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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen anpassbaren Dorn zum Drückwalzen
von Gegenständen,
eine Vorrichtung zum Drückwalzen,
die diesen Dorn einsetzt und ein Verfahren zur Fertigung eines drückgewalzten
Produktes. Die Erfindung betrifft insbesondere einen einzelnen Dorn,
der an eine Anzahl von Anordnungen angepasst werden kann.
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BESCHREIBUNG
DES STANDES DER TECHNIK
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Drückwalzen
ist das Neugestalten eines flachen oder hohlen Materials unter Verwendung
eines Punktverformungsprozesses, der die kombinierten Kräfte des
Drehens und des Drückens
einsetzt. Das Drückwalzen
involviert das Drehen des Produkts auf einer Drehbank und die plastische
Verformung des Produkts auf einem Werkzeugdorn, der sich mit dem Produkt
dreht. Durch das Verformen des Produkts auf dem Dorn, erhält das Endprodukt
die Kontur des Dorns. So kann ein flaches Metallblech zu einer gewünschten
Gestalt ausgebildet werden.
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Ein
einzelner Dorn kann dazu eingesetzt werden, Endprodukte einem Drückwalzen
zu unterziehen, jedoch besitzen alle Endprodukte nur die Gestalt
jenes einzelnen Dorns. Es ist somit eine Vielzahl von Dornen erforderlich,
um Produkte mit unterschiedlicher Gestaltung und/oder Größen auszubilden.
Ein Dorn kann teuer sein und kann viel Zeit zu seiner Erschaffung
erfordern; wegen der Werkzeugkosten und der Anlaufzeiten ist es
deshalb wünschenswert,
die Zahl der Dorne zu minimieren, die zum Formen von vielen Produkten
mit unterschiedlicher Gestaltung nötig sind.
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Die
Materialkosten und die Anlaufzeiten sind auch wichtige Gesichtspunkte
bei der Auswahl und Herstellung der Materialien zum Drückwalzen.
Im Allgemeinen kosten Standardabmessungen aufweisende Rohstoffe
weniger und können
schneller bereitgestellt werden als Rohstoffe die ungleichmäßige Abmessungen
aufweisen. Da viele Anwendungen zum Drückwalzen flache Metallbleche
mit einzigartigen Abmessungen erfordern, ist es wünschenswert,
vor dem Prozess zum Drückwalzen
auf kostendeckende Art die eine Standardgröße aufweisenden Metallbleche
in die Metallbleche mit einzigartigen Abmessungen umzuwandeln, ohne
dass die Materialeigenschaften negativ beeinflusst werden. Es können zum Beispiel
Metallbleche, die eine Standardgröße aufweisen, die aber kleiner
als die gewünschten
einzigartigen Abmessungen sind, zusammengefügt werden, um ein Metallblech
mit einzigartigen Abmessungen zu schaffen.
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Herkömmliche
Schweißtechniken
werden typischerweise dazu eingesetzt, Metallbleche zusammenzufügen; einige
Metalle, wie hochfeste fällungsverfestigte
Aluminiumlegierungen können
jedoch nicht zufrieden stellend durch herkömmliche Schweißtechniken
zusammengefügt
werden. Das Reibrührschweißen ist
ein Verfahren zum Zusammenfügen
von Metallblechen, das die Schwierigkeiten beim Schweißen einiger
Aluminiumlegierungen oder anderer Materialien betrifft, die nicht
leicht durch herkömmliche
Schweißtechniken
zusammengefügt werden.
Das U.S.-Patent 5,460,317 von Thomas et al., offenbart ein Verfahren
zum Reibrührschweißen. Zwei
Materialbleche werden einem Reibrührschweißen unterworfen, indem die
beiden Bleche aneinander gestoßen
werden und dann ein drehender Kopf entlang der Verbindungslinie
läuft.
Der sich drehende Kopf erzeugt einen örtlichen Bereich von hoch plastifiziertem
Material, und das plastifizierte Material wird durch den rotierenden
Kopf mitgerissen, so dass das Material der beiden Bleche zusammengefügt und beim
Kühlen
eine Stoßverbindung
erzeugt. Durch den Reibrührschweißprozess
können
zwei Metallbleche zusammengeschweißt werden; die Materialeigenschaften
entlang der Verbindung unterscheiden sich jedoch ausreichend von
den Materialeigenschaften der anderen Abschnitte der Materialbleche,
so dass das geschweißte
Blech nicht denselben technischen Kriterien des Basismaterials genügt. Deswegen
erzeugt ein reibrührgeschweißtes Metallblech, das
anschließend
drückgewalzt
wird, ein Endprodukt mit unterschiedlichen Materialeigenschaften
entlang der ursprünglichen
Reibrührschweißverbindung.
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Deswegen
ist ein Dorn zum Drückwalzen
nötig,
der die Fähigkeit
zum Drückwalzen
von Metallblechen zu einer Vielzahl von Gestaltungen und/oder Größen hat.
Weiterhin besteht der Bedarf, Metallbleche einzusetzen, die Standardabmessungen
aufweisen, die vor dem Prozess zum Drückwalzen zusammengefügt wurden,
um ein größeres Metallblech
mit einzigartigen Abmessungen zu schaffen, aber ohne die Materialeigenschaften
des Endprodukts, beispielsweise entlang einer Schweißnaht, zu
vermindern.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft die oben genannten Bedürfnisse und erlangt weitere
Vorteile durch das Bereitstellen eines anpassbaren Dorns zum Drückwalzen
gemäß Anspruch
1. Der anpassbare Dorn beinhaltet eine Verstärkungsplatte, auf die ein erster Dornabschnitt
und ein zweiter Dornabschnitt befestigt sind, so dass ein oder mehr
Dornabschnitte entfernbar befestigt sind. Jeder Dornabschnitt definiert eine
Drückwalz-Konturoberfläche. Der
entfernbar befestigte Dornabschnitt oder die Dornabschnitte, können an
der Verstärkungsplatte
in mindestens zwei verschiedenen Positionen relativ zum anderen
Dornabschnitt befestigt sein. Eine erste Gestaltung ist definiert,
wenn die ersten und zweiten Dornabschnitte aneinander stoßen, und
eine zweite Gestaltung ist definiert, wenn die ersten und zweiten
Dornabschnitte voneinander beabstandet sind, um einen Dornspalt
zu definieren. Der Dorn beinhaltet auch mindestens einen Dornabstandshalter,
der auch eine Drückwalz-Konturoberfläche definiert.
Der Dornabstandshalter ist entfernbar an der Verstärkungsplatte
befestigt, um den Dornspalt auszufüllen, während die ersten und zweiten
Dornabschnitte in der zweiten Gestaltung voneinander beabstandet
sind. Deswegen ist der Dorn dazu anpassbar, mindestens zwei verschiedene
kontinuierliche Drückwalzmuster
zu definieren.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des anpassbaren Dorns, beinhaltet die Stützplatte Durchgangslöcher, und
die ersten und zweiten Dornabschnitte und der Dornabstandshalter
beinhalten mindestens einen Bolzen und einen Passstift zum Positionieren
in die Durchgangslöcher
der Verstärkungppatte.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform beinhaltet
einen ersten Dornabschnitt, der eine andere Gestalt als der zweite
Dornabschnitt hat, so dass die erste Gestaltung und die zweite Gestaltung
des Dorns jeweils ein nicht-konzentrisches Muster definieren. In
einer alternativen bevorzugten Ausführungsform definieren der erste
Dornabschnitt und der zweite Dornabschnitt beide eine halbkreisförmige Gestalt,
so dass die erste Gestaltung und die zweite Gestaltung des Dorns
jeweils ein nominal kreisförmiges
Muster definieren. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfasst
einen Dornabstandshalter mit Kanten, die einen Bogen aufweisen, der
dem Bogen der Dornabschnitte gleicht, während noch eine andere Ausführungsform
einen Dornabstandshalter mit geraden Kanten beinhaltet.
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Die
Erfindung stellt auch eine Vorrichtung zum Drückwalzen gemäß Anspruch
11 bereit, die in Betrieb ist. Die Vorrichtung zum Drückwalzen
beinhaltet einen Dorn und ein Metallblech. Der Dorn beinhaltet eine
Stützplatte,
auf der ein erster Dornabschnitt und ein zweiter Dornabschnitt befestigt
sind, so dass ein oder mehr Dornabschnitte entfernbar befestigt
sind. Jeder Dornabschnitt definiert eine Drückwalz-Konturoberfläche. Die/Der
entfernbar befestigte(n) Dornabschnitt(e) kann/können an der Stützplatte
in mindestens zwei verschiedenen Positionen relativ zu dem anderen
Dornabschnitt befestigt sein. Eine erste Gestaltung ist definiert,
wenn die ersten und zweiten Dornabschnitte aneinander stoßen, und
eine zweite Gestaltung ist definiert, wenn die ersten und zweiten
Dornabschnitte zum Definieren eines Dornspalts voneinander beabstandet
sind. Der Dorn beinhaltet auch wenigstens einen Dornabstandshalter, der
auch eine Drückwalz-Konturoberfläche definiert. Der
Dornabstandshalter ist entfernbar and der Stützplatte befestigt, um den
Dornspalt auszufüllen,
während
in der zweiten Gestaltung die ersten und zweiten Dornabschnitte
voneinander beabstandet sind. Deswegen ist der Dorn dazu anpassbar,
um mindestens zwei verschiedene kontinuierliche Drückwalzmuster
zu definieren, auf die das Metallblech zum Drückwalzen betrieblich befestigt
sein kann. Das Metallblech wird auf dem Dorn drückgewalzt um die Konturen der
Drückwalz-Konturoberfläche zu erhalten.
Das Metallblech kann ein geschweißtes Metallblech sein, das
ein erstes Metallblech beinhaltet, das an ein zweites Metallblech
entlang einer Schweißnaht
geschweißt
ist, und das geschweißte
Metallblech ist betrieblich mit dem Dorn in der zweiten Gestaltung
verbunden.
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Durch
die vorliegende Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung
eines drückgewalzten Produkts
nach Anspruch 18 bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet die Umwandlung
des Dorns aus einer ersten Gestaltung in eine zweite Gestaltung,
indem ein erster Dornabschnitt relativ zu einem zweiten Dornabschnitt
bewegt wird. Die erste Gestaltung definiert eine kontinuierliche
Drückwalz-Konturoberfläche und
die zweite Gestaltung definiert eine Drückwalz-Konturoberfläche mit einem Dornspalt zwischen den
Dornabschnitten. Ein Dornabstandshalter ist in die Dornspalte eingefügt, um eine
zweite kontinuierliche Drückwalz-Konturoberfläche fertig
zu stellen. Blechmaterial wird dann betrieblich mit dem Dorn verbunden
und drückgewalzt,
um das drückgewalzte Produkt
zu definieren.
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Zusätzliche
bevorzugte Ausführungsformen des
Herstellungsverfahrens können
das Zusammenschweißen
hinsichtlich mindestens zweier Metallbleche beinhalten, bevor das
Blechmaterial betrieblich mit dem Dorn verbunden wird. Das Herstellungsverfahren
kann auch ein Verfahren zum Reibrührschweißen beinhalten, um die Metallbleche
zusammenzuschweißen
und ein Beschneidungsverfahren („trimming process") zur Entfernung
der reibrührgeschweißten Naht
und der von Wärme
betroffenen Zone des geschweißten
Blechs.
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Deswegen
stellt die vorliegende Erfindung die Fähigkeit zur Verfügung, Metallbleche
in eine Vielzahl von Gestalten und/oder Größen drückzuwalzen. Zusätzlich ermöglicht die
vorliegende Erfindung den Einsatz von Metallblechen mit Standardabmessungen,
um Endprodukte von im Wesentlichen äquivalenten Materialeigenschaften
als Endprodukte drückzuwalzen,
die aus Metallblechen drückgewalzt wurden,
die einzigartige Abmessungen aufweisen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Nachdem
die allgemeine Beschreibung der Erfindung erfolgt ist, wird nun
auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen, die nicht unbedingt maßstabsgerecht gezeichnet wurden
und wobei:
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1 eine
Perspektivansicht eines Dorns für ein
Verfahren zum Drückwalzen
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist, die die entfernbaren Dornabstandshalter
veranschaulicht;
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2 eine
Ansicht in Explosionsdarstellung des Dorns von 1 ist,
die die Durchgangslöcher
in der Stützplatte
zeigt, durch die die Dornabschnitte und die Dornabstandshalter verschraubt
und gedübelt
sind;
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3 eine
Perspektivansicht des Dorns von 1 ist, die
eine erste Gestaltung des Dorns zeigt, wobei die Trennflächen des
ersten Dornabschnitts mit den Trennflächen des zweiten Dornabschnittes
in Kontakt kommen;
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4 eine
Perspektivansicht des Dorns von 1 ist, die
eine zweite Gestaltung des Dorns zeigt, wobei die Dornabstandshalter
die Dornspalte besetzten, die durch die Dornabschnitte definiert
sind;
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5 eine
Perspektivansicht eines Produkts, das mit dem Dorn von 1 gefertigt
wurde, nämlich
eine Einlassoberkante des Rumpfes, wobei die Einlassoberkante des
Rumpfes angeordnet auf dem Gehäuse
eines Triebwerks gezeigt ist;
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6 eine
vergrößerte Ansicht
eines Dornabstandshalters von 1, die den
Bogen der Innenkante und den Bogen der Außenkante des Dornabstandshalters
zeigt;
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7 eine
vergrößerte Ansicht
eines Dornabstandshalters einer alternativen Ausführungsform, die
eine gerade Innenkante und eine gerade Außenkante des Dornabstandshalters
zeigt;
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8 eine
Draufsicht eines einzelnen Metallblechs nach dem Drückwalzen,
die die Linien zeigt, entlang welcher das gebildete Blech beschnitten
(„trimmed") werden soll;
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9 eine
Draufsicht von zwei Metallblechen, die nach dem Drückwalzen
der Bleche durch einen Reibrührschweißprozess
zusammengefügt wurden,
wobei die Linien gezeigt werden, entlang welcher das gebildete Blech
beschnitten werden soll;
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10 eine
Draufsicht von zwei Metallblechen, die nach Drückwalzen der Bleche durch einen Reibrührschweißprozess
zusammengefügt
wurden, wobei das Endprodukt eines Dorns gezeigt ist, der Dornabschnitte
unterschiedlicher Gestalt aufweist und der die Kanten zeigt entlang
welcher das gebildete Blech beschnitten werden soll; und
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11 eine
Perspektivansicht des Endmaterials von 8 oder 9 nach
dem Beschneiden und Entfernen von überschüssigem Material.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbesserung des Standes
der Technik bereitzustellen und die Nachteile zu beseitigen, die
sich aus dem Stand der Technik ergeben. Das Ziel wird durch einen
anpassbaren Dorn zum Drückwalzen nach
Anspruch 1, eine Vorrichtung zum Drückwalzen nach Anspruch 11 und
durch ein Verfahren nach Anspruch 18 erreicht. Vorteilhafte Merkmale
und Ausführungsformen
und ihre Kombinationen werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen dargestellt.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend ausführlicher mit Bezug auf die
beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen einige, aber nicht alle Ausführungsformen
der Erfindung gezeigt werden. Die Erfindung kann tatsächlich durch
eine Vielzahl verschiedener Formen verkörpert sein und sollte nicht
so ausgelegt werden, dass sie auf die hier nachfolgenden Ausführungsformen
begrenzt ist; die Erfindung ist eher durch den Schutzumfang der
beigefügten
Ansprüche
begrenzt. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchgehend auf gleiche
Elemente.
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In
den 1–4 wird
ein Dorn 10 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht. Der Dorn 10 der veranschaulichten
Ausführungsform
wird beim Drückwalzen
der Einlassoberkante des Rumpfes 12 eingesetzt, wie es
in 5 veranschaulicht ist. Die Einlassoberkante des
Rumpfes 12 wird auf die vordere Kante eines Düsentriebwerkgehäuses 14,
wie einer Gondel montiert, und leitet während des normalen Betriebs
die Luft in oder um das Düsentriebwerk 16 herum.
Die Einlassoberkante des Rumpfes 12 ist ein Ring aus gebogenem Metallblech,
das auf einem Dorn, wie der Dorn 10 von 1,
drückgewalzt
ist, und dann zu einem zweiteiligen Ring geschnitten wird, bevor
es auf das Düsentriebwerkgehäuse 14 montiert
wird. Der Dorn 10 der vorliegenden Erfindung kann beim
Drückwalzen
jeder drückgewalzten
Komponente eingesetzt werden und ist nicht auf die Einlassoberkante
des Rumpfes 12 beschränkt.
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Der
Dorn 10 von 1 beinhaltet eine Verstärkungsplatte 20,
die eine allgemein ebene Oberfläche 22 beinhaltet.
Der Dorn 10 beinhaltet ebenfalls einen ersten Dornabschnitt 24 und
einen zweiten Dornabschnitt 26, die entfernbar an der allgemein ebenen
Oberfläche 22 der
Verstärkungsplatte 20 befestigt
sind. In weiteren Ausführungsformen
der Erfindung können
zusätzliche
Dornabschnitte beinhaltet sein, und der Dorn kann einen oder mehr
Dornabschnitte beinhalten, die starr an der Verstärkungsplatte 20 befestigt
sind. In einer Ausführungsform,
in der ein Dornabschnitt entfernbar befestigt und ein anderer Dornabschnitt
starr befestigt ist, können
dem Dorn 10 Gegengewichte zugefügt werden, so dass der Dorn
zum Drehen balanciert werden kann. Solche Gegengewichte können auch bei
Dornen eingesetzt werden, die eine Vielzahl von Dornabschnitten aufweisen,
die entfernbar befestigt sind.
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Die
Verstärkungsplatte 20 der
veranschaulichten Ausführungsform
ist nominal kreisförmig,
und die Dornabschnitte 24 und 26 sind ebenfalls
nominal kreisförmig.
Andere Ausführungsformen
der Erfindung können
zum Drückwalzen
eine Verstärkungsplatte 20 und
Dornabschnitte 24 und 26 mit jeder möglichen
geometrischen Formen beinhalten. Beispiele von drückgewalzten
Mustern, die aus den geometrischen Gestalten der Dornabschnitte 24 und 26 erzeugt
werden, beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, elliptische,
lang gestreckte und nicht-konzentrische Muster. Die Dornabschnitte 24 und 26 der
veranschaulichten Ausführungsform
sind unter Einsatz von Durchgangslöchern 28 in der Verstärkungsplatte
an die Verstärkungsplatte 20 montiert,
wie dies in 2 gezeigt ist, durch welche
die Dornabschnitte mit Passstiften 27 gedübelt und/oder mit
Bolzen 29 verbolzt sind, die in den Dornabschnitten beinhaltet
sind. Die Lage der Durchgangslöcher 28 in
der Verstärkungsplatte 20 erlaubt
es den Dornabschnitten 24 und 26 auf die Verstärkungsplatte
in eine Anzahl relativer Positionen montiert zu werden. Die Dornabschnitte 24 und 26 weiterer
Ausführungsformen
können
durch alternative Befestigungsmittel befestigt, oder in alternativer
Art und Weise, entfernbar auf die Verstärkungsplatte 20 montiert
werden, wie die gleitfähige
Montage der Dornabschnitte mit Bolzen durch Spalte hindurch in der
Verstärkungsplatte.
Um die Konfiguration des Dorns anzupassen, werden die Dornabschnitte 24 und 26 hin
zu verschiedenen Relativpositionen bewegt, die das Muster der Drückwalzoberfläche, auf
der das Metallblech drückgewalzt
werden soll, umwandeln.
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Die
Dornpositionen 24 und 26 der veranschaulichten
Ausführungsform
definieren eine Drückwalz-Konturoberfläche 30 auf
einer Oberfläche
des Dornabschnittes gegenüberliegend
zur Verstärkungsplatte 20.
Die Konturoberfläche 30 des
veranschaulichten Dorns 10 ist ein konvexer Bogen; weitere
Ausführungsformen des
Dorns können
jedoch jede beliebige geometrische Form beinhalten, die zum Drückwalzen
möglich
ist. Die Dornabschnitte 24 und 26 beinhalten auch
an jeder Abschlusskante der Konturoberfläche 30 eine Trennfläche 32,
wie dies in den 1 und 2 gezeigt
ist. Die Trennfläche 32 des
veranschaulichten Dorns 10 verläuft allgemein senkrecht zur
Verstärkungsplatte 20 und
zur Konturoberfläche 30;
andere Ausführungsformen
der Trennfläche
können
jedoch jeden Winkel relativ zur Verstärkungsplatte oder zur Konturoberfläche aufweisen.
Die Trennflächen 32 eines
jeden Domabschnitts 24 oder 26 sind identisch
mit der Trennfläche
des benachbarten Dornabschnitts und so geformt, dass sie mit dieser
in Eingriff kommen, wenn die Trennflächen miteinander in Kontakt
kommen, wie in 3 gezeigt. Wenn somit der Dorn 10 so montiert
ist, dass die Dornabschnitte 24 und 26 aneinander
anliegen, wie in 3 gezeigt, definiert der Dorn
eine Drückwalz-Konturoberfläche 30 einer
Größe.
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Wenn
die Dornabschnitte 24 und 26 entfernbar an der
Verstärkungsplatte
befestigt sind, so dass die Trennflächen nicht aneinander stoßen, so
dass die Dornabschnitte voneinander beabstandet sind, um, wie in 1 zu
sehen ist, einen Dornspalt 34 zu definieren, in den mindestens
ein Dornabstandshalter 36 eingefügt werden kann. Die Dornabstandshalter 36 sind,
wie in 2 gezeigt, mit Passstiften 27 und/oder
Bolzen 29 oder durch ähnliche
Befestigungsmethoden, entfernbar an der Verstärkungsplatte 20 befestigt.
Ein Dornabstandshalter 36, wie in den 6 und 7 veranschaulicht,
beinhaltet eine Drückwalz-Konturoberfläche 30,
die der Konturoberfläche
der Dornabschnitte entspricht. Somit kann eine Drückwalz-Konturoberfläche 30 identisch
mit der der Dornabschnitte 24 und 26 sein oder
sonst einen erwünschten Übergang
zwischen den Konturoberflächen 30 der
Dornabschnitte zur Verfügung
stellen. Der Dornabstandshalter 36 beinhaltet auch an jeder
Abschlusskante der Konturoberfläche 30 des
Abstandshalters zwei Dornabschnitt-Eingriffsflächen 38. Jede Dornabschnitt-Eingriffsfläche 38 des
Dornabstandshalters 36 ist identisch mit der Trennfläche 32 des
benachbarten Dornabschnittes 24 oder 26 und dazu
ausgebildet, mit dieser in Eingriff zu kommen, wenn der Dornabstandshalter
in den Dornspalt 34 eingeführt wird. Es können mehr
als ein Dornabstandshalter 36 in den Dornspalt 34 eingeführt werden,
und in so einem Fall, kommt die Dornabschnitt-Eingriffsfläche 32 in
Eingriff mit der Eingriffsfläche
des benachbarten Dornabstandshalters oder mit der Trennfläche 32 des
benachbarten Dornabschnittes 24 oder 26. Wenn
somit der Dorn 10 so montiert ist, dass die Dornabschnitte
von einander beabstandet sind, um einen Dornspalt 34 zu
definieren und die Dornabstandshalter 36 den Dornspalt ausfüllen, wie
in 4 veranschaulicht, definiert der Dorn eine Drückwalz-Konturoberfläche 30 einer zweiten
Größe.
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Die
Dornabstandshalter 36 ermöglichen es dem Dorn 10,
sich aus einer ersten Ausgestaltung von 3 in eine
zweite Ausgestaltung von 4 umzuwandeln, um mindestens
zwei verschiedene kontinuierliche Drückwalzmuster zu definieren.
Die erste Ausgestaltung von 3 definiert
ein kontinuierliches Drückwalzmuster,
das durch die Drückwalz-Konturoberflächen 30 der
Dornabschnitte 24 und 26 erzeugt wird. Um den
Dorn 10 in die zweite Ausgestaltung von 4 umzuwandeln,
wird der zweite Dornabschnitt 26 und/oder der erste Dornabschnitt 24 relativ
zum anderen Dornabschnitt bewegt, und die Dornabstandshalter 36 werden
in die Dornspalte hinein 34 eingefügt. Die zweite Ausgestaltung von 4 definiert
ein kontinuierliches Drückwalzmuster,
das von den Drückwalz-Konturoberflächen 30 der
Dornabschnitte 24 und 26 und den Dornabstandshaltern 36 erzeugt
wird. Zusätzliche
Gestaltungen können
erzeugt werden, indem die Dornabschnitte 24 und/oder 26 bewegt
werden, indem zusätzliche
Dornabschnitte zugefügt
werden, indem zusätzliche
Dornabstandshalter 36 hinzugefügt werden oder durch Kombinieren
von jeder der vorgenannten Alternativen.
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Der
Dorn 10 aus den 1-4 definiert eine
kontinuierliche Drückwalz-Konturoberfläche, die ein
nominal kreisförmiges
Muster ist. Der Dorn 10 besteht aus zwei halbkreisförmigen Dornabschnitten 24 und 26,
die einen Bogen mit einem inneren Durchmesser entlang einer inneren
Oberfläche 42 und
einen Bogen mit einem äußeren Durchmesser
entlang einer äußeren Oberfläche 44 definieren.
Wenn deswegen der Dorn 10 in der in 3 veranschaulichten ersten
Ausgestaltung ist, definiert der Dorn ein nominal kreisförmiges Muster.
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Der
in 6 gezeigte Dornabstandshalter 36 und
der Dornabstandshalter 136 einer alternativen Ausführungsform,
wie in 7 gezeigt, haben jeweils eine Innenkante 46 oder 146 und
eine Außenkante 48 oder 148.
Die Innenkante 46 des Dornabstandhalters 36 aus 6 beinhaltet
einen äquivalenten
Bogen mit innerem Durchmesser, wie die innere Oberfläche 42 der
Dornabschnitte 24 und 26, und die Außenkante 48 des
Dornabstandhalters einen äquivalenten
Bogen mit äußerem Durchmesser
wie die äußere Oberfläche 44 der
Dornabschnitte. Deswegen definiert ein Dorn 10, der die
Dornabstandshalter 36 von 6 in der
zweiten Ausgestaltung mit einschließt, ein nominal kreisförmiges Muster
mit den kontinuierlich gebogenen Innen- und Außenkanten. Die Innenkante 146 des
Dornabstandshalters 136 von 7 definiert
eine lineare Kante, die senkrecht zu den Eingriffsflächen 138 verläuft, die
in Eingriff mit den Dornabschnitt sind, und eine Außenkante 148 definiert
eine lineare Kante, die senkrecht zu den Flächen verläuft, die in Eingriff mit dem
Dornabschnitt kommen. Aufgrund der geraden Kanten der Dornabstandshalter
definiert deswegen ein Dorn 10, der die Dornabstandshalter 136 mit
einschließt,
kein perfektes kreisförmiges
Muster. Der Dorn 10 mit dem Dornabstandshalter 136 von 7 definiert
jedoch noch ein nominal kreisförmiges
Muster, da der gerade Abschnitt des Dornabstandshalters klein ist
relativ zu dem Gesamtmuster des Dorns. Wenn der Dornabstandshalter 136 eine
wesentliche Breite definiert, wird in einer Ausführungsform des Dorns das gesamte
kontinuierliche Drückwalzmuster
des Dorns allgemein mehr lang gestreckt als kreisförmig sein.
Obwohl zwei Ausführungsformen
der Dornabstandshalter gezeigt werden, können die Dornabstandshalter von
alternativen Ausführungsformen
jede beliebige Form und Größe aufweisen,
um einen Dornspalt auszufüllen,
der durch die Dornabschnitte definiert ist.
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Sobald
der Dorn 10 in eine der Gestaltungen montiert und die Dornabschnitte 24 und 26 und/oder die
Dornabschnitte 36 sicher an der Verstärkungsplatte 20 befestigt
sind, kann der Dorn dazu benutzt werden, ein Metallblech zu einem
drückgewalzten Produkt
drückzuwalzen.
Der erfindungsgemäße Dorn 10 kann
auch dazu genutzt werden, Rohstoffe oder andere Stoffe als Metallbleche
drückzuwalzen. Der
Drückwalz-Prozess
umfasst allgemein das Positionieren der Metallfolie oder anderer
Materialien auf den Dorn, die drückgewalzt
werden können,
so dass das Metallblech betriebsmäßig mit dem Dorn verbunden
ist, und dann das Zusammenwalzen der beiden. Während das Blech und der Dorn
walzen, wird an einem relativ fixen Punkt eine Kraft ausgeübt, so dass das
Blechmaterial sich plastisch verformt, wenn es sich über den
Punkt hinaus dreht, so dass das Blechmaterial die Konturen der Konturoberfläche erhält. Bei
Beendigung wird das drückgewalzte
Blech vom Dorn entfernt. 8 veranschaulicht ein einzelnes Metallblech 50 nach
dem Drückwalzprozess
und vor dem Beschneiden des Blechs. Während einige drückgewalzte
Produkte als ein einzelnes Endprodukt beibehalten werden, können andere
drückgewalzte
Produkte, wie die Einlassoberkante des Rumpfes nach dem Drückwalzen
in eine Vielzahl von Teilen aufgeteilt werden. Die Beschnittkante 52 („trim line") in 8 veranschaulicht
die Ebene, entlang welcher das einzelne drückgewalzte Metallblech 50 beschnitten
werden soll.
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In
einigen Ausführungsformen
ist es vorteilhaft, eine Vielzahl von Blechen zu verbinden, um ein Blech
zu formen, das drückgewalzt
werden soll. Zum Beispiel kann das Drückwalzen ein Blech mit einzigartigen
Abmessungen erfordern, was teuer sein könnte, während zwei oder mehr, herkömmliche
Abmessungen aufweisende Bleche, die billiger sind, zusammengeschweißt werden
könnten,
um ein Blech zum Drückwalzen
zu definieren. 9 veranschaulicht ein geschweißtes Metallblech 54,
umfassend ein erstes Metallblech 56 und ein zweites Metallblech 58, die
durch einen Reibrührschweißprozess,
nach dem Drückwalzprozess
und vor dem Beschneiden des Blechs zusammengefügt werden. Die Beschnittkanten 60 und 62 von 9 veranschaulichen
die Ebenen, entlang welcher das drückgewalzte geschweißte Blech 54 beschnitten
werden soll. Im Gegensatz zur 8 wird das
geschweißte
Metallblech 54 von 9 auf jeder
Seite der Schweißnaht
beschnitten, um die Naht und die Abschnitte des Materials zu entfernen,
die durch den Schweißprozess
geschädigt wurden.
Zur Kompensierung des zusätzlichen
Materials, das von dem geschweißten
Metallblech 54 von 9 entfernt
wurde, beinhaltet das geschweißte Metallblech
im Vergleich zu dem Material, das von dem einzelnen Metallblech 50 in 8 entfernt
wurde, eine zusätzliche
Materialgröße vor dem
Beschneiden, so dass die entstandenen beschnittenen Produkte im
Wesentlichen äquivalent
sind.
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10 veranschaulicht
eine alternative Ausführungsform
eines drückgewalzten
geschweißten Metallblechs 154.
Das geschweißte
Blech 154 umfasst ein erstes Metallblech 156 und
ein zweites Metallblech 158, das entlang einer Schweißnaht 166 angefügt ist.
Der Dorn, auf dem das geschweißte
Blech 154 drückgewalzt
wurde, wies einen ersten Dornabschnitt mit einer unterschiedlichen
Gestalt als der zweite Dornabschnitt auf. Somit unterscheidet sich die
entstandene Kontur des ersten Metallblechs 156 von der
entstandenen Kontur des zweiten Metallblechs 158. Nach
dem Beschneiden entlang der Beschnittkanten 160 und 162,
haben die oberen und unteren Abschnitte des Endprodukts eine unterschiedliche
Gestalt. Die 8–10 zeigen
jeweils die drückgewalzten
Metallbleche 50, 54, und 154, nachdem
das überschüssige Material,
das nicht drückgewalzt
wurde, entfernt worden war. 11 veranschaulicht
ein drückgewalztes
Produkt 64 nach dem Beschneiden des einzelnen Metallblechs 50 von 8 oder
nach dem Beschneiden des geschweißten Metallblechs 54 von 9.
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Zur
Erzeugung des geschweißten
Metallblechs 54 von 9 können zwei
oder mehr einzelne Metallbleche durch Reibrührschweißen oder durch andere geeignete
Prozesse zusammengefügt
werden. Der Prozess des Reibrührschweißens wird
in dem U.S.-Patent 5,460,317 von Thomas et al. offenbart, dessen
Inhalt zum Offenbarungsgehalt gehört. Das Reibrührschweißen kann
zwei einzelne Bleche aus Material zusammenfügen, umfassend, aber nicht darauf
beschränkt,
Aluminium, Aluminiumlegierungen, Titan, Titanlegierungen, Stahl
und dergleichen. Nichtmetallische Materialien, wie Polymere und
dergleichen, können
ebenfalls durch Reibrührschweißen geschweißt werden.
Ferner können
die zu schweißenden
Bleche Teile ähnlicher
oder unähnlicher
Materialien, wie zum Beispiel Bleche unterschiedlicher Metalle,
umfassend Metalle, die nicht schweißbar oder unwirtschaftlich
hinsichtlich des Zusammenfügens
durch herkömmliche
Schmelzschweißtechniken
sind. Wenn nicht schweißbare
Materialen durch herkömmliche
Schmelzschweißtechniken
zusammengefügt
werden, produzieren sie relativ schwache Schweißnähte, die dazu neigen, während der Schweißverfestigung
zu brechen. Solche Materialen umfassen Aluminium und einige Aluminiumlegierungen,
insbesondere die Legierungen der AA-Serien 2000 und 7000. Der Einsatz
des Reibrührschweißens erlaubt
es den Blechen nicht schweißbarer
Materialien, sicher zusammengefügt
zu werden. Das Reibrührschweißen kann
auch dazu eingesetzt werden, schweißbare Bleche sicher mit anderen schweißbaren und
nicht schweißbaren
Materialien zusammenzufügen.
So können
die Materialien, die das geschweißte Blech, wie das geschweißte Metallblech 54 von 1,
bilden, aus einer breiteren Varietät von Metallen und Legierungen
ausgewählt
werden.
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Das
geschweißte
Metallblech 54 von 9 umfasst
eine reibrührgeschweißte Naht 66.
Typischerweise weist die Naht 66 eines reibrührgeschweißten Metallblechs 54 Materialeigenschaften auf,
die sich ausreichend von den Materialeigenschaften der Abschnitte
des Metallblechs unterscheiden, die nicht durch den Reibrührschweißprozess beeinflusst
wurden. Ein Blech, das Bereiche unterschiedlicher Materialeigenschaften
hat, kann für
bestimmte Anwendungen nicht erwünscht
sein; deswegen wird das geschweißte Metallblech 54 der
veranschaulichten Ausführungsform
entlang der reibrührgeschweißten Naht 66 während des
Beschneidungsschrittes beschnitten, um die Anteile des Metallblechs
zu entfernen, die durch den Reibrührschweißprozess beschädigt wurden,
so wie die durch Hitze beeinflusste Zone in der Nähe der Naht
als auch die eigentliche Schweißnaht.
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Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung beschneiden nur einen Teil der Naht 66 und/oder
den betroffenen Abschnitt des Metallblechs, oder beschneiden das
Metallblech 54, so dass nichts von der Naht und/oder des
betroffenen Bereichs entfernt wird, um zwei nicht einschränkende Beispiele
von Beschnittkanten anzuführen.
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Der
Drückwalzprozess
ist im Wesentlichen der gleiche bei einem einzelnen Metallblech 50 oder bei
einem geschweißten
Metallblech 54, das durch einen Reibrührschweißprozess 54 oder durch
einen anderen geeigneten Prozess zusammengefügt wurde. Die Verstärkungsplatte 20 des
Dorns 10 ist an einer Drehvorrichtung befestigt, wobei
ein nicht einschränkendes
Beispiel eine Drehbank ist, so dass der Dorn 10 sich drehen
kann. Die Komponenten des veranschaulichten Dorns 10 werden
aus einem Werkzeugstahl gefertigt; es kann jedoch jedes beliebige
Material mit den Materialeigenschaften und der baulichen Festigkeit
eingesetzt werden, um den wiederholten Drückwalzzyklen zu widerstehen.
Das Metallblech 50 oder 54 ist betriebsmäßig mit
dem Dorn 10 verbunden, so dass der Dorn und das Metallblech miteinander
rotieren. Das in den 8-10 veranschaulichte
Metallblech ist eine Aluminiumlegierung, wie 2219-Aluminium, obwohl
jedes beliebige Material eingesetzt werden könnte, das plastisch verformbar
ist, wie ein Polymer. Sobald der Dorn 10 und das Metallblech 50 oder 54 einmal
mit einer ausreichenden Geschwindigkeit rotieren, drückt ein
Werkzeugeinsatz das Material des Metallblechs progressiv auf den Dorn,
so dass das entstandene Metallblech die Konturen der Dornkonturoberfläche 30 erhält. 8 veranschaulicht
das resultierende Metallblech 50 eines einzelnen Blechs
nach dem Drückwalzen,
und 9 zeigt das entstandene geschweißte Metallblech 54 nach
dem Drückwalzen.
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In
der ersten Gestaltung von 3 wird ein Dorn 10 eingesetzt,
um das Metallblech 50 von 8 drückzuwalzen,
während
in der zweiten Gestaltung von 4 ein Dorn
eingesetzt wird, um das geschweißte Metallblech 54 von 9 drückzuwalzen. Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung definieren einen Dorn zum Drückwalzen eines einzelnen Metallblechs
in einer ersten Gestaltung, einer zweiten Gestaltung und in einer
beliebigen Zahl anderer Gestaltungen. Ein Dorn kann gleichermaßen auch
zum Drückwalzen
eines geschweißten
Metallblechs in einer ersten Gestaltung, einer zweiten Gestaltung
und in einer beliebigen Zahl anderer Ausgestaltungen eingesetzt
werden.
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Das
geschweißte
Metallblech 54 erfordert nicht immer den Einsatz von Dornabstandshaltern 36,
obwohl in der veranschaulichten Ausführungsform die Abstandshalter
dazu verwendet werden, das zusätzliche
Blechmaterial des geschweißten
Metallblechs aufzunehmen, das heißt, das zusätzliche Blechmaterial, wodurch
die Breite der durch Hitze betroffenen Zone kompensiert wird, die
von dem geschweißten
Metallblech geschnitten wird.
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8 stellt
ein Beispiel einer Metallfolie 50 aus 0,4572 cm (0,180'') × 360,68
cm (142'') 360,68 cm (142'') – Aluminium
dar, und 9 stellt ein anderes Beispiel
mit zwei Metallblechen 56 und 58, jedes aus 0,4572
cm (0,180'') × 182,88
cm (72'') × 360,68 cm
(142'') – Aluminium,
das entlang der 360,68 cm (142'') – Seite
reibrührgeschweißt wird,
um ein geschweißtes
Metallblech 54 aus 0,4572 cm (0,180'') × 365,76
cm (144'') × 360,68
cm (142'') – Aluminium
zu erzeugen, wobei diese Abmessungen nicht einschränkende Beispiele
sind und zum Zwecke der Veranschaulichung dienen. Die vorstehenden
Abmessungen werden benutzt, weil Aluminiumplatten einer Dicke von
0,4572 cm (0,180'') leichter in Breiten von
182,88 cm (72'') erhalten wird relativ
zu Aluminiumplatten einer Dicke von 0,4572 cm (0,180'') in Quadraten von 360,68 cm (142'') × 360,68
cm (142''). Deswegen ist das
geschweißte
Metallblech 54 5,08 cm (2 inches) breiter, welches zum
zusätzlichen
Material wird, das wie in 9 gezeigt
ist, zwischen den Beschnittkanten 60 und 62 entfernt
wird.
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Das
in 8 veranschaulichte Metallblech 50 beinhaltet
eine Beschnittkante 52, entlang welcher das drückgewalzte
Blech entweder vor oder nach dem Entfernen der Abschnitte des Blechs,
die während
des Drückwalzprozesses
nicht mit Konturen versehen wurden, geschnitten wird. Das in 9 veranschaulichte
Metallblech 54 beinhaltet zwei Beschnittkanten 60 und 62,
entlang welcher das drückgewalzte
geschweißte
Metallblech entweder vor oder nach dem Entfernen der Abschnitte
des Blechs, die während
des Drückwalzprozesses
nicht mit Konturen versehen wurden, geschnitten wird. Die Reibrührschweißnaht 66 des
geschweißten
Metallblechs 54 wird entfernt, wenn das geschweißte Metallblech
entlang der oberen Beschnittkante 60 und der unteren Beschnittkante 62 geschweißt wird.
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11 veranschaulicht
ein drückgewalztes Produkt 64,
das nach dem Beschneiden und dem Entfernen von überschüssigem Material von dem Metallblech 50 erzeugt
wurde. 11 veranschaulicht auch ein
drückgewalztes
Produkt 64, das nach dem Beschneiden und dem Entfernen
von überschüssigem Material
von dem geschweißten
Metallblech 54 geschaffen wurde. Deswegen sind das Endprodukt
des einzelnen Metallblechs 50 und das Endprodukt des geschweißten Metallblechs 54 im
Wesentlichen äquivalent,
so dass die drückgewalzten Produkte 64 im
Wesentlichen gleiche Abmessungen und Materialeigenschaften haben.
Das Beschneiden des geschweißten
Metallblechs 54 von 9 entlang der
Beschnittkanten 60 und 62 entfernte die reibrührgeschweißte Schweißnaht 66 und
das durch den Reibrührschweißprozess betroffene
Material des geschweißten
Metallblechs. Das Beschneiden reduziert auch die Abmessungen des
geschweißten
Metallblechs 54, so dass das daraus entstandene drückgewalzte
Produkt 64 im Wesentlichen die gleiche Größe wie das
drückgewalzte
Produkt hat, das aus dem einzelnen Metallblech 50 geschaffen
wurde. Deswegen kann ein einziger Dorn 10 von einer ersten
Gestaltung an eine zweite Gestaltung angepasst werden, um das Drückwalzen
jeweils eines einzelnen Metallblechs 50 und eines geschweißten Metallblechs 54 zu
ermöglichen,
was nach dem Beschneiden ein im Wesentlichen gleiches Endprodukt
ergibt. Weitere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
drückgewalzte
Produkte 64 von unterschiedlicher Gestaltung, Größe und Materialeigenschaften entweder
aus den Einzel- oder den geschweißten Metallblechen sein.
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Zahlreiche
Veränderungen
und andere Ausführungsformen
der Erfindung, die hier dargestellt wurden, wird ein Fachmann verstehen,
wobei die Erfindung weiterhin den Nutzen der in der vorstehenden
Beschreibung und den dazugehörigen
Zeichnungen dargestellten Lehre beibehält. Deshalb versteht es sich,
dass die Erfindung nicht auf die spezifischen offenbarten Ausführungsformen
beschränkt
ist und dass Veränderungen
und andere Ausführungsformen
in den Schutzbereich der beigefügten
Ansprüche
mit eingeschlossen sind.