-
"Verfähren zur Herstellung einer Preßform oder eines Preßwerkzeugs
aus einer Platte einer superplastischen Legierung PRIORITÄT: Britische Patentanmeldung
Nr. 49737/74 vom 18. November 1974 **** Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Preßform oder eines Preßwerkzeugs aus
einer Platte einer superplastischen Legierung.
-
In der G3-PS 1 168 273 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Herstellung einer geprägten thermoplastischen Platte bebeschrieben,
wobei
das Verfahren dadurch ausgeführt wird, daß man 1. die Platte gegenüberliegend der
Prägeoberfläche eines Prägemediums anordnet; 2. eine Saugwirkung auf den Raum zwischen
der Platte und der Prägeoberfläche anwendet, um die Luft daraus zu evakuieren; 3.
mittels eines flexiblen Diaphragmas die Platte in innigen Kontakt mit der Prägeoberfläche
drückt; 4. auf die thermoplastische Platte Wärme anwendet, so daß ihre Oberfläche
plastisch wird und sich entsprechend der Prägeoberfläche formt; und 5. die so hergestellte
geprägte Platte von der Prägeoberfläche abnimmt.
-
Es wurde nunmehr gefunden, daß mit gewissen Abwandlungen das Verfahren
und die Vorrichtung, die in der GB-PS 1 168 273 beschrieben sind, zur Herstellung
von Preßformen oder Preßwerkzeugen, die ein genarbtes Muster oder eine andere Oberflächenform
aufweisen, aus einer Platte einer superplastischen Legierung verwendet werden können.
-
Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zur Herstellung eines
Preßwerkzeugs oder einer Preßform aus einer Platte einer superplastischen Legierung,
welches dadurch ausgeführt wird, daß man 1. die Platte aus der superplastischen
Legierung gegenüberliegend der Formoberfläche einer Form anordnet; 2. eine Saugwirkung
auf den Raum zwischen der Platte und
der Formoberfläche anwendet,
um die Luft daraus zu evakuieren; 3. Wärme auf die Platte anwendet, so daß zumindest
ihre Oberfläche plastisch wird; 4. die Platte und die Formoberfläche miteinander
in innigen Kontakt preßt, so daß die Oberfläche der Platte entsprechend der Formoberfläche
geformt wird; und 5. die so hergestellte geformte Platte von der Bormoberfläche
abnimmt.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Fluiddruckunterschied,
üblicherweise ein Luftdruckunterschied, an den entgegengesetzten Seiten der Platte
in solcher Weise erzeugt, daß die Platte mit der Formoberfläche in innigen Kontakt
gedrückt wird.
-
Bei einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens werden die Platte
und die Formoberfläche mit Hilfe eines flexiblen Diaphragmas in innigen Kontakt
gedrückt, wobei auf den gegenüberliegenden Seiten des Diaphragmas ein Fluiddruckunterschied,
üblicherweise ein Luftdruckunterschied, erzeugt wird. Bei dieser Ausführungsform
der Erfindung kann das flexible Diaphragma entweder eine Schicht aus einem Silikonkautschuk
oder eine Metallplatte sein. Wenn ein flexibles Diaphragma verwendet wird, dann
muß es natürlich die beim Verfahren auftretenden Temperaturen und Drücke aushalten
können.
-
Obwohl die Erhitzung direkt auf die Platte angewendet werden kann,
wird es oftmals bevorzugt, das Verfahren in einer Vorrichtung durchzuführen, die
selbst innerhalb eines auf die entsprechende Temperatur gehaltenen Ofens angeordnet
ist. Die Temperatur, auf welche die superplastische Legierung erhitzt werden muß,
hängt natürlich von
der Temperatur ab, auf welche die Platte erhitzt
werden muß, tun sie plastisch zu machen.
-
Während superplastische Zinklegierungen bei Temperaturen im bereich
von 250 bis 28000 geformt werden können, erfordern superplastische Aluminiumlegierungen
eine Erhitzung auf Temperaturen bis zu 50000, bevor sie geformt werden können.
-
Zwar ist es wesentlich, daß Luft aus dem Raum zwischen der Platte
und der Formoberfläche evakuiert wird, bevor die Platte mit der Formoberfläche in
Kontakt gebracht wird, da jedoch die Zeit bis zur Erhitzung der Platte auf eine
Temreratur, bei der sie plastisch ist, beträchtlich länger ist als die Zeit, die
zum Evakuieren der Luft aus dem Raum erforderlich ist, kann das Erhitzen der Platte
begonnen werden, bevor eine Saugwirkung angelegt wird.
-
Die Formoberfläche kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehen,
jedoch werden metallische Materialien bevorzugt.
-
Die verwendete Form kann eine ~Spritzmetallform1, oder eine geprägte
Form oder eine auf elektrischem Wege hergestellte Form sein. Die Formoberfläche
kann mit jedem gewünschten Oberflächenmuster versehen werden, und die Formoberfläche
kann irgendeine geeignete Gesamtform, einschließlich einer dreidimensionellen Form,
aufweisen.
-
Zwar kann das erfindungsgemäße Verfahren in jeder zweckmäßigen Weise
ausgeführt werden, aber es hat sich herausgestellt, daß es sehr zufriedenstellend
unter Verwendung einer Form durchgeführt werden kann, die nachfolgend unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben ist.
-
In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch
einen Teil der bevorzugten Vorrichtung; Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch
eine Abwandlung der Vorrichtung von Fig. 1; Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch
einen Teil einer alternativen Vorrichtung; und Fig. 4 einen schematischen Schnitt
durch einen Teil einer modifizierten Anordnung der Vorrichtung von Fig. 3.
-
vie in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung besteht aus zwei Metallplatten
2 und 5, die durch einen Metallring 9 auf Abstand gehewten werden. Die drei Bauteile
sind durch eine ReIhe von Schrauben 7 zusammengeschraubt. Eine Platte einer superplastischen
Legierung 6 ist zwischen die Platte 6 und dem Ring 9 eIngeklemmt, so daß eine luftdichte
Kammer zwischen der Platte aus superplastischer Legierung und der Platte 2 gebildet
wird. Eine nicht-poröse metallische Form 4 ist mit ihrer Formoberfläche nach oben
gewandt in der Kammer 10 angeordnet.
-
An die Kammer 10 ist auch eine Leitung 8 angeschlossen, die durch
den Metallring 9 hindurchgeht. Durch diese Leitung kann Luft aus der Kammer entfernt
und in die Kammer hineingeführt werden. Eine weitere Leitung 1 geht durch die Metallplatte
5 hindurch. Durch diese kann Luft aus dem Raum an der Seite der Platte aus superplastischer
Legierung, die von der Form abgewandt ist, entfernt und in diesen Raum hineingeführt
werden.
-
Die gesamte Vorrichtung ist in einem (nicht gezeigte#n) Ofen angeordnet,
mit welchem die Platte aus superplastischer Legierung auf eine Temperatur erhitzt
werden kann, bei der sie sich formen läßt.
-
Während die Platte aufgeheizt wird, wird Luft aus den beiden Seiten
der Platte aus superplastischer Legierung evaçÅ' ert. Die Verringerung des Drucks
in der Kammer 10 entfernt Luft aus der Grenzfläche zwischen der Formoberfläche und
der Platte aus superplastischer Legierung.
-
Worin die Platte eine Temperatur aufweist, bei der sie geform+ werden
kann, wird ein Fluid, üblicherweise Luft, mit überatmosphärischem Druck durch die
Leitung 1 eingeführt.
-
Dies erzeugt einen Druckunterschied an der Platte aus superplastischer
Legierung, weshalb diese in innigen Kontakt mit der Formoberfläche gedrückt und
nach einer gewissen Zeit entsprechend der Formoberfläche geformt wird. Zu diesem
Zeitpunkt wird die Temperatur unter die Formtemperazur fallengelassen, und dann
werden die Drücke auf beiden Seiten der superplastischen Legierung auf atmosphärischen
Druck gebracht. Nachdem die Vorrichtung ausreichend abgekühlt ist, wird die Vorrichtung
auseinandergebaut und wird die geformte Legierungsplatte von der Formoberfläche
abgezogen (sofern dies nötig ist). Die geformte Legierungsplatte wird dann wieder
auf eine geeignete Temperatur über der Formungstemperatur erhitzt, um die superplastischen
Eigenschaften der geformten Platte zu zerstören.
-
Typischerweise bestand die Form aus Spritzmetall einer Dicke von 12,7
mm. Ein Beispiel für eine geeignete superplastische Legierung ist eine Legierung
aus einem Bereich von Legierungen auf der Basis eines Aluminium-Zink-Eutektoids,
und zwar insbesondere diejenige Legierung, die als
superplastisches
Zink (SPZ) bekannt ist. SPZ ist eine Le-Legierung aus 21 ffi Aluminium und 78 ffi
Zink mit einigen Kupferzugaben. Eine solche Legierung wird bei Temperaturen im Bereich
von 27500 superplastisch und kann bei diesen Temperaturen geformt werden. Eine Platte
aus einer solchen Legierunir mit einer Dicke von 2,5 mm kann dadurch in die geeignete
Form gebracht werden, daß man am flexiblen Diaphragma einen Druckunterschied von
annähernd 42 kg/cm² während unefhr 30 Min. anlegt. Nachdem die Platte geformt worden
ist, können die superplastischen Eigenschaften durch erneules Erhitzen der geformten
Platte auf ungefähr 30000 zerstört werden.
-
Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung ist derjenigen von Fig.1 ähnlich,
außer das die Platte aus superplastischer Legierung zwischen einem Metallring 12
und einer zugerichteten Oberfläche der Platte 2 mit Hilfe einer Schraube, die durch
den Ring und die Platte aus superplastischer Legierung hindurchgeht, festgeklemmt
wird. Eine luftdichte Abdichtung wird durch das Zwischenklemmen einer Dichtung 11
zwischen den Platten 2 und 5 erreicht. Die Abfolge der Arbeitsgänge entspricht weitgehend
derjenigen, die bei der Vorrichtung von Fig. 1 ausgeführt wurde.
-
Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung besteht aus zwei Metallplatten
2 und 5, die durch einen Metallring 9 auf Abstand gehalten werden, wobei die drei
Bestandteile durch eine Reihe von Schrauben 7 zusammengeschraubt sind, so daß eine
luftdichte Kammer 10 definiert wird. Die Kammer enthält ein flexibles Diaphragma
3, das beispielsweise aus einer Silikongummischicht besteht, eine nicht-poröse metallische
Foraa 4, deren Formoberfläche nach oben weist, und eine Platte aus einer superplastischen
Legierung 5. Wie aus Fig.3 çrsichtlich ist, sind die Platte aus superplastischer
Le-
Legierung und das flexible Diaphragma zwischen den Metallpipetten
und dem Metallring eingeklemmt. Die Kammer ist mit einer Leitung 8 versehen, die
durch den Metallring 9 hindurchgeht und durch die Luft aus der Kammer entfernt und
In die Kammer hineingeführt werden kann. Eine weitere Leitung 9 geht durch die Metallplatte
2 hindurch. Durch diese kann Luft aus dem Raum auf der Seite des flexiblen Diaphragmas,
die der Form abgewandt ist, herausgeführt und in diesen Raum eingeleitet werden.
-
Die gesamte Vorrichtung ist in einem (nicht gezeigten) Ofen angeordnet,
mit welchem die Platte aus superplastischer Legierung auf eine Temperatur erhitzt
werden kann, bei der sie sich formen läßt.
-
Während die Platte aufgeheizt wird, wird Luft von den beiden Seiten
des flexiblen Diaphragmas evakuiert. Die Druckverringerung in der Kammer 10 beseitigt
Luft aus der Grenzfläche zwischen der Formoberfläche und der Platte aus superplastischer
Legierung.
-
Wenn die Platte eine Temperatur aufweist, bei der sie geformt werden
kann, wird ein Fluid, üblicherweise Luft, mit überatmosphärischem Druck durch die
Leitung 1 eingeführt.
-
Dies erzeugt einen Druckunterschied am Diaphragma, der ausreicht,
das Diaphragma durchzubiegen, so daß dieses die Formoberfläche in innigen Kontakt
mit der heißen Platte aus superplastischer Legierung preßt, die nach einer gewissen
Zeit entsprechend der Formoberfläche geformt wird.
-
Zu diesem Zeitpunkt wird die Temperatur unter die Formungstemperatur
fallengelassen, worauf dann der Druck zu beiden Seiten des Diaphragmas auf atmosphärischen
Druck gebracht wird. Nachdem die Vorrichtung ausreichend abgekühlt ist, wird die
Vorrichtung auseinandergebaut und wird die geformte Legierungsplatte von der Formoberfläche
abgezogen (sofern
dies nötig ist). Die geformte Legierungsplatte
wird dann wieder auf eine geeignete Temperatur über der Formungstemperatur erhitzt,
um die superplastischen Eigenschaften der geformten Platte zu zerstören.
-
Die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung ist mit derjenigen von Fig. 3 identisch,
außer daß die Platte aus superplastischer Legierung nicht zwischen der Platte 5
und dem Metallring 9 eingeklemmt ist. Stattdessen ruht diese Platte lediglich auf
der Formoberfläche. Die Abfolge von Arbeitsgängen ist jedoch mit derjenigen identisch,
die in bezug auf Fig. 3 beschrieben wurde.
-
sie gemäß der Erfindung hergestellten Preßformen oder Preßwerkzeuge
finden besondere Anwendung als Prägemedien für die Vertiendung bei dem Verfahren
und der Vorrichtung, die in der GB-S 1 168 273 beschrieben sind. Sie können jedoch
auch als Prewomen oder Preßwerkzeuge für die Verarbeitung von Kunststoffmaterialien
durch andere Verfahren verwendet werden.
-
PATENTANSPRÜCHE: