DE69513476T2

DE69513476T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Formen von Details durch superplastische Verformung

Info

Publication number: DE69513476T2
Application number: DE69513476T
Authority: DE
Inventors: Olli Johani Nyrhilae
Original assignee: Electrolux AB
Current assignee: Electro Optical Systems Finland Rusko Fi Oy
Priority date: 1994-09-21
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 2000-06-15
Anticipated expiration: 2015-09-08
Also published as: JPH08168831A; US5592842A; SE503417C2; SE9403164D0; FI954446A0; FI954446A; FI110850B; EP0703019B1; SE9403164L; DE69513476D1; EP0703019A1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Formung von Details durch superplastische Verformung einer Folie oder Platte durch Erwärmung auf eine geeignete Temperatur und gleichzeitige Aussetzung gegenüber einem Fluiddruck, so daß die Folie oder Platte langsam in eine vorbestimmte Form verformt wird.
Es ist bekannt, die superplastische Verformung anzuwenden, um Details zu formen. Das Verfahren wird z. B. in US-A-4181000 beschrieben, bei welchem eine dünne Platte in einer Form befestigt wird, in welcher ein Formteil die Form der fertigen Details einer Platte besitzt, welche auf eine Temperatur erwärmt wird, die beträchtlich unterhalb des Schmelzpunktes des Materials - gewöhnlich 50 bis 80% der Schmelzpunkttemperatur, gemessen in Grad Kelvin - liegt, und die beiden Oberflächen der Platte gleichzeitig einer verhältnismäßig beschränkten Druckdifferenz so ausgesetzt werden, daß das Material langsam, z. B. während einer Dauer von 10 Minuten bis 2 Stunden ausfließt, gegen das Formteil gedrückt wird und eine entsprechende Form erhält. Das Verfahren hat u. a. den Vorteil, daß bei der Herstellung des Details nur ein Formteil benötigt wird, welches der Form des Details entspricht.
Ein weiteres Dokument des Standes der Technik, CH-A5-673603, beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung entsprechend den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 6.
Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, das oben beschriebene Verfahren zu verbessern, indem die Notwendigkeit eines Formteiles, welches eine Form aufweist, die der Form des Details entspricht, vollständig entfällt. Dies wird durch eine Vorrichtung erreicht, welche die in den Patentansprüchen genannten Merkmale aufweist.
Eine Ausführungsform der Erfindung soll nunmehr unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben werden, wobei Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung vor Ausführung der Ver formung zeigt, während Fig. 2 denselben Schnitt während der Verformung zeigt.
Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung umfaßt einen Tisch 10 mit einer Befestigungseinrichtung 11 für eine Folie oder Platte 12 aus einem Material, welches für eine superplastische Verformung geeignet ist. Solche Materialien sind z. B. Zink-, Aluminium-, Titan-, Stahl- oder Kupferlegierungen sowie bestimmte keramischen Materialien, wobei die Dicke des Materials vorzugsweise zwischen 0,01 bis 5 mm liegt. Zwischen dem Tisch 10 und der Platte 12 wird eine hermetisch abgedichtete Kammer 13 geschaffen, welche über einen Durchlaß 14 mit einer Druckquelle 15 so verbunden ist, daß ein unter Druck stehendes Gas oder eine Flüssigkeit der Kammer 13 zugeführt werden kann. Der Druck in der Kammer 13 kann in geeigneter Weise, vorzugsweise im Bereich zwischen 2 bis 30 bar, eingestellt oder gesteuert werden.
Oberhalb des Tisches 10 ist eine Laserquelle 16 so angeordnet, daß der Laserstrahl 17 auf verschiedene Bereiche der Platte gerichtet werden kann. Die Laserquelle wird z. B. an einem Laufwerk 18 gehalten, welches in einer horizontalen Ebene in zwei Richtungen, welche rechtwinklig zueinander verlaufen, bewegt werden kann. Die Bewegung des Laufwerkes wird durch einen Mikroprozessor, welcher z. B. an dem Laufwerk angeordnet ist, geführt.
Die Vorrichtung arbeitet in folgender Weise: Ein unter Druck stehendes Fluid wird der Kammer 13 zur selben Zeit zugeführt, in welcher ein Laserstrahl 17 während einer Zeitdauer von einigen Sekunden bis zu einigen Minuten auf einen bestimmten Bereich der Folie oder Platte 12 gerichtet wird, was zu einer punktförmigen Erwärmung der Platte führt. Infolge einer vorbestimmten Bewegung (welche durch den Mikroprozessor gesteuert wird) des Laserstrahles über die Oberfläche wird ein bestimmter Bereich örtlich auf eine bestimmte Temperatur erwärmt, um das Material dazu zu bringen, daß es unter dem Einfluß des Druckes in der Kammer 13 herausfließt. Durch Wahl geeigneter Zeitabschnitte für die Einwirkung des Laserstrahles auf unterschiedliche Bereiche der Platte und gleichzeitige Erzeugung eines geeigneten Druckes in der Kammer 13 kann der Ablauf in solcher Weise gesteuert werden, daß die Platte in eine vorbestimmte Form verformt wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß es selbstverständlich möglich ist, die Platte unter dem Einfluß eines Vakuums anstelle der Verwendung eines Druckes, welcher größer ist als der atmosphärische Druck, zu verformen, und es ist ebenso möglich, unterschiedliche Drücke auf beide Seiten der Folie oder Platte einwirken zu lassen, wobei die Druckdifferenz die Formung bewirkt. Dies bedeutet selbstverständlich, daß eine zusätzliche Druck- oder Vakuumkammer an der Oberseite der in den Figuren dargestellten Oberseite der Folie oder Platte angeordnet werden muß, und daß der Laserstrahl z. B. durch ein Fenster in die Kammer eintritt. Es ist selbstverständlich ebenfalls möglich, eine stationäre Laserquelle zu verwenden und den Laserstrahl zur bearbeitenden Fläche über Spiegel zu leiten, und die Spiegel und/oder den Fluiddruck in geeigneter Weise mit einem vorbestimmten Datenprogramm zu steuern.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat auch den Vorteil, daß es im Vergleich zu bekannten superplastischen Verformungsverfahren zeitsparend ist, weil nicht die gesamte Platte und Form erwärmt werden brauchen.

Claims

1. Verfahren zum Formen von Details durch superplastische Verformung, bei welchem eine Folie oder Platte auf eine geeignete Temperatur erwärmt und gleichzeitig einem Fluiddruck derart ausgesetzt wird, daß die Folie oder Platte langsam in eine vorbestimmte Form verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung und damit die Deformation der Folie oder Platte nur stellenweise erfolgt und durch Leiten eines Laserstrahles über die Oberfläche der Folie oder Platte erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl mittels eines Mikroprozessors automatisch geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Folien- oder Plattenmaterial eines von Zink-, Aluminium-, Titan-, Stahl- oder Kupferlegierungen oder von keramischen Materialien ist, wobei das Material eine Dicke von 0,01 bis 5 mm aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung auf 50 bis 80% des Schmelzpunktes des Folien- oder Plattenmaterials, gemessen in Grad Kelvin, erfolgt, und daß der Druck 2 bis 30 bar beträgt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Folien- oder Plattenmaterial auf den beiden Seiten der Folie oder Platte unterschiedlichen Drücken ausgesetzt wird.

6. Vorrichtung zur superplastischen Verformung einer Folie oder Platte zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend einen Tisch (10), eine Befestigungseinrichtung (11) zur Befestigung des Folien- oder plattenförmigen Materials (12) auf dem Tisch (10), wodurch eine Kammer (13) zwischen dem Tisch (10) und der Platte oder Folie gebildet wird, und eine Einrichtung (15) zur Bildung eines positiven oder negativen Druckes auf mindestens einer der Seiten der Folie oder Platte, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung auch eine Laserquelle (16) zum Richten eines Laserstrahles (17) auf die Folie oder Platte aufweist, um diese stellenweise so zu erwärmen, daß sie unter dem Einfluß der Einrichtung zur Erzeugung eines positiven oder negativen Druckes langsam verformt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Leitsystem versehen ist, durch welches der Laserstrahl entsprechend einem vorbestimmten Datenprogramm auf die Vorrichtung gerichtet wird.