CH271179A - Verfahren zum Herstellen von gepressten Blechformteilen vermittels Matrizen. - Google Patents

Description

  Verfahren zum Herstellen von gepressten     Blechformteilen    vermittels Matrizen.         Diese        Erfindung    bezieht. sieh auf ein Ver  fahren zum Herstellen von gepressten     Blech-          Formteilen    vermittels Matrizen, welche aus  Metall bestehen,     dessen    Schmelzpunkt unter  dem Siedepunkt des Wassers liegt.  



  Seit langem ist es eine dringende Notwen  digkeit, besonders in der Automobil- und  Flugzeugindustrie, ein Verfahren zu finden,  mit welchem eine beschränkte Anzahl von       Versiich,#-.Foinuteilen    aus Blech vermittels  Matrizen hergestellt werden kann, welche  rasch und wirtschaftlich     herstellbar    sind. Bei  der Entwicklung wird häufig für Versuchs  zwecke eine beschränkte Anzahl von verform  ten Blechteilen benötigt. Die wünschenswer  teste Matrize wird demnach eine solche sein,  welche     rasch    und     wirtschaftlich        herstellbar     ist und welche fähig ist, die erforderliche An  zahl von Versuchsteilen herzustellen.  



  Zur Verstellung von Versuchsteilen ist  die     Verwendung    von Stahlmatrizen oft un  praktisch, weil sich die Kosten für deren  Herstellung nicht lohnen, wenn im besten  Falle nur einige hundert. Teile zu verformen  sind. Ein weiterer Nachteil bei der Verwen  dung von     Stahlmatrizen    für die Verformung  von Versuchsteilen ist der, dass es unmöglich  ist, die Form der Versuchsteile zu ändern,  indem die     141atrizenol)erfläche    geändert wird.  Bei der Entwicklung von Versuchsmodellen  werden aber häufig kleine     Änderungen    in der  Form der Teile notwendig.  



  In der Automobilindustrie ist das ge  bräuchlichste Verfahren, um kleine Versuchs-    teile herzustellen, die Handverformung der  Teile vermittels eine Hartholzform. Das be  dingt die Verwendung von gelerntem Perso  nal für die Herstellung von Hartholzformen  sowie von gelernten Metallarbeitern, um mit  tels der Form befriedigende Teile zu erhalten,.  



  Für grosse Versuchsteile wie Hauben,  Kotflügel und Türen wird allgemein eine       Gusseisenform    verwendet, über welche z. B.  Stahlblech in die angenäherte Form gezogen  wird. Der Teil     muss    dann auf eine Hartholz  form gebracht und wie die kleineren Teile  fertiggestellt. werden.  



  Wie es leicht verständlich sein wird, ist  die Herstellung von Versuchsteilen durch  Handverformung nicht befriedigend, weil es  kostspielig ist und viel Zeit erfordert. Die  Formen können nicht leicht geändert werden,  und wenn eine grössere Änderung beabsich  tigt ist, wird im allgemeinen die alte Form  weggelegt und eine neue angefertigt:  Es sind auch viele Versuche gemacht wor  den,     Wismutlegierungen    zur Herstellung von       Versuchsmatrizen    zu verwenden. In :den letz  ten Jahren wurde in der Flugzeugindustrie  viel mit solchen aus     Wismutlegierungen    her  gestellten Matrizen gearbeitet.

   Einige Erfolge  wurden erreicht beim Verformen von Alumi  niumblechen oder andern weichen Blechen,  wobei die Nachteile der erwähnten bekannten  Verfahren überwunden wurden, wie es in  einem Artikel beschrieben ist auf Seite 142  der     Märzausgabe    1947 der Zeitschrift      Maehi-          nerv .    Die Matrizen, wie sie in der Flugzeug-           industr        ie    erzeugt werden, sind zur Herstel  lung von     Automobil-Versuchsteilen    aber nicht  geeignet, da     .diese    Teile gewöhnlich aus Stahl  blech bestehen und deshalb diese Weich  metallmatrizen nicht fähig sind,

   Stahlbleche  in genügender Menge oder Qualität herzu  stellen wegen der den leichtschmelzenden       Legierungen    eigenen Weichheit. Die Matrizen  aus     @Vismutlegierimgen    werden -eingedrückt  und deformiert, wenn Probestücke aus Stahl  blech hergestellt werden. Dieses     Hindernis    in  der     Verwendung    von     Weichmetallmatrizen     wird beim erfindungsgemässen Verfahren da  durch überwunden, dass die Matrizen vor  ihrer Benützung auf eine Temperatur von       minus    128 C oder tiefer abgekühlt werden.  



  Im folgenden     wird    das Verfahren bei  spielsweise erläutert. Die Matrize kann aus  einer     Legierung    hergestellt werden, welche  vorwiegend aus     Wismut,    Zinn und Blei be  steht.      Cerrobend ,    eine dieser Legierungen,       besteht        aus        50%        Wismut,        13,31/o        Zinn,        101/o          Kadmium        und        26,

  7%        Blei.        Cerrobend        hat     sich als die geeignetste     dieser    leicht     schmel-          enden    Legierungen erwiesen für das Giessen  von Matrizen, welche zur Verformung von  Blechteilen dienen wegen der eigentümlichen  Volumenvergrösserung beim Erstarren     und     vorteilhaftem Verhalten beim Unterkühlen.       Cerrobend    hat den äusserst niedrigen Schmelz  punkt von etwa 710 C, was das Schmelzen der       Legierung    mit den einfachsten Mitteln er  laubt.

   Durch     Eintauchen    eines Behälters mit  geschmolzener Legierung in Wasser von einer  Temperatur oberhalb 71  C kann die Legie  rung in geschmolzenem     Zinstand    gehalten wer  den. Die niedrige Temperatur der Legierung  in geschmolzenem Zustand hat den weiteren  Vorteil, dass sie einfacher behandelt werden  kann, ohne Gefahr von Verbrennungen beim  Personal.  



  Das allgemein angewandte Verfahren zur       Herstellung    von     Weichmetallmatrizen    besteht  darin, dass     ein    Modell     .des    zu formenden Teils       hergestellt    wird. Das Modell wird vorzugs  weise aus einem Material hergestellt, welches  leicht und rasch bearbeitet werden kann.  Modelle     aus    weichem Holz haben sich für    kleinere Teile bewährt, während     Aluminium     oder andere leicht verformbare Metalle er  folgreich angewendet wurden, um Modelle  von grösseren Teilen zu     bilden.     



  Vom Modell wird dann ein Gips- oder       Tonabguss    gemacht, der dann erhitzt     wird,     um jede Feuchtigkeit auszutreiben. Es wurde  gefunden, dass bei Matrizen, die mit Hilfe  -von     vollständig    getrockneten     Gips-    oder Ton  abgüssen hergestellt werden, die Oberfläche  bedeutend weniger nachbearbeitet werden  muss, als wenn die Matrizen in nicht     ge-          trockneten    Formen gegossen werden. Die ge  schmolzene Legierung wird dann in den     Gips-          oder        Tonabguss    gebracht, um die eine Hälfte  der Matrize zu bekommen.

   Wegender äusserst  niedrigen Temperatur des     geschmolzenen          Metalles    eignen sich Gipsformen sehr gut.  



  Bei der Herstellung von Matrizen von  kleineren Modellen     ist    es möglich, das flüssige  Metall direkt auf ,das Modell zu giessen, um  einen Teil .der Matrize zu bilden. Beim so       verwendeten    Modell tritt kein merklicher  Verzug auf.     Weichmetallmatrizen    werden  auch in befriedigender Weise hergestellt,  indem die geschmolzene     Legierung,direkt    auf       das    durch den     Automobilkonstrukteur    herge  stellte Tonmodell gegossen wird. Die Möglich  keit, -die geschmolzene Legierung nach dem  oben beschriebenen Verfahren zu giessen, er  gibt eine beträchtliche Zeit- und Kosten  ersparnis.  



  Ein Aluminiumstück von einer Dicke,  welche derjenigen des zu formenden     Teils     entspricht, wird     dann    auf die     Matrizenfläehe     gelegt     -Lind    wird in die .der Matrize     entspre-          ehende        Form    gebracht, indem es durch einen  schweren     Giunmistempel    in diese Form ge  presst wird.

   Der so geformte Aluminiumteil  wird auf der     Matrizenoberfläche        belassen,     um als Trennwand zu wirken, wenn die  andere Hälfte der Matrize gegossen wird,  und dient ausserdem zur Wärmeableitung,  wenn das     flüssige    Metall gegossen wird. Nach  dem Giessen dieses     Matrizenteils    auf den  ersten Teil werden die Aussenseiten der Ma  trize plangedreht, um absolut parallele     Pass-          flächen        zii    bekommen.

   Die     Möglichkeit,    die      Matrizen     planzudrehen,    während sie     zusam-          rnen    sind, gestattet .dann eine rasche und  exakte     Justierung    der beiden     Matrizenteile,     wenn sie in der Presse befestigt werden.  



  Nach dem Trennen der beiden Teile der  Matrize werden die Oberflächen von Hand  geglättet.. Grussfehler und     Gussblasen    werden  einfach mit einem Lötkolben und einem Stück  der Legierung ausgebessert.. Die Oberfläche  wird durch Schmirgeln geglättet, bis die ge  naue gewünschte Form erreicht ist. Es ist  gefunden worden, dass kleine Änderungen der       Matrizenform    durch Aufschmelzen von Me  tall auf die Matrize oder durch Entfernen  von     :Metall    mit. einer Raspel oder einem  andern Werkzeug vorgenommen werden kön  nen. Wenn an der Matrize grössere Änderun  gen vorgesehen sind, kann diese vollständig  wieder verwendet werden, indem sie in heissem.  Wasser geschmolzen und in der gewünschten  neuen Form neu gegossen wird.  



  Kleinere Matrizen werden zum Zwecke  der     Abkühlung    in flüssigen Stickstoff oder  ein ähnliches Kühlmittel getaucht, mit wel  chem die     Matrizentemperatur    auf etwa minus       196     C gesenkt werden kann, wodurch .die       11latrizenoberfläche    die nötige Härte erhält,  um Stahlblechteile verformen zu können. Ein       Wiedereintauchen    ist     notwendig,    wenn die       Matrizentemperatur    über ein gewisses Maxi  mum steigt..

   Es ist gefunden worden, dass für  eine     befriedigende    Verformung von Teilen  die maximale Temperatur einer Matrize aus       Wismutlegierung    ungefähr minus 128  C be  trägt. Wenn die Temperatur .der Matrize auf  diese Höhe steigt, wird sie wieder gekühlt.  Bei kleineren     Weichmetallmatrizen    ist der  notwendige Zeit- und Arbeitsverbrauch für  das Wegnehmen der Matrizen von der Presse  und das     Wie.dereintauchen    nicht. so     wichti-.     Das Gewicht von grösseren Matrizen macht  deren Entfernen und     'N#liedereintauchen    je  doch umständlich wegen der erforderlichen  Hinrichtung und der Zeit, um dieses Manöver  auszuführen.  



  Diese Schwierigkeit der     Aufrechterhal-          tung    dieser tiefen Temperatur wird z. B. bei  grösseren     Weiehmetallmatrizen    dadurch über-    wunden, dass die Matrize mit Kühlkanälen  versehen wird, durch welche flüssiges Kühl  mittel strömt. Das flüssige Kühlmittel wird  durch den     Matrizenbloek    gepumpt mit der  erforderlichen Geschwindigkeit, um die Ma  trizenoberfläche konstant auf der erforder  lichen Temperatur von     minus    128  C oder  tiefer zu halten. Die Form der Kühlkanäle  sollte so gut wie möglich der Form der Ma,       trizenoberfläche    entsprechen, um die gesamte       1iIatrizenoberfläche    auf einer konstanten Tem  peratur zu halten.

   Bei vielen Matrizen ist die  Form der Oberfläche     komplex    und erfordert  eine komplizierte     Kühlkanalform,    welche mit  den üblichen Verfahren zur Herstellung sol  cher Kanäle schwierig zu erhalten ist. Es  kann aber eine Masse aus     Wasser    und unlös  lichem körnigem Material, wie z. B. Sand,  verwendet werden, um die schwierigen For  men zu bilden, die beim     Herstellen    von Kühl  kanälen oft erforderlich sind. Nachdem die  Masse z. B. in eine Gummigiessform gegossen  ist, wird sie gefroren und ist dann bereit zur  Verwendung als Kern in der     Matrizengiess-          f        orm.     



  Die gefrorene Masse wird dann richtig in  den bei der     Matrizenherstellung        verwendeten     Abguss gelegt,     worauf,die    geschmolzene Legie  rung gegossen wird. Die niedrige Schmelz  temperatur der     Wismutlegierung    erlaubt das  Giessen über die gefrorene Masse. Das unlös  liche körnige Material in der gefrorenen  Masse verzögert das Schmelzen dieses Kernes  lange genug, um das Erstarren der Legierung  vorher zu ermöglichen. Bei der Berührung  der Legierung mit der gefrorenen Masse,  welche sehr befriedigende Kühlkanäle bildet,       erstarrt    die Legierung rasch. Wenn dann die  gefrorene Masse schmilzt, fliesst sie ohne wei  teres aus dem     Matrizenbloek    heraus.

   Irgend  welche Rückstände von körnigem Material,  welches nach dem Schmelzen der Masse im       Matrizenbloek    zurückbleiben mag, kann leicht  herausgewaschen werden, wenn die Matrize  abgekühlt, ist..  



       Das    Aufrechterhalten des unterkühlten  Zustandes der Matrizen hat sich in einigen  Fällen trotzdem als schwierig erwiesen. wegen      der     Wärmeleitung    von dem in der Herstel  lung der Teile verwendeten Stahlblech auf die  Oberflächen der Matrize. Diese Schwierigkeit  kann dadurch überwunden werden, dass z. B.  das zu formende Stahlblech so weit abgekühlt  wird, als es im Hinblick auf die an ihm vor  zunehmende Deformation noch     zulässig    ist.

         Zwischen    die Matrize und die Presse können  auch Schichten aus Asbest oder einem andern  mechanischen festen und thermisch isolieren  den Material gelegt werden, um die     zii    rasche       Wärmeleitung    von der Presse auf die Matrize  zu verhindern. Durch das Unterkühlen der  Matrizen durch Eintauchen in flüssigen Stick  stoff oder in ein ähnliches Kühlmittel, oder  durch das     Hindurchpumpen    von Kühlflüssig  keit durch die Matrize, die Abkühlung der zu  formenden Stahlbleche     und    durch die     Anorel          nung    einer angemessenen Isolierung der un  terkühlten Matrizen wird es möglich, mehrere  hundert Stahlblechteile, z.

   B. aus Stahl SAE  1020, mittels einer einzigen     wismutlegierten     Matrize herzustellen.  



  Die     Produktion    von Versuchsteilen mittels  unterkühlter     wismutlegierter    Matrizen kann  aber noch weiter erhöht werden, indem die  Arbeitsoberfläche der Matrize     verchromt     wird. Das Verchromen dieser Oberfläche kann  durch gebräuchliche     Verchromungsprozesse     leicht. und rasch ausgeführt werden. Die ver  chromte Arbeitsoberfläche reflektiert einen  grösseren     Teil    Wärme, welche sonst auf die  Matrize übertragen würde, und ist ausserdem  härter. Verchromte Matrizen können leichter  in     unterkühltem    Zustande gehalten werden       infolge    der     Wärmereflektierung    an der ver  chromten Oberfläche.  



  Druckversuche an     Wismutlegierangen    zei  gen, dass die umgekühlte Legierung schon  unterhalb 527     kg/cm2    plastisch deformiert  wird: dasselbe Versuchsstück widersteht nach  dem Eintauchen in flüssigen Stickstoff     Span-          nungen    über 1757     kg/cd    ohne plastische  Deformation. Versuche für     Brinellhärte    zei  gen, dass beim unterkühlten Stück der Kugel  eindruck weniger als ein Viertel beträgt im  Vergleich     zu    demjenigen bei normalen Tem  peraturen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zum Herstellen von gepressten Blech-Formteilen vermittels Matrizen, welche aus Metall bestehen, dessen Schmelzpunkt unter .dem Siedepunkt des Wassers liegt, wo bei die Matrizen vor ihrer Benützung auf eine Temperatur von minus 128 C oder tiefer ab gekühlt werden. UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch, wobei Matrizen verwendet werden, die vorwiegend aus ZVismut, Zinn und Blei bestehen. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass zwischen dem Me tall der Matrize und dein Metall der Presse eine Isolierschicht eingelegt wird, um eine 1,N'ärmeleitung von der Presse in die Matrize zu vermindern. 3. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das zu verfor mende Stahlblech so weit abgekühlt wird, als es im Hinblick auf die an ihm vorzunehmende Deformation noch zulässig ist. 4. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Matrize vor der Benützung mit einem flüssigen Kühlmittel abgekühlt wird. 5. Verfahren nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass die Matrize in flüssigen Stickstoff eingetaucht wird. 6.

   Verfahren nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass man durch die Matrize hindurch ein Kühlmittel zirkulieren lässt. 7. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, da.ss eine Matrize ver wendet wird, deren Arbeitsoberfläche ver chromt ist. B.

   Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass Matrizen verwen- det werden, die aus einer Legierung von 50 % Wismut, 13,3 % Zinn, 10 % Kadmium und 26,71/o Blei bestehen.