Verfahren zur Explosionsumformung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Explosionsumformung von Metallwerkstücken, insbesondere von Blechen, wobei ein Sprengstoff auf einer Seite des Werkstückes zur Explosion gebracht und das Werkstück dadurch ausgebaucht wird.
Bei diesem Verfahren wurde bisher die Form des Werkstücks durch ein der gewünschten Werkstücksform komplementär geformtes Werkzeug bestimmt, in welches das meist aus Blech bestehende Werkstück vom Explosionsdruck unter plastischer Verformung hineingetrieben wurde. Das Werkzeug musste eine hohe Festigkeit haben, da es dem Explosionsdruck standhalten musste. Es war somit sehr aufwendig.
Die Erfindung schafft ein Verfahren, weiches ohne ein derartiges Werkzeug auskommt. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück mit der konvex zu verformenden Seite im wesentlichen satt anliegend, auf eine auf ihrer dem Werkstück abgewandten Seite abgestützte nachgiebige Unterlage aufgebracht wird, und dass die Art und das Mass der Verformung des Werkstückes durch die Anordnung und Menge des Sprengstoffes auf der anderen Seite des Werkstückes bestimmt werden.
Nachfolgend ist an Hand der Zeichnungen ein praktisches Beispiel der Durchführung der Erfindung beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Erfindung, in Aufsicht gezeigt.
Fig. 2 zeigt den Schnitt II-II aus Fig. 1.
Auf dem Boden 1 liegt das Kiesbett 2, auf welchem die Unterlage 3 liegt. Diese besteht aus einer porösen Holzfaserplatte mit einer Dicke von 20 mm. Auf der Platte 3 befindet sich ein rostfreies Blech 4, das mit dem Muster 5 versehen werden soll. Das Muster ist aus Sprengstoffteig 6 in Strangform gebildet.
Die Zündeinrichtung 7 ist mit dem Sprengstoff 6, welcher das Muster bildet, durch einen Sprengstoffstrang 8 verbunden. Der Strang 8 endet vorzugsweise in einer Sprengstoffkugel, welche wiederum vom Sprengstoff, das das Muster bildet, durch eine 2-3 mm dicke Schaumgummischeibe 9 getrennt ist, um den Zündstoss abzuschwächen. Aus diesem Grunde wird auch der Sprengstoffstrang an den Sprengruittelteig, der das Muster bildet, tangential herangeführt.
Das neue Verfahren unterscheidet sich von den bisher bekannten Verfahren also dadurch, dass zwischen das Werkstück, das verformt werden soll, und ein Bett eine Unterlage aus einem Werkstoff eingelegt wird, der durch (plastische) Verformung so viel von der Stosswellen-Energie aufnehmen kann, dass die Teile des Werkstückes, die verformt werden sollen, in Richtung der Stosswelle unter entsprechender Dehnung ausweichen können. Die gewünschte Form des Endproduktes wird durch die Formgebung und die Auslegung des Sprengstoffes in einer gewünschten Anordnung auf der Oberfläche des Werkstückes erreicht. Es ist bekannt, dass man durch die Formbewegung des Sprengstoffes sowie durch dessen Wahl in gewissen Grenzen die Grösse der Verformung beeinflussen kann.
Erst durch die vorliegende Erfindung, nämlich dadurch, dass man einerseits eine nachgiebige Unterlage zwischen das Werkstück und ein für diesen Zweck ausgewähltes Bett einlegt, welche sowohl in bezug auf Festigkeit und Dicke so gewählt ist, dass die angestrebte Form des Werkstückes erreicht wird, und dass man anderseits den Sprengstoff in bezug auf Menge und Anordnung entsprechend aufbringt, kann eine wiederholbare Formgebung erreicht werden.
Für die Expiosionsumformung kann dem Prinzip nach jeder Sprengstoff zur Anwendung gelangen. Die Wahl hängt in der Hauptsache von der Zielsetzung ab.
Bevorzugt werden hochbrisante Sprengstoffe, insbesondere solche mit hoher Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Detonation und mit hoher Empfindlichkeit, wobei die Formgebung des teigförmigen Sprengstoffes von Hand erfolgen kann.
Für die industrielle, serienmässige Reproduzierbarkeit ist es günstiger, wenn der Sprengstoff entweder in Pulverform vorliegt, wobei dann die Formgebung durch Pressen geschieht oder in flüssigem oder halbflüssigeni verfestigbarem Zustand, wobei die Formgebung durch Giessen erfolgt.
Die Zündung des auf dem Werkstück ausgelegten Sprengstoffes kann mittels bekannter Verfahren erfolgen. Die Auswahl hängt von der Wahl des Sprengstoffes, insbesondere von der Empfindlichkeit desselben ab. Arbeitet man beispielsweise mit Pentrinit, so genügt die elektrische Zündung über eine Initialsprengstoffpille.
Der Sprengstoff wird auf die Oberfläche des Werkstückes, z. B. eines Bleches, an den Stellen aufgelegt, die verformt werden sollen, und zwar so, dass die Sprengstoffmenge pro Flächeneinheit um so grösser ist, je tiefer die Verformung sein soll. Dabei kann man zur Steigerung der Wirkung als Verdämmung z. B. Sand oder ein anderes Material auf den Sprengstoff auflegen und damit die Wirkung der Detonationswelle in Richtung auf das Blech verstärken.
Man kann auch anderes Material, z. B. Sand, ausserhalb des Sprengteiges auflegen, um ein Aufrauhen und damit eine Veränderung der Oberfläche des Werkstückes zu erreichen.
Dies gilt insbesondere bei der Verformung von rost- freiem Stahlblech, bei der man dem Werkstück solche Farbeffekte verleihen kann, dass der Eindruck von beispielsweise altem Silber erweckt wird.
Das Verfahren kann z. B. für Dekorationszwecke auch mit dem Sprengschweissverfahren komplettiert werden. Man kann hierzu zwischen dem Werkstück und dem Sprengteig andere metallische Elemente in Folien-, Draht- oder Pulverform einlegen; aber auch Kristalle verschiedener Färbung, beispielsweise Emailpulverfritte oder chemische Verbindungen, die mit dem Blech reagieren können, wobei dünne Schichten anderer Färbung entstehen, können zur Anwendung gelangen.
Das Einlegen der oben genannten Werkstoffe zwischen Sprengteig und Werkstück kann natürlich kombiniert werden mit dem Auslegen derselben Werkstoffe oder anderer an der Seite des Sprengteiges.
Man kann natürlich solche Materialien auch nur ausserhalb des Sprengteiges auflegen.
Um Unterschiede im gewünschten Muster oder in der gewünschten Form, beispielsweise in der Tiefe oder Breite erreichen zu können, bedient man sich wie gesagt auch der Formgebung des Sprengstoffes. Der Sprengstoff kann mit verschiedenen Querschnittsformen und mit verschiedener Querschnittsfläche aufgelegt werden (oval, vier- oder dreikantig, rund, Bleche und Drähte, Perlschnüre, Rohre usw.).
Das Verfahren kann bei jedem Material, das plastisch verformbar ist, zur Anwendung gelangen. Insbesondere gilt dies für Metalle und Legierungen verschiedenster Typen, Werkstoffe mit hohem Korrosionswiderstand, und hier insbesondere und mit Vorzug für rostfreien Stahl. Bevorzugt werden blechförmige Werkstücke.
Das wesentlichste Kennzeichen ist, wie oben gesagt wurde, die Anwendung einer nachgiebigen Unterlage zwischen dem Bett und dem Blech. Die Unterlage kann z.B. aus Gummituch, Pappe, Gips, Sägespänen, Fiberplatten, Holz, Plastik oder Kork bestehen. Die Unterlage kann in ihrer Gesamtheit aus einem und demselben Material bestehen. Für gewisse Zwecke kann man in einer Unterlage verschiedene Materialien kombinieren, und zwar sowohl horizontal wie auch vertikal.
Das schafft zusätzliche Möglichkeiten für die Erzeugung von Unterschieden im Profil des Werkstückes. Besonders ausgeprägt wird die Diskontinuität des Werkstoffes in der Unterlage dann gewählt, wo man eine wohl definierte und abgegrenzte Lochbildung erreichen will.
Bei Durchführung des Verfahrens ist es ebenfalls von Bedeutung, wie das Bett gebildet wird. Das Bett soll die Unterlage stützen. Es sollte daher aus einem Werkstoff bestehen, der die Bewegung des Bleches und der Unterlage abbremsen oder zum Stillstand bringen kann. Solche Betten oder Unterlagen bestehen beispielsweise aus einem Kiesbett einer Betonplatte oder einer Stahlplatte. In der Regel soll also dieses Bett aus einem Material mit geringer Kompressibilität bestehen. Unter Umständen kann es aus dem gleichen Material wie die Unterlage bestehen.
Im Prinzip verfährt man bei Ausführung des Verfahrens auf folgende Weise:
Auf einem in der Regel ebenen Grund, beispielsweise direkt auf dem Erdboden, wird ein Bett erstellt, beispielsweise aus Kies, Beton oder Metall. Auf dieses Bett legt man die Unterlage aus einem Material, das das Vermögen besitzt, die Energie der Stosswelle durch Verformung aufzufangen. Die Formgebung der Unterlage und ihre Zusammensetzung wählt man in Abhängigkeit von der gewünschten Reliefbildung im Werkstück.
Auf die Unterlage legt man das zu verformende Werkstück, beispielsweise ein Blech. Nun verteilt man den Sprengstoff auf der Oberfläche des Bleches so, dass er den Konturen des zu erzeugenden Musters folgt, und zwar derart, dass man nach der Zündung verschiedene Verformungsgrade im Blech erhält, die in ihrer Gesamtheit die Form des Endproduktes bestimmen.
Der Sprengstoff wird dann gezündet. Bei der Detonation wird das Blech durch die Detonationswelle vom Sprengstoff in Richtung gegen das Bett verdrängt. Die Verformung des Bleches erfolgt partiell verschieden stark, - was unter anderem davon abhängt, wie man die Unterlage geformt hat - in der Richtung der Detonationswelle, wobei die Verformung dort am grössten sein wird, wo das Blech am stärksten verdrängt wird, d. h.
wo der Sprengstoff die kräftigste Wirkung hat, und wo die Unterlage die günstigsten Voraussetzungen dafür schaffen, dass das Blech in der Richtung der Detonationswelle ausweichen kann.
Hierbei liefert die Formgebung des Sprengstoffes ein Relief etwa in der Form, in der vorher der Sprengstoff angeordnet war, jedoch abhängig vom Aufbau der Unterlage. Mit anderen Worten, das Musterbild des Sprengstoffes wird auf das Blech als Relief überführt.
Das beschriebene Verfahren bringt gegenüber den klassischen Verformungsmethoden eine ganze Reihe von Vorteilen:
Das Verfahren verlangt weder die zur Durchführung der klassischen Verformungsmethoden notwendigen Anlagen und Maschinen noch die bei anderen Explosionsverformnngsverfahren notwendigen Sicherheitsmassnahmen wie z. B. Bunker. Es ist ausserdem sehr schnell durchführbar.
Zur Herstellung von kleineren Serien beispielsweise künstlerischer Produkte, wie Reliefs, für architektoni sche Zwecke wird der Sprengteig von Hand geformt und auch von Hand im gewünschten Muster ausgelegt. Bei der Herstellung grosser Serien, z. B. von technischen Produkten, benützt man vorteilhaft Matrizen, in welche das Muster eingeschnitten ist, und zwar mit hoher Präzision. Das Material solcher Matrizen kann Holz, Plastik oder leicht bearbeirbares Metall mit geringer Wärmeausdehnung zur Erhaltung der Genauigkeit sein.
Das Sprengmiffelmuster wird dann einfach durch Aus füllen der in der Matrize befindlichen Vertiefungen erhalten, wobei das Sprengmittel in Pulverform, in Teigform oder im flüssigen Zustand (mit Erstarrungsvermögen) vorliegen kann. Das Muster wird dann auf das Blech aufgebracht. Diese einfache, reproduzierbare Herstellung auch von sehr genauen industriellen Produkten gibt dem Verfahren gemäss Erfindung eine grosse Beweglichkeit bezüglich der Wahl des Musters.
Ein anderer sehr wesentlicher Vorteil des beschriebenen Verfahrens ist, dass dieses die Herstellung von mit Muster versehenen Blechen in praktisch jeder Grösse zulässt, was bei den konventionellen Methoden nicht möglich ist, wo die Grösse der Pressen die Dimensionen des Produktes begrenzt. Dies gilt nicht nur bezüglich der Breite und der Länge der Bleche, sondern auch in gewisser Hinsicht bezüglich der Dicke, da die Presskräfte des Sprengmittels bedeutend grösser sind als die der konventionellen Pressen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist der Fortfall von das Blech formenden Stahlmatrizen.
Das beschriebene Verfahren kann überall dort angewendet werden, wo Blech verformt werden soll. Das Verfahren eignet sich nicht nur für die künstlerische Ausschmückung von Aussenseiten und Innenräumen in der Architektur, sondern auch für das Tiefziehen von Industrieerzeugnissen in sehr grossen Mengen. Es kann ferner beispielsweise zur Herstellung von Giessformen für Plastik und dergleichen angewandt werden.