Verfahren und Vorrichtung zum Schmieden von sprödem Material Die vorliegende Erfindung bezweckt Verbesserun- gen in der Technik des Schmiedens von sprödem Material, z. B. .spröder Metalle.
Beim Hämmern spröder Metalle, wie von handels üblichem Beryllium, Wolfram .oder einiger Superleigie- rungen, war es bislang bekannt, dass Fassungs- oder Halteeinrichtungen bestimmter Art während des Schmmedevorganges verwendet werden mussten.
In der Vergangenheit bestanden derartige Haltevorrichtungen des öfteren aus einem dicken .und kostspieligen Stahl mantel. ;Eine derartige schwere Ummantelung besitzt indessen zahlreiche Nachteile, wie -die einer schlechten Dimensionskontrolle, hoher.
Kosten und abnehmender Stützfähigkeit mit fortschreitendem Schmiedeprozess. Bei vielen Schmiedevorgängen vermindert sich infolge der Form des zu schmiedenden Gegenstandes d'er von dieser Art Mantel ausgeübte Zwang am meisten an jenen Stellen, welche besonders. stark bearbeitet werden und welche demgemäss die grösste Unterstützung auf weisen sollten.
Das der Erfindung :entsprechende Verfahren ist da durch gekennzeichnet, d,ass der erhitzte Rohling des Materials an seinen Seiten mit Ausnahme von bestimm ten Aussenteilen von Gesenkteilen umgeben wird, die in Kontakt mit dem Rohling stehen, @dass weiterhin ein metallischer Stützteil von einer Form, welche den rest lichen Aussenteil des Rohlings zu umgeben bestimmt ist, erhitzt und hierauf in Stützlage gegenüber den Ge- senkteilen und in Kontakt mit :
den Aussenteilen des Rohlings, die nicht in Kontakt mit den Gesenkteilen stehen, gebracht wind, wobei ein Raum freigelassen wird, :in welchen :
der Stützteil bei seiner Deformienunig treten kann, worauf über die Gesenktaile Verformungs= druck eauf den Rohling ausgeübt wird, und ,zwar in einem solchen Ausmass, @dass die Verformung des Roh lings fortschreitet, nachdem der darauf wirkende Kom- pressionsdruck,
denelastischen Grenzwert :des erhitzten Stützteils überschreitet, worauf der Pressdruck fortge setzt wird:, während der Stützteil deformiert wird und dadurch Raum für de endgültige Gestalt des Schmie & - stückes freigibt,
wobei sowohl Stützteil als .auch Ge- senkteile stützenden Druck auf praktisch .alle Teile der Aussenflächen des zu schmi"denden Materials während .des Schmiedevorganges bis zu dessen Endre ausüben.
Die der Erfindung entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des. Verfahrens ist dadurch gekennzeich net, @dass @säe ein Paar relativ gegeneinander bewegbare Gesenkteile aufweist, die so @geformt sind, dass sie alle ausser vorbestimmten Teilen der Aussenseite, eines zu schmiedenden Rohlings berühren und unterstützen, so wie einen plastischen metallischen Unterstützungsteil,
welcher infolge seiner Formgebung die übrigen Aussen teile ;des Rohlings berührt, wobei wenigstens einer der Gese-nkteile Vorrichtungen zur Unterstützung des pla stischen metallischen Unterstützungsteiles in Arbeits- stellunig gegenüber den Gesenkteilen und ,dem Rohling aufweist,
wobei der Rohling während des Schmiedens zwischen Gesenkteilen und plastischem metallischem Stützteil völlig begrenzt ist und wobei ein Expansions raum wenigstens an einem Teil .des plastischen .metal lischen :
Stützteiles vorgesehen ist, in welchen dieser in- falige der Unterstützung .eines Teiles des Rohlings, und der Einwirkung dL-r Druckkräfte .auf den Rohling, die eine Verformung des plastischen metallischen Unter stützungsteiles bewirken, treten kann.
In den :beiliegenden Zeichnungen, welche einige 'beispielsweise Ausführiungsformen der verbesserten Vorrichtung .und des Verfahrens zeigen, bedeuten glei che Bezugsziffern gleiche Teile in allen Abbildungen.
Fig. 1 ist eine Darstellung im Vertikalschnitt, die Ober- und Untenges@enk in offener Stellung zusammen mit einem verbrauchbaren zylindrischen Stahlträgerteil zeigt, wobei die Bestandteile in der Ausgangsstellung für .das Schmieden eines Hohlzylinders aus einem fe sten zylindrischen Rohling aus sprödem Metall, wie B,erylbium,
dargestellt sind.
Fig. 2 ist eine Darstellung, welche die Gesenkteile von F .ig. 1 im geschlossenen Zustand nach der Defor mation des .Materials zu einem Hohlzylinder mit einem geschlossenen Ende zeigt;
aus dieser Darstellung ist gleichfalls der verformte Stahlträger; wie er nach Be endigung ides Schmiedevorganges aussieht, zu entneh men.
Frig. 3 ist eine Darstellung im Vertikalschnitt einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung, welche die Ober- und Untergesenkteile vor der Einwirkung auf einen festen Metallkörper zeigt, welcher in eine von der Fig. 2 verschiedene Form geschmiedet werden soll.
Fg. 4 ist eine Ansicht .im Vertikalschnitt, welche die Stellung der Teile von Fng. 3 nach Beendigung des Schmiedevorganges zergt.
Fig. 5 ist eine Darstellung im Vertikalschnitt, wel che eine weitere Form einer Schmiedevorrichtung zeigt, die zur Einwirkung auf einen festen zylindrischen Kör per eines Materials, wie Beryllium, vorbereitet ist, um es zu einem flachen pfannkuchenförmigen Körper zu schmieden.
Fig. 6 .ist eine Darstellung .dies geschmiedeten Kör pers und des umgebenden Trägerteiles vor der Tren nung, nachdem auf diese die Ober- und Untergesenke der :Fis. 5 eingewirkt haben.
Die Zeichnungen zeigen :drei Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Durchführung des verbesserten Verfahrens. Die Form der Gesenke :und, die Form der Apparatur im einzelnen kann natürlich je nach er gewünschten Form des endgültigen Schmiedestückes variieren. .Die Technik ist anwendbar für das.
Schmie den von Beryllium, Wolfram und ,Superlegierungen (welche gewöhnlich 65% oder mehr Legierungsbestand teile enthalten), oder anderer Metalle oder Materialien, welche spröde sind:, und kann :
dazu verwendet werden, ein solches sprödes Material in jede gewünschte Rich tung von vertikal zu horizontal .Du schmieden, wodurch es möglich ist, einen Metallfluss von den .Aussenteilen des Rohlings zur Mitte oder von der Mitte zu Iden Aussenseiten, oder .aber.
.auch sowohl von Mitte unld Aussenteilen zu Zwnschenabschnitten, wenn erforder lich, zu verursachen.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht, dass das Schmieden des Materials :bei verminderten Tempera turen durchgeführt werden kann. Im Falle von Beryllium kann ein .Schmieden unter d :en. ,Bed@ingun- :gen des vorliegenden Verfahrens mit Erfolg bei einer Temperatur des Berylliums bis hinab zu etwa 250 C vorgenommen werden.
Obwohl das Schmieden übli cherweise vorgenommen, wird :bei einer B,erylliumtem- peratur im Bereich von etwa 250-800 C,<B>je</B> nach der.
Art der Verformung, der Grösse desi Schmiede körpers, des Ausmasses an Verformung und den Ei genschaften des Metalls, ist es nichtsdestoweniger durchführbar, Beryllium nach ,dem @gegenwärtigen Ver- fahren !bei Temperaturen über :etwa 800 C zu schmie- den. Dies ist jedoch im allgemeinen :
unerwünscht, @da die niedrigeren Temperaturen die Toxizitätsprobleme, wie .nachstehend ausgeführt, vermindern. Im Falle von Wolfram kann: :dies Schmieden nach dem er-findungs- gemässen Verfahren .mit Erfolg bei einer Wolframtem- peratur bis hinab zu etwa 1000 C vorgenommen wer den; vorzuziehen ist jedoch ein Bereich ,zwischen etwa 1000 und 1950<B>1</B> C.
Obwohl .die Temperatur des Wolframsauch etwa 1950 C überschreiten kann, ist dies im ,allgemeinen unerwünscht, da hohe Temperaturen die Oxydation er höhen und dies zu einem unerwünschten Gewichtsver lust führt.
Im Falle des Molybdäns, kann, das Schmie den nach :dem erfindungsgemässen Verfahren bei einer Molybdäntemperatur :bis herab zu etwa 800 -C vor- genommen wenden, erfolgt jedoch vorzugsweise im Be reich von etwa 800 C und 1450 C.
Die Temperatur des Molybdäns kann auch etwa 1450 C überschrei ten:, doch ist dies im allgemeinen unierwünscht, @da dies ,das Oxydationsausmass erhöht, was zu einem uner wünschten Gewichtsverlust führt. Für ,gewisse Arten von Berylli@umschmiDdestücken mang der obere Teil des bevorzugten Temperaturbereiches, wie etwa 725 !bis 775 C, angewendet werden, um den Vorteil vvrmin- iderter Schmiededrucke ausnutzen zu können.
Bisher sah man es als wünschenswert an, bei der Verwendung dicker Stahlmäntel beim Schmieden von .Metallen, wie Beryllium, Temperaturen im Bereich von etwa 850 bis 1100 C zu verwenden, wogegen jedoch gewisse Ein wände zu machen sind.
Dies gilt insbesondere .im Falle von Beryllium, welches Nebenprodukte liefert, wie ,der durch Lufteinwirkung entstandene Hammerschlag, Berylliummetalldämpfe und Berylliumoxyddämpfe, wel che bei höheren Temperaturen toxisch sind rund so die umgebende .Atmosphäre verunreinigen,
wenn die Übli cherweise verwe>ndeten Stahlmäntel brechen sollten. Mit dem vorliegenden Verfahren ist es möglich, Beryllium bei einer. Temperatur zu schmieden, bei welcher idie .albgegebenen Produkt;
., wie der durch Lufteinwirkung entstandene Hammerschlaig, Berylliummetalldampf und Berylliumoxyddampf, welche potentiell toxisch sind, .derart gering sind, dass sie innerhalb der Sicherheits- ,grenzenbleiben.
Betrachtet ,man zunächst -die .in Iden Fig. 1 und 2 dargestellte Apparatur, so zeigt :diese das Bearbeiten einer. Form zur Herstellung eines hohlen zylindrischen Schmiedekörpers, welcher an einem Ende geschlossen ist.
In der genannten Figur bedeutet 10 den. Oberge- senkteil mit einem herabhängenden Stempel 11. 12 be zeichnet .ein Untergesenk :mit einem -Gesenkhohlraum 13, dessen Innendurchmesser etwas grösser ist als. der Aussendurchmesser des Stempels 11, wie nachstehend ,beschrieben wird.
Bei Durchführung :des Verfahrens wird. bei vom Untergesenk entferntem .Stempel ein fester Rohling 14 des zu schmiedenden Metalls, wie Beryllium, in die Vertiefung eingebracht. In demRTI ID="0002.0221" WI="14" HE="4" LX="1663" LY="1729"> ;
gezeigten Beispiel ist der Rohling zylindrisch, .und sein Aussendurchmesser ist im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser ider Vertiefung 1.3, wie in .Fis. 1 dargestellt.
Dieser Rohling wurde ,zuvor auf die erforderliche Temperatur erhitzt, wie nachstehend beschrieben wird. Ein Metallstützteil 15, vorzugsweise aus Stahl, in Form eines Hohlkörpers wird verwendet, welcher in der Ausführungsform von Fig. 1 von .gleicher Länge wie der Stemp:e1 11 ist und eine Wand hat, :
deren Stärke .ausreichend ist, um den zylindmschen Raum zwischen Stempel und Wand der Vertiefung 13, wie in Fig. 1 dargestellt ist, zu füllen. Der metallische Stützteil 15 befindet isich in .erhitztem Zustand auf einer Temperatur, die grösser ist als jene des Berylliums '14.
Die Vorrichtung von Fig. 1 kann mit einer mechanischem Presse, hydraulischen Pressre oder einem Hammer verbunden sein, welche ;in oder Lage sind, eine relative Bewegung ,zwischen Ober- und Untergesenk 10 und 12 herbeizuführen und so die Teile aus der Stellung der Fig. 1 in jene der Fig. 2 zu :bringen.
Während dieses Schmiedevorgangs wird das Beryl- lium 14 -an den Seiten und - am Boden durch Iden Untergesenkteil 12 und jam oberen Ende ?durch das untere Ende .des, Stempels 11 und durch das untere Ende der Stahlstütze 15 begrenzt.
Wenn die Spitze des Stempels 11 sich nach abwärts in die Stellung der .Fig. 2 bewegt, verdrängt sie etwas .Beryllium, welches als komprimierte Flüssigkeit wirkt und ihrerseits den heissen Stahlteil 15 in die in Fig. 2 gezeigte Endstel lung deformiert, wo er leicht entfernt werden kann.
Das stählerne Stützglied 15 der .Fig. 1 wirkt tat sächlich als eine plastische Gesenkkomponente, die eine wesentliche Berylliumverformung nur dann fortzu schreiten gestattet, wenn der auf das. Beryllium vom Stempel 11 und stählernem Stützteil 15 ausgeübte Druck die elastische Grenze des Stützgliedes überschrei tet.
Im allgemeinen übt der heisse Stahlteil 15 einen Druck auf jene Teile der Fläche .des erhitzten Beryl- liumrohlings nus, welche nicht indirektem Kontakt mit ,dem SchmiadDgesenk stehen.
Wenn das Schmieden mehrere Schläge erfordert, wie durch einen Dampf hammer, .kann es ,zweckmässig sein, dass das Stützglied 15 am Siempel 11 mittels einer Nase 1.1', wie in Fsg. 2 gezeigt, befestigt ist, die in eine Kerbe 11" eingreift.
Nach Beendigung ges Schmiedevorgangas von Fig. 2 wird der Stempel 11 hochgezogen, der flach gedrückte Stahlteil 15 entfernt und das fertige Schmiede stück 14' !in :Form eines Hohlzylinders, der an einem Ende geschlossen. ist, aus der Vertiefung des Unter igesenkes entnommen.
Als, Beispiel wurde das Beryllium 14 der Fig. 1 -auf eine Temperatur von etwa 760 C erhitzt, wobei der Stützteil 15 .aus AISI 1020 Kohlen stoffstahl bestand, welcher .auf ,eine Temperatur von etwa 1150 C erhitzt worden war. Die genaue Tem peratur des Stützgliedes kann je nach !dem verwen deten Material verändert werden.
Weiter kann der vom Stützteil ausgeübte Widerstand verändert werden, in dem eeine Temperatur .oder das Material, aus(welchem er besteht, verändert werden.
Die Fig. 3 und 4 zeigen, wie es durch eine etwas abgeänderte Bearbeitungsweise möglich ist, .einen festen Schmieidekörper anderer .Dimensionen und Form aus einem festen Rohling zu erhalten. In dieser Ausfüh rungsform -der Vorrichtung gibt @es, einen.
Stempel 111, welcher von einem Obergesenkteil entsprechend dem Gesenkteil 10 ger Fig. 1 getragen wird, welcher Stem pel in den Hohlraum 113 ;meinem Bodenges:enkteil 112 einführbar ist, wobei dieser Gesenkteil einen Aus dehnungsraum 130 besitzt, :
der von geringerem Durch messer ist als oder Hohlraum 113, und der seinerseits in Verbindung steht mit einem unteren Hohlraumteil 131 von- grösserem Durchmesser, und der Boden des Untergssenkes durch eine entfernbare Platte 132 ver schlossen wird.
Bei Durchführung des vorliegenden Verfahrens. mit dieser Vorrichtung wird zunächst im Unterges,enkhohl- raum ein festes Stahlstützglied 115 eingebracht, wel ches einen Durchmesser besitzt, der :gleich :dem Durch messer des Hohlraumteiles 130 ,ist und welcher ;
eine Länge besitzt, die sich vom Boden des Hohlraumteiler 1.13 zum oberen Ende der Bodenplatte 132 erstreckt. Dies ergibt einen ringförmigen Verformungsraum 133, welcher den un;eren Teil des Stützgliedes umgibt.
Während des Schmiedens bewegt sich der Stempel 111 von ider Stellung der Fig. 3 in -die Stellung ider Fig. 4 und verursacht so -eine Verformung des heissen Metalls, wie das Beryllium 114, in den Zustand der Fig. 4, in welchem es den Teil 130 sowie den erwei- terten Teil 134 .des Gelenkhohlraumes erfüllt und! so einen festen Schmiedekörper von der Form ,
und verti kalem .Schnitt wie in Fig. 4 gezeigt, bildet. Während .dieses Verfahrens wird das Beryllium 114 am Boden durch den heissen Stahlteil 115 begrenzt, wobei das unter Druck .stehende Beryllium in Richtung einer De formation des Stützteiles- wirkt und diesen ;genannten plastischen Stützteil zur Gänze in den Gesenkhohlraum 131 drückt, wo er den ringförmigen Raum 133 der Fig. 3, wie in Fig. 4 gezeigt, .ausfüllt.
Nach dem Schmieden kann der Stempel 111 hoch gezogen werden, um eine Entfernung des Schmiedekör- pers nach oben zu ermöglichen, wonach die Platte 132 zur Entfernung des deformierten Stahlgliedes. 115 ab genommen werden kann.
Eine weitere Art von Bearbeitung -ist in den Fig. 5 und 6 gezeigt. Hier liegt ein erhitzter Festkörper 214 ides zu schmiedenden Materials vor, welcher hier in Form eines Zylinders gezeigt ist,
welcher jedoch belie bige andere Querschmittsform haben kann und an sei nen beiden Enden zwischen einem oberen Gesenkteil 210 und einem unteren Gesenkteil 212 gelagert ist und wobei die zylindrische Wand ides zu schmieden- den Materials, von ;
der Innenwand ,eines rohrförmigen metallenen Stützteiles<B>215</B> gestützt wird. Während des Schmiedevorganges bewegen sich Gesenkober- und unterteil 210 und 212 :aufeinander .zu und verursu- ch.en die Verformung des .Metalls 214, z. B.
Beryllium, zu der in Fig. 6 gezeigten Pfannkuchenform, wobei es ringsherum vom Stützteil 215 :begrenzt ist, welch letz terer gleichfalls verformt und zur Form seines Ringes, wie in Fig. 6 gezeigt, flachgedrückt wurde und welcher später entfernt werden kann.
Diese Art von Verfahren und Vorrichtung ist insbesondere dann zweckmässig, wenn eine Wärmeeinwirkung auf das Schmiedestück gewünscht wird.. In & r Ausführungsform der Erfin dung der Fig. 5 und 6 kann eine solche Wärmezufuhr über den Stützteil 215 erfolgen.
Es ist offenkundig, @dass diese .Art von Vorrichtung und Verfahren es ermöglicht, Teile in wirtschaftlicher Weisse und mit engen Toleranzen .sowie gutem Ober flächenfinish zu schmieden. Das Verfahren gestattet auch eine @Überprüfung sder Oberfläche und ein Kon ditionieren zwischen den Schmiedevorgängen, wenn es ,erforderlich .ist.
Ist während des Schmiedevorganges ,eine verstärkte Stützung :erwünscht, so :kann die Tem- peratur des .Metalls des Stützgliedes 15,<B>115</B> oder 215 etwas gesenkt werden oder die Art des verwendeten -Metalls oder Materials verändert werden.
Auf diese Weise kann leicht eine genaue Steuerung des Verfah rens erzielt werden. Verschiedene .andere Schmiedefor men, wie Halbkugeln,RTI ID="0003.0213" WI="11" HE="4" LX="1433" LY="1931"> können ausser den :gezeigten her gestellt werden, da Vorrichtung und Formen lediglich beispielswaise dargestellt wurden,. Verschiedene andere Abweichungen und- Modifikationen können ohne wei teres vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.