DE2847812A1

DE2847812A1 - Verfahren und vorrichtung zum ausbilden langgestreckter verjuengtwandiger schalen

Info

Publication number: DE2847812A1
Application number: DE19782847812
Authority: DE
Inventors: Charles Henry Deveney; Ronald Lee Kolakowski
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1977-11-09
Filing date: 1978-11-02
Publication date: 1979-05-10
Also published as: SE7810891L; NL7810626A; GB2007570B; GB2007570A; CH632427A5; FR2408406A1; NO783613L; CA1081549A; JPS5499070A; IT1106787B; IL55784A; IT7851794A0

Description

Aluminum Company of America_t Pittsburgh., Pennsylvania, V» St. A»

Verfahren und Vorrichtung zum Ausbilden langgestreckter verjungtwandiger Schalen

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Zuschnitten und geformten Gegenständen wie langgestreckte dünnwandige Schalen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung langgestreckter Schalen mit sich verjüngender Wandung, die zur Herstellung von Patronenhülsen und dergl. geeignet sind.

In der Vergangenheit mußte man bei der Herstellung von Schalen mit sich verjüngenden Wandungen, wie sie bspw. zu Patronenhülsen verarbeitet werden, eine mehrteilige Reihe von Fabrikationsschritten ausführen oder komplizierte Maschinen einsetzen, die die Herstellung der Schale in einem einzigen Arbeitsgang erlauben. Die US-PS 3.984.259 und 3.4-98.221 zeigen eine typische Schrittfolge, die zur Ausbildung der Schale mit sich verjüngender Wandung und der Herstellung einer Patronenhülse aus ihr

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durchlaufen werden müssen. Die US-PS 3.088.225 offenbart ein Verfahren zur Ausbildung einer Schale mit sich verjüngender Wandung in einem einzigen kontinuierlichen Vorgang. Diese Patentschrift fordert jedoch dreiachsig aufgebrachte Kräfte, wie bspw. die Verwendung eines Kissens, um die Duktilität zu gewährleisten und das Fließen des Metalls im Rohling zu kontrollieren.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Rohlingen und zur Ausbildung geformter Gegenstände wie langgestreckter dünnwandiger Schalen mit verhältnismäßig dickem, mit diesen einteiligem Ende. Hierzu läßt sich bspw. eine einfache doppeltwirkende Ziehpresse verwenden.

Längliche dünnwandige Schalen werden aus aus Blech geschnittenen bzw. gestanzten Zuschnitten hergestellt, indem man u.a. den Zuschnitt in einen Halter auf einem Gesenk mit einer Ein- und einer Austrittsöffnung einsetzt, wobei die Eintrittsöffnung in der Gestalt im wesentlichen der des Zuschnitts entspricht und das Gesenk einen Hohlraum aufweist, dessen Wandungen einwärts von der Ein- zur Austrittsöffnung konvergieren. Die die Ein- mit der Austrittsöffnung verbindende Wandung wird vom Bogen eines Kreissektors mit einem Winkel von 12 bis 34-° gebildet. Die dünnwandige Schale entsteht, indem man den Zuschnitt mit einem Stempel durch das Gesenk drückt.

Fig. 1 ist eine vereinfachte teilgeschnittene schaubildliche

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Darstellung eines Stanzstempels und eines Gesenks mit zwischenliegendem Blech nach einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ist eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung und zeigt den nach der Erfindung aus dem Blech gestanzten Zuschnitt;

Fig. J ist eine der Fig. 2 ähnliche Darstellung und zeigt eine teilweise ausgeformte Schale;

Fig. 4 zeigt die Schale mit sich verjüngender Wandung, die von einer Stempel/Gesenk-Anordnung nach der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird.

Wie nun insbesondere die Fig. 1 zeigt, besteht die neuartige Anordnung aus dem Stanzstempel 10 und dem Stanzgesenk 20. Ein Werkstück 30 - bspw. Blech - ist zwischen dem Stempel 10 und dem Gesenk 20 gezeigt. Zur Illustration sind der Stempel 10 und das Gesenk 20 hier mit im wesentlichen kreisundem Querschnitt dargestellt. Das Gesenk 20 hat eine EintrittsÖffnung 21 und eine Austrittsöffnung 22 sowie einen einwärts konvergierenden Übergangsbereich 23, der von der Ein- zur Austrittsöffnung verläuft. Vorzugsweise ist der Übergangsbereich im wesentlichen konisch gestaltet, wie in Fig. 1 gezeigt. Der Stanzstempel 10 kann im wesentlichen zylindrisch ausgebildet sein und einen weiteren Stempel 50 aufnehmen, der gemeinsam mit einem in Fig. 1 nicht gezeig-

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ORiGfNAL SNSPECTED

ten Gesenk in einem einzigen durchgehenden Arbeitsgang einen Zuschnitt zu einem becherförniigen Gegenstand ausbilden kann.

Im. Stanzgesenk 20 ist die Öffnung 21 axial mit dem Stanz stempel 10 ausgerichtet, wie im xvesentlichen in Fig» 1 gezeigt. Die Eintrittsöffnung 21 hat eine größere effektive Größe als die Quersehnittsfläche des Stanzstempels 10. Sind der Stanzstempel und das Stanzgesenk im Querschnitt kreisrund, hat die Öffnung 21 einen Radius, der 15 "bis 25 % des Blechs 30 größer als der Radius des Stempels 10 ist. Weiterhin ist auch die Äustrittsöffnung 22 des Gesenks 20 größer als der Verschnitt des Stanzstempels, und zwar größtenteils abhängig von der Dicke des Werkstücks 30. Bei einer Eintrittsoffnung mit einem Durchmesser von 82,169 mm (3,235 in.) und einer Blechdicke von 15,875 mm (0,625 in.) hat die Äustrittsöffnung 22 typischerweise einen Durchmesser von etwa 82,067 mm (3-231 in.).

Die Bezeichnung "effektive Größe" soll hier ausdrücken, daß die EintrittsÖffnung 21 derart ausgeführt ist, daß bei linearen Verschieben des Stanzstempels 10 zum Gesenk 20 der Zuschnitt 32 aus dem Werkstück 30 (Fig. 2) herausgestanzt wird. Der Zuschnitt hat dabei eine leicht gekrümmte Gestalt. Es ist einzusehen, daß die Krümmung entsteht, indem man ein Spiel zwischen dem Stempel und dem Gesenk vorsieht, wie oben bereits erwähnt. Weiterhin wird darauf verwiesen, daß in herkömmlichen Stanzstempel/Gesenk-Anordnungen dieses Spiel kleiner ist, und zwar in einer Differenz von etwa 8 % des Blechmaterials.

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Wenn man den Zuschnitt 32 aus dem Werkstück mit einem herkömmlichen Stanzstempel in ein herkömmliches Gesenk ausstanzt, treten an den abgescherten Kanten oft Sekundärrisse auf. Sekundärrisse resultieren oft während des Zieh- und Glättvorgangs in Überlappungen ("laps") in der Wandung der Formgegenstände (bspw. Geräten, Patronenhülsen und dergl.) und müssen natürlich vermieden xverden, da sie die Wandungen schwächen. Stanzt man den Zuschnitt aus dem Werkstück nach der vorliegenden Erfindung aus, ist die abgescherte Kante jedoch von Sekundärrissen im wesentlichen frei.

Zusätzlich zur Bildung eines gekrümmten Zuschnitts wirken der Stempel und das Gesenk nach der vorliegenden Erfindung so zusammen, daß der Zuschnitt 32 aus dem Blech auf eine Weise herausgetrennt wird, auf die die Oberseite 64- des Zuschnitts Abmessungen entsprechend denen des Stempels 10 und die Unterseite 66 Abmessungen entsprechend denen der Austrittsöffnung 21 erhalten. Indem man den Zuschnitt auf diese Weise aus dem Werkstück heraustrennt, trägt man zur Freiheit von Sekundärrissen und Überlappungen in nachfolgenden Formungsschritten bei.

In einem herkömmlihen Stanzgesenk zeigt der Zuschnitt die Neigung, vom Stempel vorwärts abzuspringen, wenn er aus dem Werkstück herausgestanzt wird. Gelingt ihm dies, kann er sich im Gesenk für den nächsten Verarbeitungsschritt (bspxi. das Ziehen und Glätten) falsch ausrichten, so daß man einen unsymmetrisch

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geformten Becher enthält. Indem man jedoch den ttbergangsbereich 23 im Gesenk 23 nach dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung vorsieht, wird die Bewegung des Zuschnitts nach dem Heraustrennen aus dem Werkstück eingeschränkt, so daß gewährleistet ist, daß der Zuschnitt weiter in Berührung mit dem Stempel bleibt und keine Fehllage im nächsten Formgebungsschritt einnehmen kann.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Ausbildung langgestreckter dünnwandiger Schalen wie der Schale 80 mit sich verjüngenden Wandungen (Fig. 4). D.h., daß bei der vorliegenden Erfindung ein Stanzvorgang im wesentlichen wie oben beschrieben, und dann die Ausbildung einer länglichen verjüngtwandingen Schale in einem kontinuierlichen Arbeitsgang erfolgen. Abhängig von der Gestalt des eingesetzten Stempels können die Schalen eine verjüngte oder eine im wesentliehen gleichmäßig dicke Wand haben. Sind die Schalen zur Weiterverarbeitung zu Patronenhülsen mit einer verjüngten Wand ausgebildet, hat die Schale für eine 30-mm-Patrone an der Mündung typischerweise eine Dicke von etwa 0,762 mm (0,03 in.), für eine 20-mm-Patrone eine Dicke von etwa 0,508 mm (0,02 in.). Wie einzusehen ist, eliminiert das Ausbilden der Schale in einem kontinuierlichen Vorgang viele bisher erforderliche Zwischenbearbeitungsgänge wie das Vorformen und die Becherbildung, so daß man bspw. Patronenhülsen nun auf sehr wirtschaftliche Weise fertigen kann. Die Fig. 2, 3 und i-V stellen die Kombination eines Zieh- und Glättgesenks 100 mit einem sich verjüngenden Stempel 50 dar, die zur Ausbildung der länglichen verjüngtwandigen Schale eingesetzt

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werden. Es ist in den Fig. 2, 3 und 4 zu ersehen, daß die Austrittsöffnung 22 des Stanzgesenks gleichzeitig als Zuschnittshalter für das Zieh- und Glättgesenk 100 dienen kann.

Die Ausdrücke "Ziehen" und "Glätten" sind hier in ihrem üblichen Sinn gebraucht. "Ziehen" "bezeichnet also einen Formgebungsschritt, in dem unter Benutzung eines Stempels und eines Gesenks ein flacher Zuschnitt entlang seines Umfangs hochgezogen und gleichzeitig geglättet wird, um einen becherförmigen Gegenstand auszubilden. "Glätten" bezeichnet einen Torgang, in dem die Wandung des becherförmigen Gegenstands unter Verringerung seiner Wanddicke gestreckt wird, ohne den Durchmesser des becherförmigen Gegenstands wesentlich zu verringern. Wie ersichtlich, wird auch beim Ziehen die Wandung des becherförmigen Gegenstands gestreckt; es nimmt aber auch der Becherdurchmesser ab. "Kombiniertes Ziehen und Glätten" soll ausdrucken, daß ein großer Teil des Zieh- und des Glättvorgangs im wesentliehen gleichzeitig im Gesenk 100 stattfinden.

Das kombinierte Zieh- und Glättgesenk 100 hat ebenfalls eine Eintritts öffnung 102, eine Austrittsöffnung 104 und den Gesenkinnenraum 106, der von der Wandung 108 umschlossen wird. In Fig. 2 ist zu ersehen, daß die Eintrittsöffnung 102 eine effektive Größe hat, die im wesentlichen der des Zuschnitts J2 entspricht. Es ist weiterhin ersichtlich, daß die den Gesenkinnenraum 106 umschliessende Wandung 108 einwärts konvergiert und die Eintrittsöffnung

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102 mit der Austrittsöffnung 104 verbindet. Die Wandung 108 des Gesenkinnenraums 106 ist so konturiert, daß sie gemeinsam mit dem verjüngten Stempel 50 die Bildung einer länglichen ye^jüngtwandigen Schale 80 aus dem Zuschnitt 32 in einem einzigen durchgehenden Arbeitsgang erlaubt. Die Wandung 108 wird dabei von einem Kreisbogen eines Kreissektors gebildet, der von der Eintritts Öffnung 102 zur Austrittsöffnung 104- verläuft. Dieser Sektor hat einen Offnungswinkel A (£"ig. 4) im Bereich von 12 "bis 3¹^ Vorzugsweise liegt der Mittelpunkt des Kreises, aus dem der Sektor herausgeschnitten ist, im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die effektive Austritt söffnung 104, wie in Fig. 4 gezeigt. Auch die Austrittsöffnung 104 hat eine effektive Größe, die die Außena"bmessungen der länglichen verjüngtxtfandigen Schale "bestimmt. Die Querschnittsgestalt des verjüngten Stempels ^O "bestimmt die Innenabmessungen der Schale. Zusätzlich dazu wird das Ausmaß der Verjüngung in der Schalenwandung von der Verjüngung des Stempels bestimmt.

In der vorliegenden Erfindung wird der Durchmesser des Zuschnitts 32 und damit die Ausdehnung der Eintrittsöffnung 102 des Gesenks 100 größtenteils von der Höhe der verjüngtwandigen Schale bestimmt. D.h., daß, da das Materia!volumen im Kopf 82 der Schale 80 für eine bestimmte Größe der Austritt söffnung 104- konstant ist, erhält man aus zusätzlichem Material im Zuschnitt eine längere bzw. höhere Schalenwandung. Die Ausdehnung der Austrittsöffnung 102 xfird also auf diese Weise festgelegt. Auch die Größe

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der Austrittsöffnung ist durch den Äußenduirehiiiesser dier· verJungtwandigen Sciiale festgelegt, der im Fall -won. Patronenhxtlsien vom gewünschten Kaliber abhängt« Hau kann also die Eiiitrittsöffnung 102 und die Austrittsöffnung 104- bestimmen und dann mit einem Kreissektorbogen verbinden» dessen Eittelpunkt im wesentlichen der gleichen Ebene wie die Austrittsöffnung 104 liegt (Fig. ^). Der Sektorwinkel liegt "bevorzugt im Bereich von 18 bis 26°. Die Dicke des Zuschnitts richtet sich größtenteils nach der im Kopf 82 der \^rer3Üng:bwandigen Schale gewünschten Wanddicke. Der Kopf 82 hat in den meisten lallen die Dicke des ursprünglichen Zuschnitts; in einigen Fällen kann der Kopf 82 jedoch 3I₁₀J₁ geringfügig dicker als der Zuschnitt sein.

Sollen Patronenhülsen hergestellt werden, kann man die wie oben erläutert atisgebildete verjüngfrwan&ige Schale zusätzlich bearbeiten - bspw. beschneiden, einen Kopf oder eine Tasche, eine Lüftungsöffnung und eine Auswerfrille anbringen.

Die vorliegende Erfindung ist dahingehend sehr vorteilhaft, daß durch die "Verwendung der neuartigen Stanzstempel- und -gesenkanordnung Zuschnitte aus Blech ausgestanzt xverden können, die mit dem Stanzgesenk mit geringer Fehlerquote für die nachfolgende Formgebungsschritte sehr genau symmetrisch gehalten werden. Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung vorteilhaft, weil sich langestreckte Schalen mit verjüngten Wandungen in einem kontinuierlichen Vorgang in einer doppelt wirkenden Presse zuschneiden und ausbilden lassen.

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Hit der !beschriebenen Vorrichtung wurden langgestreckte zylindrische Schalen aus den Al-ITorrrilc™iorungen 74-75 und 5454- sowie axis Messing iiand 3flufistahl hergestellt; das Messing setzte sich dabei aus 7® G-ew.—°Ό Cu und 30 Gew.-vS Zn zusammen. Die Zuschnitte und die Schalen wurden dabei in einem einzigen kontinuierlichen Torgang gefertigt. Die aus dem Blech gestanzten und für die Al- und Ms-Schalen verwendeten Zuschnitte hatten einen Durchmesser von 22,860 mm (0,9 in.) und eine Dicke von 5»08 mm (0,2 in.). Die langgestreckten verjüngtwandigen Schalen aus Aluminium und Messing hatten an der Schalenmündung eine Wanddicke von 0,5588 mm (0,022 in.), eine Länge von etwa 35,560 mm (1,40 in.) und einen Außendurchmesser von 13?97O mm (0,550 in.), so daß sich ein Längen/Durchmesser-Verhältnis von 2,55^:"1 ergab. Der Winkel des Kreissektors für das kombinierte Zieh/Glätt-Gesenk betrug 22°. Es stellt sich heraus, daß der Flußstahl sich wegen der verhältnismäßig hohen Streckgrenze wesentlich schwieriger zu verjüngtwandigen Schalen formen ließ. Mit Stahlblech eine Dicke von 2,921 mm (0,1'¹5 in.) wurde jedoch eine verjüngtwandige Schale mit einer Länge von etwa 21,590 mm (0,85 In.) hergestellt. Es ist einzusehen, daß ein Stahlzuschnitt mit größerer Dicke und größerem Durchmesser zur Ausbildung einer tieferen Schale verwendet xtferden kann. Hat der Stahl eine höhere Streckgrenze, muß natürlich auch der Pressendruck höher angesetzt werden.

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Claims

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Pat ent anspräche

n zur Ausbildung einer langgestreckten einheitlichen Schale mit einer dünnen Seitenwandung und einem mit diesem einteiligen, verhältnismäßig dicken Ende, xfobei man die Schale aus einem im wesentlichen kreisrunden, aus einem Bogenmaterial ausgestanzten Zuschnitt ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß man (a) einen Zuschnitt in einem Halter auf einem Schalengesenk anordnet, daß eine effektive Eintrittsöffnung und eine effektive Austrittsöffnung aufweist, wobei die Eintrittsöffnung Abmessungen, die im wesentlichen der Größe des zu ziehenden Zuschnitts entsprechen und das Gesenk einen Innenraum aufweisen, dessen Wandungen von der Eintrittsöffnung zu der effektiven AustrittsÖffnung hin konvergieren, und die Wandungen von einem Kreissektor gebildeten Kreisbogen gebildet werden, der von der EintrittsÖffnung zur Austritt soff nung verläuft lind einen Winkel im Bereich von 12° bis 34-° einschließt und dessen Mittelpunkt im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die effektive Austrittsöffnung liegt, und (b) den Zuschnitt mittels eines Stempels durch das Gesenk drückt, um die Schale auszubilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es

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sich bei dem Bogenmaterial um Blech handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreissektor einen Winkel im Bereich von 18 bis 26° einschließt.
4. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,daß die langgestreckte Schale mit verjüngter Wandung ausgebildet ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß man das Schalenende mit einer Dicke ausbildet, die im wesentlichen gleich der Dicke des Zuschnitts ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zuschnitte im Halter vorsieht, indem man (a) das Bogenniaterial auf einem Stanzgesenk lagert, des eine im ure sent liehen kreisrunde Eintrittsöffnung, eine Aixstrittsöffnung und einen von der Ein- zur Austritts öffnung verlaufenden einwärts konvergierenden Übergangsbereich aufweist, (b) aus dem Bogenmaterial einen Zuschnitt mit einem Stanzstempel ausstanzt, der mit dem Stanzgesenk .axial fluchtet und dessen Querschnittsfläche geringer als die !Fläche der Eintrittsöffnung ist, wobei das Stanzen erfolgt, indem man den Stanzstempel in die Eintrittsöffnung vorschiebt, und der Übergangsbereich die Beiregung des Zuschnitts bei Abscheren

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von Bogenmaterial steuert und dem Stanzstempel erlaubt, den Zuschnitt weiter zu berühren, während dieser durch das Stanzgesenk zur Austrittsöffnung bewegt wird, und daß man (c) die Austrittsöffnung des Stanzgesenks als Halter für das Schalengesenk benutzt.
7· "Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des Stanzgesenks 15 bis 25 % des Bogenmaterials größer als der Radius des Stanzstempels ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Bogenmaterial mit dem Stanzstempel ausgestanzte Zuschnitt im wesentlichen frei von Sekundärrissen ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch, gekennzeichnet, daß man das Schalengesenk axial mit der Austrittsöffnung des Stanzgesenks fluchtend anordnet, damit ersteres den Zuschnitt aus letzterem übernehmen kann.

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