenigstens 50$, aber auch von 100$ bei der Formung von Tragflächenprofilen gemäß Fig. 36 erzielen»

Die je nach Anzahl der Walzgänge bzw. Walzkaliber insgesamt erreichbare Dickenminderung zeigt Fig. 4 bei einer Formung durch Warmwalzen im Vergleich zur Formung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, Hierbei bezieht sich die Kurve 78 auf die beim Warmwalzen erreichbaren Dickeneinzüge bis zu einer gesamten Dickenminderung von 86%, wohingegen die Kurve 76 erkennen läßt, daß mit einem einzigen Walzgang nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Dickeneinzug von 86$ erreicht werden kann. Dabei ist der Dickeneinzug pro Walzgang beim konventionellen Warmwalzen auf maximal 20$ beschränkt.

Um beispielsweise ein 12,5 mm dickes Werkstück auf eine Dicke von 1,75 mm auszuwalzen, sind beim konventionellen Warmwalzen insgesamt neun Walzgänge im Vergleich zu einem Walzgang beim erfindungsgemäßen Verfahren erforderlich. Dabei darf mit Rücksicht auf Korngrößenerhöhung die prozentuale Verformung pro Walzgang beim Warmwalzen nicht überschritten werden. Andererseits führt diese geringe Verformung zusammen mit dem wiederholten Aufheizen des Werkstückes zu einer Kornvergrößerung und zu einer Schwächung des Materials.

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Aus Pig· 6 geht der auf die Breiteneinheit des Werkstückes bezogene, für eine vorgegebene Dickenminderung erforderliche Walzendruck hervor. Dabei bezieht sich die Kurve 80 auf den beim Warmwalzen/Sär Raumtemperatur gehaltenen Walzen erforderlichen Walzdruck und dieKurve 82 auf den beim Warmwalzen mit vorgeheizten Walzen erforderlichen Walzdruck. Hierbei kann der Walzdruck beim Warmwalzen unter Verwendung ungeheizter Walzen die Festigkeit des Formwerkzeugs erreichen oder sogar u.U. überschreiten« Typisch für dieses bekannte Verfahren ist, wie die Kurve 80 zeigt, ein hoher Druckanstieg bei nur geringer Zunahme der Dickenminderung. Ein Verformungsgrad, der zu einer Verbesserung der Mikrostruktur beispielsweise zu einer Verringerung der Korngröße führt, läßt sich mit diesem Verfahren überhaupt nicht erreichen.

Im Gegensatz hierzu zeigt die Kurve 84 in Fig. 6 den erforderlichen spezifischen Walzdruck in Abhängigkeit von der prozentualen Dickenminderung beim erfindungsgemäßen Verfahren für das Formen der gleichen Titan-Legierung Ti-6AI-4V mit vergleichsweise etwas höherer Temperatur. Das Verhältnis Walzdruck zu Dickenminderung ist hierbei um ein Mehrfaches größer als das gleiche Verhältnis bei den bekannten Formgebungsverfahren (Kurven 80 und 82 in Fig· 6)β Wenn auch theoretisch vorgeheizte Walzen größere Dickenminderungen pro Walzengang ermöglichen, wird in der Praxis von dieser Möglichkeit kein Gebrauch gemacht, da, wie Erfahrungen gezeigt haben, die Temperaturerhöhung durch Zunderbildung und Verunreinigung am Werkstück bzw. durch die Festigkeitseigenschaften des Formwerkzeuges begrenzt ist.

Ein Vergleich der Kurven 82 und 84 in Fig« 6 zeigt, daß durch Vorheizen der Walzen nach dem Fischer-Verfahren (entsprechend in der Kurve 82) lediglich eine 50£ige Einsparung des Walzdruckes erreicht wird, so daß

andererseits für eine Dickenminderung von 20# beim konventionellen Warmwalzen 12 450 kg/cm im Vergleich zu weniger als 1 800 kg/cm beim erfindungsgemäßen Verfahren erforderlich sind«

Die Dickenminderung wird weiterhin beim konventionellen Warmwalzen durch das Walz-Breiten ("roll flattening»·) begrenzt, welches umso stärker auftritt, je mehr die Walzen, etwa nach dem Fischer-Verfahren, aufgeheizt sind. Im Gegensatz hierzu gleicht die beim erfindungsgemäßen Verfahren auftretende lokalisierte Temperaturerhöhung jedes Breiten aus und erlaubt das Auswalzen von Pormstücken zu Folien.

Das Breiten wird weiterhin nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gering gehalten, als Streckgrenze und Elastizitätsmodul des hitzebeständigen Metalls, aus dem die Formwerkzeuge bestehen, selbst bei Temperaturen im Bereich von 1 093 bis 1 204°C und höher erhalten bleiben.

Die verschiedenen Parameter, die beim Walzen von Metall nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einzuhalten sind, ändern sich naturgemäß je nach dem Anwendungsfall. Angewendet wurden nach diesem Verfahren die folgenden Werte:

Spannungen bis zu 15 Volt, Stromstärke zwischen 3 500 und 20 600 Amp,, Walzdrücke zwischen 3 800 und 15 000 kg bei rotierenden Formwerkzeugen von 2,5 bis 5 cm Breite, Walzgeschwindigkeit von 5 bis 50 cm/min, Vorschubgeschwindigkeiten bis zu 5 600 kg und Zugkräften in Richtung des Vorschubes bis zu 2 600 kg.

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Eine Verringerung der Walzgeschwindigkeit führt zu einem stärkeren Fliessen im Werkstück, wodurch für eine gegebene Gesamt-Dickenminderung die Anzahl der Walz— gänge verringert werden kann« Vom wirtschaftlichen Standpunkt können für bestimmte Anwendungsfälle geringere Walzgeschwindigkeiten von Vorteil sein. Auch führen geringere Walzgeschwindigkeiten aufgrund des stärkeren Fliessens im Metall und der geringeren Verformung u.U. zu Formst ücken besserer Qualität,

Die Verwendung eines Schmiermittels kann in vorteilhafter Weise zur Folge haben, daß ein Anhaften der Formwerkzeuge als auch der Führungs- und Vorschubwalzen am Werkstück verhindert wird, daß das Fließen des Metalls in seitlicher Richtung gefördert und unerwünschte Dehnung des Werkstückes verringert wird«.

Als Schmiermittel eignen sich besonders gut Graphitf locken«, Wichtig ist, daß das Schmiermittel den Stromfluß durch die Formwerkzeuge und das Werkstück nicht verändert oder beeinträchtigt.

Auch darf das Schmiermittel nicht die Tendenz aufweisen, an den Formwerkzeugen zu haften oder die Güte des Werkstückes zu mindern. Es soll weiterhin vom Werkstück leicht entfernt werden können, ohne daß hierzu besonders geschulte Arbeitskräfte erforderlich sind.

Als ein weiteres . Schmiermittel hat sich fein verteiltes Wolfram-Pulver (mit einer Teilchengröße von etwa einem Mikromillimeter) erwiesen, welches in einem Kunststoffbindemittel eindispergiert ist.

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Graphitflocken haben sich als Schmiermittel besonders geeignet erwiesen beim Formen von Stahl und Eisen sowie von Superlegierungen auf der Basis von Kobalt oder Nickel, da diese Materialien durch Graphit leicht zum Schmelzen gebracht werden können·

In Anwendungsfällen, in denen Graphit nicht verwendet werden kann, haben sich ^silberflocken als ein gutes Schmiermittel erwiesen«

Bedingt durch die kurzen Zeitintervalle, in denen das Werkstück eine erhöhte Temperatur annimmt, ist eine Schutzgasatmosphäre für das Werkstück nicht erforderlich. Es kann jedoch von Vorteil sein, die Flächen, in denen das Walzen stattfindet, zuvor mit einem Schutzgas, beispielsweise Argon, zu reinigen, damit kein Schmiermittelverlust infolge Osidationseinwirkung eintritt, —

Der Gesamtaufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Formen metallischer Werkstücke ergibt sich aus den Figuren und 9· Die hierin gezeigte Vorrichtung 90 umfaßt eine Oberwalze 92 und eine Unterwalze 94» die gleichzeitig Elektroden für den elektrischen Stromfluß durch das Werkstück sind.

Die Unterwalze 94 ist auf einer unteren Antriebswelle 96 befestigt, die ihrerseits vierfach gelagert und von Lagergehäusen 98a bis 98d umgeben ist. Diese Lagergehäuse sind in einem Untergestell 100 befestigt, welches mittels vier Säulen 102 am Boden abgestützt ist«

In ähnlicher Weise ist die Oberwalze 92 auf einer oberen Antriebswelle 104 befestigt, die ihrerseits in einem Obergestell 106 vierfach gelagert und von Lagergehäusen 108a bis 108d umgeben ist. Das Obergestell 106 läßt sich

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entlang der sich bis nach oben erstreckenden Säulen 102 ' in vertikaler Richtung in bezug auf die Unterwalze verschieben,

über einen am Obergestell 106 angreifenden hydraulischen Zylinder 109 wird auf die Oberwalze 92 der für das Walzen erforderliche Walzdruck - beim Ausführungsbeispiel 11 250 kg aufgedrückt, mit dem dann die Oberwalze 92 gegen die Unterwalze 94 gepreßt wird.

Die als Elektrode wirkende Oberwalze 92 ist über Stromkollektoren 110a und 110b sowie über eine Sammelschiene mit dem einen Pol der elektrischen Stromquelle verbunden, während die als Elektrode wirkende Unterwalze 94 in entsprechender Weise über Stromkollektoren Il4a und Il4b sowie über eine Sammelschiene 116 mit dem anderen Pol der Stromquelle verbunden ist.

Die Dimensionen der Walzen hängen an sich von Profil und Dimension des zu formenden Werkstückes als auch von dessen physikalischen Eigenschaften ab. Im Ausführungsbeispiel der Fig, 8 und 9 haben die Walzen jeweils einen Durchmesser von etwa 30 cm und eine Breite von 5 cm und bestehen aus TZM-Molybdän-Legierung,

Werkstück und ggf, vorhandene Hilfswerkzeuge werden zwischen der Ober- und Unterwalze 92, 94 durch ein Pührungssystem 118 geführt, welches aus oberen und unteren Längsschienen 120a bis 12Od besteht, die wiederum durch Querträger 122a bis 122h und durch vier die Säulen umgebende Durchführungen versteift sind, von denen lediglich die Durchführungen 124a und 124b in der Zeichnung dargestellt sind. Mittels der Durchführungen 124a und 124b läßt sich das Pührungssystem 118 entlang der Säulen 102 in vertikaler Richtung bewegen.

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Zwischen den oberen und unteren Längsschienen 12Oa und 12Od des Führungssystems 118 ist ein aus drei Klemm- oder Führungswalzen bestehender hinterer Walzensatz angeordnet.
Von den drei Walzen ist in Fig. 8 lediglich die Walze 126 sichtbar. Die übrigen Walzen befinden sich auf seitlichem Abstand hiervon.

Jede dieser Führungswalzen 126 ist um eine vertikale Achse in einem Halter 128 drehbar gelagert,, Jeder Halter ist wiederum zwischen der oberen Längsschiene 120c und der unteren Längsschiene 120d gleitbar aufgenommen und läßt sich in Richtung der Längsschienen in bezug auf die Ober- und Unterwalzen 92 bzw. 94 vor- oder zurückschieben, um unterschiedlich großen Werkstücken bzw. Hilfswerkzeugen angepaßt werden zu können.

Jede der Walzen 126 des hinteren Walzensatzes läßt sich durch eine am jeweiligen Halter 128 angreifende Stellschraube 130 einstellen, die durch vertikale Abstandshalter 132 hxndurchgeschraubt sind und mittels einer Kontermutter 134 festgelegt werden können. Die Walzen lassen sich dadurch in Richtung des Pfeiles 136 durch Verdrehen der Stellschraube 130 vor- bzw, zurückversetzen.

Mit diesem hinteren Walzensatz wirkt ein ebenfalls aus drei Klemm- oder Führungswalzen I38 bestehender vorderer Walzensatz auf der entgegengesetzten Seite der durch Ober- und Unterwalze zu legenden Ebene zusammen. Die Walzen 138 dieses vorderen Walzensatzes sind um vertikale Achsen in Haltern 140 drehbar aufgenommen, wobei die Halter l40 zwischen der oberen Längsschiene 120a und der unteren Längsschiene 120b des Führungssystems 118 verschiebbar angeordnet sind.

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An den Haltern 14O für den vorderen Walzensatz greifen die Kolbenstangen 150 von drei hydraulischen Zylindern l44a. bis 144c an, wodurch der vordere Walzensatz hydraulisch gegen den hinteren Walzensatz in Richtung des Pfeiles angepreßt werden kann. Das Zylindergehäuse 146 eines jeden Zylinders ist hierbei an der Außenseite von die obere Längsschiene 12Oa und die untere Längsschiene 120b auf vertikalen Abstand haltenden Blöcken 148a bis l48e befestigt, die wiederum von den Kolbenstangen 150 durchsetzt sind. . " ; .

Der Klemm- oder Führungsdruek durch diese vorderen und hinteren Walzensätze hält sich in der Größenordnung des Walzdruckes, der von der Oberwalze 92 auf das Werkstück ausgeübt wird, was ausreicht, um das Werkstück und ggf. die hiermit in Anlage befindlichen Hilfswerkzeuge sicher durch die Vorrichtung zu führen«

Das Führungssystem 118 wird auch dann verwendet und läßt sich auch dann entlang der Säulen 102 nach oben oder unten verlagern, wenn bei besonderen Anwendungsfällen der Walzvorgang ausschließlich mittels der Oberwalze 92 durchgeführt wird, wobei dann die Unterwalze 94 als Auflagefläche für das Werkstück und £ür ein ggf· vorhandenes Hilfswerkzeug dient.

Werden dagegen beide Walzen 92 und 94 zur Formgebung beispielsweise zum gleichzeitigen Formen der oberen und unteren Querträger eines I-Profils verwendet, wird das Führungssystem II8 in eine vertikale Schwxmmstellung gebracht, und in dieser Stellung wird es durch Gegengewichte stabilisiert.

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Die Stromstärke des durch die Walzen und durch das Werkstück fließenden elektrischen Stromes wird mittels eines in Fig. 10 schematisch dargestellten Steuerkreises 156 laufend überwacht und nachgestellt.

Der Steuerkreis I56 arbeitet nach dem Prinzip der Rückkopplung. Ein Meßfühler 158 nimmt die an der ._:. Walzstelle auftretenden Meßwerte auf und gibt den so gewonnenen Ist-Wert für die gerade vorliegenden Walzbedingungen an eine Stufe, die einen Vergleich mit dem vorgegebenen Soll-Wert vornimmt. Bei Abweichung vom Soll-Wert wird ein Fehlersignal erzeugt, und dazu benutzt, um die Stromstärke durch das Werkstück entsprechend nachzuregeln, bis sich die vorgegebene Walzbedingung eingestellt hat.

Im Ausführungsbeispiel ist der Meßfühler 158 als Strahlungspyrometer ausgebildet und, wie in Fig». IO mit gestrichelten Linien bei 160 angedeutet, auf die Walzstelle am Werkstück ausgerichtet. Durch Verwendung eines Pyrometers mit besonders enger Einfallsbündelung lassen sich Streueffekte, die zu entsprechenden elektrischen Teilsignalen führen würden, weitgehend ausschalten.

Das Ausgangssignal des Meßfühlers 158 wird über Leitungen 162 und 164 der bereits erwähnten Vergleichsstufe 166 zugeführt, welche die vorgegebenen Soll-Werte von einer Programmsteuerung oder Datenbank 168 zugeführt erhält·

Die Vergleichsstufe I66 ist mit ihrem Ausgang über eine Leitung 170 an eine Steuereinheit 172 angeschlossen, die die eigentliche Stromquelle 173 für die Walzen 92 und 94 in ihrer Stromstärke regelt.

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Die Aufgabe des Steuerkreises 156 besteht darin, die Stromstärke des das Werkstück passierenden elektrischen Stroms so zu regeln, daß sich im Werkstück eine konstante oder innerhalb bestimmter Grenzen annähernd konstante Temperatur einstellt.

Die Ausbildung des Meßfühlers 158 ist nicht auf Strahlungspyrometer beschränkt. Es können auch andersartig ausgebildete Detektoren und Meßfühler verwendet werden, wie sie beispielsweise in der U.S,-PS 3 644 698 aufgezeigt sind.

In ähnlicher Weise wird in einem hier nicht näher erläuterten Steuerkreis der Walzdruck gemessen und jeweils nachgeregelt, zu welchem Zweck ähnlich wie beim Steuerkreis für die Messung der Temperatur eine Rückkopplungsschleife vorgesehen ist, die Abweichungen des momentanen Walzdruckes von dem durch einen Prozessrechner vorgegebenen Soll-Wert erfaßt und den hydraulischen Zylinder 109 entsprechend nachstellt.

In einigen Anwendungsfällen wird das Werkstück durch die Vorrichtung nach den Pig. 8 und 9 durch Rotation der Ober- und ünterwalze (Pfeile 176a und 176b in Fig. 9) in Richtung des Pfeiles 178 vorgeschoben.

Es ist aber auch denkbar, die Walzen freilaufend anzuordnen und das Werkstück mittels eines in der Zeichnung nicht dargestellten hydraulischen Zylinders von der Frontseite aus zu ziehen.

Sollen dagegen am fertiggeformten Teil keine Zugkräfte angreifen, ist es in entsprechender Weise denkbar, das Werkstück an dem noch nicht geformten Ende in Richtung der Walzen vorzuschieben. Diese Art des Werkstück-Vorschubs

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verhindert den bei Querschnittsminderungen von mehr als 50$ auftretenden Schlupf zwischen Werkstück und Walzen und kompensiert insbesondere im Betrieb mit mehreren Walzgerüsten die dann auftretende Dehnung. Da das Werkstück bis zum Erreichen der Walzen im wesentlichen Umgebungstemperatur aufweist, können bei dieser Vorschubart hohe Druckkräfte angewendet werden.

Die Arbeitsweise mit freilaufenden Walzen und Werkstückvorschub eignet sich dann besonders, wenn die Querschnittsminderungen bis nahezu 100$ erreichen sollen. Verfahrensmäßig kommt diese Arbeitsweise dem Strangpressen sehr nahe, wobei die umlaufenden Walzen dann die Funktion der Preßstempel übernehmen.

In gewissen Anwendungsfällen ist auch die Kombination einer am geformten Ende des Werkstücks angreifenden Zugkraft und einer am ungeformten Ende angreifende«Druckkraft bei freilaufenden Walzen möglich, was das Breiten des Werkstückmetalls fördert, andererseits aber auch ein Abweichen von der Geradlinigkeit während des Walzens weitgehend verhindert.

Im Falle, daß die Oberwalze und/oder die Unterwalze angetrieben werden, wird ein in der Zeichnung nicht dargestellter Antriebsmechanismus verwendet, wie er in der US-Pätentanmeldung Ser,No_a 426 564 beschrieben ist.

Die in Fig. 11 dargestellte Vorrichtung 182 zum Walzen metallischer Werkstücke unterscheidet sich von der Vorrichtung 182 nach den Fig. 8 und 9 durch einen zusätzlich vorgesehenen Werkstückvorschub. Dieser Werkstückvorschub enthält eine obere Rolle 184 und eine untere Rolle sowie eine Oberwalze 190 und eine Unterwalze 192,

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Die Schubrollen 184 und 186 sind auf quer zur Vorschubrichtung gelagerten, gegenläufig angetriebenen Antriebswellen 194 und 196 befestigt. Die Umfangsflachen der Schubrollen 184 und 186 sind zweckmäßigerweise geriffelt oder aufgerauht, um das Werkstück 188 reibschlüssig in Richtung der Walzen 190 und 192 vorzuschieben.

Im Ausführungsbeispiel der Fig.. 11 ist die Vorrichtung zusätzlich mit einer für manche Anwendungsfälle zweckmäßigen Stufe zur Vorerhitzung des Werkstückes versehen. Zwischen den Schubrollen 184 und 186 und den Walzen 19O, sind auf beiden Seiten des Werkstückes 188 zwei Rollenelektroden 202a und 202b vorgesehen, die über Leitungen 200a und 200b mit zwei Wechselstromquellen 198a, 198b verbunden sind, die wiederum ihrerseits an die Zuleitungen der Stromquelle für die Walzen über Leitungen 204a, 204b angeschlossen sind.

Es ergibt sich hieraus ein elektrischer Kreislauf zum Vorerhitzen des Werkstückes, der durch die Stromquelle 198a, die Leitung 204a, die Oberwalze 190, das Werkstück 188, die Rollenelektroden 202a und die Leitung 200a gebildet wird. Ein zweiter Kreislauf zum Vorerhitzen schließt die Stromquelle 198b ein. Eira in der Zeichnung nicht dargestellte Steuerschaltung reguliert die Temperatur,"auf die das Werkstück vorerhitzt wird.

Im Ausführungsbeispiel der Pig, 11 sind die Stromquellen kombiniert mit Wechselstrom und mit Gleichstrom betrieben. Denkbar sind Stromquellen, die entweder nur mit Gleichstrom oder nur mit Wechselstrom betrieben werden. Auch ist eine Zusammenfassung der Stromquellen für die Vorerhitzung und für den Durchgang durch die Walzen möglich.

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Im Ausführungsbeispiel der Pig· 12A und 12B werden die in Fig. 8 und 9 als Klemm- und Führungswalζen 126 und 138 verwendeten Walzen als Formwalzen zum Formen von Trägern mit Z-förmigem Querschnitt benutzte

Als Ausgangsmaterial für das Werkstück 210 dient Blech mittlerer bis größerer Dicke, Bei diesem Formvorgang müssen Hilfswerkzeuge 212 eingesetzt werden. Diese bestehen aus zwei Anlageschienen 214 und 216, die beidseitig der Werkstückoberfläche angeordnet sind und eine solche Breite aufweisen, daß die abzubiegenden Profilteile 217 nach oben Und unten vorstehen. Die Anlageschienen 214 und 216 werden in der ersten Formstufe gemäß Fig. 12A jeweils von zwei Adapterschienen 218 und 220 aufgenommen. Diese Adapterschienen werden durch Flansche 222, 224, 226 und 228 geführt, die an den Ober- und Unterseiten beider Formwalzen 126, 138 vorgesehen sind und radial" vorstehen, wodurch die Adapterschienen 218 und 220 in axialer bzw. in vertikaler Richtung festgelegt sind.

Eine formschlüssige Verbindung zwischen den Anlageschienen 214 und 216 mit den Adapterschienen 218 und 220 erfolgt durch in den Anlageschienen vorgesehene Aussparungen 234 und 236, die, wie Figo 12A zeigt, so angeordnet sind, daß auch die Anlageschienen 214, 216 in axialer bzw. vertikaler Richtung gesichert sind.

Das Material, aus dem die Hilfswerkzeuge 212 hergestellt sind, hängt von dem besonderen Anwendungsfall ab. Erfolgreich verwendet wurden Hilfswerkzeuge aus 1020-Flußstahl und, bei besonderen Anforderungen, oberflächengehärteter Flußstahl, dessen dem Werkstück zugekehrte Seite mit einer Legierung "STELLITE Nr. 6" oder mit der Legierung "STOODY Nr. 6" versehen wurde. Werden noch höhere Festigkeitseigenschaften des Hilfswerkzeugs gefordert,

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eignen sich Molybdän und seine Legierungen, beispielsweise die Legierung "TZM" als Material für das Hilfswerkzeug. Auch kann in besonderen Anwendungsfällen das Hilfswerkzeug aus hitzebeständigem Metall hergestellt sein.

Verwendet wurde auch Flußstahl mit eingelagertem Molybdän oder dessen Legierung sowie mit aufplattierter Chromschicht von einer Dicke von 0,025 mm oder weniger. .

Während der ersten Formstufe zum Formen von Trägern mit Z-förmigem Querschnitt gemäß Fig. 12A werden die freistehenden Ränder 217a und 217b des Werkstücks 210 in entgegengesetzte Richtungen um 90° abgebogen, wie dies mit gestrichelten Linien in Fig. 12A veranschaulicht ist· Dies erfolgt während des Vorschubes sowohl des Werkstückes als auch des Hilfswerkzeugs 212 unter gleichzeitiger Anwendung von Hitze und Druck durch die Walzen 92 und 94.

Der Träger nimmt seinen Z-förmigen Querschnitt dadurch an, daß in jedem einmal nach rechts und einmal nach links, verlaufenden Walzgang die Walzen 92, 94 etwas zueinander nähergebracht werden, bis sie die in Fig· 12A strichpunktiert dargestellte Lage eingenommen haben, in der die Enden 27Oa und 27Ob rechtwinklig abgebogen sind und auf der oberen Fläche der Anlageschiene 214 bzw, auf der unteren Fläche der Anlageschiene 216 flach aufliegen. Das Werkstück hat hierbei mit seiner Innenseite der Abbiegung Kontakt mit der oberen inneren Fläche der Anlageschiene 214, und mit der Außenfläche der Abbiegung Kontakt sowohl zur Anlageschelene 216 als auch zur Umfangsflache der Walze 92, In entsprechender Weise ergibt sich ein ähnlicher Kontakt der unteren Abbiegestelle. Der innere Krümmungsradius der Abbiegung wird daher durch die Form der Anlageschiene bestimmt, während der äußere

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Krümmungsradius durch die unter Druck und Hitze erfolgende Formung durch die Walzen 92 und 94 nahezu Null ist.

In einer sich daran anschließenden zweiten Formstufe gemäß Fig. 12B werden die Anlageschienen 214, 216, nachdem die Adapterschienen 218, 220 entfernt worden sind, um 90° versetzt mit einer weiteren Anlageschiene 240 zusammengefügt, wodurch ein Teil 246 des zuvor rechtwinklig abgebogenen Endes 217 außerhalb dieser miteinander fluchtenden Außenflächen der Anlageschienen 214 und 240 nach oben vorsteht und in den Wirkungsbereich einer gegen die Walze 92 ausgetauschten Walze 242 gelangt, die an ihrem Umfang mit einem glatten Teil 243 und mit einem abgeschrägten Teil 244 versehen ist.

Während dieser Formstufe wird das Führungssystem 118 mit den Walzen 126 und 128 etwas weiter unten verlagert, so daß die Unterwalze 94 gegen die untere Fläche der Anlageschiene 240 zur Anlage kommt.

Das Werkstück wird während dieser zweiten Formstufe in mehreren Walzgängen der zunehmenden Walzwirkung der hier verwendeten Walze 242 ausgesetzt, wodurch das nach oben vorstehende Ende 246 allmählich rechtwinklig in die in Fig. 12B mit 248 gestrichelt veranschaulichte Lage abgebogen wird« Dieses abgebogene Ende 248 legt sich hierbei in die in der Anlageschiene 214 vorgesehene Ausnehmung 234, deren Tiefe zweckmäßigerweise der Materialstärke des Formteils entspricht.

Auch bei dieser zweiten Formstufe wird der innere Krümmungsradius der Randabbiegung 248 durch die Form der Anlageschiene bestimmt, während der äußere Krümmungsradius nahezu Null ist.

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Eine zur Randabbiegung 248 symmetrische Abbiegung am .

entgegengesetzten Ende 217 wird dadurch erhalten, daß die Anlageschienen 214, 216 um 180° verdreht zwischen die Walzen 126, I38 erneut eingespannt werden und der dann vorstehende Rand der Walze 242 ausgesetzt wird.

Beim Formen von Trägern mit.Z-förmigem Querschnitt nach dem Ausführungsbeispiel der Pig. 12A und 12B hat . es sich als vorteilhaft erwiesen, in einem einzigen Walzgerüst gemäß Fig. 8 und 9 mittels am geformten Ende angreifenden Zugkräften zu arbeiten und hierbei sowohl die Formwalzen92, 94 bzw. 242 als auch die Führungswalzen 126 und 138 frei mitlaufen zu lassen«,

In ähnlicher Weise lassen sich beliebige andere Kastenoder Rechteckprofile aus Platten oder Blechmaterial herstellen. Dabei werden die oberen und unteren Formwerkzeuge gleichzeitig eingesetzt. Sowohl die äußeren als auch die inneren Krümmungsradien der zueinander abgebogenen Profilteile nehmen hierbei verschwindend kleine Werte an»

Eine abgewandelte Ausführungsform zum Formen rechtwinkliger Abbiegungen ist in Fig. 15 dargestellt. Das anfangs nach oben vorstehende freie Ende 216 des zwischen den Anlageschienen 256 und 258 eingespannten Werkstückes 262 wird hierbei durch eine Formwalze 254 mit glatter Außenfläche in die in Fig. 15 dargestellte Lage niedergewalzt. Die der Walze 254 gegenüberliegenden oberen Flächen der Anlageschienen 256 und 258 sind hierbei geringfügig versetzt angeordnet und mit Streifen 264 und 266 aus isolierendem Material belegt, was zur Folge hat, daß der Strompfad, wie in Fig. I5 mit Pfeilen angedeutet, lediglich die Abbiegestelle erfaßt, dagegen in den angrenzenden Bereichen der Anlageschienen 256 und 258 kein Stromfluß

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zustandekommt. Der Bereich maximaler Temperaturentwicklung beschränkt sich dabei auf die unmittelbare Verbindung der Profilteile 260 und 268, welche rechtwinklig zueinander abgebogen werden sollen.

Als Isoliermaterial für die Streifen 264 und 266 hat sich Fiberglas als ausreichend erwiesen.

Bei Verwendung derartiger Isolierstreifen muß allerdings die Andrückkraft der Walze 254 genau gemessen werden, damit ein zu hoher Walzdruck keine Zerstörung der Isoliereigenschaften und damit Kriechströme außerhalb des vorgesehenen Strompfades hervorrufen kann. Andererseits darf der Walzdruck auch nicht zu niedrig gehalten werden, da sonst infolge allein durch elektrischen Kontakt hervorgerufene lokale überhitzung Werkstück und Hilfswerkzeug in ungünstiger Weise zusammenwirken.

Für bestimmte Anwendungsfälle ist es von Vorteil, wenn das zu verformende Werkstück bereits vorgeformt ist, wodurch die Anzahl der Walzgänge reduziert wird.

Das Vorformen wird zweckmäßigerweise durch an sich bekannte Preßstempel oder mittels ungeheizter Walzen vorgenommen, wodurch benachbarte Abschnitte bogenförmig ineinander übergehen und zueinander einen Winkel bilden. Der bogenförmige übergang hat einen Krümmungsradius, der ein Mehrfaches der Blechstärke ist. In dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sich anschliessenden Walzvorgang wird dann dem Werkstück die endgültige Form verliehen und der Krümmungsradius weitgehend reduziert·

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Wird beispielsweise zur Formung eines handelsüblichen Trägers mit Z-förmigem Profil von etwa 2 mm dickem Blech aus Alpha-Beta-Ti-6A1-4V- und Ti-6A1-6V-2SN-Titan^. legierung ausgegangen und hierbei die in Fig« 12A dargestellte Vorrichtung benutzt, so ergeben sich ^vier Walzstufen, um das fertige Profil zu formen: in den beiden ersten Walzstufen wird jeweils die eine der beiden sich dem Mittelsteg anschließenden .Abbiegungen und in der dritten und vierten Walzstufe die äußeren Abbiegungen geformt.

Für jede Abbiegung werden zwei Walzgänge benötigt· Im ersten Walzgang werden die Walzen auf die in Fig. 12A in voll ausgezogenen Linien dargestellten freien Schenkel 217 ausgerichtet, während im zweiten Walzgang die obere Walze 92, wie strichpunktiert in Fig. 12A angedeutet, etwas nach links und die untere Walze 94 etwas nach rechts verlagert sind.

Die Verfahrensparameter sind hierbei wie folgt gewählt: Wälzgeschwindigkeit: 25 cm/min

Walzdruck: 450 kg. im 2, Walzgang

Werkstück-Temperatur: 84"3 - 87O°C

Es ergibt sich hierdurch ein innerer Krümmungsradius der Abbiegung entsprechend dem äußeren Kantenradius der Hilfswerkzeuge von 0,25 mm. Der Außehradius der Abbiegung ist ebenfalls sehr klein.

Die Mikrophotographie in Fig, 13 veranschaulicht den Bereich der so geformten Anbiegung eines Bleches aus Ti-6A1-4V-Legierung von 1,5 mm Dicke· Die Mikrophotographie veranschaulicht deutlich die relativ kleinen und gleichmäßigen Krümmungsradien und den stromlinienförmigen

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Verlauf der Materialansammlung entlang der Abbiegung.

Dieser stromlinienförmige Verlauf bringt im Vergleich |

zu Formteilen, die durch Strangpressen geformt worden sind, eine erheblich höhere Ermüdungsfestigkeit mit/ sich« Dauerschwingversuche an Formteilen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sind» haben ergeben, daß das Probestück bei einer Belastung von mehr als 6300 kg/cm Zehnmillionen Lastspiele oder Schwingungen überstanden hat, ohne Schaden aufzuweisen. Dabei ergaben sich Verringerungen der normalen Festigkeit in der Größenordnung von 18#, die einer 8 bis !Obigen Materialverstärkung im Bereich der Ecken zuzuschreiben ist.

Fig. 14 veranschaulicht die Bedeutung kleiner innerer und äußerer Krümmungsradien bei Abbiegungen von Trägern mit Z-förmigem Querschnitt aus Titanlegierungen. In dieser graphischen Darstellung beziehen sich die Kurve 272 auf die Gewichtseinsparung, die sich bei einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geformten Abbiegung 274 ergibt. Der innere Krümmungsradius kann hierbei durch Spanabhebende Bearbeitung weiterhin verringert werden« Die Kurve 276 bezieht sich auf eine um etwa 17£ größere Gewichtseinsparung, wenn im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Außenflächen der Abbiegung 278 rechtwinklig und scharfkantig aufeinanderstoßen, d,h. der äußere Krümmungsradius nahezu Null ist.

Die Probestücke mit Z-förmigem Querschnitt, für die Kurven 272 und 276 gewonnen wurden, waren auf 23 mm Breite und 1,25 mm Dicke mit Ti-6A1-4V legiert.

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Wie in Pig. 14 die Kurve 272 weiterhin erkennen läßt, verringert sich die Einsparung an Gewicht und Größe, je mehr vom idealen scharfkantigen Biegeprofil 278 verfahrensmäßig abgewichen wird, d.h. je mehr die Merkmale des Warmwalzens mit aufgeheizten Walzen, des konventionellen Warmwalzens oder der Kaltverformung vorherrschen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich nicht nur zur Verformung von Flachstahl und Blech anwenden, sondern auch zur Formung von Radialflarischen an zylinderformigen Formteilen aus Flachstahl oder Blech, wie dies die Fig. 16 und 17 veranschaulichen.

Die in Fig. 16 gezeigte Vorrichtung 282 zum Anformen von Flanschen an einem zylinderförmigen Formteil 290 unterscheidet sich von den vorherigen Ausfuhrungsformen dadurch, daß anstelle des Führungssystems für das Werkstück eine als Auflagetisch 284 ausgebildete Platte vorgesehen ist.

Das mit Flanschen zu versehende zylinderförmige "Werkstück 290 ist zwischen einem kreissegmentformigen äußeren Richtwerkzeug 292 und einem kreissegmentformigen inneren Richtwerkzeug 288 eingespannt und ggf. durch in der Zeichnung nicht dargestellte Schraubbolzen gesichert· Das innere Richtwerk 28$ ist mit einer oberhalb der. Auflagefläche 284 vorgesehenen Welle 286 verbunden. Beide Richtwerkzeuge 288 und 292 sind mit Abstand zur Auflagefläche 284 angeordnet. Nach oben und nach unten ragt ein Randstreifen des zylinderförmigen Werkstückes vor, der zum Formen der Flansche verwendet wird.

Das Formen der Flansche erfolgt durch öruckbeaufsohlagte,

unter Stromfluß stehende Walzen 294 und 296, und zwar

dadurch, daß die vorstehenden Randstreifen des zylinderförmigen

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Werkstückes auf der Ober- und Unterseite des äußeren Richtwerkzeuges 292 rechtwinklig zum Umfang des zylinderförmigen Werkstückes plattgewalzt werden«

Hierdurch ergibt sich am Außenumfang des zylinderförmigen Werkstückes ein U-Profil, wie in der Photographie in Fig. 17 veranschaulicht. Das zylinderförmige Werkstück hat dabei einen Durchmesser von 22,5 cm, eine Breite von 6,25 cm und eine Stärke von 2,25 mm.

Das radial nach außen gerichtete Plattwalzen der Plansche läßt sich in besonders einfacher Weise durch Walzen herbeiführen, die gemäß Fig. 12B an ihrem Umfang schräg angeschnitten sind, wodurch sich der radial nach außen gerichtete Materialfluß ergibt. Nach jeder vollen Umdrehung des Werkstückes werden dabei die Walzen 294, 296 um ein gleichbleibendes Stück in radialer Richtung nach außen versetzte Insgesamt vier Umdrehungen des Werkstückes genügen, um die U-förmigen .Flansche zu formen.

Die Betriebsparameter ergeben sich wie folgt;

Walzgeschwindigkeit: 15 cm/min

Walzdruck5 585 kg

Werkstück-Temperatur; 955°C

Die inneren Krümmungsradien der so gebildeten Flansche waren extrem scharfkantig und betrugen weniger als 0,125 mm. Dabei erzeugte das beim Formen radial nach innen verdrängte Metall des Werkstückes ausgesprochene rechteckförmige Ecken mit rasiermesserscharfen Graten an den äußeren Ecken der so.gebildeten Flansche. Eine Rißbildung konnte weder in den Ebenen der gebildeten Flansche, noch in den Schweißnähten beobachtet werden·

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"W"

Das fertige Formteil weist hierbei eine nahezu perfekte Verrundung (0,012 TIR) auf, welche ein Zeichen dafür ist, daß in den Ebenen, in welchen die Flansche geformt sind, extrem niedrige Restspannungen vorhanden sind«,

Das in Fig. 17 photographisch wiedergegebene Formteil besteht aus einer Ti-6A1-4V-Legierung von.2 mm Dicke,

Die zum Formen von Formteilen aus Flachstahl oder Blech erforderlichen Temperaturen können etwas niedriger sein als die, die beim Formen von Formteilen aus Stabmaterial mit den im nachfolgenden erläuterten Verfahrensmaßnahmen notwendig sind· So wurden Bleche aus Titan-rLegierungen (Ti-6A1-6V und Ti-6Al-6V-2Sn) bei Temperaturen von weniger als 815 bis 843°C mit inneren Krümmungsradien versehen, die kleiner als 1/4 der Blechdicke ausgefallen sind· Im Vergleich dazu ist eine Temperatur von etwa 1 26O⁰C beim Formen von Formteilen aus 'Stabmaterial der gleichen Legierungen erforderlich. Diese freie Wahl der Walztemperaturen erlaubt bei Titan-Legierungen das Arbeiten entweder in dem-gemischten Alpha+Beta-Feld, oder im kontinuierlichen Beta-Feld (mit verstreutem, unlöslichem Alpha-Anteil), oder im homogenen Beta-Feld - je nachdem, welche optimalen metallurgischen und mechanischen Eigenschaften das Formteil aufweisen soll«

Ein weiteres Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im Stauchen einer oder beider Kanten eines blech- oder plattenförmigen Werkstückes, um hierdurch eine verdickte Kante von besonderer Formgebung zu erhalten, die sich in einem nachfolgenden Walzgang zum Auswalzen von T- oder I-Profilen verwenden läßt.

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Der auf diese Weise gebildete Plansch des fertigen Formteils kann darüber hinaus durch Stauchen und Breiten verstärkt oder dünner gemacht werden oder auf die gleiche Stärke des Ausgangsmaterials gebracht werden.

Wie Fige 18 zeigt, läßt sich nach einem abgewandelten Beispiel die zwischen zwei Richtwerkzeugen 304 und nach oben vorstehende Kante eines Bleches 300 durch Stauchen in ein in Fig. 19 dargestelltes Formteil umformen« Als Ausgangsmaterial wurde Blech von einer Dicke von 1,38 mm aus einer Superlegierung auf Nickelbasis verwendet (Legierung "INCQNEL 718" mit der ungefähren Zusammensetzung 1952 Cr, 185? Fe, 5% Cb, 352 Mo, 0,8* Ti, 0,652 Al, Rest Nickel). Die Dicke der Richtwerkzeuge 304 und 306 betrug 9,5 mm, die Breite der Formmulde 3,12 mm und deren Tiefe 1,38 mm«

Dieser Formvorgang wurde in einem einzigen Walzgang in einer Vorrichtung nach den Fig» 8 und 9 durchgeführt, wobei Formwalzen mit glattem Umfang von 15,6 mm Breite und 20 cm Durchmesser aus der Legierung "TZM" verwendet wurden«

Die Betriebsparameter bei dieser Arbeitsweise waren wie folgt:

Andrückkraft: 900 kg

Temperatur: 1150⁰C

Walzgeschwindigkeit: 13,8 cm/min Radius der Anformung: 0,88 bis 1,13 mm

Sowohl die geringe Korngröße als auch die stromlinienförmige MikroStruktur im Metall der gestauchten Plattenkante sind deutlich in der Mikrophotographie der Fig,20 zu erkennen.

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Unter ähnlichen Versuchsbedingungen ließ sich ein Blech aus Beryllium von 1,55 mm Dicke zwischen zwei Richtwerkzeugen stauchen und breiten« Die Plattenkante stand hierbei 1,5 mm oberhalb der Richtwerkzeuge vor und wurde in einem der Fig. 20 entsprechenden Querschnitt verformt. Die Betriebsparameter waren hierbei:

Andrückkraftι	360	kg
Temperatur;	etwa 705	°e
Walzgeschwindigkeit:	13,5	cm

Das Verformen von Stabmaterial zu I-Trägern ist als weiteres Anwendungsbeispiel in den Fig. 21A bis 21C gezeigt·

Um das Werkstück beim Durchgang durch die Formwalzen zu führen, sind auch bei dieser Arbeitsweise während der ersten beiden Formstufen (Fig. 21A und Big« 21B) seitlich angeordnete Klemm- oder Führungswalzen erforderlich. Hierdurch sind zumindest in diesen beiden Formstufen Richtwerkzeuge entbehrlich, so daß der Formvorgang in diesen Stufen kontinuierlich erfolgen kann·

Die beiden ersten Formstufen gemäß Fig, 21A und 21B lassen sich auch in einer Mehrstufigen Walzbank mit einem ersten und zweiten Walzgerüst durchführen, wobei das im ersten Walzgerüst vorgeformte Teil dem zweiten Walzgerüst zugeführt wird«

Das Verformen eines stabförmigen Werkstückes 310 in eine stäbchenförmige Zwisehenform 312 erfolgt mittels übereinander angeordneter Walzen 314 und 316 und seitlich hierzu angeordneter Führungswalzen 318 und 320, die um vertikale Achsen rotieren. Die Walzenanordnung

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entspriht etwa der Vorrichtung gemäß Fig· 8 und 9·

Die Walzen 314 und 316 weisen an ihrem Umfang eine ballig ausgedrehte Nut 324 auf, zwischen denen das Werkstück 310 gestaucht und dabei gleichzeitig gebreitet wird. Das seitliche Austreten des Materials während des Breitens und damit die Bildung der Zwischenform 312 wird dadurch erleichtert, daß beide Walzen 314, 316 außerhalb ihrer Nut 324 eine konische Abschrägung 322 aufweisen· Durch die ballig ausgedrehte Nut 324 ergibt sich eine bessere Führung zwischen den Walzen und dem stabförmigen Werkstück 310,

Auch bei diesem Formvorgang wirken die Walzen 314 und als Elektroden und sind druckbeaufschlagt, so daß das Werkstück im Bereich der Kontaktfläche mit den Walzen plastisch wird· Da außerhalb dieses Bereiches das Werkstück kalt bleibt, findet ein Fließen des Metalls aus der bereits plastisch verformten Zone in Längsrichtung des stabförmigen Werkstückes 310 nur in extrem: beschränkten Ausmaß statt. Dadurch wird das seitliche Breiten, wie die rechte Darstellung in Fig, 21A wiedergibt, gefördert, bis das seitliche austretende Metall &n den Führungswalzen 318 und 320 zum Stillstand kommt, so daß Materialansainmlung bzw. Verdickungen im Randbereich der Zwischenform 312 vermieden wird·

Die in der Mikrophotographxe der Fig« 22 dargestellte Zwischenform 312 hat eine Breite von 32,5 mm und wurde aus Stabmaterial von 15,7 mm Durchmesser in der erläuterten Weise ausgewalzt. Die Höchstdicke der stäbchenförmigen Zwischenform betrug 7»25 mm und die Mindestdicke 3,4 mm.

Die Betriebsparameter beim Formen der Zwischenform

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waren wie folgt:

Andrückkraft: 8 650 kg

Stromstärke: 12 000 Amp,

Antriebsmoment der Formwalze: 8 750 kg cm

( 7 500 inch pound)

Um das seitliche Austreten des Metalls herbeizuführen, wurde eine Vorschubkraft von ca, 1 800 kg in Richtung der Vorschubbewegung aufgebracht. Um weiterhin das Werkstück geradlinig zu halten, wurde die Zugkraft auf 45 kg gehalten. Die Zugkraft wurde durch einen in Richtung des Werkstückvorschubes wirkenden hydraulischen Zylinders erzeugt, nachdem das Werkstück die Formwalzen passiert hat*

Bei der in Fig, 21B veranschaulichten zweiten Formstufe wird unter Verwendung glatter Ober- bzw, Unterwalzen 326 bzw, 328 die stäbchenförmige Zwischenform bis auf seitlich hervorstehende Enden glatt ausgewalzt, wodurch das Profil die in der rechten Darstellung der Fig, 21B wiedergegebene Form erhält und hierbei im mittleren Bereich eine gleichmäßige Dickenminderung erfährt. Dieser mittlere Bereich bildet bei der endgültigen Formgebung den Mittelsteg eines I-Trägers«

Während dieses Auswalzens des mittleren Teils verhindern die seitlich angeordneten Führungsrollen 318 und 320 ein weiteres Breiten des seitlich zwischen Walzen und 328 austretenden Metalls, ermöglichen aber eine Materialansammlung an den Enden, welche in der nachfolgenden letzten Formstufe zur Bildung der Querstege für das I-Profil verwendbar ist« In der zweiten und dritten Formstufe in der Fig, 21B und 21C sind die mit einer Nut 324 versehenen Walzen gegen glatte Walzen 326, 328 ausgetauscht worden.

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So lange in der zweiten Formstufe vorwiegend ein seitliches Fließen des Metalls innerhalb der plastischen Zone auftritt, bleibt die Dehnung des Werkstückes verhältnismäßig gering.

Das Auswalzen der in Fig, 22 dargestellten Zwischenform 312 in die in der rechten Darstellung der Fig, 21B wiedergegebenen Form erfolgte mittels Walzen von 27,5 mm Breite in einem Walzgang unter den folgenden Betriebsparametern:

Andrückkraft: 9 675 kg

Zugkraft: 2 600 kg

Stromstärke: 11 000 Amp,

Bei diesem Auswalzen der Zwischenform 312 ergab sich eine Verbreiterung des Werkstückes von 4,6 cm auf 4,75 cm. Vor dem Auswalzen hatte die stäbchenformige Zwischenform eine Mindestdicke von 1,7 mm und eine Höchstdicke von 3,18 mm. Nach dem Auswalzen war die Dicke einheitlich 2,15 bis 2,35 mm.

Die dritte und letzte Formstufe zur Herstellung eines Trägers mit I-förmigem Querschnitt umfaßt das Formen der Flansche oder Querstege des T-Trägers durch Breiten, d,h, durch Herbeiführung eines seitlichen Fließens des Metalls aus den verdickten Enden,

Während in der zweiten Formstufe das Breiten der Zwischenform durch die Führungsrollen 318 und32O verhindert wurde, wird dem Fließen in der dritten Formstufe kein Widerstand entgegengesetzt.

Anstelle der Führungsrollen 318 und 320 werden in dieser Formstufe gemäß Fig_e 210 Richtwerkzeuge 330 und verwendet, die eine exaktere Formgebung der Querstege des

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I-Trägers gewährleisten.

Bei der dritten Formstufe wurden die folgenden Betriebsparameter eingestellt:

Walzgeschwindigkeit: 7»6 cm/min

Andrückkraft: 3 825 kg

Vorschubkraft? "1 690 kg Stromstärke: . 6 000 Amp.

Fig. 23 zeigt in einer Mikrophotographie den oberen Querschnitt des nach der dritten Formstufe gemäß Fig. 21C gewonnenen I-Trägers. Dieses Profil wurde aus einer Ti-6A1-4V-Legierung von 1,25 mm Plattenstärke mit 5 mm dicken Kanten gewonnen.

Die Breite der Formwalzen betrug in der letzten Stufe 5 cm_e Gewalzt wurde in zwei Walzgängen.

Die auf die Formwalzen ausgeübte Kraft betrug 5 400 kg und die Walztemperatur 89O⁰C.

Im ersten Walzgang wurde die 5 mm dicke Kante auf eine Dicke von 1,8 ram heruntergewalzt, was einer 65#igen Dickenminderung entspricht. Anschließend wurde sie auf eine Breite von 11,5 mm gebreitet. . Im zweiten Walzgang wurde der Flansch auf eine Dicke von 1,18 mm vermindert (35$ Dickenminderung) und auf eine Breite von 17,5 mm gebreitet. Soll anstelle eines I-Trägers ein T-Träger geformt werden, braucht der I-Träger lediglich halbiert zu werden.

Die Mikrophotographie in Fig, 23 zeigt deutlich die infolge starker Verformung und kurzzeitiger Aufheizung erhaltene feine Kornstruktur als auch den stromlinienförmigen Verlauf der MikroStruktur im Flansch und in

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der Verbindung zwischen Plansch und Mittelsteg·

Das isothermische Formen von Planschen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, welches an sich im Anschluß an ein chemisches Walzen (chemical milling) erfolgen kann, ist insbesondere geeignet für einen kontinuierlichen Betrieb» Pig, 25 veranschaulicht eine Vorrichtung zum Formen von Flanschen zu T-Trägern aus Werkstücken unbestimmter Länge unter Verwendung einer Formwalze 336, die mit zwei auf Abstand zueinander um horizontale Achsen umlaufenden Gegenwalzen 338 und 3²JO zusammenwirkt. Diese beiden Gegenwalzen nehmen den Mittelsteg des zu formenden T-Trägers aufj so daß ihr gegenseitiger Abstand von der Materialstärke des Werkstückes bestimmt wird. Unterhalb des Mittelsteges ist der Spalt zwischen den beiden Gegenwalzen mit einer Ausgleichscheibe 3^2 ausgefüllt, die die gleiche Stärke wie die des Mittelsteges des Werkstückes aufweist· Die beiden Gegenwalzen 338 und 340 führen das Werkstück durch die Maschine und formen gleichzeitig die Unterseite des Flansches und die Hohlkehlen am übergang zwischen Flansch und Mittelsteg·

Um bei diesem kontinuierlichen Betrieb die Dehnung des Werkstückes geringzuhalten und das Breiten bei der Flanschbildung zu fördern, wird zweckmäßigerweise bei dieser Art des Formens im Vorschub gearbeitet.

Bei der Herstellung von T-Trägern in einem Walzgang aus Ti-6A1-4V in einer Vorrichtung gemäß Fig. 5 wurden die folgenden Betriebsparameter eingehalten:

Andrückkraft; I5 000 kg

Vorschubkraft j 2 800 kg

Stromstärke: 20 600 Amp.

Walzgeschwindigkeit: 5 cm/min

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Das Werkstück erreichte eine Walztemperatur zwischen 870- und 927°C, wobei die Querschnittsminderungen in der Größenordnung von 80$ in einem Walzgang erreicht werden konnten. Dabei wurde ein Werkstück der genannten Legierung von 6,5 mm Breite und 9,6 mm Dicke zu einem Plansch von 14 mm Breite und 1,4 mm Dicke in einem Walzgang ausgewalzt.

Obwohl das vorausgehende chemische Walzen (chemical milling) nicht Gegenstand der Erfindung ist, sollen hierfür die Betriebsparameter nur angedeutet werden. Ausgegangen wird von Stangenmaterial einer Ti-6A1-4V-Legierung, bei dem die Dicke des Steges innerhalb 0,15 mm schwankt und ein© Länge von 120 cm aufweist« Dieses Material wird ©iner Ätzlösung ausgesetzt, die 10 VqI»»# Fluorwasserstoffsäure, 21 Vol.-# Salzsäure, Rest Leitungswasser enthält. Bei 60 bis 65,5⁰C betrug die Abbaurate durch Ätzen 0,18 mm pro min. Der an den gewünschten Teilen das Rundstabmaterials angreifende ÄtzVorgang wurde durch Ausstreichen mit "organo Ceram maskant 1-2065" bis zu einer Dicke von 0,25 mm unterbrochen.

Die prozentuale Dickenmindsrung bei d©r Formung von Stabmaterial aus "A70"-Titan in Flachmaterial von stäbchenförmigem Querschnitt pro Durchgang in Abhängigkeit von der Stromstärke bei verschiedenen Walat©mp©ratur©n zeigt die Pig. 24A,

Das stabförmige Ausgangsmaterial hat higrbsi einen messer von 12,5 mm, Bsi einer» Walatexap^ratur" von 927°0 (1 7⁰Q⁰F) ergibt sich ohne Mmmndwig, τοπ Kräften füw Werkstückvorschub eine D±ckenmnd@x»ung von 431 ο Mit Schubkraft von 2 250 kg erhöhte sich di© Diekenmindarung: -. auf 78£ pro Walzgang bei eines* T©mpei°atui?änd®rung um lediglieh 26,5⁰C (80⁰F), Der Einfluß des Werkstückyorschttbee-

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auf die prozentuale Dicfcenminderung wird aus dieser Messung besonders deutlich.

Wie Fig, 24B zeigt, besteht weiterhin ein enger Zusammenhang zwischen Wälzdruck, Stromstärke und prozentualer . Dickenminderung. Wie Fig* 2¹JB zeigt, ist die Abhängigkeit der Walztemperatur von der auf die Walzen ausgeübten Andruckkraft um so stärker ausgeprägt, je geringer die Andruckkraft ist· Dieses Verhalten ergibt sich daraus, daß der elektrische Widerstand für den Stromfluß vom Formwerkzeug zum Werkstück um so kleiner wird, je mehr das Werkstück die Streckgrenze erreicht· Die Stromstärke ist aber der Walztemperatur proportional. Eine weitere Erhöhung der Andruckkraft beim Erreichen der Streckgrenze hat daher keinen Anstieg der Stromstärke zur Folge·

Für die Ausführbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es besonders vorteilhaft, innerhalb eines weiten Bereiches der Walztemperatur und der Andruckkraft wählen zu können, um eine bestimmte prozentuale Dickenminderung, wie sie in Fig, 24B eingetragen ist_s zu erreichen. Je höher hierbei die Walztemperatur gewählt wird_s um so niedriger kann die Andruckkraft eingestellt werden«. Um eine bestimmte prozentuale Dickenmessung zu erreichen_s kann auch von einer Änderung der Stromstärke Gebrauch gemacht werden«,

Den Meßkurven in Fig_e 2MB lag ein Stangenmaterial aus ^uA7Q^lf-Titan mit einem Durchmesser von 12_s5 mm zugrunde. Die Andruckkraft wurde zwischen 2 250 kg und k 000 kg und die Stromstärke zwisshsn 3 500 und 7 500 Amp, variiert»

Das erfin&ungsgeiaäßs Verfahren eignst sieh zum Foxraen von T»T2»ägej?n - aber auch &ϊκ3,©ϊ?θβ Profilen - mit einer Arbeitsweise, bsi ώ@ίρ gleichseitig gsstauofot bzw₀

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gebreitet und in Preßrichtung verdrängt wird (forward extrusion).

Bei dieser Arbeitsweise sind die unterhalb der Formwalze befindlichen, entweder als sich längs erstreckende Anlageschienen oder als um horizontale Achsen drehbare Gegenwalzen ausgebildeten Richtwerkzeuge derart auf Abstand zueinander angeordnet, daß sie einen Spalt oder eine Ausnehmung bilden, in die das von der Formwalze verdrängte Material eindringen kann. Das Eindringen erfolgt in Richtung des Walzendruckes der Formwalze von der plastisch gewordenen Zone des Werkstückes aus, und zwar entweder ungehindert in den durch die Richtwerkzeuge gebildeten Spalt, wie dies Fig. 26B veranschaulicht, oder gegen die Oberfläche einer von den Hilfswerkzeugen gebildeten Matrize von besonderer Formgebung.

Wie die Fig. 26A bis 26C zeigen, läßt sich beispielsweise Stabmaterial als Rohling in ein T-förmiges Profil verformen, Zu diesem Zweck dient eine Walze 346 mit glatter Oberfläche und die Gegenwalzen 348 und 350, die durch eine oder mehrere Zwischenlagen 352 auf Abstand gehalten werden und oberhalb dieser Zwischenlagen einen Spalt bilden.

Die Strombahnen verlaufen durch das zu verformende Werkstück 355 entlang der in Fig. 26A angedeuteten Pfeile von der Formwalze 346 zu den beiden Gegenwalzen348 und 350, Die Andruckkraft hat die in Fig. 26A durch einen Pfeil angedeutete Richtung«

In der ersten Formstufe wird der Rohling so weit verformt, daß %r Stab abgeflacht wird, indem das in der Formzone plastisch gewordene Metall teilweise in den Spalt zwischen den Gegenrollen eindringt und gleichzeitig Seitlich nach außen verdrängt wird, so daß ein Profil

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von etwa T-förmigem Querschnitt mit dickem, jedoch noch nicht breitem Plansch entsteht, wie es ii Pig. 26B dargestellt ist. In der zweiten Formstufe wird der Flansch gebreitet, wobei seine Dicke abnimmt und seine Breite zunimmt. Gleichzeitig wird zusätzliches Metall in den Spalt 354 verdrängt, so daß die Tiefe bzw. Breite des Mittelsteges einea solchen T-Trägers zunimmt,

Nach dieser Arbeitsweise sind erfolgreich "A7O"-Titan, Ti-6A1-4V-Legierung und nichtrostender Stahl "T321" verformt worden,

Fig. 27 zeigt eine Mikrophotographie durch den Querschnitt eines so gewonnenen T-Profils, welches jedoch nicht in zwei, sondern in einem Walzgang die in Fig. 27 veranschaulichte Form angenommen hat.

Der Rohling aus Stabmaterial der Ti-6A1-6V-Legierung hatte hierbei einen Durchmesser von 9,5 mm und wurde so weit ausgewalzt, daß sich für den Flansch des T-Trägers eine Dicke von 2,4 mm und eine Breite von 20,8 mm ergab.

Durch Verwendung einer Formwalze von nur 18 mm Breite /en

ergab sich die etwas verstärkten Kanten an den Flanschenden.

Die Höhe der Andruckkraft betrug 3 600 kg und die Temperatur, bei der das Formen stattfand, 1 000⁰C.

Bei dem so geformten Formteil konnte eine sehr hohe Oberflächengüte festgestellt werden, was darauf zurückzuführen war, daß das Werkstück, die Formwalzen und die Hilfswerkzeuge vor dem Walzvorgang mit einem aus trockenem Graphit bestehenden Schmiermittel eingesprüht worden sind.

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In einer abgewandelten Arbeitsweise nach Fig. 28 lassen sich T-Profile durch gleichzeitiges Stauchen und Breiten herstellen. Der Rohling ist hierbei einer in Fig. 28 nicht veranschaulichten Formwalze mit glatter Oberfläche ausgesetzt,

Die Hilfswerkzeuge bestehen bei dieser Arbeitsweise aus zwei in Längsrichtung verlaufenden Anlageschienen 362, 364, zwischen die der Rohling 366 eingespannt wird, wobei die obere verstärkte Kante 368 außerhalb der Anlageschienen vorsteht. Die Länge oder Tiefe dieses vorstehenden, nicht abgestützten Randteils 3oll nicht zu groß bemessen sein, damit eine gleichmäßige Verteilung beim Walzen gewährleistet ist. Infolge Druck und elektrischem Stromfluß durch das Werkstück wird die in Fig. 28 schraffiert angedeutete Zone 369 unter der Wirkung der Formwalze plastisch und verteilt sich gleichzeitig nach unten und seitlich nach außen, so daß durch gleichzeitiges Breiten und Stauchen der Flansch eines T-Trägers gebildet wird.

Um die volle Breite der Flansche zu erreichen, ist u.U. mehr^: als ein Walzgang erforderlich. So war bei der Arbeitsweise nach Fig, 28 ein Walzgang notwendig, um den mit vollen Linien dargestellten Flansch in einen breiteren, mit gestrichelten Linien wiedergegebenen Flansch zu verformen.

Bemerkenswert bei dieser Arbeitsweise nach Fig, 28 ist es, daß das Zentrum der größten Hitzeentwicklung sich nicht unterhalb dea Flansches verlagert. Wäre dies der Fall, würde auch der an sich vorhandene Mittelsteg des T-Trägers in unerwünschter Weise gestaucht werden, was Anlaß zu Fehlern gibt, beispielsweise zu überwalzungen und zu ähnlichen Erscheinungen, wie man sie beim Schweißen und Gießen als Kaltschweisse bezeichnet.

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Pig. -29 zeigt in einer Photographie den I-Träger aus 1 mm dickem Ti-6Al-6V-BIecn, wie er durch Stauchen dund durch gleichzeitiges Breiten nach der Arbeitsweise der Pig· 28 hergestellt worden ist. Damit die Flansche gleichmäßig gebreitet werden konnten, andererseits eine stufenweise Abnahme der Steghöhe eingehalten werden konnte, wurden. Unterlegseheiben von 3 mm Dicke verwendet, wobei nach jedem Walzgang eine Unteregscheibe entfernt worden ist.

Die Betriebsparameter ergaben sich wie folgt:

Walzgeschwindigkeit: 25 cm/min

Andruckkraft: 540 kg

Walztemperatur: 870 - 900⁰C

Es wurden nach dieser Arbeitsweise Plansche von einer Breite von 16, 25 mm und einer Dicke von 1,25 mm erzielt. Wie Fig. 29 erkennen läßt, ließ sich ein sehr gleichförmiges Profil mit hervorragender Oberflächenbeschaffenheit erzielen.

So weit bei den bisher erläuterten Arbeitsweisen Anlageschienen zum Führen des Werkstückes oder als Matrize für das in Preßrichtung verdrängte Material verwendet werden, sind diese Schienen einteilig ausgebildet.

In abgewandelter Ausführungsform lassen sich aber auch beim Formen von Trägern mit Y-förmigem Querschnitt aus Stabmaterial gemäß Fig. 30 die Flächen der Anlageschienen 372 und 374, welche unmittelbar dem Werkstück während des Verformens ausgesetzt sind, mit Einsätzen 376 und 378 aus hitzebeständigem Metall belegen. Es können dann die Anlageschienen selbst aus verhältnismäßig billigerem Material bestehen, beispielsweise aus Flußstahl. Ist ein Austausch der Hilfswerkzeuge erforderlich, brauchen nicht

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die Anlageschienen in ihrer Gesamtheit ersetzt werden, sondern lediglich die Einsätze 376 und 378, was insbesondere dann erforderlich wird, wenn nach stärkerem Verschleiß der Anlageschienen die Toleranzen nicht mehr innerhalb der vorgegebenen Grenzen eingehalten werden können«,

Die verschiedenen Formstufen beim Herstellen eines Trägers mit Y-förmigem Querschnitt aus Stabmaterial sind schematisch in Fig. 31 wiedergegeben. In einem ersten Walzgang wird der noch stabförmige Rohling 389 mittels einer Formwalze mit entsprechend konisch verlaufender ümfangsflache im wesentlichen auf den Oberflächen der Einsätze 376 und 378 gebreitet, wodurch zwei Schenkel des Y-förmigen Querschnittes ausgeformt werden und wobei gleichzeitig ein Teil des Materials in den zwischen Einsätzen 376 und 378 gebildeten Spalt 380 verdrängt wird und dort den dritten Schenkel des Profils mit zunächst stärkerer Dicke bildet. In einem zweiten Walzgang werden nach Verdrehen des Formstückes um 120° die drei Schenkel des Querschnittes auf gleichmäßige Dicke gebracht«

In zwei weiteren Walzgängen erfolgt eine weitere Dickenminderung, so daß am Ende von insgesamt sechs Walzgängen aus einem Stabmaterial von 14 mm Durchmesser ein symmetrischer Y-Querschnitt ausgeformt ist, dessen jeder Sehenkel eine Dicke von 1,4. mm und eine Länge von etwa 32 mm aufweist·

Die so geformten Profile mit Y-förmigem Querschnitt können entweder in dieser Form als Endprodukt weiterverwendet werden oder nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu T-Trägern verformt werden, in dem senkrecht zu einem der Schenkel die zwei übrigen Schenkel flachgewalzt werden.

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Die Dicke der Schenkel wird beim Formen von Y-Trägern mit der Vorrichtung nach Fig. 30 durch die Dicke einer zwischen die Anlageschienen 372 und 374 eingefügten Distanzscheibe 382 bestimmt. Diese Distanzscheibe ist mit einem solchen Abstand zu den Oberflächen 386 und 388 der Anlageschienen 372 und 374 eingelassen, daß der zum Formen des einen Schenkels erforderliche Spalt 38O gebildet wird. Durch quer zu den Anlageschienen und zur Distanzscheibe 382 durchsteckbare Justierschrauben 384, von denen in der Zeichnung nur eine gezeigt ist, lassen sich die Anlageschienen 572 und 374 in vertikaler Richtung zueinander ausrichten.

Die aus hitzebeständigem Metall bestehenden Einsätze und 378 sind in paßgerechte Ausnehmungen auf den Oberflächen 386 und 388 der Anlageschienen eingesetzt und mittels üblicher Mittel befestigt.

Die so zusammengesetzten Hilfswerkzeuge werden durch zweiseitige Führungsrollen 390 und 392 exakt unter der Oberwalze 396 gehalten, wobei eine Unterwalze 394 dafür sorgt, daß die Hilfswerkzeuge in vertikaler Richtung ausgerichtet bleiben.

Me Fig. 31 zeigt, werden im ersten Walzgang die beiden Schenkel A und B durch Breiten und der vergleichsweise dickere dritte Schenkel C durch Verdrängung nach unten (forward extrusion) geformt. Vor dem zweiten Walzgang wird der Spalt 380 auf die Dicke des bereits auf ein Zwischenmaß geformten Schenkels B eingestellt und nach Verdrehung des Werkstückes um 120° der Schenkel B in den Spalt 380 eingefügt. Sodann wird im zweiten Walzgang durch Breiten der Schenkel C auf das bei den beiden anderen Schenkeln bereits erreichte Zwischenmaß ausgewalzt.

Eine weitergehende Dickenminderung bis zur gewünschten Schenkeldicke läßt sich dadurch erreichen, daß die

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Verfahrensmaßnahmen in den erst'en Walzgängen entsprechend oft wiederholt werden, ·

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich nicht nur zum Formen geometrisch einfacher Profile, sondern auch zum Formen verhältnismäßig komplizierter Querschnitte heranziehen»

Wie Fig. 32A und 32B zeigen, lassen sich aus Stabmaterial mit rechteckförmigem Querschnitt Ε-Profile in zwei Walzgängen herstellen.

Im ersten Walzgang wird der Rohling 400 zwischen einer als Werkstückauflage und Elektrode dienenden Unterwalze 402 mit flacher Oberfläche und einer oberen Formwalze 4O4 ausgewalzt, deren Umfangsflache mittig eine rechteckförmige Ausfräsung 4O6 aufweist. Der mittlere Schenkel 408 des Ε-Profils ergibt sich dadurch, daß das unterhab der Ausnehmung 406 stehenbleibende Material durch das Eindringen der benachbarten Teile in den Rohling 400 hochsteigt und dadurch den freien Raum bis zur Ausnehmung 406 ausfüllt. Gleichzeitig wird durch das Auswalzen die zwischen den Schenkeln verbleibenden Teile 410 gebreitet und in ihrer Dicke verringert. Das hierbei seitlich verdrängte Metall verstärkt wiederum die Enden 412, aus denen in einem zweiten Walzgang die äußeren Schenkel 414 und 415 des I-Profils hergestellt werden«

In diesem zweiten Walzgang wird das Werkstück zwischen ent— /sprechend geformten Hilfswerkzeugen 416 und 418 in die endgültige Form gebracht. Wie Fig. 32B zeigt, ist die Ober- und Unterfläche des Hilfswerkzeugs 4l8 in bezug der entsprechenden Seiten des Hilfswerkzeug 4l6 um die endgültige Materialstärke der Außenschenkel des Ε-Profils versetzt angeordnet. Die Breite des Hilfswerkzeugs 416 in vertikaler Richtung entspricht der Breite des endgültig geformten E'-Profils und

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wird zu Beginn des ersten Walzganges nach oben und nach unten durch die verstärkten Enden 412 des Zwischenprofxls überragt. Diese verstärkten Enden 412 werden durch eine Ober- und Unterwalze 420 bzw, 422 mit flacher Außenfläche gebreitet, bis die ümfangsflächen beider Walzen auf der Ober- und Unterseite des Hilfswerkzeugs 416 aufliegen und das Material des jeweils verstärkten Endes 412 die verbleibenden Zwischenräume 424 und 426 zwischen dem Hilfswerkzeug 4l8 und dem Walzenpaar unter Bildung der beiden äußeren Schenkel 414 und 415 ausgefüllt hat. Die inneren Krümmungsradien oder Hohlkehlen der Abbiegungen werden durch die Kanten des Hilfswerkzeugs 4l8 bestimmt, während die äußeren Abkantungen ausgesprochen scharf sind, d,h, mit einem Krümmungsradius von nahezu Null versehen sind.

Das Formen von Ε-Profilen wurde versuchsweise an der Legierung "INCONEL 718" durchgeführt. Hierbei wurde eine 5 mm dicke Platte in einem Walzgang auf 2,7 - 0,15 mm ausgewalzt. Das im Bereich des mittleren Schenkels hochsteigende Material hatte eine Breite von 5 mm und eine Höhe von 5,1 - 0,13 mm.

Bei der Formung von Werkstücken aus der schwer verarbeitbaren Legierung "Hastelloy X" mittels einer Vorrichtung gemäß Fig, 8 und 9 wurde eine Formwalze von 30 cm Durchmesser und 27,5 mm Breite verwendet, deren flache Oberfläche mit der "TZM"-Legierung beschichtet war. Als Richtwerkzeuge wurden die der Fig. 28 verwendet. Jedes Richtwerkzeug bestand aus drei Schienen aus der gleichen Legierung von jeweils 8,8 mm Breite und 25 mm Länge,

Die Walzgeschwindigkeit betrug in den ersten fünf Walzgängen 10 cm/min und beim sechsten Walzgang 7,5 cm/min. Die hierbei erhaltenen Dimensionen des Werkstückes nach jedem Walzgang ergeben sich aus der nachstehenden Tabelle:

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Crt co

Walζgang Nr.	Walzkraft (kg)	3	825	Klemmkraft (kg)	Stromstärke (Amp.)	Vorschub- kraft (kg)	Flansch-Dimension nach jedem Walzgang in mm Breite Dicke	5,461	Dicken minderung pro Walzgang in %	CJ\
Ausgangs-Dimensionen:	9	225				6,731	4,597		ΓΟ 1 cn 0
1	9	675	7 875	4 000	1 690	7,366	• 3,378	15,8	cn
2	9	675	9 000	8 000	'2 520	10,033	• 2,413	26,5
3	9	675	9 900	11 000	ι 690	13,767	1,600	28,6
4	11	475	9 900	12 000	1 690	17,907	1,270	33,7
5			9 900	12 000	1 125	21,082	1,143	20,6
6	9 900	12 500	560	23,927		10,0

- ^6Ö - 250615A

Wie bereits einleitend, läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in besonders günstiger Weise das seitliche Fließen des Metalls herbeiführen, während andererseits eine unerwünschte Dehnung des Werkstückes auf ein Minimum gehalten werden kann. Dies ist auf den in Preßrichtung bzw« in steigender Richtung verlaufenden Verdrängungseffekt (forward and backward extrusion) zurückzuführen. Bewirkt wird dieser Effekt durch die folgenden Faktoren: (1) durch die bei Anwendung einer Vorschubkraft erzeugte Druckkomponente in rückwärtiger Richtung, (2) durch die starke Dickenminderung pro Walzgang, (3) durch einen verhältnismäßig großen Durchmesser der Formwalzen, (4) durch eine verhältnismäßig niedrige Reibung zwischen dem Formwerkzeug und dem Werkstück, und (5) durch das Vorhandensein von kaltem, nicht verformbarem Metall vor und hinter der plastischen Zone_o

Bei einigen Anwendungsfällen ist es nicht notwendig, das Werkstück über seinen gesamten Querschnitt bis zu der Temperatur zu erhitzen, bei der es plastisch wird. In solchen Fällen begünstigen die kalten Teile des Werkstückquerschnxtts ebenfalls das gewünschte seitliche Fließen des Metalls,

Die Fig. 33 bis 36 zeigen jeweils Vorrichtungen zum Formen komplizierterer Formteile, beispielsweise von Turbinenschaufeln O

Verfahrensmäßig werden beim Formen derartiger Teile zwei an sich unterschiedliche Verfahrensschritte miteinander gekoppelt, nämlich eine dem Schmieden ähnliche isothermische Warmverformung und ein isothermisches Walzschmieden (roll forging) oder Profilwalzen.

Isοthermisches Walzschmieden ist ein Formgebungsverfahren

mit völlig anderen Kennzeichen im Vergleich zum konventionellen

Walzschmieden oder zum sogenannten "knockle rolling", welches

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bisher zur Herstellung von Turbinenschaufeln oder ähnlichen Teilen verwendet wurde. Bei dem letzteren Verfahren, welches in kaltem Zustand abläuft, muß das Werkstück vor dem eigentlichen Formen in einen weichen Zustand vorzugsweise der Rockwell-"B"-Härte gebracht werden. Um dem Werkstück die erforderliche Härte zu geben, muß nach jedem Formvorgang das Werkstück einer Glühbehandlung unterworfen werden.

Beim isothermischen Walzschmieden, welches an sich mit den Vorrichtungen der Fig_e 8, 9 und 11 durchführbar ist, muß das nach der Erfindung verwendete Formwalzenpaar gegen Gesenkwalzen ausgetauscht werden, die je zur Hälfte die Gravur enthalten, die der Form des zu formenden Endproduktes entspricht. Die Gravur kann auch vollständig in der einen Gesenkwalze vorgesehen sein, wenn dies die endgültige Form zuläßt. .

Im Ausführungsbexspxel der Fig₀ 33 enthalten die Gesenkwalzen 430 und 432 je zur Hälfte die Gravur in Form von Ausnehmungen 434 und 436, in die das Metall des Werkstückes einfließt. Der elektrische Strom fließt von einer Stromquelle 438 durch die erste Gesenkwalze 430, das Werkstück 440 und durch die zweite Gesenkwalze 432. Die Beaufschlagung der beiden Walzen mit Druck erfolgt in Richtung der Pfeile 442 und 443» Ein Meßfühler 444 erfaßt an der momentanen Walzstelle die Temperatur und reguliert über einen Prozeßrechner 446 die Stromstärke des durch das Werkstück fließenden elektrischen Stromes,

Bevor das Werkstück 440 durch die Walzen 430 und 432 geformt wird, wird es an die Ausnehmung der einen Walze angelegt, anschließend wird die zweite Walze herangerückt, wonach anschließend unter Beaufschlagung der Walzen mit

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dem Walzdruck und nach Anschlief5en des elektrischen Stroms die Walzen 430 und 432 in Richtung der Pfeile 447 und mit eine^r verhältnismäßig langsamen Walzgeschwindigkeit von nur einigen Zentimetern pro Minute in Umlauf versetzt werden. Hierdurch bewegt sich das Werkstück in der Zeichenebene der Fig. 33 nach unten, so daßdie nachfolgenden Querschnit"tsbereiche plastisch werden und das Metall in die Ausnehmungen der nachrollenden Walzen einfließt.

Die Herstellung von Turbinenschaufeln ist einer der Anwendungsfälle, in denen das isothermische Walzschmieden nach der Erfindung eingesetzt werden kann. Dies gilt insbesondere für die Herstellung des fragflächenförmigen Querschnittes, während beispielsweise die Schaufelverstärkung von Turbinenschaufeln mittels Ambossgesenken geformt werden. Isοthermisches Amboss- oder Preßschmieden kann in vorteilhafter Weise eingesetzt werden, wenn verhältnismäßig schwere Querschnitte geformt werden sollen, die durch andere Formgebungsverfahren nicht ohne weiteres formbar sind.

Fig. 34 zeigt eine Vorrichtung 452 zur Durchführung eines dem Ambos3-Schmieden entsprechenden Verfahrens. Die Vorrichtung enthält einen oberen und einen unteren Amboss bzw, 456, in dessen jeweils zugekehrten Flächen Ausnehmungen 458 und 460 herausgearbeitet sind, die je zur Hälfte die Gravur enthalten, die der Form des endgültigen Werkstückes 462 entspricht. Beide Ambosse sind an eine Stromquelle 464 angeschlossen, so daß der Stromfluß durch das Werkstück während des Formens zu einer erhöhten Temperatur führt. Ein Meßfühler 466 ist in ähnlicher Weise wie bei der Vorrichtung nach Fig. 33 auf die mittlere Ebene der Verformung ausgerichtet und mit einem Prozeßrechner 468 verbunden, der in Abhängigkeit von

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der Formtemperatur die Stromstärke nachreguliert.

In Pig. 34 nicht gezeigte hydraulische Zylinder pressen in Richtung der Pfeile 470 und 472 die beiden Ambosse aufeinander und beaufschlagen hierdurch das Werkstück mit der erforderlichen Andruckkraft.

Durch Hitze- und Druckeinwirkung wird das Werkstück plastisch, so daß das Metall die Flächen der Ausnehmungen 458 und 460 anfließt, um allmählich die gewünschte endgültige Form anzunehmen.

Diese Arbeitsweise des isothermischen Amboss-Schmiedens hat ähnlich der anderen Arbeitsverfahren im Rahmen dieser Erfindung den Vorteil eines großen Verformungsgrades und einer günstigen MikroStruktur. Oberflächenoxidation kann zwar hierbei auftreten, was jedoch im Hinblick auf die Möglichkeit, äußerst komplexe Formen herstellen zu können, als Nachteil außer Betracht bleiben kann,

Fig. 35 zeigt eine Vorrichtung zum Formen von Turbinenschaufeln aus Stabmaterial mit Hilfe des isothermischen Walzschmiedens in Verbindung mit dem isοthermischen Amboss-Schmieden.

Das Werkstück wird zunächst beispielsweise durch Warmstauchen in eine Form gebracht, wie sie in der oberen linken Ecke der Fig. 35 veranschaulicht ist.

Das so geformte Werkstück 476 wird dann zwischen zwei Gesenkwalzen 478 und 480 in die hierfür vorgesehenen Ausnehmungen 482 und 484 eingelegt, wonach anschließend die Walzen zusammengerückt werden und der Stromkreis geschlossen wird_e Die Walzen liegen sich hierbei mit diesen Ausnehmungen 482 und 484 gegenüber und verbleiben

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in dieser Lage während eines ersten Verfahransabschnittes, in welchem sie als Amboss-Walzen dienen. Durch die Hitzeentwicklung infolge des elektrischen Stromflusses wird das Metall im Bereich der Ausnehmungen 482 und 484 plastisch und beginnt zu fließen, wodurch das Werkstück annähernd die Endgültige Form annimmt.

Im nächsten Verfahrensabschnitt werden dann die Formwalzen gegenläufig im Sinne der Pfeile 488 und 490 verdreht und wirken in dieser Phase als Vorrichtung zum Walzschmieden, wodurch der übrige Teil des Werkstückes verformt wird und allmählich den gewünschten Flügelquerschnitt der Turbinenschaufel annimmt. Bei dieser Verformung wird ein verhältnismäßig kleines Mikrovolumen des Werkstückes plastisch und nur während einer kurzen Zeitperiode auf erhöhter Temperatur gehalten. Dieses Mikrovolumen wandert mit der Walzgeschwindigkeit allmählich zum Werkstückende, wodurch die Oberflächen der Gesenkausnehmungen allmählich ausgefüllt werden.

Falls das Profil in diesen ersten beiden Verfahrensabschnitten noch nicht mit der geforderten Genauigkeit ausgewalzt worden ist, wird es durch ergänzendes isothermisches Amboss-Schmieden zwischen zwei Ambossen 492 und 494 in die endgültige Form gebracht.

Der Amboss 494 enthält eine der endgültigen Form entsprechende Höhlung 495, in der das Werkstück plastisch wird, sobald die beiden Ambosse in den elektrischen Stromkreis eingeschaltet sind und der obere Amboss 492 mit der erforderlichen Andruckkraft gegen den unteren Amboss 494 gepreßt wird. Durch das daraufhin erfolgende Fließen des Metalls in der Höhlung 496 nimmt das Profil seine endgültige Form an, wie es in der unteren rechten Ecke der Fig. 35 veranschaulicht ist.

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So weit das Flügelprofil nicht schon beim i so thermischen " ■'" Amboss-Schmieden seine gewundene Flügelform erhalten hat, wird es abschließend entsprechend verdreht und getrimmt und anschließend einer letzten Oberflächenbehandlung unterzogen.

Der mit einer Vorrichtung nach Fig_a35 verformte Rohling bestand aus einer Ti-6A1-4V-Legierung und wurde zuvor durch isothermische Behandlung aus einer Zwischenform ' bearbeitet, wie sie in Fig. 22 dargestellt ist.

Im ersten Verfahrensabschnitt, bei dem isothermisches

ZWjLs cii en
Amboss-Schmieden/den ßesenkwalzen 478 und 480 stattfand,

wurden die Betriebsparameter wie folgt eingestellt:

Andrückkraft; ■ ansteigend bis zu 7 875 kg

innerhalb 30 see,

Stromstärke: ansteigend bis zu 12 900 Amp,

während 30 see«

Temperatur (geschätzt): 968

⁰C

Während dieser Zeitspanne von 30 Sekunden blieben die ßesenkwalzen unverdreht, ;

Nach Ablauf der 30 Sekunden wurde durch Verdrehen der Walzen das Walzschmieden des Profils eingeleitet. Hierbei wurden die folgenden Parameter eingestellt:

Andrückkraft: 7 875 kg

Stromstärke: 12 900 Amp, Walzgeschwindigkeit: 8,3 cm/min

Temperatur (geschätzt): 968⁰C

Der Rohling hatte vor dem ersten Verfahrensabschnitt eine Länge von 25 mm und einen im wesentlichen ovalen Querschnitt von 7,5 bis 9 mm_e Das hieraus gewalzte

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Flügelprofil hatte eine Länge von 25 mm, eine Breite von 17j5 mm und eine Dicke von 2,5 mm.

Nach dem Schmiedewalzen hatte das Profil eine Länge von 7,5 cm und eine Breite von 16 mm. Die Dicke betrug maximal 1,25 mm und verringerte sich in Richtung der. Profilvorder- und -hinterkanten auf 0,025 mm_e

Mit Hilfe dieses Verfahrens wurden auch Plügelquerschnitte geformt, deren eine Seite eine flache und deren andere Seite eine gewölbte Oberfläche aufwiesen. Diese Profile wurden dadurch gewonnen, daß in die Ober- und Unterwalzen der Vorrichtung gemäß Pig, 8 und 9 Gesenke aus geschmiedeter "TZM"-Legierung eingesetzt wurden.

Diese Gesenke waren 14,3 mm dick, 25 mm breit und entlang des Bogens 10 cm. Die Oberfläche des einen Gesenks war flach, wohingegen die Oberfläche des anderen Gesenks durch Bearbeitung eine Kontur von der Breite von 20 mm aufwies. Dadurch blieben auf jeder Seite der Gesenk-Höhlung ein flacher Bereich von 2,5 mm.

Als Rohling wurde ein Stab aus Ti-6A1-4V-Legierung mit einem Durchmesser von 8 mm verwendet und mit einer Vorschubkraft von 560 kg zwischen umlaufende Gesenkwalzen eingeschoben. Die Andrückkraft der Walzen betrug 9 675 kg und ihre Walzgeschwindigkeit 8,3 cm/min. Die Stromstärke wurde auf 11 500 Amp, gehalten, und die Temperatur erreichte ungefähr 910⁰C,

In einem ersten Walzgang durch die Gesenkwalzen wurde ein Flügelprofil von 20 mm Breite erhalten. Der mittlere Querschnitt des Profils hatte eine Dicke von maximal 1,6 mm und an dem Profilvorder- und Hinterkanten Q,2 mm.

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Wach Durchlauf des unter den gleichen Bedingungen ablaufenden zweiten Walzganges, bei dem jedoch die Vorschubkraft wegfiel, hatte das Flügelprofil die Gesenkmulde auf 20 mm ausgefüllte Im mittleren Querschnitt wurde die Dicke auf 1,3 mm und an den Profilvorder- und -hinterkanten auf 0,025 mm reduziert«

Die Oberflächengüte entsprach der Oberflächengüte der Gesenkmulden und betrug 16 rms. Metallographische Untersuchungen an einem solchen Flügelprofil mit fünfhundertfacher Vergrößerung ließen keine Oberflächenverunreinigungen erkennen.

Bei einem anderen Walzversuch wurde als Rohling ein Stab aus 17-4Th-Stahl (16,5$ Cr, k% Ni, W Cu, 0,355 Cb +Ta, Rest Eisen) von 7»8 mm Durchmesser verwendet und hierbei die folgenden Verfahrensparameter eingestellt!

Andrückkraft:	9679	kg
Vorschubkraft:	560	kg
Walzgeschwindigkeit:	8,3	cm/min
Stromstärke:	11 800	Amp.
Temperatur (geschätzt):	1 093°	C

Aus einem derartigen Rohling wurdejrtein Flügelprofil in einem Walzgang geformt. Das Profil wies eine Breite von 20 mm und eine maximale Dicke von 1,7 mm auf. An den Profilvorder- und -hinterkanten betrug die Dicke 0,35 mm.

In einem weiteren Versuch wurde die universelle Verwendbarkeit des erfindungsgeraäßen isοthermischen Walzschmiedens bei extrem schwer verarbeitbaren Metallen untersucht und hierbei ein Rohling aus "Rene¹ 95"-Legierung von 8,8 mm Durchmesser.zu einem Flügelnuerschnitt

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.verformt, wobei in gleicher Weise wie bei der Ti-6A1-4V-Legierung und dem 17-4Ph-Stahl verfahren wurde. Die Betriebsparameter wurden wie folgt eingestellt:

Andrückkraft: 9 675 kg

Vorschubkraft: 900 kg

Walzgeschwindigkeit: 4,3 cm/min

Stromstärke: 13 000 Amp₀

Temperatur: . 1 12O⁰C

Der Rohling wurde in einem Walzgang zu einem Flügelprofil ausgewalzt, welches eine Breite von 22₃5 mm, eine maximale Dicke von 2,25 mm und an den Profilvorderund -hinterkanten eine Dicke von 0,4 mm aufwies.

Durch einen zweiten Walzgang ließen sich in beiden Fällen Dimensionen erreichen, wie sie beim Walzen der Ti-6A1-4V-Legierung auftraten.

Mit ebenso guten Resultaten wurden auch andere Metalle in Flügelprofile geformt, etwa die Superlegierungen "INCONEL 718", "Mar-M-421" und "Hastelloy X". Querschnitt sminderungen von 70 bis 90$ pro Walzgang wurden hierbei erzielt.

Fig„ 36 veranschaulicht in einer Mikrophotographie den aus einem Rohling der Legierung Ti-6A1-4V erhaltenen Flügelquerschnitt. Wie die Photographie erkennen läßt, zeichnet sich die Oberfläche durch eine hohe Verarbeitungs· gute ohne Verunreinigung aus.

Fig. 37 ist eine Mikrophotographie durch den Querschnitt der nach den erläuterten Verfahren durch isothermisches Warmformen oder durch Amboss-Schmieden erhaltenen Flügel-Ednverstärkung aus einem Stab der Ti-6A1-4V-Legierung. Auch hierbei ist eine exakte Oberflächen-

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beschaffenheit und ein genaues Einhalten der Dimensionen erkennbar.

Bei den bisher erläuterten Ausführungsbeispielen wurden jeweils zwei Formwalzen oder Formwerkzeuge verwendet. Es können aber auch, wie Fig, 38 zeigt, mehrere Formwerkzeuge eingesetzt werden, wenn Profile von bestimmter komplizierterer Formgebung geschaffen werden sollen.

Die in Fig. 38 wiedergegebene Vorrichtung 5QO zum kontinuierlichen Formen von Y-Trggern weist drei um jeweils 120° winkelversetzte Formwalzen 502, §o4 und 506 aus hitzebeständigem Metall auf. Die Umfangsflache jeder ; dieser Walzen ist mit konischen Abschrägungen 508 versehen, die einen solchen Winkel aufweisen, daß die Umfängst ei If lachen jeweils zweier gegenüberliegender Walzen parallel zu liegen kommen« \

nicht
In der Zeichnung/veranschaulichte hydraulische Zylinder üben auf die Walzen einen auf den gemeinsamen Mittelpunkt der drei Walzen gerichteten Druck aus, um das Werkstück 510 zir verformen.

Bei diesem Ausführungsbexspiel ist jede der Walzen an den einen Pol einer dreiphasigen Stromquelle 511 angeschlossen, so daß ein Stromfluß zwischen jeweils zwei Walzen 502 und 504, 502 und 506, 504 und 006 stattfinden kann.

Auch bei dieser Schaltungsanordnung wird ein in der Zeichnung nicht dargestellter Steuerkreis verwendet, der über ein Rückkopplungssignal die Stromstärke des durch das Werkstück fließenden Stromes nachreguliert*

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Sobald das Werkzeug 510 unter dem Einfluß von Druck und Hitze plastisch geworden ist, beginnt das Metall in die von den drei Formwalzen gebildeten Zwischenräume 512, 514 und 516 zu fließen, so daß aus dem stabförmigen Rohling ein Y-förmiges Profil entsprechend der Fig. 38 entsteht.

Wegen der bei diesem Verfahren entstehenden starken Verformung und seitlichen Verdrängung des Metalls ist es zweckmäßig, das Werkstück 510 mit einer Schubkraft durch die Walzenanordnung zu bewegen.

Vom fabrikationstechnischen Standpunkt aus gesehen eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren in besonders vorteilhafter Weise für den Betrieb in einer mehrstufigen Walzbank mit mehreren Walzgerüsten (multi-rstand-Betrieb), Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen mehrstufigen Walzbank wurde bereits in Zusammenhang mit den Fig. 2IA und 2IB erläutert. Die Verformung des stabförmigen Rohlings bis zu einer stäbchenförmigen Zwischenform erfolgt hierbei in einem ersten Walzgerüst und die Breitung der Zwischenform in einem in Tandem-Anordnung nachgeschalteten zweiten Walzgerüst«

In ähnlicher Weise läßt sich im kontinuierlichen mehrstufigen Walzbetrieb Stabmaterial in Träger mit I-förmigem Querschnitt gemäß Fig. 39A und 39B verformen·

Im ersten Walzgerüst (Fig, 39A) wird der Roh/ling durch eine.Oberwalze 517 und eine Unterwalze .518 gebreitet und die Verdrängung des seitlich austretenden Materials durch zwei Führungsrollen 519 und 520 aufgehalten.

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Die hierbei entstehende Zwischenform 522 wird sodann einem zweiten Walzgerüst (Pig, 39B) zugeführt, in welchem die verdickten Enden der 2wischenform zu Flanschen oder Querträgern des I-förmigen Profils gebreitet werden. In diesem Walzgerüst befindet sich das Werkstück 522 zwischen einer Oberwalze 524 und einer Unterwalze 526 sowie mit seinem Mittelsteg zwischen zwei seitlich um vertikale Achsen drehbare Führungswalzen und 530. Die Breite dieser Führungswalzen entspricht der Breite des Mittelstegs des fertig geformten" I-Trägers. Der innere Krümmungsradius bzw. die Hohlkehle zwischen Querflanschen und Mittelsteg wird durch den äußeren Krümmungsradius der Führungswalzen bestimmt.

Bei mehrstufigem Walzenbetrieb ist es sinnvoll, die in jedem Walzgerüst auftretenden Walztemperaturen durch dort vorgesehene Meßfühler und Steuerkreise einzeln zu überwachen.

Damit kein Stromfluß von der Elektrode des einen Walzgerüstes zur Gegenelektrode des anderen Walzgerüstes auftreten kann, was eine unerwünschte Erwärmung des Werkstückes zur Folge haben würde, ist das eine Walzgerüst hinsichtlich seines Potentials geerdet und das zweite Walzgerüst an ein Potential gelegt, welches elektrisch über dem Erdpotential liegt. Auf diese Weise lassen sich die Formwalzen des ersten Walzgerüstes auf dem Potential der Vorheizwalzen des zweiten Walzgerüstes halten» Der durch dieses Potentialgefalle hervorgerufene Stromfluß bleibt somit innerhalb der Teile eines jeden der beiden Walzgerüste.

Bei einer größeren Anzahl von Walzgerüsten kann aber auch jedes der aufeinanderfolgenden Walzgerüste an

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eine abwechselnd höhere und niedrigere Spannung angelegt werden₃ so daß große Spannungsdifferenzen hierdurch vermieden werden.

Als unproblematisch hat sich der Walzengleichlauf mehrstufiger Walzbänke beim Eintritt eines zwischengeformten Profils in das nachfolgende Walzgerüst erwiesen· Dies hat seinen Grund darin, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine vernachlässigbar kleine Dehnung des Werkstückes in axialer Richtung, also—in Vorschubrichtung, stattfindet.

Kleine Geschwindigkeitsunterschiede können wiederum ausgeglichen werden durch Verwendung eines Schmiermittels, welches einen gewissen Schlupf zwischen Walzrollen und dem Werkstück ermöglicht„

Hierdurch ist es möglich, die verschiedenen Walzgerüste mit der gleichen Walzgeschwindigkeit zu betreiben, so daß nur eine Antriebsvorrichtung vorgesehen zu sein braucht, von der der Antrieb für sämtliche Walzgerüste abgenommen wird«

Ein Vorschub des Werkstückes beim Durchgang aufeinanderfolgender Walzgerüste ist beim Verformen von Blechen oder dünnen Platten nicht erforderlich. Wird dagegen von stabförmigem Material ausgegangen, kann der Werkstückvorschub durch Schubrollen herbeigeführt werden, wie sie im Ausführungsbeispiel der Pig. Il Verwendung finden.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1_β Verfahren zum Formen metallischer Werkstücke im festen Zustand zu Formteilen und Profilen bestimmten Querschnittes auf einer als Gegenelektrode wirksamen--"Auflage unter der Wirkung einer im wesentlichen gegen diese Auflage mit einem bestimmten Druck auf das Werkstück gepreßten lilektrodenwalze aus hitzebeständigem Metall oder aus einer hitzebeständigen Legierung, gekennzeichnet durch eine auf den Bereich des sich auf das Werkstück auswirkenden Walzdruckes eng begrenzte Erhitzung sowohl des Werkstückes über seinen gesamten Querschnitt als auch der Walze im Bereich der unmittelbar mit dem Werkstück momentan in Berührung stehenden Umfangsteile infolge Durchgang eines elektrischen Stromes durch Walze, Werkstück und Auflage einer an die Walze und an die Auflage angeschlossenen Stromquelle, und dadurch, daß die Stromstärke des elektrischen Stromes und der auf das zu verformende Werkstück ausgeübte Walzdruck getrennt oder gemeinsam auf eine solche Größe eingestellt und gehalten werden, welche einer Temperatur im Werkstück unterhalb dessen Schmelzpunktes entspricht, bei der in der gerade verformten Schicht zwischen Walze und Auflage ein örtlich begrenztes plastisches Fließen des Werkstückmaterials eintritt, wobei im kontinuierlichen Walzbetrieb die Zone des plastischen Fließens mit der Geschwindigkeit des Werkstücktransportes im Werkstück fortschreitet.

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2v Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück relativ zur ortsfest gelagerten druckbeaufschlagten Walze im Vorschub transportiert wird und die Schubkraft vor der Walze angreift.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das Werkstück unter der Wirkung einer Zugkraft transportiert wird und die Zugkraft in Walzrichtung hinter der Walze angreift·

H, Verfahren nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke des durch das Werkstück fließenden elektrischen Stromes beim Abweichen der ßetriebsparameter in der Walzzone von einem vorgegebenen Soll-Wert durch ein Pehlersignal nachgeregelt wird, welches durch ständigen Vergleich eines den oder die Betriebsparameter in der Walzzone repräsentierenden Meßsignales mit dem Soll-Wert gewonnen wird,

5, Verfahren nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß die den Form- oder Walzwerkzeugen ausgesetzten Oberflächen des Werkstückes vor dem Walzen mit einem Schmiermittel versehen werden,

6, Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen mit einem Schmiermittel aus
Graphit, Wolfram oder Silber versehen werden,

7, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Titan-Legierung als Werkstück dieses auf eine Temperatur von oberhalb des Beta-Umwandlungspunktes der Titan-Legierung erhitzt wird.

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8. Verfahren zum Formen von metallischem Blech und Plattenmaterial im festen Zustand zu Trägerprofilen mit im wesentlichen zwei winklig zueinanderstehenden Schenkeln oder Stegen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenförmige Ausgangsmaterial zunächst zwischen Hilfswerkzeugen und Führungsrollen derart eingespannt wird, daß die in einem zweiten Verfahrensabschnitt zu verformenden Ränder in Richtung der Walze und der Auflage seitlich vorstehen, daß in dem zweiten Ve^rfahrensabschnitt unter gleichzeitigem Stromdurchgang durch Walze, Werkzeug und Auflage die vorstehenden Ränder durch die Walz- oder Formwerkzeuge gegen die Auflage winklig abgebogen werden, und daß die Stromstärke und der Walzdruck auf eine solche Größe eingestellt und gehalten werden, die einer Temperatur entspricht, bei der ein örtlich begrenztes plastisches Fließen eintritt, wobei die Zone des plastischen Fließens mit der Geschwindigkeit des Werkstücktransportes im Werkstück zusammen mit den so geformten Abbiegungen der Schenkel fortschreitet (Fig, 12A und 12B).

y. Verfahren nach Anspruch ^₉ dadurch gekennzeichnet, daß vor der endgültigen Formgebung der Trägerprofile die die Schenkel verformenden Walz- osäer Formwerkzeuge nur teilweise gegen die zu verformenden Teile gepreßt werden.

10, Verfahren nach Anspruch 8,- dadurch gekennzeichnet, daß daß das Formen der Schenkel in mehreren Walzgängen erfolgt und nach jedem Walzgang die Walz- oder Formwerkzeuge in Richtung der vorzunehmenden Abbiegung der Schenkel seitlich versetzt werden.

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11, Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß vor der endgültigen Formgebung die den Walz- oder Formwerkzeugen gegenüberliegende Fläche der Hilfswerkzeuge bis auf einen den Stromdurchgang ausschließlich durch die zu bildende Abbiegung ermöglichenden Spalt elektrisch isoliert werden (Fig. 15).

12, Verfahren zum Formen von metallischem Stabmaterial im festen Zustand zu Profilen mit I- oder T-förmigem Querschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabmaterial in einer ersten Formstufe zu einem Mittelsteg gestaucht und gleichzeitig gebreitet wird, und gleichzeitig die Verdrängung des seitlich aus den Walzwerkzeugen austretenden Materials unter Bildung von verstärkten Randprofilen au%ehalter^d.rcl, und daß in einer zweiten Stufe die verstärkten Randprofile senkrecht zu dem bereits geformten Mittelsteg zu flachen Querstegen gestaucht und gebreitet werden (Fig. 2IA bis 21C),

13, Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der in der ersten Formstufe gebreitete Teil des Werkstückquerschnittes unter Dickenminderung ggfo bei gleichmäßiger werdendem Querschnitt ausgewalzt wird,

14, Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück zwischen einer rotierenden Walze und einer Werkstückauflage mit einer am Werkstück

in Walzrichtung angreifenden,die Längsdehnung kompensierenden und den seitlichen Materialaustritt unterstützenden Kraft geformt wird.

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15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das seitlich austretende Material durch horizontal umlaufende Führungswalzen aufgehalten wird, die dem zu verformenden Stabmaterial während des Formens im kontinuierlichen Walzbetrieb zugleich eine seitliche Führung geben,

16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß beim Walzen in der zweiten Formstufe seitlich an dem bereits ausgewalzten Mittelsteg horizontale Richtwerkzeuge angelegt werden, welche die endgültige-

Form der Querstege bestimmen,

17. Verfahren zum Verformen einer Kante von Blech oder plattenförmigem Material zu einer abgeflachten Endverstärkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht zu verformende Teil des Materials zwischen Richtwerkzeugen eingespannt' wird, welche im Bereich der zu bildenden Endverstärkung eine Höhlung aufweisen, in die das Material kontinuierlich durch Stauchen eingewalzt wird, (Fig.18 und 19).

1?, Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Material infolge Stromfluß durch das Formwerkzeug, das Werkstück und die Richtwerkzeuge auf eine das plastische Fließen ermöglichende Temperatur erhitzt wird,

19, Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mittels einer rotierenden Formwalze in die Höhlung der Richtwerkzeuge eingewalzt wird, wobei die Znne des plastischen Fließens mit der Geschwindigkeit des Werkstücktransportes im Werkstück fortschreitet. .

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20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug auf vertikalen Abstand an den Richtwerkzeugen gehalten wird, so daß das Werkstückmetall seitlich in den zwischen Formwerkzeug und Richtwerkzeugen gebildeten Spalt fließen kann.

21. Verfahren zum Formen eines Profils aus einem metallischen Werkstück auf einer Auflage unter der Wirkung einer äruckbeaufschlagten Formwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Profilteile des Rohlings durch seitliches Verdrängen und Hochsteigen in eine am Umfang der Formwalze vorgesehene Ausnehmung von einem den endgültigen Profilteilen entsprechenden Querschnitt geformt werden ( Fig. 32A und 32B),

22, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formen des Rohlings bis zum endgültigen Profil oder Formteil in mehreren Stufen abläuft und die in jeder Stufe erhaltene Zwischenform dem Walzgerüst der nachfolgenden Stufe zugeführt wird, wobei in jeder Stufe nur der Teil des Profils zwischen Formwerkzeug und Auflage erhitzt wird, der vom Formwerkzeug ausgewalzt wird, während das Material des restlichen Teils des Rohlings seitlich austritt und in der nachfolgenden Stufe geformt wifcd,

23, Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichzeitiger Beschickung einer zweistufigen Walzstraße mit einem in diesen Stufen unterschiedlich zu verformenden Rohling einer durch unterschiedliche Erhitzung in der ersten Stufe verursachten Längsdehnung des Werkstückes durch Vorschub des Rohlings entgegengewirkt wird, wobei die Vorschubkraft

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vor dem ersten Walzgerüst angreift,

24. Verfahren zum Formen metallischer Werkstücke im festen Zustand zu Profilen mit Y-förmigem Querschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling in drei um jeweils 120° zueinander versetzt liegende Ebenen zwischen drei Formwalzen geformt wird, von denen jede an den einen Pol einer dreiphasigen Stromquelle angeschlossen ist, so daß ein Stromfluß zwischen jeweils zwei Walzen stattfindet, und daß wenigstens eine der Walzen in Richtung des Schnittpunktes der Mittelebenen aller drei Walzen mit <§em Walzdruck beaufschlagt ist. (Fig. 38)

25. Verfahren zum Formen von Werkstücken aus Titan oder aus Titan enthaltenden Legierungen nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke des elektrischen Stromes durch das Werkstück und der auf das Werkstück ausgeübte Walzdruck auf eine solche Größe eingestellt gehalten werden, daß sich im Werkstück eine Temperatur oberhalb des Beta-Umwandlungspunktes, aber unterhalb der Erstarrungstemperatur einstellt, die ausreicht, daß während einer Zeitdauer von der Größenordnung einiger Sekunden ein örtlich begrenztes plastisches Fließen des Werkstücksmaterials eintritt,

26. Verfahren zum Formen von verstärkten Randleisten und sich daran anschließenden tragflächenformigen Teilen von vergleichsweise dünnerer Querschnittsdicke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem" ersten Verfahrensabschnitt bei einem stillstehenden Gesenkwalzenpaar mit entsprechend dem Fertigprofil vorgesehenen Gravurhälften unter der Wirkung von Druck und durch Stromdurchgang erzeugter Temperatur die Randleiste

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geformt wxrd und in einem zweiten Verfahrensabscnnitt das Gesenkwalzenpaar in langsame Drehung versetzt wird, bei der die si£h an die Randleiste anschließenden tragflächenförmigen Teile ausgewalzt werden,

27. "Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 23 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das zu verformende Werkstück mit regelbarem Walzdruck preßbare Elektrodenwalze (92) in einem in bezug auf die Auflage (94) mittels eines hydraulischen Zylinders (109) höhenbewegbaren Obergestell (I06) gelagert ist, daß die Elektrodenwalze (92) und die Auflage (94) jeweils an den einen Pol einer Stromquellefl73)angeschlossen ist, deren Stromstärke zusammen mit dem Walzdruck bei Abweichung der Tenperatur von einer zur Erzielung eines örtlich begrenzten plastischen Pließens des Materials zwischen Walze und Auflage vorgegebenen, unterhalb des Schmelzpunktes des Ausgangsmaterials liegenden maximalen Temperatur in der Walzzone mittels eines Steuerkreises (156) kontinuierlich nachregelbar ist, daß Fördermittel (184,186) zum Transport des Werkstückes(188) unter der Walze (92 bzw. I90) in Walzrichtung vorgesehen sind, und daß zu beiden Seiten der durch die Walze ( 92 bzw, 190) und die Auflage (94 bzw.. 192) zu legende'n Mittelebene entlang der Walzstrecke mehrere horizontal umlaufbare Führungswalzen (138, 126) angeordnet sind.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß für einen kontinuierlichen Walzbetrieb die Führungswalzen (138, 126) unmittelbar an das/verformende Werkstück anlegbar sind und als Begrenzungswalzen für das

beim Breiten des Rohlings seitlich verdängte Material dienen?·

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29» Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungswalzen (138, 126) zumindest auf der einen Seite der Walzstrecke/zum Werkzeug hin bzw, vom Werkzeug weg verstellbar sind.

30, Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Fü-hrungswalzen (138, 126) in bezug auf

die Auflage (94) geradlinig höhenbewegbar sind,

31, Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungswalzen (138, 126) mit einer durch hydraulische Zylinder (I44a, I44b,l44c) bestimmten Andruckkraft gegen das Werkstück' pressbar sind,

32, Vorrichtung nach den Ansprüchen 30 und 31, dadurch .--. gekennzeichnet, daß die Führungswalzen (138, 126) auf jeder Seite der Walzstrecke zu je einem Walzsatz zusammengefaßt und in Haltern (l40, 128) drehbar gelagert sind, die in einem höhenbewegbaren Führungssystem (118) gegen das Werkstück versteilbar sind, wobei an den Haltern (140) des einen Walzensatzes die hydraulischen Zylinder (144a, l44b, I44c) und an den Haltern (128) des anderen Walzensatzes Stellschrauben (130) angreifen,

33, Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umfangsfläche der gegen das Werkstück anpressbaren Elektrodenwalze mindestens eine Höhlung oder Ausnehmung (324, 406) vorgesehen ist, in die das Material des Rohlings während des plastischen Fließens verdrängt wird oder hochsteigt (Fig, 21A und 32A),

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34, Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhlung oder Ausnehmung (324, 4o6) in der Umfangs-

• fläche der Elektrodenwalze als geschlossene Ringnut ausgebildet ist,

35. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage (94 bzw, 19?) als gegenläufig zur oberen Elektrodenwalze (92 bzw, 190) umlaufende Unterwalze ausgebildet ist.

36, Vorrichtung nach den Ansprüchen 33 und 35, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umfangsfläche der Unterwalze (316) mindestens eine als geschlossene Ringnut ausgebildete Höhlung oder Ausnehmung (324) vorgesehen ist, die der Ringnut in der Umfangsfläche der oberen, gegen das Werkstück anpreßbaren Elektrodenwalze (314) in ihrem Profil entspricht,

37. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß dar zu

Profilen mit Y-förmigem Querschnitt zu verformende Rohling einen Satz von drei um jeweils 120° zueinander winkelversetzt angeordneten, umlaufbaren Formwalzen (502, 504, 506) durchläuft, von denen jede an den einen Pol einer dreiphasigen Stromquelle (5il) angeschlossen ist, deren Stromstärke zusammen mit dem auf mindestens eine der Formwalzen wirkenden Walzdruck bei Abweichung der Temperatur von einer zur Erzielung eines örtlich begrenzten plastischen Fließens des Materials zwischen den Walzen vorgegebenen, unterhalb des Schmelzpunktes des Ausgangsmaterials liegenden maximalen Temperatur der Walzzone kontinuierlich nachregelbar ist, wobei Fördermittel zum Transport des Werkstückes zwischen den Walzen in Walzrichtung vorgesehen sind (Fig. 38),

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33. Vorrichtung nach Anspruch 37_} dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche jeder der Formwalzen (502, 504, 506) mit konischen Al?schrägungen (508) versehen ist, die einen solchen Winkel aufweisen, daß die Umfangsteilflächen jeweils zweier gegenüberliegender Pormwalzen ί5Ο2 und 504, 502 und 506, 504 und 506) parallel zu liegen kommen.

39.. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der Querschnitt- oder Dickenminderung beim Walzen die Fördermittel zum Transport des Werkstückes in Walzrichtung als quer zur Walzrichtung gelagerte, gegenläufig angetriebene Schubrollen (184, 186) ausgebildet sind.

40. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Formwalzen gegen Gesenkwalzen (478, 480) austauschbar sind, deren Umfangsflächen je zur Hälfte die dem Endprofil entsprechende Gravur enthalten (Fig. 35).

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