DE2913568A1

DE2913568A1 - Verfahren zum verpressen von flachmetall mit relativ geringem formaenderungsvermoegen

Info

Publication number: DE2913568A1
Application number: DE19792913568
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: HOKKAI IRON WORKS CO; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: HOKKAI IRON WORKS CO; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1978-04-04
Filing date: 1979-04-04
Publication date: 1979-10-18
Also published as: GB2019286B; JPS54131559A; JPS5536406B2; GB2019286A; FR2421691A1; FR2421691B1; DE2913568C2

Description

PATENTANWÄLTE

A. "3RUNECKER

DiPl. -ING

H. KlNKELDEY

OR-ING.

W. STOCKMAIR

Da-TNCi AeE(CALTECHI

K. SCHUMANN

DR RER. MAT OPU-PHVS

P. H. JAKOB

DiPL-ING

G. BEZOLD

DR R£R IWT DIPt. CHEM

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

ρ 13 715

ISfissan Motor Company, Limited
Yokohama City (Japan)

Hokkai Iron Vorks Company, Limited
Kishiwada City, Osaka (Japan)

Verfahren zum Verpressen von Flachmetall mit' relativ
geringem Formänderungsvermögen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verpressen von Blechen oder Platten aus Metall mit relativ geringem Formänderungsvermögen (formability). Zum Verpressen eines Flachmetalls aus einem relativ schlecht verformbaren Metall, wie beispielsweise Titanlegierungen, ist es üblich,*ein Ausgangsmaterial auf*eine ausreichend hohe Temperatur zu erhitzen, um das Formänderungsvermögen bzw. die Verformbarkeit oder Zähigkeit des Materials zu erhöhen und den Formgebungsvorgang auszuführen, so lange das Material noch warm genug ist. In vielen Fällen werden jjedoch durch diese Erwärmung die Schwierigkeiten noch

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nicht beseitigt und außerdem führt das Erwärmen des Materials auf beträchtlich hohe Temperaturen zu weiteren Problemen.

Das Ziehen eines Bleches aus einer Titanlegierung zu einer halbkugelförmigen Schale mit etwa 1000 mm Durchmesser und etwa JO mm Wandstärke soll als Beispiel für schwierige Formgebungsvorgänge betrachtet sein. Das Formänderungsvermögen dieser legierung wird durch Erhitzen bis auf etwa 900⁰C beträchtlich erhöht, aber in der Praxis ist es erforderlich, ein Ausgangsmaterial auf eine höhere Temperatur, nämlich bis auf 1000 bis 1100⁰C zu erhitzen, um den unvermeidbaren Temperaturverlusten während des Transports eines Ausgangsmaterials aus einem Vorwärmofen zu einem Preßwerkzeug sowie auch während des Einlegens des Materials in das Preßwerkzeug und während des Preßvorganges Rechnung zu tragen. Dennoch ist es unmöglich, das angestrebte Ziehverhältnis mit einem einzigen Ziehvorgang zu erzielen. Als erstes wird das Verpressen des Ausgangsmaterials mit Hilfe eines halbkugelförmigen Stanzwerkzeuges durch lediglich leichtes Krümmen des Materials beendet. Sodann wird das Ausgangsmaterial in den Vorwärmofen zurückgebracht, um nach ausreichender Erwärmung erneut verpreßt zu werden. Es ist erforderlich, das Material allmählich durch etwa zehn aufeinanderfolgende Erwärmungs- und Formgebungsschritte zu einer halbkugelförmigen Schale zu verformen.

Ueben einer niedrigen Produktivität verursacht ein derart vielfaches Wiederholen von intensiven Erhitzungsund Formgebungsvorgängen beträchtliche Oxidationserscheinungen auf beiden Seiten des Ausgangsmaterials, gelegentlich unter Auftreten kleiner Risse (üblicherweise wird das Ausgangsmaterial in Luftatmosphäre verfprmt). Als Folge weist der fertig verformte Gegenstand eine oxidierte Außenschicht auf jeder seiner Seiten auf, die sich bis zu einer beträchtli-

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chen Tiefe von bis zu 3 oder gar 5 um von der Oberfläche aus in die Tiefe des Werkstoffs erstreckt. Da derartige Oxidationsschichten durch maschinelle Bearbeitung vom verformten Erzeugnis entfernt werden müssen, führt die Tiefe dieser Oxidationsschichten nicht nur zum Erfordernis extensiver maschineller Bearbeitung, sondern auch zum Erfordernis ein übermäßig dickes Ausgangsmaterial zu verwenden, was die Verformungsprobleme steigert und zu großem Werkstoff verbrauch führt, vrobei unterstrichen sei, daß Titanlegierungen sehr kostspielige Werkstoffe sind. Außerdem führt ein rasches Erhitzen des Ausgangsmaterials auf Temperaturen bis ins Gebiet von 1000 bis 1100°G zu Kornvergrößerung oder -vergröberung und ist weiter als nachteilig zu nennen, daß ein durch eine Vielzahl von Preßvorgängen in seine endgültige Form gebrachter Gegenstand eine abgestufte, unebene Oberfläche aufweist und häufig nicht maßhaltig ist.

Im Hinblick auf Metalle mit relativ geringem Formänderungsvermögen ist ein Ziel der Erfindung darin zu sehen, ein verbessertes Verfahren zum Verpressen (press forming) eines Flachmetalls zu schaffen, welches sich dadurch auszeichnen soll, daß es keine Vorerwärmung des Ausgangsmaterials auf eine übermäßig hohe Temperatur erfordert und daß es rasch ausgeführt werden kann, ohne daß das Erwärmen eines Ausgangsmaterials und das Verpressen des erhitzten Ausgangsmaterials vielfach wiederholt werden müssen. Eine solche Wiederholung von Verarbeitungsschritten soll selbst dann entbehrlich sein, wenn das Flachmetall zu einer Tiefziehkonfiguration verformt werden soll. Auch soll das fertige Erzeugnis im Hinblick auf Aussehen und Maßhaltigkeit herkömmlich hergestellten Erzeugnissen überlegen sein.

Erfindungsgemäß wird ein Blech oder eine Platte aus einem solchen Metall mit relativ geringem Formänderungsvermögen als Ausgangsmaterial gleichmäßig auf eine das Formänderungs-

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vermögen des Metalls verbessernde Temperatur erwärmt und wird vor Aufbringen des Verformungsdrucks wenigstens eine Seite des Ausgangsmaterials mit einer Schicht aus einem kompressiblen und gegenüber hohen Temperaturen beständigen Wärmeisolationsmaterial beschichtet, worauf auch diese Schicht auf nahezu die gleiche Temperatur wie das Ausgangsmaterial erhitzt, derart, daß ein Verformungsdruck auf das erhitzte Ausgangsmaterial vermittels der erwärmten wärmeisolierenden Schicht aufgebracht wird.

Das Ausgangsmaterial und die wärmeisolierende Schicht können gleichzeitig in der Weise erwärmt werden, daß das Ausgangsmaterial vor dem Erwärmen des Ausgangsmaterials mit der wärmeisolierenden Schicht versehen wird. Wahlweise können das Ausgangsmaterial und die wärmeisolierende Schicht getrennt voneinander erwärmt und sodann zusammengefügt werden. Wahlweise kann die andere Seite (d.h. die der vorstehend genannten "einen Seite" gegenüberliegende Seite) des Ausgangsmaterials mit einer Platte oder einem Blech aus einem Material bedeckt sein, welche ein besseres Formänderungsvermögen als das an sich zu verformende Metall aufweist, wobei die beiden Bleche mit oder ohne Anordnung des wärmeisolierenden Materials dazwischen verformt werden können. In diesem EaIl kann die oben erwähnte wärmeisolierende Schicht auch mit einem Blech oder mit einer Platte aus einem anderen Metall bedeckt werden.

Nach einer abgewandelten Ausführungsf.orm des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Ausgangsmaterial gleichförmig erwärmt, während ein Blech oder eine Platte aus dem anderen Metall direkt auf einer Seite des Ausgangsmaterials angeordnet ist, wobei wenigstens eine der Metallplatten mit einer Schicht aus dem bereits genannten wärmeisolierenden Material bedeckt ist, welche Schicht gleichfalls auf im wesentlichen die gleiche Temperatur wie das Ausgangsmaterial und die Metallplatte erhitzt wird, derart, daß ein Ver-

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formungsdruck vermittels der wärmeisolierenden Schicht auf das Ausgangsmaterial aufgebracht wird. Auch in einem solchen FaIl kann das Erhitzen des Ausgangsmaterials, welches sandwichartig, zwischen den Metallplatten und der wärmeisolierenden Schicht angeordnet ist, entweder separat oder gemeinschaftlich mit den Abdeckmaterialien oder -schichten erfolgen.

Als wärmeisoliereride Materialien v/erden beim Yerfahren nach der Erfindung bevorzugt Asbest und keramische Fasern, insbesondere keramische Fasern auf Tonerdebasis verwendet. Als Metall mit relativ schlechtem Formänderungsvermögen gilt ein Metall, dessen Formänderungsvermögen geringer ist als dasjenige von nicht-rostendem Stahl. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sehr gut zum Verpressen von Titanlegierungen und eignet sich auch mit guten Ergebnissen für die Verarbeitung von Berylliumlegierungen und sog. "maraging" Stählen.

Ein bevorzugter Gedanke liegt in einem Verfahren zum Verpressen eines Bleches oder einer Platte aus einem Metall, wie einer Titanlegierung, welches wegen seines ungenügenden Formänderungsvermögens eine Warmverformung benötigt. Zum Herabsetzen des Temperaturverlustes eines vorerwärmten Ausgangsmaterials während des Formgebungsvorganges und um auf diese Weise die Probleme bei der Formgebung zu vermindern, wird wenigstens eine Seite des Ausgangsmaterials mit einer Schicht aus einem kompressiblen, wärmeisolierenden Material, wie Asbest, bedeckt, derart, daß ein Verformungsstempel oder dergl. nicht in direkten Kontakt mit dem vorgewärmten Ausgangsmaterial gelangt. Das Ausgangsmaterial und die wärmeisolierende Schicht werden im wesentlichen gleichmäßig erwärmt. Vorzugsweise wird das Ausgangsmaterial sandwichartig zwischen zwei Platten eines Metalls angeordnet, welches ein besseres Formänderungsvermögen besitzt, wobei wenigstens eine Seite des resultierenden Schichtkörpers

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-A-

mit der wärmeisolierenden Schicht bedeckt ist. Die Anwesenheit der wärmeisolierenden Schicht führt zu einer Verbesserung der Maßhaltigkeit des fertiggestellten Erzeugnisses und gestattet das Herabsetzen der Vorwärmtemperatur.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführung sb ei spiel en anhand der Zeichnung. In dieser zeigt:

Pig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines mit einem Satz von Formwerkzeugen ausgerüsteten Preßwerkzeuges zum Verformen eines Metallbleches in eine halbkugelförmige Gestalt,

Fig. 2 in schematischer Darstellung einen Anfangszustand eines allmählichen Ziehen eines Ausgangsmaterials beim herkömmlichen Warmverformungsverfahren für ein Metall mit geringem Formänderungsvermögen,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäß mit einer wärmeisolierenden Schicht bedecktes Ausgangsmaterial,

Fig. 4· sechs verschiedene Ausführungsformen des in ^xs " Fig. 3 illustrierten Verfahrens zum Aufbringen wenigstens einer wärmeisolierenden 'Beschichtung,

Fig. 10 eine Teilvergrößerung aus Fig. 8,

Fig. 11 das isolierte Ausgangsmaterial gemäß Fig. 8 in einer Anordnung zwischen den Formwerkzeugen der in Fig. 1 dargestellten Pressen,

Fig. 12 eine schematische Darstellung der Endstufe eines erfindungsgemäßsn Preß-Formgebungsvorganges, aus-

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gehend vom in Fig. 11 dargestellten Zustand,

Fig. 13 eine schematische Darstellung eines mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung hergestellten halbkugelförmigen Erzeugnisses und

Fig. 14 eine schematische Darstellung eines auf herkömmliche Weise hergestellten halbkugelförmigen Erzeugnisses.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Verformung eines Bleches aus einer Titanlegierung zu einem im wesentlichen halbkugelförmigen Erzeugnis erläutert, welches als Teil eines Druckgefäßes angesehen werden kann.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche doppelt wirkende Presse 20, die zum Ziehen eines Metallbleches verwendet wird. Ein Preßstempel 22 ist an einem aufwärts und abwärts verschieblichen Innenkopf 24 der Presse 20 befestigt, und weiter unten ist ein kreisförmiges Ausgangsmaterial 10 horizontal auf einem ortsfesten Matrizenhalter 25 angeordnet, an welchem ein Matrizenring 26 befestigt ist. Die Presse 20 besitzt einen zylindrischen Außenkopf 28, der koaxial zum Innenkopf 24 angeordnet ist und unabhängig vom Innenkopf 24 in vertikaler Richtung beweglich ist. Ferner ist ein oberer Ring 30 am unteren Ende des Außenkopfes 28 befestigt. Im Betrieb wird zunächst der Außenkopf 28 so abgesenkt, daß der obere Ring 30 einen Randbereich des Ausgangsmaterials 10 gegen den Matrizenhalter 25 drückt. In dieser Weise wirkt der obere Ring 30 als Blechhalter. In diesem Zustand wird der Innenkopf 24 abgesenkt, um vermittels des Stempels 22 einen Verformungsdruck auf das Blech 10 auszuüben.

Beim Verfahren nach der Erfindung ist das in Fig. 1 dargestellte Ausgangsmaterial 10 aus einer Titanlegierung

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ausreichend (beispielsweise auf 93O⁰C) erwärmt worden, bevor es in die Presse 20 eingelegt worden ist, wobei wenigstens eine Seite des erwärmten Bleches 10 mit einem in I"ig. 1 nicht dargestellten wärmeisolierenden Material bedeckt xrorden ist, derart, daß zwischen dem Preßstempel 22 und dem Titanlegierungsblech eine erwärmte wärmeisolierende Schicht zwischengefügt ist.

3Pig« 2 zeigt ein Titanlegierungsblech 12 im Anfangsstadium eines auf herkömmliche Weise durchgeführten Verformungsvorganges, der dadurch vervollständigt ifird, daß die Schritte des Erwärmens des Bleches 12 und des Verpressens des erwärmten Bleches 12 etwa 10 mal wiederholt werden. Hat das Blech 12 einen Durchmesser von etwa 1000 mm und eine Dicke von etwa 30 mm, so wird das Blech 12 auf etwa 1000 bis 11QO⁰C vorgewärmt, aber trotzdem erniedrigt sich die Temperatur des Bleches 12 vor dem Beginn des Preßvorganges, d.h. vor dem Zeitpunkt, zu welchem der Preßstempel 22 mit dem Blech 12 in Kontakt gelangt. Während des Preßvorganges wird das Absinken der Blechtemperatur immer deutlicher, da zusätzlich zur Wärmeleitung durch den Matrizenhalter 25, den Matrizenring und.den Blechhalter 30 der Preßstempel 22 eine große Wärmemenge abführt. Der Temperaturabfall erreicht und überschreitet häufig etwa 100⁰C.

Bei einem Verfahren nach der Erfindung wird ein dem Blech 12 in Fig. 2 ähnliches Blech-Ausgangsmaterial mit einem wärmeisolierenden Werkstoff, der kompressibel ist und ein Wärmeisolierungsvermögen bei einer Temperatur beibehält, auf welche das Blech erwärmt wird, bedeckt, derart, daß wenigstens der Preßstempel 22 und der Blechhalter 30 nicht in direkten Kontakt mit dem Blech gelangen.

Pig. 3 zeigt die einfachste Art und Weise der erfindungsgemäßen Wärmeisolierung. Eine Schicht 14 aus einem wärineisolierenden Material des im Vorstehenden genannten Typs ist auf dem Blech 12 so angeordnet, daß die eine Seite des Bleches 12 gut bedeckt ist, während die andere Seite des Bleches 12 unbeschichtet verbleibt.

(Nach dem Erwärmen wird die Anordnung aus dem Blech 12 und der wärmeisolierenden Schicht 14 in die Presse eingebracht, wobei die wärmeisolierende Schicht 14 nach oben weist). Es ist nicht erforderlich, eine Bindung zwischen der wärmeisolierenden Schicht 14 und dem Blech 12 vorzusehen. Während des Preßvorganges wird die wärmeisolierende Schicht 14 zwischen dem Preßstempel 22 und dem Blech 12 gepreßt und wie das Blech 12 unter Herabsetzung seiner Schichtdicke verformt. Handelt es sich beispxelsweise bei der xtfärmeisolierenden Schicht 14 in !ig. 3 um eine etwa 25 ram dicke Asbestschicht, so wird aus dieser Schicht eine etwa 2 mm dicke Schicht beim Verpressen des Bleches 12 zu einer halbkugelförmigen Gestalt und diese Schicht verbleibt an dem verformten Erzeugnis.

In Pig. 14 ist die untere Oberfläche des Bleches 12 mit einer ifärmeisolierenden Schicht 14' zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen wärmeisolierenden Schicht 14, die auf der Blechoberseite ist, bedeckt. In diesem Pail können die beiden wärmeisolierenden Schichten 14 und 14· ggf. miteinander längs der Umfangskante des Bleches 12 derart miteinander verbunden werden, daß das Blech 12 gänzlich von dem wärmeisolierenden Material umschlossen ist» Die untere wärmeisolierende Schicht 14' kann die gleiche Dicke haben wie die obere wärmeisoIierende Schicht 14 oder kann dünnerals diese ober Schicht 14 ausgebildet sein«,

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In Fig. 5 ist das Siech 12 mit derdberen wärmeisolierenden Schicht 14 gemäß I¹Xg.3 versehen und auf einer Metallplatte 16 angeordnet, die ein besseres Formänderungsvermögen besitzt als der Werkstoff des Bleches 12, derart, daß die untere Oberfläche des Bleches 12 gänzlich von dieser Platte 16 bedeckt ist. Als Werkstoff für diese Platte 16 eignet sich Flußstahl. Die Platte 16 ist nicht an das Blech 12 gebunden, aber es ist erforderlich, diese Platte fast auf die gleiche Temperatur wie das Blech zu erhitzen, bevor die in Fig. 5 gezeigte Anordnung in die Presse 20 eingebracht wird, wobei die Metallplatte an der Unterseite dieser Anordnung vorgesehen ist. Wie in Fig. 6 dargestellt, kann eine xfeitere Platte 18 aus dem gleichen Metall wie die Platte 16 auf die in Fig. 5 dargestellte Anordnung aufgelegt sein, um die Oberfläche der xirärmei soli er enden Schicht 14 gänzlich abzudecken. Die obere Metallplatte 18 kann die gleiche Dicke aufweisen wie die untere Metallplatte 16, aber vorzugsweise ist die obere Metallplatte 18 dünner ausgebildet als die untere Metallplatte 16, um den Preßvorgang nicht zu erschweren und um die Maßgenauigkeit des hergestellten Erzeugnisses nicht zu beeinträchtigen. Diese Metallplatte 18 muß auch vor dem Einbringen der in Fig. 6 dargestellten Anordnung in die Presse 20 erwärmt werden. In gleicher Weise kann die in Fig. 4 dargestellte Anordnung sandwichartig zwischen den beiden Metallplatten 16 und 18 angeordnet¹* werden, wie in Fig. 7 dargestellt. Anhand des in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispieles versteht sich, daß die obere Metallplatte 18 bei der in Fig. 7 dargestellten Anordnung fortgelassen werden kann.

Wie Fig. 8 zu entnehmen, kann die Wärmeisolierung erfindungsgemäß auch dadurch erzielt werden, daß zunächst

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das Blech 12 zwischen die "beiden Hilf smetallplatten und 18 sandwichartig eingebaut wird und daß dann die obere Metallseite 18 mit einer wärmeisolierenden Schicht 15 bedeckt wird, welche der in Pig- 1 dargestellten wärmeisolierenden Schicht 14- entspricht, woran anschließend die gesamte in Pig. 8 gezeigte Anordnung erwärmt wird.. Selbstverständlich kann diese Arbeitsweise dadurch, modifiziert werden, daß die wärmeisolierende Schicht 15 und die Anordnung aus dem Blech 12 und den Metallplatten 16 und 18 gesondert voneinander erwärmt und anschließend die erwärmte wärmeisolierende Schicht 15 auf der erwärmten Metallplatte 18 angeordnet wird. Auch in diesem EaIl ist es nicht erforderlich, die Metall-Hilfsplatten 16 und 18 an das Blech 12 zu binden. Vorzugsweise ist die Hilfsplatte 16 an der Unterseite dicker ausgebildet als die obere Metallplatte 18, weil dann, wenn der resultierende Schichtkörper unter der Einwirkung eines aus der Richtung der oberen Platte 18 wirkenden Drucks in Richtung auf die untere Platte 16 gebogen wird, eine im Blech 12 verlaufende neutrale Ebene nicht mit der Mittelebene des Bleches 12 zusammenfällt. Bei Ausbildung wie oben, wird die neutrale Ebene in Richtung auf die untere, dickere Stahlplatte 16 verschoben, so daß sich ein in Fig. 8 zu tief unten liegender Bereich, des Bleches 12 unter erleichterter Zugbeanspruchung verformt. Um den innigen Kontakt der Metall-Hilfsplatten 16 und mit dem 12 zu gewährleisten, um eine seitliche Verlagerung der Metallplatten 16, 18 zu verhindern und um die Anordnung gut handhaben zu können, können die beiden Metallplatten 16 und 18 miteinander an ihren Umfangsflachen verbunden werden. Wie in Fig. 10 als Beispiel dargestellt, kann das Verbinden der beiden Metallplatten 16 und 18 dadurch erfolgen, daß eine Vielzahl von Metallstücken 18 mit den Umfangsoberflächen der beiden Platten 16 und 18 in Abständen voneinander derart ange-

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schweißt werden, daß diese Metallstücke 19 den Spalt zwischen den beiden Platten 16 und 18 überbrücken.

Wie in Fig. 9 dargestellt, kann die in Fig. 8 als untere Metallplatte 16 dargestellte Metallplatte gleichfalls mit einer wärmeisolierenden Beschichtung 15' versehen werden, die der in Fig. 4- dargestellten Beschichtung entspricht.

Die Dicke einer jeden wärmeisolierenden Schicht 14·, 14', 15 oder 15*1 wird unter Berücksichtigung des Materials der wärmeisolierenden Schicht, der Dicke des Bleches 12, der Dicke einer jeden Metall-Hilfsplatte und der Menge an erforderlicher Zeit zum Überführen des erwärmten und isolierenden Ausgangsmaterials aus dem Erhitzungsofen zur Presse bestimmt. In jedem Fall sollte jede wärmeisolieren de Schicht ausreichend dick sein, um den Temperaturabfall des Bleches (sowie der Metall-Hilfsplatten) vor Abschluß des Verformungsvorganges auf ein vertretbares Maß zu begrenzen.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Preßverfahrens lassen sich wie folgt zusammenstellen. ■

1) Das zu verforraende Blech kann gleichförmig erhitzt werden und verbleibt auf gleichmäßiger Temperatur.

2) Der Wärmeverlust aus dem Blech durch Strahlung und Konfektion während des Transportes des Bleches vom Erwärmungsofen in die Presse und während des Verpressungsvorganges kann in großem Ausmaß herabgesetzt werden.

3) Weil zwischen dem Blech und dem Preßstempel eine wärmeisolierende Schicht vorhanden ist, erleidet das Blech nicht einen derart raschen und deutlichen

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Temperaturverlust, insbesondere in seinem mittleren und oberen Bereich, wie beim Verpressen auf her- " kömmliche Weise üblich, wodurch der Verpreßvorgang erleichtert \d.rd.

4) Zusätzlich zu dem Effekt des Temperaturhaltens wirkt die zwischen Blech und Preßstempel angeordnete kompressible, wärmeisolierende Schicht im Hinblick auf eine gleichmäßige Übertragung des Verformungsdruckes auf das Blech über die gesamte Kontakt fläche zwischen dem Preßstempel und dem isolierten Blech, wodurch der Verformungsvorgang mit verbesserter Genauigkeit hinsichtlich Gestalt und Abmessungen des hergestellten Erzeugnisses durchgeführt werden kann.

5) Es ist nicht mehr erforderlich, das Erwärmen und

. Verpressen vielfach zu wiederholen, da selbst beim Tiefziehen in den meisten Fällen die angestrebte Verformung durch einen einzigen Verformungsvorgang erzielbar ist.

6) Da der Temperaturabfall im Blech vor Beendigung eines Preßvorganges sehr gering ist (beispielsweise lediglich 10 bis 20⁰C) ist es ausreichend, das Blech auf eine Temperatur zu erwärmen, die beträchtlich unter den herkömmlicherweise benutzten Vorwärmtemperaturen liegt. Das hat zur Folge, daß ein auf erfindungsgemäße Weise hergestelltes Erzeugnis sich durch ein feineres Korn im Vergleich mit auf herkömmliche Weise verformten Erzeugnissen auszeichnet.

7) Durch Anordnen einer wärmeisolierenden Beschichtung auf wenigstens einer Blechseite lassen sich als ge-

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meinschaftlicher Effekt die Herabsetzung der Erhitzungstemperatur und die Verkürzung der insgesamt benötigten Verformungszeit erreichen, wobei gleichzeitig eine verminderte Oxidation erzielt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen noch näher erläutert.

Beispiele

Bei diesem Beispiel wird eine 28 min dicke Platte aus einer Titanlegierung, enthaltend im wesentlichen etwa 6 % Aluminium, etwa 4· % Vanadium, Eest Titan, mit Hilf*e der in Fig. 8 dargestellten Ausbildung der Wärmeisolierung zu einer halbkugelförmigen Schale mit einem-Durchmesser von 1000 mm verformt.

Zunächst wurde das Blech 12 sacht sandwichartig zwischen zwei Metall-Hilfsplatten ^16 und 18 angeordnet, die beide aus Flußstahl -bestanden. Die Hilfsplatten 16 und 18 wurden miteinander wie in Fig. 10 dargestellt verbunden. Die untere Stahlplatte 16 war 60 mm dick und die obere Stahlplatte 18 war 32 mm dick, so daß sich die Gesamtdicke der drei aufeinander gelegten Metallplatten 16, 12 und 18 auf 120 mm belief. Die obere Oberfläche und ein Teil der Umfangsfläche dieser Anordnung wurden mit der wärmeisolierenden Schicht bedeckt, die aus einem keramischen Fasermaterial bestand und eine Dicke von 25 mm aufwies. Sodann wurde die Gesamtanordnung in einem Ofen erwärmt, bis die Metallplatten 16, 12 und 18 sowie die wärmeisolierende. Schicht 15 eine gleichmäßige Temperatur von 92O°C ange-

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nominen hatten. Die erwärmte Blechanordnung wurde säuberlich in der Presse 20 angeordnet, wobei die untere Stahlplatte 16 auf den Matrizenhalter 25 gelegt wurde, wie in ■^ig. 11 dargestellt. Unverzüglich wurden der Blechhalter 30 und der Preßstempel 20 abgesenkt, um das Blech 12 zu einer halbkugelförmigen Schale 12A zusammen mit den Stahlplatten 16 und 18 sowie der wärmeisolierenden Schicht 15 zu verformen, wie in Fig. 12 dargestellt. Es x^rar möglich, den halbkugelförmig gestalteten Gegenstand 12A mittels eines einzigen Preßvorganges bei einer Preßkraft von 2000 t zu erzielen. Dieser Preßvorgang wurde■in lediglich 3 Minuten nach Entnahme der gewärmten Blechanordnung aus dem Ofen abgeschlossen. Während dieses Zeitraums kühlte sich das Blech 12 lediglich um 10⁰C von seiner Ausgangstemperatur von 920°C ab. Am Ende des Preßvorganges wurde für die wärmeisolierende Schicht 15 eine Dicke von noch etwa 2 mm ermittelt, wobei diese Schicht an der Stahlplatte 18 anhaftete.

Zu Vergleichszwecken wurde die gleiche Titanlegierung auch auf herkömmliche Veise zu einem halbkugelförmigen Erzeugnis mit 1000 mm Durchmesser verformt, wobei das Blech 12 wiederholten Erhitzungsv.orgängen (auf 1000 bis 1100⁰C) und Warmpreßvorgangen im unbeschichteten Zustand unterworfen wurde. Es war erforderlich, das Erwärmen und Verformen 10 mal zu wiederholen, um die angestrebte Verformung zu erzielen.

Fig. 13 zeigt schematisch in einem Schnitt durch den halbkugelförmigen Gegenstand 12A den auf erfindungsgemäße V/eise hergestellten Gegenstand. Der Scheitelpunkt der Halbkugel ist mit dem Bezugszeichen V bezeichnet, während die Umfangskante mit dem Bezugszeichen E bezeichnet ist. Die Wandung dieses Gegenstandes 12 A war dünner als die ursprüngliche Abmessung (28 mm) des Bleches 12 in einem

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den Scheitel V aufweisenden Zentralbereich, aber -war dicker als 28 mm in einem Kantenbereich. Die Grenze zwischen diesen beiden Bereichen wurde in einer Ebene aufgefunden, die durch die Linie P-P in Fig. 13 veranschaulicht ist. Mit anderen Worten war der Umfangsbereich P-P frei von Dickenänderungen« Der Vertikalabstand dieses Schnittes P-P vom Scheitel V wurde auf 250 mm bestimmt. Die maximale Verringerung der Wanddicke betrug 18 % und diese Verringerung wurde in einem Schnitt Q-Q bestimmt, die einen senkrechten Abstand von 100 mm vom Scheitelpunkt V aufweist.

In vergleichbarer Weise zeigt Pig. 14 einen halbkugelförmigen Gegenstand 12B, der zu Vergleichszwecken auf herkömmliche Weise hergestellt worden war. Bei diesem Erzeugnis 12B wurde ein Schnitt P'-P¹ , in welchem keine Dickenänderungen aufgetreten \iraren, in einem Vertikalabstand von 400 mm vom Scheitelpunkt V gefunden. Die maximale Herabsetzung der Dicke betrug etwa 30 % und wurde in einem Schnitt Q-Q in einem Vertikalabstand von lediglich 50 mm vom Scheitelpunkt V festgestellt.

Der auf erfindungsgemäße Weise hergestellte Gegenstand 12A zeichnete sich dadurch aus, daß der von Dickenänderungen freie Schnitt P-P nahezu in der Mitte zwischen dem Scheitel V und der Kante E lag, wohingegen beim auf herkömmliche Weise hergestellten Erzeugnis 12B die entsprechende Schnittebene P¹-P' relativ dickt an der Kante E verlief. Außerdem lag die Schnittebene Q-Q maximaler Dickenverminderung in einem vergleichsweise größeren Abstand vom Scheitel V als die entsprechende Schnittebene Q-Q beim Erzeugnis 12B. Diese Ergebnisse und die Kleinheit der maximalen Dickenabnahme (18%)

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macht deutlicli, daß der Gegenstand 12Δ mit einer vergleichsweise kleinen Gesamt-Dickenabnahme hergestellt worden war und daß das Blech aus der Titanlegierung sehr glatt und weich gezogen oder gestreckt.worden war.

In der folgenden Tafel sind die Meßergebnisse zusammengestellt, die an den halbkugelförmigen Gegenständen 12A und 12B ermittelt x-rarden.

	Gegenstand 12A (erfindungsge mäß hergestellt)	Gegenstand 12B Cnach dem Stand der Technik her gestellt)
Lage der von Dik- kenänderungen frei en Schnittebene	250 mm oberhalb des Scheitels V	400 mm oberhalb des Scheitels V
Lage der Ebene max. Dickenab nahme	100 mm oberhalb des Scheitels Y	50 mm oberhald des Scheitels V
max. Dickenab nahme *	18 %	ca. 30 %
ünrundigkeit '	1,0 mm	1,0 mm
max. Abxireichung des Innendurch messers^-'	1,2 mm	A-,6 mm
Abweichung der Querschnittsge- stalt?)	0,3 %	0,6 %
Tiefe der Oxida tionsschicht	1,5 mm	5,0 mm

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1) Die Unrundigkeit bezieht sich auf den Unterschied zwischen dem größten und dem kleinsten Innendurchmesser;

2) die max. Abweichung des Innendurchmessers bezieht sich auf die Abweichung des größten Innendurchmessers vom Standard-Innendurchmesser;

3) die Abweichung der Querschnittsgestalt bezieht sich

auf die Abweichung eines Querschnitts, gemessen entsprechend japanischer Industrienorm B 824-7 vom Standardwert, angegeben in % des Standard-Innendurchmessers.

Wie der Tafel zu entnehmen, betrug die Abweichung des Innendurchmessers in der erfindungsgemäß hergestellten halbkugelförmigen Schale 12A weniger als 1/3 der Abweichung, wie sie bei der auf herkömmliche Weise hergestellten Schale 12B zu beobachten war, wobei sich die Abweichung der Querschnittsgestalt auf etwa die Hälfte belief. Diese Werte zeigen, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens beachtliche Verbesserungen im Hinblick auf die Maßgenauigkeit der hergestellten Erzeugnisse erzielbar sind. Außerdem betrug die Tiefe einer oxidierten Oberflächenschicht in der Schale 12A lediglich 1/3 der in der Schale 12B aufgetretenen Oxidationsschicht. Wegen der durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielbaren Steigerung der Maßgenauigkeit uni Verringerung der Oberflächenoxidationeschicht ist es möglich geworden, die Dicke des. zu verformenden Bleches beispielsweise von 28 mm bei herkömmlicher Verarbeitungsweise auf 10 bis 15 mm zu verringern. Dieses führt zu einer deutlichen Verminderung der Materialkosten und zu einer beachtlichen Verminderung der erforderlichen Bearbeitungszeit am verpreßten Erzeugnis.

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Leerseite

Claims

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OR FCR NAT - DPL-PHYS

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Λ Verfahren zum Pressen oder Ziehen von Blechen oder
Platten aus einem Metall mit relativ geringem Formänderungsvermögen, dadurch gekennzeichnet , daß

a) ein Ausgangsmaterial (12) aus "dem Metall im wesentlichen gleichförmig auf eine Temperatur erwärmt wird, die geeignet ist, um das Formänderungsvermögen des Metalls zu erhöhen,

b) daß wenigstens eine Seite des Ausgangsmaterials mit einer wärmeisolierenden Schicht (14-) aus einem kompressiblen und gegen hohe Temperaturen beständigen Wärmeisolierungsmaterial "bedeckt wird,

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TELEFON (OQS) 22 28S2 TELEX OS-0S98O TELEGRAMME MOMAPAT TEt-EKOPIERER

ORIGINALJMSPECTED

c) daß die wärmeisolierende Schicht auf die Temperatur erwärmt wird, ivobei die Reihenfolge der Schritte (a, b und c) veränderbar ist, und

d) daß ein Verformungsdruck auf eine das Ausgangsmaterial und die xrärmeisolierende Schicht umfassende Kombination nach Abschluß der Schritte (a, b und c) ausgeübt wird, während sich diese Kombination im erwärmten Zustand befindet, derart, daß der Verformungsdruck vermittels der wärmeisolierenden Schicht (14) auf das Ausgangsmaterial übertragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz ei c hn e t , daß als Wärmeisolationsmaterial" Asbest verwendet wird.
3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t ,. daß als Wärmeisolationsmaterial ein keramischer IFaserwerkstoff verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall eine Titanlegierung verwendet wird.
5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeisolierende Schicht (14) eine ganze Oberfläche des Ausgangsmaterials (12) in direktem Kontakt bedeckt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich eine Seite des Ausgangsmaterials (12) mit der wärmeisolierenden Schicht (14) bedeckt wird und daß die andere Seite des Ausgangsmaterials mit einer Metallplatte (16) aus einem Material mit einem besseren Formänderungsvermögen als das Metall des Ausgangsmaterials bedeckt und diese Platte vor dem Verfahrensschritt (d) auf jene Temperatur erwärmt wird«

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite der wärmeisolierenden Schicht (14) mit einer weiteren Metallplatte (18) aus einem Material "bedeckt wird, welches ein besseres Formänderungsvermögen als das Metall (des Ausgangsmaterials) besitzt, und daß diese weitere Metallplatte vor dem Verfahrensschritt (d) auf im wesentlichen jene Temperatur erwärmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der Metallplatte (16) größer ist als die Dicke der weiteren Metallplatte (18).
9·-Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e k e η .n zeichnet , daß beide Oberflächen des Ausgangsmaterials (12) mit wärmeisolierenden Schichten (14,14-·) b-edeckt werden und daß die Außenseiten" der beiden wärmeisolierenden Schichten jeweils mit einer Platte (16 bzw. 18) aus einem Metall bedeckt werden, welches ein besseres !Formänderungsvermögen besitzt als das Metall (des Ausgangsmaterials), und daß jene Met'allplatten vor Ausführen des Verfahrensschrittes (d) auf im wesentlichen jene Temperatur erwärmt werden.
10. Verfahren nach Ansprach 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der einen (18) von den beiden Metallplatten, die die beiden wärmeisolierenden Schichten (14,14') bedecken, eringer ist als die Dicke der anderen' (16) jier beiden Platten, und daß der Verformungsdruck derart auf die aus dem Ausgangsmaterial (12) den beiden wärmeisolierenden Schichten und den beiden Metallplatten bestehende Kombination aufgebracht wird, daß dieser Druck vermittels der einen (18) der beiden Metallplatten auf das Ausgangsmaterial übertragen wird.

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11. Verfahren nach Anspruch 5i dadurch g e k e η η -

ζ ei chnet, daß die "beiden Oberflächen des Ausgangsmaterials (12) mit den wärmeisolierenden Schichten (14, 14') bedeckt v/erden, daß die Dicke der einen (14) der beiden "wärmeisolierenden Schichten dicker ist als die Dicke der anderen wärmeisolierenden Schicht (14¹), und daß der Verformungsdruck auf die aus dem Ausgangsmaterial (12) und den beiden wärmeisolierenden Schichten bestehende Kombination derart aufgebracht wird, daß dieser Druck vermittels der einen (14) der beiden wärmeisolierenden Schichten übertragen wird.
12. Verfahren zum Pressen oder Ziehen von Blechen oder Platten aus einem Metall mit einem relativ schlechten · Formänderungsvermögen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine Anordnung aus einem Ausgangsmaterial (12) des Metalls und zwei Metallplatten (16,18) gebildet wird, wobei das Metall der beiden Platten ein besseres Formänderungsvermögen besitzt als das Metall (de's Ausgangsmaterials), wobei das Ausgangsmaterial sandwich-artig zwischen den beiden Platten aufgenommen wird,

b) daß diese Anordnung (12,16,18) im wesentlichen gleichmäßig auf eine zum Erhöhen des Formänderungsvermögen d'es'Metalls (des Ausgangsmaterials) geeignete T.empe'-ratur erwärmt wird, ' "

c) daß \venigstens eine Seite dieser Anordnung mit einer wärmeisolierenden Schicht (15) aus einem Kompressiblen und gegen hohe Temperaturen beständigen Wärmeisolationsmaterial bedeckt

d) daß die wärmeisolierende Schicht (15, 15¹) auf jene Temperatur erwärmt wird, wobei die Reihenfolge der

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Schritt (t>,c und d) veränderbar ist, und

e) daß ein Verformungsdruck auf eine Kombination, Vielehe die Anordnung und die wärmeisolierende Schicht (15) umfaßt, nach den Schritten (a, b, c und d) aufgebracht wird, während sich die Kombination in einem erwärmten Zustand befindet, derart, daß dieser Verformungsdruck vermittels der wärmeisolierenden Schicht (15) und einer (18) der beiden Metallplatten auf das Ausgangsmaterial (12) übertragen wird.
13- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der einen (18) der beiden Metallplatten geringer ist als die Dicke der anderen (16) der beiden Metallplatten.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η ζ ei chnet, daß als Metall (des Ausgangsmaterials) eine Titanlegierung verwendet wird.

15· Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß als Metall für die beiden Metallplatten (16,18) ein Kohlenstoffstahl verwendet wird.