DE102006037883B4 - Gesenk zum Hochtemperaturschmieden - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Gesenk zum Hochtemperaturschmieden metallischer, insbesondere intermetallischer Bauteile, umfassend ein oberes und ein unteres Gesenkteil.
- Beim Hochtemperaturgesenkschmieden erfolgt die Umformung des Rohlings bei Temperaturen oberhalb 1000°C, bei der Umformung von Bauteilen aus intermetallischen Verbindungen wie z. B. TiAl auch bei Temperaturen am Werkzeug von ca. 1150°C. Ein Umformverfahren betreffend ein solches Bauteil aus einer intermetallischen Verbindung ist beispielsweise aus
WO 02/48420 A2 - Aus
JP 11347677A - Aus
JP 01113145 A - Aus
US 4,984,445 ist ein Gesenk mit Gesenkteilen aus Keramik bekannt. Diese Gesenkteile sind in einem metallischen Halter, der bevorzugt aus einer Nickel-Basis-Legierung besteht, aufgenommen. - Aus
US 3,987,658 ist die Herstellung von Graphitsenkteilen bekannt. Der Einsatz eines Armierungselements ist dort nicht beschrieben. - Schließlich beschreibt
DE 34 19 230 A1 eine Gesenkpackung, bei der die einzelnen Gesenkteile in einem Lagerungsring aus Metall, beispielsweise Molybdän aufgenommen sind. - Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Gesenk anzugeben, das zum Hochtemperaturschmieden bei Temperaturen von oberhalb 1200°C, bis wenigstens 1300°C, verwendet werden kann, und das eine hinreichende Stabilität gegenüber der beim Gesenkschmieden auftretende Spannungen, insbesondere Zugspannungen aufweist.
- Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Gesenk der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass jedem Gesenkteil ein es bei Raumtemperatur mit Spiel umgebender Armierungsring zugeordnet ist, an den sich das jeweilige Gesenkteil infolge seiner thermischen Ausdehnung beim Aufheizen anlegt, und über den eine Druckspannung auf das jeweilige Gesenkteil ausgeübt wird, wobei die Gesenkteile aus Keramik oder Graphit sind und der Armierungsring aus einem Faserverbundwerkstoff mit gewickelten Fasern besteht.
- Jedes erfindungsgemäße Gesenkteil besitzt einen speziellen es umgebenden Armierungsring, der bei Raumtemperatur, wenn also das Gesenk nicht in der Presse angeordnet und auf Betriebstemperatur geheizt ist, das Gesenkteil mit Spiel um gibt. Das Spiel beträgt beispielsweise einen Millimeter. Dies lässt das Trennen von Gesenkteil und Armierungsring bei Raumtemperatur zu, was gegebenenfalls bei einem Wechsel des Gesenkteils gegen ein anderes Gesenkteil mit einer anderen Gravur erforderlich ist. Wird nun die Gesenkteil-Armierungsring-Kombination erhitzt, so dehnt sich das Gesenkteil beim Aufheizen wesentlich stärker aus als der Armierungsring, der je nachdem, aus welchem Material oder Materialverbund er aufgebaut ist, gegebenenfalls eine auch nur vernachlässigbare Ausdehnung aufweist. Die thermisch bedingte Ausdehnung des Gesenkteils führt nun dazu, dass sich das Gesenkteil fest an dem umgebenden Armierungsring anlegt. Dies führt wiederum dazu, dass der Armierungsring Druckspannungen auf das jeweilige Gesenkteil ausübt, die den beim Schmieden entstehenden Zugspannung entgegenwirken bzw. entgegengerichtet sind. Es kommt hier also zu einem gezielten Spannungsabbau, der eine wesentlich längere Standzeit des Gesenkteils zur Folge hat.
- Dabei wird das Spiel bei Raumtemperatur in Weiterbildung der Erfindung bevorzugt unter Berücksichtigung des Ausdehnungsverhaltens des jeweiligen Gesenkteils und gegebenenfalls des Armierungsrings, so dieser ein gewisses Ausdehnungsverhalten zeigt, derart ausgelegt, dass die aufgebaute Druckspannung bei der Schmiedetemperatur einen vorbestimmten Wert einnimmt. Es kann also durch geeignete Dimensionierung unter Berücksichtigung der spezifischen Materialparameter des Gesenkteilmaterials wie auch des Armierungsringsmaterials eine sehr genaue Einstellung der Höhe der aufgebauten Druckspannung erfolgen. Nachdem die beim Schmieden auftretenden Zugspannungen ebenfalls relativ genau bestimmt werden können, kann infolgedessen eine entsprechende Auslegung des Gesenkteils wie auch des Armierungsrings im Hinblick auf das Spiel bei Raumtemperatur erfolgen, so dass eine weitgehende Kompensation der beim Schmieden aufgebauten Zugspannungen möglich ist.
- Die Gesenkteile selbst sind aus Keramik oder Graphit, gegebenenfalls partikel- oder faserverstärkt. Diese Materialien halten den gegebenen hohen Schmiedetemperaturen, die zum Schmieden im Temperaturbereich oberhalb des Eutektikums im α-γ-Phasengebiet erforderlich sind, ohne weiteres stand und können infolge der erfindungsgemäßen Verwendung des Armierungsrings zum Hochtemperaturschmieden eingesetzt werden.
- Der Armierungsring selbst besteht erfindungsgemäß aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere Kohlefasern, die bei der Fertigung um einen Kern gewickelt werden. Kohlenstofffasern besitzen in Faserrichtung einen extrem kleinen, gegebenenfalls sogar negativen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Bei entsprechender Wicklung bzw. Ausrichtung der Faserlage um den Kern kann so ein Armierungsring als gewickelte Armierungsstruktur hergestellt werden, die beim Aufheizen annähernd keine Ausdehnung zeigt. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Armierungsring hybrid aufgebaut ist und einen inneren Tragring aufweist, an dem das aufgeheizte Gesenkteil anliegt. Das heißt, der Armierungsring besteht hier aus dem äußeren Armierungsringabschnitt aus gewickelten Kohlenstofffasern und einem inneren Tragring, an dem das aufgeheizte Gesenkteil anliegt. Dieser innere Tragring, der erfindungsgemäß aus einer bei der Herstellung um einen Kern gewickelten Textilstruktur, insbesondere ein Gewebe oder Geflecht aus Kunststofffasern, besteht, lässt einen relativ hohen Grad an Formgebungsmöglichkeiten und Gestaltungsfreiheiten hinsichtlich der konstruktiven Auslegung des Armierungsrings zu. Denn es ist schwierig, in den äußeren Armierungsringabschnitt aus gewickelten Kohlenstofffasern entsprechende, von der reinen Zylinderform abweichende Geometrien zu integrieren bzw. auszuformen bzw. beispielsweise in Form von Bohrungen oder dergleichen auszubilden, nachdem die Festigkeit bzw. mechanischen Eigenschaften senkrecht zur Faserlängsrichtung bzw. der Wickelstruktur deutlich schlechter sind. Dem wird dadurch Rechnung getragen, dass der innere Tragring vorgesehen ist, der geringe Armierungs- oder Druckspannungserzeugungseigenschaften besitzt, sondern primär der Ermöglichung konstruktiver oder geometrischer Eigenheiten dient. Hierzu wird bei der Fertigung um den Kern des Tragrings eine textile Struktur in Form eines Gewebes oder Geflechts gewickelt, das heißt, hier gibt es keine ausgezeichnete Faserrichtung. Die Verwendung dieser textilen Struktur ermöglicht es nun, beispielsweise Vorsprünge oder Hinterschneidungen oder dergleichen auszuführen oder an entsprechenden Abschnitten Bohrungen oder dergleichen anzubringen, die aus welchen Gründen auch immer erforderlich sind.
- Wie beschrieben umgibt der Armierungsring das Gesenkteil, das – worauf nachfolgend noch eingegangen wird – ein- oder mehrteilig sein kann, bei Raumtemperatur mit leichtem Spiel. Um zu vermeiden, dass beim Transportieren der Gesenkteil-Armierungsring-Kombination das Gesenkteil aus dem Armierungsring fällt, ist oder sind am inneren Tragring bevorzugt ein oder mehrere der Halterung des eingelegten Gesenkteils dienende radial nach innen gerichtete Vorsprünge vorgesehen, bevorzugt in Form eines um wenigstens 180° umlaufenden Rands. Auf diesem Vorsprung liegt das Gesenkteil auf und kann, über den Vorsprung und die gegebenenfalls bei vorhandenem Spiel leichte Verkippung zum inneren Tragring hin fixiert, nicht aus dem Armierungsring fallen.
- Sofern das Gesenk zum Einsatz bei einer Kalt-Heiß-Prozess-Technologie vorgesehen ist, bei welchem das Gesenk aus der Presse genommen und beladen wird, wonach es wieder in die Presse transportiert und aufgeheizt wird und nach Beendigung des Pressvorgangs wieder der Presse entnommen wird, ist auch der innere Tragring von seiner Grundform her zylindrisch. Er ist an beiden Seiten offen, so dass das Gesenkteil mit seiner der jeweiligen Gravur gegenüberliegenden Seite flächig und direkt am jeweiligen Pressstempel anliegt. Ein erfindungsgemäßes Gesenk ist aber auch zur Verwendung im Rahmen einer reinen Heiß-Prozess-Technologie verwendbar. Hierbei verbleibt das Gesenk in der Presse, das heißt, die beiden einzelnen Gesenkteile sind fest mit dem jeweiligen Pressenstempel verbunden. Um eine Verbindung zu ermöglichen, ist bei einem für einen solchen Einsatz geeigneten Gesenk der Tragring erfindungsgemäß an einer Seite zumindest abschnittsweise geschlossen. Der Tragring weist also an der Seite, an der das Gesenkteil mit seiner gravurfreien Seite anliegt, eine zumindest abschnittsweise geschlossene Fläche auf, in welcher entsprechende Bohrungen oder dergleichen vorgesehen sein können, über die die Fixierung des Tragrings und über diesen des Armierungsrings nebst Gesenkteil am jeweiligen Pressenstempelboden möglich ist.
- Damit die Gesenkteile auch in der richtigen Relativposition zueinander in die Pressstellung bewegt werden können, sind zweckmäßigerweise an beiden Gesenkteilen beim Aufeinandersetzen der Gesenkteile zusammenwirkende Zwangsführungen vorgesehen, die bevorzugt einen oder mehrere Bolzen oder Zapfen umfassen, der oder die in die jeweilige Bolzen- oder Zapfenaufnahmen am gegenüberliegenden Gesenkteil eingreifen. Dabei müssen beispielsweise bei Verwendung zweier Bolzen oder Zapfen beide Bolzen oder Zapfen nicht unbedingt am gleichen Gesenkteil vorgesehen sein. Es ist auch denkbar, an jedem Gesenkteil einen Bolzen und diesem jeweils gegenüberliegend am anderen Gesenkteil eine entsprechende Aufnahme vorzusehen. Auch diese Bolzen oder Zapfen sind bevorzugt aus Graphit oder Keramik, gegebenenfalls ebenfalls faser- oder textilverstärkt, vornehmlich unter Verwendung von Kohlenstofffasern, hergestellt.
- Wie bereits beschrieben besteht die Möglichkeit, ein Gesenkteil einstückig auszuführen oder aber aus zwei oder mehreren einzelnen Gesenkteilelementen zusammenzusetzen. Dies ist dann erforderlich, wenn am Schmiedeteil Hinterschnitte oder dergleichen ausgeformt werden müssen, um das Gesenkteil öffnen und um das Schmiedeteil auszuformen zu können. Die zwei oder mehr Gesenkteile werden, wenn sie in den Armierungsring eingesetzt werden, so eingebracht, dass jedes Gesenkteilelement an einem oder dem zu seiner Halterung dienenden Vorsprung am jeweiligen Innenring anliegt, wozu gegebenenfalls am Gesenkteil bzw. Gesenkteilelement eine entsprechende Hinterschneidung, in die der Vorsprung eingreift, ausgebildet sein kann. Auch die Gesenkteilelemente weisen bei Raumtemperatur ein gewisses Spiel zueinander auf, so dass die einzelnen Gesenkteil elemente ohne weiteres innerhalb des Armierungsrings angeordnet bzw. eingepasst werden können.
- Zweckmäßig ist es ferner, wenn das Gesenkteil, gegebenenfalls die Gesenkteilelemente über wenigstens ein Halteelement mit dem Armierungsring verbunden sind. Dieses Halteelement, dem wie auch den oder den Vorsprüngen eine gewisse Fixierungsfunktion zukommt, dient auch als Führung der Bauteile relativ zueinander während der thermisch bedingten radialen Ausdehnungsbewegung. Ein solches Halteelement ist bevorzugt ein Haltestift, der in entsprechenden Steckaufnahmen am Armierungsring und am Gesenkteil oder einem Gesenkteilelement aufgenommen ist.
- Schließlich kann jedes Gesenkteil entweder eine einzelne Gravur oder aber auch mehrere Gravuren aufweisen, je nachdem welcher Art und welcher Größe das herzustellende Schmiedeteil ist.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
-
1 eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Obergesenk einer ersten Ausführungsform, -
2 eine Schnittansicht durch das zugehörige Untergesenk, -
3 eine Schnittansicht durch ein Obergesenk einer erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform, -
4 eine Aufsicht auf das Obergesenk aus3 mit Blick auf die Gravurseite, -
5 das zugehörige Untergesenk, und -
6 eine Aufsicht auf ein Gesenk einer dritten Ausführungsform mit mehreren Gravuren. -
1 zeigt das Oberteil1 eines erfindungsgemäßen Gesenks2 , während2 das Unterteil3 zeigt. Das Oberteil2 besteht aus einem Gesenkteil4 , hier bestehend aus zwei Gesenkteilelementen5 ,6 . Das Oberteil2 weist ferner einen Armierungsring7 auf, bestehend aus dem äußeren Armierungsringteil8 und einem inneren Tragring9 . Das Gesenkteil4 bestehend aus den beiden Gesenkteilelementen5 ,6 weist an seiner Pressseite ein Formnest10 auf, das zur Formgebung eines im Hochtemperaturgesenkschmieden herzustellenden Formteils dient. Die1 zeigt das Obergesenk2 bei Raumtemperatur, während3 das Untergesenk bei Betriebstemperatur von 1200°C oder mehr zeigt. - Wie aus
1 zu entnehmen ist, weist das Gesenkteil4 ein leichtes Spiel zum Armierungsring7 , hier der zylindrischen Innenwand des Tragrings9 auf, dargestellt durch den schmalen Spalt der Breite d, wobei d ≤ 1 mm ist. Auch die beiden Gesenkteilelemente5 ,6 besitzen ein geringes Spiel zueinander, wie ebenfalls durch den angedeuteten Abstand d dargestellt ist, wobei das Spiel nicht gleich dem Spiel zum Tragring sein muss. In jedem Fall sitzen die Gesenkteilelemente5 ,6 locker im Armierungsring7 , wenn diese Kombination auf Raumtemperatur ist. - Damit die in den Tragring
7 eingesetzten Gesenkteilelemente4 während des Handlings des Oberteils nicht nach unten aus dem Armierungsring7 fallen, weist der innere Tragring9 einen nach innen gerichteten Vorsprung11 in Form eines Halteflanschs auf, der entweder um 360° umläuft, zumindest aber um wenigstens 180°. Auf ihm liegen die Gesenkteilelemente5 ,6 randseitig auf, sie weisen entsprechende Hinterschneidungen12 ,13 auf, in die der randseitige Vorsprung11 eingreift. Weiterhin ist ein Führungsstift14 vorgesehen, der eine Bohrung15 durch den Tragring7 durchgreift und in eine Einsteckbohrung16 eines Gesenkteilelements, hier das Gesenkteilelement6 , eingreift. Dieser Führungsstift, der zugleich eine gewisse Halte- oder Tragfunktion besitzt, dient primär der radialen Führung des Gesenkteilelements beim Ausdehnvorgang, worauf nachfolgend noch eingegangen wird. - Die Gesenkteilelemente
5 ,6 sind bevorzugt aus Keramik oder einem Keramik-Matrix-Verbundwerkstoff beliebiger Art, der derart gewählt ist, dass er bei Schmiedetemperaturen oberhalb von 1200°C eingesetzt werden kann, wobei ein erfindungsgemäßes Gesenk durchaus auch bei Temperaturen von 1500–2000°C verwendet werden kann. - Der Armierungsring
7 selbst ist wie beschrieben hybrid aus dem äußeren Armierungsringteil8 und dem inneren Tragring9 aufgebaut. Das äußere Armierungsringteil9 besteht aus einem Ring aus Kohlenstofffaserverbundwerkstoff. Die Fasern werden mit ihrer Faserlängsrichtung entsprechend ausgerichtet, um Druckspannungen im aufgeheizten Oberteil2 zu erzeugen, die auf das Gesenkteil4 ausgeübt werden, um etwaigen beim Schmieden im Gesenkteil4 aufgebauten Zugspannungen, die primär radial gerichtet sind, entgegenzuwirken. Der Armierungsringteil8 besitzt einen extrem niedrigen, gegebenenfalls je nach verwendetem Kohlenfasermaterial sogar negativen thermischen Ausdehnungskoeffizienten in Faserlängsrichtung, was dazu führt, dass er beim Aufheizen annähernd keine thermische Ausdehnung zeigt. - Der Innenring
9 hingegen besteht ebenfalls aus einem Ring aus Kohlenstofffaserverbundwerkstoff mit einer Verstärkungsstruktur, vorzugsweise einem Gewebe oder Geflecht aus Kohlenstofffasern, so dass sich eine textile Tragstruktur ergibt, anders als bei den allesamt exakt gleich ausgerichteten Wickelfasern am Armierungsringteil8 . Die Verwendung eines Fasergewebes oder -geflechts ermöglicht es, unterschiedliche geometrische Formen auszuführen, beispielsweise um am Innenring den nach innen springenden Flansch oder Vorsprung11 auszubilden. Dies ist bei Verwendung einzelner gelegter Fasern, wie sie beim Außenringteil8 gewickelt werden, ohne Einbußen an mechanischen Eigenschaften nicht möglich. Dem Innenring9 kommt folglich keine Spannungserzeugungsfunktion und damit Armierungsfunktion zu, die Funktion zum Druckspannungsaufbau übernimmt allein der äußere Armierungsringteil8 . Der innere Tragring hat primär die Funktion, etwaige geometrische Formen und Gestaltungen zur Verfügung zu stellen, die – wie hier – beispielsweise zum Auflagern der Gesenkteilelemente erforderlich sind. - Wird nun unter Verwendung einer Induktionsheizung
17 , in welcher sich das Oberteil2 gemäß1 befindet, das Oberteil2 aufgeheizt, so dehnt sich das Gesenkteil4 bzw. die Gesenkteilelemente5 ,6 thermisch bedingt in Abhängigkeit des gegebenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Graphit- oder Keramikmaterials primär radial aus. Dies führt dazu, dass mit zunehmender Ausdehnung die Spalte zwischen den Gesenkteilelementen5 ,6 wie auch zum Tragring9 geschlossen werden. Je stärker die Ausdehnung ist, umso stärker liegt das Gesenkteil4 radial an dem Armierungsring7 an. Nachdem der Armierungsring7 bzw. das äußere Armierungsringteil8 trotz der extrem hohen Temperatur keine oder nur eine verringerbare Ausdehnung zeigt, jedoch das Gesenkteil4 infolge seiner eigenen Ausdehnung stark gegen den Armierungsring7 gepresst wird, werden über den Armierungsring7 hohe Druckspannungen in das Gesenkteil4 induziert. Diese Druckspannungen wirken nun den beim Schmieden auftretenden Zugspannungen entgegen. Die Auslegung der Spalte bzw. des Spiels d erfolgt unter Berücksichtigung der Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien des Gesenkteils wie auch des Armierungsrings7 , hier insbesondere des Armierungsringteils8 , so, dass bei der Arbeitstemperatur die induzierten Druckspannungen einen vorbestimmten Wert einnehmen. Nachdem es möglich ist, die beim Schmieden im Gesenkteil4 auftretenden Zugspannungen sowie deren Richtung ermitteln zu können, kann also eine Auslegung des Spiels in Bezug auf die Betriebstemperatur derart erfolgen, dass die erzeugten Druckspannungen die pressbedingten Zugspannungen im Wesentlichen kompensieren. -
2 zeigt das Unterteil3 , dessen Gesenkteil4 ebenfalls aus zwei Gesenkteilelementen5 ,6 besteht, die in einem Armierungsring7 bestehend aus dem äußeren Armierungsringteil8 und dem inneren Tragring9 aufgenommen sind. Hier jedoch ist das Unterteil3 über die Induktionsheizung17 bereits auf Betriebstemperatur oder nur unwesentlich darunter aufgeheizt. Ersichtlich sind die bei Raumtemperatur (s.1 ) noch gegebenen Spalte d allesamt geschlossen. - Das Gesenk
1 gemäß der1 und2 ist primär zur Kalt-Heiß-Prozesstechnologie vorgesehen. Das Gesenk hat also keine feste Verbindung zur Umformmaschine. - Es wird außerhalb der Maschine kalt zusammengebaut, also bei Raumtemperatur zusammengesetzt und mit einem in die Gravur
10 eingelegten Rohling, der kalt oder vorgewärmt sein kann, versehen. Anschließend werden die beiden Gesenkelemente, also das Oberteil2 und das Unterteil3 in den Pressenraum, der zur Vermeidung von Oxidation unter Vakuum oder Schutzgas steht, durch eine geeignete Schleuse eingebracht. Das Oberteil2 und das Unterteil3 werden im Pressenraum auf die erforderliche Umformtemperatur von beispielsweise 1200–1300°C erwärmt, entweder induktiv (wie in den Figuren dargestellt) oder durch Strahlungsheizung. Nach Erreichen der Schmiedetemperatur wird das Gesenk1 zwischen die ebenfalls auf dieser Temperatur befindlichen Pressenplatten der Umformpresse gebracht und der Umformvorgang mit der geforderten niedrigen Geschwindigkeit zum Umformen des Rohlings durchgeführt. Anschließend kühlt das Gesenk mit dem umgeformten Bauteil unter Schutzgas nach Entnahme aus der Umformpresse ab und wird über die Schleuse wieder ausgeschleust, wonach das Bauteil entnommen und ein neues Bauteil eingelegt wird. - Um sicherzustellen, dass das Oberteil
2 und das Unterteil3 relativ zueinander auch richtig bewegt werden, ist im gezeigten Beispiel eine Zwangsführung vorgesehen, im gezeigten Beispiel bestehend aus zwei Bolzen18 , die hier am Unterteil in entsprechenden Bolzenaufnahmen aufgenommen sind. Am Oberteil sind entsprechende Bolzenführungen19 vorgesehen, in die die Bolzen18 beim Zusammenführen der Gesenkwerkzeuge eintauchen und geführt werden. Die Bolzen18 bestehen bevorzugt ebenfalls aus Graphit oder einem geeigneten Keramikwerkstoff, sie können ebenfalls textil- oder faserverstärkt sein. -
3 –5 zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gesenks1 , ebenfalls bestehend aus einem in3 gezeigten Oberteil2 und einem in5 gezeigten Unterteil3 . Beide besitzen jeweils ein Gesenkteil4 bestehend aus zwei Gesenkteilelementen5 ,6 , die in einem Armierungsring7 ebenfalls bestehend aus einem äußeren Armierungsringteil8 und einem inneren Tragring9 aufgenommen sind. Auch hier sind alle Elemente bei Raumtemperatur mit Spiel zueinander angeordnet, wie diesbezüglich1 beschrieben wurde. Der Einfachheit halber sind in den3 und5 die beiden Gesenkwerkzeuge jedoch so dar gestellt, als wenn sie bereits erwärmt wären, mithin also sich das jeweilige Gesenkteil4 vollständig ausgedehnt hat, fest am Armierungsring7 anliegt und über diesen Druckspannungen in das Gesenkteil4 induziert werden. - Bei dem dort beschriebenen Ausführungsbeispiel ist jedoch der innere Tragring
9 anders ausgeführt als der Tragring9 beim Ausführungsbeispiel nach den1 und2 . Während auch hier an der einen Tragringseite der nach innen radial gerichtete Vorsprung11 vorgesehen ist, ist die andere Seite des Tragrings9 vollständig geschlossen, es ist also eine obere (in3 ) bzw. untere (in5 ) Bodenplatte20 vorgesehen. Über diese Bodenplatte20 kann nun das gesamte Oberteil2 bzw. Unterteil3 an der entsprechenden Pressenplatte befestigt werden. Hierzu sind, wenngleich nicht näher gezeigt, an der jeweiligen Bodenplatte20 entsprechende Durchbrechungen zur Aufnahme von Verbindungsschrauben oder dergleichen vorgesehen, die eine Fixierung ermöglichen. Bei dem in den3 ,4 ,5 gezeigten Gesenk handelt es sich um ein Gesenk, das für eine Heiß-Prozess-Technologie konzipiert ist, das heißt, das Ober- und Unterteil2 ,3 bleibt stets in der Umformpresse und werden nicht entnommen, entnommen wird lediglich der umgeformte Pressling. Das heißt, das Ober- und Unterteil2 ,3 verbleibt kontinuierlich auf der Arbeitstemperatur. Zum Ausformen ist hier – anders als bei der Gravur10 aus2 – die Gravur10 am Unterteil im einen Abschnitt mit einer Ausformschräge24 versehen, die unter einem leichten Winkel α zur Vertikalen steht, anders als bei der Gravur10 aus2 , die in diesem Abschnitt vertikal verläuft. Beim Trennen der auch hier über die Zwangsführung über die Bolzen18 und die Bolzenführungen19 zueinander zwangsgeführten Werkzeugteile verbleibt das geschmiedete Bauteil im Oberteil2 . Zum Entnehmen des Pressteils aus dem Oberteil wird dieses soweit abgekühlt, dass sich der Spalt zwischen den Gesenkteilelementen5 ,6 leicht öffnet und das Schmiedeteil infolge seines Eigengewichts aus dem Oberteil herausfällt und mit Hilfe eines einfachen Manipulators aus dem Gesenk genommen werden kann. -
4 zeigt eine Aufsicht auf die Unterseite mit der Gravur10 des Oberteils aus3 . Ersichtlich läuft der Vorsprung11 des inneren Tragrings8 des Armierungsrings7 nur um etwa 240° um. Dies ermöglicht es, die beiden Gesenkteilelemente5 ,6 in den an der anderen Seite geschlossenen, quasi topfartigen Tragring9 einzusetzen. Gleichwohl sind die beiden Gesenkteilelemente5 ,6 , wenngleich sie wie ausgeführt bei Raumtemperatur zueinander wie auch zum Armierungsring ein Spiel aufweisen, sicher und unverlierbar geführt. Gezeigt ist in4 ferner, dass bei diesem Ausführungsbeispiel insgesamt vier Bolzendurchbrechungen19 vorgesehen sind, mithin sind also auch am Unterteil vier Bolzen18 vorgesehen, wenngleich in5 nur zwei gezeigt sind. -
6 zeigt schließlich ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gesenks1 , wobei hier nur das Oberteil2 dargestellt ist. Dieses Oberteil2 besteht – in entsprechender Weise natürlich auch das Unterteil – aus insgesamt acht einzelnen Gesenkteilelementen, wobei die Gesenkteilelemente21 allesamt gleich ausgeführt sind, lediglich die beiden Gesenkteilelemente22 und23 sind in ihrer Form und hinsichtlich der vorhandenen Gravur unterschiedlich ausgeführt. In jedem Fall sind hier insgesamt sieben Gravuren10 realisiert, anders als bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen, die lediglich über eine Gravur verfügen. Auch hier verlaufen die Trennlinien zwischen den einzelnen Gesenkteilelementen21 ,22 ,23 so, dass beim Lösen der Gesenkteilelemente voneinander die jeweilige Gravur geöffnet wird, wie dies auch bei den Gesenkteilelementen5 ,6 der Ausführungsbeispiele nach den1 und2 bzw.3 –5 der Fall ist. Das heißt, wenn das Gesenkteil geöffnet wird, öffnet sich automatisch auch die Gravur.
Claims (17)
- Gesenk zum Hochtemperaturschmieden metallischer, insbesondere intermetallischer Bauteile, umfassend ein oberes und ein unteres Gesenkteil, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Gesenkteil (
4 ) ein es bei Raumtemperatur mit Spiel umgebender Armierungsring (7 ) zugeordnet ist, an den sich das jeweilige Gesenkteil (4 ) infolge seiner thermischen Ausdehnung beim Aufheizen anlegt, und über den eine Druckspannung auf das jeweilige Gesenkteil (4 ) ausgeübt wird, wobei die Gesenkteile (4 ) aus Keramik oder Graphit sind und der Armierungsring (7 ) aus einem Faserverbundwerkstoff mit gewickelten Fasern besteht. - Gesenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel bei Raumtemperatur unter Berücksichtigung des Ausdehnungsverhaltens des jeweiligen Gesenkteils (
4 ) und gegebenenfalls des Armierungsrings (7 ) derart ausgelegt ist, dass die aufgebaute Druckspannung bei der Schmiedetemperatur einen vorbestimmten Wert einnimmt. - Gesenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesenkteile partikel- oder faserverstärkt sind.
- Gesenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, das der Armierungsring (
7 ) aus gewickelten Kohlenstofffasern besteht. - Gesenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Armierungsring (
7 ) einen inneren Tragring (9 ) aufweist, an dem das aufgeheizte Gesenkteil (4 ) anliegt. - Gesenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Tragring (
9 ) aus einer gewickelten textilen Struktur, insbesondere ein Gewebe oder Geflecht aus Kohlenstofffasern, besteht. - Gesenk nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass am inneren Tragring (
9 ) ein oder mehrere der Halterung des eingelegten Gesenkteils (4 ) dienende Vorsprünge (11 ) aufweist. - Gesenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein um wenigstens 180° umlaufender randseitiger Vorsprung (
11 ) vorgesehen ist. - Gesenk nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragring (
9 ) an einer Seite (20 ) zumindest abschnittsweise geschlossen ist. - Gesenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Gesenkteilen (
4 ) beim Aufeinandersetzen der Gesenkteile (4 ) zusammenwirkende Zwangsführungen vorgesehen sind. - Gesenk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwangsführungen einen oder mehrere Bolzen (
18 ) oder Zapfen umfassen, der oder die in jeweilige Bolzen- oder Zapfenaufnahmen (19 ) am gegenüberliegenden Gesenkteil eingreifen. - Gesenk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Bolzen (
18 ) oder Zapfen aus Graphit oder Keramik, gegebenenfalls faser- oder textilverstärkt, sind. - Gesenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gesenkteil (
4 ) aus zwei oder mehr einzelnen Gesenkteilelementen (5 ,6 ,21 ,22 ,23 ) besteht. - Gesenk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesenkteilelemente (
5 ,6 ,21 ,22 ,23 ) bei Raumtemperatur ein Spiel zueinander aufweisen. - Gesenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesenkteil (
4 ), gegebenenfalls die Gesenkteilelemente (5 ,6 ,21 ,22 ,23 ) über wenigstens ein Halteelement mit dem Armierungsring (7 ) verbunden sind. - Gesenk nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Halteelement ein Haltestift (
14 ) ist, der in entsprechenden Steckaufnahmen am Armierungsring (7 ) und am Gesenkteil (4 ) oder einem Gesenkteilelement (5 ,6 ,21 ,22 ,23 ) aufgenommen ist. - Gesenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gesenkteil (
4 ) mehrere Gravuren (10 ) aufweist.
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