DE1602531A1 - Process for shaping sheet or sheet material - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS DtPL.-IN6. DR. IUR. DIPU,-ING, 1 OUZ QO IDtPL.-IN6. DR. IUR. DIPU, -ING, 1 OUZ QO I VOLKER BUSSE DIETRIGH BUSSEVOLKER BUSSE DIETRIGH BUSSE

45 OSNABRÜCK, den 20.45 OSNABRÜCK, 20.

MOSERSTRASSE 20/24 DB/4MOSERSTRASSE 20/24 DB / 4

Pressed Steel Fisher Limited,
Cowley, Oxford, England Pressed Steel Fisher Li mited,
Cowley, Oxford, England

Verfahren zum Formen von bahn- oder" plattenförmigen! ■ . ." -■ ^:"" . -"_""■ Material - . ...Process for forming web-shaped or "plate-shaped! ■.." - ■ ^: "". - "_""■ Material -. ...

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Formen oder Gestalten von bahn- oder plattenförmigem Material, welches innerhalb eines begrenzten Temperaturbereiches einen super- ■ plastischen Zustand annimmt bzw, aufvieist.The invention relates to a method of molding or Design of sheet or plate-shaped material, which within a limited temperature range a super ■ assumes or vieist a plastic state.

Es ist bekannt, daß innerhalb eines begrenzten_;Temperaturbereiches bestimmte Metallegierungenj wie z.B. die eutektoidische Legierung von Aluminium und Zink und die eutektische Legierung von Aluminium und Silicium, sich in einem Zustand derart befinden können., daß sie besonders niedrige: Verformungswiderstandswerte und eine extrem hohe Plastizität im Vergleich mit anderen ähnlichen Legierungen mit unterschiedlichen Verhältnissen der Elemente, oder im Vergleich zu derselben Legierung in einem unterschiedlichen Zustand oder bei einer außerhalb des Bereiches liegenden Temperatur haben. Diese Erscheinung tritt unterhalb eines bestimmten Verforinühgsspannungs- bzw. Belastungsmaßes bzw. -geschwindigkeit bei irgend, einerIt is known that within a limited _; Metal alloys such as the eutectic alloy of aluminum and zinc and the eutectic alloy of aluminum and silicon, for example, can be in a state such that they have particularly low deformation resistance values and extremely high plasticity in comparison with other similar alloys with different ratios of the elements, or in a different state or at an out-of-range temperature compared to the same alloy. This phenomenon occurs below a certain deformation stress or load level or speed at any one

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besonderen Temperatur innerhalb des Temperaturbereiches auf und ist als Superplastiziiäb bekannt. Der Einfachheit halber werden Metallegierungen, welche in der Lage sind, diese Erscheinung darzubieten, in der vorliegenden Anmeldung als "superplastisch" bezeichnet. ■special temperature within the temperature range and is known as superplasticiziiäb. For the sake of simplicity Metal alloys which are able to exhibit this phenomenon are referred to in the present application as "Superplastic" called. ■

Aufgabe der Erfindung ist es ₃ ein Verfahren zum Formen oder Gestalten superplastischen bahn- oder plattenförmigen Materials zu schaffen.The object of the invention is ₃ to a method for forming or shaping superplastic creating web- or plate-shaped material.

Erfindungsgemäß ist das Verfahren zum Formen superplastischen bahn- oder plattenförmigen Materials durch Erwärmen des Materials in den superplastischen Temperaturbereich und dann Formen desselben unter Verwendung zumindest eines Werkzeugs dadurch gekennzeichnet, daß durch das Werkzeug ein Gas so hindurchgeleitet wird, daß. das Material gekühlt wird und daß dann der Gasdruck so weit erhöht wird, daß das in seine Gestalt geformte Material von der Werkzeugoberfläche abgestreift wird. Das Material wird dabei auf eine.Temperatur gekühlt, bei der es genügend steif bzw. fest ist, um während des Abstreifens nicht eine verbleibende Deformation zu erfahren.According to the invention the method of molding is superplastic sheet or plate-shaped material by heating the material in the superplastic temperature range and then molding the same using at least one tool thereby characterized in that a gas is passed through the tool will that. the material is cooled and that the gas pressure is then increased so that the formed into its shape Material is stripped from the tool surface. The material is cooled to a temperature at which it is sufficiently stiff or firm that it is not during stripping to experience any remaining deformation.

Vorteilhaft wird das Gas durch das Werkzeug Wcihrend des Formvorganges so hindurchgeleitet, daß das Gas ein Gaswiderlager oder -polster auf der Werkzeugoberfläche bildet". Das Gas kann durch in dem Werkzeug ausgebildete Kanäle eder durch in dem Werkzeug vorgesehene Poren hindurchtreten.The gas is advantageous through the tool during the molding process passed through so that the gas forms a gas abutment or cushion on the tool surface ". The gas can through channels formed in the tool through in the tool provided pores pass through.

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Die Erfindung soll "anschließend-anhand eines Äusführungsbeispiels unte-r Bezugnahme auf die Zeichnung'näher!beschrieben werden, welche in einer schematisehen, teilweise geschnittenen Darstellung eine Seitenansicht der Vorrichtung-zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung veranschaulicht.The invention is intended to be "subsequently based on an exemplary embodiment described in more detail with reference to the drawing which can be seen in a schematic, partially cut Representation of a side view of the device for implementation of the method according to the invention.

Die in der- Zeichnung veranschaulichte Formvorrichtung weist einen Spannrahmen 11 mit einer Deckplatte 12 auf, welche über Zugstreben 13 mit einer unteren Platte 1M- verbunden ist.The molding device illustrated in the drawing has a clamping frame 11 with a cover plate 12 which is connected to a lower plate 1 M- via tension struts 13.

Eine pneumatische Kolben- und Zylinder-Vorrichtung 15 mit Zweiwege-Schaltung- sowie einem Einlaß 16. und einem Auslaß 17 trägt ein Formgehäuse 18. In das Formgehäuse 18 ist vorher ein bestimmtes'Werkzeug eingesetzt bzw. eingegossen₃ welches eine Formflache 20 aufweist und einen Drucklufteinlaßkanal sowie elektrische ¥iderstan^:ds-Heizwicklungen 22 umfaßt. Der Kanal 21 ist an eine gesteuerte, nicht dargestellte Druckluftquelle angeschlossen und "die Wicklungen bzw. Spiralen 22 werden von einer .mit einem Thermoelement arbeitenden Temperatursteuervorrichtung, welche nicht dargestellt; ist, gesteuert, die auf die Temperatur angrenzend an die Formfläche 20 des Werkzeugs anspricht. Das Werkzeug 19 ist mit hinein Stahldichtungsflansch 23 versehen, der auf seiner äußeren Werkstück- ; Haltefläche mit tiefen, schmalenRadial^Schlitzen (nicht gezeigt) versehen ist. · A pneumatic piston and cylinder device 15 with two-way circuit and an inlet 16 and an outlet 17 carries a molded housing 18. In the molded housing 18, a specific tool is previously inserted or cast ₃ which has a molded surface 20 and a Compressed air inlet channel and electrical ¥ iderstan ^: ds heating coils 22 includes. The channel 21 is connected to a controlled compressed air source, not shown, and the coils 22 are controlled by a thermocouple temperature control device, not shown, which is responsive to the temperature adjacent the mold surface 20 of the tool The tool 19 is provided with a steel sealing flange 23 which is provided on its outer workpiece holding surface with deep, narrow radial slots (not shown).

Die untere Platte IM trägt einen bestimmten Gegenblock 24 ₃ in den eine Formkammer 25 aus Stahl eingebettet ist. ElektrischThe lower plate IM carries a specific counter block 24 ₃ in which a mold chamber 25 made of steel is embedded. Electric

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Widerstands-Heizwindungen 26 sind in dem Block 24 angrenzend an die Kammer 25 eingebettet und v/erden von einem Thermoelement gesteuert,, welches in einer Schutzhülle 27 aus Metall oder hitzebeständigem Material untergebracht ist. Die Schutzhülle 27 erstreckt sich in die Kammer 25, während das Thermoelement an eine nicht dargestellte Temperatursteuervorrichtung angeschlossen ist»Resistance heating coils 26 are contiguous in block 24 embedded in chamber 25 and grounded by a thermocouple controlled, which in a protective cover 27 made of metal or heat-resistant material is housed. The protective sheath 27 extends into the chamber 25 while the thermocouple is connected to a temperature control device (not shown) »

Ein Hochfrequenzsignalgenerator 28 weist ein Horn 29 auf _P welches sich in die Kammer 25 erstreckt und mittels eines Hochtemperatur-O-Dichtungsringes 30 abgedichtet ist.A high frequency signal generator 28 has a horn 29 on _P which extends into the chamber 25 and is sealed by means of a high temperature O-ring seal 30th

Die Kammer 25 ist über eine Rohrleitung 31 Hit einem Behälter 32 verbunden. Der Behälter 32 ist von elektrischen Widerstands-Heizwindungen 33 umgeben, welche von einem in einer Schutzhülle 3*1 aus Metall oder hitzebeständigem Material untergebrachten Thermoelement gesteuert werden, das an eine nicht dargestellte Temperatursteuervorrichtung angeschlossen ist* Die Rohrleitung 31 ist von weiteren elektrischen Widerstands -Heizvrindungen 35 umgeben, von denen die an den Behälter 32 angrenzenden von einem Thermoelement in der Schutzhülle J>k und von denen die an die Formkammer 25 angrenzenden von einem Thermoelement in der Schutzhülle 27 gesteuert werden.The chamber 25 is connected to a container 32 via a pipe 31. The container 32 is surrounded by electrical resistance heating coils 33, which are controlled by a thermocouple housed in a protective cover 3 * 1 made of metal or heat-resistant material, which is connected to a temperature control device (not shown) 35, of which those adjacent to the container 32 are controlled by a thermocouple in the protective cover J> k and those adjacent to the molding chamber 25 are controlled by a thermocouple in the protective cover 27.

Die Oberseite des Behälters ist Über eine Rohrleitung 36 und Über ein Druclcre.gulierventil 37 mit einem Einlaß 39 für eine ■Druckluftquelle verbunden und steht ferner Über die Zweigrohr- The top of the container is connected to an inlet 39 for a compressed air source via a pipe 36 and via a pressure regulating valve 37 and is also available via the branch pipe

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leitung 38 mit Meßventil 4O' mit einer Meßpumpe 4'1- mit variabler Voreinstellung in Verbindung. Die Rohrleitung 36 ist ferner mit einem Druekminderüngsventil 4,2 verbunden.line 38 with measuring valve 4O 'with a measuring pump 4'1- with variable presetting in connection. The pipeline 36 is also connected to a pressure reducing valve 4.2.

Der Behälter 32., die Rohrleitung 31 und die Forrnkammer 25 sind mit einer Iletallegierungsschmelze 43 gefüllt, welche einen Schmelzpunkt von 150° C hat und auf 2βΟ° C durch die ' Widerstandsheizglieder 2O₃ 33 und 35 gehalten wird. Ebenso wird die Formfläche 20 des Werkzeugs 19 auf einer Temperatur · von 26ö° C durch die Heizwindungen 22 gehalten.The container 32, the pipeline 31 and the mold chamber 25 are filled with a metal alloy melt 43, which has a melting point of 150 ° C. and is kept at 2βΟ ° C. by the resistance heating elements 2O ₃ 33 and 35. Likewise, the mold surface 20 of the tool 19 is kept at a temperature of 266 ° C. by the heating windings 22.

Im Betrieb wird ein superplastiscb.es plattenförmiges Werkstück 44 in der Zeichnung entsprechender Weise angeordnet. Das Werkstück kann aus der eutektoidischen Legierung von Zink und Aluminium bestellen, welche durch Abkühlen des Werkstücks in Wasser von 325° bis 350° G auf Raumtemperatur vorbereitet wurde, um den erforderlichen superplastischen Zustand herbeizuführen. 'In operation, a superplastic plate-shaped workpiece is produced 44 arranged in a corresponding manner in the drawing. The workpiece can be made of the eutectoid alloy of zinc and order aluminum, which by cooling the workpiece prepared in water from 325 ° to 350 ° G to room temperature to bring about the required superplastic state. '

Bei diesem Beispiel ist das Werkstück 44;durch herkömmliches Formen in einer Presse in die in der Zeichnung dargestellte Form vorgestreckt worden. Das -Werkstück 44 wird in seine dargestellte Stellung gebracht, wonach die pneumatische Vorrichtung 15 betätigt wird, um das Werkzeug 19 auf die Formkammer 15 zu zu fahren, bis der' Dichtungfjflansch 23 das Werkstück 44 lose hält. Das Druckminderungvent11 42 wird dann geschlossen und die voreingestellte· Tießpumpe Hl betätigt, um den Druck aufIn this example, workpiece 44 has been pre-stretched into the shape shown in the drawing by conventional molding in a press. The workpiece 44 is brought into its position shown, after which the pneumatic device 15 is actuated in order to move the tool 19 towards the molding chamber 15 until the sealing flange 23 holds the workpiece 44 loosely. The pressure reducing valve 42 is then closed and the preset drain pump Hl is actuated to increase the pressure

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die heiße Legierung 43 ausreichend zu vergrößern, damit die Legierung 43 in der Formkammer 25 in Berührung mit dem Werkstück 44 gelangt und dadurch dessen Temperatur auf 260° anhebt. Dabei wird die Luft innerhalb der Kammer 25 unter dem Umfang des Werkstücks 44 hinweg entfernt.to enlarge the hot alloy 43 sufficiently so that the Alloy 43 in the mold chamber 25 in contact with the workpiece 44 arrives and thereby raises its temperature to 260 °. In doing so, the air within the chamber 25 is below the circumference of the workpiece 44 away.

Danach wird die Vorrichtung 15 betätigt, um das Werkstück 44 fest zu ergreifen und eine Dichtung zwischen dem Werkstück 44 und der Kammer 25 herbeizuführen. Der Signalgenerator 28 wird erregt und unter Hochdruck stehende Druckluft durch den Einlaß 39, das Druckregulierventil 37 und die Rohrleitung 36 in den Behälter 32 eingeführt, wodurch die erhitzte Legierung 43 in der Formkr-.ammer 25 das Werkstück 44 in Richtung auf die Fläche 20 des Werkzeugs drückt* . .Thereafter, the device 15 is actuated to the workpiece 44 firmly gripping and creating a seal between workpiece 44 and chamber 25. The signal generator 28 is energized and high pressure compressed air through the inlet 39, the pressure regulating valve 37 and the pipe 36 in the container 32 is inserted, whereby the heated alloy 43 In the form clamping chamber 25, the workpiece 44 in the direction of the Face 20 of the tool is pressing *. .

Durch den Kanal 21 hindurch wird dann Druckluft zugeführt, um ein Luftwiderlager oder -polster auf der Oberfläche 20 des Werkzeugs 19 zu erzeugen. Es versteht sich jedoch, daß die Anordnung der Kanäle, wie sie in der Zeichnung veranschaulicht ist, lediglich schematisch ausgeführt ist, da die detaillierte Gestaltung von verschiedenen Parametern abhängt, die für jedes Werkzeug individuell .zu berücksichtigen sind. Ganz allgemein jedoch ist die Anordnung, welche normalerweise eine Mehrzahl von Kanälen umfaßt, die an zugeordnete Hauptkanäle angeschlossen sind, derart gewählt, daß, wenn ein spezieller Bereich des Werkstücks in die unmittelbare Nähe zur Werkzeugober-fläche gelangt, der Druck der auf diesenCompressed air is then supplied through the channel 21, around an air abutment or cushion on surface 20 of the tool 19 to generate. It is understood, however, that the arrangement of the channels as illustrated in the drawing is, is only carried out schematically, as the detailed design depends on various parameters, which have to be considered individually for each tool. In general, however, the arrangement is what is normal comprises a plurality of channels which are connected to associated main channels, selected such that when a special area of the workpiece comes into close proximity to the tool surface, the pressure on it

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Bereich.-einwirkendenDruckluft geringfügig größer ist als der Druck der erwärmten Legierung 43j wobei die Druckdiffe-' renz·'ausreichend ist,- um eine Berührung des Werkstilckes mit dem Werkzeug zu verhindern«, ohne zugleich 'dazu auszureichen, ' den gestalteten Bereich des Werkstücks zu deformieren. Der Druck der Druckluft über den restliehen Bereich des Werkstücks ist hingegen niedriger als der Formdruck der erhitzten Legierung k3₃ da die Druckluft verhältnismäßig'frei zu den Sehlitzen in dem Flansch 23entweichen kann, welche als Abzugsschlitze wirken und eine Gesamtabzugsfläche bilden, welche größer ist als .die zusammengefaßte Fläche der Brueklufteinlässe. Infolgedessen existiert ein Druckgradient von dem Bereich, in dem das Werkstück sich in'unmittelbarer Nachbarschaft zum Werkzeug befindet, zu den AbZugsschlitzen hin und das abschließende Formen findet infolgedessen progressiv ausgehend von diesem Bereich zu den Ab Zugs schlitzen iiin statt*Compressed air acting on the area is slightly greater than the pressure of the heated alloy 43j, whereby the pressure difference is sufficient to prevent the workpiece from touching the tool, without at the same time being sufficient for the area of the workpiece to deform. The pressure of the compressed air over the rest of the area of the workpiece is, however, lower than the molding pressure of the heated alloy k3 _3, since the compressed air can escape relatively'freely to the seat slots in the flange 23, which act as extraction slots and form a total extraction area which is larger than. the combined area of the brewing air inlets. As a result, there is a pressure gradient from the area in which the workpiece is in the immediate vicinity of the tool to the pull-off slots and the final shaping consequently takes place progressively starting from this area to the pull-off slots iiin *

Es Versteht sich, tläß während des For^vorganges der Luftdruck in der Leitung 36 und den Strömisagseinschränkungen so gewählt sein muß, daß der kritische Wert des ".^formungsspannungsmaßes nicht überschritten wird.It goes without saying that the air pressure depends on the advance process in the line 36 and the Strömisag restrictions so selected must be that the critical value of the ". ^ forming stress is not exceeded.

Nachdem das Werkstück A^ in die erforderliche Gestalt geformtwurde, werden die elektrischen Heizviindungen 22 abgeschaltet und das Druckminderungsventil Ji2 wird geöffnet, um ein Abfallen des Spiegels der erhitzten Legierung 43 in üer- Formkammer 25 und gleichzeitig auch ein Abfalfen des auf den Kanal 21 ausgeübten Druckes zu ermöglichen.After the workpiece A ^ has been formed into the required shape, the electrical heating connections 22 are switched off and the pressure reducing valve Ji 2 is opened to prevent the level of the heated alloy 43 in the molding chamber 25 from falling and at the same time also a dropping of the amount exerted on the channel 21 To enable pressure.

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■Anschließend wird der Druck in der pneumatischen Vorrichtung 15 aufgehoben bzw. die Vorrichtung entlüftet. Sodann wird Druckluft mit einem verhältnismäßig niedrigen Druck über den 'Kanal. 21 zügeführt _s um ein Kühlen des Werkstücks zu bewirken, bis es- genügend steif bzw. fest ist, um einer bleibenden Verformung beim Abstreifen von dem Werkzeug 19 zu widerstehen.The pressure in the pneumatic device 15 is then released or the device is vented. Then compressed air is at a relatively low pressure through the 'channel. 21 _s trains leads to cause a cooling of the workpiece is to es- sufficiently stiff and firm to a permanent deformation to withstand during stripping from the tool 19th

Die pneumatische Vorrichtung 15 wird, dann zwecks Anheben des Werkzeugs 19 betätigt und das Vierkstück entfernt.The pneumatic device 15 is then used to raise the Actuated tool 19 and removed the square.

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Claims (2)

_ 9 - ■■"■". * ■"- Patentansprüche:_ 9 - ■■ "■". * ■ "- claims: 1. Verfahren zum Formen superplastischen bahn- öder plattenförmigen Materials, bei dem das Material in den superplastischen Temperaturbereich erwärKit und dann unter. "Verwendung zumindest eines Werkzeuges geformt wird_s. da.durch gekennzeichnet*; daß durch "das Merkzeug zum Kühlen des geformten. Materials ein Gas hindurchgeleitet und dann der Gasdruck zum Abstreifen des Materials von dem Werkzeug vergrößert wird.1. Process for forming superplastic sheet or plate-shaped material, in which the material is heated to the superplastic temperature range and then below the kit. _"S is at least formed of a tool in use da.durch. *; That by" the shopping takes to cool the molded. Material passed a gas and then the gas pressure is increased to strip the material from the tool. 2. Verfahren nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß während des Pormvorgariges Gas durch das Werkzeug zur Bildung eines Gaswiderlagers oder -kissens auf der Oberfläche des Jlierkzeuges hindurchgeleitet wird.2. The method according to claim Ί, characterized in that during the Pormvorgariges gas is passed through the tool to form a gas abutment or cushion on the surface of the Jlierkzeuges. 00 98 3 4/03 5600 98 3 4/03 56 LeerseiteBlank page