CH379450A - Verfahren zur Verformung von Werkstücken - Google Patents
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Description
Verfahren zur Verformung von Werkstücken Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfah ren zur Verformung von in festem Aggregatzustand vorliegenden, elektrisch leitenden, insbesondere me tallischen Werkstücken. Ein Metallwerkstück kann die,erforderliche Form durch Ausübung von Arbeit auf das Metall erhal ten, das heisst durch übertragung von genügend Energie auf das Metall, so dass dieses die gewünschte Form erhält. Bis anhin wurden Metallwerkstücke im kalten Zustand entweder durch Anwendung einer kontinuierlich ansteigenden mechanischen Kraft auf das in Verarbeitung begriffene Metall oder durch Ausübung einer Serie von mechanischen Impulsen, z. B, durch Schmieden, verformt. Gemäss dem Verfahren nach der Erfindung er folgt die Verformung der Werkstücke dadurch, dass in dem Werkstück durch ein zeitlich veränderliches, mittels wenigstens eines von mindestens einem Stromimpuls durchflossenen Leiters -erzeugtes, ma gnetisches Feld Ströme wenigstens an den zu ver formenden Stellen induziert werden, welche Ströme Kräfte ausüben, die die Verformung des Werk stückes bewirken. In der beiliegenden Zeichnung sind einige Aus führungsformen von Vorrichtungen zur Durchfüh rung des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt; es zeigen: Fig. <B>1</B> eine schematische Perspektive einer Vor richtung zur Durchmesserverminderung eines Rohres, Fig. 2 einen Schnitt des in Fig. <B>1</B> gezeigten Werk stückes nach der Verformung, Fig. <B>3</B> eine schematische Perspektive einer wei teren Ausführungsform einer Vorrichtung zum Zu sammenfügen von zwei ineinandergesteckten, soge- nannten Teleskoprohren, Fig. 4 einen Schnitt des in Fig. <B>3</B> gezeigten Werk stückes nach der Verformung, Fig. <B>5</B> eine schematische Perspektive einer wei teren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bil dung von Sicken in Rohren, Fig. <B>6</B> einen Schnitt des in Fig. <B>5</B> gezeigten Werk stückes nach der Verformung, Fig. <B>7</B> eine schematische Perspektive, teilweise einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform, Fig. <B>8</B> eine Perspektive des in Fig. <B>7</B> gezeigten Werkstückes nach der Verformung, Fig. <B>9</B> eine schematische Perspektive, teilweise einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform, Fig. <B>10</B> eine Seitenansicht des in Fig. <B>9</B> gezeig ten Werkstückes nach der Verformung. Die dargestellten Ausführungsformen der Metall- formvorrichtung umfassen Mittel zur Erzeugung eines bestimmten, veränderlichen Magnetfeldes und Mittel, um das zu formende Metall so lange im Magnetfeld zu halten, bis das Metall genügend Ener gie aufgenommen hat, um die gewünschte Form zu erhalten. Wenn ein stromführender Leiter quer in ein Magnetteld gebracht wird, erfährt er eine Kraft, die ihn zu bewegen sucht. Die Kraft auf dem Lei ter ist proportional dem Produkt des Leiterstroms und der Komponente des Magnetfeldes senkrecht zum Strom. Diese auf einer gewissen Strecke auf den Leiter wirkende Kraft ist abhängig von der vom Leiter aufgenommenen Energie. Wenn der strom führende Leiter im Magnetfeld stationär gehalten wird<B>'</B> wird die auf ihn wirkende Kraft, falls sie gross genug ist, den Leiter verformen. Wenn ein Leiter in ein veränderliches Magnet feld gebracht wird, wird in ihm ein Strom indu ziert. Die Wechselwirkung zwischen diesem Strom und dem Magnetfeld ruft eine Kraftwirkung auf den Leiter hervor. Wenn der Leiter festgehalten wird, und wenn er genügend Energie aufnimmt, wird er verformt. Die am Leiter verrichtete Arbeit oder von ihm aufgenommene Energie hängt von der Lage des Leiters im Magnetfeld, von der Stärke des Magnetfeldes, vom im Leiter induzierten Strom, von der Masse des Leiters, von inneren Kräften im Leiter und von der Frequenz der Änderung des Feldes ab. Demgemäss kann eine hohe kurzzeitige Kraft auf den Leiter ausgeübt werden, indem zur Erzeugung des Magnetfeldes ein Stromimpuls ver wendet wird. Indem der Leiter eine geeignete Form erhält und ein Stromimpuls hindurchgeschickt wird, wird in kürzester Zeit (etwa<B>1</B> Mikrosekunde) ein bestimm tes Magnetfeld erzeugt. Im eine bestimmte Form aufweisenden Magnetfeld befindliches Metall wird, wenn die nötige Energie auf das Metall übertra gen wird,<B>je</B> nach der Form des Magnetfeldes und der Lage des Metalls im Magnetfeld verformt. Die Dauer der auf das im Magnetfeld liegende Metall wirkenden Kraft hängt von der Dauer des Impul ses ab, und ist durch den zulässigen Temperatur anstieg im Metall beschränkt. In der Regel kann der Impuls für eine Dauer zwischen einer und vie len Mikrosekunden zur Wirkung gebracht werden. Jedoch kann bei sehr niedrigen Umgebungstempera turen der Impuls länger wirken, etwa von Mikro sekunden bis zu einer Minute. Die wünschbare Form des Magnetfeldes richtet sich natürlich nach der Form des Werkstückes und nach der am Werk stück auszuführenden Bearbeitung. Diese Bearbei tung kann Formen, Prägen, Gravieren usw. umfas sen, und kann dem Metall mittels eines einzigen oder mehrerer Impulse erteilt werden. Wegen des augenblicklichen Einsetzens der Kraftwirkung auf das im Magn-.tfeld gelegene Metall kann dieses stark beschleunigt werden, so dass es sich mit hoher Ge schwindigkeit bewegen kann. Solch ein Magnet feld kann für viele Anwendun-en benützt werden, z. B. zum Prägen eines sich rasch bewegenden Material bandes durch kurzzeitiges Andrücken des Bandes auf einen Prägestempel. Diese kurzzeitige Kraft kann sehr gross sein und die Elastizitätsgrenze des zu ver formenden Metalls um ein Mehrfaches überschrei ten, so dass das Metall nach erfolgtem Impuls fliesst. Die nachstehend erläuterten Ausführungsbei spiele stellen besondere Anwendungen der vorste hend angegebenen Grundgedanken auf besondere Arten der Verformung von Metall dar. Die in Fig. <B>1</B> gezeigte Metallverformungsvorrich- tung kann zur Verringerung des Durchmessers eines Teiles eines Rohres verwendet werden. Das ver änderliche' Magnetfeld wird dadurch erzeugt, dass ein Stromimpuls durch eine Spule oder Solenoid <B>11</B> geschickt wird. Ein oder mehrere Impulse werden in einem Impulskreis 12 erzeugt, welcher einen Kondensator<B>13</B> in Serie mit Schaltmitteln 14 wie z. B. einen Ignitron, Thyratron, einer Funkenstrecke usw., aufweist. Der Kondensator ist über Schalt mittel<B>16</B> und den Widerstand<B>17</B> an eine Hochspan nungsquelle<B>15</B> angeschlossen. Ein Koaxialkabel<B>18</B> verbindet den Impulskreis 12 mit dem Solenoid <B>11.</B> Ein rohrförmiges Werkstück 20 aus einem lei tenden Material, wie z. B. Kupfer oder Aluminium, ist im Solenoid <B>11</B> mittels Klammern 21 festgehal ten. Wenn ein Stromimpuls am Solenoid <B>11</B> ange legt wird, wird ein veränderliches Magnetfeld er zeugt, das im Werkstück 20 eine elektromotorische Kraft erzeugt, wodurch ein hoher Strom um das Werkstück fliesst. Wenn die durch die Wechsel wirkung des induzierten Stroms mit dem Magnet feld auf das Metallwerkstück übertragene Energie genug gross ist, wird die Rohrwand des Teiles des Werkstückes, das innerhalb dem Solenoid <B>11</B> liegt, nach innen gedrückt und nimmt die in Fig. 2 ge zeigte Form an. Falls erwünscht, kann eine nicht gezeigte Form in das Werkstück eingeführt werden, um die Deformation des Werkstückes zu beschrän ken oder festzulegen. Infolge der hohen Kraftwir kung, der das Werkstück ausgesetzt ist, ist eine Form im gewöhnlichen Sinne nicht notwendig. In gewissen Fällen muss die Form keine grosse Festig keit haben; allein schon ihre Masse genügt, um die verformten Teile des Werkstückes abzubremsen. Die von einem gegebenen Solenoid auf ein Werkstück übertragene Energie kann erhöht wer den, indem die am Kondensator angelegte Span nung oder die Kapazität des Kondensators oder die Anzahl Impulse erhöht werden. Das Solenoid <B>11</B> besteht z. B. aus<B>10</B> Windun gen eines isolierten Kupferdrahtes von<B>1</B> cm2 Quer schnitt und weist einen Innendurchmesser von 4 cm, einen Aussendurchmesser von<B>6</B> cm und eine Länge von 12 cm auf. Der Stromimpulserzeuger ist ein <B>30</B> Mikrofarad-Kondensator, an den<B>10 kV</B> ange legt wurden. Damit wurde ein Kupferrohr mit einem Aussendurchmesser von<B>3,5</B> cm und einer Wand stärke von<B>1,5</B> mm verformt. In Fig. <B>3</B> ist eine Metallformvorrichtung gezeigt, die zum Verbinden eines Paares Teleskoprohre durch Sicken der überlappenden Teile der Rohre dient. Ein Stab aus leitendem Material hat die Form eines Ringes 22; ein Stromimpuls wird zum Ring 22 durch ein Koaxialkabel 18a mittels eines Impulskreises 12a geführt, ähnlich wie bei der in bezug auf die Fig. <B>1</B> beschriebene Ausführungsform. Die ineinanderge-schobenen Teile von Teleskop- rohren <B>23</B> werden mittels Klammern 24 im Ring 22 festgehalten. Wenn ein Stromimpuls durch den Ring 22 geht, wird ein Magnetfeld erzeugt, das so viel Energie übertragen kann, dass die Rohre <B>23,</B> wie in Fig. 4 gezeigt, mit einer Einschnürung versehen werden. Während die in Fig. <B>3</B> gezeigte Ausführungsform verwendet wird, um Teleskoprohre <B>23</B> miteinander zu verbinden, kann sie auch verwendet werden, um ein Rohr mit einem Stab zu verbinden oder um eine Schmiedeoperation auszuführen, wobei der Ring und das Werkstück relativ zueinander bewegt werden, während ein-. Reihe von Stromimpulsen durch den Ring hindurchgehen. Die Wirkung eines starken Magnetfeldes, das mittels oben genannten Ringes erhalten wird, auf ein Rohr ist in der Beziehung einzigartig, als dass die Länge des Rohres als Ganzes relativ konstant bleibt und die Wandstärke bei abnehmendem Durch messer zunimmt. Das wird erreicht, ohne dass ein robuster Support benötigt wird. Beim mechanischen Schmieden wird eine ähnliche Wirkung nur mittels eines schweren Gesenkes erreicht. Ein progressives Schmieden eines Rohres wird bei Verwendung der oben genannten Vorrichtung erhalten, wodurch eine grössere Wandstärke bei praktisch unveränderlicher Länge erhalten wird. In Fig.5 werden mehrere einen Abstand von- 2inander habende Sicken auf einem Rohr erzeugt. Mehrere Ringe<B>25,</B> ähnlich obengenanntem Ring 22, befinden sich nebeneinander auf einem rohr- förmigen Werkstück<B>26</B> aus leitendem Material. Diese Ringe sind parallelgeschaltet und durch ein Koaxialkabel<B>18b</B> an einen Impulserzeuger<B>12b</B> angeschlossen, der ähnlich dem Impulserzeuger 12 ist. In Fig.7 wird ein Blech aus leitendem Mate rial mit einem Muster versehen. Ein Leiter hat die Form einer Flachspirale<B>27,</B> die durch ein Koaxial kabel<B>18e</B> an einem Impulserzeuger 12c angeschlos sen ist. Eine entsprechende Form<B>28</B> befindet sich oberhalb der Spirale<B>27.</B> Ein Support<B>29</B> mit einer verstellbaren Halteplatte<B>30</B> und einer angehobenen Plattform<B>31</B> hält die Form<B>28</B> und die Spirale<B>27</B> in einem bestimmten Abstand voneinander. Ein Werkstück<B>32,</B> z. B. ein dünnes Blech aus Kupfer oder Aluminium befindet sich zwischen der Form<B>28</B> und der Spirale<B>27.</B> Wenn ein Impuls durch die Spirale<B>27</B> geht, entsteht ein veränder liches Magnetfeld, welches eine elektromotorische Kraft im Werkstück<B>32</B> induziert, wodurch darin örtliche Ströme zu fliessen beginnen. Dadurch wird eine Kraft erzeugt, die das Werkstück<B>32</B> gegen die Form<B>28</B> drückt, wodurch auf der Oberfläche des Werkstückes das Muster abgebildet wird. Falls erwünscht, kann die Metallformvorrichtung im Vakuum betrieben werden. Diese Vorrichtung wird zur Bildung von Stegen, (Fig. <B>8)</B> oder von anderen dekorativen Mustern ver wendet. Bei dieser Vorrichtung umfasst die Flachspirale 14 Windungen eines isolierten Kupferdrahtes. Die Flachspirale hat einen Aussendurchmesser von <B>5,5</B> cm. Die Stromimpulse für die Spirale werden von einem<B>15</B> Mikrofarad-Kondensator erhalten, an dem<B>10 kV</B> angelegt wurden. Einem<B>0,125</B> mm Kupferblech wurde ein Muster mittels einer Poly- äthylenform aufgeprägt. In Fig. <B>9</B> wird ein Kupferrohr<B>35</B> gegen eine Innenform 34 gedrückt. Ein Leiter<B>33</B> von halb zylindrischem Querschnitt und abgerundeten Kan ten wird haarnadelartig so umgebogen, dass seine flachen Seiten einander gegenüberliegen. Der Lei ter<B>33</B> ist durch ein Koaxialkabel<B>18d</B> am Impuls- kreis<B>12d</B> angeschlossen. Eine zweiteilige rohrför mige Form 34, die auseinandergenommen werden kann, umgibt den Leiter<B>33.</B> Das rohrförmige Werkstück<B>35</B> wird zwischen den Leiter<B>33</B> und die Form 34 gebracht. Wenn ein Stromimpuls durch den Leiter<B>33</B> geht, entsteht längs des Leiters ein zylindrisches Feld, welches eine Kraft erzeugt, die das Werkstück<B>35</B> ausweitet und an die innere Oberfläche der Form 34 drückt, wodurch das Werkstück d-ie Form der inneren Ober fläche der Form annimmt, wie in Fig. <B>10</B> gezeigt. Bei dieser Vorrichtung hat der Leiter zur Er zeugung des Magnetfeldes einen Durchmesser von <B>2,5</B> cm, einen Spalt zwischen den ebenen Oberflä chen von 2 mm und eine Länge von<B>15</B> cm. Die Stromhnpulse wurden von einem<B>60</B> Mikrofarad- Kondensator erhalten, an welchem<B>10</B> kV ange legt wurden. Die Form hatte einen solchen Innen durchmesser, dass das Werkstück von<B>2,75</B> cm Aussendurchmesser und<B>0,5</B> mm Wandstärke knapp hindurchging.
Claims (1)
- <B>PATENTANSPRUCH</B> Verfahren zur Verformung von in festem Aggre gatzustand vorliegenden, elektrisch leitenden, ins besondere metallischen Werkstücken, dadurch ge kennzeichnet, dass in dem Werkstück durch ein zeitlich veränderliches, mittels wenigstens eines von mindestens einem Stromimpuls durchflossenen Lei ters erzeugtes, magnetisches Feld Ströme wenigstens an den zu verformenden Stellen induziert werden, welche Ströme Kräfte ausüben, die die Verfor mung des Werkstücks bewirken. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die ausgeübten Kräfte unmittel bar der Verformung dienen (Fig. <B>1</B> bis<B>6).</B> 2.Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die ausgeübten Kräfte zum An pressen der zu verformenden Stellen des Werk stückes an Formmatrizen dienen. <B>3.</B> Verfahren nach Patentanspruch und Unteran sprüchen<B>1</B> und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Stromimpuls zwecks Erzeugung des zeitlich veränderlichen Magnetfeldes durch den Leiter geschickt wird. 4.Verfahren nach Patentanspruch und Unter ansprüchen<B>1</B> und<B>3,</B> zur Erzeugung von Einschnü- rungen an länglichen Werkstücken, dadurch gekenn zeichnet, dass das Werkstück an der Stelle der beabsichtigten Einschnürung von einer oder mehre ren Windungen des Leiters umschlossen wird (Fig. <B>1</B> bis<B>6).</B> <B>5.</B> Verfahren nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 2 und<B>3,</B> zur Verformung von ebenen Blechen, dadurch gekennzeichnet, dass das ebene Blech zwischen einen zu einer Spirale gewickelten, vom Stromimpuls durchflossenen Leiter und eine ebenfalls flache Matrize eingelegt wird, welche zu der Spirale parallel liegt.<B>6.</B> Verfahren nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 2 und<B>3,</B> zur Erzeugung von Profilen und einem Rohr mittels eines durch haarnadelför- mige Zusammenbiegung eines Halbkreisprofils ge bildeten Leiters, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr in eine rohrförmige Matrize eingeführt wird, welche an ihrer Innenfläche ein Profil, beispiels weise ein Gewinde, trägt und dass durch den haar- nadelförmig gebogenen Leiter mindestens ein Stromiml)uls fzeschickt wird.
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