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Verfahren zum Umformen von Werkstücken durch
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Impulsbelastung, sowie Einrichtung und Gaskanone zur Durchführung
des Verfahrens Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Druckumformung von Metallen
und betrifft insbesondere ein Verfahren und Einrichtungen zum Umformen von Rohlingen
aus Blechausschnitten durch Impulsbelastung, welche in einem Fluidum durch einen
Gasausstoß aus einer Gaskanone erzeugt wird.
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Unter Impulsbelastung wird der durch einen Gasausstoß aus einer Gaskanone
in einem Fluidum erzeugte hydraulische Druck sowie die Luftdruckwelle und der Flüssigkeitsstrom
verstanden, welche unter Einwirkung der sich in der Gaskanone ausbreitenden Gasexplosionsprodukte
entstehen.
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Besonders vorteilhaft ist der Einsatz der vorliegenden Erfindung
für das Umformen von Formteilen.
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Es ist bisher nicht gelungen, das Problem der Leistungsste gerung
der Impuisbelastung für das Umformen von Großformteilen aus schwerverformbaren Blechausschnitten
zufriedenstellend zu lösen, ohne dabei die Abmessungen der Einrichtung für das Umfor
men von Werkstücken durch die Impulsbelastung zu vergrößern und somit die Brstellungskosten
zu erhöhen.
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Es ist ein Verfahren zum Umformen von Werkstücken durch die Impulsbelastung
in geschlossenen Kammern unter Verwendung von brennbaren Gasgemischen bekannt, in
dem zum Durchführen des Verfahrens eine relativ komplizierte und metallaufv~ndige
Anlage erforderlich ist und welche sich auf Grund der geringen Leistung der Impulsbelastung
lediglich für das Umformen von Kleinteilen aus leichtverformbaren Blechausschnitten
eignet (s. UdSSR --Urheberschein Nr. lot8780).
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Es ist ein erfolgversprechenderes Verfahren zum Umformen von Blechteilen
durch die im Fluidum durch den Gasausstoß aus einer Gaskanone erzeugte Impulsbelastung
bekannt. Bei dem ernähten Verfahren wird die Matrize mit dem Rohling in eine Wanne
mit der Plüssigkeit eingetaucht. Danach wird das Gas in Richtung auf die Matrize
mit dem Rohling aus der Gaskanone ausgestoßen, wozu das explosive Gasgemisch der
Seele des mit dessen Auslauf in die Flüssigkeft eingetauchten Gaskanonenrohres zugeführt
und angezündet wird. Durch die ßxplosion des Gasgemiscnes wird die irnpulsbelastung
erzeugt,
deren Energie für das Umformen von Kleinteilen ausreicht (s. Frolow, E.A.: Nowyj
metod stampowki detalej iz lista energijej detonirujuatschich gazowych smesej. Impulsn@ja
obrabotka metallow dawlenijem (Neues Verfahren zum Umformen von Werkstücken aus
Blechausschnitten durch die Energie von ex.plosiven Gasgemischen. Impulsdruckumformen
von Metallen), Verlag ~Maschinostro#eni#e", Moskau, 1977, zuS. 39#;2).
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Das bekannte Verfahren ermöglicht es, auf den Einsatz der geschlossenen
Explosionskammern zu verzichten, durch welche die Abmessungen der umzuformenden
Werkstücke beschränkt werden, wie dies im vorstehend beschriebenen Verfahren der
Fall ist. Außerdem läßt sich bei diesem Verfahren der Umforinvorgang automatik sieren.
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Wegen der geringen Energiekapazität der Einrichtung zum Durchführen
des genannten Verfahrens und folglich der geringen Leistung der Impulsbelastung
ist das bekannte Verfahren für das Umformen von Großformteilen aus schwerverformbaren
Blechausschnitten kaum geeignet.
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Die Leistung der Impulsbelastung kann beispielsvveise durch Erhöhung
des Anfangsdruckes der der Seele des Gaskanonenrohres zugeführten Gasladung gesteigert
werden. Der Anfangsdruck kann aber nicht größer als der im Fluidum bestehende hydre#tatisclie
Druck
sein, welcher der Tauchtiefe-des Auslaufs des GasEanonenrohres proportional ist.
Die Erfhöhung der Tauchtiefe des Auslaufs des Gaskanonenrohres führt aber zur unvertretbaren
Yergrcs berung der Höhe der Einrichtung zum Du-rchführen des bekannten Verfahrens.
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Es ist eine Einrichtung zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens
bekannt, welche eine Wanne zum Eintauchen der Matrize soe eine an der wanne befestigte
Stütze enthält, an weicher ei Konsolträger der Gaskanone befestigt ist.
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Die Gaskanone weist ein Rohr mit der Axialseele und dem Aus lauf
an der Frontstirnflache, Kanäle für die Zuführung des Gasgemisches der Axialseale
sowie eine Zündvorrichtung auf.
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Mit der bekannten Einrichtung lassen sich aber Werkstücke aus schwerverformbaren
Stoffen, darunter auch Groß- und Formteile, wegen der geringen Energiekapazität
der Gaskanone nicht umformen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Gaskanone
sowie eine Einrichtung mit einer Gaskanone zu entwickeln, welche eine Leistungssteigerung
der Impulsbelastung und somit eine Erweiterung des Spektrums der Umformteile bei
minimalem Materialaufwand sicherstellen, ohne daß dabei die Höhe der Einrichtung
vergrößert wird.
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Dicsc Aufgabe wird crfindungsgerna-#ß bei einem Verfahren der gattungsgemäßen
Art dadurch gelöst, daß der Anfangsdruck der Gasladung in der Seele des Rohres der
Gaskanone größer als der in dem Fluidum herrschende hydrostatische Druck ist.
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Vorteilhaft ist es, daß das Druckgefälle zwischen dem Anfangsdruck
in der Seele des Rohres der Gaskanone und dem im Fluidum herrschenden hydrostatischen
Druck 1-105 bis 1-103 N/m2 beträgt.
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Vorteilhaft ist es ferner, daß der im Vergleich zu dem im Fluidum
herrschenden hydrostatischen Druck größere Anfangsdruck der Gasladung in der Seele
des Rohres der Gaskanone durch kurzzeitiges Schließen der Mündung der Seele des
Rohres der Gaskanone erzeugt wird.
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Der im Vergleich zu dem im Fluidum herrschenden hydrostatischen Druck
größere Anfangsdruck der Gas ladung in der Seele des Gaskanonenrohres kann vorteilhafterweise
auch durch Erhöhung des Staudruckes des Gasgemisches auf die Gaskanonenrohrwandung
erzeugt werden, was durch eine stoßweise Zuführung des Gasgemisches in Richtung
vom Rohrauslauf in das Innere der Seele des Gaskanonenrohres sichergestellt wird.
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Die Luftdruckwelle, die beim Gasausstoß aus der Gaskanone mit einem
im Vergleich zu dem im Fluidum herrschenden hydrostatischen Druck größeren Anfangsdruck
in der Rohrseele entsteht, wird beim schrittweisen örtlichen Umformen von langgestreckten
Rohlingen vorteilhafterweise unter einem Winkel zum Rohling auf das umzuformende
Rohlingsteil gerichtet.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einer Gaskanone
zur Durchführung des Verfahrens, welche ein Rohr mit der Axlalseele, sowie eie Mündung
oder einen Auslauf im Rereich der Frontstirnfläche sowie Kanäle für die Zufuhr des
Gasgemisches der Axialseele sowie einer im hinteren Teil des Rohres eingebauten
Zündvorrichtung aufweist, dadurch gelöst, daß der Auslauf oder die Mündung der Seele
des Rohres mit
einer Membrane abgedichtet ist, welche von den Explosionsprodukten
beim Gasausstoß durchbrochen wird. Die Membrane sichert die Erzeugung eines im Vergleich
zu dem in dem Fluidum herrschenden hydrostatischen Druck größeren Anfangsdruckes
der Gasladung.
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Gemäß einer Ausführungsvariante kann die Membrane als Hohlflasche
ausgebildet sein, welche eine auf den Auslauf des Gaskanonenrohres gerichtete öffnung
aufweist. Eine derartige Ausführung eignet sich für das Umformen von zylinderförmigen
Werkstücken aus schwerverformbaren Legierungen besonders gut, da durch die als Flasche
ausgeführte Membrane die Energiekapazität der Gaskanone erhöht wird.
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Bei einer anderen Ausführungsvariante ist die Membrane als ein Band
ausgebildet, dessen Breite größer als der Durchmesser der Rohrseele ist.
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Am Rohr der Gaskanone kann zweckmäßigerweise ferner eine Umspulvorrichtung
für das Band angebaut sein, die eine Lauf- und eine Aufnahmerolle besitzt, welche
an diametral gegenüberliegenden Rohrseiten angeordnet ist. Das Band wird dabei gegen
Verschiebungen während des Umspulens vorteilhafterweise durch Führungen gesichert.
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Dadurch läßt sich die Erzeugung der Gasladung in der Gaskanone nach
jedem Umformzyklus automatisieren.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einer Gaskanone,
enthaltend ein Rohr mit einer Axialseele, sowie einem Auslauf an der Frontstirnfläche,
Kanälen für die Zufuhr des Gasgemisches zu der Axialseele sowie einer Zündvorrichtung
im
hinteren Teil'des Rohres erfindungsgemäß auch dadurch gelöst,
daß die Kanäle für die Zufuhr des Gasgemisches an der geöffneten Frontstirnfläche
des Rohres angeordnet und unter einem spitzen Winkel zur Achse des Rohres auf das
hintere Teil des Rohres gerichtet sind.
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An der Frontstirnfläche des Rohres kann gemäß einer vorteilhaften
Ausführungsvariante ein steckbarer Druckstutzen be-Jestigt sein, wodurch die Neuverteilung
der Impulsbelastung über die Oberfläche des Rohlings sowie die Steuerung der Belastungsgröße
sichergestellt werden.
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Der Druckstutzen kann dabei als Flachring ausgebildet sein, dessen
Innendurchmesser dem Innendurchmesser der Rohrseele entspricht, wodurch die gleichmäßige
Belastungsverteilung über die Rohlingsfläche sichergestellt ist.
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Der Druckstutzen kann ferner als Lochscheibe ausgebildet sein, wodurch
die Senkfläche der Membrane verringert und der Anfangsdruck des Gasgemisches in
der Gaskanone bei gleichbleibenden Abmessungen erhöht wird. Eine größere Energiekapazität
der Gaskanone ist somit sichergestellt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante wird der Druckstutzen als
ein Rohransatz ausgebildet, dessen Innendurchmesser dem Durchmesser der Rohrseele
entspricht.
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Beim Einsatz eines zylinderförmigen Druckstutzens ist ein Umformen
von rohrförmigen Rohlingen möglich.
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Dabei kann der Druckstutzen in Radialrichtung gekrümmt ausgebildet
werden, wodurch ein Umformen von ungleichförmigen Rohrrohlingen
ermöglicht
wird, da die Impulsbelastung auf den Rohling unmittelbar in der Umformzone einwirkt.
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Durch die Ausführung des Druckstutzens in Form eines Diffusors wird
die gleichmäßige Belastungsverteilung über die Gesamtfläche des Flachrohlings in
der Umformzone sichergestellt.
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Im Diffusor kann eine ringförmige Kegeltrennlasche eingebaut werden,
welche den Diffusorkanal in eine Zentral- sowie in eine Randzone unterteilt, wodurch
die Impulsbelastung über die Oberfläche des Flachrohlings in der Umformzone neu
verteilt und die Wirkzone der gleichmäßig verteilten Impulsbelastung vergrößert
wird.
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Bei einer anderen Ausführungsvariante ist der Druckstutzen als Druckbüchse
ausgebildet, deren Innendurchmesser den Rohrdurchmesser mehr als um das Dreifache
überschreitet.
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In den Druckstutzenwänden können ferner Dränageöffnungen angeordnet
werden, durch welche die Luftschicht aus dem Membrandruckstutzen beseitigt wird,
welche die dynamische Belastung im Druckstutzen vermindert. Vorteilhafterweise können
die Dränageöffnungen in den Druckstutzenwänden als in versetzter Ordnung über die
Druckbüchsenhöhe verteilte Querschlitze ausgeführt werden.
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Der Druckstutzen kann ferner mit einem Antrieb zu dessen Andrücken
an die Frontstirnfläche des Rohres, z.B. einem am Rohr befestigten Kraftzylinder,
versehen werden, wodurch das selbsttätige Abdichten des Auslaufes des Gaskanonenrohres
nach jedem Umformzyklus ermöglicht wird.
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Bei einer Einrichtung zum Umformen von Werkstücken durch
Impulsbelastung
unter Verwendung einer beliebigen oder einer der vorstehend beschriebenen Gaskanonen,
mit einer Wanne für das Fluidum, in welche die Matrize eingetaucht ist, sowie einer
in der Nähe bzw. an der Wanne aufgestellten Stütze, an welcher ein Konsolträger
der Gaskanone befestigt ist, wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die Gaskanone mittels eines Wagens am Konsolträger befestigt
ist, und der Wagen am Konsolträger in dessen Längsrichtung verstellbar ist, daß
im Konsolträger Bohrungen für die Sicherung des Wagens durch einen Einsteckstift
ausgebildet sind, und der Konsolträger um die Stütze schwenkbar aufgestellt ist,
sowie einen Rastfinger aufweist, und daß an der Stütze ein Flansch mit mehreren
in Reihe angeordneten Bohrungen für die Einführung des Rastfingers befestigt ist.
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Vorteilhafterweise ist die Gaskanone am Wagen mittels eines in Vertikalebene
schwenkbaren Halters befestigt. Dadurch wird ein genaues Positionieren des Gaskanonenrohres
über der Umformzone beim Umformen von Großformteilen erreicht.
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Bei einer Einrichtung mit einer Gaskanone der oben beschriebenen Art
ist es zweckmäßig, daß die Einrichtung ein Antriebshubwerk aufweist, das Tragfüße
besitzt, auf die sich die Matrize abstützt, wobei die Tragfüße mit dem bewegbaren
Glied der Stütze starr verbunden sind und die Stütze als Teleskoprohr ausgeführt
ist.
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Dadurch wird die bauliche Gestaltung der Einrichtung vereinfacht,
da das Herausziehen des Gaskanonenrohres und das Heben der Matrize aus dem Flüssigkeitsbehälter
von einem gemeinsamen Antrieb ausgeführt werden können.
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Die Erfindung. wird nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele
näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Figur 1 eine erfindungsgemäße
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, Figur 2 eine erfindungsgemäße Einrichtung
nach Figur 1 mit einer Vorrichtung für das kurzzeitige Abschließen des Auslaufes
des Gaskanonenrohres, Figur 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Erzeugung der Gasladung durch Staudruck, Figur 4 eine schematische Darstellung,
welche den erfindungsgemäßen Vorgang des schrittweisen Umformens erläutert, Figur
5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Gaskanone mit einer Membrane,
Figur 6 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Gaskanone mit einer
als Flasche ausgebildeten Membrane, Figur 7, 8, 9 und 10 eine schematische Darstellung
möglicher Flaschenformen, Figur 11 und 12 eine schematische Darstellung nach Figur
1 mit einer als ein Band ausgeführten Membrane, Figur 13 eine schematische Darstellung
der erfindungsgemäßen Gaskanone mit einer Umspulvorrichtung für ein Band, Figur
14 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Gaskanone mit einem Flachdruckstutzen
und Kraftzylindern, Figur 15 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Gaskanone mit einem als breiter Flachring ausgeführten Druckstutzen, Figur 16 eine
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Gaskanone mit einem als Lochscheibe
ausgeführten Druckstutzen,
Figur 17 und 18 eine schematische Darstellung
der erfindungsgemäßen Gaskanone mit einem als zylinderförmigen Rohransatz ausgeführten
Druckstutzen, Figur 19 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Gaskanone
mit einem als Diffusor ausgeführten Druckstutzen, Figur 20 eine schematische Darstellung
gemäß Figur 19 mit einer im Diffusor eingebauten Kegeltrennlasche, Figur 21 eine
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Gaskanone mit einem als Druckbüchse
ausgeführten Druckstutzen, Figur 22 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Einrichtung mit einer Gaskanone für das Umformen von Werkstücken durch die Impulsbelastung,
Figur 23, 24 und 25 Teile der Einrichtung für das Umformen von Werkstücken durch
Impulsbelastung.
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In Figur 1 sind eine Gaskanone 1 und eine Wanne 2 mit einem Fluidum
3 gezeigt, in welches eine Matrize 4 mit einem Blechrohling 5 eingetaucht ist. Die
Gaskanone 1 weist ein Rohr 6 mit einer Axialseele 7 auf.
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Der Auslauf 8 des Rohres 6 ist in das Fluidum 3 eingetaucht.
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Die Einrichtung enthält ferner Kanäle 9 für das Zuführen des Gasgemisches
und eine Zündvorrichtung 10, die im hinteren Teil des Rohres 6 eingebaut ist. Die
Erzeugung eines größeren Anfangsdruckes der Gas ladung in der Seele 7 des Rohres
6 kann auf unterschiedliche Weise sichergestellt werden, was nachstehend näher erläutert
wird, Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Umformen von Werkstükken durch Impulsbelastung
wird die Matrize 4 mit dem Blechrohling 5 in der Wanne 2 (s. Figur 1) mit einem
Fluidum 3 angeordn
#t. In das Fluidum 3 wird in der Umformzone
über dem Rohling 5 der Auslauf bzw. die Mündung 8 des Rohres 6 der Gaskanone 1 eingetaucht.
Anschließend wird das Gasgemisch der Axialseele 7 des Rohres 6 der Gaskanone 1 zugeführt.
Dabei wird mit Hilfe von Sondervorrichtungen, die nachstehend näher erläutert werden,
ein im Vergleich zu dem im Fluidum bestehenden hydrostatischen Druck um 1s105 bis
1-103 N/m2 größerer Anfangsdruck der in der Seele 7 des Rohres 6 gebildeten Gasladung
erzeugt. Als explosives Gasgemisch können Gemische wie Wasserstoff-Sauerstoff-,
Methan-Sauerstoff-, Propan-Sauerstoff-, Azetylen-Sauerstoff-, Propan-Luft-Gemisch
u.ä., verwendet werden.
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Nachdem die Axialseele 7 der Gaskanone 1 mit Gasgemisch gefüllt ist,
wird dieses mit Hilfe der Zündvorrichtung 10, z.B.
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einer elektrischen Zündkerze, gezündet.
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Bei der Gasverbrennung in der Axialseele 7 des Rohres 6 erfolgt eine
Detonation. Von der infolge der Gasgemischexplosion entstehenden Luftdruckwelle
im Fluidum 3 wird die Impulsbelastung erzeugt, welche sich aus der Stoßwelle und
dem Flüssigkeitsstrom zusammensetzt, die auf den Rohling 5 einwirken und diesen
in die Matrize 4 einformen.
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Somit dient das die Wanne füllende Fluidum 3 als Medium, welches die
infolge der Explosion der Gasladung entstehende Impulsbelastung auf den Rohling
5 überträgt. Es ist empfehlenswert, als Fluidum - sauerstoffbezogen - inaktive Flüssigkeiten
zu verwenden, da der Sauerstoff eine Komponente des Gasgemisches ist. Als Fluidum
können Wasser, wässrige Glyzerinemulsionen, Glyzerin u.ä. Flüssigkeiten, verwendet
werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich dank der Erzeugung
des im Vergleich zu dem im Fluidum 3 bestehenden hydrostatischen Druck größeren
Anfangsiruckes der Gasladung in der Seele 7 des Rohres 6 der Gaskanone 1 beliebige
Werkstücke aus schwerverformbaren Blechausschnitten, darunter auch Großformteile,
umformen, ohne daß dabei die Höhe der Einrichtung zur Durchführun4des Verfahrens
vergrößert wird.
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Folgende Beispiele bestätigen das Obengesagte: Beisniel 1 Für das
Umformen von Halbkugelteilen (s. Fig. l) aus Aluminiumlegierung, beispielsweise
AMUM, mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Dicke von 2 mm ist ein Impulsdruck
auf den Rohling von ca. l50.l0# N/m erforderlich. Der erforderliche Druck kann bei
einem Anfangsdruck PA des Gasgemisches (z.B.
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Propan-Sauer'stoffGemisch) von 4.105 N/m2 sowie einer Tauchtiefe
h
des Rohres 6 der Gaskanone von 0,5 m in dem die Impuisbelastung übertragenden Fluidum
(Wasser) erzeugt werden, dessen hydrostatischer Druck P. 5 ~ 103 N/m2 beträgt.
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Beispiel 2 Für das Umformen von Halbkugelteilen (5. Fig. 1) aus nichtrostendem
Stahl Xl8H9T mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Dicke von 1,2 mm ist ein
Impulsdruck auf den Rohling von ca.
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260. 105 N/m² erforderlich. Der erforderliche Druck kann bei einem
Anfangsdruck PA des Gasgemisches (z.B. Azetylen-Sauenstoff--Gemisch) von 6,5 105
N/in2 und einer Tauchtiefe h des Rohres 6 der Gaskanone von 0,5 m in dem die Impulsbelastung
übertragenden Fluidum (Wasser) erzeugt werden, dessen hydrostatischer Druck Ph,
5 ~ 103 N/m2 beträgt.
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Beispiel 3 Für das Umformen von Halbkugelteilen (s. Fig. 1) aus Aluminiumlegierung
(AMUM) mit einem Durchmesser vom 300 mm und einer Dicke von 2 mm ist ein Impulsdruck
auf den Rohling von ca.
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-150 ~ 105 N/m2 erforderlich. Der erforderliche Druck kann bei einem
Anfangsdruck PA des Gasgemisches (z.B. Azetylen-Sauerstoff--Gemisch) von 3 ~ 105
N/m2 sowie einer Tauchtiefe h des Rohres 6 der Gaskanone von 0,5 m in dem die Impulsbelastung
übertragenden Fluidum (Wasser) erzeugt werden, dessen hydrostatischer Druck PhS
5 s 103 N/m# beträgt.
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hs Beispiel 4 Für das Umformen von Halbkugelteilen (s. Fig. 1) aus
nichtrostendem Stahl (z.B. X18H9?) mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Dicke
von 1,2 mm ist ein Impulsdruck auf den Rohling von ca. 260.. 103 N/m2 erforderlich.
Der erforderliche Druck
kann bei einem Anfangsdruck PA des Gasgemisches
(z.I3. Azetylen--Sauerstoff-Gemisch) von 5,5 ~ 105 Njm2 und einer Tauchtiefe h des
Rohres 6 der Gaskanone von 0,5 m in dem die Impulsbelastung Ubertragenden Fluidum
(Wasser) erzeugt werde, dessen hydrostatischer Druck P 5 ~ 103 N/m2 beträgt.
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Beispiel 5 Für das Umformen von schachtelförmigen Teilen mit den
Abmessungen von 300 x 400 x 25 mm aus Aluminiumlegierung (AMUM) mit einer Dicke
von 2 mm ist ein Impulsdruck auf den Rohling von ca. 240 ~ 105 N/m2 erforderlich.
Der erforderliche Druck kann bei einem Anfangsdruck PA des Gasgemisches (Propan-Sauerstoff-Gemisch)
von 6 ~ 105 N/m2 und einer Tauchtiefe h des Rohres 6 der Gaskanone von 0,5 m in
dem die Impulsbelastung übertragenden Fluidum (Wasser) erzeugt werden, dessen hydrostatischer
Druck Phs 5 . 10³ N/m2 scher Druck Phs 5 . 10³ N/m³ beträgt.
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Beispiel 6 Für das Umformen von schachtelförmigen Teilen mit den
Abmessungen von 300 x 400 x 25 mm aus nichtrostendem Stahl (zsB.
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Xl8H9T) mit einer Dicke von 1,2 mm ist ein Impulsdruck auf den Rohling
von ca. 480 k 10 5 N/m2 erforderlich. Der erforderliche Druck kann bei einem Anfangsiruck
PA des Gasgemisches (Propan--Sauerstoff-Gemisch) von 12 * 105 N/m2 und einer Tauchtiefe
h des Rohres 6 der Gaskanone von 0,5 m in dem die Impulsbelastung übertragenden
Fluidum (Wasser) erzeugt erden, dessen hydrostatischer Druck p 5 ~ lO³ N/m2 beträgt.
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Beispiel 7 Für das Umformen von schachtelförmigen Teilen mit den
Abmessungen von 300x400x25 mm aus Aluminiumlegierung (AMUM) mit
einer
Dicke von 2 mm ist ein Impulsdruck auf den Rohling von ca. 240 2 in5' N/m2 erforderlich.
Der erforderliche Druck kann bei einem Anfangsdruck PA des Gasgemisches (Azetylen-Sauerstoff-Gemisch)
von 5 v 105 N/m2'und einer Tauchtiefe h des Rohres 6 der Gaskanone von 0;5 m in
dem die Impulsbelastung übertragenden Fluidum (Wasser) erzeugt werden, dessen hydrostatischer
Druck Ph;3 5 ~ 1,3 Njm2 beträgt.
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Beispiel 8 Für das Umformen von schachtelförmigen Teilen mit den
Abmessungen von 300x400x25 mm aus nichtrostendem Stahl X18E9T mit einer Dicke von
1,2 mm ist ein Impulsdruck auf den Rohling von ca. 480 2 105 N/m2 erforderlich;
Der erforderliche Druck kann bei einem Anfangsdruck PA des Gasgemisches (Azetylen-Sauerstoff--Gemisch)
von 12 ~ 105 N/m2 und einer Tauchtiefe h des Rohres 6 der Gaskanone von 0,5 m in
dem die Impulsbelaatung übertragenden Fluidum (Wasser) erzeugt werden, dessen hydrostatischer
Druck Ph, 5 ~ 103 N/m2 beträgt.
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Der im Vergleich zu dem im Fluidumherrschenden hydrostatischen Druck
größere Anfangsdruck der Gasladung wird durch kurzzeitiges Schließen des Auslaufs
8 der Seele 7 des Rohres 6 der Gaskanone 1 mit Hilfe einer Sondervorrichtung 11
(s. Fig. 1) erzeugt, welche nachstehend näher erläutert wird.
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In einer anderen Ausführung des Verfahrens (s. Fig. 3) wird der im
Vergleich zu dem im Fluidum herrschenden hydrostatischen Druck größere Anfangsdruck
der Gasladung durch Erhöhung des Staudruckes des Gasgemisches auf die Wandung der
Seele 7 des Gaskanonenrohres 6 erzeugt. Die Erhöhung des Staudruckes wird durch
stoßweise Zuführung des Gasgemisches in Richtung vom Rohraus
lauf
8 über die Kanäle 9 in das Innere des Rohres 6 der Gaskanone 1 erreicht..
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Beim schrittweisen örtlichen Umformen von langgestreckten Rohlingen
5 (s. Fig. 4) wird die Buftdruckwelle 12 unter einem Winkel zum Rohling 5 auf den
umzuformendenRohlingsabschnitt 13 gerichtet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Hilfe einer Gaskanone l (s.
Fig. 5) durchgeführt werden, welche ein Rohr 6, eine Axialseele 7 mit dem Auslauf
8 an der Frontstimfläche, Kanäle 9 für die Zufuhr des Gasgemisches zu Ser Axialseele
7,sowie eine Zündvorrichtung 10 enthält, welche im hinteren Teil des Rohres 6 eingebaut
ist. Der Auslauf 8 der Seele 7 des Rohres 6 der Gaskanone 1 wird mit einer Sondervorrichtung
11 - einer Membrane abgedichtet, welche beim Gasausstoß von den Explosionsprodukten
durchbrochen wird. Die Membranell kann aus Polyäthylen, Polyvinylchlorid, Rapron
und anderen elastischen Stoffen hergestellt sein.
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Für die Erhöhung der Energiekapazität der Gaskanone 1 kann die Membrane'11-.ais.
Hohlflasche (s. Fig. 6 bis 10) mit einer dem Auslauf 8 des Rohres 6 der Gaskanone
1 zugekehrten Offnung ausgeführt werden. Die Flasche 11 kann zylinder- (Fig. 7 und
8), kugel- (Fig. 9) bzw, kegelförmig (Fig. 10) sein.
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Nach einer anderen kasführungsvariante (Fig. 11 und 12) ist die--Membrane
11 als -- - Band ausgeführt, dessen Breite grös -'ser als der Durchmesser des Rohres
6 ist.
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Für das Umspulen des Bandes ist am Rohr 6 eine Umspulvorrichtung
befestigt, welche eine Lauf- (14) und eine Aufnahmerolle (15) aufweist, die an diametral
gegentberliegenden
Seiten des Rohres 6 angeordnet sind. Die Vorrichtung
ist zur Sicherung des Bandes vor Verschiebung während des Umspulens mit Führungen
versehen (nicht gezeigt).
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Dadurch wird ein schnellesMembranauswechseln bei mehrfacher Wiederholung
des Betriebszyklus der Gaskanone erreicht.
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Für die Erzeugung des im Vergleich zu dem im Fluidum bestehenden
hydrostatischen Druck größeren Anfangsdruckes des Gasgemisches durch Erhöhung des
Staudruckes des genannten Gasgemisches ist eine Ausführung möglich, nach welcher
die Kanäle 9 (Fig. 3) der Gaskanone an der geöffneten Frontstirnfläche des Rohres
6 ausgeführt und unter einem spitzen Winkel auf dessen hinteres-Teil gerichtet sind.
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In einer weiteren Ausführung (Fig. 14) wird an der Frontstirr fläche
des Rohres 6 der Gaskanone 1 ein steckbarer Druckstutzen 16 zur Sicherung der MembranDsowie
Neuverteilung und Steuerung der Größe der Impulsbelastung befestigt.
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Die Form des Druckstutzens 16 kann unterschiedlich sein, wie diesin
Fig. 14 bis 21 gezeigt ist.
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Nach einer weiteren möglichen Ausführung (Fig.--14 und 15) kann der
Druckstutzen als -- Flachring ausgeführt seint dessen Innendurchmes ser dem Innendurchmesser
der Seele 7 des Rohres 6 entspricht.
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Der Außendurchmesser kann dabei gleich oder größer als der Außendurchniesser
des Rohres sein.
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Um die Senkfläche der Membranell zu verkleinern, kann der Druckstutzen
16 als eine Lochscheibe mit Löchern 17 (Fig. 16) ausge bildet werden.
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Für das Umformen von rohrförmigen Rohlingen wird der Druckstutzcn
16 in Form eines Zylinders ausgebildet (Fig. 17).
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Für das Umformen von ungleichförmigell Rohrrohlingon wird ein Druckstutzen
16 in Form eines in Radialrichtung gekrümmten Rohransatzes eingesetzt (Fig. 18).
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Der Druckstutzen 16 kann ferner als Diffusor (Fig. 19) ausgeführt
werden, wodurch die gleichmäßige Belastungsverteilung über die Oberfläche des Rohlings,
insbesondere eines Flachrohlings in der Umformzone sichergestellt'wird.
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Für die Neuverteilung der Impulsbelastung über die Oberfläche des
Flachrohlings ist eine Ausführung möglich, nach welcher im Diffusor eine ringförmige
Kegeltrennlasche 18 eingebaut wird, welche den Diffusorkanal in eine Zentral --
und die Randzone (Fig. 20) teilt.
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Wie es in Fig. 21 gezeigt ist, kann der Druckstutzen 16 als Druckbüchse
ausgeführt werden, deren Innendurchmesser den Durchmesser des Rohrauslaufs mehr
als um das Dreifache überschreitet, wodurch die Erweiterung der Wirkbelastungszone
möglich wird.
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Wieln den Fig. 17, 18, 19 und 20 gezeigt i5t,können' im Druckstutzen
16 Dränageöffnungen 19 zur Beseitigung der Luftschicht im Druckstutzen 16 in der
Nähe der Membranell ausgeführt sein, durch welche die Leistung der Impulsbelastung
herabgesetzt wird.
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Es ist von Vorteil, die Dränageöffnungen 19 in den Wunden der Druckbüchse
(Fig. 21) als in versetzter Ordnung über die Höhe der Druckbüchse verteilte Querschlitze
auszuführen.
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Zum Andrücken des Druckstutzens 16 an die Frontstirnfläche des Rohres
6 ist in der Gaskanone 1 ein Andrückantrieb 20, beispielsweise ein Kraftzylinder,
vorgesehen, welcher am Rohr 6 (Fig. 14) befestigt ist.
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Die-Einrichtung mit einer Gaskanone für das Umformen von Werkstücken
durch die Impulsbelastung (Fig. 22) enthält nach einer beliebigen der-vorstehend
beschriebenen Ausführunsvarianten eine Wanne 2 für die Flüssigkeit, in welche die
Matrize 4 eingetaucht wird,sowieeine in der Nähe der Wanne aufgestellte Stütze 21,
an welcher ein Konsolträger 22 der Gaskanone 1 angeordnet ist. Die Gaskanone 1 ist
am Konsolträger 22 mit Hilfe eines Wagens 23 angebracht, der am Konsolträger 22
in Längsrichtung verschiebbar aufgestellt ist.
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Im Konsolträger 22 sind Bohrungen 24 für die Sicherung des Wagens
23 mittels eines Einsteckstiftes (inder Zeichnung nicht-gezeigt) anqeorene. Dabei
ist der Konsolträger 22 um die Stütze 21 schwenkbar befestigt, an we#lcher ein Flansch
25 mit mehreren in Reihe angeordneten Rastbohrungen 26 (Fig. 23) für die Einführung
eines Rastfingers 27 (Fig. 24) aufgestellt ist, der am Konsolträger 22 angeordnet
ist.
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Die Gaskanone l'kann am Wagen 23 mit einem in Vertikalebene schNXenkbaren
Halter 28 (Fig. 22) befestigt werden. Dadurch wird das schrittweise Umformen von
Großteilen durch genaues Positionieren der Gaskanone über dem Rohling ermöglicht#.
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Wie es in Fig. 25 gezeigt ist, weist die Einrichtung ein Antriebshubwerk
auf, welches in Form von Tragfüßen 29 ausgeführt ist, die sich die Matrize abstützt
und die mit dem bewegbaren Glied 30 der als ein Teleskoprohr ausgeführten Stütze
21 starr verbunden sind.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung für das Umformen von Werkstücken
durch die Impulsbelastung und der in der Einrichtung eingesetzten Gaskanone ist
nun-folgende:
Die Gaskanone l (Fig. 22) wird vor dem Umformen über
dem Rohling 5 in der Umformzone positioniert. Dabei wird die Gaskanone beim Umformen
von langgestreckten Werkstücken nach Jedem Arbeitszyklus in die nächstfolgende Umformzone
durch Schwenk-en des Konsolträgers 22 um die Stütze 21 sowie Verstellung des Wagens
23 mit der Gaskanone 1 am Konsolträger 22 verstellt.
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Nach dem Positionieren der Gaskanone 1, deren Auslauf 8 durch die
Membran 11 mit Hilfe der Kraftzylinder 20 abgedichtet ist, in der Umformzone, wird
der Seele 7 des Gaskanonenrohres 6 (Fig. 14) über die Kanäle 9 das explosive Gasgemisch
zugeführt, bis in der Gaskanone der vorgegebene Anfangsdruck erzeugt wirds Das Gasgemisch
wird dann durch die Zündvorrichtung lOgezündet. Von den Explosionsprodukten wird
die Membran#durchbrochen und die Impulsbelastung im Fluidum 3 erzeugt, welche auf
den Rohling 5 einwirkt und diesen in die Matrize 4 e-informt.
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Vor dem nächsten Arbeitszyklus wird die als ein Ring bzw.
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Flasche ausgeführte Membrane -ausgewe'chselt.
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Falls die Membrane als Band ausgeführt ist 7 wird das Band mit Hilfe
einerUmspulvorrichtung umgespult.
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In der Gaskanone wird die Membran mit Hilfe des Druckstutzens 16
befestigt, dessen Ausführung je nach den Abmessungen und der Form der umzuformenden
Teile gewählt wird.
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Der im Vergleich zu dem im Fluidum bestehenden hydrostatischen Druck
größere Anfangsdruck der Gasladung wird durch stoßweise Zuführung der Gasgemischkomponenten
über die an der Frontstii:nfläche des Rohres angeordneten Kanäle 9 sowie gleichzeitiges
Zünden des Gasgemisches erzeugt.
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Das fertige Teil wird durch gleichzeitiges Heben der Matrize 4 und
der Gaskanone 1 mit dem Konsolträger 22 mittels des Hubwerkes herausgenommen, das
in Form von Füßen 29 ausgeführt ist, welche mit dem bewegbaren Glied 30 der als
Teleskoprohr ausgeführten Stütze 21 starr befestigt sind.