DE3626425C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung im allgemeinen halbkugelförmigen, napfförmiger Metallteile, wie z. B. eines hohlen, halbkugelförmigen Teiles eines Druckbehälters oder des Gehäuses eines Raketentriebwerkes, aus einer Blechronde, die in einen Napfkörper umgeformt wird und der Napfkörper im eingespannten Zustand einer Wärmebehandlung unterworfen wird. Das metallische Material kann eine geringe Formbarkeit aufweisen, wie dies z. B. bei Titan oder seinen Legierungen der Fall ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Spanneinrichtung für einen Napfkörper mit einem Gegenformkörper, der einen größeren thermischen Ausnehmungskoeffizienten besitzt als der Napfkörper und eine der Innenfläche des Napfkörpers formähnliche Aufnahmefläche aufweist, sowie fest mit einem Basisringkörper verbunden ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.

In vielen Fällen haben behälterartige Metallteile, wie z. B. Druckbehälter oder Gehäuse von Raketentriebwerken Teile von im wesentlichen halbkugelförmiger oder napfartiger Gestalt. Zum Beispiel wird ein kugelförmiger Druckbehälter oder ein solches Gehäuse für ein Raketentriebwerk üblicherweise durch Stumpfschweißen zweier halbkugelförmiger Teile entlang deren äquatorialer Kanten hergestellt und bei der Herstellung eines zigarrenartigen Druckbehälters oder eines solchen Gehäuses für ein Raketentriebwerk wird ein halbkugelförmiges Teil mit seiner äquatorialen Kante an ein offenes Ende eines zylindrischen Teiles angeschweißt. Gegenwärtig werden solche halbkugelförmigen Teile häufig aus Titan oder seinen Legierungen wegen derer Überlegenheit bezüglich der spezifischen Festigkeit hergestellt, jedoch ist die Formbarkeit dieser Materialien gering.

Ein typisches, herkömmliches Verfahren der Herstellung eines kugelförmigen Raketentriebwerksgehäuses aus einer Titanlegierung umfaßt die nachfolgend erläuterten Schritte. Eine verhältnismäßig dicke Platte aus der Titanlegierung wird in ein flaches, kreisförmiges Rohteil geschnitten und der Rohling wird durch Warmpressen in eine napfförmige Form gebracht. In vielen Fällen werden äußere Teile an das napfförmige Werkstück angeschweißt, das durch entsprechend vorbereitende Bearbeitung behandelt ist. Anschließend wird das napfförmige Werkstück einer Lösungsglühbehandlung unterzogen und anschließend einer Aushärtungsbehandlung unterworfen. Anschließend wird an der Innen- und Außenfläche des napfförmigen Werkstückes eine spanende Bearbeitung vorgenommen, bis die Wanddicke der vorgeschriebenen Dicke entspricht. Das halbkugelförmige Teil, das durch diese Bearbeitungsschritte erhalten wird, wird zur Anlage mit einem weiteren halbkugelförmigen Teil gebracht, das in gleicher Weise vorbereitet wurde und die zwei Teile werden miteinander verschweißt, um hierdurch ein kugelförmiges Gehäuse zu bilden. In einigen Fällen werden die halbkugelförmigen Teile durch Schneiden anstelle der vorerwähnten Warmpreßformgebung bearbeitet.

Das oben beschriebene, herkömmliche Verfahren ist nicht sehr produktiv und verursacht hohe Material- und Arbeitskosten. Wegen der geringen Formbarkeit des verwendeten metallischen Materials ist es unmöglich, die anfängliche Preßformgebung mit der wünschenswerten hohen Formgenauigkeit auszuführen, insbesondere was die halbkugelförmige Gestaltung des Werkstückes anbelangt. Demzufolge ist es notwendig, ein verhältnismäßig dickes Formteil zu verwenden, im Vergleich zur Wandstärke des Endproduktes, um eine Nachbearbeitung von Unregelmäßigkeiten durch anschließende spanende Bearbeitung zu gestatten. Außerdem bilden sich Oxidschichten an der Oberfläche des halbkugelförmigen Werkstückes, das während der Wärmebehandlung der Außenatomosphäre ausgesetzt ist und es besteht außerdem die Gefahr, daß sich das Werkstück während der Wärmebehandlung verzieht. Aus diesen Gründen muß Metall in beträchtlichem Umfang von dem wärmebehandelten, halbkugelförmigen Werkstück durch spanende Bearbeitung an der Innen- und Außenseite entfernt werden.

Ein Verfahren und eine Spanneinrichtung der eingangs genannten Art sind aus der US-PS 33 15 513 bekannt. Hierbei ist ein Aufspanndorn vorgesehen, dessen Außenfläche exakt der gewünschten Formgebung entlang der Innenkontur des napfförmigen Teils entspricht, wobei durch einen thermischen Ausdehnungsvorgang die Geometrie dieser Außenfläche des Dornes auf den Napfkörper übertragen werden soll, so daß dessen Innengeometrie praktisch identisch der Geometrie der Außenfläche des Dornes entspricht. Dieses Verfahren wird verwendet, um gewisse Formgenauigkeiten des dünnen Napfkörpers, die aus vorangehenden, mechanischen Formgebungsverfahren resultieren, zu beseitigen. Zu diesem Zweck wird der dünne Napfkörper auf die bereits weitgehend kongruente Aufspannfläche des Dornes, die eine Gegenfläche zur Innenfläche des Napfkörpers bildet, aufgesetzt und der Napfkörper entlang seines unteren Randes an dem Dorn festgehalten. Anschließend wird der Dorn, der aus einem Material mit im Vergleich zum Material des Napfkörpers größerem Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, erwärmt, mit der Folge, daß der den Napfkörper praktisch ausfüllende Dorn eine größere Wärmedehnung erfährt als der Napfkörper selbst. Da der Napfkörper beim Befestigen auf dem Dorn möglichst fest anliegend auf diesen aufgesetzt wurde, führt die vergrößerte Wärmedehnung des Dornes zu einer inneren Spannungsbelastung des Napfkörpers, die zumindest örtlich plastische Formänderungen an der Innenfläche des Napfkörpers im Sinne einer kompletten Anpassung des Napfkörpers an den als Stempel wirkenden Spanndorn hervorruft. Auf diese Weise wird eine genaue innere Druckformgebung des Napfkörpers erreicht.

Ein derartiges Verfahren benutzt die temperaturabhängige Volumenvergrößerung des Dornes direkt als Formgebungsmittel in bezug auf die Innenkontur des Napfkörpers oder, wenn derselbe hinreichend dünn ist, in bezug auf dessen gesamte, präzisierte Formgebung. Ein derartiges Verfahren ist jedoch nicht anwendbar, wenn das Werkstück, d. h. der Napfkörper selbst, aus Gründen seiner Materialeigenschaften oder seines späteren Verwendungszweckes einer von derartigen Präzisionsformgebungen unabhängigen Wärmebehandlung bedarf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbesserte Verfahren zur Herstellung eines napfförmigen Metallteiles zu schaffen, das auch für metallische Materialien, welche eine verhältnismäßig geringe Formbarkeit aufweisen, verwendbar ist und durch das sowohl die Dicke eines Rohteiles als auch der Arbeitsaufwand zur Erzielung der erforderlichen Form- und Maßhaltigkeit des fertigen Napfkörpers vermindert werden können.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Spanneinrichtung, insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, die eine zuverlässige Aufnahme derartiger Metallteile erlaubt und insbesondere dazu beiträgt, Wärmespannungen in dem Napfkörper im Gefolge einer Wärmebehandlung desselben bei Beibehaltung einer präzisen Vorformgebung des Metallteiles zu vermeiden.

Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Napfkörper vor der Wärmebehandlung durch Drücken oder Abstreckdrücken einer Form- und/oder Wanddickenkorrektur unterzogen und während der Wärmebehandlung schneller als ein einspannender Haltekörper abgekühlt wird.

Nach der vorliegenden Erfindung wird das metallische Ausgangsmaterial in die napfförmige Form durch eine Kombination eines Preßvorganges und nachfolgenden Drückens gebracht, wobei dieses der Wärmebehandlung des Napfkörpers vorangeht. Auf diese Weise ist es möglich, einen formgenaueren Napfkörper zu erhalten als in dem Fall, in dem lediglich auf die Preßformgebung vertraut wird.

Ein weiteres wichtiges Merkmal des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Napfkörper während der Wärmebehandlung in eingespanntem Zustand gehalten wird, so daß mögliche Spannungskonzentrationen oder Formabweichungen wieder ausgeglichen werden.

Bei der vorliegenden Erfindung wird somit ein metallischer Rohling aus der Gestalt einer kreisförmigen Platte in einen Napfkörper durch Preßformgebung gebracht, die Form des Napfkörpers wird durch Drücken korrigiert, und, nach der Drückbearbeitung wird der Napfkörper einer Wärmebehandlung unter Verwendung einer Spanneinrichtung ausgesetzt, die einen Gegenformkörper enthält, und den Napfkörper in eingespanntem Zustand hält, um möglichen Spannungskonzentrationen und ein Verziehen des Napfkörpers während der Wärmebehandlung zu vermeiden.

Weiter bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem Innenraum des Gegenformkörpers ein Gas-Zuleitungs- bzw. Ableitungsrohrsystem verbunden ist, dessen Gaszuleitung mit in der Aufnahmefläche des Gegenformkörpers mündenden Versorgungsbohrungen kommuniziert, wobei bei Abkühlung des Napfkörpers zusammen mit der Spanneinrichtung der Napfkörper eine größere Abkühlungsgeschwindigkeit aufweist.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der Gegenformkörper in der Spanneinrichtung aus einem napfförmigen Körper, dessen Außenoberfläche der Innenfläche des Napfkörpers entspricht und aus einem Material besteht, dessen Ausdehnungskoeffizient größer ist als derjenige des Materials, aus dem der Napfkörper besteht. Für die Wärmebehandlung wird der Gegenformkörper innerhalb des Napfkörpers derart gehalten, daß die Außenfläche des Gegenformkörpers anfänglich durch einen Spalt von der Innenfläche des Napfkörpers getrennt ist und beide Flächen miteinander in Kontakt kommen, wenn der Napfkörper und der Gegenformkörper gemeinsam erwärmt werden. Ein inertes Gas wird in den anfänglichen Spalt zwischen dem Napfkörper und dem Gegenformkörper eingeführt, um die Oxidation der Innenfläche des Napfkörpers zu verhindern. Spannungen, die in dem Napfkörper durch die Erwärmung erzeugt werden, werden durch die Wirkung der mäßigen Ausdehnungskraft infolge der thermischen Ausdehnung des Gegenformkörpers, die zum engen Kontakt mit der Innenfläche des Napfkörpers führt, kompensiert und es wird dadurch vermieden, daß sich das Werkstück durch die Wärmebehandlung verzieht.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Durch das Verfahren und die Spanneinrichtung nach der vorliegenden Erfindung werden Wärmespannungen in dem wärmebehandelten Werkstück (Napfkörper) äußerst herabgesetzt. Außerdem wird eine Oxidation an der Innenfläche des Werkstückes wirksam vermieden. Daher kann in vielen Fällen auf eine anschließende Bearbeitung der Innenfläche des wärmebehandelten Werkstückes verzichtet werden. Aus diesen Gründen werden Dimensionsänderungen des Napfkörpers infolge der Wärmebehandlung wesentlich herabgesetzt und nachfolgende, z. B. spanende Bearbeitungen nach der Wärmebehandlung werden sehr verringert und erleichtert. Daher ist es möglich, die ursprüngliche Wanddicke des napfförmigen Teiles zu vermindern und somit die Dicke des Rohteiles für den ursprünglichen Preßvorgang herabzusetzen. Wenn die Dicke des Rohteiles vermindert werden kann, ist es nicht notwendig, die Preßformgebung unbedingt als Warmpreßvorgang auszuführen. In vielen Fällen ist es möglich, das Ziel des Warmpressens auch durch Kaltpreßformen zu erreichen. Im Falle des Warmpressens müssen die Oberflächen des fertigen Werkstückes durch ein geeignetes Verfahren, wie z. B. durch Schwabbeln geschliffen werden. Wenn ein Kaltpreßvorgang angewandt wird, ist solch ein nachfolgenderr Schleifvorgang nicht unvermeidlich, da die Oberflächen des Werkstückes wenig oxidiert oder nitriert sind und in einem sauberen glatten und fertigbearbeiteten Zustand verbleiben.

Da der Napfkörper und der Gegenformkörper gemeinsam abgekühlt werden und der Gegenformkörper eine geringere Abkühlungsgeschwindigkeit aufweist als der Napfkörper, kann der Napfkörper sogar während der Abkühlungsphase der Wärmebehandlung eingespannt gehalten werden.

Auf diese Weise ermöglicht die vorliegende Erfindung eine beträchtliche Abnahme sowohl im Materialverbrauch als auch in den Maschinenstunden für die maschinelle Bearbeitung. Mit anderen Worten können auf diese Weise Napfkörper mit verbesserter Genauigkeit und verringerten Kosten hergestellt werden, obwohl das verwendete metallische Material nur eine geringe Formbarkeit aufweist, wie dies im Falle von Titan und seinen Legierungen der Fall ist. Zum Beispiel ist die Erfindung mit großem Vorteil und sehr nützlich bei der Herstellung napfförmiger oder allgemein halbkugelförmiger Teile von Druckbehältern, Kesseln oder den Gehäusen von Raketenantriebwerken einsetzbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 ein Flußdiagramm, das das Verfahren zur Herstellung eines sphärischen Raketentriebwerkgehäuses unter Anwendung eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung angibt,

Fig. 2(A) bis 2(M) verdeutlichen die Schritte des Verfahrens nach Fig. 1,

Fig. 3 ist eine seitliche Schnittdarstellung eines napfförmigen Teiles, das durch einen Preßformvorgang innerhalb des Verfahrens nach Fig. 1 erhalten wird und das zur Korrektur von Unregelmäßigkeiten weiter bearbeitet werden muß, und

Fig. 4 ein Vertikalschnitt einer Spanneinrichtung zur Wärmebehandlung, die innerhalb des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann.

Die Formgebung eines metallischen Rohteiles in ein Teil mit napfförmiger Gestalt wird zuerst durch einen Preßvorgang erreicht und durch anschließendes Drücken oder Abstreckdrücken abgeschlossen. Die Art des Drückens ist nicht begrenzt. Das heißt, der Drückvorgang kann entweder als sogenanntes herkömmliches Drücken ausgeführt werden, bei dem die Formgebung des Werkstückes mit kleinen Dickenänderungen erfolgt, oder es kann ein sogenanntes Abstreckdrücken erfolgen, bei dem die Formgebung des Werkstückes erfolgt, während seine Dicke sich ändert. In jedem Fall wird der Drückvorgang durch Einspannen des Werkstückes zwischen eine Profilform und eine Rolle (oder einem gerundeten Werkzeug) oder mehrere Rollen (oder mehreren gerundeten Werkzeugen) erreicht. Ferner kann der Drückvorgang durch Einspannen des Werkstückes zwischen einer Rolle (oder einem gerundeten Werkzeug) und eine weitere Rolle (oder einem weiteren gerundeten Werkzeug) ausgeführt werden. In jedem Fall kann das Drücken als Heißdrücken, Warmdrücken oder Kaltdrücken ausgeführt werden. Je nach der Notwendigkeit für die Wahl des Drückverfahrens kann sich ein Oberflächenschleifvorgang, wie z. B. Schwabbeln anschließen.

Die Art der Wärmebehandlung ist nicht begrenzt. Zum Beispiel kann ein Lösungsglühen und Ausscheidungshärten bei den üblichen Temperaturen und für die üblichen Zeiträume angewandt werden, wenn das metallische Material Titan, eine Titanlegierung, ein austenitischer, rostfreier Stahl ist, während Härten und Glühen angewandt wird, wenn das Metall aus einem martensitischen, rostfreien Stahl besteht.

Die Fig. 1 und die Fig. 2(A) bis 2(M) illustrieren den Ablauf der Vorgänge bei der Herstellung eines kugelförmigen Gehäuses für ein Raketentriebwerk unter Anwendung eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung.

Ein Anfangsschritt 101 ist die Vorbereitung einer rechteckigen oder streifenförmigen Platte 10 aus einer Titanlegierung, gezeigt in Fig. 2(A). Im Schritt 102 wird ein kreisförmiges Rohteil 12, gezeigt in Fig. 2(B), aus der Titanplatte 10 durch eine übliche Rohteilherstellung erhalten.

Im Schritt 103, wie in Fig. 2(C) gezeigt, wird das kreisförmige Rohteil 12 in einen im wesentlichen halbkugelförmigen Napfkörper 14 durch einen Warmpreßvorgang umgeformt, wobei eine Form 20 und ein Stempel 22 verwendet werden. In den meisten Fällen wird das Warmpressen in mehreren Stufen ausgeführt, in dem das Werkstück jeweils aufeinanderfolgend erwärmt und anschließend das Werkstück weiter preßumgeformt wird. Im nachfolgenden Schritt 104 werden die äußere und die innere Oberfläche des Napfkörpers 14 geschliffen, z. B. durch Schwabbeln. Wahlweise und insbesondere dann, wenn das Rohteil 12 verhältnismäßig dünn ist, kann die Formgebung des Rohteiles 12 in dem Napfkörper 14 durch einen Kaltpreßvorgang (Schritt 105) unter Verwendung einer Form und eines Stempels ähnlich den zum Warmpressen verwendeten Werkzeugen ausgeführt werden. Der Schritt 105 kann wahlweise auch ein Warmpreßvorgang sein. Je nach Notwendigkeit kann das Kalt- oder Warmpressen in mehreren Stufen ausgeführt werden.

In der Praxis ist es nahezu unvermeidlich, daß der Napfkörper 14, der durch die Preßformgebung hergestellt wird, eine unregelmäßige Dicke aufweist, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, wobei Bereiche 14a verminderter Dicke und/oder nach außen verdickte Bereiche 14b entstehen. Das Auftreten solcher Unregelmäßigkeiten ist besonders signifikant für Preßformvorgänge in den Stufen 103 oder 105, die in mehreren Stufen ausgeführt worden sind. Es ist jedenfalls schwierig, einen Napfkörper 14 von gleichmäßiger Dicke und sehr genauer Symmetrie bezüglich exakt kreisförmiger Meridianebenen oder mit exakter Rundheit zu erhalten.

Die Form des Napfkörpers 14 wird durch Drücken im Schritt 106 korrigiert. Wie dies in Fig. 2(D) gezeigt ist, wird der Napfkörper 14 mit seinem offenen Ende nach unten in einer im wesentlichen halbkugelförmigen Werkzeugform 24 aufgenommen und eine Rolle 26 wird gegen die Außenfläche des Napfkörpers 14 gepreßt. Das Drücken kann ein Heißdrücken, Warmdrücken oder Kaltdrücken sein und kann sowohl ein herkömmliches oder ein Abstreckdrücken sein. Wenn sich dies als geeignet erweist, ist es wahlweise möglich, zwei Rollen 26 in dem Drückvorgang einzusetzen.

Wo dies nötig ist, wird der auf diese Weise hergestellte Napfkörper 14 vor einem Schweißvorgang zum Anfügen äußerer Teile an die Außenfläche des Napfkörpers 14 einer Wärmebehandlung unterzogen. Im Schritt 107, gezeigt in Fig. 2(E), wird die Außenfläche des Napfkörpers 14 spanend durch eine geeignete Maschine unter Verwendung eines Schneidwerkzeuges 28 bearbeitet, um Schrägen, Ausschnitte, Facetten od. dgl. zu formen, die für den Schweißvorgang nötig sind. Im Schritt 108, gezeigt in Fig. 2(F), wird ein äußeres Teil 32 an den Napfkörper 14 unter Verwendung eines herkömmlichen Schweißgerätes 30 angeschweißt.

Im nächsten Schritt 109, siehe Fig. 2(G), wird der Napfkörper 14 einer Lösungsglühbehandlung in einer Wärmebehandlungskammer 34 unterworfen (das angeschweißte äußere Teil ist in der Zeichnung weggelassen). Beispielsweise wird der Napfkörper 14 auf eine Temperatur im Bereich von 800 bis 850°C für eine vorgegebene Zeit erwärmt und anschließend durch Eintauchen in einen Wassertank (nicht gezeigt) abgeschreckt. Während des Wärmebehandlungsvorganges, d. h. während des Erwärmens und Abkühlens bzw. Abschreckens wird der Napfkörper 14 in einem eingespannten Zustand gehalten, so daß es möglich ist, Spannungen und ein Verziehen des Teiles zu vermeiden. Zum Beispiel wird eine Wärmebehandlungs-Spanneinheit, wie in Fig. 4 gezeigt, verwendet, um den Napfkörper 14 in solch einem formbestimmten, festgelegten Zustand zu halten. Im wesentlichen besteht die Spanneinheit für die Wärmebehandlung gemäß Fig. 4 aus einem Basisringkörper 40, auf dem der Napfkörper 14 angeordnet wird, einem im wesentlichen halbkugelförmigen und hohlen Metall-Gegenformkörper 42, der fest mit dem Basisringkörper 40 verbunden ist und der eine Außenfläche 42a besitzt, die derjenigen der Innenfläche 14a des Napfkörpers 14 entspricht. Ferner ist eine Entlastungs-Gasleitung 54 vorgesehen, die eine Einlaßöffnung 55 in der Nähe des polaren Abschnittes des halbkugelförmigen Gegenformkörpers 42 aufweist, und eine Gas-Zuführungsleitung 60, um ein inertes Gas in einen engen Spalt 52 zwischen der Außenfläche 42a des Gegenformkörpers 42 und der Innenfläche 14a des Napfkörpers 14 einzuführen.

Der halbkreisförmige Gegenformkörper 42 besitzt einen Außendurchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Napfkörpers 14. Das Material des Gegenformkörpers 42 muß einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen als das Material des Napfkörpers 14. Wenn z. B. der Napfkörper 14 aus einer Titanlegierung mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von ungefähr 9,7×10^-6/°C verwendet wird, kann für den Gegenformkörper 42 als Material austenitischer, rostfreier Stahl mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von ungefähr 18×10^-6/°C verwendet werden. Die Innenseite des halbkugelförmigen Gegenformkörpers 42 ist radial mit einer Anzahl von Kühlnuten 44 versehen, so daß eine Anzahl verstärkender Rippenvorsprünge 46 verbleibt. Die Kühlnuten 44 dienen dem Zweck der Erhöhung der Abkühlgeschwindigkeit des Napfkörpers 14, nachdem dieser gemeinsam mit dem Gegenformkörper 42 erwärmt worden ist. Einige der Rippenvorsprünge 46 des Gegenformkörpers 42 sind mit Verbindungsbohrungen 48 zur Einführung des vorerwähnten, inerten Gases in den Zwischenraum 52 versehen. Außerdem ist der Gegenformkörper 42 mit den Gaskanälen 50 versehen, durch die entweder Luft oder inertes Gas abgeführt wird. Der Gegenformkörper 42 besitzt eine ausreichend große Masse, so daß der Napfkörper 14 während des Abkühlungsabschnittes in der Wärmebehandlung schneller abkühlt als der Gegenformkörper 42.

Der Auslaßkanal 54 ist an seinen horizontalen Abschnitten durch Klammern 56 und 58 mit dem Basisringkörper 40 verbunden. Außerhalb des Gegenformkörpers 42 besitzt der Auslaßkanal 54 Auslaßöffnungen, die oberhalb des Gegenformkörpers 42 münden. Das Gaszuführungsrohr 60 wird durch die Klammern 58 abgestützt und erstreckt sich zu einer Verteilervorrichtung 64, die an dem zentralen, vertikalen Abschnitt des Auslaßkanales (Gasentlastungsleitung) 54 befestigt ist, und in der die Gaszuleitung 60 sich in eine Mehrzahl von Leitungen 62 verzweigt, die jeweils zu den vorerwähnten Verbindungsbohrungen 48 in dem Gegenformkörper 42 laufen und eine Verbindung zu diesen herstellen.

An der Außenfläche 42a des halbkreisförmigen Gegenformkörpers 42 wird vorzugsweise ein geeignetes keramisches Puder, wie z. B. Bornitritpuder angewandt, um eine Sperrschicht gegen ein eventuelles Diffusionsverschweißen in bezug auf den Napfkörper 14 zu bilden. Nachdem der Napfkörper 14 auf dem Basisringkörper 40 so angeordnet wurde, daß er koaxial den Gegenformkörper 42 umfaßt, wird der Napfkörper 14 auf dem Basisringkörper 40 unter Verwendung von Klemmplatten 66 und Schrauben 63 befestigt. In diesem Zustand wird die Spanneinheit, die den Napfkörper 14 trägt, in eine Kammer 34 zur Lösungsglühbehandlung, s. Fig. 2(G), eingesetzt. Anschließend wird ein inertes Gas, wie z. B. Argon in den Spalt 52 zwischen der Innenfläche 14a des Napfkörpers 14 und der Außenfläche 42a des Gegenformkörpers 42 eingeführt. Nach der Einführung dieses inaktiven Gases wird der Napfkörper 14 auf eine vorgegebene Wärmebehandlungstemperatur erwärmt und eine bestimmte Zeit lang auf diesem Temperaturniveau gehalten. Selbstverständlich wird hierbei der Gegenformkörper 42 auf die gleiche Temperatur erwärmt.

Da der Wärmeausdehnungskoeffizient des Gegenformkörpers 42 größer ist als derjenige des Napfkörpers 14, führt die Wärmeausdehnung des Gegenformkörpers 42 zu einem engen Druckkontakt zwischen der Außenfläche 42a des Gegenformkörpers 42 und der Innenfläche 14a des Napfkörpers 14. In diesem Zustand dient der Gegenformkörper 42 als Spannteil, der den Napfkörper 14 einspannt und die Ausbildung unregelmäßiger Spannungen und ein Verziehen des Napfkörpers 14 vermeidet.

Nach dem Abschluß der Aufwärmung des Napfkörpers 14 wird die Spanneinheit, die den Napfkörper 14 trägt, aus der Wärmebehandlungskammer 34 herausgenommen und gemeinsam mit dem Napfkörper 14 einem rapiden Abkühlungsvorgang unterworfen oder, z. B. durch Eintauchen in einen nicht gezeigten Wassertank, abgeschreckt. Da der Gegenformkörper 42 so gestaltet ist, daß er eine niedrigere Abkühlungsgeschwindigkeit als der Napfkörper 14 aufweist, bleibt der Napfkörper 14 in Berührung bzw. in äußerst engem Kontakt mit der Außenfläche 42a des Gegenformkörpers 42 während des Abkühlungsvorganges. Daher werden örtliche Spannungen in dem Napfkörper 14, falls solche auftreten, wirksam unterdrückt und der Napfkörper 14 kann seine exakte Form behalten.

Als nächstes wird im Schritt 110 der Napfkörper 14, der weiterhin an der Spanneinheit gemäß Fig. 4 für die Wärmebehandlung gehalten wird, einer Ausscheidungshärtung in einer Kammer 36 unterworfen, wie dies in Fig. 2(H) gezeigt ist. Während ein inertes Gas, wie z. B. Argon, durch die Leitung 60 in den Zwischenraum 52 zwischen dem Napfkörper 14 und dem Gegenformkörper 42 eingeführt wird, wird der Napfkörper 14 auf eine vorgegebene Ausscheidungs-Härtungstemperatur erwärmt, z. B. auf 495°C, und wird auf dieser Temperatur für eine bestimmte Zeit, z. B. für 14 Stunden, gehalten. Selbstverständlich nimmt der Gegenformkörper 42 die gleiche Temperatur an. Nach Abschluß des Aushärtens wird der Napfkörper 14 von der Spanneinrichtung gelöst. Der Napfkörper 14 kann von dem Gegenformkörper 42 ohne jede Schwierigkeiten gelöst werden, da vorher der Haftverhinderer auf die Außenfläche 42a des Gegenformkörpers 42 aufgebracht worden war. Es ist wahlweise möglich, die Wärmebehandlungs-Spanneinheit, die für das Lösungsglühen im Schritt 109 verwendet wurde, durch eine andere Wärmebehandlungs-Spanneinheit von ähnlichem Aufbau zur Ausführung der Aushärtungs-Behandlung im Schritt 110 zu verwenden.

Der wärmebehandelte Napfkörper 14 besitzt nur geringe Wärmespannungen und die Innenfläche 14a bleibt in sehr gutem und sauberen Zustand, da diese Oberfläche der Wärmebehandlungen nicht mit der Außenatmosphäre in Kontakt kommt.

Die nachfolgenden Schritte 110 bis 115 sind übliche Verfahrensschritte. Der Schritt 111 zeigt in Fig. 2(I) die Bearbeitung des wärmebehandelten Napfkörpers 14 durch eine Fräsmaschine 72, um die Formgebung des Napfkörpers 14 abzuschließen und die Wandstärke des Napfkörpers 14 auf die gewünschte Dicke zu reduzieren. Im Ergebnis dessen wird der Napfkörper 14 endgültig zu einem im Querschnitt halbkreisförmigen Formteil für ein im wesentlichen kugelförmiges Gehäuse eines Raketentriebwerkes umgewandelt. Der nächste Schritt 112, gezeigt in Fig. 2(J), besteht darin, in das halbkugelförmige Teil 16 durch eine Bohrmaschine 74 Bohrungen an den gewünschten Stellen anzubringen. Im Schritt 113, gezeigt in Fig. 2(K) wird das halbkugelförmige Teil auf einem Drehtisch 76 montiert und an einem weiteren halbkugelförmigen Teil 16A durch Stumpfschweißen entlang der äquatorialen Kanten der zwei halbkugelförmigen Teile unter Verwendung eines herkömmlichen Schweißgerätes 78 befestigt.

Das heißt, die zwei Teile 16 und 16A werden zu einem im wesentlichen kugelförmigen Gehäuse 18 für einen Raketenantrieb vereinigt. Der Schritt 114, illustriert in Fig. 2(L), zeigt die Prüfung des kugelförmigen Gehäuses 18 durch eine Röntgen-Materialuntersuchungseinrichtung 80. Der abschließende Schritt 115, gezeigt in Fig. 2(M), besteht in der Bearbeitung des kugelförmigen Gehäuses 18, im wesentlichen entlang seiner Schweißnahtverbindung durch eine Dreh- oder Fräßmaschine 82.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung eines halbkugelförmigen Metallteiles aus einer Blechronde, die in einen Napfkörper umgeformt wird und der Napfkörper in eingespanntem Zustand einer Wärmebehandlung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Napfkörper (14) vor der Wärmebehandlung durch Drücken oder Abstreckdrücken einer Form- und/oder Wanddickenkorrektur unterzogen und während der Wärmebehandlung schneller als ein einspannender Haltekörper (42) abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Napfkörper (14) durch Warmpressen hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Drücken zumindest eine der Oberflächen des Napfkörpers (14) einer Schleifbehandlung unterzogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Napfkörper (14) durch Kaltpressen hergestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung des Napfkörpers (14) als Lösungsglühen mit sich anschließender, beschleunigter Abkühlung sowie eine nachfolgende Aushärtungsbehandlung ausgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Napfkörper (14) aus Titan oder einer Titanlegierung besteht und ein Gehäuseteil für ein Raketentriebwerk bildet.

7. Spanneinrichtung für einen Napfkörper mit einem Gegenformkörper, der einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt als der Napfkörper und eine der Innenfläche des Napfkörpers formähnliche Aufnahmefläche aufweist, sowie fest mit einem Basisringkörper verbunden ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Innenraum des Gegenformkörpers (42) ein Gas-Zuleitungs- bzw. Ableitungsrohrsystem (54, 60) verbunden ist, dessen Gaszuleitung (60) mit in der Aufnahmefläche (42a) des Gegenformkörpers (42) mündenden Versorgungsbohrungen (48) kommuniziert.

8. Spanneinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenformteil (42) eine Halbkugeloberfläche als Aufnahmefläche (42a) aufweist und eine Hohlkugelkalotte bildet.

9. Spanneinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenfläche des Gegenformkörpers (42) Kühlnuten (44) sowie Rippenvorsprünge (46) vorgesehen sind und mit dem Basisringkörper (40) eine Feststellvorrichtung (66, 68) für die Halterung des Napfkörpers (14) an dem Basisringkörper (40) vorgesehen ist.

10. Spanneinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Napfkörper (14) vor der Wärmebehandlung entlang eines Umfangsrandes über dem sich als Haltekörper entlang der Innenfläche des Napfkörpers (14) erstreckenden Gegenformkörpers (42) unter Belassung eines Spaltes (52) einspannbar ist.

11. Spanneinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt mit Rücksicht auf eine Ausgangs- und Endtemperatur der Wärmebehandlung eine Größe aufweist, derart, daß bei Erreichen der Endtemperatur der Gegenformkörper (42) entlang der Innenfläche des Napfkörpers (14) eng an diesem radial und in dem Napfkörper (14) ein Spannungszustand erzeugbar ist.

12. Spanneinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Napfkörper (14) einen halbkugelförmigen Hohlkörper bildet.

13. Spanneinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas-Zuleitungs- bzw. Ableitungsrohrsystem (54, 60) durch den Basisringkörper (40) festgelegt ist und einen im wesentlichen vertikalen Auslaßkanal (54) innerhalb des Gegenformkörpers (42) aufweist, der mit einer Auslaßöffnung (55) zwischen zwei Rippenvorsprüngen (46) greift und zugleich eine Verteilervorrichtung (64) für die Gaszuführungsleitung (60) abstützt, und von der Verteilervorrichtung (64) einzelne Verbindungsleitungen (62) zu durch Rippenvorsprünge (46) radial geführte Verbindungsbohrungen (48) abzweigen.