DE3131931C2

DE3131931C2 - Process for superplastic molding

Info

Publication number: DE3131931C2
Application number: DE3131931A
Authority: DE
Inventors: C Howard Hamilton
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1980-05-16
Filing date: 1981-08-12
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2001-08-13
Also published as: FR2510437A1; FR2510437B1; DE3131931A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum superplastischen Formen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Verfahren ist bekannt aus der US-PS 3920175 oder der DE 25 44 359 A1.The invention relates to a method for superplastic molding according to the preamble of claim 1. Such a method is known from US-PS 3920175 or DE 25 44 359 A1.

Unter bestimmten Bedingungen können einige Materialien ohne Bruch plastisch verformt werden, und zwar über ihre normalen Grenzwerte hinaus. Diese Eigenschaft wird als "Superplastizität" bezeichnet. Das übliche Verfahren besteht darin, daß eine Platte des Materials in eine Form gelegt wird, daß das Material sodann auf eine Tem peratur erhitzt wird, bei der es Superplastizität zeigt, und daß sodann eine Seite der Platte mit einem Gasdruck beaufschlagt wird. Der angewendete Druck reicht aus, um das Material mit einer Dehnungsgeschwindigkeit zu deh nen, welche innerhalb des Superplastizitätsbereichs des bei der ausgewählten Temperatur verformten Materials liegt. Dieser Gasdruck erzeugt eine Zugspannung in der Ebene der Materialplatte, welche zu einer Streckung der Platte führt und zu einem Eindrücken derselben in die Ausnehmung der Form. Dieses Verfahren ist in der US-PS 4 181 000 der Anmelderin beschrieben. Das Verfahren wird in zunehmendem Maße zur Gewinnung verschiedenster Konfi gurationen von Metallstrukturen aus Titanblech für Luft fahrtzwecke verwendet.Under certain conditions, some materials be plastically deformed without breakage, namely over their normal limits. This property will referred to as "superplasticity". The usual procedure consists of a plate of the material in one Form is placed that the material then on a Tem temperature is heated at which it shows superplasticity, and that then one side of the plate with a gas pressure is applied. The pressure applied is sufficient to to stretch the material at an expansion rate which are within the superplasticity range of the material deformed at the selected temperature lies. This gas pressure creates a tensile stress in the Level of the material plate, which leads to an extension of the Plate leads and an impression of the same in the Recess of the shape. This procedure is described in the US patent 4 181 000 by the applicant. The procedure will increasingly to gain a wide variety of confi gurations of metal structures made of titanium sheet for air used for travel purposes.

Eine Vielzahl superplastischer Legierungen neigt zur Kavitation, d. h. zur Entwicklung interner Hohlräume während des Vorgangs des Formens unter superplastischen Bedingungen. Dieses Problem wurde einem Deformations mechanismus zugeschrieben, welcher auf Korngrenzflächen- Gleitvorgängen beruht und sowohl bei Kavitationserschei nungen als auch bei Superplastizität gemeinhin auftritt. Die Kavitation der meisten superplastischen Legierungen wurde auf die Initiierung von Teilchen zurückgeführt, welche an Korngrenzen existieren, an denen sich Hohl räume bilden, und zwar an den Teilchen-Matrix-Grenzflä chen. Diese Vorgänge finden während der fortschreitenden Verschiebungen an den Korngrenzen statt. Sobald einmal eine Keimbildung eingetreten ist, ver größern sich die Hohlräume mit fortschreitender Deforma tion. Schließlich kommt es zu einer Verbindung mehrerer Hohlräume und zu einem Versagen des Materials.A variety of superplastic alloys tend to Cavitation, d. H. for the development of internal cavities during the molding process under superplastic Conditions. This problem became a deformation mechanism attributed to which on grain interfaces Sliding processes are based and both in cavitation and superplasticity. The cavitation of most superplastic alloys was attributed to the initiation of particles which exist at grain boundaries at which hollow form spaces at the particle-matrix interfaces chen. These processes take place as the process progresses Shifts at the grain boundaries take place. As soon as once nucleation has occurred, ver the cavities widen as the deformity progresses tion. Finally, several are connected Voids and failure of the material.

Die Hohlräume begrenzen die superplastische Duktilität des Materials und verringern seine mechani schen Eigenschaften, sofern sie einen genügend großen Volumenanteil ausmachen. Unglücklicherweise ist das Ausmaß der Kavitation gewöhnlich maximal, wenn auch die Superplastizität maximal ist. Dies ist bisher eine we sentliche Beschränkung der Anwendung der superplasti schen Verformung gewesen. The cavities limit the superplastic Ductility of the material and reduce its mechani properties, provided that they are sufficiently large Make up volume share. Unfortunately, it is The extent of cavitation is usually at a maximum, albeit the Superplasticity is maximum. So far this is a we considerable restriction on the use of superplasti deformation.

Zur Gewinnung eines Verständnisses für diese Materialfehler wurde die Keimbildung sowie das Wachstum der Hohlräume unter Kriech-Bruch-Bedingungen untersuchte. Dabei wurden Zug spannungen während längerer Zeiten bei hohen Temperatu ren angelegt. Der Einfluß des hydrostatischen Drucks auf die Hohlraumbildung während des Kriech-Riß-Tests wurde von D. Hull und D. E. Rimmer im Philosophical Magazine, Band 4, Seite 673 (1959), und von R. T. Ratcliffe und G. W. Greenwood in Philosophical Magazine, Band 12, Seite 59 (1965), beschrieben. Die Bearbeiter haben Drähte un ter Kriech-Bruch-Bedingungen untersucht und den Einfluß des hydrostatischen Drucks auf die Kavitation studiert. Diese Versuche zeigen, daß der hydrostatische Druck die Kavitation unter Kriech-Bruch-Testbedingungen bei den Drähten eliminieren kann.To gain an understanding of these material defects the nucleation as well as the growth of the voids underneath Creep-fracture conditions were examined. It was train tensions during long periods at high temperatures created. The influence of the hydrostatic pressure on the void formation during the creep-crack test was by D. Hull and D. E. Rimmer in Philosophical Magazine, Volume 4, page 673 (1959), and by R. T. Ratcliffe and G. W. Greenwood in Philosophical Magazine, volume 12, page 59 (1965). The processors have wires and The creep-break conditions are examined and the influence of the hydrostatic pressure on the cavitation. These experiments show that the hydrostatic pressure Cavitation under creep-break test conditions in the Can eliminate wires.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, bei dem man bei der superplastischen Verformung Kavita tionserscheinungen eliminieren oder auf ein Minimum her absetzen kann, so daß die Ausbildung von Hohlräumen in den superplastisch verformten Teilen vermieden wird, wobei dennoch bei der superplastischen Verformung mit optimaler Dehnungsgeschwindigkeit gearbeitet wird.It is an object of the invention to provide a method where one of the superplastic deformation Kavita elimination symptoms or to a minimum can settle so that the formation of voids in the superplastic deformed parts is avoided, whereby nevertheless with the superplastic deformation with optimal Strain rate is worked.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the method according to claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous refinements are specified in the subclaims.

Die hydrostatische Spannungskomponente, welche auf einen Hohlraum oder eine Hohlraum-Keimstelle einwirkt, bestimmt normalerweise, ob der Hohlraum keimt und wächst. Wenn nun diese Span nungskomponenten unter einem kritischen Wert gehalten werden, so kommt es nicht zu Kavitationserscheinungen, oder es kommt sogar zur Eliminierung desselben, falls sie zuvor eingetreten sind. Die kritischen Spannungs werte für die Verhinderung der Kavitationserscheinun gen einerseits und für das Schließen der schon gebilde ten Hohlräume andererseits mögen zwar verschieden sein, jedoch beruhen beide Maßnahmen der Eliminierung oder Verhinderung von Hohlräumen auf dem gleichen Grund konzept.The hydrostatic stress component, which on a cavity or a cavity germ site, usually determines whether the cavity germinates and grows. Now if this span components kept below a critical value there are no cavitation symptoms, or it will even be eliminated if they have occurred before. The critical tension values for the prevention of cavitation on the one hand and for closing the already formed th cavities, on the other hand, may be different, however, both measures are based on elimination or Prevention of voids on the same ground concept.

Die Druckbeaufschlagung der beiden Seiten des Werkstücks führt zu einer zusätzlichen, hydrostatischen Kompressi onsspannungskomponente, und zwar zusätzlich zur normaler weise erzeugten, hydrostatischen Zugspannungskomponente.The pressurization of both sides of the workpiece leads to an additional hydrostatic compression voltage component, in addition to the normal one generated hydrostatic tension component.

Hierdurch erhält man eine verringerte hydrostatische Zugspannung oder sogar Druckspannung. Ein ähnliches Prinzip gilt in bezug auf die maximale Zugspannung, die auf die Hohlräume oder die Hohlraum-Keimstellen einwirkt. Die vorstehend entwickelten Vorstellungen in bezug auf den Spannungszustand sind hinlänglich bekannt. Der be schriebene, modifizierte Spannungszustand, welcher auf die Hohlräume oder die Hohlraum-Keimstellen einwirkt, hat die Wirkung einer Verhinderung oder Eliminierung der Ausbildung der Hohlräume während des superplastischen Formens. Die herabgesetzte Zugspannung (oder die hydro statische Druckspannung) wird dadurch erreicht, daß man beide Seiten des Rohlings oder des Werkstücks mit einem Gasdruck beaufschlagt, nachdem das Werkstück auf eine Form gelegt und auf die superplastische Formtemperatur erhitzt wurde. Sodann wird der Druck, welcher auf die am weitesten von der Konfiguration der Formbleche ent fernte Seite einwirkt, erhöht, und zwar in bekannter Weise unter superplastischer Verformung des Materials, bis es an der Formfläche anliegt. Hierdurch wird eine Kavitation verringert oder eliminiert, da während des Formvorgangs die Hohlräume oder die Hohlraum-Keimstel len verringerten Spannungsbeanspruchungen ausgesetzt sind.This results in a reduced hydrostatic Tension or even compression. A similar Principle applies to the maximum tensile stress that acts on the cavities or the cavity nuclei. The ideas developed above with regard to the state of tension is well known. The be written, modified voltage state, which on acts on the cavities or the cavity nuclei, has the effect of preventing or eliminating the Formation of the cavities during the superplastic Molding. The reduced tension (or the hydro static compressive stress) is achieved by both sides of the blank or workpiece with one Gas pressure is applied after the workpiece is on a Form and placed on the superplastic mold temperature was heated. Then the pressure on the furthest from the configuration of the mold plates distant side acts, increased, and in known Way with superplastic deformation of the material, until it lies against the mold surface. This will create a Cavitation is reduced or eliminated since during the Molding the cavities or the cavity nuclei len exposed to reduced stresses are.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:In the following the invention with reference to drawings explained in more detail; show it:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Form und ein Werkstück zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 1 shows a section through a die and a workpiece to illustrate the method according to the invention;

Fig. 2 ein typisches Zeit-Druck-Diagramm für das superplastische Formen eines U-förmigen Kanals nach dem herkömmlichen Verfahren; Fig. 2 shows a typical time-pressure diagram for the superplastic forming of a U-shaped channel by the conventional method;

Fig. 3 ein Zeit-Druck-Diagramm für das superpla stische Formen eines U-förmigen Kanals gemäß der Erfindung; Fig. 3 is a time-pressure diagram for the superpla tical shaping of a U-shaped channel according to the invention;

Fig. 4 ein Kurvenpaar zur Veranschaulichung des Spannungszustandes während der Unterdrückung der Hohl räume als Funktion des Porenradius. Fig. 4 is a pair of curves to illustrate the stress state during the suppression of the cavities as a function of the pore radius.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Form für die Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Form hat einen oberen Teil 2 und einen unteren Teil 4, zwischen denen ein zu formendes Blech oder eine Platte 6 einge klemmt wird. Der Klemmdruck kann mit Hilfe eines Stem pels 8 einer Presse aufgebracht werden. Ein isoliertes Heizgerät 10 umgibt die Form und dient zur Erhöhung der Temperatur der Platte 6 auf die für die Herbeiführung superplastischer Eigenschaften nötige Temperatur. Fig. 1 shows a section through a form for the implementation of the method according to the invention. The mold has an upper part 2 and a lower part 4 , between which a sheet or plate 6 to be molded is clamped. The clamping pressure can be applied with the help of a stamp 8 to a press. An insulated heater 10 surrounds the mold and is used to raise the temperature of the plate 6 to the temperature necessary to bring about superplastic properties.

Gaskanäle 12, 14 führen in das obere Formteil 2 und in das untere Formteil 4. Das untere Formteil 4 weist eine Formfläche 16 auf, welche eine Formausnehmung definiert. Die Gestalt der Ausnehmung entspricht der Gestalt des endgültigen Bauteils, z. B. eines U-förmigen Kanals gemäß Fig. 1. Auf beide Seiten des Werkstücks 6 wird Druck aus geübt, und zwar über die Kanäle 12, 14, wie durch die Pfeile 18 und 20 angedeutet.Gas channels 12 , 14 lead into the upper molded part 2 and into the lower molded part 4 . The lower mold part 4 has a mold surface 16 which defines a mold recess. The shape of the recess corresponds to the shape of the final component, e.g. B. A U-shaped channel according to FIG. 1. Pressure is exerted on both sides of the workpiece 6 , specifically via the channels 12 , 14 , as indicated by the arrows 18 and 20 .

Fig. 2 zeigt ein Druck-Zeit-Diagramm 22, welches beim super plastischen Formen eines Werkstücks gemäß dem Stand der Technik entsteht. Dabei wird Gas durch den Einlaß 12 gemäß Fig. 1 eingeführt, und dies führt zu einem Druck auf der Oberseite des Werkstücks 6 gemäß der Kurve 22. Da bei wird auf diejenige Seite des Werkstücks, welche der Formfläche 16 zugewandt ist, kein Druck ausgeübt. Viel mehr kann das Gas auf dem Formhohlraum entweichen, wäh rend das Werkstücks 6 in die Form gedrückt wird. Auf diese Weise können zwar Formteile hergestellt werden, sie ent halten jedoch zahlreiche, kleine Hohlräume, welche auf die Kavitation zurückgehen. FIG. 2 shows a pressure-time diagram 22 which arises when a workpiece is super-plastically shaped in accordance with the prior art. Gas is introduced through inlet 12 as shown in FIG. 1 and this results in pressure on the top of workpiece 6 as shown in curve 22 . Since no pressure is exerted on that side of the workpiece which faces the molding surface 16 . Much more, the gas can escape on the mold cavity while the workpiece 6 is pressed into the mold. In this way, molded parts can be produced, but they contain numerous small cavities, which go back to the cavitation.

Eine solche Kavitation kann erfindungsgemäß verhindert werden. Es werden beide Seiten des Werkstücks 6 mit Druck beaufschlagt, wobei im Werkstück 6 eine verringerte hydrostatische Zugspannung oder sogar Druckspannung erzeugt wird. Ein Werkstück 6 aus zweckentsprechendem Ma terial wird zwischen die Formteile 2, 6 gelegt, so daß es der Formfläche 16 gegenüberliegt. Es wird sodann auf eine Temperatur aufgeheizt, bei der das Material einen effektiven Wert einer Deformationsratenempfindlichkeit zeigt, und es wird bei dieser Temperatur gehalten.Such cavitation can be prevented according to the invention. Both sides of the workpiece 6 are pressurized, a reduced hydrostatic tensile stress or even compressive stress being generated in the workpiece 6 . A workpiece 6 of appropriate Ma material is placed between the mold parts 2 , 6 so that it is opposite the mold surface 16 . The material is then heated to a temperature at which the material exhibits an effective value of a deformation rate sensitivity and is held at this temperature.

Sodann wird Druck auf beide Seiten des Werk stücks 6 ausgeübt, wobei man durch die Einlässe 12 und 14 Gas einführt. Fig. 3 zeigt das Druck-Zeit-Diagramm 24, 26 für die Seite des Werkstücks 6, welche der Formfläche 16 zugewandt ist bzw. für die entgegengesetzte Seite des Werkstücks 6. Wie man aus Fig. 3 erkennt, wird der Druck auf beiden Seiten mit etwa der gleichen Geschwindigkeit erhöht, so daß auf das Werkstück 6 eine hydrostatische Kompressions spannung ausgeübt wird. Wenn die hydrostatische Kom pressionsspannung einen Wert erreicht, welcher ausreicht, um eine Kavitation zu verhindern, so wird der Druck 20 (Fig. 1) am Boden des Werkstücks 6 gemäß dem Verlauf 24 im wesentlichen konstant gehalten. Dieser Rückseiten druck kann errechnet werden, wie weiter unten näher aus geführt wird, oder er kann auch experimentell ermittelt werden, indem man bei verschiedenen Rückseitendrucken Tests durchführt und sodann die erhaltenen Formteile auf das Vorliegen von Kavitationserscheinungen unter sucht.Then pressure is exerted on both sides of the workpiece 6 , gas being introduced through the inlets 12 and 14 . Fig. 3 shows the pressure-time diagram shows 24, 26 for the side of the workpiece 6, which faces the mold surface 16 and for the opposite side of the workpiece 6. As can be seen from Fig. 3, the pressure on both sides is increased at about the same speed, so that a hydrostatic compression voltage is exerted on the workpiece 6 . When the hydrostatic compression voltage reaches a value which is sufficient to prevent cavitation, the pressure 20 ( FIG. 1) at the bottom of the workpiece 6 is kept essentially constant according to the course 24 . This back pressure can be calculated, as will be explained in more detail below, or it can also be determined experimentally by carrying out tests on various back prints and then examining the molded parts obtained for the presence of cavitation phenomena.

Der Druck 18 (Fig. 1) auf die obere Seite der Platte 6 wird sodann gemäß der Kurve 26 gemäß Fig. 3 erhöht. Die Kurve 26 zeigt die gleiche Gestalt wie bei dem herkömmlichen Verfahren. Sie wird jedoch im Vergleich zur herkömmlichen Kurve 22 insgesamt erhöht, damit der Druck von der Rückseite überwun den wird. The pressure 18 ( FIG. 1) on the upper side of the plate 6 is then increased in accordance with the curve 26 in FIG. 3. The curve 26 shows the same shape as in the conventional method. However, it is increased overall compared to the conventional curve 22 so that the pressure from the back is overcome.

Der minimale Rückseitendruck muß ausreichend sein, um eine in ausreichendem Maße verringerte Zugspannung oder eine in aus reichendem Maße erhöhte hydrostatische Kompressionsspannungs komponente zu erreichen, welche die Bildung von Hohlräumen verhindert. Dieser minimale Druck hängt ab vom Material und von den Formbedingungen und kann empirisch bestimmt werden. Man kann auch eine Schätzung vornehmen unter Ausnutzung von Vorstellungen, welche sich auf den Mechanismus des Fließverhaltens und der Kavitation beziehen, z. B. gemäß der Diffusionswachstumstheorie oder der Theorie der maximalen Zugspannung.The minimum back pressure must be sufficient to hold one in sufficiently reduced tension or one in out sufficient increased hydrostatic compression tension component to achieve the formation of voids prevented. This minimum pressure depends on the material and the shape conditions and can be determined empirically. One can also make an estimate using ideas, which relate to the mechanism of the flow behavior and the Obtain cavitation, e.g. B. according to the diffusion growth theory or the theory of maximum tension.

Nach der Diffusionswachstumstheorie kann der minimale Rückseitendruck errechnet werdend aufgrund der Theorie der Hohlraumbildung bei Kavitation. Damit ein Hohlraum bei einer erhöhten Temperatur stabil ist, muß die folgende Bedingung erfüllt sein:According to the diffusion growth theory, the minimum Back print is calculated based on the Theory of cavitation in cavitation. So that one Cavity is stable at an elevated temperature the following condition is met:

σ = hydrostatische Zugspannungskomponente, welche auf den Hohlraum oder den Hohlraum-Keim einwirkt;
P = hydrostatische Druckkomponente, welche auf den Hohlraum oder den Hohlraum-Keim einwirkt;
γ = Oberflächenenergie des Hohlraums; und
r = Hohlraum-Radius.σ = hydrostatic tensile stress component, which acts on the cavity or the cavity nucleus;
P = hydrostatic pressure component which acts on the cavity or the cavity nucleus;
γ = surface energy of the cavity; and
r = cavity radius.

Fig. 4 zeigt den berechneten Spannungszustand für die Unterdrückung von Hohlräumen der Größe 4 unter gleichzei tiger Ausbildung einer effektiven Deformationsgeschwindigkeit von 2×10^-4s^-1 und einer effektiven Formspannung _f von 2 MPa (300 psi) Fig. 4 shows the calculated stress state for the suppression of cavities of size 4 with simultaneous formation of an effective deformation rate of 2 × 10 ^-4 s ^-1 and an effective form stress _f of 2 MPa (300 psi)

Diese Berechnungen gelten für ein Blech aus 7475 Aluminiumlegierung, hergestellt gemäß der US 4 092 181. Es hat eine feine Kornstruktur, welche für das superplastische Formen geeignet ist. These calculations apply for a sheet made of 7475 aluminum alloy according to US 4 092 181. It has a fine grain structure, which is suitable for superplastic molding.

Die geschätzte Oberflächenenergie für Hohlräume beträgt γ = 10^-4 J/cm² (1000 erg/cm²) und die Formtemperatur beträgt 516°C (960°F). Die Zugspannung σ₁ in der Ebene des Werkstücks ist durch die obere Kurve 28 dargestellt. Sie steht in Beziehung zum Vorderseiten- und zum Rückseitendruck, und zwar gemäß folgender FormelThe estimated surface energy for cavities is γ = 10 ^-4 J / cm² (1000 erg / cm²) and the mold temperature is 516 ° C (960 ° F). The tension σ₁ in the plane of the workpiece is represented by the upper curve 28 . It is related to front and back printing, according to the following formula

σ₁ = Zugspannung in der Ebene des Ausgangsblechs;
P₁ = Vorderseitendruck;
P₂ = Rückseitendruck
ϕ = Krümmungsradius des nichtunterstützten Teils des Blechs; und
t = Dicke des Blechs.σ₁ = tensile stress in the plane of the starting sheet;
P₁ = front side printing;
P₂ = reverse side printing
ϕ = radius of curvature of the unsupported part of the sheet; and
t = thickness of the sheet.

Die untere Kurve 30 zeigt die entsprechende Spannung σ₃ in Dickenrichtung des Blechs. Sie ist gleich dem Rück seitendruck P₂. Wie der Pfeil 32 zeigt, ist kein Rück seitendruck bei diesem Beispiel erforderlich für Hohl räume mit einem Radius, welcher kleiner ist als etwa 1,7 µm.The lower curve 30 shows the corresponding stress σ₃ in the thickness direction of the sheet. It is equal to the back side pressure P₂. As the arrow 32 shows, no back pressure is required in this example for cavities with a radius that is smaller than about 1.7 microns.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform wird der Rückseitendruck während des Formens angewendet, um die Kavitation zu verringern. Nach dem Formen kann der Formdruck 26 gemäß der gestrichelten Linie 38 aufrechterhalten werden, um die dennoch gebildeten Hohlräume zu verschließen. Der Rückseitendruck 24 kann während dieser Periode entweder aufrechterhalten werden oder er kann verringert werden, da die Reaktionskraft der Form den notwendigen Rückseitendruck aufbaut. Diese Ausführungsform ist für solche Anwendungen am wirtschaftlichsten, bei denen das zur Verfügung stehende Gerät nicht ausreicht, um einen genügend hohen Rück seitendruck aufzubauen, mit dem die Kavitation während der Formungsstufe vollständig eliminiert werden kann. In a modified embodiment, back pressure is applied during molding to reduce cavitation. After molding, the molding pressure 26 can be maintained along the dashed line 38 to close the cavities that are still formed. Backside pressure 24 can either be maintained during this period or it can be reduced because the reaction force of the mold builds up the necessary backside pressure. This embodiment is most economical for those applications in which the device available is not sufficient to build up a sufficiently high back pressure with which the cavitation can be completely eliminated during the molding step.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert. Bei den Beispielen wird ein Blech zu einem rechteckigen Kasten geformt mit einer Breite von 5 cm, einer Länge von 15 cm und einer Tiefe von 2,5 cm. Als Material verwendet man ein Blech aus 7475 Aluminium legierung mit einer Dicke von 1 mm gemäß der US-PS 4 092 181. Diese Legierung hat eine feine Kornstruktur, welche für das superplastische Formen geeignet ist.In the following the invention is illustrated by examples explained in more detail. In the examples, a sheet is used a rectangular box shaped with a width of 5 cm, a length of 15 cm and a depth of 2.5 cm. A sheet made of 7475 aluminum is used as the material alloy with a thickness of 1 mm according to US Pat. No. 4,092,181. This alloy has a fine grain structure, which for that is suitable for superplastic molding.

example 1

Das Material wird auf die Form gelegt und auf 516°C (960°F) erhitzt. Der Vorderseitendruck und der Rückseitendruck werden sodann zusammen auf 0,7 MPa (100 psi) erhöht. Der Rückseiten druck wird auf 0,7 MPa (100 psi) gehalten, und der Vorder seitendruck wird erhöht, und zwar mit einer Geschwindigkeit, welche derart berechnet ist, daß man eine Deformationsge schwindigkeit von 2×10^-4s^-1 erhält. Nach dem Formen des Bauteils werden der Vorderseitendruck und der Rückseitendruck auf Umgebungsdruck herabgesetzt, und das geformte Teil wird aus der Form entnommen.The material is placed on the mold and heated to 516 ° C (960 ° F). The front pressure and the back pressure are then increased together to 0.7 MPa (100 psi). The back pressure is maintained at 0.7 MPa (100 psi), and the front pressure is increased at a rate calculated to give a deformation rate of 2 × 10 ^-4 s ^-1 . After the component is molded, the front and back pressure is reduced to ambient pressure and the molded part is removed from the mold.

Example 2

Das Material wird auf die Form gelegt und auf 516°C (960°F) erhitzt. Der Vorderseitendruck und der Rückseitendruck werden gemeinsam auf 2 MPa (300 psi) erhöht. Sodann wird der Rück seitendruck auf 2 MPa (300 psi) gehalten. Dies ist äquivalent einer Fließspannung des Materials bei der gewählten Deformationsgeschwindigkeit. Der Vorderseitendruck wird mit einer Geschwindigkeit erhöht, welche derart berechnet ist, daß man eine eine Deformationsgeschwindigkeit von 2×10^-4s^-1 erhält. Nach dem Formen des Bauteils werden der Vorderseiten druck und der Rückseitendruck auf Umgebungsdruck herabgesetzt, und das Bauteil wird aus der Form entnommen. The material is placed on the mold and heated to 516 ° C (960 ° F). The front side pressure and the rear side pressure are increased together to 2 MPa (300 psi). The back pressure is then maintained at 2 MPa (300 psi). This is equivalent to a yield stress of the material at the selected rate of deformation. The front side pressure is increased at a speed which is calculated such that a deformation speed of 2 × 10 ^-4 s ^-1 is obtained. After the component is formed, the front side pressure and the back side pressure are reduced to ambient pressure, and the component is removed from the mold.

Das erhaltene Bauteil zeigt eine vorzügliche Form und nachfolgende metallographische Auswertungen zeigen, daß keinerlei Kavitationserscheinungen aufgetreten sind, und zwar selbst in drastisch verformten Eckbereichen. Andere Bauteile, welche unter ähnlichen Bedingungen erhalten wurden, jedoch ohne Anwendung eines Rückseiten drucks, zeigen beträchtliche Kavitationserscheinungen.The component obtained shows an excellent shape and subsequent metallographic evaluations show that no signs of cavitation have occurred, even in drastically deformed corner areas. Other components that work under similar conditions were obtained, but without the use of a back pressure, show considerable signs of cavitation.

Es sind zahlreiche Modifikationen und Abwandlungen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich. Falls erforderlich, kann man zum Aufbau einer ausreichenden hydrostatischen Kompressionsspannung sowohl den Vorderseitendruck als auch den Rückseitendruck temporär erhöhen, um die Hohl räume zu verschließen, bevor man den Formvorgang fort setzt. Der Rückseitendruck kann während des Formvorgangs periodisch erhöht und verringert werden. Dies kann zur wirksamen Eliminierung der Hohlräume bei besonderen An wendungen vorteilhaft sein.There are numerous modifications and variations of the method according to the invention possible. If necessary can be used to build up sufficient hydrostatic Compression tension both the front side printing as well also temporarily increase the back print to the hollow lock rooms before proceeding with the molding process puts. The back side can be printed during the molding process be increased and decreased periodically. This can lead to effective elimination of cavities in the case of special turns be advantageous.

Claims

1. A method for superplastic molding of a flat workpiece by arranging the same between a first molding chamber and a second molding chamber having a molding surface, by heating the workpiece to superplasticity and then subjecting the workpiece to a pressure difference, which causes the workpiece to rest against the Molding surface brings, characterized in that first to largely avoid pores, the workpiece is pressurized on both sides and then the pressure difference required for the deformation is built up by increasing the overpressure in the first molding chamber or by reducing the overpressure in the second molding chamber.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Overpressure in the first mold chamber after the creation of the work piece to the mold surface is maintained.

3. The method according to claim 1, characterized in that at the lowering of the excess pressure in the second molding chamber also the Pressure in the first mold chamber is reduced.

4. The method according to claim 3, characterized in that one the overpressure in the second mold chamber during the deformation of the workpiece periodically increased and decreased.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized ge indicates that the overpressure chosen to avoid the pores is at least equal to the value σ-2γ / r, where σ is the hydrostati called tensile stress component, which on the form side of the workpiece facing away from the surface, where γ is the Surface energy of the pores and r denotes the pore radius, which exceeds the size of the intermediate grain particles in the workpiece.