DE2506154A1 - Verfahren und vorrichtung zum formen metallischer werkstuecke im festen zustand zu formteilen und profilen bestimmten querschnittes - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum formen metallischer werkstuecke im festen zustand zu formteilen und profilen bestimmten querschnittesInfo
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Description
International Harvester Company
401j Worth Michigan Avenue
Chicago, Illinois 6063.I3 USA
401j Worth Michigan Avenue
Chicago, Illinois 6063.I3 USA
Verfahren und Vorrichtung zum Formen metallischer Werkstücke im festen Zustand zu F.ormteilen und Profilen bestimmten
Querschnittes
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Formen
metallischer Werkstücke im festen Zustand zu Formteilen und Profilen bestimmten Querschnittes auf einer als
Gegenelektrode wirksamen Auflage unter der /Wirkung einer
im wesentlichen gegen diese Auflage mit einem bestimmten
Druck auf das Werkstück gepreßten Elektrodenwalze "aus hitzebeständigem Metall oder aus einer hitzebeständigen
Legierung, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens,
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Unter den verschiedensten Verfahren zur spanlosen Formung (Formgebung) metallischer Werkstücke im festen Zustand
ist es im allgemeinen bekannt, das Werkstück zu walzen, zu schmieden, nach verschiedenen Verfahren zu schweißen,
zu stoßen, oder durch Ziehen oder Tiefziehen, Drücken, Strangpressen in bestimmte Formen zu bringen·
Allein in der Schmiedetechnik, bei der das Metall bei einer erhöhten Temperatur bearbeitet wird, spielt das
Walzschmieden eine besondere Rolle, weil hierbei die Formgebung kontinuierlich ablaufen kann« Walzschmieden
wird daher angewendet, wenn besondere Formen von Werkstücken unbestimmter Länge erzeugt werden sollen«
Bei den üblichem Schmiedearbeiten wird das Werkstück
auf die Schmiedetemperatur erhitzt und dann mittels Schmiedehämmern, Schmiedepressen oder -walzen in die
gewünschte Form gebracht. Dieses Verfahren eignet sich zum Formen weicher und dehnbarer Materialien, etwa von
Stahl, verliert jedoch immer mehr an Bedeutung, sobald die Festigkeit und/oder die Sprödigkeit des Werkstückmetalls
größer wird. Unter dem hier verwendeten Begriff "Metall" sollen sowohl die Grundmetalle als auch deren
Legierungen . verstanden werden, sofern dies nicht anders vermerkt ist.
Nachteilig bei der Vorerhitzung des Werkstückes sind die hierdurch entwickelte Oxidation, die Zunderung oder
Verunreinigungen unter der Oberfläche bzw. eine Kombination dieser Effekte, was eine verringerte Verformungsfähigkeit sowie hinsichtlich der Oberflächenbeschaffenheit
rauhe und/oder verzunderte Oberflächenteile mit sich bringt, was so weit gehen kann, daß das Werkstück in
seiner Gesamtheit nochmals bearbeitet werden muß, um eine annehmbare Bearbeitungsgüte aufzuweisen.
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Sofern nicht dehnbare Metalle geformt werden sollen, tritt
beim konventionellen Schmieden in nachteilhafter Weise ein Abkühlen des Werkstückes auf, während es vom Schmiedeofen
zu den Schmiedewerkzeugen transportiert wird. Dieser Abkühlvorgang
des Werkstückes wird durch seinen Kontakt mit dem Gesenk, mit den Walzen oder mit anderen Schmiedewerkzeugen
der Schmiedepresse beschleunigt. Dieser Effekt kann so stark sein, daß die .Temperatur, bei der das Werkstück
momentan bearbeitet wird, bis auf 260°C unterhalb der Temperatur fällt, bei der das Werkstück den Schmiedeofen
verläßt.
Das Abkühlen des Werkstückes kann seine Verformbarkeit
so weit vermindern, daß das Werkstück nicht mehr ohne Rißbildung oder einer ähnlichen Güteminderung geformt
werden kann. Selbst wenn aber eine solche Güteminderung nicht eintritt, können die zum Verformen des Werkstückes
erforderlichen Kräfte so groß werden, daß an den Werkzeugen und/oder anderen Teilen der Schmiedepresse Schaden
entstehen kann. Andererseits verringert sieh bei Anwendung
hoher Drücke der Verformungsgrad, so daß das Verfahren
unwirtschaftlich wird.
Ein anderes auf dem Warmpressen beruhendes Verfahren
ist das Warmstauchen von Bunden, Flanschen und Köpfen mittels konventioneller unbeheizter Walzen im elektrischen
Widerstandsofen, das beispielsweise aus der US-FS 2 813 194 bekannt ist und sich besonders zum Formen
dehnbaren Materials eignet.
Dieses bekannte Verfahren eignet sich jedoch nicht zur Formung harter, schwerer zu bearbeitender Materialien,
was in der US-PS 2 922 014 erkannt worden ist·
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Bei dem durch die US-PS 2 813 194 bekannten Verfahren
wird dem Werkstück durch die Schmiedewalzen Hitze entzogen, wodurch seine Temperatur reduziert wird, und das
Werkstück zu hart wird, um es formen zu können.
Weiterhin läßt sich dieses bekannte Verfahren nicht zum Formen von Hartmetall und harten Legierungen verwenden,
da die Werkstückkanten gestaucht werden, und ein Fließen des Metalls in Richtung der Stauchblöcke mit
sich bringt, und da sich der restliche Teil des Werkstückes nicht erhitzt und mit den massiven, ungeheizten Gesenkblöcken,
deren Material einen geringen ohm*sehen Widerstand,
jedoch eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen, über die elektrischen Leitungen in thermischem Kontakt
ist· Die Gesenkblöcke, Führungen und Stauchblöcke würden
die Kanten eines aus hartem, einen geringen Dehnungsgrad aufweisenden Metallwerkstückes in einem solchen
Maße abkühlen, daß es nicht mehr zufriedenstellend geformt werden könnte·
Die Entwicklung härterer und in ihrer Festigkeit besserer
Materialien hat neue Formgebungstechniken hervorgerufen,
«ie sie beispielsweise in der US-PS 3 250 104 (Fischer-Verfahren) für Hochtemperatur-Walzwerke bekanntgeworden
sind·
Beim Fischer-Verfahren wird das Werkstück zunächst bis zur Formtemperatur vorerhitzt und dann mittels Walzen geformt,
die durch Gasflammen- oder elektrische Erhitzer aufgeheizt sind« Um sie hitzebeständig zu machen, sind die Walzen
an ihrer Oberfläche mit einem Carbid,- Borid oder Oxid beschichtet·
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Nachteilig beim Fischer-Verfahren wirkt sich die Stufe des Vorerhitzens aus, was eine Oberflächenverunreinigung zur
Folge hat. Dieses Verfahren läßt sich also nicht dort anwenden, wo extrem dünne Metalle oder Abschnitte verformt werden
sollen«
Außerdem verursacht bei dem bekannten Verfahren die Dauer
der Vorerhitzung Kornbildung und/oder andere Veränderungen in der MikroStruktur des Werkstückmaterials, Derartige
Veränderungen sind jedoch unerwünscht, da sie das Material schwächen oder andere nachteilige Wirkungen auf die
physikalischen Eigenschaften des Materials ausüben.
Schließlich bringt die Vorerhitzung einen Kontakt des Werkstückes mit einer oxidierenden Umgebung mit sich,
während das Werkstück auf erhöhter Temperatur gehalten wird. Die Dehnbarkeit vieler Metalle wird hierdurch infolge allgemeiner Oberflächenverunreinigung oder infolge
Korngrenzen-Oxidation verringert. Derartige Verunreinigungen erleiden insbesondere Metalle wie Titan, Zirkon
und Niob. Korngrenzen-Oxidation erfolgt insbesondere bei Nickellegierungen, beispielsweise der "Rene195"-Legierung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Werkstück
mit einem verhältnismäßig kleinem Arbeitswerkzeug aus hitzebeständigem Metall oder aus einer hitzebeständigen
Legierung geformt. Formwerkzeug und Werkstückauflage
werden an eine elektrische Stromquelle angelegt, so daß
ein Stroradurchgang vom Formwerkzeug durch das Werkstück
zur Werkstückauflage zur Folge hat, daß in der Umgebung der mit dem Werkstück in Kontakt befindlichen Formwalze
die Hitzeentwicklung dazu führt, daß Glühtemperaturen
erreicht werden. Hierbei wird annähernd ein isothermischer
Zustand zwischen der Elektrode und dem Werkstück erreicht.
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so daß das Werkstück erhitzt bleibt s bis die Formung
vollendet ist, ohne daß hierbei das sonst befürchtete Abkühlen der Formwerkzeuge eintritt. So länge nämlich
das Formwerkzeug nicht genau die gleiche Temperatur wie das Werkstück angenommen hat, ist die Temperaturdifferenz
klein genug, daß die Hitze in das Formwerkzeug nicht so schnell abfließen kann, daß die Temperatur
im Werkstück reduziert wird, was allein durch Abkühlung möglich wäre.
Da durch die isothermische Bedingung beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Abkühlen durch die Elektroden nicht
auftritt, können selbst die härtesten Legierungen bis zum Erreichen der gewünschten Verformbarkeit erhitzt
und formbar gehalten werden, bis sie in die gewünschte Form umgewandelt worden sind.
Infolge der fehlenden Abkühlung bleibt die Kraft, die zu
einer gegebenen prozentualen Dickenrainderung des Werkstückes
erforderlich ist, unabhängig von der Dicke des Werkstückes selbst, wobei die erforderliche Kraft mit
zunehmender Dickenminderung des Werkstückes abnimmt, was einen besonderen Vorteil bedeutet« Im Gegensatz hierzu
erhöhen sich die Walzkräfte beim konventionellen Warmwalzen bei der Erzielung eines vorgegebenen Verformungsgrades
in besonders starkem Maße auch dann, wenn die Werkstückdicke auf das Maß reduziert wird, welches
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne weiteres verformbar
wäre.
Da beim erfindungsgemäßen Verfahren eine Vorerhitzung
bei nur mäßiger Temperatur unterhalb der Formtemperatur stattfindet, wenn nicht überhaupt von einer Vorerhitzung
abgesehen wird, entfällt das Problem der Oberflächenverunreinigung,
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·· V —
Eine Vorerhitzung des Werkstückes kann unter Umständen dann vorteilhaft sein, wenn beispielsweise die zur Verformung
des Werkstückes erforderliche Kraft reduziert werden soll. Dabei kann die Vorerhitzung des Werkstückes mit einer
Vorerhitzung des Formwerkzeuges vor der Kontaktlinie mit dem Werkstück in vorteilhafter Weise gekoppelt werden·
Der auf das Werkstück oberhalb der Kontaktlinie durch die
Walzen auszuübende Druck ist am größten, wenn von einer Vorerhitzung kein Gebrauch gemacht wird und das Werkstück
kalt bleibt. Dieser Druck kann in dem Maße geringer gehalten werden, wie die Temperatur ansteigt und das
Werkstück plastischer wird. Durch eine diese Beziehung zwischen Maximaldruck und Verformbarkeit berücksichtigende
Erhitzung kann einer Krafterhöhung durch entsprechende Vorschubregelung entgegengewirkt werden.
Unter Umständen kommt es vor, daß eine gewisse Verformung
des Werkstückes etwa zwei bis drei cm vor der eigentlichen Kontaktstelle zwischen Formwerkzeug und Werkstück eintritt.
Durch eine in einem solchen Fall vorgenommene Vorerhitzung wird der Verformungswiderstand in diesem Bereich als auch
der Temperaturgradient im Werkstück verringert, wodurch wiederum Rißbildung im Werkstück vor der Formwalze
verhindert werden kann«
Wird beispielsweise eine Vorerhitzung vorgenommen, bei der die Temperatur des Werkstückes in einer Zeitspanne
von 60 Sekunden von Zimmertemperatur auf 65O0C steigt und bei dieser Temperatur mit dem Formwerkzeug in
Berührung kommt, so verursacht dieser Kontakt mit dem Formwerkzeug innerhalb einer Sekunde einen Temperaturanstieg
um weitere 315°. Dabei hat sich gezeigt, daß erst in den
letzten 10 Sekunden der Vorerhitzungsperiode das Werkstück
eine Temperatur von nahezu 538°C erreicht« Unter diesen Umständen ist eine Oberflächenverunreinigung unbedeutend.
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Während der eigentlichen Formgebung bleibt das Werkstück nur während einer kurzen Periode auf der erhöhten Temperatur»
Der bereits geformte Teil des Werkstückes ist von der Umgebungstemperatur des Formwerkzeugs insoweit abgeschirmt,
daß eine zu irgendwelchen Schwierigkeiten führende weitere Temperaturerhöhung nicht mehr zu befürchten ist, vielmehr
bereits die Abkühlung eintritt. Gleichzeitig ist aber die erhöhte Temperatur der Randteile des Formwerkzeugs gegenüber
der Umgebung abgeschirmt, so daß das Formwerkzeug gegen Oxidationserscheinungen geschützt ist. Dieses Temperaturverhalten
im Werkstück hat zur Folge, daß keine bedeutsame Oberflächenverunreinigung während der Formgebung hervorgerufen
wird und Oberflächengüten von 16 bis 32 rms bei verschiedenen Metallen erreicht werden konnten.
Zur weiteren Oberflächenbehandlung kann die Oberfläche durch einfaches Sandstrahlen vorbehandelt und zur Erzielung
einer optimalen Oberflächengüte gegebenenfalls chemisch nachbehandelt werden.
Im Vergleich hierzu erfordern Formteile aus schwer zu bearbeitendem Metall durch andere Arbeitsverfahren,
beispielsweise durch Strangpressen, eine Oberflächenbehandlung von mindestens 0,75 bis 1,5 mm Tiefe, um
wenigstens eine annehmbare Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen. Der Bearbeitungsgrad kann hierbei so hoch
sein, daß das Endprodukt nur noch 10$ des Gewichtes des
Rohlings wiegt und die verbleibenden 90$ des Ausgangsmaterials
zu Schrott verarbeitet werden.
Bedingt durch die nur während kurzer Zeitperioden (in Sekunden gemessen) stattfindende Erhitzung und
durch den hohen Betrag der Verformung (bis zu 100$) tritt beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Korngrößenerhöhung
auf, vielmehr hat sich durch den hohen Grad der Verformung eher eine sich besonders vorteilhaft
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auswirkende Kornverfeinerung ergeben.
Derartige Erscheinungen sind auch zu beobachten bei
der Hochtemperatur-Beta-Behandlung von Titan und dessen Legierungen, insbesondere denen des Alpha-Beta-Typs.
Die Vorteile der Beta-Behandlung, die zu einer Erhöhung der Bruchfestigkeit und der zulässigen Scherfestigkeit
führen, sind hinreichend bekannt. Jedoch wird von der Behandlung im Beta-Bereich im allgemeinen kein Gebrauch
gemacht, da das Metall ständig Temperaturen oberhalb des Beta-Umwandlungspunktes, insbesondere in der
Vorerhitzungsphase, ausgesetzt ist. Dies wiederum verursacht Kornvergrößerung und erfordert einen Verformungsgrad (von 50% oder mehr) über den gesamten Querschnitt
des Werkstückes, worunter die Dehnbarkeit des Materials leidet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich im Vergleich
hierzu Titanlegierungen bei Temperaturen von etwa 1 15O0G
- also weit oberhalb des Beta-Umwandlungspunktes - ohne Kornvergrößerung und andere nachteilige Eigenschaften
formeny die Formteile aus Titan aufweisen, die sonst
Temperaturen oberhalb des Beta-Umwandlungspunktes ausgesetzt werden·
Die Vorteile, die sich aus den kurzen Aufheizzyklen ergeben, beschränken das Verfahren jedoch nicht auf die
Behandlung von Titanlegierungen« Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können ganz allgemein Mikrostrukturen und damit
verbundene günstige Eigenschaften erzielt werden, die mit
bisher bekannten Techniken nicht erreicht werden können, was insbesondere für Superlegierungen gilt.
So konnte z.B. die Legierung "INCONEL!i 718" bei Temperaturen
von 1 1200C * 14°C geformt werden, ohne die dieser Legierung
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innewohnenden Eigenschaften zu beeinflussen» Normalerweise kann diese Legierung, ohne ihre Eigenschaften zu verlieren,
für eine bestimmte Zeit lediglich einer Maximaltemperatur von 98O0C ausgesetzt werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
liegt darin, daß die Streuungen hinsichtlich der Streckgrenzen und die Elastizitätsmodule des Formwerkzeugs
einerseits und des Werkstückes andererseits mit zunehmender Temperatur des Werkstückes ansteigen. Dadurch wird
das Breiten der Walzen auf ein unbedeutendes Maß reduziert. Dies und fehlende Verunreinigung auf und unter der Oberfläche
ermöglicht das Formen von Werkstücken mit dünneren Maßen, als dies bisher erreicht werden konnte. So ist es
möglich ,Tragflächenquerschnitte mit rasierklingenscharfen
Kanten sowie dünne Formquerschnitte mit Dicken' von weniger
als 0,12 mm mittels Walzen von mehr als 30 cm Durchmesser herzustellen,,
Der Grund für dieses Verhalten dürfte darin zu suchen sein, daß beim anmeldungsgemäßen Verfahren die lokalisierte
Erhitzung der Formwalzen eine Temperaturerhöhung an den Rändern der Walze verursacht, die das beim Walzen dünner
Abschnitte hervorgerufene übliche Breiten aufhebt. Als weiterer wichtiger Faktor trägt hierzu die hohe Streckgrenze
und der Elastizitätsmodul des Materials der Formwalze in bezug auf das Material des Werkstückes bei.
Wiederum bedingt durch eine erhöhte Temperatur des Werkstückes während einer kurzen Zeitperiode ist es möglich,
selbst verhältnismäßig empfindliche Metalle in Luftatmosphäre
mit nur vernachlässigbarer Oberflächenverunreinigung zu formen. Eine Behandlung unter Vakuum oder
in einer Schutzgasatmosphäre kann daher selbst bei diesen Metallen entfallen.
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Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß sich in Verbindung mit
einer hervorragenden Oberflächenbearbeitung enge Toleranzen
erzielen lassen· Selbst bei der Formung Von Blech lassen eich reproduzierbare Maße von 0,25 mm oder weniger einhalten,
so daß das Formteil, wenn überhaupt, nur geringfügig bei besonders kritischen Dimensionen bearbeitet
werden muß·
fibenso können Formteile von ungleichmäßigem Querschnitt
und/oder unregelmäßigen Umrissen durch das erfindungsgemäße Verfahren geformt werden. Da verhältnismäßig billige
Formwerkzeuge verwendet werden können, stellen nachträglich vorgenommene Formänderungen kein Problem dar.
Auch lassen sich selbst bei schwer bearbeitbarem Material Abbiegungen mit verschwindendem inneren und äußeren
Krümmungsradius herstellen;, falls erfprderlich, können innere Krümmungsradien zusätzlich durch Schaben oder
durch andere zusätzliche Arbeitsmethoden verringert werden. Dies bedeutet nicht nur eine Materialeinsparung,
sondern damit verbunden eine Einsparung an Kosten, Gewicht und Raum, Im Vergleich dazu könnten bei Anwendung des vergleichsweise
aufwendigeren Kriech-Form-Verfahrens (creep forming process) bei der Herstellung von Abbiegungen
an Blechen aus Titanlegierungen lediglich Krümmungsradien erzielt werden, die mindestens der dreifachen Bleehdieke
entsprechen« Nicht umsonst hat die Industrie, selbst bei
Inkaufnahme höherer Kosten einem bearbeiteten Profil gegenüber dem geformten Profil den Vorzug gegeben, wenn
es auf exakt rechteckförmige Ecken ankommt« Die höheren
Herstellungskosten können natürlich nur ausnahmsweise gerechtfertigt sein, was der Umstand dafür ist, daß
die Verwendung von Titan im Flugzeugbau zurückgegangen ist und eine Erhöhung des Gewichtes in Kauf genommen
wurde«
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus Peinblech geformte Teile sind daher gegenüber nach herkömmlichen
Verfahren hergestellten Blecherzeugnissen nicht nur strukturell zweckentsprechender, sondern weisen auch
geringere Spannungskonzentrationen auf, die eine Erhöhung in der Spannungsberechnung zulassen und dadurch
dünnere Abmaße oder kleinere Querschnitte erlauben.
Die Gewichtsersparnis bei Titanlegierungen kann etwa 17$ betragen, wobei eine um das gleiche Verhältnis
höhere Steifigkeit und Ermüdungsfestigkeit erreicht werden kann.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
ergibt sich aus der sehr geringen Querdehnungjdes Werkstückes während des Formens, die größenordnungsmäßig
bei 0,06 mm/cm liegt, wodurch sich das Verfahren für einen Betrieb mit mehrfach vorgesehenen Walzgerüsten
(multi-stand operation) eignet. Aufeinanderfolgende Walzgerüste können daher mit gleichen Vorschubgeschwindigkeiten
betrieben werden, wobei eine geringförmige Temperaturzunahme durch axiale Kompression des Werkstückes
zwischen aufeinanderfolgenden Formstufen oder durch einen Schlupf des Werkstückes in bezug auf Walzen aufeinanderfolgender
Formstufen ermöglichende Schmierung des Werkstückes aufgenommen wird.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich daraus, daß das Metall des Werkstückes
gezwungen wird, in "stromlinienförmigen" Konturen in die Flächen, in welchen das Formen stattfindet, einzulaufen,
und zwar auch dort, wo ein Biegeformen des Werkstückes erfolgt. Unter dem Begriff "stromlinienförmig"
soll hier eine äußere Konfiguration eines Teils an einer Stelle verstanden werden, wo der übergang aus einer
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Oberfläche in eine andere nicht durch eine an den Krümmungsradius der Oberflächen angelegte Tangente, sondern durch
einen Betrag bestimmt werden kann, der anfangs unendlich klein ist und mit zunehmender Steigung so weit anwächst,
bis die halbe Strecke durch den übergang von der einen in die andere der beiden Oberflächen erreicht ist. Dieses
Verhalten hat insofern eine Bedeutung, als durch die niedrigen Spannungskonzentrationen und durch die hohe Ermüdungsfestigkeit wiederum eine bedeutsame Gewichtsersparriis des
Formteils im Vergleich zu Formteilen erhalten wird, die nach den bisher bekannten Techniken hergestellt sind.
Neben der hohen Ermüdungsfestigkeit ergibt sich eine hohe
Scher- und Zugfestigkeit sowie eine hohe Bruchzähigkeit, so daß um den Betrag, um den hierdurch Material eingespart
werden kann, Gewicht, Größe und Kosten reduziert werden können.
Ein weiterer Vorteil ist, daß die Temperatur am Werkstück
sehr genau überwacht werden kann, was besonders wichtig ist,
wenn Superlegierungen und Materialien mit ähnlichen Eigenschaften
geformt werden, da Legierungen mit zunehmenden Festigkeitseigenschaften einen entsprechend niedrigeren
Schmelzpunkt aufweisen, so daß das Temperaturintervall, das die Schmelzpunkte der Legierungskomponenten enthält
und innerhalb dessen das Metall noch geformt werden kann, entsprechend eingeschränkt wird. So kann beispielsweise
die Legierung "INCO 713C" lediglich bei einer Temperatur
des Werkstückes geformt werden, die innerhalb von 10 bis 380C oberhalb der Erstarrungsgrenze liegt.
Gleichzeitig kann der Verformungsgrad auf ein zum Formen
derartiger Materialien ausreichenden Wert gehalten werden, so daß diese Materialien nicht durch Heißwalzen geformt
werden können, bei dem ein hoher Verformungsgrad notwendig
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ist, um das Abkühlen so weit wie möglich zu verringern»
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch vorteilhaft
bei der Behandlung von Materialien anwenden, welche in bezug auf Superlegierungen schneller und besser geformt
werden können, die jedoch auf Grund der höheren Verarbeitungsgeschwindigkeit eine höhere Pormänderungsrate aufweisen,
was bei einer Verarbeitung nach bisher üblichen Verfahren zu Rißbildung führen würde, selbst wenn der
Fließwiderstand innerhalb annehmbarer Grenzen gehalten werden würde·
Dabei stellt sich insofern eine Selbstregulierung ein, als eine Temperatursteigerung im Werkstück eine Verringerung
des Pließwiderstandes und somit ein verbessertes Fließen des Metalls mit sich bringt. Dies
wiederum führt zu einer Vergrößerung der Kontaktfläche, was eine Verringerung der Stromstärke und damit der
Temperatur im Werkstück zur Folge hat· Entsprechend regelt sich dieses Verhalten in umgekehrter Richtung von
selbst, wenn die Temperatur im Werkstück zurückgeht.
Ferner läßt sich eine Spannungsentlastung, wie sie zur Ausschaltung von Restspannungen und zum Verhindern von
Verbiegungen und unerwünschten Verformungen angestrebt wird, durch das erfindungsgemäße Verfahren leicht erreichen,
Es hat sich für eine derartige Spannungsentlastung als ausreichend erwiesen, bei Verwendung von Titanlegierungen,
etwa von Ti - 6 Al - 4 V das Werkstück für eine Stunde auf 705 bis 9550C, vorzugsweise für
zwei Stunden auf 732°C zu erhitzen und bei Verwendung von Superlegierungen, beispielsweise von "INCONEL 718" das
Werkstück für 30 Minuten auf 1 175°C zu erhitzen»
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Um sicherzustellen, daß im Formteil die Spannungsentlastung
ohne Wölbung abläuft, kann das zu behandelnde Formteil in einer Einspannvorrichtung oder in einem Futter so gehalten
werden, daß die unterschiedlichen Querschnitte in einer genauen winkelsymmetrischen Anordnung zu liegen kommen· Je
nach Anwendungszweck soll das Formteil vollständig oder
teilweise eingespannt sein.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich im Vergleich zu Anlagen für das Warmwalzen
mit verhältnismäßig niedrigem Aufwand ausbilden, da die Walzdrücke vergleichsweise niedrig sind und eine größere
Querschnittsreduktion pro Durchsatz erhalten werden kann.
Bedingt durch die bedeutend niedrigeren Walzdrücke kann auch das Walzgerüst weniger massiv ausgebildet sein als
bei konventionellen Walzstraßen, beispielsweise für das
Warmwalzen,
Der Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens und die hierfür vorgesehene Vorrichtung ermöglichen
das Formen von verschiedenartigsten Teilen mit Stromkosten, die ein Bruchteil der Herstellungskosten sind.
Ein nicht unwesentlicher Vorteil ist auch, daß die Kosten für die jeweils verwendeten Formwerkzeuge verhältnismäßig niedrig sind und im Vergleich zu Anlagen mit
teureren Formwerkzeugen eine Änderung im Dessign der Form erleichtern.
Das erfindungsgemäße Verfahren ließ sich erfolgreich
zum Formen der folgenden Metalle anwenden: 10.18 Flußstahl, A70 Titan, Beryllium, Ti-6A1-4V, die Legierung Hastelloy X
(Co, 1,5Si, 22* Cr, 9,0* Mo, 0,6* W, 18,5* Fe9 0,1* C,
Rest Ni), die Legierung "INCONEL 713C (0,14* C, 13,0% Cr,
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9,5* Mo, 0,752 Ti, 6,0% Al, 2,3 Cb+Ta, Rest Ni), die
Legierung Rene1 95 (14,035 Cr, 8,0$ Co, 3,5$ Mo, 3,5* W,
3,5$ Cb, 2,5* Ti3 3,5* Al, Rest Ni), die Legierung
"INCONEL 718" (0,4* C , 0,2$ Mn, 18,0* Pe, 14,0* Cr,
0,6 * Al, 0,8* Ti, 5,2* Cb, 3,0* Mo, Rest Ni),
die Legierung "17-4PH" (0,07$ C, 16,5* Cr, 4,0* Ni,
4,0* Cu, 0,3* Cb+Ta, Rest Pe), die Legierung "Ti-6Al-6V-2Sn",
die Legierung "T321" sowie 18-8 nichtrostende Stähle.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch erfolgreich anwenden beim Formen von T-, Y-, I- und E-Querschnitten,
wobei von Stangenware und gewalzten Rohlingen ausgegangen wird, sowie beim Formen von Z- und ü-Querschnitten sowie
von geflanschten Zylindern, wobei hier von Blech ausgegangen wird. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß das
Verfahren auch für andere Formgebungen herangezogen werden
kann, beispielsweise zum Richten von Formen längerer Ausdehnung und zum Hersfrellen von Querschnitten beispielsweise
für Turbinenschaufeln,
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Formen metallischer Werkstücke zu schaffen,
welches im Vergleich zu konventionellen Formgebungsverfahren das Formen von harten, spröden und schwer -fierarbeitbaren
Metallen und Legierungen, aber auch von sehr dehnbaren Metallen und somit eine vergleichsweise wirtschaftlichere
Herstellung von metallischen Formteilen mit unter Beibehaltung ihrer Materialeigenschaften bisher nicht
ohne weiteres erzielbaren Konfigurationen und Profilen ermöglicht, durch welches Verfahren es weiterhin möglich
wird, den Verformungsgrad pro Durchgang zu erhöhen, dabei gleichzeitig auf ein vergleichsweise dünneres Abmaß
oder auf einen dünneren Querschnitt zu formen, unter Einhaltung enger Toleranzen eine gegenüber Warmwalζverfahren
verbesserte Oberflächengüte zu gewährleisten, durch welches
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Verfahren eine Vorerhitzung des Werkstückes auf die Formtemperatur nicht mehr erforderlich ist, das Werkstück- ■
material aber trotzdem für eine kurze Zeitperiode auf Formtemperatur gehalten wird, ohne daß währenddessen das
Formwerkzeug abkühlt.
Es soll sich weiterhin das Verfahren zum Formen von Teilen
mit ungleichmäßigem Querschnitt und unregelmäßigen Konturen, von unbestimmter als auch von bestimmter Länge
bei eng tolerierten Abmaßen eignen und ohne nachträgliche Wärmebehandlung, beispielsweise durch Entspannen, auskommen, wobei auch die Möglichkeit gegeben sein sollte,
im multi-stand-Betrieb gleichzeitig an mehreren Formbänken zu formen.
Es liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine hierfür
geeignete Vorrichtung zu schaffen, mittels der die aus jeder Art von Blech oder aus Stahmaterial bestehenden
Werkstücke auch im kontinuierlichen Vorschubbetrieb sowohl zu Profilen gebogen, verbreitert, gepreßt, eingeebnet
und ausgerichtet werden können, ohne daß das Werkstück eingespannt zu werden braucht, andererseits
aber auch nicht an den Formwerkzeugen haften bleibt, wobei die Formwerkzeuge keiner Verformung oder sonstiger
Beeinträchtigung durch die beim Formen erreichte Temperatureinwirkung unterliegen dürfen«
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 und durch die
Merkmale des ersten Vorrichtungsanspruches gelöst.
Die Erfindung ist anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
in der Zeichnung dargestellt und wird im nachfolgenden
erläutert; in der Zeichnung zeigt
/18
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Fig, 1 eine schematische Darstellung der Temperaturverteilung
im Werkstück vor, während und nach dem Formvorgang im Vergleich zu einer Temperaturverteilung
nach bekannten Verfahren unter Verwendung einer Vorerhitzung des Werkstückes;
Figo 2 eine der Fig» 1 entsprechende schematische Darstellung
mit einer Temperaturverteilung, die sich in Werkstücken bei dem konventionellen Warmwalzen beispielsweise
unter Verwendung erhitzter Walzen einstelltj
Fig, 3 eine graphische Darstellung der erforderlichen Walzkräfte Über der Dicke der ausgewalzten
Formteile beim erfindungsgemäßen Verfahren im
Vergleich zum bekannten Warmwalzen;
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Querschnittsverminderung in Abhängigkeit von der Anzahl der
Walzdurchgänge beim erfindungsgemäßen Verfahren und beim konventionellen Warmwalzen;
Fig. 5 eine photographische Darstellung, welche die Temperaturentwicklung im Formwerkzeug und im
Werkstück während des Formvorganges erkennen läßt;
Fig. 6 eine graphische Darstellung der spezifischen
Querschnitt- oder Dickenminderung in Abhängigkeit vom spezifischen Walzdruck beim Formen einer
Titanlegierung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
im Vergleich zum Warmwalzen der gleichen Legierung bei Zimmertemperatur und bei erhöhter
Walztemperatur;
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Pig. 7 eine graphische Darstellung der Hitzebeständigkeit verschiedener schwer verarbeitbarer Metalllegierungen
in Form eines Kurvenbildes der sich bei verschiedenen Temperaturen einstellenden
Härte;
Fig. 8 eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaues
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Formen metallischer Werkstücke von vorn;
Fig. 9 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig· 8;
Fig,10 eine schematische Darstellung eines Steuerkreises
für die erfindungsgemäße Vorrichtung;
Fig.11 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Formen metallischer Werkstücke;
Fig.l2A und 12B Teilansichten auf Formwerkzeuge zum Formen von Trägern mit Z-förmigem Querschnitt in
einer ersten und zweiten Formstufe;
Fig.13 eine Mikrophotographie des Profils einer
rechteckförmigen Abbiegung bei Trägern, die
mittels der Formvorrichtung der Fig. 12A und 12B hergestellt worden sind;
Fig. I^ eine graphische Darstellung, welche die Einsparung
an Gewicht und Größe von Trägerteilen mit Z-förmigem Querschnitt nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren im Vergleich zu bekannten Verfahren zeigt;
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Pig. 15 eine schematische Darstellung von Formwerkzeugen zum Formen von Blech nach einem abgewandelten
Ausführungsbeispiel;
Figo 16 eine perspektivische Teildarstellung einer Vorrichtung zum Anformen von Flanschen an
zylinderförmigen Teilen;
Fig. 17 eine photographische Darstellung des mit
angeformten Flanschen versehenen zylinderförmigen
Teils gemäß Fig. 16;
•Fig. 18 einen Schnitt durch Formwerkzeuge zum Stauchen
einer Kante plattenförmiger metallischer Werkstücke;
Fig, 19 eine Teilansicht der Plattenkante nach dem Stauchen der Vorrichtung in Fig. 18;
Fig. 20 eine Mikrophotographxe durch die gestauchte Plattenkante gemäß Fig. 19;
Fig« 21A bis 21C in schematischen Darstellungen Form-Werkzeuge
und Formvorgang in verschiedenen Formstufen beim Formen von Stabmaterial zu
I-Profilen;
Fig. 22 eine Mikrophotographie durch den Querschnitt nach der ersten Formstufe gemäß Fig. 21A;
Fig. 23 eine Mikrophotographie durch den oberen Querschnitt des I-Profils nach der dritten Formstufe
gemäß Fig. 21G;
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Pig. 24a eine graphische Darstellung der prozentualen
Dickenminderung pro Durchgang in Abhängigkeit von der Stromstärke des durch die Formwalzen
gehenden elektrischen Stroms bei verschiedenen Walztemperaturenj
Pig« 24b eine graphische Darstellung der Walzen-Andruckkraft in Abhängigkeit von der Stromstärke bei
verschiedenen Temperaturen für die Erzielung einer gewünschten prozentualen Dickenminderungj
Fig, 25 die Anordnung einer aus drei Walzen bestehenden
Formvorrichtung zum Abflachen bzw. Breiten der
verdickten Kante eines plattenähnlichen Werkstückes von unbestimmter Länge;
Fig, 26a bis 26c eine ähnliche aus drei Walzen bestehende
Vorrichtung zum Formen eines T-Profils aus Stabmaterial durch gleichzeitiges Pressen und
Breiten des Stabes;
Fig. 27 eine Mikrophotographie durch den Querschnitt
eines so gewonnenen T-Profils; --.
Fig. 28 eine graphische Darstellung einer aus zwei
Walzen bestehenden Vorrichtung zum Formen eines Flansches durch Stauchen und gleichzeitiges
Breiten des Werkstückes;
Eig, 29 eine photographische Darstellung eines I-Trägers
mit Flanschen, die durch Stauchen der jPlattenränder
und anschließendes Breiten der gestauchten Ränder mittel« der Vorrichtung der Fig. 28
geformt worden,sind;
/22 509834/0672
-'22 -
Fig.. 30 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum
Formen von Stabmaterial in Y-Profilej
Fig, 31 in schematischen Darstellungen die verschiedenen
Formstufen bei der Herstellung von Y-Trägern aus Stabstahl gemäß Fig, 30; .
Fig. 32A und 32B schematische Darstellungen einer Vorrichtung
zum Formen eines Ε-Trägers aus einem plattenförmigen Werkstück;
Fig. 33 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung
zum Walzschmieden (roll forging) eines metallischen Werkstückes in ein besonders geformtes
Formteil;
Figo 34 eine ähnliche Darstellung einer Vorrichtung zum
Formen metallischer Werkstücke nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im Sinne des
Amboß-Schmiedens;
Fig« 35 eine perspektivisch gehaltene schematische
Darstellung einer Vorrichtung zum Formen von Turbinenschaufeln mit den Mitteln der Fig. 33 und 34
Fig· 36 eine Mikrophotographie durch einen mittels- (ier
Vorrichtung nach Fig. 33 geformten tragflächenförmigen Querschnitt;
1?ig« 37 eine Mikrophotographie durch den Querschnitt
einer Schaufelveratärkung, wie sie mit der
Vorrichtung nach Fig, 34 geformt ist;
Fig. 38 eine eohematisoh· Darstellung einer Vorrichtung
zum kontinuierlichen Formen von Sternprofilen aus Y-Trägern;
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Pig· 39A und 39B in schematischen Darstellungen das erste und zweite Walzgerüst einer mehrstufigen
Walzbank zur kontinuierlichen Herstellung von !-Trägern aus Stabmaterial.
Fig. 1 veranschaulicht den Durchgang eines Werkstückes
durch gegenläufig angetriebene Walzen 52 und 54 ,von denen
die druckbeaufschlagte Oberwalze 52 auf das Werkstück einen vorbestimmten Walzdruck - der sogenannten Andrückkraft
- ausübt. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dient die Unterwalze 51J für bestimmte Anwendungsfälle
als Werkstückauflage·
Beim Durchgang des Werkstückes 50 durch die Walzen 52 und
wird das Werkstück so weit aufgeheizt, daß es plastisch wird. Druck und Hitze sind hierbei so geregelt, daß der
Erstarrungspunkt des Materials des Werkstückes nicht überschritten wird.
Die Aufheizung erfolgt durch elektrische Widerstandsheizung, indem die Walzen, jeweils an die Pole einer
Stromquelle 56 angeschlossen, als Elektroden dienen,
so daß der elektrische Strom vom einen Pol der Stromquelle
über die Walze 52, das Werkstück 50, die Walze 54 zurück zum anderen Pol der Stromquelle 56 fließen kann·
Besonders wichtig ist es, daß die Walzen aus hitzebeständigem Metall bestehen. Je nach dem vorgesehenen
Einsatz und der gewünschten Lebensdauer kann hierzu Molybdän und seine Legierungen wie beispielsweise
TZM und TZC, sowie Wol-fram, Tantal und Niob mit
ihren Legierungen verwendet werden. Diese Metalle erlauben eine Temperaturentwicklung von solcher Höhe,
daß selbst schwer verarbeitbare Metalle plastisch
509834/0672
/24 '
werden und leicht geformt werden können, da diese Metalle bei erhöhter Temperatur ihre Festigkeitseigenschaft
behalten.
Bestehen beispielsweise die Walzen aus Molybdän-Legierungen, sind Temperaturen bis zu 1 37O°C möglich; die Verwendung
von Wolfram erlaubt vergleichsweise höhere Temperaturen.
Inwieweit sich die Temperaturentwicklung räumlich auswirkt, veranschaulicht in besonders deutlicher Weise
Fig. 5» in welcher der als weißer Fleck 60 erkennbare Eindrück der Walze 62 im Werkstück 58 mit Glühen verbunden
ist und sich großenordnungsmäßig auf einer Länge von etwa 25 mm und einer Tiefe von 12 mm ausdehnt.
Hierdurch ergibt sich ein isothermischer Zustand zwischen
Werkstück und Formwerkzeug, d.h. es stellt sieh im Walzbereich die Temperatur des Formwerkzeugs auf nahezu
die Temperatur im Werkstück ein, so daß kein wesentlicher Wärmefluß vom Werkstück in das Formwerkzeug vorhanden ist0
Fig. 5 läßt auch erkennen, daß nur eine kleine, lokalisierte Zone des Werkstückes eine hohe Temperatur
aufweist, wohingegen im Vergleich hierzu beim konventionellen Warmwalzen mit Vorerhitzung das gesamte Werkstück
auf die Walztemperatur erhitzt ist und erhitzt bleibt, bis der Formvorgang vollendet ist.
Fig. 5 zeigt außerdem, daß die als weißer Fleck erkennbare Glühzone am Walzenumfang von einer verhältnismäßig
langen Zone gefolgt wird, in der das Metall wesentlich niedrigere Temperaturen aufweist. Dies trägt zur Erhaltung
der Festigkeitseigenschaften des Formwerkzeugs während des Formens als auch zum isothermischen Zustand zwischen
Formwerkzeug und Werkstück bei.
509834/0672 - /25
Als Werkstoff für das Formwerkzeug verwendbare Hartmetalle und Legierungen, wie beispielsweise Titanlegierungen
und Superlegierungen, weisen nicht nur bei erhöhter Temperatur eine hohe Festigkeit auf,
sondern verlieren auch kaum an Festigkeit mit zunehmender Temperatur, wie dies aus Fig. 7 für die Legierung TZM
hervorgeht, deren Härte in Abhängigkeit von der Temperatur in Vergleich gestellt ist mit Metallen, aus denen das
Werkstück beispielsweise bestehen kann, etwa mit Titan, Ti-6A1-4V, Legierung "Hastelloy X" und die Superlegierung
"INCONEL" 718". Bei Temperaturen, bei denen diese und andere schwer verarbeitbaren Metalle bereits
zu fließen beginnen, bleibt das hitzebeständige Metall
des Formwerkzeugs noch fest und hart.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders wichtig,
daß das Werkstück nur während einer kurzen Zeitperiode von der Größenordnung einiger Sekunden erhöhte Temperatur
annimmt, während das Formen gerade vor sich gehto Der zeitliche Temperaturverlauf ist in Fig. 1 durch die
Kurve 63 wiedergegeben.
Bis kurz vor dem Durchgang durch die Walzen 52 und 5^
bleibt das Werkstück 50 nahezu auf Umgebungstemperatur. Erst kurz vor Durchgang durch die Walzen tritt ein
verhältnismäßig schneller Temperaturanstieg ein, bis im Bereich der maximalen Verformung des Werkstückes
durch das Formwerkzeug sich die gewünschte maximale Temperatur eingestellt hat. Im Bereich des geformten
Werkstückes fällt dann die Temperatur verhältnismäßig schnell wieder auf die Umgebungstemperatur zurück«
/26 509834/0672
Der zeitliche Temperaturablauf beim konventionellen Warmwalzen sowohl mit auf Raumtemperatur gehaltenen als
auch mit vorerhitzten Walzen ist im Vergleich zur Kurve 63 inFig, 1 anhand der Kurven 64 und 66 in Fig. 2
dargestellt· Das Werkstück 68 wird jeweils zunächst im Wärmeofen auf die Walztemperatur vorgeheizt und dann den
Walzen 70 und 72 zugeführt. Beim Durchgang des Werkstückes durch die Walzen kühlt es relativ schnell und
anschließend verhältnismäßig langsam ab. Wie die Kurven 64 und 66 in Fig. 2 erkennen lassen, behält das
Werkstück während einer relativ langen Zeitperiode eine erhöhte Temperatur.
Allein das Abkühlen während der Werkstückzufuhr zu den Walzen würde bei einer Legierung wie "Rene1 95" zum
Ergebnis haben, daß dieses Metall zum Walzen bereits zu hart wäre, selbst wenn es nochmals erhitzt werden
würde* Versuche haben gezeigt, daß Werkstücke aus der Legierung "Rene1 95" mit einem Durchmesser von
weniger als 25 mm in ihrem Querschnitt durch das konventionelle Warmwalzen nicht mehr verringert werden können,
selbst wenn die Werkstücke in Stahl eingelassen wären.
Beim Warmwalzen mit ungeheizten Walzen tritt während der Phase maximaler Verformung eine in Fig. 2 mit der
Kurve 64 angedeutete Abkühlung ein, die mehrere hundert Grad unterhalb der gewünschten WalztemperaBur
betragen kann. Dies bedeutet, daß mit diesem konventionellen Walzverfahren schwer verarbeitbare Metalle überhaupt nicht
geformt werden könnten.
Dieser Abkühleffekt stellt sich als besonders problematisch dar, wenn dünne Querschnitte geformt werden sollen, da der
Abkühlungseffekt den gesamten Querschnitt erfaßt. Sobald dies eingetreten ist, läßt sich ein Werkstück nicht mehr
formen, selbst wenn es aus einem Metall wäre, welches mit
S0983Ü/Ö672
/27
konventionellen Pormgebungsverfahren bei einem dickeren Querschnitt noch formbar wäre,
Fig. 3 zeigt die geringstmögliche Auswalzdicke beim Walzen der Titanlegierung Ti-6A1-4V mit 25#iger Dickeriänderung
beim erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich
zu den konventionellen Formgebungsverfahren« Diese Grenzdicke beträgt beim üblichen Warmwalzen, wie die
Kurve 73 in Fig. 3 zeigt, etwa 2,5 mm. Dünnere Walzungen lassen sich nicht herstellen, da sonst infolge des Ab—
kühlungseffektes im Werkstück Rißbildung an der Oberfläche
auftritt. Beim Warmwalzen mittels vorgeheizter Walzen läßt sich eine Mindestdicke von lediglich
1,25 mm erzeugen, wie die Kurve 7^ in Fig. 3 veranschaulicht.
Diese Dicke läßt sich ebenfalls nicht unterschreiten, da sonst eine Oberflächenverunreinigung
infolge der Vorerhitzung eintritt.
Im Vergleich hierzu läßt sich, wie die Kurve 75 in Fig. zeigt, diese Legierung nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren auf weniger als 0,125 mm auswalzen. Im Vergleich zu den üblichen Formgebungsverfahren bedeutet
dies, daß sich um eine Größenordnung dünnere Formstücke als bei den bekannten Verfahren herstellen lassen,
so daß sich das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise zum Formen von Turbinenschaufeln gemäß Fig, 35
besonders gut eignet, bei denen sich der Flügelquerschnitt in extrem dünne Profilvorder- und Hinterkanten zuspitzen
muß.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren kommt weiterhin eine besondere Bedeutung zu, als die Anzahl der Walzgänge
bzw. Walzkaliber für eine gegebene Dicken- oder Querschnitt sminderung im Vergleich zu üblichen Formgebungsverfahren
besonders niedrig ist. Dies wirkt sich auf die
509834/0672 /28
MikroStruktur in Richtung erhöhter Zugfestigkeit, Scherfestigkeit, Bruchzähigkeit und Ermüdungsfestigkeit
aus.
Dabei lassen sich Dickenminderungen von wenigstens 50$,
aber auch von 100$ bei der Formung von Tragflächenprofilen
gemäß Fig. 36 erzielen»
Die je nach Anzahl der Walzgänge bzw. Walzkaliber insgesamt erreichbare Dickenminderung zeigt Fig. 4 bei
einer Formung durch Warmwalzen im Vergleich zur Formung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, Hierbei bezieht sich
die Kurve 78 auf die beim Warmwalzen erreichbaren Dickeneinzüge bis zu einer gesamten Dickenminderung von 86%,
wohingegen die Kurve 76 erkennen läßt, daß mit einem einzigen Walzgang nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
ein Dickeneinzug von 86$ erreicht werden kann. Dabei
ist der Dickeneinzug pro Walzgang beim konventionellen Warmwalzen auf maximal 20$ beschränkt.
Um beispielsweise ein 12,5 mm dickes Werkstück auf eine
Dicke von 1,75 mm auszuwalzen, sind beim konventionellen Warmwalzen insgesamt neun Walzgänge im Vergleich zu einem
Walzgang beim erfindungsgemäßen Verfahren erforderlich. Dabei darf mit Rücksicht auf Korngrößenerhöhung die
prozentuale Verformung pro Walzgang beim Warmwalzen nicht überschritten werden. Andererseits führt diese
geringe Verformung zusammen mit dem wiederholten Aufheizen des Werkstückes zu einer Kornvergrößerung und
zu einer Schwächung des Materials.
/29 50 9834/067 2
Aus Pig· 6 geht der auf die Breiteneinheit des Werkstückes
bezogene, für eine vorgegebene Dickenminderung erforderliche Walzendruck hervor. Dabei bezieht sich die Kurve 80 auf den
beim Warmwalzen/Sär Raumtemperatur gehaltenen Walzen
erforderlichen Walzdruck und dieKurve 82 auf den beim Warmwalzen mit vorgeheizten Walzen erforderlichen Walzdruck.
Hierbei kann der Walzdruck beim Warmwalzen unter Verwendung ungeheizter Walzen die Festigkeit des Formwerkzeugs
erreichen oder sogar u.U. überschreiten« Typisch für dieses
bekannte Verfahren ist, wie die Kurve 80 zeigt, ein hoher Druckanstieg bei nur geringer Zunahme der Dickenminderung.
Ein Verformungsgrad, der zu einer Verbesserung der Mikrostruktur
beispielsweise zu einer Verringerung der Korngröße führt, läßt sich mit diesem Verfahren überhaupt nicht
erreichen.
Im Gegensatz hierzu zeigt die Kurve 84 in Fig. 6 den
erforderlichen spezifischen Walzdruck in Abhängigkeit von der prozentualen Dickenminderung beim erfindungsgemäßen
Verfahren für das Formen der gleichen Titan-Legierung Ti-6AI-4V mit vergleichsweise etwas höherer Temperatur.
Das Verhältnis Walzdruck zu Dickenminderung ist hierbei um ein Mehrfaches größer als das gleiche Verhältnis bei
den bekannten Formgebungsverfahren (Kurven 80 und 82 in Fig· 6)β Wenn auch theoretisch vorgeheizte Walzen größere
Dickenminderungen pro Walzengang ermöglichen, wird in der Praxis von dieser Möglichkeit kein Gebrauch gemacht,
da, wie Erfahrungen gezeigt haben, die Temperaturerhöhung durch Zunderbildung und Verunreinigung am
Werkstück bzw. durch die Festigkeitseigenschaften des Formwerkzeuges begrenzt ist.
Ein Vergleich der Kurven 82 und 84 in Fig« 6 zeigt, daß
durch Vorheizen der Walzen nach dem Fischer-Verfahren (entsprechend in der Kurve 82) lediglich eine 50£ige
Einsparung des Walzdruckes erreicht wird, so daß
andererseits für eine Dickenminderung von 20# beim konventionellen
Warmwalzen 12 450 kg/cm im Vergleich zu weniger als
1 800 kg/cm beim erfindungsgemäßen Verfahren erforderlich sind«
Die Dickenminderung wird weiterhin beim konventionellen Warmwalzen
durch das Walz-Breiten ("roll flattening»·) begrenzt,
welches umso stärker auftritt, je mehr die Walzen, etwa nach dem Fischer-Verfahren, aufgeheizt sind. Im Gegensatz
hierzu gleicht die beim erfindungsgemäßen Verfahren auftretende
lokalisierte Temperaturerhöhung jedes Breiten aus und erlaubt das Auswalzen von Pormstücken zu Folien.
Das Breiten wird weiterhin nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
dadurch gering gehalten, als Streckgrenze und Elastizitätsmodul des hitzebeständigen Metalls, aus dem
die Formwerkzeuge bestehen, selbst bei Temperaturen im Bereich von 1 093 bis 1 204°C und höher erhalten bleiben.
Die verschiedenen Parameter, die beim Walzen von Metall nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einzuhalten sind,
ändern sich naturgemäß je nach dem Anwendungsfall. Angewendet wurden nach diesem Verfahren die folgenden
Werte:
Spannungen bis zu 15 Volt, Stromstärke zwischen 3 500 und 20 600 Amp,, Walzdrücke zwischen 3 800
und 15 000 kg bei rotierenden Formwerkzeugen von 2,5 bis 5 cm Breite, Walzgeschwindigkeit
von 5 bis 50 cm/min, Vorschubgeschwindigkeiten
bis zu 5 600 kg und Zugkräften in Richtung des Vorschubes bis zu 2 600 kg.
SO-9834/0672
Eine Verringerung der Walzgeschwindigkeit führt zu einem stärkeren Fliessen im Werkstück, wodurch für eine
gegebene Gesamt-Dickenminderung die Anzahl der Walz— gänge verringert werden kann« Vom wirtschaftlichen Standpunkt
können für bestimmte Anwendungsfälle geringere Walzgeschwindigkeiten
von Vorteil sein. Auch führen geringere Walzgeschwindigkeiten aufgrund des stärkeren Fliessens
im Metall und der geringeren Verformung u.U. zu Formst ücken besserer Qualität,
Die Verwendung eines Schmiermittels kann in vorteilhafter Weise zur Folge haben, daß ein Anhaften der Formwerkzeuge
als auch der Führungs- und Vorschubwalzen am Werkstück verhindert wird, daß das Fließen des Metalls in seitlicher
Richtung gefördert und unerwünschte Dehnung des Werkstückes verringert wird«.
Als Schmiermittel eignen sich besonders gut Graphitf
locken«, Wichtig ist, daß das Schmiermittel den Stromfluß durch die Formwerkzeuge und das Werkstück nicht verändert
oder beeinträchtigt.
Auch darf das Schmiermittel nicht die Tendenz aufweisen, an den Formwerkzeugen zu haften oder die Güte des Werkstückes
zu mindern. Es soll weiterhin vom Werkstück leicht entfernt werden können, ohne daß hierzu besonders geschulte
Arbeitskräfte erforderlich sind.
Als ein weiteres . Schmiermittel hat sich fein verteiltes
Wolfram-Pulver (mit einer Teilchengröße von etwa einem Mikromillimeter) erwiesen, welches in einem Kunststoffbindemittel
eindispergiert ist.
60983.4/0872 '/32
Graphitflocken haben sich als Schmiermittel besonders
geeignet erwiesen beim Formen von Stahl und Eisen sowie von
Superlegierungen auf der Basis von Kobalt oder Nickel, da diese Materialien durch Graphit leicht zum Schmelzen gebracht
werden können·
In Anwendungsfällen, in denen Graphit nicht verwendet werden
kann, haben sich silberflocken als ein gutes Schmiermittel
erwiesen«
Bedingt durch die kurzen Zeitintervalle, in denen das Werkstück eine erhöhte Temperatur annimmt, ist eine
Schutzgasatmosphäre für das Werkstück nicht erforderlich. Es kann jedoch von Vorteil sein, die Flächen, in denen
das Walzen stattfindet, zuvor mit einem Schutzgas, beispielsweise Argon, zu reinigen, damit kein Schmiermittelverlust
infolge Osidationseinwirkung eintritt, —
Der Gesamtaufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Formen metallischer Werkstücke ergibt sich aus den Figuren und 9· Die hierin gezeigte Vorrichtung 90 umfaßt eine Oberwalze
92 und eine Unterwalze 94» die gleichzeitig Elektroden für den elektrischen Stromfluß durch das Werkstück sind.
Die Unterwalze 94 ist auf einer unteren Antriebswelle 96
befestigt, die ihrerseits vierfach gelagert und von Lagergehäusen 98a bis 98d umgeben ist. Diese Lagergehäuse
sind in einem Untergestell 100 befestigt, welches mittels vier Säulen 102 am Boden abgestützt ist«
In ähnlicher Weise ist die Oberwalze 92 auf einer oberen Antriebswelle 104 befestigt, die ihrerseits in einem
Obergestell 106 vierfach gelagert und von Lagergehäusen 108a bis 108d umgeben ist. Das Obergestell 106 läßt sich
/33 509834/0672
entlang der sich bis nach oben erstreckenden Säulen 102 '
in vertikaler Richtung in bezug auf die Unterwalze verschieben,
über einen am Obergestell 106 angreifenden hydraulischen
Zylinder 109 wird auf die Oberwalze 92 der für das Walzen erforderliche Walzdruck - beim Ausführungsbeispiel 11 250 kg aufgedrückt,
mit dem dann die Oberwalze 92 gegen die Unterwalze 94 gepreßt wird.
Die als Elektrode wirkende Oberwalze 92 ist über Stromkollektoren
110a und 110b sowie über eine Sammelschiene mit dem einen Pol der elektrischen Stromquelle verbunden,
während die als Elektrode wirkende Unterwalze 94 in
entsprechender Weise über Stromkollektoren Il4a und Il4b
sowie über eine Sammelschiene 116 mit dem anderen Pol der Stromquelle verbunden ist.
Die Dimensionen der Walzen hängen an sich von Profil und Dimension des zu formenden Werkstückes als auch von dessen
physikalischen Eigenschaften ab. Im Ausführungsbeispiel der Fig, 8 und 9 haben die Walzen jeweils einen Durchmesser
von etwa 30 cm und eine Breite von 5 cm und bestehen aus TZM-Molybdän-Legierung,
Werkstück und ggf, vorhandene Hilfswerkzeuge werden
zwischen der Ober- und Unterwalze 92, 94 durch ein Pührungssystem 118 geführt, welches aus oberen und
unteren Längsschienen 120a bis 12Od besteht, die wiederum
durch Querträger 122a bis 122h und durch vier die Säulen umgebende Durchführungen versteift sind, von denen lediglich die Durchführungen 124a und 124b in der Zeichnung
dargestellt sind. Mittels der Durchführungen 124a und 124b
läßt sich das Pührungssystem 118 entlang der Säulen 102
in vertikaler Richtung bewegen.
§09834/0672
Zwischen den oberen und unteren Längsschienen 12Oa und 12Od des Führungssystems 118 ist ein aus drei Klemm- oder Führungswalzen
bestehender hinterer Walzensatz angeordnet.
Von den drei Walzen ist in Fig. 8 lediglich die Walze 126 sichtbar. Die übrigen Walzen befinden sich auf seitlichem Abstand hiervon.
Von den drei Walzen ist in Fig. 8 lediglich die Walze 126 sichtbar. Die übrigen Walzen befinden sich auf seitlichem Abstand hiervon.
Jede dieser Führungswalzen 126 ist um eine vertikale Achse in einem Halter 128 drehbar gelagert,, Jeder Halter
ist wiederum zwischen der oberen Längsschiene 120c und der unteren Längsschiene 120d gleitbar aufgenommen und
läßt sich in Richtung der Längsschienen in bezug auf die Ober- und Unterwalzen 92 bzw. 94 vor- oder zurückschieben,
um unterschiedlich großen Werkstücken bzw. Hilfswerkzeugen angepaßt werden zu können.
Jede der Walzen 126 des hinteren Walzensatzes läßt sich durch eine am jeweiligen Halter 128 angreifende Stellschraube
130 einstellen, die durch vertikale Abstandshalter 132 hxndurchgeschraubt sind und mittels einer
Kontermutter 134 festgelegt werden können. Die Walzen lassen sich dadurch in Richtung des Pfeiles 136 durch
Verdrehen der Stellschraube 130 vor- bzw, zurückversetzen.
Mit diesem hinteren Walzensatz wirkt ein ebenfalls aus drei Klemm- oder Führungswalzen I38 bestehender vorderer
Walzensatz auf der entgegengesetzten Seite der durch Ober- und Unterwalze zu legenden Ebene zusammen. Die
Walzen 138 dieses vorderen Walzensatzes sind um vertikale Achsen in Haltern 140 drehbar aufgenommen, wobei die
Halter l40 zwischen der oberen Längsschiene 120a und der unteren Längsschiene 120b des Führungssystems 118
verschiebbar angeordnet sind.
/35 609834/0672
An den Haltern 14O für den vorderen Walzensatz greifen
die Kolbenstangen 150 von drei hydraulischen Zylindern l44a.
bis 144c an, wodurch der vordere Walzensatz hydraulisch gegen den hinteren Walzensatz in Richtung des Pfeiles
angepreßt werden kann. Das Zylindergehäuse 146 eines jeden Zylinders ist hierbei an der Außenseite von die
obere Längsschiene 12Oa und die untere Längsschiene 120b auf vertikalen Abstand haltenden Blöcken 148a bis l48e
befestigt, die wiederum von den Kolbenstangen 150 durchsetzt sind. . " ; .
Der Klemm- oder Führungsdruek durch diese vorderen und
hinteren Walzensätze hält sich in der Größenordnung des Walzdruckes, der von der Oberwalze 92 auf das Werkstück
ausgeübt wird, was ausreicht, um das Werkstück und ggf. die hiermit in Anlage befindlichen Hilfswerkzeuge
sicher durch die Vorrichtung zu führen«
Das Führungssystem 118 wird auch dann verwendet und läßt sich
auch dann entlang der Säulen 102 nach oben oder unten verlagern, wenn bei besonderen Anwendungsfällen der Walzvorgang
ausschließlich mittels der Oberwalze 92 durchgeführt wird, wobei dann die Unterwalze 94 als Auflagefläche
für das Werkstück und £ür ein ggf· vorhandenes Hilfswerkzeug
dient.
Werden dagegen beide Walzen 92 und 94 zur Formgebung
beispielsweise zum gleichzeitigen Formen der oberen und
unteren Querträger eines I-Profils verwendet, wird das
Führungssystem II8 in eine vertikale Schwxmmstellung
gebracht, und in dieser Stellung wird es durch Gegengewichte
stabilisiert.
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Die Stromstärke des durch die Walzen und durch das Werkstück fließenden elektrischen Stromes wird mittels eines
in Fig. 10 schematisch dargestellten Steuerkreises 156 laufend überwacht und nachgestellt.
Der Steuerkreis I56 arbeitet nach dem Prinzip der
Rückkopplung. Ein Meßfühler 158 nimmt die an der .:.
Walzstelle auftretenden Meßwerte auf und gibt den so gewonnenen Ist-Wert für die gerade vorliegenden Walzbedingungen
an eine Stufe, die einen Vergleich mit dem vorgegebenen Soll-Wert vornimmt. Bei Abweichung
vom Soll-Wert wird ein Fehlersignal erzeugt, und dazu benutzt, um die Stromstärke durch das Werkstück entsprechend
nachzuregeln, bis sich die vorgegebene Walzbedingung eingestellt hat.
Im Ausführungsbeispiel ist der Meßfühler 158 als Strahlungspyrometer
ausgebildet und, wie in Fig». IO mit gestrichelten Linien bei 160 angedeutet, auf die
Walzstelle am Werkstück ausgerichtet. Durch Verwendung eines Pyrometers mit besonders enger Einfallsbündelung
lassen sich Streueffekte, die zu entsprechenden elektrischen Teilsignalen führen würden, weitgehend ausschalten.
Das Ausgangssignal des Meßfühlers 158 wird über Leitungen
162 und 164 der bereits erwähnten Vergleichsstufe 166 zugeführt, welche die vorgegebenen Soll-Werte
von einer Programmsteuerung oder Datenbank 168 zugeführt erhält·
Die Vergleichsstufe I66 ist mit ihrem Ausgang über eine
Leitung 170 an eine Steuereinheit 172 angeschlossen, die die eigentliche Stromquelle 173 für die Walzen 92 und 94
in ihrer Stromstärke regelt.
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Die Aufgabe des Steuerkreises 156 besteht darin, die
Stromstärke des das Werkstück passierenden elektrischen Stroms so zu regeln, daß sich im Werkstück eine konstante
oder innerhalb bestimmter Grenzen annähernd konstante Temperatur einstellt.
Die Ausbildung des Meßfühlers 158 ist nicht auf Strahlungspyrometer
beschränkt. Es können auch andersartig ausgebildete Detektoren und Meßfühler verwendet werden, wie
sie beispielsweise in der U.S,-PS 3 644 698 aufgezeigt
sind.
In ähnlicher Weise wird in einem hier nicht näher erläuterten Steuerkreis der Walzdruck gemessen und jeweils
nachgeregelt, zu welchem Zweck ähnlich wie beim Steuerkreis für die Messung der Temperatur eine Rückkopplungsschleife
vorgesehen ist, die Abweichungen des momentanen Walzdruckes von dem durch einen Prozessrechner
vorgegebenen Soll-Wert erfaßt und den hydraulischen Zylinder 109 entsprechend nachstellt.
In einigen Anwendungsfällen wird das Werkstück durch
die Vorrichtung nach den Pig. 8 und 9 durch Rotation
der Ober- und ünterwalze (Pfeile 176a und 176b in
Fig. 9) in Richtung des Pfeiles 178 vorgeschoben.
Es ist aber auch denkbar, die Walzen freilaufend anzuordnen und das Werkstück mittels eines in der Zeichnung
nicht dargestellten hydraulischen Zylinders von der Frontseite aus zu ziehen.
Sollen dagegen am fertiggeformten Teil keine Zugkräfte angreifen, ist es in entsprechender Weise denkbar,
das Werkstück an dem noch nicht geformten Ende in Richtung der Walzen vorzuschieben. Diese Art des Werkstück-Vorschubs
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verhindert den bei Querschnittsminderungen von mehr als 50$ auftretenden Schlupf zwischen Werkstück und Walzen
und kompensiert insbesondere im Betrieb mit mehreren Walzgerüsten die dann auftretende Dehnung. Da das Werkstück
bis zum Erreichen der Walzen im wesentlichen Umgebungstemperatur aufweist, können bei dieser Vorschubart
hohe Druckkräfte angewendet werden.
Die Arbeitsweise mit freilaufenden Walzen und Werkstückvorschub eignet sich dann besonders, wenn die Querschnittsminderungen
bis nahezu 100$ erreichen sollen. Verfahrensmäßig kommt diese Arbeitsweise dem Strangpressen
sehr nahe, wobei die umlaufenden Walzen dann die Funktion der Preßstempel übernehmen.
In gewissen Anwendungsfällen ist auch die Kombination
einer am geformten Ende des Werkstücks angreifenden
Zugkraft und einer am ungeformten Ende angreifende«Druckkraft bei freilaufenden Walzen möglich, was das Breiten
des Werkstückmetalls fördert, andererseits aber auch ein Abweichen von der Geradlinigkeit während des
Walzens weitgehend verhindert.
Im Falle, daß die Oberwalze und/oder die Unterwalze angetrieben werden, wird ein in der Zeichnung nicht dargestellter
Antriebsmechanismus verwendet, wie er in der US-Pätentanmeldung Ser,Noa 426 564 beschrieben ist.
Die in Fig. 11 dargestellte Vorrichtung 182 zum Walzen metallischer Werkstücke unterscheidet sich von der Vorrichtung
182 nach den Fig. 8 und 9 durch einen zusätzlich vorgesehenen Werkstückvorschub. Dieser Werkstückvorschub
enthält eine obere Rolle 184 und eine untere Rolle sowie eine Oberwalze 190 und eine Unterwalze 192,
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Die Schubrollen 184 und 186 sind auf quer zur Vorschubrichtung
gelagerten, gegenläufig angetriebenen Antriebswellen 194 und
196 befestigt. Die Umfangsflachen der Schubrollen 184
und 186 sind zweckmäßigerweise geriffelt oder aufgerauht, um das Werkstück 188 reibschlüssig in Richtung der Walzen
190 und 192 vorzuschieben.
Im Ausführungsbeispiel der Fig.. 11 ist die Vorrichtung zusätzlich mit einer für manche Anwendungsfälle zweckmäßigen Stufe zur Vorerhitzung des Werkstückes versehen.
Zwischen den Schubrollen 184 und 186 und den Walzen 19O, sind auf beiden Seiten des Werkstückes 188 zwei Rollenelektroden
202a und 202b vorgesehen, die über Leitungen 200a und 200b mit zwei Wechselstromquellen 198a,
198b verbunden sind, die wiederum ihrerseits an die Zuleitungen der Stromquelle für die Walzen über Leitungen 204a,
204b angeschlossen sind.
Es ergibt sich hieraus ein elektrischer Kreislauf zum Vorerhitzen des Werkstückes, der durch die Stromquelle 198a,
die Leitung 204a, die Oberwalze 190, das Werkstück 188, die Rollenelektroden 202a und die Leitung 200a gebildet
wird. Ein zweiter Kreislauf zum Vorerhitzen schließt die
Stromquelle 198b ein. Eira in der Zeichnung nicht dargestellte Steuerschaltung reguliert die Temperatur,"auf die das
Werkstück vorerhitzt wird.
Im Ausführungsbeispiel der Pig, 11 sind die Stromquellen kombiniert mit Wechselstrom und mit Gleichstrom
betrieben. Denkbar sind Stromquellen, die entweder nur mit Gleichstrom oder nur mit Wechselstrom betrieben
werden. Auch ist eine Zusammenfassung der Stromquellen für die Vorerhitzung und für den Durchgang durch die
Walzen möglich.
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Im Ausführungsbeispiel der Pig· 12A und 12B werden die
in Fig. 8 und 9 als Klemm- und Führungswalζen 126 und 138
verwendeten Walzen als Formwalzen zum Formen von Trägern mit Z-förmigem Querschnitt benutzte
Als Ausgangsmaterial für das Werkstück 210 dient Blech mittlerer bis größerer Dicke, Bei diesem Formvorgang
müssen Hilfswerkzeuge 212 eingesetzt werden. Diese bestehen
aus zwei Anlageschienen 214 und 216, die beidseitig der Werkstückoberfläche angeordnet sind und eine solche Breite
aufweisen, daß die abzubiegenden Profilteile 217 nach oben Und unten vorstehen. Die Anlageschienen 214 und 216
werden in der ersten Formstufe gemäß Fig. 12A jeweils von zwei Adapterschienen 218 und 220 aufgenommen. Diese
Adapterschienen werden durch Flansche 222, 224, 226 und 228 geführt, die an den Ober- und Unterseiten beider
Formwalzen 126, 138 vorgesehen sind und radial" vorstehen, wodurch die Adapterschienen 218 und 220 in axialer bzw.
in vertikaler Richtung festgelegt sind.
Eine formschlüssige Verbindung zwischen den Anlageschienen 214 und 216 mit den Adapterschienen 218 und 220
erfolgt durch in den Anlageschienen vorgesehene Aussparungen 234 und 236, die, wie Figo 12A zeigt, so angeordnet
sind, daß auch die Anlageschienen 214, 216 in axialer bzw. vertikaler Richtung gesichert sind.
Das Material, aus dem die Hilfswerkzeuge 212 hergestellt sind, hängt von dem besonderen Anwendungsfall ab. Erfolgreich
verwendet wurden Hilfswerkzeuge aus 1020-Flußstahl
und, bei besonderen Anforderungen, oberflächengehärteter Flußstahl, dessen dem Werkstück zugekehrte Seite mit
einer Legierung "STELLITE Nr. 6" oder mit der Legierung "STOODY Nr. 6" versehen wurde. Werden noch höhere
Festigkeitseigenschaften des Hilfswerkzeugs gefordert,
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eignen sich Molybdän und seine Legierungen, beispielsweise die Legierung "TZM" als Material für das Hilfswerkzeug.
Auch kann in besonderen Anwendungsfällen das Hilfswerkzeug aus hitzebeständigem Metall hergestellt
sein.
Verwendet wurde auch Flußstahl mit eingelagertem Molybdän
oder dessen Legierung sowie mit aufplattierter Chromschicht von einer Dicke von 0,025 mm oder weniger. .
Während der ersten Formstufe zum Formen von Trägern
mit Z-förmigem Querschnitt gemäß Fig. 12A werden die
freistehenden Ränder 217a und 217b des Werkstücks 210
in entgegengesetzte Richtungen um 90° abgebogen, wie dies mit gestrichelten Linien in Fig. 12A veranschaulicht ist·
Dies erfolgt während des Vorschubes sowohl des Werkstückes als auch des Hilfswerkzeugs 212 unter gleichzeitiger
Anwendung von Hitze und Druck durch die Walzen 92 und 94.
Der Träger nimmt seinen Z-förmigen Querschnitt dadurch an,
daß in jedem einmal nach rechts und einmal nach links, verlaufenden Walzgang die Walzen 92, 94 etwas zueinander
nähergebracht werden, bis sie die in Fig· 12A strichpunktiert dargestellte Lage eingenommen haben, in der
die Enden 27Oa und 27Ob rechtwinklig abgebogen sind und auf der oberen Fläche der Anlageschiene 214 bzw, auf
der unteren Fläche der Anlageschiene 216 flach aufliegen.
Das Werkstück hat hierbei mit seiner Innenseite der Abbiegung Kontakt mit der oberen inneren Fläche der
Anlageschiene 214, und mit der Außenfläche der Abbiegung Kontakt sowohl zur Anlageschelene 216 als auch zur
Umfangsflache der Walze 92, In entsprechender Weise
ergibt sich ein ähnlicher Kontakt der unteren Abbiegestelle. Der innere Krümmungsradius der Abbiegung wird daher durch
die Form der Anlageschiene bestimmt, während der äußere
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Krümmungsradius durch die unter Druck und Hitze erfolgende
Formung durch die Walzen 92 und 94 nahezu Null ist.
In einer sich daran anschließenden zweiten Formstufe
gemäß Fig. 12B werden die Anlageschienen 214, 216, nachdem die Adapterschienen 218, 220 entfernt worden sind, um 90°
versetzt mit einer weiteren Anlageschiene 240 zusammengefügt, wodurch ein Teil 246 des zuvor rechtwinklig abgebogenen
Endes 217 außerhalb dieser miteinander fluchtenden Außenflächen der Anlageschienen 214 und 240 nach oben vorsteht
und in den Wirkungsbereich einer gegen die Walze 92 ausgetauschten Walze 242 gelangt, die an ihrem Umfang mit
einem glatten Teil 243 und mit einem abgeschrägten Teil 244 versehen ist.
Während dieser Formstufe wird das Führungssystem 118
mit den Walzen 126 und 128 etwas weiter unten verlagert, so daß die Unterwalze 94 gegen die untere Fläche der
Anlageschiene 240 zur Anlage kommt.
Das Werkstück wird während dieser zweiten Formstufe in mehreren Walzgängen der zunehmenden Walzwirkung der
hier verwendeten Walze 242 ausgesetzt, wodurch das nach oben vorstehende Ende 246 allmählich rechtwinklig
in die in Fig. 12B mit 248 gestrichelt veranschaulichte Lage abgebogen wird« Dieses abgebogene Ende 248 legt sich
hierbei in die in der Anlageschiene 214 vorgesehene Ausnehmung 234, deren Tiefe zweckmäßigerweise der Materialstärke
des Formteils entspricht.
Auch bei dieser zweiten Formstufe wird der innere Krümmungsradius der Randabbiegung 248 durch die Form
der Anlageschiene bestimmt, während der äußere Krümmungsradius nahezu Null ist.
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Eine zur Randabbiegung 248 symmetrische Abbiegung am .
entgegengesetzten Ende 217 wird dadurch erhalten, daß
die Anlageschienen 214, 216 um 180° verdreht zwischen die Walzen 126, I38 erneut eingespannt werden und der
dann vorstehende Rand der Walze 242 ausgesetzt wird.
Beim Formen von Trägern mit.Z-förmigem Querschnitt
nach dem Ausführungsbeispiel der Pig. 12A und 12B hat . es sich als vorteilhaft erwiesen, in einem einzigen Walzgerüst
gemäß Fig. 8 und 9 mittels am geformten Ende angreifenden Zugkräften zu arbeiten und hierbei sowohl
die Formwalzen92, 94 bzw. 242 als auch die Führungswalzen 126 und 138 frei mitlaufen zu lassen«,
In ähnlicher Weise lassen sich beliebige andere Kastenoder Rechteckprofile aus Platten oder Blechmaterial
herstellen. Dabei werden die oberen und unteren Formwerkzeuge gleichzeitig eingesetzt. Sowohl die äußeren
als auch die inneren Krümmungsradien der zueinander abgebogenen Profilteile nehmen hierbei verschwindend
kleine Werte an»
Eine abgewandelte Ausführungsform zum Formen rechtwinkliger Abbiegungen ist in Fig. 15 dargestellt. Das anfangs
nach oben vorstehende freie Ende 216 des zwischen den Anlageschienen 256 und 258 eingespannten Werkstückes 262
wird hierbei durch eine Formwalze 254 mit glatter Außenfläche in die in Fig. 15 dargestellte Lage niedergewalzt.
Die der Walze 254 gegenüberliegenden oberen Flächen der Anlageschienen 256 und 258 sind hierbei geringfügig versetzt
angeordnet und mit Streifen 264 und 266 aus isolierendem Material belegt, was zur Folge hat, daß der
Strompfad, wie in Fig. I5 mit Pfeilen angedeutet, lediglich
die Abbiegestelle erfaßt, dagegen in den angrenzenden Bereichen der Anlageschienen 256 und 258 kein Stromfluß
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zustandekommt. Der Bereich maximaler Temperaturentwicklung beschränkt sich dabei auf die unmittelbare Verbindung
der Profilteile 260 und 268, welche rechtwinklig zueinander abgebogen werden sollen.
Als Isoliermaterial für die Streifen 264 und 266 hat sich Fiberglas als ausreichend erwiesen.
Bei Verwendung derartiger Isolierstreifen muß allerdings die Andrückkraft der Walze 254 genau gemessen werden,
damit ein zu hoher Walzdruck keine Zerstörung der Isoliereigenschaften und damit Kriechströme außerhalb des
vorgesehenen Strompfades hervorrufen kann. Andererseits darf der Walzdruck auch nicht zu niedrig gehalten werden,
da sonst infolge allein durch elektrischen Kontakt hervorgerufene lokale überhitzung Werkstück und Hilfswerkzeug
in ungünstiger Weise zusammenwirken.
Für bestimmte Anwendungsfälle ist es von Vorteil, wenn
das zu verformende Werkstück bereits vorgeformt ist, wodurch die Anzahl der Walzgänge reduziert wird.
Das Vorformen wird zweckmäßigerweise durch an sich bekannte Preßstempel oder mittels ungeheizter Walzen
vorgenommen, wodurch benachbarte Abschnitte bogenförmig ineinander übergehen und zueinander einen Winkel
bilden. Der bogenförmige übergang hat einen Krümmungsradius,
der ein Mehrfaches der Blechstärke ist. In dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sich anschliessenden
Walzvorgang wird dann dem Werkstück die endgültige Form verliehen und der Krümmungsradius weitgehend
reduziert·
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Wird beispielsweise zur Formung eines handelsüblichen Trägers mit Z-förmigem Profil von etwa 2 mm dickem
Blech aus Alpha-Beta-Ti-6A1-4V- und Ti-6A1-6V-2SN-Titan^.
legierung ausgegangen und hierbei die in Fig« 12A dargestellte Vorrichtung benutzt, so ergeben sich vier Walzstufen,
um das fertige Profil zu formen: in den beiden ersten Walzstufen wird jeweils die eine der beiden
sich dem Mittelsteg anschließenden .Abbiegungen und in
der dritten und vierten Walzstufe die äußeren Abbiegungen
geformt.
Für jede Abbiegung werden zwei Walzgänge benötigt· Im
ersten Walzgang werden die Walzen auf die in Fig. 12A
in voll ausgezogenen Linien dargestellten freien Schenkel 217 ausgerichtet, während im zweiten Walzgang
die obere Walze 92, wie strichpunktiert in Fig. 12A angedeutet, etwas nach links und die untere Walze 94
etwas nach rechts verlagert sind.
Die Verfahrensparameter sind hierbei wie folgt gewählt: Wälzgeschwindigkeit: 25 cm/min
Walzdruck: 450 kg. im 2, Walzgang
Werkstück-Temperatur: 84"3 - 87O°C
Es ergibt sich hierdurch ein innerer Krümmungsradius der Abbiegung entsprechend dem äußeren Kantenradius
der Hilfswerkzeuge von 0,25 mm. Der Außehradius der
Abbiegung ist ebenfalls sehr klein.
Die Mikrophotographie in Fig, 13 veranschaulicht den
Bereich der so geformten Anbiegung eines Bleches aus
Ti-6A1-4V-Legierung von 1,5 mm Dicke· Die Mikrophotographie veranschaulicht deutlich die relativ kleinen und gleichmäßigen
Krümmungsradien und den stromlinienförmigen
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Verlauf der Materialansammlung entlang der Abbiegung.
Dieser stromlinienförmige Verlauf bringt im Vergleich |
zu Formteilen, die durch Strangpressen geformt worden sind, eine erheblich höhere Ermüdungsfestigkeit mit/
sich« Dauerschwingversuche an Formteilen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden
sind» haben ergeben, daß das Probestück bei einer Belastung von mehr als 6300 kg/cm Zehnmillionen Lastspiele
oder Schwingungen überstanden hat, ohne Schaden aufzuweisen. Dabei ergaben sich Verringerungen der
normalen Festigkeit in der Größenordnung von 18#,
die einer 8 bis !Obigen Materialverstärkung im Bereich
der Ecken zuzuschreiben ist.
Fig. 14 veranschaulicht die Bedeutung kleiner innerer und äußerer Krümmungsradien bei Abbiegungen von Trägern
mit Z-förmigem Querschnitt aus Titanlegierungen. In dieser graphischen Darstellung beziehen sich die
Kurve 272 auf die Gewichtseinsparung, die sich bei einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geformten
Abbiegung 274 ergibt. Der innere Krümmungsradius kann hierbei durch Spanabhebende Bearbeitung weiterhin
verringert werden« Die Kurve 276 bezieht sich auf eine um etwa 17£ größere Gewichtseinsparung, wenn im Rahmen
des erfindungsgemäßen Verfahrens die Außenflächen der
Abbiegung 278 rechtwinklig und scharfkantig aufeinanderstoßen, d,h. der äußere Krümmungsradius nahezu Null ist.
Die Probestücke mit Z-förmigem Querschnitt, für die Kurven 272 und 276 gewonnen wurden, waren auf 23 mm
Breite und 1,25 mm Dicke mit Ti-6A1-4V legiert.
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Wie in Pig. 14 die Kurve 272 weiterhin erkennen läßt, verringert sich die Einsparung an Gewicht und Größe, je
mehr vom idealen scharfkantigen Biegeprofil 278 verfahrensmäßig abgewichen wird, d.h. je mehr die Merkmale
des Warmwalzens mit aufgeheizten Walzen, des konventionellen Warmwalzens oder der Kaltverformung vorherrschen.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich nicht nur zur
Verformung von Flachstahl und Blech anwenden, sondern auch zur Formung von Radialflarischen an zylinderformigen
Formteilen aus Flachstahl oder Blech, wie dies die Fig. 16 und 17 veranschaulichen.
Die in Fig. 16 gezeigte Vorrichtung 282 zum Anformen von Flanschen an einem zylinderförmigen Formteil 290
unterscheidet sich von den vorherigen Ausfuhrungsformen
dadurch, daß anstelle des Führungssystems für das Werkstück eine als Auflagetisch 284 ausgebildete Platte
vorgesehen ist.
Das mit Flanschen zu versehende zylinderförmige "Werkstück
290 ist zwischen einem kreissegmentformigen äußeren
Richtwerkzeug 292 und einem kreissegmentformigen inneren
Richtwerkzeug 288 eingespannt und ggf. durch in der Zeichnung nicht dargestellte Schraubbolzen gesichert·
Das innere Richtwerk 28$ ist mit einer oberhalb der.
Auflagefläche 284 vorgesehenen Welle 286 verbunden. Beide Richtwerkzeuge 288 und 292 sind mit Abstand zur
Auflagefläche 284 angeordnet. Nach oben und nach unten ragt ein Randstreifen des zylinderförmigen Werkstückes
vor, der zum Formen der Flansche verwendet wird.
Das Formen der Flansche erfolgt durch öruckbeaufsohlagte,
unter Stromfluß stehende Walzen 294 und 296, und zwar
dadurch, daß die vorstehenden Randstreifen des zylinderförmigen
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Werkstückes auf der Ober- und Unterseite des äußeren Richtwerkzeuges 292 rechtwinklig zum Umfang des zylinderförmigen
Werkstückes plattgewalzt werden«
Hierdurch ergibt sich am Außenumfang des zylinderförmigen Werkstückes ein U-Profil, wie in der Photographie in
Fig. 17 veranschaulicht. Das zylinderförmige Werkstück
hat dabei einen Durchmesser von 22,5 cm, eine Breite von 6,25 cm und eine Stärke von 2,25 mm.
Das radial nach außen gerichtete Plattwalzen der Plansche
läßt sich in besonders einfacher Weise durch Walzen herbeiführen, die gemäß Fig. 12B an ihrem Umfang schräg
angeschnitten sind, wodurch sich der radial nach außen gerichtete Materialfluß ergibt. Nach jeder vollen
Umdrehung des Werkstückes werden dabei die Walzen 294,
296 um ein gleichbleibendes Stück in radialer Richtung nach außen versetzte Insgesamt vier Umdrehungen des
Werkstückes genügen, um die U-förmigen .Flansche zu formen.
Die Betriebsparameter ergeben sich wie folgt;
Walzgeschwindigkeit: 15 cm/min
Walzdruck5 585 kg
Werkstück-Temperatur; 955°C
Die inneren Krümmungsradien der so gebildeten Flansche waren extrem scharfkantig und betrugen weniger als
0,125 mm. Dabei erzeugte das beim Formen radial nach innen verdrängte Metall des Werkstückes ausgesprochene
rechteckförmige Ecken mit rasiermesserscharfen Graten
an den äußeren Ecken der so.gebildeten Flansche. Eine Rißbildung konnte weder in den Ebenen der gebildeten
Flansche, noch in den Schweißnähten beobachtet werden·
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"W"
Das fertige Formteil weist hierbei eine nahezu perfekte
Verrundung (0,012 TIR) auf, welche ein Zeichen dafür ist, daß in den Ebenen, in welchen die Flansche geformt
sind, extrem niedrige Restspannungen vorhanden sind«,
Das in Fig. 17 photographisch wiedergegebene Formteil
besteht aus einer Ti-6A1-4V-Legierung von.2 mm Dicke,
Die zum Formen von Formteilen aus Flachstahl oder Blech erforderlichen
Temperaturen können etwas niedriger sein als die,
die beim Formen von Formteilen aus Stabmaterial mit den im nachfolgenden erläuterten Verfahrensmaßnahmen notwendig
sind· So wurden Bleche aus Titan-rLegierungen (Ti-6A1-6V
und Ti-6Al-6V-2Sn) bei Temperaturen von weniger als
815 bis 843°C mit inneren Krümmungsradien versehen, die kleiner als 1/4 der Blechdicke ausgefallen sind· Im Vergleich dazu ist eine Temperatur von etwa 1 26O0C beim
Formen von Formteilen aus 'Stabmaterial der gleichen Legierungen erforderlich. Diese freie Wahl der Walztemperaturen erlaubt bei Titan-Legierungen das Arbeiten entweder
in dem-gemischten Alpha+Beta-Feld, oder im kontinuierlichen
Beta-Feld (mit verstreutem, unlöslichem Alpha-Anteil), oder im homogenen Beta-Feld - je nachdem, welche
optimalen metallurgischen und mechanischen Eigenschaften das Formteil aufweisen soll«
Ein weiteres Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen
Verfahrens besteht im Stauchen einer oder beider Kanten eines blech- oder plattenförmigen Werkstückes, um hierdurch
eine verdickte Kante von besonderer Formgebung zu erhalten, die sich in einem nachfolgenden Walzgang
zum Auswalzen von T- oder I-Profilen verwenden läßt.
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Der auf diese Weise gebildete Plansch des fertigen Formteils
kann darüber hinaus durch Stauchen und Breiten verstärkt oder dünner gemacht werden oder auf die gleiche
Stärke des Ausgangsmaterials gebracht werden.
Wie Fige 18 zeigt, läßt sich nach einem abgewandelten
Beispiel die zwischen zwei Richtwerkzeugen 304 und
nach oben vorstehende Kante eines Bleches 300 durch Stauchen in ein in Fig. 19 dargestelltes Formteil
umformen« Als Ausgangsmaterial wurde Blech von einer Dicke von 1,38 mm aus einer Superlegierung auf Nickelbasis
verwendet (Legierung "INCQNEL 718" mit der ungefähren Zusammensetzung 1952 Cr, 185? Fe, 5% Cb, 352 Mo,
0,8* Ti, 0,652 Al, Rest Nickel). Die Dicke der Richtwerkzeuge
304 und 306 betrug 9,5 mm, die Breite der Formmulde 3,12 mm und deren Tiefe 1,38 mm«
Dieser Formvorgang wurde in einem einzigen Walzgang in einer Vorrichtung nach den Fig» 8 und 9 durchgeführt,
wobei Formwalzen mit glattem Umfang von 15,6 mm Breite und 20 cm Durchmesser aus der Legierung
"TZM" verwendet wurden«
Die Betriebsparameter bei dieser Arbeitsweise waren wie folgt:
Andrückkraft: 900 kg
Temperatur: 11500C
Walzgeschwindigkeit: 13,8 cm/min Radius der Anformung: 0,88 bis 1,13 mm
Sowohl die geringe Korngröße als auch die stromlinienförmige
MikroStruktur im Metall der gestauchten Plattenkante sind deutlich in der Mikrophotographie der Fig,20
zu erkennen.
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Unter ähnlichen Versuchsbedingungen ließ sich ein Blech
aus Beryllium von 1,55 mm Dicke zwischen zwei Richtwerkzeugen stauchen und breiten« Die Plattenkante stand
hierbei 1,5 mm oberhalb der Richtwerkzeuge vor und wurde
in einem der Fig. 20 entsprechenden Querschnitt verformt. Die Betriebsparameter waren hierbei:
Andrückkraftι | 360 | kg |
Temperatur; | etwa 705 | °e |
Walzgeschwindigkeit: | 13,5 | cm |
Das Verformen von Stabmaterial zu I-Trägern ist als weiteres Anwendungsbeispiel in den Fig. 21A bis 21C
gezeigt·
Um das Werkstück beim Durchgang durch die Formwalzen
zu führen, sind auch bei dieser Arbeitsweise während der ersten beiden Formstufen (Fig. 21A und Big« 21B)
seitlich angeordnete Klemm- oder Führungswalzen erforderlich. Hierdurch sind zumindest in diesen beiden
Formstufen Richtwerkzeuge entbehrlich, so daß der Formvorgang in diesen Stufen kontinuierlich erfolgen
kann·
Die beiden ersten Formstufen gemäß Fig, 21A und 21B lassen sich auch in einer Mehrstufigen Walzbank mit
einem ersten und zweiten Walzgerüst durchführen, wobei das im ersten Walzgerüst vorgeformte Teil dem
zweiten Walzgerüst zugeführt wird«
Das Verformen eines stabförmigen Werkstückes 310 in
eine stäbchenförmige Zwisehenform 312 erfolgt mittels übereinander angeordneter Walzen 314 und 316 und
seitlich hierzu angeordneter Führungswalzen 318 und 320,
die um vertikale Achsen rotieren. Die Walzenanordnung
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entspriht etwa der Vorrichtung gemäß Fig· 8 und 9·
Die Walzen 314 und 316 weisen an ihrem Umfang eine
ballig ausgedrehte Nut 324 auf, zwischen denen das Werkstück 310 gestaucht und dabei gleichzeitig gebreitet
wird. Das seitliche Austreten des Materials während des Breitens und damit die Bildung der Zwischenform 312
wird dadurch erleichtert, daß beide Walzen 314, 316 außerhalb ihrer Nut 324 eine konische Abschrägung 322
aufweisen· Durch die ballig ausgedrehte Nut 324 ergibt sich eine bessere Führung zwischen den Walzen und
dem stabförmigen Werkstück 310,
Auch bei diesem Formvorgang wirken die Walzen 314 und als Elektroden und sind druckbeaufschlagt, so daß das
Werkstück im Bereich der Kontaktfläche mit den Walzen
plastisch wird· Da außerhalb dieses Bereiches das Werkstück kalt bleibt, findet ein Fließen des Metalls aus
der bereits plastisch verformten Zone in Längsrichtung des stabförmigen Werkstückes 310 nur in extrem: beschränkten
Ausmaß statt. Dadurch wird das seitliche Breiten, wie die rechte Darstellung in Fig, 21A wiedergibt,
gefördert, bis das seitliche austretende Metall &n den Führungswalzen 318 und 320 zum Stillstand kommt,
so daß Materialansainmlung bzw. Verdickungen im Randbereich der Zwischenform 312 vermieden wird·
Die in der Mikrophotographxe der Fig« 22 dargestellte Zwischenform 312 hat eine Breite von 32,5 mm und wurde
aus Stabmaterial von 15,7 mm Durchmesser in der erläuterten Weise ausgewalzt. Die Höchstdicke der
stäbchenförmigen Zwischenform betrug 7»25 mm und die
Mindestdicke 3,4 mm.
Die Betriebsparameter beim Formen der Zwischenform
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waren wie folgt:
Andrückkraft: 8 650 kg
Stromstärke: 12 000 Amp,
Antriebsmoment der Formwalze: 8 750 kg cm
( 7 500 inch pound)
Um das seitliche Austreten des Metalls herbeizuführen, wurde eine Vorschubkraft von ca, 1 800 kg in Richtung der Vorschubbewegung
aufgebracht. Um weiterhin das Werkstück geradlinig zu halten, wurde die Zugkraft auf 45 kg gehalten.
Die Zugkraft wurde durch einen in Richtung des Werkstückvorschubes
wirkenden hydraulischen Zylinders erzeugt, nachdem das Werkstück die Formwalzen passiert hat*
Bei der in Fig, 21B veranschaulichten zweiten Formstufe
wird unter Verwendung glatter Ober- bzw, Unterwalzen 326 bzw, 328 die stäbchenförmige Zwischenform
bis auf seitlich hervorstehende Enden glatt ausgewalzt, wodurch das Profil die in der rechten Darstellung
der Fig, 21B wiedergegebene Form erhält und hierbei im mittleren Bereich eine gleichmäßige Dickenminderung
erfährt. Dieser mittlere Bereich bildet bei der endgültigen
Formgebung den Mittelsteg eines I-Trägers«
Während dieses Auswalzens des mittleren Teils verhindern die seitlich angeordneten Führungsrollen 318 und 320
ein weiteres Breiten des seitlich zwischen Walzen und 328 austretenden Metalls, ermöglichen aber eine
Materialansammlung an den Enden, welche in der nachfolgenden letzten Formstufe zur Bildung der Querstege
für das I-Profil verwendbar ist« In der zweiten
und dritten Formstufe in der Fig, 21B und 21C sind die mit einer Nut 324 versehenen Walzen gegen glatte
Walzen 326, 328 ausgetauscht worden.
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So lange in der zweiten Formstufe vorwiegend ein seitliches Fließen des Metalls innerhalb der plastischen Zone auftritt, bleibt die Dehnung des Werkstückes verhältnismäßig
gering.
Das Auswalzen der in Fig, 22 dargestellten Zwischenform 312 in die in der rechten Darstellung der Fig, 21B wiedergegebenen
Form erfolgte mittels Walzen von 27,5 mm Breite in einem Walzgang unter den folgenden Betriebsparametern:
Andrückkraft: 9 675 kg
Zugkraft: 2 600 kg
Stromstärke: 11 000 Amp,
Bei diesem Auswalzen der Zwischenform 312 ergab sich
eine Verbreiterung des Werkstückes von 4,6 cm auf
4,75 cm. Vor dem Auswalzen hatte die stäbchenformige
Zwischenform eine Mindestdicke von 1,7 mm und eine
Höchstdicke von 3,18 mm. Nach dem Auswalzen war die
Dicke einheitlich 2,15 bis 2,35 mm.
Die dritte und letzte Formstufe zur Herstellung eines Trägers mit I-förmigem Querschnitt umfaßt das Formen
der Flansche oder Querstege des T-Trägers durch Breiten, d,h, durch Herbeiführung eines seitlichen Fließens
des Metalls aus den verdickten Enden,
Während in der zweiten Formstufe das Breiten der Zwischenform durch die Führungsrollen 318 und32O verhindert
wurde, wird dem Fließen in der dritten Formstufe kein Widerstand entgegengesetzt.
Anstelle der Führungsrollen 318 und 320 werden in
dieser Formstufe gemäß Fige 210 Richtwerkzeuge 330 und
verwendet, die eine exaktere Formgebung der Querstege des
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I-Trägers gewährleisten.
Bei der dritten Formstufe wurden die folgenden Betriebsparameter
eingestellt:
Walzgeschwindigkeit: 7»6 cm/min
Andrückkraft: 3 825 kg
Vorschubkraft? "1 690 kg
Stromstärke: . 6 000 Amp.
Fig. 23 zeigt in einer Mikrophotographie den oberen Querschnitt des nach der dritten Formstufe gemäß Fig. 21C
gewonnenen I-Trägers. Dieses Profil wurde aus einer Ti-6A1-4V-Legierung von 1,25 mm Plattenstärke mit
5 mm dicken Kanten gewonnen.
Die Breite der Formwalzen betrug in der letzten Stufe
5 cme Gewalzt wurde in zwei Walzgängen.
Die auf die Formwalzen ausgeübte Kraft betrug 5 400 kg
und die Walztemperatur 89O0C.
Im ersten Walzgang wurde die 5 mm dicke Kante auf eine Dicke von 1,8 ram heruntergewalzt, was einer
65#igen Dickenminderung entspricht. Anschließend wurde sie auf eine Breite von 11,5 mm gebreitet. .
Im zweiten Walzgang wurde der Flansch auf eine Dicke von 1,18 mm vermindert (35$ Dickenminderung) und auf
eine Breite von 17,5 mm gebreitet. Soll anstelle eines
I-Trägers ein T-Träger geformt werden, braucht der I-Träger lediglich halbiert zu werden.
Die Mikrophotographie in Fig, 23 zeigt deutlich die infolge starker Verformung und kurzzeitiger Aufheizung
erhaltene feine Kornstruktur als auch den stromlinienförmigen Verlauf der MikroStruktur im Flansch und in
609834/067J
der Verbindung zwischen Plansch und Mittelsteg·
Das isothermische Formen von Planschen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, welches an sich im Anschluß an
ein chemisches Walzen (chemical milling) erfolgen kann, ist insbesondere geeignet für einen kontinuierlichen
Betrieb» Pig, 25 veranschaulicht eine Vorrichtung zum Formen von Flanschen zu T-Trägern aus Werkstücken unbestimmter
Länge unter Verwendung einer Formwalze 336, die mit zwei auf Abstand zueinander um horizontale
Achsen umlaufenden Gegenwalzen 338 und 32JO zusammenwirkt.
Diese beiden Gegenwalzen nehmen den Mittelsteg des zu formenden T-Trägers aufj so daß ihr gegenseitiger
Abstand von der Materialstärke des Werkstückes bestimmt
wird. Unterhalb des Mittelsteges ist der Spalt zwischen den beiden Gegenwalzen mit einer Ausgleichscheibe 3^2
ausgefüllt, die die gleiche Stärke wie die des Mittelsteges des Werkstückes aufweist· Die beiden Gegenwalzen
338 und 340 führen das Werkstück durch die
Maschine und formen gleichzeitig die Unterseite des Flansches und die Hohlkehlen am übergang zwischen
Flansch und Mittelsteg·
Um bei diesem kontinuierlichen Betrieb die Dehnung des Werkstückes geringzuhalten und das Breiten bei der
Flanschbildung zu fördern, wird zweckmäßigerweise bei dieser Art des Formens im Vorschub gearbeitet.
Bei der Herstellung von T-Trägern in einem Walzgang aus Ti-6A1-4V in einer Vorrichtung gemäß Fig. 5 wurden
die folgenden Betriebsparameter eingehalten:
Andrückkraft; I5 000 kg
Vorschubkraft j 2 800 kg
Stromstärke: 20 600 Amp.
Walzgeschwindigkeit: 5 cm/min
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Das Werkstück erreichte eine Walztemperatur zwischen 870-
und 927°C, wobei die Querschnittsminderungen in der
Größenordnung von 80$ in einem Walzgang erreicht werden
konnten. Dabei wurde ein Werkstück der genannten Legierung von 6,5 mm Breite und 9,6 mm Dicke zu einem Plansch
von 14 mm Breite und 1,4 mm Dicke in einem Walzgang
ausgewalzt.
Obwohl das vorausgehende chemische Walzen (chemical milling)
nicht Gegenstand der Erfindung ist, sollen hierfür die Betriebsparameter nur angedeutet werden. Ausgegangen wird
von Stangenmaterial einer Ti-6A1-4V-Legierung, bei dem
die Dicke des Steges innerhalb 0,15 mm schwankt und ein© Länge von 120 cm aufweist« Dieses Material wird ©iner
Ätzlösung ausgesetzt, die 10 VqI»»# Fluorwasserstoffsäure,
21 Vol.-# Salzsäure, Rest Leitungswasser enthält. Bei
60 bis 65,50C betrug die Abbaurate durch Ätzen 0,18 mm
pro min. Der an den gewünschten Teilen das Rundstabmaterials angreifende ÄtzVorgang wurde durch Ausstreichen mit
"organo Ceram maskant 1-2065" bis zu einer Dicke von
0,25 mm unterbrochen.
Die prozentuale Dickenmindsrung bei d©r Formung von Stabmaterial aus "A70"-Titan in Flachmaterial von stäbchenförmigem
Querschnitt pro Durchgang in Abhängigkeit von der Stromstärke bei verschiedenen Walat©mp©ratur©n zeigt
die Pig. 24A,
Das stabförmige Ausgangsmaterial hat higrbsi einen
messer von 12,5 mm, Bsi einer» Walatexap^ratur" von 927°0
(1 70Q0F) ergibt sich ohne Mmmndwig, τοπ Kräften füw
Werkstückvorschub eine D±ckenmnd@x»ung von 431 ο Mit
Schubkraft von 2 250 kg erhöhte sich di© Diekenmindarung: -.
auf 78£ pro Walzgang bei eines* T©mpei°atui?änd®rung um
lediglieh 26,50C (800F), Der Einfluß des Werkstückyorschttbee-
509834/0672- /58
auf die prozentuale Dicfcenminderung wird aus dieser Messung
besonders deutlich.
Wie Fig, 24B zeigt, besteht weiterhin ein enger Zusammenhang
zwischen Wälzdruck, Stromstärke und prozentualer . Dickenminderung. Wie Fig* 21JB zeigt, ist die Abhängigkeit
der Walztemperatur von der auf die Walzen ausgeübten Andruckkraft um so stärker ausgeprägt, je geringer die
Andruckkraft ist· Dieses Verhalten ergibt sich daraus, daß der elektrische Widerstand für den Stromfluß vom Formwerkzeug
zum Werkstück um so kleiner wird, je mehr das Werkstück die Streckgrenze erreicht· Die Stromstärke ist aber der
Walztemperatur proportional. Eine weitere Erhöhung der Andruckkraft beim Erreichen der Streckgrenze hat daher
keinen Anstieg der Stromstärke zur Folge·
Für die Ausführbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es besonders vorteilhaft, innerhalb eines weiten
Bereiches der Walztemperatur und der Andruckkraft wählen zu können, um eine bestimmte prozentuale Dickenminderung, wie
sie in Fig, 24B eingetragen ists zu erreichen. Je höher
hierbei die Walztemperatur gewählt wirds um so niedriger
kann die Andruckkraft eingestellt werden«. Um eine bestimmte prozentuale Dickenmessung zu erreichens kann auch von
einer Änderung der Stromstärke Gebrauch gemacht werden«,
Den Meßkurven in Fige 2MB lag ein Stangenmaterial aus
uA7Qlf-Titan mit einem Durchmesser von 12s5 mm zugrunde.
Die Andruckkraft wurde zwischen 2 250 kg und k 000 kg und die Stromstärke zwisshsn 3 500 und 7 500 Amp, variiert»
Das erfin&ungsgeiaäßs Verfahren eignst sieh zum Foxraen
von T»T2»ägej?n - aber auch &ϊκ3,©ϊ?θβ Profilen - mit
einer Arbeitsweise, bsi ώ@ίρ gleichseitig gsstauofot bzw0
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gebreitet und in Preßrichtung verdrängt wird (forward
extrusion).
Bei dieser Arbeitsweise sind die unterhalb der Formwalze
befindlichen, entweder als sich längs erstreckende Anlageschienen oder als um horizontale Achsen drehbare Gegenwalzen
ausgebildeten Richtwerkzeuge derart auf Abstand zueinander angeordnet, daß sie einen Spalt oder eine
Ausnehmung bilden, in die das von der Formwalze verdrängte Material eindringen kann. Das Eindringen erfolgt
in Richtung des Walzendruckes der Formwalze von der plastisch gewordenen Zone des Werkstückes aus, und zwar
entweder ungehindert in den durch die Richtwerkzeuge gebildeten Spalt, wie dies Fig. 26B veranschaulicht,
oder gegen die Oberfläche einer von den Hilfswerkzeugen gebildeten Matrize von besonderer Formgebung.
Wie die Fig. 26A bis 26C zeigen, läßt sich beispielsweise
Stabmaterial als Rohling in ein T-förmiges Profil verformen, Zu diesem Zweck dient eine Walze 346 mit glatter Oberfläche
und die Gegenwalzen 348 und 350, die durch eine oder mehrere Zwischenlagen 352 auf Abstand gehalten
werden und oberhalb dieser Zwischenlagen einen Spalt bilden.
Die Strombahnen verlaufen durch das zu verformende Werkstück 355 entlang der in Fig. 26A angedeuteten Pfeile
von der Formwalze 346 zu den beiden Gegenwalzen348 und 350,
Die Andruckkraft hat die in Fig. 26A durch einen Pfeil
angedeutete Richtung«
In der ersten Formstufe wird der Rohling so weit verformt,
daß %r Stab abgeflacht wird, indem das in der Formzone
plastisch gewordene Metall teilweise in den Spalt zwischen den Gegenrollen eindringt und gleichzeitig
Seitlich nach außen verdrängt wird, so daß ein Profil
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von etwa T-förmigem Querschnitt mit dickem, jedoch noch
nicht breitem Plansch entsteht, wie es ii Pig. 26B dargestellt
ist. In der zweiten Formstufe wird der Flansch gebreitet, wobei seine Dicke abnimmt und seine Breite zunimmt. Gleichzeitig
wird zusätzliches Metall in den Spalt 354 verdrängt,
so daß die Tiefe bzw. Breite des Mittelsteges einea solchen T-Trägers zunimmt,
Nach dieser Arbeitsweise sind erfolgreich "A7O"-Titan,
Ti-6A1-4V-Legierung und nichtrostender Stahl "T321" verformt
worden,
Fig. 27 zeigt eine Mikrophotographie durch den Querschnitt eines so gewonnenen T-Profils, welches jedoch nicht in
zwei, sondern in einem Walzgang die in Fig. 27 veranschaulichte Form angenommen hat.
Der Rohling aus Stabmaterial der Ti-6A1-6V-Legierung
hatte hierbei einen Durchmesser von 9,5 mm und wurde so weit ausgewalzt, daß sich für den Flansch des T-Trägers
eine Dicke von 2,4 mm und eine Breite von 20,8 mm ergab.
Durch Verwendung einer Formwalze von nur 18 mm Breite
/en
ergab sich die etwas verstärkten Kanten an den Flanschenden.
Die Höhe der Andruckkraft betrug 3 600 kg und die Temperatur, bei der das Formen stattfand, 1 0000C.
Bei dem so geformten Formteil konnte eine sehr hohe Oberflächengüte festgestellt werden, was darauf zurückzuführen
war, daß das Werkstück, die Formwalzen und die Hilfswerkzeuge vor dem Walzvorgang mit einem aus trockenem
Graphit bestehenden Schmiermittel eingesprüht worden sind.
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In einer abgewandelten Arbeitsweise nach Fig. 28 lassen
sich T-Profile durch gleichzeitiges Stauchen und Breiten
herstellen. Der Rohling ist hierbei einer in Fig. 28 nicht veranschaulichten Formwalze mit glatter Oberfläche ausgesetzt,
Die Hilfswerkzeuge bestehen bei dieser Arbeitsweise aus
zwei in Längsrichtung verlaufenden Anlageschienen 362, 364, zwischen die der Rohling 366 eingespannt wird, wobei die
obere verstärkte Kante 368 außerhalb der Anlageschienen vorsteht. Die Länge oder Tiefe dieses vorstehenden, nicht
abgestützten Randteils 3oll nicht zu groß bemessen sein, damit eine gleichmäßige Verteilung beim Walzen gewährleistet
ist. Infolge Druck und elektrischem Stromfluß durch das Werkstück wird die in Fig. 28 schraffiert angedeutete Zone 369 unter der Wirkung der Formwalze plastisch
und verteilt sich gleichzeitig nach unten und seitlich nach außen, so daß durch gleichzeitiges Breiten und Stauchen
der Flansch eines T-Trägers gebildet wird.
Um die volle Breite der Flansche zu erreichen, ist u.U. mehr:
als ein Walzgang erforderlich. So war bei der Arbeitsweise
nach Fig, 28 ein Walzgang notwendig, um den mit vollen Linien dargestellten Flansch in einen breiteren, mit gestrichelten
Linien wiedergegebenen Flansch zu verformen.
Bemerkenswert bei dieser Arbeitsweise nach Fig, 28 ist es,
daß das Zentrum der größten Hitzeentwicklung sich nicht unterhalb dea Flansches verlagert. Wäre dies der Fall,
würde auch der an sich vorhandene Mittelsteg des T-Trägers in unerwünschter Weise gestaucht werden, was Anlaß zu
Fehlern gibt, beispielsweise zu überwalzungen und zu ähnlichen Erscheinungen, wie man sie beim Schweißen und
Gießen als Kaltschweisse bezeichnet.
/62
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Pig. -29 zeigt in einer Photographie den I-Träger aus 1 mm
dickem Ti-6Al-6V-BIecn, wie er durch Stauchen dund durch
gleichzeitiges Breiten nach der Arbeitsweise der Pig· 28 hergestellt worden ist. Damit die Flansche gleichmäßig
gebreitet werden konnten, andererseits eine stufenweise Abnahme der Steghöhe eingehalten werden konnte, wurden. Unterlegseheiben
von 3 mm Dicke verwendet, wobei nach jedem Walzgang eine Unteregscheibe entfernt worden ist.
Die Betriebsparameter ergaben sich wie folgt:
Walzgeschwindigkeit: 25 cm/min
Andruckkraft: 540 kg
Walztemperatur: 870 - 9000C
Es wurden nach dieser Arbeitsweise Plansche von einer
Breite von 16, 25 mm und einer Dicke von 1,25 mm erzielt. Wie Fig. 29 erkennen läßt, ließ sich ein sehr gleichförmiges
Profil mit hervorragender Oberflächenbeschaffenheit erzielen.
So weit bei den bisher erläuterten Arbeitsweisen Anlageschienen
zum Führen des Werkstückes oder als Matrize für das in Preßrichtung verdrängte Material verwendet werden,
sind diese Schienen einteilig ausgebildet.
In abgewandelter Ausführungsform lassen sich aber auch beim Formen von Trägern mit Y-förmigem Querschnitt aus
Stabmaterial gemäß Fig. 30 die Flächen der Anlageschienen 372 und 374, welche unmittelbar dem Werkstück
während des Verformens ausgesetzt sind, mit Einsätzen 376 und 378 aus hitzebeständigem Metall belegen. Es können
dann die Anlageschienen selbst aus verhältnismäßig billigerem Material bestehen, beispielsweise aus Flußstahl. Ist ein
Austausch der Hilfswerkzeuge erforderlich, brauchen nicht
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die Anlageschienen in ihrer Gesamtheit ersetzt werden, sondern lediglich die Einsätze 376 und 378, was insbesondere
dann erforderlich wird, wenn nach stärkerem Verschleiß der Anlageschienen die Toleranzen nicht mehr innerhalb der
vorgegebenen Grenzen eingehalten werden können«,
Die verschiedenen Formstufen beim Herstellen eines Trägers mit Y-förmigem Querschnitt aus Stabmaterial sind schematisch
in Fig. 31 wiedergegeben. In einem ersten Walzgang wird der noch stabförmige Rohling 389 mittels einer Formwalze
mit entsprechend konisch verlaufender ümfangsflache im
wesentlichen auf den Oberflächen der Einsätze 376 und 378 gebreitet, wodurch zwei Schenkel des Y-förmigen Querschnittes
ausgeformt werden und wobei gleichzeitig ein Teil des Materials in den zwischen Einsätzen 376 und 378 gebildeten
Spalt 380 verdrängt wird und dort den dritten Schenkel des Profils mit zunächst stärkerer Dicke bildet. In einem
zweiten Walzgang werden nach Verdrehen des Formstückes um 120° die drei Schenkel des Querschnittes auf gleichmäßige
Dicke gebracht«
In zwei weiteren Walzgängen erfolgt eine weitere Dickenminderung, so daß am Ende von insgesamt sechs Walzgängen
aus einem Stabmaterial von 14 mm Durchmesser ein symmetrischer Y-Querschnitt ausgeformt ist, dessen jeder Sehenkel
eine Dicke von 1,4. mm und eine Länge von etwa 32 mm aufweist·
Die so geformten Profile mit Y-förmigem Querschnitt können entweder in dieser Form als Endprodukt weiterverwendet
werden oder nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu
T-Trägern verformt werden, in dem senkrecht zu einem der Schenkel die zwei übrigen Schenkel flachgewalzt werden.
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Die Dicke der Schenkel wird beim Formen von Y-Trägern mit der Vorrichtung nach Fig. 30 durch die Dicke einer zwischen
die Anlageschienen 372 und 374 eingefügten Distanzscheibe 382 bestimmt. Diese Distanzscheibe ist mit einem solchen Abstand
zu den Oberflächen 386 und 388 der Anlageschienen 372 und 374 eingelassen, daß der zum Formen des einen Schenkels erforderliche
Spalt 38O gebildet wird. Durch quer zu den Anlageschienen und zur Distanzscheibe 382 durchsteckbare Justierschrauben
384, von denen in der Zeichnung nur eine gezeigt ist, lassen sich die Anlageschienen 572 und 374 in vertikaler
Richtung zueinander ausrichten.
Die aus hitzebeständigem Metall bestehenden Einsätze und 378 sind in paßgerechte Ausnehmungen auf den Oberflächen
386 und 388 der Anlageschienen eingesetzt und mittels üblicher Mittel befestigt.
Die so zusammengesetzten Hilfswerkzeuge werden durch zweiseitige Führungsrollen 390 und 392 exakt unter der Oberwalze
396 gehalten, wobei eine Unterwalze 394 dafür sorgt, daß die Hilfswerkzeuge in vertikaler Richtung ausgerichtet
bleiben.
Me Fig. 31 zeigt, werden im ersten Walzgang die beiden Schenkel A und B durch Breiten und der vergleichsweise
dickere dritte Schenkel C durch Verdrängung nach unten (forward extrusion) geformt. Vor dem zweiten Walzgang
wird der Spalt 380 auf die Dicke des bereits auf ein
Zwischenmaß geformten Schenkels B eingestellt und nach Verdrehung des Werkstückes um 120° der Schenkel B in den
Spalt 380 eingefügt. Sodann wird im zweiten Walzgang durch Breiten der Schenkel C auf das bei den beiden anderen
Schenkeln bereits erreichte Zwischenmaß ausgewalzt.
Eine weitergehende Dickenminderung bis zur gewünschten Schenkeldicke läßt sich dadurch erreichen, daß die
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Verfahrensmaßnahmen in den erst'en Walzgängen entsprechend
oft wiederholt werden, ·
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich nicht nur zum Formen
geometrisch einfacher Profile, sondern auch zum Formen verhältnismäßig
komplizierter Querschnitte heranziehen»
Wie Fig. 32A und 32B zeigen, lassen sich aus Stabmaterial
mit rechteckförmigem Querschnitt Ε-Profile in zwei Walzgängen
herstellen.
Im ersten Walzgang wird der Rohling 400 zwischen einer als Werkstückauflage und Elektrode dienenden Unterwalze 402 mit
flacher Oberfläche und einer oberen Formwalze 4O4 ausgewalzt, deren Umfangsflache mittig eine rechteckförmige Ausfräsung 4O6
aufweist. Der mittlere Schenkel 408 des Ε-Profils ergibt sich
dadurch, daß das unterhab der Ausnehmung 406 stehenbleibende Material durch das Eindringen der benachbarten Teile in den
Rohling 400 hochsteigt und dadurch den freien Raum bis zur Ausnehmung 406 ausfüllt. Gleichzeitig wird durch das
Auswalzen die zwischen den Schenkeln verbleibenden Teile 410 gebreitet und in ihrer Dicke verringert. Das hierbei
seitlich verdrängte Metall verstärkt wiederum die Enden 412, aus denen in einem zweiten Walzgang die äußeren Schenkel 414
und 415 des I-Profils hergestellt werden«
In diesem zweiten Walzgang wird das Werkstück zwischen ent—
/sprechend geformten Hilfswerkzeugen 416 und 418 in die
endgültige Form gebracht. Wie Fig. 32B zeigt, ist die Ober- und Unterfläche des Hilfswerkzeugs 4l8 in bezug der entsprechenden
Seiten des Hilfswerkzeug 4l6 um die endgültige Materialstärke
der Außenschenkel des Ε-Profils versetzt angeordnet.
Die Breite des Hilfswerkzeugs 416 in vertikaler Richtung entspricht der Breite des endgültig geformten E'-Profils und
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wird zu Beginn des ersten Walzganges nach oben und nach unten durch die verstärkten Enden 412 des Zwischenprofxls
überragt. Diese verstärkten Enden 412 werden durch eine Ober- und Unterwalze 420 bzw, 422 mit flacher Außenfläche
gebreitet, bis die ümfangsflächen beider Walzen auf der
Ober- und Unterseite des Hilfswerkzeugs 416 aufliegen und das Material des jeweils verstärkten Endes 412 die
verbleibenden Zwischenräume 424 und 426 zwischen dem Hilfswerkzeug 4l8 und dem Walzenpaar unter Bildung der
beiden äußeren Schenkel 414 und 415 ausgefüllt hat. Die
inneren Krümmungsradien oder Hohlkehlen der Abbiegungen werden durch die Kanten des Hilfswerkzeugs 4l8 bestimmt,
während die äußeren Abkantungen ausgesprochen scharf sind, d,h, mit einem Krümmungsradius von nahezu Null versehen sind.
Das Formen von Ε-Profilen wurde versuchsweise an der
Legierung "INCONEL 718" durchgeführt. Hierbei wurde eine
5 mm dicke Platte in einem Walzgang auf 2,7 - 0,15 mm ausgewalzt.
Das im Bereich des mittleren Schenkels hochsteigende Material hatte eine Breite von 5 mm und eine Höhe von
5,1 - 0,13 mm.
Bei der Formung von Werkstücken aus der schwer verarbeitbaren Legierung "Hastelloy X" mittels einer Vorrichtung
gemäß Fig, 8 und 9 wurde eine Formwalze von 30 cm Durchmesser und 27,5 mm Breite verwendet, deren flache Oberfläche
mit der "TZM"-Legierung beschichtet war. Als Richtwerkzeuge wurden die der Fig. 28 verwendet. Jedes
Richtwerkzeug bestand aus drei Schienen aus der gleichen Legierung von jeweils 8,8 mm Breite und 25 mm Länge,
Die Walzgeschwindigkeit betrug in den ersten fünf Walzgängen 10 cm/min und beim sechsten Walzgang 7,5 cm/min. Die hierbei
erhaltenen Dimensionen des Werkstückes nach jedem Walzgang ergeben sich aus der nachstehenden Tabelle:
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Crt co
Walζgang Nr. |
Walzkraft (kg) |
3 | 825 | Klemmkraft (kg) |
Stromstärke (Amp.) |
Vorschub- kraft (kg) |
Flansch-Dimension nach jedem Walzgang in mm Breite Dicke |
5,461 | Dicken minderung pro Walzgang in % |
CJ\ |
Ausgangs-Dimensionen: | 9 | 225 | 6,731 | 4,597 | ΓΟ 1 cn 0 |
|||||
1 | 9 | 675 | 7 875 | 4 000 | 1 690 | 7,366 | • 3,378 | 15,8 | cn | |
2 | 9 | 675 | 9 000 | 8 000 | '2 520 | 10,033 | • 2,413 | 26,5 | ||
3 | 9 | 675 | 9 900 | 11 000 | ι 690 | 13,767 | 1,600 | 28,6 | ||
4 | 11 | 475 | 9 900 | 12 000 | 1 690 | 17,907 | 1,270 | 33,7 | ||
5 | 9 900 | 12 000 | 1 125 | 21,082 | 1,143 | 20,6 | ||||
6 | 9 900 | 12 500 | 560 | 23,927 | 10,0 | |||||
- 6Ö - 250615A
Wie bereits einleitend, läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
in besonders günstiger Weise das seitliche Fließen des Metalls herbeiführen, während andererseits eine unerwünschte
Dehnung des Werkstückes auf ein Minimum gehalten werden kann. Dies ist auf den in Preßrichtung bzw« in steigender Richtung
verlaufenden Verdrängungseffekt (forward and backward extrusion) zurückzuführen. Bewirkt wird dieser Effekt durch
die folgenden Faktoren: (1) durch die bei Anwendung einer Vorschubkraft erzeugte Druckkomponente in rückwärtiger
Richtung, (2) durch die starke Dickenminderung pro Walzgang, (3) durch einen verhältnismäßig großen Durchmesser der Formwalzen,
(4) durch eine verhältnismäßig niedrige Reibung zwischen dem Formwerkzeug und dem Werkstück, und (5) durch
das Vorhandensein von kaltem, nicht verformbarem Metall vor und hinter der plastischen Zoneo
Bei einigen Anwendungsfällen ist es nicht notwendig, das
Werkstück über seinen gesamten Querschnitt bis zu der Temperatur zu erhitzen, bei der es plastisch wird. In solchen
Fällen begünstigen die kalten Teile des Werkstückquerschnxtts ebenfalls das gewünschte seitliche Fließen des Metalls,
Die Fig. 33 bis 36 zeigen jeweils Vorrichtungen zum Formen komplizierterer Formteile, beispielsweise von Turbinenschaufeln
O
Verfahrensmäßig werden beim Formen derartiger Teile zwei an sich unterschiedliche Verfahrensschritte miteinander
gekoppelt, nämlich eine dem Schmieden ähnliche isothermische Warmverformung und ein isothermisches Walzschmieden
(roll forging) oder Profilwalzen.
Isοthermisches Walzschmieden ist ein Formgebungsverfahren
mit völlig anderen Kennzeichen im Vergleich zum konventionellen
Walzschmieden oder zum sogenannten "knockle rolling", welches
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bisher zur Herstellung von Turbinenschaufeln oder ähnlichen
Teilen verwendet wurde. Bei dem letzteren Verfahren, welches in kaltem Zustand abläuft, muß das Werkstück vor dem eigentlichen
Formen in einen weichen Zustand vorzugsweise der Rockwell-"B"-Härte gebracht werden. Um dem Werkstück die
erforderliche Härte zu geben, muß nach jedem Formvorgang das Werkstück einer Glühbehandlung unterworfen werden.
Beim isothermischen Walzschmieden, welches an sich mit den
Vorrichtungen der Fige 8, 9 und 11 durchführbar ist, muß
das nach der Erfindung verwendete Formwalzenpaar gegen Gesenkwalzen ausgetauscht werden, die je zur Hälfte die
Gravur enthalten, die der Form des zu formenden Endproduktes entspricht. Die Gravur kann auch vollständig in der einen
Gesenkwalze vorgesehen sein, wenn dies die endgültige Form zuläßt. .
Im Ausführungsbexspxel der Fig0 33 enthalten die Gesenkwalzen
430 und 432 je zur Hälfte die Gravur in Form von
Ausnehmungen 434 und 436, in die das Metall des Werkstückes einfließt. Der elektrische Strom fließt von einer
Stromquelle 438 durch die erste Gesenkwalze 430, das
Werkstück 440 und durch die zweite Gesenkwalze 432. Die Beaufschlagung der beiden Walzen mit Druck erfolgt
in Richtung der Pfeile 442 und 443» Ein Meßfühler 444
erfaßt an der momentanen Walzstelle die Temperatur und reguliert über einen Prozeßrechner 446 die Stromstärke des
durch das Werkstück fließenden elektrischen Stromes,
Bevor das Werkstück 440 durch die Walzen 430 und 432
geformt wird, wird es an die Ausnehmung der einen Walze
angelegt, anschließend wird die zweite Walze herangerückt, wonach anschließend unter Beaufschlagung der Walzen mit
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dem Walzdruck und nach Anschlief5en des elektrischen Stroms die Walzen 430 und 432 in Richtung der Pfeile 447 und
mit einer verhältnismäßig langsamen Walzgeschwindigkeit von
nur einigen Zentimetern pro Minute in Umlauf versetzt werden. Hierdurch bewegt sich das Werkstück in der Zeichenebene der
Fig. 33 nach unten, so daßdie nachfolgenden Querschnit"tsbereiche plastisch werden und das Metall in die Ausnehmungen
der nachrollenden Walzen einfließt.
Die Herstellung von Turbinenschaufeln ist einer der Anwendungsfälle, in denen das isothermische Walzschmieden
nach der Erfindung eingesetzt werden kann. Dies gilt insbesondere für die Herstellung des fragflächenförmigen
Querschnittes, während beispielsweise die Schaufelverstärkung von Turbinenschaufeln mittels Ambossgesenken geformt werden.
Isοthermisches Amboss- oder Preßschmieden kann in vorteilhafter
Weise eingesetzt werden, wenn verhältnismäßig schwere Querschnitte geformt werden sollen, die durch
andere Formgebungsverfahren nicht ohne weiteres formbar sind.
Fig. 34 zeigt eine Vorrichtung 452 zur Durchführung eines
dem Ambos3-Schmieden entsprechenden Verfahrens. Die Vorrichtung enthält einen oberen und einen unteren Amboss
bzw, 456, in dessen jeweils zugekehrten Flächen Ausnehmungen 458 und 460 herausgearbeitet sind, die je zur
Hälfte die Gravur enthalten, die der Form des endgültigen Werkstückes 462 entspricht. Beide Ambosse sind an eine
Stromquelle 464 angeschlossen, so daß der Stromfluß durch das Werkstück während des Formens zu einer erhöhten
Temperatur führt. Ein Meßfühler 466 ist in ähnlicher Weise wie bei der Vorrichtung nach Fig. 33 auf die
mittlere Ebene der Verformung ausgerichtet und mit einem Prozeßrechner 468 verbunden, der in Abhängigkeit von
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der Formtemperatur die Stromstärke nachreguliert.
In Pig. 34 nicht gezeigte hydraulische Zylinder pressen
in Richtung der Pfeile 470 und 472 die beiden Ambosse
aufeinander und beaufschlagen hierdurch das Werkstück mit der erforderlichen Andruckkraft.
Durch Hitze- und Druckeinwirkung wird das Werkstück plastisch, so daß das Metall die Flächen der Ausnehmungen
458 und 460 anfließt, um allmählich die gewünschte endgültige
Form anzunehmen.
Diese Arbeitsweise des isothermischen Amboss-Schmiedens hat ähnlich der anderen Arbeitsverfahren im Rahmen
dieser Erfindung den Vorteil eines großen Verformungsgrades und einer günstigen MikroStruktur. Oberflächenoxidation
kann zwar hierbei auftreten, was jedoch im Hinblick auf die Möglichkeit, äußerst komplexe Formen herstellen zu
können, als Nachteil außer Betracht bleiben kann,
Fig. 35 zeigt eine Vorrichtung zum Formen von Turbinenschaufeln aus Stabmaterial mit Hilfe des isothermischen
Walzschmiedens in Verbindung mit dem isοthermischen Amboss-Schmieden.
Das Werkstück wird zunächst beispielsweise durch Warmstauchen in eine Form gebracht, wie sie in der oberen
linken Ecke der Fig. 35 veranschaulicht ist.
Das so geformte Werkstück 476 wird dann zwischen zwei
Gesenkwalzen 478 und 480 in die hierfür vorgesehenen
Ausnehmungen 482 und 484 eingelegt, wonach anschließend die Walzen zusammengerückt werden und der Stromkreis
geschlossen wirde Die Walzen liegen sich hierbei mit
diesen Ausnehmungen 482 und 484 gegenüber und verbleiben
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in dieser Lage während eines ersten Verfahransabschnittes, in welchem sie als Amboss-Walzen dienen. Durch die Hitzeentwicklung
infolge des elektrischen Stromflusses wird das Metall im Bereich der Ausnehmungen 482 und 484 plastisch
und beginnt zu fließen, wodurch das Werkstück annähernd die Endgültige Form annimmt.
Im nächsten Verfahrensabschnitt werden dann die Formwalzen
gegenläufig im Sinne der Pfeile 488 und 490 verdreht und wirken in dieser Phase als Vorrichtung zum Walzschmieden,
wodurch der übrige Teil des Werkstückes verformt wird und allmählich den gewünschten Flügelquerschnitt der Turbinenschaufel
annimmt. Bei dieser Verformung wird ein verhältnismäßig kleines Mikrovolumen des Werkstückes plastisch
und nur während einer kurzen Zeitperiode auf erhöhter Temperatur gehalten. Dieses Mikrovolumen wandert mit der
Walzgeschwindigkeit allmählich zum Werkstückende, wodurch die Oberflächen der Gesenkausnehmungen allmählich ausgefüllt
werden.
Falls das Profil in diesen ersten beiden Verfahrensabschnitten noch nicht mit der geforderten Genauigkeit
ausgewalzt worden ist, wird es durch ergänzendes isothermisches Amboss-Schmieden zwischen zwei Ambossen
492 und 494 in die endgültige Form gebracht.
Der Amboss 494 enthält eine der endgültigen Form entsprechende
Höhlung 495, in der das Werkstück plastisch wird, sobald die beiden Ambosse in den elektrischen
Stromkreis eingeschaltet sind und der obere Amboss 492
mit der erforderlichen Andruckkraft gegen den unteren Amboss 494 gepreßt wird. Durch das daraufhin erfolgende
Fließen des Metalls in der Höhlung 496 nimmt das Profil
seine endgültige Form an, wie es in der unteren rechten Ecke der Fig. 35 veranschaulicht ist.
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So weit das Flügelprofil nicht schon beim i so thermischen " ■'"
Amboss-Schmieden seine gewundene Flügelform erhalten hat, wird es abschließend entsprechend verdreht und getrimmt
und anschließend einer letzten Oberflächenbehandlung unterzogen.
Der mit einer Vorrichtung nach Figa35 verformte Rohling
bestand aus einer Ti-6A1-4V-Legierung und wurde zuvor
durch isothermische Behandlung aus einer Zwischenform '
bearbeitet, wie sie in Fig. 22 dargestellt ist.
Im ersten Verfahrensabschnitt, bei dem isothermisches
ZWjLs cii en
Amboss-Schmieden/den ßesenkwalzen 478 und 480 stattfand,
Amboss-Schmieden/den ßesenkwalzen 478 und 480 stattfand,
wurden die Betriebsparameter wie folgt eingestellt:
Andrückkraft; ■ ansteigend bis zu 7 875 kg
innerhalb 30 see,
Stromstärke: ansteigend bis zu 12 900 Amp,
während 30 see«
Temperatur (geschätzt): 968
0C
Während dieser Zeitspanne von 30 Sekunden blieben die
ßesenkwalzen unverdreht, ;
Nach Ablauf der 30 Sekunden wurde durch Verdrehen der Walzen das Walzschmieden des Profils eingeleitet. Hierbei
wurden die folgenden Parameter eingestellt:
Andrückkraft: 7 875 kg
Stromstärke: 12 900 Amp, Walzgeschwindigkeit: 8,3 cm/min
Temperatur (geschätzt): 9680C
Der Rohling hatte vor dem ersten Verfahrensabschnitt
eine Länge von 25 mm und einen im wesentlichen ovalen Querschnitt von 7,5 bis 9 mme Das hieraus gewalzte
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Flügelprofil hatte eine Länge von 25 mm, eine Breite von 17j5 mm und eine Dicke von 2,5 mm.
Nach dem Schmiedewalzen hatte das Profil eine Länge von 7,5 cm und eine Breite von 16 mm. Die Dicke betrug
maximal 1,25 mm und verringerte sich in Richtung der. Profilvorder- und -hinterkanten auf 0,025 mme
Mit Hilfe dieses Verfahrens wurden auch Plügelquerschnitte
geformt, deren eine Seite eine flache und deren andere Seite eine gewölbte Oberfläche aufwiesen. Diese Profile
wurden dadurch gewonnen, daß in die Ober- und Unterwalzen der Vorrichtung gemäß Pig, 8 und 9 Gesenke aus
geschmiedeter "TZM"-Legierung eingesetzt wurden.
Diese Gesenke waren 14,3 mm dick, 25 mm breit und entlang des Bogens 10 cm. Die Oberfläche des einen Gesenks war
flach, wohingegen die Oberfläche des anderen Gesenks durch Bearbeitung eine Kontur von der Breite von 20 mm
aufwies. Dadurch blieben auf jeder Seite der Gesenk-Höhlung ein flacher Bereich von 2,5 mm.
Als Rohling wurde ein Stab aus Ti-6A1-4V-Legierung mit einem Durchmesser von 8 mm verwendet und mit einer
Vorschubkraft von 560 kg zwischen umlaufende Gesenkwalzen eingeschoben. Die Andrückkraft der Walzen betrug
9 675 kg und ihre Walzgeschwindigkeit 8,3 cm/min. Die
Stromstärke wurde auf 11 500 Amp, gehalten, und die Temperatur erreichte ungefähr 9100C,
In einem ersten Walzgang durch die Gesenkwalzen wurde ein Flügelprofil von 20 mm Breite erhalten. Der
mittlere Querschnitt des Profils hatte eine Dicke von maximal 1,6 mm und an dem Profilvorder- und Hinterkanten
Q,2 mm.
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Wach Durchlauf des unter den gleichen Bedingungen ablaufenden zweiten Walzganges, bei dem jedoch die
Vorschubkraft wegfiel, hatte das Flügelprofil die Gesenkmulde auf 20 mm ausgefüllte Im mittleren Querschnitt wurde die Dicke auf 1,3 mm und an den Profilvorder- und -hinterkanten auf 0,025 mm reduziert«
Die Oberflächengüte entsprach der Oberflächengüte der Gesenkmulden und betrug 16 rms. Metallographische
Untersuchungen an einem solchen Flügelprofil mit fünfhundertfacher Vergrößerung ließen keine Oberflächenverunreinigungen
erkennen.
Bei einem anderen Walzversuch wurde als Rohling ein Stab aus 17-4Th-Stahl (16,5$ Cr, k% Ni, W Cu, 0,355 Cb +Ta,
Rest Eisen) von 7»8 mm Durchmesser verwendet und hierbei die folgenden Verfahrensparameter eingestellt!
Andrückkraft: | 9679 | kg |
Vorschubkraft: | 560 | kg |
Walzgeschwindigkeit: | 8,3 | cm/min |
Stromstärke: | 11 800 | Amp. |
Temperatur (geschätzt): | 1 093° | C |
Aus einem derartigen Rohling wurdejrtein Flügelprofil in
einem Walzgang geformt. Das Profil wies eine Breite von 20 mm und eine maximale Dicke von 1,7 mm auf. An den
Profilvorder- und -hinterkanten betrug die Dicke 0,35 mm.
In einem weiteren Versuch wurde die universelle Verwendbarkeit
des erfindungsgeraäßen isοthermischen Walzschmiedens
bei extrem schwer verarbeitbaren Metallen untersucht und hierbei ein Rohling aus "Rene1 95"-Legierung
von 8,8 mm Durchmesser.zu einem Flügelnuerschnitt
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.verformt, wobei in gleicher Weise wie bei der Ti-6A1-4V-Legierung
und dem 17-4Ph-Stahl verfahren wurde. Die Betriebsparameter wurden wie folgt eingestellt:
Andrückkraft: 9 675 kg
Vorschubkraft: 900 kg
Walzgeschwindigkeit: 4,3 cm/min
Stromstärke: 13 000 Amp0
Temperatur: . 1 12O0C
Der Rohling wurde in einem Walzgang zu einem Flügelprofil ausgewalzt, welches eine Breite von 2235 mm,
eine maximale Dicke von 2,25 mm und an den Profilvorderund -hinterkanten eine Dicke von 0,4 mm aufwies.
Durch einen zweiten Walzgang ließen sich in beiden Fällen Dimensionen erreichen, wie sie beim Walzen
der Ti-6A1-4V-Legierung auftraten.
Mit ebenso guten Resultaten wurden auch andere Metalle in Flügelprofile geformt, etwa die Superlegierungen
"INCONEL 718", "Mar-M-421" und "Hastelloy X". Querschnitt
sminderungen von 70 bis 90$ pro Walzgang wurden
hierbei erzielt.
Fig„ 36 veranschaulicht in einer Mikrophotographie den
aus einem Rohling der Legierung Ti-6A1-4V erhaltenen Flügelquerschnitt. Wie die Photographie erkennen läßt,
zeichnet sich die Oberfläche durch eine hohe Verarbeitungs·
gute ohne Verunreinigung aus.
Fig. 37 ist eine Mikrophotographie durch den Querschnitt der nach den erläuterten Verfahren durch isothermisches
Warmformen oder durch Amboss-Schmieden erhaltenen Flügel-Ednverstärkung aus einem Stab der Ti-6A1-4V-Legierung.
Auch hierbei ist eine exakte Oberflächen-
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beschaffenheit und ein genaues Einhalten der Dimensionen
erkennbar.
Bei den bisher erläuterten Ausführungsbeispielen wurden jeweils zwei Formwalzen oder Formwerkzeuge verwendet. Es
können aber auch, wie Fig, 38 zeigt, mehrere Formwerkzeuge eingesetzt werden, wenn Profile von bestimmter
komplizierterer Formgebung geschaffen werden sollen.
Die in Fig. 38 wiedergegebene Vorrichtung 5QO zum kontinuierlichen Formen von Y-Trggern weist drei um jeweils
120° winkelversetzte Formwalzen 502, §o4 und 506 aus
hitzebeständigem Metall auf. Die Umfangsflache jeder ;
dieser Walzen ist mit konischen Abschrägungen 508 versehen, die einen solchen Winkel aufweisen, daß die Umfängst
ei If lachen jeweils zweier gegenüberliegender Walzen parallel zu liegen kommen« \
nicht
In der Zeichnung/veranschaulichte hydraulische Zylinder üben auf die Walzen einen auf den gemeinsamen Mittelpunkt der drei Walzen gerichteten Druck aus, um das Werkstück 510 zir verformen.
In der Zeichnung/veranschaulichte hydraulische Zylinder üben auf die Walzen einen auf den gemeinsamen Mittelpunkt der drei Walzen gerichteten Druck aus, um das Werkstück 510 zir verformen.
Bei diesem Ausführungsbexspiel ist jede der Walzen an den einen Pol einer dreiphasigen Stromquelle 511 angeschlossen, so daß ein Stromfluß zwischen jeweils zwei
Walzen 502 und 504, 502 und 506, 504 und 006 stattfinden kann.
Auch bei dieser Schaltungsanordnung wird ein in der Zeichnung nicht dargestellter Steuerkreis verwendet,
der über ein Rückkopplungssignal die Stromstärke des
durch das Werkstück fließenden Stromes nachreguliert*
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Sobald das Werkzeug 510 unter dem Einfluß von Druck und Hitze plastisch geworden ist, beginnt das Metall
in die von den drei Formwalzen gebildeten Zwischenräume 512, 514 und 516 zu fließen, so daß aus dem stabförmigen
Rohling ein Y-förmiges Profil entsprechend
der Fig. 38 entsteht.
Wegen der bei diesem Verfahren entstehenden starken Verformung und seitlichen Verdrängung des Metalls ist
es zweckmäßig, das Werkstück 510 mit einer Schubkraft durch die Walzenanordnung zu bewegen.
Vom fabrikationstechnischen Standpunkt aus gesehen
eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren in besonders vorteilhafter Weise für den Betrieb in einer mehrstufigen
Walzbank mit mehreren Walzgerüsten (multi-rstand-Betrieb),
Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen mehrstufigen Walzbank wurde bereits in Zusammenhang
mit den Fig. 2IA und 2IB erläutert. Die Verformung des stabförmigen Rohlings bis zu einer stäbchenförmigen
Zwischenform erfolgt hierbei in einem ersten Walzgerüst und die Breitung der Zwischenform in einem
in Tandem-Anordnung nachgeschalteten zweiten Walzgerüst«
In ähnlicher Weise läßt sich im kontinuierlichen mehrstufigen Walzbetrieb Stabmaterial in Träger mit
I-förmigem Querschnitt gemäß Fig. 39A und 39B verformen·
Im ersten Walzgerüst (Fig, 39A) wird der Roh/ling
durch eine.Oberwalze 517 und eine Unterwalze .518 gebreitet und die Verdrängung des seitlich austretenden
Materials durch zwei Führungsrollen 519 und 520 aufgehalten.
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Die hierbei entstehende Zwischenform 522 wird sodann
einem zweiten Walzgerüst (Pig, 39B) zugeführt, in welchem die verdickten Enden der 2wischenform zu Flanschen
oder Querträgern des I-förmigen Profils gebreitet werden. In diesem Walzgerüst befindet sich das Werkstück
522 zwischen einer Oberwalze 524 und einer Unterwalze
526 sowie mit seinem Mittelsteg zwischen zwei seitlich um vertikale Achsen drehbare Führungswalzen
und 530. Die Breite dieser Führungswalzen entspricht der Breite des Mittelstegs des fertig geformten" I-Trägers.
Der innere Krümmungsradius bzw. die Hohlkehle zwischen Querflanschen und Mittelsteg wird durch den äußeren
Krümmungsradius der Führungswalzen bestimmt.
Bei mehrstufigem Walzenbetrieb ist es sinnvoll, die in jedem Walzgerüst auftretenden Walztemperaturen durch
dort vorgesehene Meßfühler und Steuerkreise einzeln zu überwachen.
Damit kein Stromfluß von der Elektrode des einen Walzgerüstes zur Gegenelektrode des anderen Walzgerüstes
auftreten kann, was eine unerwünschte Erwärmung des Werkstückes zur Folge haben würde, ist das eine Walzgerüst
hinsichtlich seines Potentials geerdet und das zweite Walzgerüst an ein Potential gelegt, welches
elektrisch über dem Erdpotential liegt. Auf diese Weise lassen sich die Formwalzen des ersten Walzgerüstes auf
dem Potential der Vorheizwalzen des zweiten Walzgerüstes halten» Der durch dieses Potentialgefalle hervorgerufene
Stromfluß bleibt somit innerhalb der Teile eines jeden der beiden Walzgerüste.
Bei einer größeren Anzahl von Walzgerüsten kann aber auch jedes der aufeinanderfolgenden Walzgerüste an
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eine abwechselnd höhere und niedrigere Spannung angelegt werden3 so daß große Spannungsdifferenzen
hierdurch vermieden werden.
Als unproblematisch hat sich der Walzengleichlauf mehrstufiger Walzbänke beim Eintritt eines zwischengeformten
Profils in das nachfolgende Walzgerüst erwiesen· Dies hat seinen Grund darin, daß bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren eine vernachlässigbar kleine Dehnung des Werkstückes in axialer Richtung,
also—in Vorschubrichtung, stattfindet.
Kleine Geschwindigkeitsunterschiede können wiederum ausgeglichen werden durch Verwendung eines Schmiermittels,
welches einen gewissen Schlupf zwischen Walzrollen und dem Werkstück ermöglicht„
Hierdurch ist es möglich, die verschiedenen Walzgerüste mit der gleichen Walzgeschwindigkeit zu
betreiben, so daß nur eine Antriebsvorrichtung vorgesehen zu sein braucht, von der der Antrieb
für sämtliche Walzgerüste abgenommen wird«
Ein Vorschub des Werkstückes beim Durchgang aufeinanderfolgender Walzgerüste ist beim Verformen von
Blechen oder dünnen Platten nicht erforderlich. Wird dagegen von stabförmigem Material ausgegangen, kann
der Werkstückvorschub durch Schubrollen herbeigeführt werden, wie sie im Ausführungsbeispiel der Pig. Il
Verwendung finden.
Patentansprüche:
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Claims (1)
- Patentansprüche1β Verfahren zum Formen metallischer Werkstücke im festen Zustand zu Formteilen und Profilen bestimmten Querschnittes auf einer als Gegenelektrode wirksamen--"Auflage unter der Wirkung einer im wesentlichen gegen diese Auflage mit einem bestimmten Druck auf das Werkstück gepreßten lilektrodenwalze aus hitzebeständigem Metall oder aus einer hitzebeständigen Legierung, gekennzeichnet durch eine auf den Bereich des sich auf das Werkstück auswirkenden Walzdruckes eng begrenzte Erhitzung sowohl des Werkstückes über seinen gesamten Querschnitt als auch der Walze im Bereich der unmittelbar mit dem Werkstück momentan in Berührung stehenden Umfangsteile infolge Durchgang eines elektrischen Stromes durch Walze, Werkstück und Auflage einer an die Walze und an die Auflage angeschlossenen Stromquelle, und dadurch, daß die Stromstärke des elektrischen Stromes und der auf das zu verformende Werkstück ausgeübte Walzdruck getrennt oder gemeinsam auf eine solche Größe eingestellt und gehalten werden, welche einer Temperatur im Werkstück unterhalb dessen Schmelzpunktes entspricht, bei der in der gerade verformten Schicht zwischen Walze und Auflage ein örtlich begrenztes plastisches Fließen des Werkstückmaterials eintritt, wobei im kontinuierlichen Walzbetrieb die Zone des plastischen Fließens mit der Geschwindigkeit des Werkstücktransportes im Werkstück fortschreitet.50983A/06722v Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück relativ zur ortsfest gelagerten druckbeaufschlagten Walze im Vorschub transportiert wird und die Schubkraft vor der Walze angreift.3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßdas Werkstück unter der Wirkung einer Zugkraft transportiert wird und die Zugkraft in Walzrichtung hinter der Walze angreift·H, Verfahren nach Anspruch I9 dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke des durch das Werkstück fließenden elektrischen Stromes beim Abweichen der ßetriebsparameter in der Walzzone von einem vorgegebenen Soll-Wert durch ein Pehlersignal nachgeregelt wird, welches durch ständigen Vergleich eines den oder die Betriebsparameter in der Walzzone repräsentierenden Meßsignales mit dem Soll-Wert gewonnen wird,5, Verfahren nach Anspruch I9 dadurch gekennzeichnet, daß die den Form- oder Walzwerkzeugen ausgesetzten Oberflächen des Werkstückes vor dem Walzen mit einem Schmiermittel versehen werden,6, Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen mit einem Schmiermittel aus
Graphit, Wolfram oder Silber versehen werden,7, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Titan-Legierung als Werkstück dieses auf eine Temperatur von oberhalb des Beta-Umwandlungspunktes der Titan-Legierung erhitzt wird./3 509834/06728. Verfahren zum Formen von metallischem Blech und Plattenmaterial im festen Zustand zu Trägerprofilen mit im wesentlichen zwei winklig zueinanderstehenden Schenkeln oder Stegen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenförmige Ausgangsmaterial zunächst zwischen Hilfswerkzeugen und Führungsrollen derart eingespannt wird, daß die in einem zweiten Verfahrensabschnitt zu verformenden Ränder in Richtung der Walze und der Auflage seitlich vorstehen, daß in dem zweiten Ve^rfahrensabschnitt unter gleichzeitigem Stromdurchgang durch Walze, Werkzeug und Auflage die vorstehenden Ränder durch die Walz- oder Formwerkzeuge gegen die Auflage winklig abgebogen werden, und daß die Stromstärke und der Walzdruck auf eine solche Größe eingestellt und gehalten werden, die einer Temperatur entspricht, bei der ein örtlich begrenztes plastisches Fließen eintritt, wobei die Zone des plastischen Fließens mit der Geschwindigkeit des Werkstücktransportes im Werkstück zusammen mit den so geformten Abbiegungen der Schenkel fortschreitet (Fig, 12A und 12B).y. Verfahren nach Anspruch ^9 dadurch gekennzeichnet, daß vor der endgültigen Formgebung der Trägerprofile die die Schenkel verformenden Walz- osäer Formwerkzeuge nur teilweise gegen die zu verformenden Teile gepreßt werden.10, Verfahren nach Anspruch 8,- dadurch gekennzeichnet, daß daß das Formen der Schenkel in mehreren Walzgängen erfolgt und nach jedem Walzgang die Walz- oder Formwerkzeuge in Richtung der vorzunehmenden Abbiegung der Schenkel seitlich versetzt werden./4 509834/087211, Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,daß vor der endgültigen Formgebung die den Walz- oder Formwerkzeugen gegenüberliegende Fläche der Hilfswerkzeuge bis auf einen den Stromdurchgang ausschließlich durch die zu bildende Abbiegung ermöglichenden Spalt elektrisch isoliert werden (Fig. 15).12, Verfahren zum Formen von metallischem Stabmaterial im festen Zustand zu Profilen mit I- oder T-förmigem Querschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabmaterial in einer ersten Formstufe zu einem Mittelsteg gestaucht und gleichzeitig gebreitet wird, und gleichzeitig die Verdrängung des seitlich aus den Walzwerkzeugen austretenden Materials unter Bildung von verstärkten Randprofilen au%ehalter^d.rcl, und daß in einer zweiten Stufe die verstärkten Randprofile senkrecht zu dem bereits geformten Mittelsteg zu flachen Querstegen gestaucht und gebreitet werden (Fig. 2IA bis 21C),13, Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der in der ersten Formstufe gebreitete Teil des Werkstückquerschnittes unter Dickenminderung ggfo bei gleichmäßiger werdendem Querschnitt ausgewalzt wird,14, Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück zwischen einer rotierenden Walze und einer Werkstückauflage mit einer am Werkstückin Walzrichtung angreifenden,die Längsdehnung kompensierenden und den seitlichen Materialaustritt unterstützenden Kraft geformt wird./5 SO 9834/067215. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das seitlich austretende Material durch horizontal umlaufende Führungswalzen aufgehalten wird, die dem zu verformenden Stabmaterial während des Formens im kontinuierlichen Walzbetrieb zugleich eine seitliche Führung geben,16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß beim Walzen in der zweiten Formstufe seitlich an dem bereits ausgewalzten Mittelsteg horizontale Richtwerkzeuge angelegt werden, welche die endgültige-Form der Querstege bestimmen,17. Verfahren zum Verformen einer Kante von Blech oder plattenförmigem Material zu einer abgeflachten Endverstärkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht zu verformende Teil des Materials zwischen Richtwerkzeugen eingespannt' wird, welche im Bereich der zu bildenden Endverstärkung eine Höhlung aufweisen, in die das Material kontinuierlich durch Stauchen eingewalzt wird, (Fig.18 und 19).1?, Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Material infolge Stromfluß durch das Formwerkzeug, das Werkstück und die Richtwerkzeuge auf eine das plastische Fließen ermöglichende Temperatur erhitzt wird,19, Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mittels einer rotierenden Formwalze in die Höhlung der Richtwerkzeuge eingewalzt wird, wobei die Znne des plastischen Fließens mit der Geschwindigkeit des Werkstücktransportes im Werkstück fortschreitet. .509834/0672 /620. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug auf vertikalen Abstand an den Richtwerkzeugen gehalten wird, so daß das Werkstückmetall seitlich in den zwischen Formwerkzeug und Richtwerkzeugen gebildeten Spalt fließen kann.21. Verfahren zum Formen eines Profils aus einem metallischen Werkstück auf einer Auflage unter der Wirkung einer äruckbeaufschlagten Formwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Profilteile des Rohlings durch seitliches Verdrängen und Hochsteigen in eine am Umfang der Formwalze vorgesehene Ausnehmung von einem den endgültigen Profilteilen entsprechenden Querschnitt geformt werden ( Fig. 32A und 32B),22, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formen des Rohlings bis zum endgültigen Profil oder Formteil in mehreren Stufen abläuft und die in jeder Stufe erhaltene Zwischenform dem Walzgerüst der nachfolgenden Stufe zugeführt wird, wobei in jeder Stufe nur der Teil des Profils zwischen Formwerkzeug und Auflage erhitzt wird, der vom Formwerkzeug ausgewalzt wird, während das Material des restlichen Teils des Rohlings seitlich austritt und in der nachfolgenden Stufe geformt wifcd,23, Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichzeitiger Beschickung einer zweistufigen Walzstraße mit einem in diesen Stufen unterschiedlich zu verformenden Rohling einer durch unterschiedliche Erhitzung in der ersten Stufe verursachten Längsdehnung des Werkstückes durch Vorschub des Rohlings entgegengewirkt wird, wobei die Vorschubkraft509834/0872/7vor dem ersten Walzgerüst angreift,24. Verfahren zum Formen metallischer Werkstücke im festen Zustand zu Profilen mit Y-förmigem Querschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling in drei um jeweils 120° zueinander versetzt liegende Ebenen zwischen drei Formwalzen geformt wird, von denen jede an den einen Pol einer dreiphasigen Stromquelle angeschlossen ist, so daß ein Stromfluß zwischen jeweils zwei Walzen stattfindet, und daß wenigstens eine der Walzen in Richtung des Schnittpunktes der Mittelebenen aller drei Walzen mit <§em Walzdruck beaufschlagt ist. (Fig. 38)25. Verfahren zum Formen von Werkstücken aus Titan oder aus Titan enthaltenden Legierungen nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke des elektrischen Stromes durch das Werkstück und der auf das Werkstück ausgeübte Walzdruck auf eine solche Größe eingestellt gehalten werden, daß sich im Werkstück eine Temperatur oberhalb des Beta-Umwandlungspunktes, aber unterhalb der Erstarrungstemperatur einstellt, die ausreicht, daß während einer Zeitdauer von der Größenordnung einiger Sekunden ein örtlich begrenztes plastisches Fließen des Werkstücksmaterials eintritt,26. Verfahren zum Formen von verstärkten Randleisten und sich daran anschließenden tragflächenformigen Teilen von vergleichsweise dünnerer Querschnittsdicke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem" ersten Verfahrensabschnitt bei einem stillstehenden Gesenkwalzenpaar mit entsprechend dem Fertigprofil vorgesehenen Gravurhälften unter der Wirkung von Druck und durch Stromdurchgang erzeugter Temperatur die Randleiste509834/0672 /8geformt wxrd und in einem zweiten Verfahrensabscnnitt das Gesenkwalzenpaar in langsame Drehung versetzt wird, bei der die si£h an die Randleiste anschließenden tragflächenförmigen Teile ausgewalzt werden,27. "Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 23 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das zu verformende Werkstück mit regelbarem Walzdruck preßbare Elektrodenwalze (92) in einem in bezug auf die Auflage (94) mittels eines hydraulischen Zylinders (109) höhenbewegbaren Obergestell (I06) gelagert ist, daß die Elektrodenwalze (92) und die Auflage (94) jeweils an den einen Pol einer Stromquellefl73)angeschlossen ist, deren Stromstärke zusammen mit dem Walzdruck bei Abweichung der Tenperatur von einer zur Erzielung eines örtlich begrenzten plastischen Pließens des Materials zwischen Walze und Auflage vorgegebenen, unterhalb des Schmelzpunktes des Ausgangsmaterials liegenden maximalen Temperatur in der Walzzone mittels eines Steuerkreises (156) kontinuierlich nachregelbar ist, daß Fördermittel (184,186) zum Transport des Werkstückes(188) unter der Walze (92 bzw. I90) in Walzrichtung vorgesehen sind, und daß zu beiden Seiten der durch die Walze ( 92 bzw, 190) und die Auflage (94 bzw.. 192) zu legende'n Mittelebene entlang der Walzstrecke mehrere horizontal umlaufbare Führungswalzen (138, 126) angeordnet sind.28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß für einen kontinuierlichen Walzbetrieb die Führungswalzen (138, 126) unmittelbar an das/verformende Werkstück anlegbar sind und als Begrenzungswalzen für dasbeim Breiten des Rohlings seitlich verdängte Material dienen?·": ' /9 509834/067229» Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungswalzen (138, 126) zumindest auf der einen Seite der Walzstrecke/zum Werkzeug hin bzw, vom Werkzeug weg verstellbar sind.30, Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Fü-hrungswalzen (138, 126) in bezug aufdie Auflage (94) geradlinig höhenbewegbar sind,31, Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungswalzen (138, 126) mit einer durch hydraulische Zylinder (I44a, I44b,l44c) bestimmten Andruckkraft gegen das Werkstück' pressbar sind,32, Vorrichtung nach den Ansprüchen 30 und 31, dadurch .--. gekennzeichnet, daß die Führungswalzen (138, 126) auf jeder Seite der Walzstrecke zu je einem Walzsatz zusammengefaßt und in Haltern (l40, 128) drehbar gelagert sind, die in einem höhenbewegbaren Führungssystem (118) gegen das Werkstück versteilbar sind, wobei an den Haltern (140) des einen Walzensatzes die hydraulischen Zylinder (144a, l44b, I44c) und an den Haltern (128) des anderen Walzensatzes Stellschrauben (130) angreifen,33, Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umfangsfläche der gegen das Werkstück anpressbaren Elektrodenwalze mindestens eine Höhlung oder Ausnehmung (324, 406) vorgesehen ist, in die das Material des Rohlings während des plastischen Fließens verdrängt wird oder hochsteigt (Fig, 21A und 32A),; /10 509834/067234, Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhlung oder Ausnehmung (324, 4o6) in der Umfangs-• fläche der Elektrodenwalze als geschlossene Ringnut ausgebildet ist,35. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage (94 bzw, 19?) als gegenläufig zur oberen Elektrodenwalze (92 bzw, 190) umlaufende Unterwalze ausgebildet ist.36, Vorrichtung nach den Ansprüchen 33 und 35, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umfangsfläche der Unterwalze (316) mindestens eine als geschlossene Ringnut ausgebildete Höhlung oder Ausnehmung (324) vorgesehen ist, die der Ringnut in der Umfangsfläche der oberen, gegen das Werkstück anpreßbaren Elektrodenwalze (314) in ihrem Profil entspricht,37. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß dar zuProfilen mit Y-förmigem Querschnitt zu verformende Rohling einen Satz von drei um jeweils 120° zueinander winkelversetzt angeordneten, umlaufbaren Formwalzen (502, 504, 506) durchläuft, von denen jede an den einen Pol einer dreiphasigen Stromquelle (5il) angeschlossen ist, deren Stromstärke zusammen mit dem auf mindestens eine der Formwalzen wirkenden Walzdruck bei Abweichung der Temperatur von einer zur Erzielung eines örtlich begrenzten plastischen Fließens des Materials zwischen den Walzen vorgegebenen, unterhalb des Schmelzpunktes des Ausgangsmaterials liegenden maximalen Temperatur der Walzzone kontinuierlich nachregelbar ist, wobei Fördermittel zum Transport des Werkstückes zwischen den Walzen in Walzrichtung vorgesehen sind (Fig. 38),/11 509834/067233. Vorrichtung nach Anspruch 37} dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche jeder der Formwalzen (502, 504, 506) mit konischen Al?schrägungen (508) versehen ist, die einen solchen Winkel aufweisen, daß die Umfangsteilflächen jeweils zweier gegenüberliegender Pormwalzen ί5Ο2 und 504, 502 und 506, 504 und 506) parallel zu liegen kommen.39.. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der Querschnitt- oder Dickenminderung beim Walzen die Fördermittel zum Transport des Werkstückes in Walzrichtung als quer zur Walzrichtung gelagerte, gegenläufig angetriebene Schubrollen (184, 186) ausgebildet sind.40. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Formwalzen gegen Gesenkwalzen (478, 480) austauschbar sind, deren Umfangsflächen je zur Hälfte die dem Endprofil entsprechende Gravur enthalten (Fig. 35).509834/06723%Leerseite
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