DE2735868A1

DE2735868A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von starkwandigen hohlkoerpern aus aluminium oder aluminiumlegierungen durch warmfliesspressen

Info

Publication number: DE2735868A1
Application number: DE19772735868
Authority: DE
Inventors: Istvan Dipl Ing Balint; Istvan Dipl Ing Peli
Original assignee: HUETOEGEPGYAR
Current assignee: HUETOEGEPGYAR
Priority date: 1976-09-03
Filing date: 1977-08-09
Publication date: 1978-03-16
Also published as: SE7709483L; BE857991A; FR2363386A1; HU174756B

Description

CHpL-lng. Heinz Bardehle München, den 9. August 1977 Mein Zeichen: P 25*»9

Anmelder: Hütögepgyär
5100 Jaszbereny
Ungarn

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG VON STARKWAND1GLN HOHLKÖRPERN AUS ALUMINIUM ODER ALUMINIUMLEGIERUNGEN DURCH WARMFLIESSPRESSEN

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von starkwandlgen Hohlkörpern aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen durch Warmfließpressen .

Unter Anwendung der gegenwärtig bekannten Methoden werden starkwandige Höhlkörper auf der Weise hergestellt, daß durch Schmieden oder Ziehen aus einer Platte eine Schalenform hergestellt wird, die während des her-

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kömmlichen Wendverdünnungsverfahrens, des darauffolgenden Weichglühens und Dekapierens auf das gewünschte Mali verformt wird. In der Abhängigkeit der Werkstücksgröße kann die Zahl der Zieharbeitsgänge 4-6 sein.

Nach der Beendigung der Ziehvorgänge findet die

Bearbeitung des Bodenteils durch Zerspanung oder durch Pressen und Zerspanung statt.

Das herkömmliche Verfahren beansprucht bei der Herstellung von starkwandigen Hohlkörpern einen bedeutenden Materialüberschuß, dabei erfordert die langwierige Technologie einen beträchtlichen Aufwand an lebendige Arbeit .

Bei dem beschriebenen Verfahren beläuft der Materialverlust bei beiden Vorprodukten auf etwa 35-45 %, da einerseits die mit der Schmiedentechnologie hergestellte Schalenform ein in weitem Bereich liegendes Toleranzfeld aufweist, anderseits bei der Herstellung aus'Platten der Schneideabfall bedeutend ist.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß - um den Abriß oder unerwünschte Deformation vermeiden zu können das Vorprodukt überdimensioniert wird.

Der Erfindung wurde das Ziel gesetzt ein Verfahren zur Herstellung von starkwandigen Hohlkörpern, insbesondere von Hochdruckflaschen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen zu entwickeln, bei dem die vorhererwähnten geschmiedeten oder gezogenen Vorprodukte sich erübrigen.

Ebenfalls wurde das Ziel gesetzt, das Verfahren als Warmfließpreßprozeß durchzuführen, sowie die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen.

Das gesetzte Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die starkwandigen Hohlkörper durch Warm-

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fließpressen hergestellt werden. Das Verfahren kann dadurch charakterisiert werden, daß das volle Vorprodukt auf ein» Temperatur zwischen 350° und 500⁰C, zweckmäßig auf 450 ⁰C erhitzt wird; nach erfolgter Vorwärmung wird das Werkstück in das Warmfließpreßwerkzeug eingesetzt und einem Warmfließverfahren unterworfen. Das in dem Werkzeug eingelegte Vorprodukt wird - im Gegensatz zu dem herkömmlichen, bei dem Fließpreßverfahren üblichen Dorn - mit einem solchen Dorn bearbeitet, bei dem der Schnitt entlang der Längsachse des mit dem Vorprodukt das erste Mal in Berührung kommenden Teils in einer Korbkurvenform oder Ellipsenform ausgestaltet ist.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Vorrichtung bildet ebenfalls den Gegenstand unserer Erfindung.

Das Wesentliche der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß während der Verformung durch WarmflieS-pressen dem Werkstück vorerst Wärme zugeführt wird und auf Wirkung der im Laufe der Verformung entstehenden Wärme die Temperatur des Werkstückes in dem Fließraum weiter erhöht wird, wodurch der Verformungswiderstand (K,) bedeutend herabgesetzt werden kann. Die Temperaturerhöhung bewegt sich in der Abhängigkeit der Werkstückgröße und des Maßes der Verformung zwischen 20 ⁰C und 60 ⁰C.

Bei der Bestimmung der einzelnen Arbeitsphasen des Warmfließpreßverfahrens wird von dem Grundsatz ausgegangen, daß bei dem Fließverfahren, bei starkwandigen Hohlkörpern aus Aluminiumlegierungen die erreichbare

Höhe in der Abhängigkeit der Temperatur H = 6d beträgt.

Diese empirische Beziehung weist darauf hin, daß Hohlkörper von unterschiedlichen Formen und Ab-

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messungen einem Warmfließverfahren unterworfen werden können, falls das Ausgangsmaß und die zum Fließpreßverfahren erforderliche Temperatur dem Bedarf entsprechend und in der Abhängigkeit der mit der gegebenen Maschine ausgeübten Verformungskraft gewählt wird.

Zur Berechnung der Verformungskraft kann annähernci die folgende Formel angewendet werden:

^Kf

P=A : (3.0-3.5) kp

+L

wobei

A den Querschnitt des Dorns (cm ), K, den der gegebenen Temperatur entsprechenden Verformurujs-

widerstand ö

*?, den Verformungswirkungsgrad, der von der logarithmischen. Wärmeänderung abhängt und sich zwischen 0,45 und 0,65 bewegt
bezeichnen.

Im Laufe der Verformung geht gleichzeitig die Rekristallisation der Korngefüge vor sich, da bei einer, dem Maß des Fließpreßverfahrens entsprechenden Verformung die Rekristallisationsschwelle bei etwa 270 ⁰C eintritt, demzufolge findet die Zurichtung de3 Grundstoffes bei einem dem Festigkeitszustand entsprechenden Wärmegrad etatt· so kann das Maß einer weiteren Kaltverformung etwa 40-50 % betragen.

Bei Kaltfließpreßverfahren beträgt im allgemeinen. bei der Bearbeitung von Hohlkörpern das H/d Verhältnis bei den Vorprodukten etwa 0,5-0,7, während diese Verhält niszahl bei einem tfarmf 1 ieBpreBverfahren, etwa 0,4-1.7 beträgt, die bei starkwandigen Hohlkörpern ein hohes Ufd- Verhältnis nach dem Fließverfahren ergibt.

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.jr.

Die erfindungsgemäße Lösung bzw. die zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert; es zeigen: Figur 1 den Schnitt des Werkzeuges zur Durchführung des Wermfließpreßverfahrens,

Figur 2 das als Ausgang dienende Werkstück, welches dem

Warmfließpreßverfahren unterworfen wird. Figur 3 ein zweckmäßiges, durch Warmfließpreßverfahren hergestelltes Endprodukt, Figur 4 eine zweckmäßige Gestaltung des Dorns, Figuren 5, 6 und 7 verschiedene Dorn- und WerkzeugformeA. Figuren 5a, 6a und 7a die zu den verschiedenen Werkzeug·

gestaltungen gehörenden Endprodukte. In Figur 2 ist der als Vorprodukt 30 dienende Blockguß veranschaulicht; der kontinuierlich zerstückelte Blockguß wird aus einer gegossenen Stange verfertigt; Ja diesem Fall wird die Außenhaut durch Spanabhebung entfernt . Zweckmäßig wird der Vorprodukt 30 aus einer gerpreßten Stange entsprechender Abmessung hergestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält die Buchse 1, die infolge ihrer Gestaltung die Dimensionen der Außenform des starkwandigen Hohlkörpers sichert. Der Mantel des Fließraumes ist in der Abhängigkeit der Werkstückgröße mit einer Kegeligkeit von 10*-40' ausgestaltet.

Von dem Boden her schließt sich eine kegelige Fläche von etwa 6 dem Mantel des Fließraumes an. Die erwähnte Fläche erleichtert bei der Zurichtung die Einführung in den Ziehring, gleichzeitig wird die Deformation des Bodens während des Ziehverfahrens verhindert.

Die VorficHtung enthält desweiteren den austauschbaren Aufgabeeinsatz 5, der entlang einer doppel-

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ten Kegelfläche der Buchse 1 angeschlossen ist, wodurch der Austausch der Aufgabeeinsätze 5 und dadurch die Gestaltung unterschiedlicher Böden möglich ist.

Der mit dem Werkstück das erste Mal in Berührung kommende T_eil des Doms 2 weist - im Gegensatz zu dem herkömmlichen Dorn - einen Längsschnitt in Ellipsenform 13 oder Korbkurvenform 14, auf, wie dies aus der Figur A, aus den von der Mittellinie rechts und links veranschaulichten Schnitten ersichtlich ist. Die Druckfläche in Ellipsenform 13 oder Korbkurvenform 14 schließt sich der zylindrischen Kante 15, 21 an. Die erwähnte zylindrische Kante schließt sich durch einen Obergang der Fläche 16, 22 mit einem Halbkegelwinkel von 3-8° an, die wiederum der zylindrischen Fläche 17, 23 - deren Durchmesser denjenigen der zylindrischen Kante um 3 mm unterschreitet angeschlossen ist. Die Höhe der zylindrischen Fläche i7, 23 beträgt etwa 10-15 mm. Der erwähnte zylindrischen Fläche schließt sich die Kegelfläche 18, 24 mit einem Halbkegelwinkel von 5° an, die einer zylindrischen Fläche 19 - deren Durchmesser denjenigen der zylindrische,« Kante um 0,5-1,0 mm unterschreitet - bzw. dem zylindrischen Dornstummel 3 gleichen Durchmessers angeschlossen, ist. Die Abweichung von der zylindrischen Kante hängt von der Größe des Werkstückes ab.

Um die Montage in den Dornkopf erleichtern zu

können, wird der Dorn 2 zweckmäßig aus zwei Teilen hergestellt. Während der Bearbeitung wird die Entlüftung bztf* die Luftzufuhr durch das an dem Unterteil des Doms 2 angeordnete Fl-atterventil 4 sichergestellt.

Durch die beschriebene Formgebung des Dorne 2 kann bei Hochdruckflaschen ein Boden mit verhältnismäßig großem Halbmesser oder in Ellipsenform ausgestaltet

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werden, desweiteren kann es verhindert werden, daß das recht plastische Material während des Fließpreßverfahrens zerfließe.

Durch die sich der zylindrischen Kante 15 anschließende Fläche mit einer Kegeligkeit von 3-8° kann das Schadhaftwerden der Innenfläche beim Ausheben vermieden werden, da beim Ausheben der Obergang zwischen der Kante und der Kegelfläche bei dem auf dem Dorn angeschrumpften Material eine Arbeit zurichtenden Charakters durchführt.

Den Führungssäulen 11 wurde die Aufgabe zugeteilt über die Führung und Zentrierung des Werkzeuges die gleichmäßige Wandstärke sicherzustellen. Das gestellte Ziel wird dadurch erreicht, daß noch vor dem Beginn des

MaterialfHeßens die Führungssäulen 11 bereits in den

Führungsbuchsen 12 sich befinden, wodurch die Bestimmung und Aufrechthalten der Position der beiden Werkzeuge gegenüber einander zu gebührender Zeit vorgenommen Pferden kann. Infolge der hohen Temperatur sind die Durchmesser' der Führungssäulen 11 um etwa 0,2-0,4 mm kleiner als die Innendurchmesser der Führungsbuchsen 12.

Bei hydraulischen Pressen sichern die Hubbegrenzer 10 die erforderliche Wandstärke durch Anschlag an den Maschinentisch; zweckmäßig werden die an sich bekanaten Hubbegrenzer 10 aus zwei Stücken hergestellt, wodurch.

Werkstücke mit verschiedenen Bodenstärken bzw. Bodendiiwmsionen durch den Austausch je eines Einsatzstückes Verfertigt werden können.

Der Aufgabeeinsatz 5, die Grundplatte 6, die Führung 7, das Aufgabegestänge 8 und die Buchse 9 bilden ein Zwangsaufgabesystem. Das dem Fließpreßverfahren unterworfene Werkstück haftet an dem Dora 2 an, wobei das

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Werkstück unter Zuhilfenahme der an sich bekannten Abhebeplatte von dem Dorn entfernt wird. Bei ungenügendem Schmieren oder nicht geeigneter Materialtemperatur kann das Werkstück auf dem Fließraum anhaften· in diesem Fall werden der an dem Unterteil des Werkzeuges angeordnete Aufgabeeinsatz und die Aufgabeplatte unter Zuhilfenahme des Aufgabegestänges 8 mit der an der Druckplatte, an dem Maschinenoberteil vorhandenen, an sich bekannten Lochdornstange verbunden, wodurch zwischen der Maschine und dem Aufgabesystem eine Zwangsverbindung zustandekommt. Durch Laufenlassen der Maschine nach, aufwärts kann das eingeklemmte Werkstück infolge der ZwangS' verbindung aus dem Werkzeug entfernt werden.

Durch die Anwendung der unterschiedlich ausge-

stalteten Aufgabeeinsätze 5 können verschiedene Hohlkörper 26, 27, 28 hergestellt werden.

Sollte das Vorprodukt 30 eine Dimension aufweise α, in der der entsprechende, gepreßte oder kontinuierlich, gegossene Blockguß nicht zur Verfugung steht, wird ei a vorgepreßter Block durch Anstauchen hergestellt.

Das Vorprodukt wird zweckmäßig auf 450 ⁰C erhitzt und in den Fließpreßraum eingelegt. Das Werkzeug und Werkstück werden mit der wäßrigen Lösung Von kolloidgraphit - die flamm- und rauchfrei ist - geschmiert, fin?- det dagegen das Schmieren mit der öligen Lösung des Kolloidgraphits statt, ist mit starker Rauchbildung und, geringmäßiger Flammenbildung zu rechnen.

Das in der Buchse 1 ausgearbeitete und in den. Fließpreßraum eingelegte Werkstück wird mit dem vorherbeschriebenen Dorn weiterbearbeitet. Das als Erfolg der Verformung erhaltene Werkstuck 29 wird im Laufe des herkömmlichen Zurichtungsverfahrens oder durch Ziehen, auf die erforderliche Wandstärke und Dimension gebracht,

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Claims

- JS - PATENTANSPRÜCHE

1. } Verfahren zur Herstellung von starkwandigen Hohlkörpern aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen durch Warmfließpressen, dadurch gekennzeichnet , daß das volle Vorprodukt auf eine Temperatur zwischen 350 ⁰C und 500 ⁰C, zweckmäßig auf 450 ⁰C vorerhitzt wird, das in das Warmfließpreßwerkzeug eingelegte Werkstück einem Warmfließpreßverfahren unterworfen und mit einem Dorn bearbeitet wird, dessen mit dem Vorprodukt das erste Mal in Berührung kommender Teil eine in Ellipsenform oder einem Kegel sich anschließender Korbenkurvenform ausgestaltete Schnittfläche entlang der Längsachse aufweist, deren extreme Punkte mit dem konischen Teil des Dorns verbunden sind, desweiteren dem erwähnten konischen Teil ein zylindrischer Teil mit entgegengesetzter Konizität angeschlossen ist und die den größten Querschnitt aufweisende Fläche des Dorns als eine zylindrische Kante ausgebildet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e -

kennzeichnet, daß nachdem das Werkstück einem • Warmfließpreßverfahren unterworfen worden ist, die Zurichtung des Werkstückes vor sich geht.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem mit Führungssäulen versehenen Werkzeughaus, mit den zugeordneten Hubbegrenzern, sowie mit dem, aus dem an der Grundplatte befestigten Aufgabeeinsatz, dem gleicherweise an der Grundplatte befestigten und in der durch den Unterteil hindurchgehenden Führung vorhandenen und an dem Oberteil befestigten Aufgabegestänge bestehenden Zwangsaufgäbesystem, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchmesser der Führungssäulen (11) den Innendurchmesser der zugeordne-

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ORIGINAL INSPECTED

ten Führungebuchsen (12) um mindestens 0,2 mm unterschreitet, desweiteren die Vorrichtung mit einer kegeligen Buchse (1) versehen ist, dessen Schnitt entlang der Längsachse eine Ellipsenform (13) oder eine dem Kegelschnltt angeschlossene Korbkurvenform (14) aufweist und eine der ale Längsschnitt bestimmten Erzeugenden sich einer zylindrischen Kante (15, 21) anschließt und die erwähnte Kante sich einer, zu der Symmetrieachse des Dorns (2) sich neigenden Fläche mit einem Halbkegelwinkel von 3-8°, zweckmäßig 5°, anpaßt und die Kegelfläche in einer zylindrischen Fläche (17, 23) fortgesetzt wird, die sich wiederum an einer Kegelfläche (18, 24) mit einem Halbkegelwinkel von 3-8°, zweckmäßig 5°, mit entgegengesetzter Konizität anschließt, welche in einer zylindrischen Fläche (19) fortgesetzt wird, deren Durchmesser denjenigen der zylindrischen Kante (15, 21) um mindestens 0,5 mm unterschreitet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß an dem Unterteil des Dorns

(2) ein an sich bekanntes Flatterventil (4) angeordnet ist.

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