EP0457358A2 - Method and apparatus for spinning - Google Patents

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EP0457358A2
EP0457358A2 EP91108102A EP91108102A EP0457358A2 EP 0457358 A2 EP0457358 A2 EP 0457358A2 EP 91108102 A EP91108102 A EP 91108102A EP 91108102 A EP91108102 A EP 91108102A EP 0457358 A2 EP0457358 A2 EP 0457358A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blank
pressing
molded part
working temperature
temperature
Prior art date
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Application number
EP91108102A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0457358A3 (en
EP0457358B1 (en
Inventor
Erich Sieger
Detlef Dr. Müller-Wiesner
Michael Schnellbügel
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Zeppelin GmbH
Original Assignee
Zeppelin Metallwerke GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Zeppelin Metallwerke GmbH filed Critical Zeppelin Metallwerke GmbH
Publication of EP0457358A2 publication Critical patent/EP0457358A2/en
Publication of EP0457358A3 publication Critical patent/EP0457358A3/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0457358B1 publication Critical patent/EP0457358B1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/14—Spinning
    • B21D22/18—Spinning using tools guided to produce the required profile
    • B21D22/185—Spinning using tools guided to produce the required profile making domed objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B45/00—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/004—Heating the product

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for metal pressing a blank into a curved molded part, in particular a container bottom.
  • a blank in the form of a sheet metal blank or preform is set in rotation and brought into the desired, rotationally symmetrical shaped part by means of an advanced and advanced pushing tool.
  • An overview of known spinning methods can be found in BLECH-ROHRE-PROFILE 28 (1981) 11, pages 514 to 517.
  • the blank is clamped in the middle of a chuck, the outer contour of which corresponds to the inner contour of the desired molded part.
  • the spinning tool in the form of a spinning roller follows the outer contour of the desired molded part, so that the blank can be formed between the spinning roller and the spinning chuck. It is also known to press into an inner pressure chuck, the inner contour of which corresponds to the outer contour of the molded part.
  • the spinning roller is motion-controlled either via copying templates or via an NC control.
  • the known methods reach their limits when it comes to the deformation of higher-strength materials to form molded parts with different wall thicknesses and / or high demands on dimensional accuracy. Materials of higher strength tend to spring back when pressed, so that they can only be formed with great difficulty over a chuck with great difficulty. While chucks are relatively easy to manufacture, their manufacturing costs are particularly spectacular then noticeably at the cost of the molded part if only a small number of molded parts is to be manufactured.
  • the invention is therefore based on the object of demonstrating a method and a device for inexpensive and dimensionally accurate pressing of molded parts, in particular made of materials which are difficult to deform.
  • a movement control of the spinning tool with controlled force and controlled path along the inner contour of the molded part in connection with the pressing into a free space to the final dimension for example, different resilience properties can be compensated for from molded part to molded part without, for example, a chuck having to be dimensionally changed. Since work is carried out entirely without spinning chucks, it is also possible to manufacture custom-made molded parts in a cost-effective manner, only the movement control of the spinning tools having to be changed.
  • the pressing according to claim 2 is particularly advantageous under increased working temperature, which is however below the hot forming temperature or below the recrystallization threshold for the processed material. It is already known to work under increased working temperature in stretch pressing to reduce the wall thickness, in which a spinning chuck and a spinning roller following the outer contour of the molded part is used. However, this increased working temperature is only carried out by heating the molded part in areas with the aid of a gas flame for the purpose of reducing the tensile strength of the material and reducing the strain hardening caused by the deformation. However, such a procedure leads to tensions and inhomogeneities in the finished molded part.
  • the inventive, two-stage heating in which the entire blank is kept at a constant, elevated, but below the working temperature and is only further heated to the working temperature in certain areas, the occurrence of stresses and the fixing of inhomogeneities in the material are reliably prevented .
  • the measures according to claim 2 are particularly expedient if the molded part is molded freely over air, but they can also be used in conventional pressing processes.
  • the method according to the invention is particularly to be used for processing materials that can be exposed to heat, such as, for example, high-strength aluminum alloys or the like.
  • heat such as, for example, high-strength aluminum alloys or the like.
  • it is possible to recreate such an alloy to process a first strengthening treatment method, for example in the stretched and cold-aged state, in which such alloys normally only allow low degrees of deformation.
  • degrees of deformation over 70 to almost 100 percent can be achieved with high dimensional and shape accuracy.
  • the working temperature is based on the heat aging curve of the specific material in such a way that the optimum increase in strength is not yet achieved within the time required for pressing.
  • the device according to the invention is of particularly simple construction and only requires a change in the movement control of the pressing tool or, if necessary, a change in the span of the clamping device if a change from a molded part to a molded part has to be made.
  • a special deformation behavior of a material can be taken into account much better than when using a compression mold.
  • a device 1 according to the invention for metal pressing can be seen from FIG.
  • the device 1 consists of the actual pressing device 2 with a pressing roller 3 and a molding chamber 4.
  • the pressing roller 3 can be moved in a known manner via a pneumatic device 5, the optimum pressing force for the special shape and dimensions of the molded part and the material used and optimal movement path of the spinning roller 3 can be determined and controlled by a computer 6.
  • the computer 6 is connected to a plotter 7.
  • the pressing device 2 also contains a regionally acting, tyristor-controlled heat source 8, which works with incoherent or coherent light (infrared).
  • the heat source 8 is movable via one of the usual drives 9, the movement of the heat source 8 being controlled by the computer 6 such that the heat source 8 essentially precedes the movement of the pressure roller 3.
  • the molding chamber 4 has a hollow, frustoconical wall which is fastened on one side to a turntable 10 which is set in rotation by a shaft 10a.
  • a clamping device 11 is fastened, which has two annular clamping parts for clamping the circumference of a workpiece.
  • a finished molded part 12 is clamped in the form of a hemispherical container bottom.
  • the molded part 12 was manufactured from a blank 12 'shown in dot-dash lines, which was prefabricated either by conventional pressing or by other known measures.
  • the clamping device 11 protrudes somewhat into the cross section of the molding chamber 4.
  • the molding chamber 4 is also longer in the axial direction than the axial end depth of the molded part 12, so that the molded part 12 is freely pressed, ie without using a chuck, into the free space inside the molding chamber 4 to the final dimension, between the blank 12 'and the wall of the molding chamber 4 remains at a distance in all stages of the pressing process.
  • a supply line 13 for heated air opens, which is connected to a blower 14 and contains a heater 15.
  • the feed line 13 contains a fixed distribution ring 16, in which a flange arrangement 17 connected to the molding chamber 4 can rotate, which causes a tangential introduction of the air through orifices 18.
  • the air is introduced in a direction opposite to the direction of rotation of the molding chamber 4, so that 4 air vortices form in the interior of the molding chamber.
  • 4 air outlet openings 19 are provided in the wall of the molding chamber.
  • a high air throughput is provided so that the temperature of the air is not significantly reduced by the heating of the blank.
  • the good swirling ensures a uniform climate inside the Molding chamber that keeps the blank at a constant temperature.
  • thermocouples 20 which remain on the surface of the blank 12 facing away from the pressure roller 3 during the pressing.
  • Eight thermocouples 20 are preferably used which are distributed uniformly over the surface of the blank 12 '.
  • the data determined by them are transmitted wirelessly from the transmitter 21 to a receiver 22 (FIG. 1), which forwards them to the computer 6.
  • the heat source 8, the heater 15 or the blower 14, or all of them together is controlled.
  • the working temperature is predetermined for each material based on its thermo-mechanical properties and is below the thermoforming temperature or the recrystallization threshold.
  • a substantially hat-shaped blank 12 ' is first pre-formed from a circular blank either by a known pressing method using a spinning chuck or by any other suitable and known method.
  • the blank 12 ' is then provided at selected points with the temperature sensors 20 and clamped with its circumference between the clamping parts of the clamping device 11 in such a way that the preform already protrudes somewhat into the molding chamber.
  • the blower 14 and the heater 15 are turned on and heated air is passed into the molding chamber 4 until the blank 12 'is a has reached a uniform temperature.
  • the maximum aging temperature of which is approximately 180 degrees Celsius, this temperature is approximately 130 degrees Celsius.
  • the heat source 8 preferably being controlled so that it immediately leads the working area of the roller.
  • the heat source 8 is controlled so that it heats the sections to 150 to 175 degrees Celsius immediately before pressing.
  • the special temperature of the partial areas can be selected according to the desired deformation.
  • the forming process according to the invention is thus based on the geometric relationships, the direction of force application and the local frictional relationships in the contact area roll / sheet metal, on a combination of bending, tensile, compressive and shear stresses and differs in this respect at least in the last deformation step from pure flow pressure a chuck.
  • induction heating or another known heat source can also be used for the regionally operating heat source.
  • the prerequisite is that the heat source is able to handle the material warm up completely without overheating the surface.
  • two or more of these heat sources can be used.
  • Computer control can be replaced by control by means of copying templates or a mixture of the two types of control.
  • the process of pushing the molded part into a free space without using a chuck can also be carried out at room temperature.
  • the temperatures used can be matched to the materials used and / or to the desired thermal effects.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Abstract

The invention describes a method and an apparatus for spinning a metal blank to give a curved shaped part, in particular a container base. With the method and apparatus, even those materials which are difficult to form can be formed with dimensional accuracy and/or with high degrees of deformation. For this purpose, it is proposed to grip the blank at the periphery and to curve it freely, i.e. without the use of a spinning chock, into a free space (4) to the final dimensions with the aid of a motion-controlled spinning tool (3). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Metalldrücken eines Rohlings zu einem gewölbten Formteil, insbesondere einem Behälterboden.The invention relates to a method and an apparatus for metal pressing a blank into a curved molded part, in particular a container bottom.

Beim Metalldrücken wird ein als Blechronde oder Vorform vorliegender Rohling in Drehung versetzt und durch ein herangeführtes und vorgeschobenes Drückwerkzeug in das gewünschte, rotationssymmetrische Formteil gebracht. Ein Überblick über bekannte Drückverfahren ist in BLECH-ROHRE-PROFILE 28 (1981) 11, Seiten 514 bis 517 enthalten. Bei den bekannten Drückverfahren wird der Rohling mittig in einem Drückfutter festgespannt, dessen äußere Kontur der Innenkontur des gewünschten Formteiles entspricht. Das Drückwerkzeug in Form einer Drückrolle folgt hingegen der Außenkontur des gewünschten Formteiles, so daß der Rohling zwischen der Drückrolle und dem Drückfutter geformt werden kann. Es ist weiterhin bekannt, in ein Innen-Druckfutter zu drücken, dessen Innenkontur der Außenkontur des Formteiles entspricht. Bei modernen Drückvorrichtungen wird die Drückrolle entweder über Kopierschablonen oder über eine NC-Steuerung bewegungsgesteuert. Obwohl mit den bekannten Drückverfahren bereits schwierig zu verformende Werkstoffe gedrückt werden konnten, stoßen die bekannten Verfahren an ihre Grenzen, wenn es um die Verformung höherfester Werkstoffe zu Formteilen mit unterschiedlichen Wandstärken und/oder hohen Anforderungen an die Maßgenauigkeit geht. Werkstoffe höherer Festigkeit neigen beim Drücken zum Rückfedern, so daß sie nur unter großen Schwierigkeiten maßgenau über einem Drückfutter geformt werden können. Zwar sind Drückfutter relativ einfach zu fertigende Teile, ihre Anfertigungskosten schlagen sich jedoch insbesondere dann merkbar auf die Kosten des Formteiles nieder, wenn nur eine geringe Stückzahl der Formteile gefertigt werden soll. Wird zur Verbesserung der Verformbarkeit der Werkstoff vor einer festigkeitssteigernden Wärmebehandlung gedrückt, so kann es während der nachfolgenden Wärmebehandlung, insbesondere bei Formteilen mit sich verändernder Wandstärke, zu Maßabweichungen und insbesondere zu Inhomogenitäten im Übergangsbereich zwischen den unterschiedlichen Wandstärkenbereichen kommmen, die für Präzisions-Formteile, wie beispielsweise Böden von Treibstofftanks für die Raumfahrt, nicht akzeptabel sind.In metal spinning, a blank in the form of a sheet metal blank or preform is set in rotation and brought into the desired, rotationally symmetrical shaped part by means of an advanced and advanced pushing tool. An overview of known spinning methods can be found in BLECH-ROHRE-PROFILE 28 (1981) 11, pages 514 to 517. In the known pressing methods, the blank is clamped in the middle of a chuck, the outer contour of which corresponds to the inner contour of the desired molded part. The spinning tool in the form of a spinning roller, however, follows the outer contour of the desired molded part, so that the blank can be formed between the spinning roller and the spinning chuck. It is also known to press into an inner pressure chuck, the inner contour of which corresponds to the outer contour of the molded part. In modern spinning devices, the spinning roller is motion-controlled either via copying templates or via an NC control. Although it has already been possible to press materials that are difficult to deform with the known pressing methods, the known methods reach their limits when it comes to the deformation of higher-strength materials to form molded parts with different wall thicknesses and / or high demands on dimensional accuracy. Materials of higher strength tend to spring back when pressed, so that they can only be formed with great difficulty over a chuck with great difficulty. While chucks are relatively easy to manufacture, their manufacturing costs are particularly impressive then noticeably at the cost of the molded part if only a small number of molded parts is to be manufactured. If the material is pressed prior to a strengthening heat treatment to improve the deformability, there may be dimensional deviations and in particular inhomogeneities in the transition area between the different wall thickness ranges during the subsequent heat treatment, in particular for molded parts with changing wall thicknesses, which are necessary for precision molded parts such as for example floors of fuel tanks for space travel, are not acceptable.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kostengünstigen und maßgenauen Drücken von Formteilen insbesondere aus schwer verformbaren Materialien aufzuzeigen.The invention is therefore based on the object of demonstrating a method and a device for inexpensive and dimensionally accurate pressing of molded parts, in particular made of materials which are difficult to deform.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved in a method by the characterizing features of claim 1.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, d. h. einer Bewegungssteuerung des Drückwerkzeuges mit kontrollierter Kraft und kontrolliertem Weg entlang der Innenkontur des Formteiles in Verbindung mit dem Drücken in einen Freiraum bis auf Endmaß können beispielsweise von Formteil zu Formteil unterschiedliche Rückfedereigenschaften ausgeglichen werden, ohne daß beispielsweise ein Drückfutter maßlich verändert werden muß. Da gänzlich ohne Drückfutter gearbeitet wird, können auch Einzelanfertigungen von Formteilen auf kostengünstige Weise gefertigt werden, wobei lediglich die Bewegungssteuerung der Drückwerkzeuge verändert werden muß.With the inventive method, d. H. a movement control of the spinning tool with controlled force and controlled path along the inner contour of the molded part in connection with the pressing into a free space to the final dimension, for example, different resilience properties can be compensated for from molded part to molded part without, for example, a chuck having to be dimensionally changed. Since work is carried out entirely without spinning chucks, it is also possible to manufacture custom-made molded parts in a cost-effective manner, only the movement control of the spinning tools having to be changed.

Von besonderem Vorteil ist das Drücken gemäß Anspruch 2 unter erhöhter Arbeitstemperatur, die jedoch unter der Warmumformungstemperatur bzw. unterhalb der Rekristallisationsschwelle für den verarbeiteten Werkstoff liegt, durchzuführen. Es ist zwar bereits bekannt, beim Streckdrücken zur Verminderung der Wandstärke, bei dem ein Drückfutter und eine der Außenkontur des Formteiles folgende Drückrolle verwendet wird, unter erhöhter Arbeitstemperatur zu arbeiten. Diese erhöhte Arbeitstemperatur wird jedoch lediglich durch ein bereichsweises Erwärmen des Formteiles mit Hilfe einer Gasflamme zu dem Zweck durchgeführt, die Zugfestigkeit des Werkstoffes zu verringern und die Kaltverfestigung durch die Umformung zu reduzieren. Ein solches Vorgehen führt jedoch zu Spannungen und Inhomogenitäten im fertigen Formteil. Durch die erfindungsgemäße, zweitstufige Aufheizung, bei der der gesamte Rohling auf einer konstanten, erhöhten, jedoch unter Arbeitstemperatur liegenden Temperatur gehalten und nur bereichsweise weiter bis auf Arbeitstemperatur weiter erhitzt wird, wird das Auftreten von Spannungen und die Fixierung von Inhomogenitäten im Werkstoff mit Sicherheit verhindert. Die Maßnahmen nach Anspruch 2 sind besonders dann zweckmäßig, wenn das Formteil frei über Luft geformt wird, sie können jedoch auch bei konventionellen Drückverfahren eingesetzt werden.The pressing according to claim 2 is particularly advantageous under increased working temperature, which is however below the hot forming temperature or below the recrystallization threshold for the processed material. It is already known to work under increased working temperature in stretch pressing to reduce the wall thickness, in which a spinning chuck and a spinning roller following the outer contour of the molded part is used. However, this increased working temperature is only carried out by heating the molded part in areas with the aid of a gas flame for the purpose of reducing the tensile strength of the material and reducing the strain hardening caused by the deformation. However, such a procedure leads to tensions and inhomogeneities in the finished molded part. The inventive, two-stage heating, in which the entire blank is kept at a constant, elevated, but below the working temperature and is only further heated to the working temperature in certain areas, the occurrence of stresses and the fixing of inhomogeneities in the material are reliably prevented . The measures according to claim 2 are particularly expedient if the molded part is molded freely over air, but they can also be used in conventional pressing processes.

Die Maßnahmen der Ansprüche 3 und 4 bewirken ein besonders gleichmäßiges Aufheizen in beiden Aufheizstufen, so daß örtliche Überhitzungen nach Möglichkeit ausgeschlossen werden können.The measures of claims 3 and 4 bring about a particularly uniform heating in both heating stages, so that local overheating can be excluded as far as possible.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders zur Verarbeitung warm auslagerbarer Werkstoffe, wie beispielsweise höherfester Aluminiumlegierungen oder dergleichen, zu verwenden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, eine derartige Legierung nach einem ersten festigungskeitssteigernden Behandlungsverfahren, beispielsweise im gereckten und kalt ausgelagerten Zustand, zu verarbeiten, in dem derartige Legierungen normalerweise nur noch geringe Verformungsgrade zulassen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und beim Arbeiten innerhalb der Warmauslagerungstemperatur können jedoch Verformungsgrade über 70 bis nahezu 100 Prozent mit hoher Maß- und Formgenauigkeit erzielt werden. Dabei wird die Arbeitstemperatur derart auf die Warmauslagerungskurve des bestimmten Werkstoffes abgestellt, daß die optimale Festigkeitssteigerung innerhalb des zum Drücken benötigten Zeitraumes noch nicht erreicht wird. Auf diese Weise ist es möglich, das gesamte Formteil, d. h. einschließlich der nicht gedrückten Umfangsbereiche nahe der Spanneinrichtung, anschließend einer weiteren Auslagerung bis zur optimalen Festigkeitssteigerung zu unterwerfen. Werden die Randbereiche des Formteiles verworfen, ist es jedoch auch möglich, die Arbeitstemperatur während des Drückens derart auf die zum Drücken erforderlich Zeitdauer abzustimmen, daß der Drückvorrichtung ein fertig ausgelagertes Formteil mit optimaler Festigkeit entnommen werden kann.The method according to the invention is particularly to be used for processing materials that can be exposed to heat, such as, for example, high-strength aluminum alloys or the like. With the method according to the invention it is possible to recreate such an alloy to process a first strengthening treatment method, for example in the stretched and cold-aged state, in which such alloys normally only allow low degrees of deformation. With the method according to the invention and when working within the hot aging temperature, however, degrees of deformation over 70 to almost 100 percent can be achieved with high dimensional and shape accuracy. The working temperature is based on the heat aging curve of the specific material in such a way that the optimum increase in strength is not yet achieved within the time required for pressing. In this way, it is possible to subject the entire molded part, ie including the non-pressed peripheral areas near the clamping device, to further aging until the optimum strength is increased. If the edge areas of the molded part are discarded, it is also possible, however, to adjust the working temperature during the pressing to the time required for the pressing in such a way that a fully outsourced molded part with optimum strength can be removed from the pressing device.

Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 6 gelöst.The object is achieved in a device by the characterizing features of claim 6.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders einfach aufgebaut und erfordert lediglich eine Veränderung der Bewegungssteuerung des Drückwerkzeuges bzw. gegebenenfalls eine Veränderung der Spannweite der Spanneinrichtung, wenn von einem Formteil auf ein Formteil abweichender Gestalt umgestellt werden muß. Darüber hinaus kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein spezielles Verformungsverhalten eines Werkstoffes wesentlich besser als bei Verwendung einer Drückform berücksichtigt werden.The device according to the invention is of particularly simple construction and only requires a change in the movement control of the pressing tool or, if necessary, a change in the span of the clamping device if a change from a molded part to a molded part has to be made. In addition, in the device according to the invention, a special deformation behavior of a material can be taken into account much better than when using a compression mold.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere auch zum Arbeiten bei erhöhter Arbeitstemperatur, sind den Unteransprüchen 7 bis 13 zu entnehmen.Advantageous developments of the device according to the invention, in particular also for working at elevated working temperatures, can be found in subclaims 7 to 13.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Drückvorrichtung, und
  • Figur 2 eine herausvergrößerte Einzelheit aus Figur 1.
An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawings. Show it:
  • Figure 1 is a schematic representation of a pressing device according to the invention, and
  • FIG. 2 shows an enlarged detail from FIG. 1.

Aus Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Metalldrücken ersichtlich. Die Vorrichtung 1 besteht aus der eigentlichen Drückeinrichtung 2 mit einer Drückrolle 3 und einer Formkammer 4. Die Drückrolle 3 ist in bekannter Weise über eine Pneumatikeinrichtung 5 bewegbar, wobei die für die spezielle Form und die Abmessungen des Formteils und den verwendeten Werkstoff optimale Andrückkraft und der optimale Bewegungsweg der Drückrolle 3 von einem Computer 6 bestimmt und gesteuert werden. Der Computer 6 ist mit einem Plotter 7 verbunden.A device 1 according to the invention for metal pressing can be seen from FIG. The device 1 consists of the actual pressing device 2 with a pressing roller 3 and a molding chamber 4. The pressing roller 3 can be moved in a known manner via a pneumatic device 5, the optimum pressing force for the special shape and dimensions of the molded part and the material used and optimal movement path of the spinning roller 3 can be determined and controlled by a computer 6. The computer 6 is connected to a plotter 7.

Die Drückeinrichtung 2 enthält weiterhin eine bereichsweise wirkende, tyristorgesteuerte Wärmequelle 8, die mit inkohärentem oder kohärentem Licht (Infrarot) arbeitet. Die Wärmequelle 8 ist über einen der üblichen Antriebe 9 bewegbar, wobei die Bewegung der Wärmequelle 8 vom Computer 6 derart gesteuert wird, daß die Wärmequelle 8 der Bewegung der Drückrolle 3 im wesentlichen vorläuft.The pressing device 2 also contains a regionally acting, tyristor-controlled heat source 8, which works with incoherent or coherent light (infrared). The heat source 8 is movable via one of the usual drives 9, the movement of the heat source 8 being controlled by the computer 6 such that the heat source 8 essentially precedes the movement of the pressure roller 3.

Wie auch in Verbindung mit Figur 2 ersichtlich, weist die Formkammer 4 eine hohle, kegelstumpfförmige Wandung auf, die an einer Seite an einer Drehscheibe 10 befestigt ist, die durch eine Welle 10a in Drehung versetzt wird. An der der Drückrolle 3 zugewandten Vorderseite der Formkammer 4 ist eine Spanneinrichtung 11 befestigt, die zwei ringförmige Spannteile zum Einspannen des Umfangs eines Werkstückes aufweist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein fertiges Formteil 12 in Form eines halbkugelförmigen Behälterbodens eingespannt. Das Formteil 12 wurde aus einem strichpunktiert gezeichneten Rohling 12' gefertigt, der entweder durch konventionelles Drücken oder durch andere, bekannte Maßnahmen vorgefertigt wurde. Die Spanneinrichtung 11 steht etwas in den Querschnitt der Formkammer 4 vor. Die Formkammer 4 ist darüber hinaus in axialer Richtung länger als die axiale Endtiefe des Formteiles 12, so daß das Formteil 12 frei, d. h. ohne Verwendung eines Drückfutters in den im Inneren der Formkammer 4 befindlichen Freiraum bis auf Endmaß hineingedrückt wird, wobei zwischen dem Rohling 12' und der Wandung der Formkammer 4 in allen Stadien des Drückvorganges ein Abstand verbleibt.As can also be seen in connection with FIG. 2, the molding chamber 4 has a hollow, frustoconical wall which is fastened on one side to a turntable 10 which is set in rotation by a shaft 10a. At the the front of the mold chamber 4 facing the pressure roller 3, a clamping device 11 is fastened, which has two annular clamping parts for clamping the circumference of a workpiece. In the illustrated embodiment, a finished molded part 12 is clamped in the form of a hemispherical container bottom. The molded part 12 was manufactured from a blank 12 'shown in dot-dash lines, which was prefabricated either by conventional pressing or by other known measures. The clamping device 11 protrudes somewhat into the cross section of the molding chamber 4. The molding chamber 4 is also longer in the axial direction than the axial end depth of the molded part 12, so that the molded part 12 is freely pressed, ie without using a chuck, into the free space inside the molding chamber 4 to the final dimension, between the blank 12 'and the wall of the molding chamber 4 remains at a distance in all stages of the pressing process.

In der Nähe des mit der Drehscheibe verbundenen Endes der Formkammer 4 mündet eine Zufuhrleitung 13 für erwärmte Luft, die mit einem Gebläse 14 verbunden ist und eine Heizung 15 enthält. Die Zuführleitung 13 enthält einen feststehenden Verteilring 16, in dem sich eine mit der Formkammer 4 verbundene Flanschanordnung 17 drehen kann, die eine tangentiale Einleitung der Luft durch Mündungsöffnungen 18 bewirkt. Dabei wird die Luft in einer Richtung eingeleitet, die der Drehrichtung der Formkammer 4 entgegengesetzt ist, so daß sich im Inneren der Formkammer 4 Luftwirbel bilden. In der Nähe der Spanneinrichtung 11 sind in der Wandung der Formkammer 4 Luftaustrittsöffnungen 19 vorgesehen. Es ist ein hoher Luftdurchsatz vorgesehen, so daß sich die Temperatur der Luft durch die Erwärmung des Rohlings nicht wesentlich verringert. Darüber hinaus sorgt auch die gute Verwirbelung für ein gleichmäßiges Klima im Inneren der Formkammer, das den Rohling auf gleichmäßige Temperatur hält.In the vicinity of the end of the molding chamber 4 connected to the turntable, a supply line 13 for heated air opens, which is connected to a blower 14 and contains a heater 15. The feed line 13 contains a fixed distribution ring 16, in which a flange arrangement 17 connected to the molding chamber 4 can rotate, which causes a tangential introduction of the air through orifices 18. The air is introduced in a direction opposite to the direction of rotation of the molding chamber 4, so that 4 air vortices form in the interior of the molding chamber. In the vicinity of the clamping device 11, 4 air outlet openings 19 are provided in the wall of the molding chamber. A high air throughput is provided so that the temperature of the air is not significantly reduced by the heating of the blank. In addition, the good swirling ensures a uniform climate inside the Molding chamber that keeps the blank at a constant temperature.

Zum Überwachen der Temperatur wurden auf dem Rohling vor seinem Einsetzen in die Spanneinrichtung 12 eine Mehrzahl von Temperaturfühlern 20 befestigt, die die gemessenen Daten an einen auf der Drehscheibe 10 befestigten Telemetriesender 21 übertragen. Die Temperatursensoren sind Thermoelemente, die während des Drückens auf der der Drückrolle 3 abgewandten Oberfläche des Rohlings 12 verbleiben. Bevorzugt werden acht gleichmäßig über die Oberfläche des Rohlings 12' verteilt angeordnete Thermoelemente 20 verwendet. Die von ihnen ermittelten Daten werden vom Sender 21 drahtlos an einen Empfänger 22 (Figur 1) übermittelt, der sie dem Computer 6 weitergibt. Entsprechend der festgestellten Temperatur wird entweder die Wärmequelle 8, die Heizung 15 oder das Gebläse 14, oder alle gemeinsam, gesteuert. Die Arbeitstemperatur wird für jeden Werkstoff anhand seiner thermo-mechanischen Eigenschaften vorbestimmt und liegt unterhalb der Warmformungstemperatur bzw. der Rekristallisationsschwelle.In order to monitor the temperature, a plurality of temperature sensors 20 were attached to the blank before it was inserted into the clamping device 12, which transmit the measured data to a telemetry transmitter 21 attached to the turntable 10. The temperature sensors are thermocouples which remain on the surface of the blank 12 facing away from the pressure roller 3 during the pressing. Eight thermocouples 20 are preferably used which are distributed uniformly over the surface of the blank 12 '. The data determined by them are transmitted wirelessly from the transmitter 21 to a receiver 22 (FIG. 1), which forwards them to the computer 6. Depending on the determined temperature, either the heat source 8, the heater 15 or the blower 14, or all of them together, is controlled. The working temperature is predetermined for each material based on its thermo-mechanical properties and is below the thermoforming temperature or the recrystallization threshold.

Zum Drücken eines halbkugelförmigen Behälterbodens aus einer höherfester Aluminiumlegierung wird zunächst aus einer kreisförmigen Ronde ein im wesentlichen hutförmiger Rohling 12' entweder durch ein bekanntes Drückverfahren unter Verwendung eines Drückfutters oder durch irgendein anderes geeignetes und bekanntes Verfahren vorgeformt. Der Rohling 12' wird danach an ausgewählten Stellen mit den Temperaturfühlern 20 versehen und mit seinem Umfang zwischen die Spannteile der Spanneinrichtung 11 derart eingespannt, daß die Vorform bereits etwas in die Formkammer hineinragt. Danach wird das Gebläse 14 und die Heizung 15 angestellt und erwärmte Luft solange in die Formkammer 4 geleitet, bis der Rohling 12' eine gleichmäßige Temperatur erreicht hat. Diese Temperatur liegt bei einer Aluminiumlegierung, deren maximale Auslagerungstemperatur etwa bei 180 Grad Celcius liegt, bei ca. 130 Grad Celcius. Dann wird bei rotierender Formkammer die Rolle 3 und die Quelle 8 herangeführt, wobei die Wärmequelle 8 bevorzugt so gesteuert wird, daß sie dem Arbeitsbereich der Rolle unmittelbar vorläuft. Die Wärmequelle 8 wird so gesteuert, daß sie die Teilbereiche unmittelbar vor dem Drücken auf 150 bis 175 Grad Celcius erwärmt. Die spezielle Temperatur der Teilbereiche kann entsprechend der gewünschten Verformung ausgewählt werden.To press a hemispherical container bottom made of a higher-strength aluminum alloy, a substantially hat-shaped blank 12 'is first pre-formed from a circular blank either by a known pressing method using a spinning chuck or by any other suitable and known method. The blank 12 'is then provided at selected points with the temperature sensors 20 and clamped with its circumference between the clamping parts of the clamping device 11 in such a way that the preform already protrudes somewhat into the molding chamber. Then the blower 14 and the heater 15 are turned on and heated air is passed into the molding chamber 4 until the blank 12 'is a has reached a uniform temperature. In the case of an aluminum alloy, the maximum aging temperature of which is approximately 180 degrees Celsius, this temperature is approximately 130 degrees Celsius. Then, with the molding chamber rotating, the roller 3 and the source 8 are brought in, the heat source 8 preferably being controlled so that it immediately leads the working area of the roller. The heat source 8 is controlled so that it heats the sections to 150 to 175 degrees Celsius immediately before pressing. The special temperature of the partial areas can be selected according to the desired deformation.

So ist es beispielsweise bei einem Drückverfahren, das in mehreren Stufen und gegebenenfalls unterschiedlichen Verformungsgraden durchgeführt wird, zweckmäßig, beispielsweise bei den ersten zwei Stufen mit 175 Grad Celcius und bei weiteren Stufen bei 150 bis 160 Grad zu arbeiten. Der erfindungsgemäße Umformprozeß beruht somit, ausgehend von den geometrischen Verhältnissen, der Kraftangriffsrichtung sowie den lokalen Reibungsverhältnissen im Kontaktbereich Rolle/Blech, auf einer Kombination von Biege-, Zug-, Druck- und Scherbeanspruchung und unterscheidet sich insofern zumindest im letzten Verformungsschritt vom reinen Fließdrücken über ein Drückfutter. Nach Fertigstellen des Formteiles 12 wird dieses der Spanneinrichtung 11 entnommen und nach dem Ablösen der Thermoelemente einer weiteren mechanischen Bearbeitung bzw. einer weiteren Warmauslagerung unterworfen, bis die optimalen Festigkeitswerte erreicht sind.For example, in the case of a pressing process which is carried out in several stages and, if appropriate, different degrees of deformation, it is expedient to work with 175 degrees Celsius in the first two stages and at 150 to 160 degrees in further stages. The forming process according to the invention is thus based on the geometric relationships, the direction of force application and the local frictional relationships in the contact area roll / sheet metal, on a combination of bending, tensile, compressive and shear stresses and differs in this respect at least in the last deformation step from pure flow pressure a chuck. After the molded part 12 has been finished, it is removed from the clamping device 11 and, after the thermocouples have been detached, subjected to further mechanical processing or further hot aging until the optimum strength values are reached.

In Abwandlung des beschriebenen und gezeichneten Ausführungsbeispiels kann für die bereichsweise arbeitende Wärmequelle auch eine Induktionsheizung oder eine andere, bekannte Wärmequelle verwendet werden. Voraussetzung ist jedoch, daß die Wärmequelle in der Lage ist, das Material voll durchzuwärmen, ohne daß die Oberfläche überhitzt wird. Gegebenenfalls können zwei oder noch mehr dieser Wärmequellen eingesetzt werden. An die Stelle der Computersteuerung kann eine Steuerung durch Kopierschablonen oder eine Mischung zwischen beiden Steurungsarten treten. Das Verfahren, das Formteil ohne Verwendung eines Drückfutters in einen Freiraum hineinzudrücken, kann auch bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich, auch bei konventionellen Drückverfahren mit der beschriebenen, zweistufigen Aufheizung zu arbeiten. Die verwendeten Temperaturen können auf die verwendeten Werkstoffe und/oder auf die erwünschten thermischen Effekte abgestimmt werden.In a modification of the exemplary embodiment described and drawn, induction heating or another known heat source can also be used for the regionally operating heat source. However, the prerequisite is that the heat source is able to handle the material warm up completely without overheating the surface. If necessary, two or more of these heat sources can be used. Computer control can be replaced by control by means of copying templates or a mixture of the two types of control. The process of pushing the molded part into a free space without using a chuck can also be carried out at room temperature. In addition, it is also possible to work with the described two-stage heating even with conventional pressing methods. The temperatures used can be matched to the materials used and / or to the desired thermal effects.

Claims (13)

Verfahren zum Metalldrücken eines Rohlings zu einem gewölbten Formteil, insbesondere einem Behälterboden, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling umfangsseitig eingespannt und bis auf Endmaß in einen Freiraum hineingewölbt wird.Process for metal pressing a blank into a curved molded part, in particular a container bottom, characterized in that the blank is clamped on the circumferential side and arched into a free space to the final dimension. Verfahren zum Metalldrücken eines Rohlings zu einem gewölbten Formteil, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erhöhte, unterhalb der Rekristallisationsschwelle liegende Arbeitstemperatur beim Drücken durch ein zweistufiges Erwärmen des Rohlings, wobei im wesentlichen der gesamte Rohling auf eine erste, unter Arbeitstemperatur liegende Temperatur gebracht und gehalten wird und nur Teilbereiche des Rohlings vor dem Drücken auf Arbeitstemperatur gebracht werden.A process for metal pressing a blank into a domed molded part, in particular according to claim 1, characterized by an increased working temperature below the recrystallization threshold when pressed by a two-stage heating of the blank, essentially bringing the entire blank to a first temperature below the working temperature and is held and only parts of the blank are brought to working temperature before pressing. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling durch zirkulierende, erwärmte Luft auf die erste Temperatur gebracht wird.A method according to claim 2, characterized in that the blank is brought to the first temperature by circulating, heated air. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbereiche durch inkohärentes oder kohärentes Licht (Infrarot) auf Arbeitstemperatur gebracht werden.A method according to claim 2 or 3, characterized in that the partial areas are brought to the working temperature by incoherent or coherent light (infrared). Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Drücken eines Rohlings aus einem warmauslagerbaren Werkstoff eine innerhalb des Warmauslagerbereichs liegende Arbeitstemperatur gewählt wird.Method according to one of claims 2 to 4, characterized in that a working temperature lying within the hot aging area is selected for pressing a blank made of a material that can be hot-exposed. Vorrichtung zum Metalldrücken eines Rohlings zu einem gewölbten Formteil, insbesondere einem Behälterboden, mit einer Spanneinrichtung zum Einspannen des Rohlings und einem bewegungsgesteuerten Drückwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung (11) zum Einspannen des Umfangs des Rohlings (12') ausgebildet und vor einem Freiraum angeordnet ist, der größer ist als die Tiefe des Formteils (12) und daß das Formteil (12) durch konkaves Drücken in den Freiraum hinein bis auf Endmaß frei formbar ist.Device for metal pressing a blank into one Arched molded part, in particular a container base, with a clamping device for clamping the blank and a movement-controlled pressing tool, characterized in that the clamping device (11) is designed for clamping the circumference of the blank (12 ') and is arranged in front of a free space which is greater than the depth of the molded part (12) and that the molded part (12) can be freely shaped to its final dimensions by pressing concavely into the free space. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Drücken unter erhöhter Arbeitstemperatur eine zweistufige Aufheizeinrichtung (8, 15) vorgesehen ist, wobei in der ersten Aufheizstufe der Rohling (12') auf eine Temperatur unter Arbeitstemperatur und in der zweiten Arbeitsstufe ein ausgewählter Teilbereich des Rohlings (12') vor dem Eingriff mit dem Drückwerkzeug (3) auf Arbeitstemperatur erwärmbar ist.Apparatus according to claim 6, characterized in that a two-stage heating device (8, 15) is provided for pressing under an elevated working temperature, the blank (12 ') being heated to a temperature below the working temperature in the first heating stage and a selected partial range of the The blank (12 ') can be heated to the working temperature before engagement with the pressing tool (3). Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Freiraum enthaltende Formkammer (4) vorgesehen ist, in die eine Zufuhrleitung (13) zum Zuführen erwärmter Luft einmündet.Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that a molding chamber (4) containing the free space is provided, into which a supply line (13) for supplying heated air opens. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitung (13) tangential zum Formteil (12) einmündet.Apparatus according to claim 8, characterized in that the supply line (13) opens tangentially to the molded part (12). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitung am der Spanneinrichtung (11) abgewandten Ende der Formkammer (4) einmündet, und daß nahe der Spanneinrichtung (11) ein Luftauslaß (19) aus der Formkammer (4) vorgesehen ist.Device according to one of claims 8 or 9, characterized in that the supply line opens at the end of the molding chamber (4) facing away from the clamping device (11), and in that an air outlet (19) from the molding chamber (4) is provided near the clamping device (11) is. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum bereichsweisen Erwärmen des Rohlings (12') eine mit dem Drückwerkzeug (3) bewegungsgekoppelte Wärmequelle (8) vorgesehen ist.Device according to one of claims 7 to 10, characterized in that for the area-by-area heating of the Blank (12 ') is provided with a heat source (8) coupled to the pressing tool (3). Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle (8) eine Quelle für inkohärentes bzw. kohärentes Licht (Infrarot) ist.Device according to claim 12, characterized in that the heat source (8) is a source for incoherent or coherent light (infrared). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Überwachen der Temperatur des Rohlings (12') wenigstens ein Temperaturfühler (20) vorgesehen ist.Device according to one of claims 7 to 12, characterized in that at least one temperature sensor (20) is provided for monitoring the temperature of the blank (12 ').
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