DE2724703A1

DE2724703A1 - Verfahren zum plastischen umformen einer metallplatte

Info

Publication number: DE2724703A1
Application number: DE19772724703
Authority: DE
Inventors: Kouki Kani; Toshiro Yamada
Original assignee: Kyoto University
Current assignee: Kyoto University
Priority date: 1976-06-02
Filing date: 1977-06-01
Publication date: 1977-12-15
Also published as: FR2353346A1; CA1097150A; JPS5327233B2; FR2353346B1; JPS52147559A; GB1582055A

Description

PATENTANWÄLTE DR. PETER BARZ (d.pl,che_MJ ⁸⁰⁰° ^{München 40} ECKART POHLMANN cdipl-phvsi Siegfrledstraße 8

no uriDCT cr>uuiriT Telefon 089/381939

DR. HORST SCHMIDT «««j 2 7 2 A 7 0 3 ^{Telex 5 215 31}° P*^{ta d}

M 42 Sch/ht.

Kyoto University, Kyoto / Japan

Verfahren zum plastischen Umformen einer Metallplatte

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum plastischen Umformen einer Metallplatte mittels einer Stosswelle von hohem Druck, die durch Beaufschlagung einer Flüssigkeit mit einer Kugel erzeugt wird, welche durch eine Hochdruckquelle auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt wurde.

Es sind verschiedene Verfahren zur Schaffung eines hohen Flüssigkeitsdruckes und zur Materialformgebung durch Flüssigkeitsdruck bekannt. Ein typisches Beispiel für die herkömmlichen Verfahren ist das Vorsehen eines schweren Metallkolbens und eines entsprechenden Zylinders, in dem der Kolben mit relativ niedriger Geschwindigkeit gegen das im geschlossenen Zylinder befindliche flüssige Medium bewegt wird. Bei diesem Verfahren wird, da die Relativgeschwindigkeit des Kolbens in Bezug auf den Zylinder und

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damit des flüssigen Mediums maximal 20 bis 30 m/sec betragen kann, der Druck in der Flüssigkeit durch eine statische direkte Kompression derselben hervorgerufen. Das Verfahren ist für manche Zwecke ausreichend. Wegen des Umstandes jedoch, dass es das Vorsehen eines Metallkolbens mit hohem Gewicht und beträchtlicher Abmessung sowie eines Zylinders von entsprechender Grosse erfordert, hat die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens notwendigerweise eine grosse Abmessung. Des weiteren müssen Kolben und Zylinder sehr genau bearbeitet werden, um die erforderliche Dichtwirkung zu erhalten. Somit ist das Verfahren teuer und die Wartung der Vorrichtung schwierig.

Ein Ziel der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung eines Verfahrens der eingangs erwähnten Art, mit dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden.

Erfindungsgemäss wird eine Flüssigkeitsstosswelle von hohem Druck erzeugt, indem die in einem offenen Behälter befindliche Flüssigkeit mit einem leichten und kleinen Körper oder einer Kugel bombardiert wird, die auf eine Geschwindigkeit von einigen 100 bis einigen 1000 m/sec beschleunigt wurde. Daher ist das Vorsehen von einem schweren Kolben und Zylinder und die Beibehaltung einer dichtenden Beziehung zwischen diesen Teilen nicht erforderlich, so dass die mit dem herkömmlichen Verfahren verbundenen Nachteile beseitigt sind. Dies, da bei dem Verfahren nach der Erfindung ein offener Behälter und eine hohe Geschwindigkeit aufweisende Kugel verwendet werden, die eine geringe Abmessung und geringes Gewicht hat. Der sich bei der erfindungsgemässen Aufbringung des hohen Flüssigkeitsdruckes abspielende Mechanismus kann als Beschleunigung der Flüssigkeitspartikel auf hohe Geschwindigkeiten durch die mit hoher Geschwindigkeit aufprallende Kugel angesehen werden und stellt nicht, wie bei dem herkömmlichen Kolben- und Zylinderverfahren, eine blosse Flüssigkeitskompression dar.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Die

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Vorrichtung nach der Erfindung hat im Vergleich zu den Vorrichtungen zur Durchführung des herkömmlichen Verfahrens einen sehr einfachen Aufbau und ermöglicht eine wirtschaftliche Betriebsweise.

Zusammengefasst beruht das erfindungsgemässe Verfahren zum plastischen Umformen auf der Bildung eines hohen Stossdruckes in einem flüssigen Medium an einer Seite eines Werkstückes, während dessen andere Seite einem massiven Element zugewandt ist. Das Werkstück wird daher gegen die Oberfläche des massiven Elementes gedrückt und dabei entsprechend der Oberfläche umgeformt. Der Stossdruck wird durch Beaufschlagung des flüssigen Mediums mit einem Kugelkörper erzeugt, der auf eine Geschwindigkeit im Bereich von einigen 100 bis zu einigen 1000 m/sec beschleunigt wurde.

Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene Ansicht von einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäss aufgebauten Vorrichtung zur plastischen Materialumformung und

Fig. 2 eine geschnittene Ansicht von einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäss aufgebauten Vorrichtung zur Schaffung einer Auskleidung.

In Fig. 1 stellt der obere Teil eine in geeigneter Weise gehaltene Vorrichtung dar, um ein kleines und leichtes Gewichtsstück 2, z.B. eine Kugel aus Metall oder einem Kunststoffmaterial, nach unten zu treiben. Die Vorrichtung umfasst eine Zündkammer 1 zur Aufnahme eines Treibmittels und zur Zündung desselben, so dass ein Hochdruckgas entsteht, und einen Laufbereich 3 mit einer Bohrung, längs der die kleine Kugel 2 durch das Hochdruckgas beschleunigt wird.

Der untere Teil von Fig. 1 zeigt eine üblicherweise zylindrische Form 5 mit einer zentralen öffnung, deren Durchmesser im mittleren

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Bereich vorliegend vergrössert ist. In der zentralen Öffnung ist ein Behälter 4 angeordnet. Der Behälter 4 weist mit seinem oberen offenen Ende zur Mündung des Laufbereiches 3 und ist mit einem geeigneten flüssigen Medium 6 gefüllt. Die Form 5 und der Behälter 4 werden in geeigneter Weise in Relation zueinander und zu dem Laufbereich 3, wie dargestellt, gehalten. Das plastisch umzuformende Werkstück bildet einen Teil der Seitenwand des Behälters.

Beim Betrieb wird die Kugel 2 in den Laufbereich 3, wie dargestellt, eingegeben und ein geeigneter Explosivstoff in die Kammer 1 gebracht. Der Explosivstoff wird auf geeignete Weise gezündet, so dass in der Kammer 1 ein Hochdruckgas entsteht, das die Kugel 2 in Bewegung versetzt.

Die Kugel 2 wird bei ihrem Weg durch die Bohrung des Laufbereiches 3 beschleunigt und aus der Mündung mit einer Anfangsgeschwindigkeit im Bereich von einigen 100 bis zu einigen 1000 m/sec ausgestossen. Die Kugel 2 prallt auf die Oberfläche der Flüssigkeit 6 im Behälter 4 und beschleunigt deren Flüssigkeitspartikel. Bei der Beschleunigung der Flüssigkeitspartikel wird ein sehr hoher Flüssigkeitsstossdruck im Behälter 4 erzeugt. Die Behälterwand wird daher gegen die Innenwand der Form 5 mit hoher Geschwindigkeit nach aussen gedrückt, was zu einer plastischen Verformung der Behälterwand führt, wobei die endgültige Gestalt durch die Ausführung der Innenwand der Form 5 bestimmt ist.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform, die der ersten in Fig. 1 gezeigten bis auf den Umstand ähnlich ist, dass ein zylindrischer, mit einer Flüssigkeit gefüllter Metallbehälter 7 in einem Metallzylinder 8 angeordnet ist, der mit dem Wandbereich des Behälters 7 ausgekleidet werden soll. Bei dieser Ausführungsform wird, wie bei der ersten Ausführungsform, die Kugel 2 beschleunigt und in die Flüssigkeit gerichtet, um in dieser einen hohen Stossdruck zu erzeugen. Wegen des hohen Druckes wird die

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Wand des Metallbehälters 7 gegen die Innenwand des Metallyzlinders 8 beschleunigt und prallt mit dieser zusammen. Bei dem Aufprall der Wand des Metallbehälters 7 auf die innere Oberfläche des Zylinders 8 schmilzt der Wandbereich und verbindet sich mit der inneren Oberfläche in Form einer Auskleidung. Die Grenzschicht zwischen der inneren Oberfläche und der Auskleidung zeigt eine vollständige metallurgische Bindung, wie sie erhalten wird, wenn die Auskleidung durch Explosionsformung vorgesehen wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich weiter zur Herstellung der metallischen Basis von künstlichen Zähnen bei der Anfertigung von Zahnprothesen unter Verwendung einer gegossenen Gipsform verwenden.

Es ist bekannt, die Metallbasis von künstlichen Zähnen entweder durch Eingiessen eines metallischen Materials in eine Giessform oder durch Verpressen einer Metallplatte unter statischem Druck auszubilden. Mit dem Giessverfahren lässt sich eine Basis mit komplizierter Gestalt herstellen. Das Verfahren selbst jedoch ist umständlich und erfordert insbesondere nach dem Giessen zeitaufwendige Polierarbeiten, was hohe Fertigungskosten bedingt. Des weiteren ist die Dickengleichmässigkeit einer nach dem Giessverf ahren hergestellten Basis im allgemeinen schlecht,und weiter erweist sich die Festigkeit der Basis wegen der üblichen Fehlstellen im gegossenen Metall als problematisch.

Das Pressverfahren ist dagegen relativ einfacher als das Giessverf ahren. Jedoch ist es im allgemeinen schwierig, durch Verpressen eine Basis komplizierter Gestalt zu fertigen. Des weiteren bereitet dieses Verfahren grosse Probleme hinsichtlich der Konformität der Basis mit dem Kiefer eines Patienten wegen der geringeren Genauigkeit des Duplikates, selbst wenn die Gestalt der Basis nicht so kompliziert ist.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren kann eine Basis für künstliche Zähne mit komplizierter Gestalt ohne die den konventionellen

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Verfahren innewohnenden und vorerwähnten Nachteilen hergestellt werden.

Bei der diesbezüglichen Anwendung der Erfindung kann eine dem Kiefer oder Mund des Patienten entsprechend gegossene Gipsform in geeigneter Weise in einem unteren Zylinder mit einem Flansch an seinem oberen Ende angeordnet werden. Auf der Form wird eine Metallplatt aufgebracht. Die Metallplatte kann mit einem hochmolekularen Kunststoffilm bedeckt sein, wobei der Umfangsbereich des Kunststoffilmes auf dem Flansch am Zylinder 10 zu liegen kommt.

Ein oberer Zylinder mit einem Flansch an seinem unteren Ende wird auf den oberen Flansch am unteren Zylinder angeordnet, so dass der Umfang des Kunststoffilmes zwischen den Flanschen zu liegen kommt. Die Flansche werden durch eine geeignete Befestigungsmutter, z.B. durch Schrauben und Muttern, flüssigkeitsdicht miteinander verbunden.

Der obere Zylinder wird mit einer geeigneten Flüssigkeit wie bei den vorerwähnten Ausführungsbeispielen gefüllt. Der Kunststofffilm bewirkt eine Flüssigkeitsabdichtung, um einen Eintritt der im oberen Zylinder befindlichen Flüssigkeit in den Raum zwischen Form und Metallplatte zu verhindern.

Beim Betrieb wird eine Kugel aus einem geeigneten Lauf ausgestossen und prallt auf die Flüssigkeitsoberfläche. Bei dem Aufprall entsteht ein hoher Stossdruck im oberen Zylinder, der den Film und damit die Metallplatte gegen die Form drückt, so dass die Metallplatte eine der Kontur der Form entsprechende Gestalt annimmt.

Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Metallbasis zeigt ein sehr geringes Rückfederungsverhalten, so dass ihre Anpassbarkeit im wesentlichen die gleiche wie bei einer

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nach dem Giessverfahren hergestellten Basis ist. Ferner ist die Dickengleichmässigkeit sehr hoch und kann die Dicke der Basis selbst durch entsprechende Wahl der Dicke der Metallplatte in ausreichendem Umfang weiter herabgesetzt werden.

Wie zuvor erwähnt, lässt sich das erfindungsgemässe Verfahren mit einer sehr einfachen Vorrichtung und ohne komplizierte Handhabungen oder Behandlungen durchführen. Obschon vorgehend erwähnt wurde, dass die Kugel durch Explosionsdruck aus dem Laufbereich ausgestossen wird, versteht es sich, dass anstelle des Explosivstoffes auch eine Druckquelle zur Beschleunigung der Kugel verwendet werden kann. Z.B. kann eine Druckgasquelle vorgesehen werden, wenn sie ausreicht, die Kugel auf eine Mündungsgeschwindigkeit im Bereich von einigen 100 m/sec bis zu einigen 1000 m/sec zu beschleunigen.

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Kyoto University, Kyoto / Japan

Verfahren zum plastischen Umformen einer Metallplatte

Patentansprüche

Ii.} Verfahren zum plastischen Umformen einer Metallplatte, dadurch gekennzeichnet , dass man die Metallplatte in zuweisender Beziehung zu einer Oberfläche von einem massiven Element anordnet, an der dem massiven Element abgewandten Seite der Metallplatte in geeigneter Weise ein flüssiges Medium hält und die Oberfläche des flüssigen Mediums mit einem leichten und kleinen, auf eine Geschwindigkeit im Bereich von einigen 100 bis einigen 1000 m/sec beschleunigten Kugelkörper bombardiert, um in dem flüssigen Medium einen hohen Stossdruck zu erzeugen, der die Metallplatte gegen die Oberfläche des massiven Elementes bewegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Metallplatte die Gestalt eines mit dem flüssigen Medium gefüllten Behälters mit einem offenen oberen Ende hat.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass der Kugelkörper unter rechtem Winkel zur Oberfläche
des flüssigen Mediums gerichtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass das massive Element um den Behälter angeordnet wird
und als Form ausgebildet sein kann.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass das massive Element die Gestalt eines Zylinders hat, der koaxial um den Behälter angeordnet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Kugelkörper durch einen Explosionsdruck beschleunigt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Kugelkörper durch den Druck eines Druckgases beschleunigt wird.

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