CH379450A - Verfahren zur Verformung von Werkstücken - Google Patents

Description

  Verfahren zur Verformung von Werkstücken    Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfah  ren zur Verformung von in festem Aggregatzustand  vorliegenden, elektrisch leitenden, insbesondere me  tallischen Werkstücken.  



  Ein Metallwerkstück kann     die,erforderliche    Form  durch Ausübung von Arbeit auf das Metall erhal  ten, das heisst durch     übertragung    von genügend  Energie auf das Metall, so     dass    dieses die gewünschte  Form erhält. Bis anhin wurden Metallwerkstücke  im kalten Zustand entweder durch Anwendung  einer kontinuierlich ansteigenden mechanischen  Kraft auf das in Verarbeitung begriffene Metall  oder durch Ausübung einer Serie von mechanischen  Impulsen, z. B, durch Schmieden, verformt.  



  Gemäss dem Verfahren nach der Erfindung er  folgt die Verformung der Werkstücke dadurch,     dass     in dem Werkstück durch ein zeitlich veränderliches,  mittels wenigstens eines von mindestens einem  Stromimpuls durchflossenen Leiters -erzeugtes, ma  gnetisches Feld Ströme wenigstens an den zu ver  formenden Stellen induziert werden, welche Ströme  Kräfte ausüben, die die Verformung des Werk  stückes bewirken.  



  In der beiliegenden Zeichnung sind einige Aus  führungsformen von Vorrichtungen zur Durchfüh  rung des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt;  es zeigen:       Fig.   <B>1</B> eine schematische Perspektive einer Vor  richtung zur Durchmesserverminderung eines Rohres,       Fig.    2 einen Schnitt des in     Fig.   <B>1</B> gezeigten Werk  stückes nach der Verformung,       Fig.   <B>3</B> eine schematische Perspektive einer wei  teren Ausführungsform einer Vorrichtung zum Zu  sammenfügen von zwei     ineinandergesteckten,        soge-          nannten        Teleskoprohren,

            Fig.    4 einen Schnitt des in     Fig.   <B>3</B> gezeigten Werk  stückes nach der Verformung,         Fig.   <B>5</B> eine schematische Perspektive einer wei  teren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bil  dung von Sicken in Rohren,       Fig.   <B>6</B> einen Schnitt des in     Fig.   <B>5</B> gezeigten Werk  stückes nach der Verformung,       Fig.   <B>7</B> eine schematische Perspektive, teilweise  einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform,       Fig.   <B>8</B> eine Perspektive des in     Fig.   <B>7</B> gezeigten  Werkstückes nach der Verformung,       Fig.   <B>9</B> eine schematische Perspektive,

   teilweise  einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform,       Fig.   <B>10</B> eine Seitenansicht des in     Fig.   <B>9</B> gezeig  ten Werkstückes nach der Verformung.  



  Die dargestellten Ausführungsformen der     Metall-          formvorrichtung    umfassen Mittel zur Erzeugung  eines bestimmten, veränderlichen Magnetfeldes und  Mittel, um das zu formende Metall so lange im  Magnetfeld zu halten, bis das Metall genügend Ener  gie aufgenommen hat, um die gewünschte Form  zu erhalten.  



  Wenn ein stromführender Leiter quer in ein       Magnetteld    gebracht wird, erfährt er eine Kraft,  die ihn zu bewegen sucht. Die Kraft auf dem Lei  ter ist proportional dem Produkt des Leiterstroms  und der Komponente des Magnetfeldes senkrecht  zum Strom. Diese auf einer gewissen Strecke auf  den Leiter wirkende Kraft ist abhängig von der vom  Leiter aufgenommenen Energie. Wenn der strom  führende Leiter im Magnetfeld stationär gehalten  wird<B>'</B> wird die auf ihn wirkende Kraft, falls sie gross  genug ist, den Leiter verformen.  



  Wenn ein Leiter in ein veränderliches Magnet  feld gebracht wird, wird in ihm ein Strom indu  ziert. Die Wechselwirkung zwischen diesem Strom  und dem Magnetfeld ruft eine Kraftwirkung auf  den Leiter hervor. Wenn der Leiter festgehalten  wird, und wenn er genügend Energie aufnimmt, wird      er verformt. Die am Leiter verrichtete Arbeit oder  von ihm aufgenommene Energie hängt von der  Lage des Leiters im Magnetfeld, von der Stärke  des Magnetfeldes, vom im Leiter induzierten Strom,  von der Masse des Leiters, von inneren Kräften im  Leiter und von der Frequenz der Änderung des  Feldes ab. Demgemäss kann eine hohe kurzzeitige  Kraft auf den Leiter ausgeübt werden, indem zur  Erzeugung des Magnetfeldes ein Stromimpuls ver  wendet wird.  



  Indem der Leiter eine geeignete Form erhält und  ein Stromimpuls     hindurchgeschickt    wird, wird in  kürzester Zeit (etwa<B>1</B> Mikrosekunde) ein bestimm  tes Magnetfeld erzeugt. Im eine bestimmte Form  aufweisenden Magnetfeld befindliches Metall wird,  wenn die nötige Energie auf das Metall übertra  gen wird,<B>je</B> nach der Form des Magnetfeldes und  der Lage des Metalls im Magnetfeld verformt. Die  Dauer der auf das im Magnetfeld liegende Metall  wirkenden Kraft hängt von der Dauer des Impul  ses ab, und ist durch den zulässigen Temperatur  anstieg im Metall beschränkt. In der Regel kann  der Impuls für eine Dauer zwischen einer und vie  len Mikrosekunden zur Wirkung gebracht werden.  Jedoch kann bei sehr niedrigen Umgebungstempera  turen der Impuls länger wirken, etwa von Mikro  sekunden bis zu einer Minute.

   Die wünschbare  Form des Magnetfeldes richtet sich natürlich nach  der Form des Werkstückes und nach der am Werk  stück auszuführenden Bearbeitung. Diese Bearbei  tung kann Formen, Prägen, Gravieren     usw.    umfas  sen, und kann dem Metall mittels eines einzigen  oder mehrerer Impulse erteilt werden. Wegen des  augenblicklichen Einsetzens der Kraftwirkung auf  das im     Magn-.tfeld    gelegene Metall kann dieses stark  beschleunigt werden, so     dass    es sich mit hoher Ge  schwindigkeit bewegen kann. Solch ein Magnet  feld kann für viele     Anwendun-en    benützt werden, z. B.  zum Prägen eines sich rasch bewegenden Material  bandes durch kurzzeitiges Andrücken des Bandes  auf einen Prägestempel.

   Diese kurzzeitige Kraft kann  sehr gross sein und die     Elastizitätsgrenze    des zu ver  formenden Metalls um ein Mehrfaches überschrei  ten, so     dass    das Metall nach erfolgtem Impuls fliesst.  



  Die nachstehend erläuterten Ausführungsbei  spiele stellen besondere Anwendungen der vorste  hend angegebenen Grundgedanken auf besondere  Arten der Verformung von Metall dar.  



  Die in     Fig.   <B>1</B> gezeigte     Metallverformungsvorrich-          tung    kann zur Verringerung des Durchmessers eines  Teiles eines Rohres verwendet werden. Das ver  änderliche' Magnetfeld wird dadurch erzeugt,     dass     ein Stromimpuls durch eine Spule oder     Solenoid   <B>11</B>  geschickt wird. Ein oder mehrere Impulse werden  in einem Impulskreis 12 erzeugt, welcher einen  Kondensator<B>13</B> in Serie mit Schaltmitteln 14 wie  z. B. einen     Ignitron,        Thyratron,    einer Funkenstrecke       usw.,    aufweist.

   Der Kondensator ist über Schalt  mittel<B>16</B> und den Widerstand<B>17</B> an eine Hochspan  nungsquelle<B>15</B> angeschlossen. Ein Koaxialkabel<B>18</B>    verbindet den Impulskreis 12 mit dem     Solenoid   <B>11.</B>  Ein rohrförmiges Werkstück 20 aus einem lei  tenden Material, wie z. B. Kupfer oder Aluminium,  ist im     Solenoid   <B>11</B> mittels Klammern 21 festgehal  ten. Wenn ein Stromimpuls am     Solenoid   <B>11</B> ange  legt wird, wird ein veränderliches Magnetfeld er  zeugt, das im Werkstück 20 eine elektromotorische  Kraft erzeugt, wodurch ein hoher Strom um das  Werkstück fliesst.

   Wenn die durch die Wechsel  wirkung des induzierten Stroms mit dem Magnet  feld auf das Metallwerkstück übertragene Energie  genug gross ist, wird die Rohrwand des Teiles des  Werkstückes, das innerhalb dem     Solenoid   <B>11</B> liegt,  nach innen gedrückt und nimmt die in     Fig.    2 ge  zeigte Form an. Falls erwünscht, kann eine nicht  gezeigte Form in das Werkstück eingeführt werden,  um die Deformation des Werkstückes zu beschrän  ken oder festzulegen. Infolge der hohen Kraftwir  kung, der das Werkstück ausgesetzt ist, ist eine  Form im gewöhnlichen Sinne nicht notwendig. In  gewissen Fällen     muss    die Form keine grosse Festig  keit haben; allein schon ihre Masse genügt, um  die verformten Teile des Werkstückes abzubremsen.  



  Die von einem gegebenen     Solenoid    auf ein  Werkstück übertragene Energie kann erhöht wer  den, indem die am Kondensator angelegte Span  nung oder die Kapazität des Kondensators oder die  Anzahl Impulse erhöht werden.  



  Das     Solenoid   <B>11</B> besteht z. B. aus<B>10</B> Windun  gen eines isolierten Kupferdrahtes von<B>1</B>     cm2    Quer  schnitt und weist einen Innendurchmesser von 4 cm,  einen Aussendurchmesser von<B>6</B> cm und eine Länge  von 12 cm auf. Der     Stromimpulserzeuger    ist ein  <B>30</B>     Mikrofarad-Kondensator,    an den<B>10 kV</B> ange  legt wurden. Damit wurde ein Kupferrohr mit einem  Aussendurchmesser von<B>3,5</B> cm und einer Wand  stärke von<B>1,5</B> mm verformt.  



  In     Fig.   <B>3</B> ist eine     Metallformvorrichtung    gezeigt,  die zum Verbinden eines Paares     Teleskoprohre     durch Sicken der überlappenden Teile der Rohre  dient. Ein Stab aus leitendem Material hat die  Form eines Ringes 22; ein Stromimpuls wird zum  Ring 22 durch ein Koaxialkabel 18a mittels eines  Impulskreises 12a geführt, ähnlich wie bei der in       bezug    auf die     Fig.   <B>1</B> beschriebene Ausführungsform.  



  Die     ineinanderge-schobenen    Teile von     Teleskop-          rohren   <B>23</B> werden mittels Klammern 24 im Ring  22 festgehalten. Wenn ein Stromimpuls durch den  Ring 22 geht, wird ein Magnetfeld erzeugt, das  so viel Energie übertragen kann,     dass    die Rohre  <B>23,</B> wie in     Fig.    4 gezeigt, mit einer     Einschnürung     versehen werden.  



  Während die in     Fig.   <B>3</B> gezeigte Ausführungsform  verwendet wird, um     Teleskoprohre   <B>23</B> miteinander  zu verbinden, kann sie auch verwendet werden, um  ein Rohr mit einem Stab zu verbinden oder um eine  Schmiedeoperation auszuführen, wobei der Ring und  das Werkstück relativ zueinander bewegt werden,  während ein-. Reihe von Stromimpulsen durch den  Ring hindurchgehen.      Die Wirkung eines starken     Magnetfeldes,    das  mittels oben genannten Ringes erhalten wird, auf  ein Rohr ist in der Beziehung einzigartig, als     dass     die Länge des Rohres als Ganzes relativ konstant  bleibt und die Wandstärke bei abnehmendem Durch  messer zunimmt.

   Das wird erreicht, ohne     dass    ein  robuster Support benötigt wird. Beim mechanischen  Schmieden wird eine ähnliche Wirkung nur mittels  eines schweren     Gesenkes    erreicht. Ein progressives  Schmieden eines Rohres wird bei Verwendung der  oben genannten Vorrichtung erhalten, wodurch eine  grössere Wandstärke bei praktisch unveränderlicher  Länge erhalten wird.  



  In     Fig.5    werden mehrere einen Abstand     von-          2inander    habende Sicken auf einem Rohr erzeugt.  Mehrere Ringe<B>25,</B> ähnlich     obengenanntem    Ring  22, befinden sich nebeneinander auf einem     rohr-          förmigen    Werkstück<B>26</B> aus leitendem Material.  Diese Ringe sind parallelgeschaltet und durch ein  Koaxialkabel<B>18b</B> an einen Impulserzeuger<B>12b</B>  angeschlossen, der ähnlich dem Impulserzeuger 12  ist.  



  In     Fig.7    wird ein Blech aus leitendem Mate  rial mit einem Muster versehen. Ein Leiter hat die  Form einer Flachspirale<B>27,</B> die durch ein Koaxial  kabel<B>18e</B> an einem Impulserzeuger 12c angeschlos  sen ist. Eine entsprechende Form<B>28</B> befindet sich  oberhalb der Spirale<B>27.</B> Ein Support<B>29</B> mit einer  verstellbaren Halteplatte<B>30</B> und einer angehobenen  Plattform<B>31</B> hält die Form<B>28</B> und die Spirale<B>27</B>  in einem bestimmten Abstand voneinander.  



  Ein Werkstück<B>32,</B> z. B. ein dünnes Blech aus  Kupfer oder Aluminium befindet sich zwischen  der Form<B>28</B> und der Spirale<B>27.</B> Wenn ein Impuls  durch die Spirale<B>27</B> geht, entsteht ein veränder  liches Magnetfeld, welches eine elektromotorische  Kraft im Werkstück<B>32</B> induziert, wodurch darin  örtliche Ströme zu fliessen beginnen. Dadurch wird  eine Kraft erzeugt, die das Werkstück<B>32</B> gegen  die Form<B>28</B> drückt, wodurch auf der Oberfläche  des Werkstückes das Muster abgebildet wird. Falls  erwünscht, kann die     Metallformvorrichtung    im  Vakuum betrieben werden.  



  Diese Vorrichtung wird zur Bildung von Stegen,       (Fig.   <B>8)</B> oder von anderen dekorativen Mustern ver  wendet.  



  Bei dieser Vorrichtung     umfasst    die Flachspirale  14 Windungen eines isolierten Kupferdrahtes. Die  Flachspirale hat einen Aussendurchmesser von  <B>5,5</B> cm. Die Stromimpulse für die Spirale werden  von einem<B>15</B>     Mikrofarad-Kondensator    erhalten,  an dem<B>10 kV</B> angelegt wurden. Einem<B>0,125</B> mm  Kupferblech wurde ein Muster mittels einer     Poly-          äthylenform    aufgeprägt.  



  In     Fig.   <B>9</B> wird ein Kupferrohr<B>35</B> gegen eine  Innenform 34 gedrückt. Ein Leiter<B>33</B> von halb  zylindrischem Querschnitt und abgerundeten Kan  ten wird     haarnadelartig    so umgebogen,     dass    seine  flachen Seiten einander gegenüberliegen. Der Lei  ter<B>33</B> ist durch ein Koaxialkabel<B>18d</B> am Impuls-    kreis<B>12d</B> angeschlossen. Eine zweiteilige rohrför  mige Form 34, die     auseinandergenommen    werden  kann, umgibt den Leiter<B>33.</B>  



  Das rohrförmige Werkstück<B>35</B> wird zwischen  den Leiter<B>33</B> und die Form 34 gebracht. Wenn  ein Stromimpuls durch den Leiter<B>33</B> geht, entsteht  längs des Leiters ein zylindrisches Feld, welches  eine Kraft erzeugt, die das Werkstück<B>35</B> ausweitet  und an die innere Oberfläche der Form 34 drückt,  wodurch das Werkstück     d-ie    Form der inneren Ober  fläche der Form annimmt, wie in     Fig.   <B>10</B> gezeigt.  



  Bei dieser Vorrichtung hat der Leiter zur Er  zeugung des Magnetfeldes einen Durchmesser von  <B>2,5</B> cm, einen Spalt zwischen den ebenen Oberflä  chen von 2 mm und eine Länge von<B>15</B> cm. Die       Stromhnpulse    wurden von einem<B>60</B>     Mikrofarad-          Kondensator    erhalten, an welchem<B>10</B>     kV    ange  legt wurden. Die Form hatte einen solchen Innen  durchmesser,     dass    das Werkstück von<B>2,75</B> cm  Aussendurchmesser und<B>0,5</B> mm Wandstärke knapp  hindurchging.

Claims (1)

1. <B>PATENTANSPRUCH</B> Verfahren zur Verformung von in festem Aggre gatzustand vorliegenden, elektrisch leitenden, ins besondere metallischen Werkstücken, dadurch ge kennzeichnet, dass in dem Werkstück durch ein zeitlich veränderliches, mittels wenigstens eines von mindestens einem Stromimpuls durchflossenen Lei ters erzeugtes, magnetisches Feld Ströme wenigstens an den zu verformenden Stellen induziert werden, welche Ströme Kräfte ausüben, die die Verfor mung des Werkstücks bewirken. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die ausgeübten Kräfte unmittel bar der Verformung dienen (Fig. <B>1</B> bis<B>6).</B> 2.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die ausgeübten Kräfte zum An pressen der zu verformenden Stellen des Werk stückes an Formmatrizen dienen. <B>3.</B> Verfahren nach Patentanspruch und Unteran sprüchen<B>1</B> und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Stromimpuls zwecks Erzeugung des zeitlich veränderlichen Magnetfeldes durch den Leiter geschickt wird. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unter ansprüchen<B>1</B> und<B>3,</B> zur Erzeugung von Einschnü- rungen an länglichen Werkstücken, dadurch gekenn zeichnet, dass das Werkstück an der Stelle der beabsichtigten Einschnürung von einer oder mehre ren Windungen des Leiters umschlossen wird (Fig. <B>1</B> bis<B>6).</B> <B>5.</B> Verfahren nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 2 und<B>3,</B> zur Verformung von ebenen Blechen, dadurch gekennzeichnet, dass das ebene Blech zwischen einen zu einer Spirale gewickelten, vom Stromimpuls durchflossenen Leiter und eine ebenfalls flache Matrize eingelegt wird, welche zu der Spirale parallel liegt.

   <B>6.</B> Verfahren nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 2 und<B>3,</B> zur Erzeugung von Profilen und einem Rohr mittels eines durch haarnadelför- mige Zusammenbiegung eines Halbkreisprofils ge bildeten Leiters, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr in eine rohrförmige Matrize eingeführt wird, welche an ihrer Innenfläche ein Profil, beispiels weise ein Gewinde, trägt und dass durch den haar- nadelförmig gebogenen Leiter mindestens ein Stromiml)uls fzeschickt wird.