DE4241421A1 - Verfahren zur Herstellung von mit Hohlräumen versehenen Bauteilen und Anwendungen des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von mit Hohlräumen versehenen Bauteilen und Anwendungen des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
mit Hohlräumen versehenen Bauteilen, bei dem ein glattes
oder vorgeformtes Blechpaket aus mindestens einem Ober
blech, einem Unterblech, einer Trennfuge und einer partiel
len Trennmittelschicht in der Trennfuge zunächst an trenn
mittelfreien Bereichen der Trennfuge diffusionsgeschweißt
wird und durch Beaufschlagung eines Gasdruckes zwischen
Oberblech und Unterblech in einer geschlossenen aufgeheiz
ten Form blasumgeformt wird.
Blasumformen ist eine aus US-PS 4,184,000 bekannte Techno
logie der Umformung, bei welcher das umzuformende Material,
vorzugsweise Blech, durch den Druck eines fluiden Mediums,
vorzugsweise Gas, in die gewünschte Gestalt gebracht wird.
Dabei wird das umzuformende Blech gegen eine aufgeheizte
Negativform gepreßt. Die Abdichtung des Druckraumes wird
dabei in einer Blasumformmaschine durch die Anpreßkraft ei
ner Presse auf den Blechrand bewirkt. Das hat den Nachteil,
daß besonders bei großflächigen Bauteilen hohe Schließ
kräfte aufzubringen sind, so daß nur entsprechend teure und
schwere Blasumformmaschinen einsetzbar sind.
Für kleinflächige Bauteile ist aus US-PS 4,526,312 ein gat
tungsgemäßes Blasumformverfahren bekannt, bei dem durch
hohe Schließkräfte einer Presse bei gleichzeitiger Aufhei
zung eines Unter-, Ober- und Zwischenblechs mit partiellen
Trennmittelbereichen ein Blechpaket diffusionsgeschweißt
wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß mit größer
werdender Fläche des Blechpakets Presse, Preßwerkzeuge und
Aufheizeinrichtung für ein Diffusionsschweißen technisch
nur mit erheblichem Kostenaufwand lösbar werden. Hinzu
kommt, daß die für das Diffusionsschweißen erforderliche
Planparallelität und Justage der Preßwerkzeuge kaum mehr
beherrschbar wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren
anzugeben, das die Nachteile im Stand der Technik überwin
det und ohne mechanische Preßwerkzeuge eine Diffusionsver
schweißung großflächiger mit Hohlräumen versehener Bauteile
ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Ver
fahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 folgende Verfahrens
schritte umfaßt:
- a) nach einem Trennmittelauftrag in partiellen Bereichen der Trennfuge zwischen Oberblech und Unterblech werden diese an ihren Außenrändern gasdicht zu einem Blechpa ket verbunden und eine Gaszuführung zur Trennfuge zwi schen den Blechen des Blechpakets beim Schweißen der Außenränder mit eingebunden,
- b) anschließend wird über diese Gaszuführung die Trennfuge evakuiert, abgedichtet und in einem heißisostatischen Preßvorgang, einem Ex plosionsverdichtungsvorgang bei Diffusionsschweißtemperatur der Bleche das Blechpaket in den trennmittelfreien Berei chen verschweißt.
Das Verfahren hat den Vorteil, daß unter geringerem Ener
gieaufwand als bisher blasumgeformte Bauteile hergestellt
werden können. Darüber hinaus können Blechpaketflächen dif
fusionsverschweißt werden, die mit herkömmlichen mechani
schen Preßwerkzeugen nicht mehr beherrschbar sind. Zum ei
gentlichen Blasumformen reicht vorteilhaft eine einfache
Kastenform mit einer Trennfuge zum Einspannen des Blechpa
ketes aus, da vorteilhaft die Diffusionsverschweißung ge
trennt vom Blasumformschritt in einer Heißisostatpresse
oder einer Explosionsverbindungsanlage erfolgt. Das Explo
sionsverbinden hat gegenüber einem Heißisostatpressen den
zusätzlichen Vorteil, daß beim Explosionsverbinden keine
Einschränkungen bezüglich des Arbeitsraumes zu berück
sichtigen sind und deshalb die zu verbindenden Blechpakete
in ihrer Flächenausdehnung nicht begrenzt sind.
Da die Kastenform nur noch die Umformenergie für das Blas
umformen aufnehmen muß, reichen einfache Verbindungsmittel
zwischen den Formteilen aus und es können die Kosten zur
Entwicklung voluminöser Preßanlagen eingespart werden. Die
Kastenform und Größe und damit auch die Bauteilform und
Größe werden damit unabhängig von der Größe einer mecha
nischen Presse.
Der Ausstoß kann gegenüber der herkömmlichen Blasumformma
schine vervielfacht werden, da in der Blasumformmaschine
keine Diffusionsschweißtemperatur erreicht werden muß.
Ferner sind doppelwandige Bauteile in Großserie herstell
bar, wie sie im Triebwerksbau für Gehäuse, Klappen oder
Brennkammerwandungen oder im Flugzeugbau für Ruderflossen
oder Ruder oder im Kraftfahrzeugbau für Tragstrukturen, Tü
ren und Hauben eingesetzt werden.
Bei einer anderen Durchführung des Verfahrens wird zum Dif
fusionsschweißen eine Heißwalzanlage eingesetzt. Das hat
den zusätzlichen Vorteil, daß zwischen einem oberen und un
teren Blechband gasdicht eingeschlossene und sich wiederho
lende partielle Bereiche diffusionsgeschweißt werden kön
nen. Die sich wiederholenden Bereiche können anschließend
vereinzelt und zu Einzelbauteilen in Blasumformanlagen be
arbeitet werden. Damit lassen sich kostengünstig große Men
gen diffusionsverschweißen.
Eine weitere bevorzugte Durchführung des Verfahrens besteht
darin, daß nach dem Evakuieren und vor dem heißisostati
schen Pressen das Blechpaket zur Arbeitsraumnutzung aufge
rollt und im aufgerollten Zustand diffusionsverschweißt
wird. Im Gegensatz zum herkömmlichen Verfahren muß das
Blechpaket zum Diffusionsverschweißen nicht bereits die Be
arbeitungsform für eine Blasumformeinrichtung aufweisen,
sondern kann vorteilhaft als Blechpaket den Abmessungen ei
ner Heißisostatpresse oder einer Explosionsverbindungsein
richtung oder einem Heißwalzengerüst angepaßt werden.
Das Blechpaket kann vor dem Blasumformen als eine kompakte
Einheit falls erforderlich vorteilhaft zu einem Ring, Ke
gel, Dom oder einer anderen Vorform verarbeitet werden.
Beim Evakuieren der Trennfuge wird vorteilhaft eine Reini
gung der Trennfuge erreicht und die Dichtigkeit getestet.
Vorzugsweise wird eine Negativform des Bauteils zum Blasum
formen des Blechpakets als Ober- und Unterform in einer Ka
stenform ausgebildet und die Trennfläche zwischen Ober- und
Unterform der Einformbasis des Bauteils angepaßt. Das hat
den Vorteil, daß nach dem Blasumformen ein sicheres Trennen
der Ober- und Unterform erfolgen kann.
Die Kastenform wird vorzugsweise durch Verschrauben, Verklammern oder
Verschweißen von Ober- und Unterform für das Blasumformen zusammenge
halten, so daß sie nicht durch Aufblaskräfte geöffnet werden kann.
Zwischen Ober- und Unterform weist die Kastenform einen an das Blechpa
ket angepaßten Spalt auf, der durch eine beim Verbinden von Ober- und
Unterform eingebrachte Vorspannung das Blechpaket während des Blasum
formens in Position hält.
Ober- und Unterform der Kastenform werden vorzugsweise aus
zerlegbaren Formelementen aus Keramik hergestellt was be
sonders beim Aufheizen der Ober- und Unterformen bis in den
Bereich der Kriechtemperatur des Blechpaketes von Vorteil
ist. Zum Aufheizen von Ober- und Unterform sind Heizele
mente in der Kastenform vorgesehen.
Eine Aufheizung der Kastenform und/oder des Blechpaketes
bis in den Bereich der Materialkriechtemperatur des Bleches
erleichtert vorteilhaft das Einpressen der Bleche in die
Ober- und Unterform.
Zum Verbinden der Ränder des Blechpaketes werden vorzugs
weise Schweißtechniken eingesetzt, was vorteilhaft zu einer
gasdichten Verbindung führt.
Vor dem Verbinden der Bleche zu einem Blechpaket wird auf die
Berührungsflächen der Bleche ein Trennmittel aufgetragen,
wobei als Trennmittel vorzugsweise Oxidschichten, Keramik
schichten oder anorganische Hochtemperaturlacke oberflächig
aufgebracht werden. Diese erleichtern beim Blasumformen das
Trennen der Einzelbleche und verhindern unbeabsichtigtes
Reib-, Kalt- oder Diffusionsverschweißen von Teilbereichen.
Mit diesem Verfahren werden vorzugsweise Gehäusebauteile
von Gastriebwerken oder doppelwandige Bauteile von Trieb
werken oder Flugzeugen oder Kraftfahrzeugen hergestellt. So
läßt sich in einem Blasumformschritt die innere und die
äußere Gehäusewand oder Segmente davon zur Kühlluftführung
zwischen Gehäusewänden herstellen. Für Ruderflossen oder
Ruder oder Segmente dieser Bauteile können gleichzeitig
Druck- und Saugseite geformt werden. Materialverstärkungen
oder Strukturversteifungen können mit eingearbeitet werden,
indem vorzugsweise vor dem Blasumformen für innere Struk
turversteifungen eines doppelwandigen Bauteils Zwischenla
gen zwischen den Blechen aufgenommen werden oder indem für
äußere Materialverstärkungen Zusatzbleche auf das Blechpa
ket von außen aufgesetzt werden. Für Kraftfahrzeuge können
mit diesem Verfahren kostengünstig Tragstrukturen, Türen
oder Hauben hergestellt werden.
Die Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Ausbildung einer
Kastenform zur Durchführung des Verfahrens.
Die Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Ausbildung einer Kasten
form 1 zur Durchführung des Blasumformverfahrens. Dazu wer
den zunächst zwei glatte oder vorgeformte Bleche 2 und 3 in
den Bereichen 5 und 6 mit einem Trennmittel oberflächig be
deckt und an ihren Außenrändern 4 gasdicht zu einem Blech
paket 10 mittels einer Schweißnaht 11 verbunden. Dabei wer
den zwei Gaszuführungen 7 und 8 in die Trennfuge 9 zwi
schen dem Oberblech 2 und dem Unterblech 3 des Blechpaketes
10 eingebunden. Das glatte oder vorgeformte Blechpaket 10
wird über die Gaszuführungen 7 und 8 evakuiert und
zunächst zum Diffusionsverschweißen der trennmittelfreien
Bereiche in der Trennfuge 9 in einer Heißisostatpresse un
terworfen. Danach wird das glatte oder vorgeformte und dif
fusionsgeschweißte Blechpaket 10 zwischen einer Unter- 12
und Oberform 13 der Kastenform 1 an seinen verschweißten
Rändern 4 eingespannt, wenn die Unter- 12 und Oberform 13
mittels der Schrauben 14 miteinander verspannt werden.
Anschließend wird die Kastenform 1 durch die Heizungsstäbe
15 auf 3% unter die Fließtemperatur des Blechpaketes 10
aufgeheizt und Gasdruck auf die Gaszuführungen 7 und 8 ge
geben. In den Trennbereichen 5 und 6 wölben sich daraufhin
die Ausbuchtungen 16 und 17 aus, die beispielsweise
Kühlkanäle für ein doppelwandiges Turbinengehäuse bilden
oder Versteifungssicken für zwei spiegelbildlich angeord
nete Blechteile 2 und 3 sind.
Unter- 12 und Oberform 13 bestehen aus Keramikelementen,
die von Stahlmänteln 18 und 19 über Schraubverbindungen zu
sammengehalten werden.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung von mit Hohlräumen verse
henen Bauteilen, bei dem ein glattes oder vorgeformtes
Blechpaket aus mindestens einem Oberblech, einem Unter
blech, einer Trennfuge und einer partiellen Trennmit
telschicht in der Trennfuge zunächst an trennmittel
freien Bereichen der Trennfuge diffusionsgeschweißt
wird und durch Beaufschlagung eines Gasdruckes zwischen
Oberblech und Unterblech in einer geschlossenen aufge
heizten Form blasumgeformt wird, dadurch gekennzeich
net, daß:
- a) nach einem Trennmittelauftrag in partiellen Be reichen der Trennfuge zwischen Oberblech und Un terblech werden diese an ihren Außenrändern gas dicht zu einem Blechpaket verbunden und eine Gas zuführung zur Trennfuge zwischen den Blechen des Blechpakets beim Schweißen der Außenränder mit eingebunden,
- b) anschließend wird über diese Gaszuführung die Trennfuge evaku iert, abgedichtet und in einem heißisostatischen Preßvorgang oder einem Explosionsverdichtungsvorgang bei Diffusions schweißtemperatur der Bleche das Blechpaket in den trennmit telfreien Bereichen verschweißt.
2. Verfahren zur Herstellung von mit Hohlräumen verse
henen Bauteilen, bei dem ein glattes oder vorgeformtes
Blechpaket aus mindestens einem Oberblech, einem Unter
blech, einer Trennfuge und einer partiellen Trennmit
telschicht in der Trennfuge zunächst an trennmittel
freien Bereichen der Trennfuge diffusionsgeschweißt
wird und durch Beaufschlagung eines Gasdruckes zwischen
Oberblech und Unterblech in einer geschlossenen aufge
heizten Form blasumgeformt wird, dadurch gekennzeich
net, daß das Diffusionsschweißen wie folgt hergestellt
wird:
- a) nach einem Trennmittelauftrag in partiellen Bereichen der Trennfuge zwischen Oberblech und Unterblech werden diese an ihren Außenrändern gasdicht zu einem Blechpaket verbunden und eine Gaszuführung zur Trennfuge zwischen den Blechen des Blechpakets beim Schweißen der Außenränder mit eingebunden,
- b) anschließend wird über diese Gaszuführung die Trennfuge evaku iert, abgedichtet und in einer Heißwalzanlage das Blechpaket bei Diffusionsschweißtemperatur der Bleche in den trennmittel freien Bereichen verschweißt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeich
net, daß nach dem Evakuieren und vor dem heißisostati
schen Pressen das Blechpaket zur Arbeitsraumnutzung
aufgerollt und im aufgerollten Zustand diffusionsver
schweißt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Negativform des Bauteils zum
Blasumformen des Blechpakets als Ober- und Unterform in
einer Kastenform ausgebildet und die Trennfläche zwi
schen Ober- und Unterform der Einformbasis des Bau
teils angepaßt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kastenform durch Verschrauben,
Verklammern oder Verschweißen von Ober- und Unterform
beim Blasumformen zusammengehalten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Negativformen und/oder das
Blechpaket nach dem Einspannen in die Kastenform
höchstens bis in den Bereich der Kriechtemperatur des
Blechmantels aufgeheizt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß als partielle Trennschicht vor dem
Randverbinden der Bleche zu einem Blechpaket Oxid
schichten, Keramikschichten oder anorganische Hochtem
peraturlacke oberflächig aufgebracht werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß ein oder mehrere mit Trennmittel
partiell beschichtete Zwischenbleche vor dem Ver
schweißen der Außenränder von Ober- und Unterblech in
die Trennfuge eingebracht werden, die nach dem heißiso
statischen Pressen beim Blasumformen des Blechpakets
vorzugsweise eine Stützstruktur zwischen Oberblech und
Unterblech mit ihren nicht diffusionsverschweißten Be
reichen aufspannen.
9. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1
bis 8 zur Herstellung von großflächigen doppelwandigen
vorzugsweise tragenden Bauteilen von Triebwerken, Flug
zeugen oder Kraftfahrzeugen.
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