DE3121126C1

DE3121126C1 - Einrichtung zur superplastischen Verformung

Info

Publication number: DE3121126C1
Application number: DE19813121126
Authority: DE
Inventors: Karl 8011 Siegertsbrunn Regnat; Martin 8019 Assling Voglsinger
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1981-05-27
Filing date: 1981-05-27
Publication date: 1983-01-27

Description

Die linke Seite der Fig. 1 zeigt ein entsprechend dem Winkel os aufgebogenes Randprofil 3, das über ein entsprechend geformtes Druck- und Distanzstück II an die Randschenkel la, 5a gedrückt und fixiert ist. Die rechte Seite der F i g. 1 zeigt eine Randausbildung dergestalt, daß das Druck- und Distanzstück II je ein Verstärkungsblech 4 an die Randschenkel preßt und fixiert. Durch das bekannte Druck- und Diffusionsverfahren werden nun sowohl das Randprofil 3 als auch die Verstärkungsbleche 4 mit den Deckblechen 5 und 1 verbunden. Hierzu ist in dem Rahmen III eine zentrale Druckgasleitung hindurchgeführt, die in den von dem Rahmen III, den Druckwerkzeugen I und den Druck-und Distanzstücken II gebildeten umlaufenden Kanal 6 den erforderlichen Verformungs- und Verschweißungsdruck mittels des einzubringenden Gases ermöglicht.
Gleichzeitig werden über die sog. Bedruckungskanäle 9 und die Vakuumeinrichtung 7 die Sickenbildung des Titanbleches 2 ermöglicht, wobei dieses ebenfalls im Bereich der Sicke 8 bzw. in deren Raum eine Diffusionsverscheißung mit den Deckblechen 5 oder 1 erfährt. Diese Gasdruckkanäle 9 sind im Druckwerkzeug I jeweils im zentralen Mittenbereich der jeweils vorgesehenen Sickenräume 8 angeordnet. Diese Gasdruckkanäle münden in Deckblechlöcher 11 im Werkzeug I und gewährleisten so die Entlüftung der Druckkanäle 9.
Die Druck- und Distanzstücke II fixieren, wie schon angeführt, die Deckbleche 1,5 und die Randprofile bzw.
Verstärkungen 3, 4 und bringen den Druck für die Schweißung der Randprofile über querschnittsverkleinernde Radien 10 an den Stoßstellen zwischen den horizontalen und vertikalen Flächen auf. Durch diese Radien 10 werden sog. Biegeweichstellen geschaffen, die einen einwandfreien Winkeltoleranzausgleich für die Randschenkel ermöglichen.
Durch diese vorbeschriebenen Maßnahmen ist nun einmal eine gleichzeitige Verformung und Schweißung einer Sandwichplatte und deren Randzonen ermöglicht, um hier Quer- und Normalkräfte aufzunehmen und zu übertragen. Die in den Figuren gezeigte zweischnittige Ausführungsform ermöglicht in einfacher und aufwandsloser Weise die Krafteinleitung auf zwei Ebenen.
Bei einer sog. einschnittigen Randausbildung können beispielsweise die beiden Randschenkel la, 5a zusammengebogen werden und mittels eines im jeweiligen gewünschten Winkel gebogenen Verstärkungsbleches diffusionsverschweißt werden, wobei das Werkzeug II natürlich die entsprechende Winkelform besitzen muß.
Durch diese Ausbildung ist in einfachster Weise die Fertigung eines kraftübertragenden Zwischengliedes für verschiedene Kraftangriffsebenen möglich geworden.
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Claims

Patentansprüche: 1. Einrichtung zur superplastischen Verformung von Metallblechen, insbesondere von Titanblechen, und gleichzeitiger Diffusionsverbindung mit Hilfe von Form-, Druck- und Heizelementen sowie einer Strömungsmifteldruckbelastung, die mit mindestens zwei beheizten Werkzeugteilen zum Heizen und Belasten dazwischengelegter Blechteile sowie mit Druckgaseinleitungs- und Entlüftungs- bzw. Absaugeöffnungen versehen ist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß zwischen den Randschenkeln (la, 5a) der in dem beheizbaren Werkzeug (1) angeordneten Deckbleche (1, 5) und dem zu verformenden Blech (2) je ein Randprofil (3) und/oder ein Verstärkungsblech (4) angeordnet sind, welche durch entsprechend geformte Druck- und Distanzstücke (II) in ihrer Lage und Winkelstellung a fixiert und durch einen Rahmen (III) mit einer zentralen Druckgaseinleitung (Z) ummantelt und gehalten sind, wobei über den vom Rahmen (III) und den Druckwerkzeugen (I) sowie den Druck- und Distanzstücken (II) gebildeten umlaufenden Kanal (6) der erforderliche Verformungs- und Schweißdruck durch Druckluft aufgebracht wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Verformung des Sandwichkernbleches (2) und der Deckbleche (1, 5) mit deren Randzonen (ta, 5a) ein durch den Werkzeugrahmen (III) in den Sickenraum (8) führendes Vakuumrohr (7) sowie Gasdruckkanäle (9) im Werkzeug (1) angeordnet sind.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck- und Distanzstücke (II) an den Stoßstellen zwischen den horizontalen und vertikalen Flächen mit querschnittsverkleinernden Radien (10) versehen sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur superplastischen Verformung von Metallblechen, insbesondere von Titanblechen, und gleichzeitiger Diffusionsverbindung mit Hilfe von Form-, Druck- und Heizelementen sowie einer Strömungsmitteldruckbelastung, die mit mindestens zwei beheizten Werkzeugteilen zum Heizen und Belasten dazwischengelegter Blechteile sowie mit Druckgaseinleitungs- und Enlüftungs- bzw. Absaugeöffnungen versehen ist.

Solche Einrichtungen sind beispielsweise aus der DE-OS 2544359 und 26 11 859 sowie der US-PS 3934441 bekanntgeworden. Hierdurch werden unter Zuhilfenahme von teils integral erhitzten Formwerkzeugen die Superplastizität von Titan ausgenützt, um Sandwichplatten in den verschiedensten Formen bzw.

mit den verschiedensten Kernquerschnitten herzustellen, wobei die Verformung und die »Verschweißung« nach dem Diffusionsprinzip in einem Arbeitsgang bewerkstelligt werden.

Da unter einigen anderen Werkstoffen insbesondere Titan, die Eigenschaft der Superplastizität, also eine überdurchschnittliche Zugdehnfähigkeit - ohne hierbei eine große Querschnittsverminderung herbeizuführen ~aufweist, eignet sich dieser Werkstoff besonders zur Herstellung von Sandwichbauelementen, wie sie gerade im Flugzeugbau, aufgrund des leichten Gewichts und hoher Temperaturbeständigkeit bei größter Oberfläche besonders geeignet sind. Diese bekannten Verfahren und Einrichtungen haben sich dem Grunde nach sehr gut bewährt. Nur ein Problem ist bisher nicht gelöst worden, nämlich die Ränder der geformten Elemente für einen relativ hohen Quer- und Normalkraftanschluß auszubilden. Aufgrund der Tatsache, daß insbesondere Titan und seine Legierungen sehr empfindlich gegenüber Verunreinigungen durch die atmosphärische Luft in erwärmtem Zustand sind, wurden bisher nur solche Elemente geformt, bei denen die Randkanten mitverschweißt wurden und die nur eine Deckblechanschlußebene haben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der in einfacher und aufwandsarmer Weise gleichzeitig mit der Sandwich-Titanplatteflherstellung die Randzonen der Sandwichplatten zur Quer-und Normalkraftaufnahme in zwei Ebenen ausgebildet sind. Diese Möglichkeit hat der Stand der Technik bisher noch nicht erkannt.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst und die Lösung nach Maßgabe der Ansprüche 2 und 3 weitergebildet.

Die Erfindung ist nachfolgend am Beispiel einer zweischnittigen Ausführungsform beschrieben und erläutert sowie in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch die vorgeschlagene Anordnung im eingebauten Zustand, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 1, Fig.3 einen Schnitt entlang der Linie B-B gemäß gemäß Fig. 1.

In bekannter Weise wird ein verformtes Bauelement aus zwei Deckblechen 1, 5 sowie einem zu verformenden Titanblech 2, das dann den sog. Sandwichkern bildet, in bekannter Weise hergestellt. Nun soll aber diese Formplatte bzw. dieses Bauelement auch an seinen Außenrändern, insbesondere an denjenigen quer zum Sickenverlauf, zur Quer- und Normalkraftaufnahme ausgebildet werden. Dies kann nun in einem Arbeitsgang geschehen. Hierzu stehen die Deckbleche 1, 5 an ihren Rändern um einen Betrag vor und bilden die sogenannten Randschenkel 1 a, 5a. In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 ragen die Randschenkelpaare la, 5a beidseitig quer zum Sickenraum 8 vor. Diese Randschenkel können nun in einer Ebene mit den Oberflächen des Sandwichkernes liegen, wie es die rechte Seite der F i g. 1 veranschaulicht, oder sie können einen bestimmten Winkel a zur horizontalen Plattenebene einnehmen. Es sind auch verschiedene Winkelstellungen der einzelnen Randschenkel la, 5a möglich. Die linke Seite der F i g. 1 zeigt eine Ausbildung mit einem gleichen Winkel os der einmal positiv und einmal negativ zur Horizontalen angesetzt ist. Entsprechend der gewünschten Randausbildung ist nun das obere und untere Druckwerkzeug I ausgebildet. Dieses Druckwerkzeug I ist nun von einem Rahmen III fest ummantelt und eingespannt. Ehe aber der Rahmen diese Druckwerkzeuge I aufnimmt, werden zwischen die Randschenkel la, 5a je ein entsprechend geformtes Randprofil 3 und/oder Verstärkungsbleche 4 eingeführt.