DE2229558A1

DE2229558A1 - Verfahren zum isostatischen verformen

Info

Publication number: DE2229558A1
Application number: DE2229558A
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. M Antrag
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Renault SAS
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Renault SAS
Priority date: 1971-06-17
Filing date: 1972-06-16
Publication date: 1973-01-18
Also published as: GB1389693A; FR2141587B1; JPS52170835U; US3782159A; JPS5342578Y2; FR2141587A1; IT959839B

Description

Dipl.-lng. H. MITSCHERLICH 8 MÜNCHEN 22, Dipl.-lng. K. GUNSCHMANN ^, Dr. rer. not. W. KÖRBER l6₀Junil972 PATENTANWÄLTE

REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT 8/10 Avenue Emile Zola
Billancourt (Seine) Frankreich

und

AUTOMOBILES PEUGEOT

75, Avenue de la Grande Arme*e

Paris / Frankreich

Patentanmeldung

Verfahren zum isostatischen Verformen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verformen von Metallteilen durch Umformen unter Anwendung eines hohen isostatischen Drucks,

Es ist bekannt, daß die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Dehnbarkeit und das FLießvermögen von Werkstoffen verbessert werden, wenn sie während eines Verformungsvorgangs hohen isostatischen Drücken ausgesetzt sind,

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Diese Arbeitstechnik ist bei mehreren Verfahren angewendet worden, z.B. beim hydrostatischen Extrudieren und hydrostatischen Verformen, wobei die zu verformenden Teile in ein Gefäß eingeschlossen wurden, das mit einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt war, auf die ein hoher Druck ausgeübt wurde.-

Beim hydrostatischen Extrudieren sorgt der Flüssigkeitsdruck' selbst für den Schub und das Ausstoßen des Teils durch die Zieheinrichtung.

Beim hydrostatischen Verformen wird das Werkstück auf die übliche Weise durch Druckeinwirkung zwischen seinen beiden Matrizen verformt. Der Behälter mit der Hochdruckflüssigkeit nimmt das Werkstück und die Matrizen auf und gleicht seine Volumenabnahme bei der Annäherung der beiden Matrizen auf das Werkstück dadurch aus, daß der Flüssigkeitsüberschuß durch eine Ablaufleitung abgelassen wird, in der ein Ventil angeordnet ist, das den Durchsatz der ablaufenden Flüssigkeit und folglich den resultierenden hydrostatischen Druck regelt.

Die Weiterbildung dieser Arbeitstechnik ist durch zwei wesentliche Nachteile beeinträchtigt:

- Der Maximaldruck ist begrenzt durch die Festigkeit der Dichtungen in dem Hochdruckraum, insbesondere die Dichtungen zwischen der beweglichen Matrize (Stempel) und den Wänden des Hochdruckraums begrenzt. Um die hohen Drücke aufnehmen zu können, ist der Raum im allgemeinen zylindrisch ausgebildet und wird von Stahlbändern umgeben. Die kreisförmigen Dichtungen sind an dem Stempel angebracht. Sie können nur sehr kurze Zeit verwendet werden, oft nur ein einziges Mal, weil bei dem herrschenden hohen Druck ein Kriechen und Stau-

chen des Dichtungsmaterials auftritt.

- Das Arbeiten in einem Hissxgkeitsbehälter ist nicht günstig für einen schnellen Wechsel und für Taktarbeit bei einer industriellen Fertigung«

Das erfindungsgemässe Verfahren beseitigt diese beiden Nachteile und ermöglicht 'gleichzeitig noch eine Vereinfachung der eingesetzten Mittel,

Das Verfahren besteht darin, daß

a) das Rohteil mit einem Material geeigneter Plastizität umgeben wird, das in normaler Umgebung einen Festkörper bildet, dessen Abmessungen etwas unter denen einer Druckkammer liegen,

b) das Rohteil in die erwähnte Druckkammer eingeführt ' wird, deren Boden durch die Prägung der unteren Matrize gebildet wird, und daß die Druckkammer über dem Rohteil durch Absenken eines Stempels in die Druckkammer geschlossen wird, wobei die Stempelfläche die Prägefläche für das Werkstück darstellt,

c) während des Absenkens des Stempels und des Verformens des Rohteils zwischen den beiden Prägeflächen der Überschuß am Umhüllungsmaterxal durch Hinauspressen des Materials zwischen der Mantelfläche des Stempels und der Wandfläche der Druckkammer weggeführt wird, weil das Spiel zwischen Stempel und Druckkammer und die Plastizität des Umhüllungsmaterials so gewählt sind, daß der Extrusionsdruck dem verlangten isostatischen Verformungsdruck für das Rohteil entspricht,

d) Werkstück und Umhüllung aus der Druckkammer heraus und

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von dem Stempel abgenommen werden und ein neues, zuvor umhülltes Rohteil in die Druckkammer eingeführt wird,

Dieser Vorgang ist somit vergleichbar den Arbeitsschritten beim Verformen auf der üblichen Presse, denn das vorherige Umhüllen des Rohteils und das Herausnehmen der Werkstücke und der Reste des sie umhüllenden Materials sind davon unabhängige, selbständige Vorgänge.

Durch den Wegfall von Flüssigkeiten sind die Abdichtungsprobleme base it igt und die einzige statische Dichtung zwischen der unteren Matrize und der Druckkammer bringt keine Druckhaltungsprobleme. Zwischen dem Stempel und der Druckkammer befinden sich, im Gegensatz zu den tekannten Einrichtungen, keine Dichtungen.

Durch eine Spieleinstellung des Stempels in der Druckkammer und durch Einstellen der Plastizität des Umhüllungsmaterials läßt sich der verlangte isostatische Druck genau einstellen. Man kann den isostatischen Druck auch nach einem gegebenen Programm variieren lassen, indem man den Stempelquerschnitt und damit den Extrusionsdruck in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe des Stempels variiert.

Durch diese Möglichkeit kann insbesondere der isostatische Druck in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Verformung des Werk-Stücks während des VerformungsVorgangs erhöht werden. Auf diese Weise werden die Druckkonzentrationen auf das Werkstück und die entsprechenden Fließpreßbereiche herabgesetzt. Daraus ergibt sich ausserdem eine bessere Regulierung und ein wirtschaftlicherer Energieeinsatz. Die angewandten Mittel bleiben sehr einfach und sind unverstellbar.

Das Auswerfen des verformten Werkstücks und der ausgepreß-

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ten Umhüllung erfolgt durch blosses Zurückziehen des Stempels, auf dem sie infolge des Verformdrucks haften und von dem sie ansehliessend durch eine Abstreifplatte abgenommen werden, wobei der Stempel seine Aufwärtsbewe,gung fortsetzt. Überzüge auf dem Stempel und auf den Druckkammerwänden können zum Erleichtern dieser Abhebevorgänge vorgesehen werden*

Nachstehend wird die Herstellung eines Werkstücks nach dem erfindungsgemässen Verfahren an Hand der Zeichnungen beschrieben, die folgendes darstellen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Schritte der Behandlung des Rohteils durch Umhüllen und anschliessendes Einsetzen in die Druckkammer der Presse;

Fig. 2 den Angriff des Stempels beim Schliessen der Druckkammer;

Fig. 3 den Beginn des Stauchens eines Rohteils und des gleichzeitigen Heauspressens des Umhüllungsmaterials;

Fig. H den Stempel amEnde seiner Abwärtsbewegung nach Abschluß der Verformung des Rohteils;

Fig, 5 das Herausnehmen von Umhüllung und Werkstück durch Zurückziehen des Stempels durch eine Abstreifplatte, sowie das Ergreifen eines neuen, umhüllten Rohteils und sein Einführen in die Druckkammer, wobei das Rohteil von dem das vorhergehende Werkstück herausnehmenden Greifer zugeführt wurde,

Fig. 1 zeigt ein übliches, umzuformendes Rohteil 1, das mit einem plastischen Werkstoff '2 umhüllt wird, so daß ein ins-

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gesamt zylindrisches Preßteil entsteht, dessen Durchmesser etwas kleiner als der Durchmesser der Druckkammer 3 ist, in die das Preßteil eingeführt werden soll.

Die Umhüllung wird durch Gießen, Druckspritzen, Verdichten oder auf beliebige sonstige Weise je nach der Art des gewählten Werkstoffs hergestellt; als Werkstoff kommt ein Kunstharz oder ein Wachs in Frage, das unter Umständen ein Füllmaterial zum Einstellen der Plastizität enthält, oder auch eine Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt, beispielsweise mit einem Gehalt an Zinn, Blei und Wismut, Die als "Gerrobend" bezeichnete Legierung aus den letztgenannten Stoffen, die bei einer Temperatur um 70⁰C schmilzt, ist besonders geeignet.

Der niedrige Schmelzpunkt erleichtert das Umhüllen des Rohteils und auch das Abnehmen und die Rückgewinnung dieser Umhüllung nach dem Verformungsvorgang. Der hohe Gestehungspreis der Umhüllung wird durch die vollständige Rückgewinnung, den neuerlichen Einsatz nach dem Schmelzen und das Wiederverwenden als Hüllmaterial erheblich reduziert.

Der umhüllende Block kann speziell geformt sein, etwa mit Sehragflächen, Nuten etc_e versehen sein, die die Handhabung und das Einsetzen des Rohteils erleichtern.

Nach dem Einsetzen des mit Plastikmaterial 2 umgebenen Rohteils 1 in die Druckkammer 3, deren Wände aus Ringen 4 und 5 gebildet sind, während der Boden als untere Matrize 6 wirkt, die auf dem Fundament 7 der Presse ruht, wird der Stempel 8 abwärts geführt (vgl. Fig. 2); die Fläche 9 des Stempels weist die Prägung des oberen Gesenks auf.

Der Stempel 8 kann mit Querschnittstufen 10 versehen sein, die zu einer entsprechenden Verringerung des Extrusionsquerschnitts für das Umhüllungsmaterial führen, wenn die Quer-

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schnittsstufen in die Druckkammer 3 eintreten, und zu einer entsprechenden Druckerhöhung.· Zu dem gleichen Zweck können an dem Stempel auch Rinnen mit abnehmendem Querschnitt und abnehmender Tiefe oder auch andere vergleichbare Formen vorgesehen werden, soweit sie mit der Notwendigkeit, das fertige Werkstück später abnehmen zu müssen, vereinbar sind.

Fig. 3 zeigt das Rohteil 1 beim Beginn des Preßvorgangs, während das Umhüllungsmaterial 2 infolge Pressung zwischen dem Stempel 8 und dem Ring M- durch den dafür vorgesehenen Spalt 11 austritt.

Damit der Stempel eine gute Führung in dem Ring 4 erhält, kann man diesen Spaltraum durch Längsriefen auf dem Stempel örtlich unterteilen. Die aufdiese Weise gebildeten Reliefs begünstigen einerseits das Anhaften des Umhüllungsmaterials an der Stempeloberfläche beim Aufsteigen des Stempels und andererseits das spätere Abtrennen des ausgepreßten Umhüllungsmaterials von der Oberseite dieses Stempels, denn die. Zentrierrippen bilden nun Zonen, aus denen das extrudierte Material in Form von Längsstreifen heraustritt. Das Abnehmen des Umhüllungsmaterials wird ferner durch die Querschnittsstufe 10 des Stempels 8 erleichtert, die in ähnlicher Weise wie ein Spanbrecher bei einem Schneidwerkzeug eine Krümmung zum Ablösen der von dem Stempel bei seinem weiteren Eintauchen herausgepreßten Streifen herbeiführt.

In Fig. ¹^ hat der Stempel 8 den Tiefpunkt seiner Bewegung erreicht und ist die Verformung des Rohteils 1 abgeschlossen. Der größte Teil des Umhüllungsmaterials ist ausgepreßt worden oder füllt den Spalt 11 zwischen dem Stempel 8 und dem Ring t.

Nun beginnt der Stempel 8 seine Rückbewegung nach oben und nimmt dabei die Umhüllung 2 mit, und das Werkstück 1, das

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wegen seines Formgrats mit dem Rest des Umhüllungsmaterials 2 in dem Spalt 11 an den Matrizen 9 und 6 eng verbunden bleibt, hängt an dem Stempel.

Natürlich könnte man im Rahmen der Erfindung den Stempel auch für sich allein zurückziehen und anschliessend das Werkstück und die Umhüllung durch Auswerfer ausstossen lassen. Diese technischen Einzelheiten ergeben sich aus der verfügbaren technischen Einrichtung und den herzustellenden Werkstücken.

Fig. 5 zeigt den Stempel 8 bei der Fortsetzung seiner Rückführungsbewegung durch eine Abstreifplatte 12, die eine Rückhaltevorrichtung für den Rest des ausgepreßten Umhüllungsmaterials 2 bis zu dessen Abtrennung von dem Ende des Stempels 8 darstellt und das fertige Werkstück 1, wenn es von dem Stempel abgelöst ist, auf einen unter den Stempel 8 gebrachten Austragtisch 13 legt. An der Unterseite des Austragtischs 13 kann das mit einer Umhüllung 2 versehene folgende Rohteil 1 angebracht sein, das in Arbeitsstellung über den Ring 4 geführt wird. Durch Senken des Tischs 13 gelangt das Preßteil in die Druckkammer 3. Durch das Wegführen des Tisches 13 mit dem vorher verformten Preßteil wird das umhüllte Rohteil abgestreift und fällt auf den Boden der Druckkammer 3. Nun kann der oben beschriebene VerformungsVorgang von neuem ablaufen.

Patentansprüche:

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Claims

P a t e R t a η s ρ rüche :

1.Λ Verfahren zum isostatisehen Verformen unter Anwendung hohen Drucks in einem Kunst stoff medium» dadurch gekenn-* zeichnet* daß

a) ein Rohteil CD mit einem Material C2) geeigneter Plastizität umgeben ist und einen Preßrohling bildet, dessen Abmessungen etwas kleiner sind als die einer¹ Druckkammer

b) das Rohteil (1) in die Druckkammer (3) eingeführt wird» deren Boden durch die Prägung der unteren Matrize gebildet wird, und daß die Druckkammer (3) über dem Rohteil (1) durch einen Stempel (8) geschlossen wird, dessen Flache die obere Matrize der Presse darstellt,

c) während des Absenkens des Stempels <8) und des Verformens des Rohteils (1) zwischen den beiden Prägeflächen der Überschuß des Umhüllungsmaterials (2) durch Hinauspressen des Materials zwischen der Mantelfläche des Stempels und der Wandfläche der Druckkammer weggeführt wird, weil das Spiel zwischen Stempel und Druckkammer und die Plastizität des ürohüllungsmaterials (2) so gewählt sind, daß der Extrusionsdruck dem verlangten isostatischen Verformungsdruck für das Rohteil ent spricht _t

d) Werkstück (1) und.Umhüllung (2) aus der Druckkammer (3) heraus-"und von dem Stempel <8> abgenommen werden und ein 3.UVQ3» uahülltes Rohteil in die Druckkammer eingeführt

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2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Extrusionsquerschnitt zwischen Stempel C8) und Druckkammer (3) verändert werden kann, um in entsprechender Weise den isostatischen Druck in der Druckkammer variieren zu können.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (8) in Richtung auf sein Ende mit QuerschnittsVerkleinerungen (10) versehen ist,

Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (8) Längsrippen erhält, die seine spielfreie Zentrierung in der Druckkammer (3) ge währleisten.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fertige Werkstück und das herausgepreßte Umhüllungsmaterial an dem Stempel C8) haften bleiben, während dieser herausgenommen wird«

6« Verfahren nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abstreifplatte (12) den Stempel (8) von dem extrudierten Umhüllungsmaterial (2) und dem fertigen Werkstück befreit und daß das Material und das Werkstück von einem Austragtisch (13) aufgenommen werden.

7, Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

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der Austragtisch (13) gleichzeitig das folgende, zuvor mit einer Umhüllung versehene Rohteil heranführt und in die Druckkammer (3) bringt.

Der Patentanwalt

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