DE69102797T2 - Verfahren zum Herstellen zusammengesetzter Strukturen für das "superplastische Formen". - Google Patents
Verfahren zum Herstellen zusammengesetzter Strukturen für das "superplastische Formen".Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine superplastische Formgebung und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundaufbaus zur superplastischen Verformung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie dies beispielsweise aus der EP-A-0 324 231 bekannt ist.
- Die superplastische Formgebung ist ein auf weiten Gebieten der Technik anerkanntes Verfahren, mit dem gewisse Metalle mit gleichmäßigem feinen Korn, z.B. Titan und Aluminium und ihre Legierungen auf eine gewünschte Form gebracht werden können, indem das Metall einer Hitzebehandlung unterworfen und Kräfte ausgeübt werden. Dies kann z.B. durch Aufbringung einer Druckdifferenz über einem aus superplastischem Metall bestehenden Blech geschehen. Das Metall kann gestreckt und ausgedünnt werden, aber es zieht sich nicht zusammen oder bricht. Es ist bekannt, diese Technik zu benutzen, um beispielsweise Tafeln oder Platten herzustellen, die in der Flugzeugindustrie benutzt werden, wobei ein Verbundaufbau, z.B. eine Umhüllung, aus verschweißten Blechen aus superplastischen Metallen in eine Form eingefügt und indem ein inertes Gas in die Umhüllung eingeblasen wird, um diese Umhüllung aufzublasen, so daß sie die Gestalt der Form annimmt. Wenn Titan benutzt wird, kann die Umhüllung durch Diffusionsverschweißung hergestellt werden, jedoch ergeben sich größere Schwierigkeiten, wenn die Diffusionsverschweißung bei Aluminium oder Aluminiumlegierungen angewandt wird, weil der fest haftende Aluminiumoxydfilm auf der Oberfläche des Aluminiums eine Diffusionsverschweißung behindert.
- In der EP-A-0 350 329 wird vorgeschlagen, eine Umhüllung zu bilden, die superplastisch durch Explosionsverschweißung von Aluminiumblechen hergestellt wird. Die Explosionsverschweißung ist ein bekanntes Verfahren zur gegenseitigen Verbindung von Metallteilen, und dieses Verfahren findet insbesondere Anwendung beim Überziehen eines metallischen Werkstückes, z.B. eines Bleches, mit einem kostspieligeren Metall, um die Eigenschaften des kostspieligen Metalls, z.B. rostfreiem Stahl, aufrechtzuerhalten, ohne daß es notwendig wäre, das kostspielige Metall für das gesamte Werkstück vorzusehen. Es ist bekannt, eine Explosionsverschweißung zu bewirken, indem die zu verschweißenden Werkstücke auf einem Aufbau, der als 'Amboß' bezeichnet wird, aufgelegt, und eine Platte, die als 'Antriebsplatte' bezeichnet wird, auf die Oberseite der Werkstücke aufgebracht werden. Dann wird eine Explosivladung auf der Oberseite der Antriebsplatte angebracht, und die Antriebsplatte überträgt die Kraft der Explosion auf die Werkstücke, die durch diese Kräfte miteinander verschweißt werden. Dadurch, daß eine Antriebsplatte benutzt wird, ergibt sich nur eine vernachlässigbare Beschädigung der obersten Werkstücke, und die Qualität der Verschweißung wird verbessert. Die EP-A- 0 350 329 beschreibt die Benutzung eines Trennmaterials bei der Explosionsverschweißung.
- Ein Problem, welches mit der Explosionsverschweißung verknüpft ist, besteht darin, daß auch eine Verschweißung zwischen dem Amboß und dem verschweißten Verbundaufbau und/oder zwischen der Antriebsplatte und dem Verbundaufbau erfolgen kann, und hierdurch wird es schwierig, den Aufbau von dem Amboß bzw. der Antriebsplatte zu entfernen. Um dieses Problem zu lösen, wird gewöhnlich Salz zwischen dem Amboß und dem Aufbau und zwischen dem Aufbau und der Antriebsplatte eingefügt. Unglücklicherweise führt dies zu einer Verschlechterung der Oberfläche der miteinander zu verschweißenden Werkstücke; außerdem bewirkt die Kraft der Explosion, daß die Luft in den Räumen zwischen den Werkstücken und dem Amboß bzw. der Treiberplatte verbrennt, und hierdurch ergibt sich eine weitere Verschlechterung der Werkstücke. Um dieses Problem zu lösen, hat man vorgeschlagen, aus Gummi bestehende Blätter zwischen den Amboß und die Werkstücke und zwischen die Werkstücke und die Antriebsplatte einzufügen, aber unglücklicherweise wird hierdurch das Problem der Luftverbrennung nicht völlig eliminiert. Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren, welches dieses Problem löst und eine Oberflächenverschlechterung der Metallbleche während der Explosionsverschweißung verhindert.
- Die GB-1 456 015 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung einer Überlappungsverbindung zwischen zwei Aluminiumblechen, die mit einem Polymerüberzug gefärbt oder bedeckt sind. Diese Einfärbung oder dieser Überzug wird an den zu verbindenden Flächen der beiden Bleche entfernt, und die beiden Bleche, die sich an der Berührungsfläche überlappen, werden auf einem Amboß aufgebracht; eine langgestreckte Explosivladung wird über dem Überlappungsbereich fixiert und gezündet, um die beiden Bleche durch Explosionsverschweißung miteinander zu verbinden. Um den Überzug auf dem Blech, das sich mit dem Amboß in Berührung befindet, gegen Beschädigung zu schützen, kann ein Streifen aus elastischem Polyvinylchlorid über den Amboß gefügt und an diesem durch ein Klebemittel festgelegt werden.
- Die GB-1 369 879 beschreibt ein Verfahren zum Überziehen eines billigen Materials, z.B. Flußstahl, mit einem Blech aus kostspieligem Material, beispielsweise rostfreiem Stahl, durch Explosionsverschweißung unter Benutzung einer Antriebsplatte und einer Amboßanordnung. Die die Verschweißung verhindernde Schutzschicht, die äquivalent der Salzschicht ist, welche aus dem vorgenannten Stand der Technik bekannt ist, wird auf dem Materialblech aufgebracht, welches von der Antriebsplatte während der Explosivverschweißung berührt wird, um eine Verschweissung zwischen dem Blech und der Platte zu verhindern und um das Überzugsblech gegen Rissebildung und/oder gegenüber Faltenbildung zu schützen. Die die Verschweißung verhindernde Schicht kann aus Gummi, aus synthetischem Kunstharz, aus Farbe, aus Wasser, aus Gelatine oder aus einem Agargel bestehen.
- Die EP-0 324 231 beschreibt ein Verfahren zur Explosivverschweißung, bei welchem Salz zwischen einem zu verschweißenden Stapel und einem Amboß angebracht wird.
- Durch die vorliegende Erfindung wird die bekannte Benutzung von Salz zur Verhinderung der Verschweißung einerseits zwischen dem zu verschweißenden Material und andererseits dem Amboß bzw. der Antriebsplatte verbessert, und es wird ein ausgezeichneter Schutz gegen eine Oberflächenverschlechterung während der Explosivverschweißung vor der superplastischen Formgebung gewährleistet, wenn Salz (oder gewisse andere inverte granulare Trennmaterialien) benutzt werden.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Superplastischen Formgebung, wie in den beiliegenden Ansprüchen definiert, durchgeführt.
- Das elastische Material sollte in der Lage sein, auf die Metallkomponenten, beispielsweise durch Aufspritzen oder Tauchen, aufgebracht zu werden, und das Material sollte sich schnell setzen. Es sollte außerdem von den Werkstücken nach der Explosivverschweißung entfernbar sein. Das bevorzugte Material hierfür ist natürlicher oder künstlicher Gummi oder ein Plastikmaterial. Ein für dieses Verfahren geeigneter Gummi ist beispielsweise unter der Bezeichnung TURCO 520 bekannt.
- Der Überzug aus elastischem Material sollte genügend dick sein, um zu verhindern, daß die Werkstücke am Amboß bzw. der Antriebsplatte festhaften, und es sollte ein ausreichender Schutz für die Oberfläche der Werkstücke geschaffen werden, und es hat sich gezeigt, daß 1 mm dicke Schichten von Gummi ausreichend sind, obgleich die Benutzung von Schichten bis zu 5 mm Dicke, z.B. 3 mm dicke Schichten, in Betracht gezogen werden sollten.
- Nach der Explosivverschweißung und der Entfernung der elastischen Überzüge kann der verschweißte Verbundgegenstand einer Wärmebehandlung unterworfen werden (wie diese in der EP-0 350 329 beschrieben ist).
- Die Oberflächenausbildung des Stapels nach der Entfernung des elastischen Materials ist ausgezeichnet, und es wird angenommen, daß dies von der Benutzung von inertem Granularmaterial in Verbindung mit dem elastischen Material herrührt, das auf den Stapel aufgetragen wird.
- Nachstehend wird die Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht des durchgeführten Explosivverschweißverfahrens und
- Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Tafel, die durch superplastische Formgebung des Stapels hergestellt ist, der durch Explosivverschweißung gemäß dem Verfahren nach Fig. 1 gebildet wurde.
- Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Hier ist ein Amboß 10 dargestellt, der mit einem Salzbett 12 bedeckt ist; vom Amboß wird ein Stapel 14 von Blechen 16, 18 und 20 getragen, die aus einer superplastisch verformbaren Aluminium-Lithiumlegierung bestehen; vorher wurde auf ausgewählte, begrenzte Flächen der Oberseite des Bleches 20 ein poröses Trennmaterial 22, z.B. Aluminiumoxyd, Siliziumoxyd oder Bornitrit aufgebracht, und ein weiteres Trennmaterial 24 wurde auf gewählte Bereiche der Oberseite des Bleches 18 aufgebracht, um eine Verschweißung zwischen den Blechen 16, 18 und 20 in diesen gewählten Bereichen zu verhindern. Das Trennmaterial kann durch bekannte Techniken aufgebracht werden, beispielsweise durch Siebdruck. Stattdessen kann als Trennmaterial gewebte Glaswolle Verwendung finden. Die obere und die untere Oberfläche des Stapels sind jeweils mit einem Überzug 26, 28 aus Gummi, z.B. aus TURCO 520, bedeckt, der durch Spritzen oder Tauchen aufgebracht wurde. Der Gummi wird vorzugsweise auf die einzelnen Blätter 16 und 20 aufgebracht, bevor der Aufbau zu dem Stapel 14 erfolgt.
- Dann wird der Stapel 14 auf dem Salzbett 12 abgelegt, und es wird eine Antriebsplatte 30 durch nicht dargestellte Abstandshalter über den Stapel 14 gefügt. Schließlich wird eine Explosivladung 32 auf der Antriebsplatte 30 aufgebracht.
- Wenn die Explosivladung 32 detoniert, dann wird die Antriebsplatte 30 nach unten geschleudert, und ihr Aufprall auf den Stapel 14 bewirkt, daß die Bleche 16, 18 und 20 miteinander verschweißt werden, und zwar mit Ausnahme jener Bereiche 22, 24, auf denen das Trennmaterial aufgebracht worden war.
- Die Gummiüberzüge 26, 28 werden vom Stapel abgezogen und dann wird der Stapel erhitzt, um die Verschweißungen zu verfestigen, wie dies in der EP-0 350 329 beschrieben ist.
- Dann wird der Stapel superplastisch durch geeignete Techniken verformt. Zum Beispiel hat der Stapel ein oder mehrere nicht dargestellte Rohre, die an eine Gasquelle in den Trennbereichen 22, 24 angeschlossen sind, und der Stapel wird in eine Form gelegt und erhitzt. Dann wird in die Bereiche 22, 24 über die Rohre Gas eingeblasen und dies bewirkt, daß sich die Bleche ausdehnen und die Gestalt der Form annehmen. Eine Tafel, die durch superplastische Verformung des Stapels 14 hergestellt ist, zeigt Fig. 2.
Claims (10)
1. Verfahren zur superplastischen Verformung mit den
folgenden Schritten:
Es wird ein Trennmaterial (22, 24) auf eines oder
mehrere Werkstücke (16, 18, 20) aufgebracht, die aus einem
Material bestehen, das superplastisch verformbar ist,
es werden die Werkstücke (16, 18, 20) übereinander
gestapelt, wobei das Trennmaterial zwischen den Werkstücken
verbleibt;
es wird ein Bett aus inertem Granularmaterial (14)
auf einem Amboß (10) aufgebracht,
es wird der Stapel auf dem Bett aus Granularmaterial
(12) abgelegt, wobei der Überzug aus elastischem Material (28)
das Granularmaterial berührt;
es wird eine Explosivladung (32) über dem Stapel
angebracht;
man läßt die Explosivladung (32) detonieren, um die
Werkstücke (16, 28) in jenen Bereichen miteinander zu
verschweißen, in denen kein Trennmaterial (22, 24) aufgebracht
wurde, wodurch ein Verbundaufbau geschaffen wird, und
es wird der Verbundaufbau einer superplastischen
Verformung unterworfen, um ein expandiertes fertiges oder
halbfertiges Produkt zu erzeugen,
dadurch gekennzeichnet, daß ein anhaftender Überzug
aus elastischem Material (28) auf einem der Werkstücke (20)
des Stapels aufgebracht wird, bevor die Explosivladung
detoniert, derart, daß der Überzug aus elastischem Material einen
Bodenüberzug des Stapels bildet und weiter dadurch
gekennzeichnet, daß das elastische Material (28) von dem Verbundaufbau
nach der Detonation der Explosivladung und vor der
superplastischen Verformung entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Überzug aus
elastischem Material (28) durch Aufspritzen oder durch Tauchen
aufgebracht wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, bei welchem
das elastische Material (28) ein natürlicher oder ein
synthetischer Gummi oder ein Plastikmaterial ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei
welchem der Überzug aus elastischem Material (28) auch auf die
Oberseite des Stapels aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei
welchem eine Antriebsplatte (30) zwischen den Stapel und die
Explosivladung (32) gefügt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem eine Schicht
aus Granularmaterial zusätzlich über die Oberfläche des
Stapels ausgebreitet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei
welchem der Überzug aus elastischem Material (26, 28) bis zu 5 mm
dick ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der Überzug aus
elastischem Material (26, 28) etwa 1 mm dick ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei
welchem das inerte Granularmaterial (12) Salz ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei
welchem
vor der superplastischen Verformung der Verbundaufbau
einer Wärmebehandlungsstufe unterworfen wird, um die
Explosivverschweißungen in dem Verbundaufbau zu festigen.
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| EP0445997B1 (de) | 1994-07-13 |
| JPH04224086A (ja) | 1992-08-13 |
| GB9005191D0 (en) | 1990-05-02 |
| EP0445997A1 (de) | 1991-09-11 |
| DE69102797D1 (de) | 1994-08-18 |
| ES2056575T3 (es) | 1994-10-01 |
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