NO853276L - Fremgangsmaate til formgivning av metallgjenstander. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til formgivning av metallgjenstander og kan anvendes til formgivning av metallgjenstander med liten tykkelse og komplisert, nøyaktig bestemt f orm.

Innenfor luft- og romfarts industrien såvel som andre industrigrener er det ofte behov for tynne metalldeler med nøyaktig form og tykkelse. Produksjon av slike deler ved deformasjon av metallplater er ofte vanskelig på grunn av mange metallers begrensede evne til plastisk deformasjon og dannelse av uensartet, lokal reduksjon av metal1tykkelsen ved strekking. Når en metallplate deformeres kraftig er der også en tendens til dannelse av lokale folder eller rynker.

Metallgjenstander med komplisert form kan fremstilles ved anvendelse av superp1asti ske legeringer, f. eks. den superp1asti ske aluminiumleger ing som er beskrevet i GB-PS nr. 1.387.586 og 1.445.181, og som kan deformeres plastisk flere hundre prosent ved forholdsvis lave deformas jons spenn inger og egnede temperaturer. Deformasjonsteknikker, f. eks. slike som er beskrevet i GB-PS nr. 1.461.317 og 1.552.826, er blitt utviklet for optimal utnyttelse av slike legeringers egenskaper. Ikke alle typer legeringer som nå benyttes kan imidlertid gjøres superp1asti ske. Også strekking av superplasti ske metallplater ved kjente fremgangsmåter resulterer vanligvis i lokal reduksjon av platetykkelsen, og denne reduksjon er ikke alltid ensartet, avhengig av den ønskede form av gjenstanden.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en formgivningsfremgangsmåte som muliggjør fremstilling av metallgjenstander med nøyaktig kontrollert form og tykkelse, selv om tykkelsen er liten og den deformasjonsgrad som er nødvendig ved formningen varierer meget for de ulike partier av gjenstanden.

Ifølge en side ved oppfinnelsen er der tilveiebrakt en fremgangsmåte til formgivning av metallgjenstander,karakterisert vedat et legeme av dette metall på minst én side bringes i anlegg mot en metallplate som kan deformeres plastisk ved høy temperatur, at en motsatt platen liggende overflate av legemet bringes i berøring med eller anordnes nær overflaten av et formverktøy, og at platen presses mot legemet mens den har en temperatur som tillater at den deformeres plastisk, og legemet har en temperatur som tillater det å tilpasse seg platens form, slik at legemet deformeres og presses mot overflaten av formverktøyet.

I det følgende vil legemet bli kalt et "emne" og platen en "membran". Overflaten av f ormverktøyet kai"i være enten konveks eller konkav. Når membranen deformeres mot overflaten av formverktøyet, blir også emnet deformert og presset mot overflaten av formverktøyet, slik at den får nøyaktig den samme form som dette. Under denne deformasjon er emnet fastspent av membranen på den ene side og av formverktøyet på den annen side, slik at det tvinges til plastisk flytning for å tilpasse seg til både membranen og formverktøyet, og uønsket, lokal reduksjon av platetykkelsen og dannelse av rynker unngås.

Emnet kan bestå av en rekke metaller som kan, men ikke behøver å være superp1asti ske. Det kan være av en aluminiumleger ing som ikke er superplast isk. Membranen kan bestå av et superplastisk metall, f. eks. den superplasti ske aluminiumleger ing som er i handelen i Storbritannia under varemerket "Supral". Fremgangsmåten er spesielt nyttig til fremstilling av gjenstander av et emne med forholdsvis liten tykkelse, f. eks. i området 0,2 - 6,0 mm.

I tillegg til den membran som ligger an mot den side av emnet som vender bort fra overflaten av formverktøyet, kan det mellom emnet og denne overflate være anordnet en ytterligere membran, slik at emnet er innelukket mellom og fastholdt av to membraner som samtidig presses mot formverktøyet.

Under deformasjon av emnet og membranen bør membranens kanter hindres i å bevege seg, f. eks. ved fastk1emming, slik at membranen strekkes ved deformasjon, mens kantene av emnet derimot ikke bør fastholdes. Under disse forhold deformeres emnet på en slik måte at dannelse av rynker og lokal reduksjon av tykkelsen unngås.

Fremgangsmåten kan utføres på mange måter. Ved én utførelse har emnet form som en plate med mindre areal enn membranen, og emnet og membranen legges mot hinannen, idet kantene av membranen fastklemmes for å motvirke bevegelse, mens emnets kanter ikke fastklemmes. Et konvekst f orrnverktøy føres deretter mot den side av emnet som vender bort fra membranen, mens emnet og membranen har den temperatur som er nødvendig for plastisk deformasjon, slik at de trekkes av formverktøyet og danner en utbulning rundt dette, med emnet i berøring med et parti av overflaten av formverktøyet. Pneumatisk eller mekanisk trykk utøves deretter mot den side av membranen som vender bort fra emnet og formverktøyet, slik at membranen og emnet ytterligere deformeres, og emnet presses mot resten av formverktøyets overflate.

Ved denne utførelse kan emnets kanter være støttet, men ikke fastklemt mot membranen ved hjelp av en

avstrykningsplate eller en liknende innretning, og på den side som vender bort fra emnet kan kanten av membranen stå i inngrep med en trekkring som omgir det område av membranen som komnmer i berøring med formverktøyet, idet formen av formverktøyet og plasseringen av trekkringen sammen bestemmer den måte som membranen og emnet til å begynne med deformeres på av formverktøyet. Det er imidlertid mulig å utelate trekkringen og styre den begynnende deformasjon av membranen

og emnet rundt formverktøyet ved utøvelse av mekanisk eller pneumatisk trykk mot membranen under fremføringen av f ormverktøyet.

Den samme fremgangsmåte kan følges når emnet er forsynt med en membran på begge sider, slik at det fremførte forrnverktøy bringes i berøring med en membran isteden for å komme i direkte berøring med emnet. I dette tilfelle bør kantene av begge membraner, men ikke emnets kanter fastklemmes. Da emnet fastholdes mellom de to membraner, er det mulig før formverktøyet føres frem å utføre en "boble"-blåseoperasjon hvor et pneumatisk trykk utøves mot emne/membraner-sandwichen fra den samme side som formverktøyet for å deformere sandwichen til en kuppel før det konvekse forrnverktøy anvendes.

I en annen utførelse benyttes der en konkav form, og membranen klemmes ved sine kanter mot periferien av formverktøyet, mens emnet ikke fastspennes og plasseres mellom overflaten av formverktøyet og membranen. Mekanisk eller pneumatisk trykk utøves deretter for å deformere membranen og emnet, slik at emnet presses mot den konkave overflate av formverktøyet og får den samme form som denne. Ved denne utførelse kan der også benyttes en ytterligere membran, slik at emnet er fastholdt mellom membranene.

Når det benyttes to membraner, en på hver side av emnet, kan folding eller rynkning av emnet ytterligere forhindres ved utøvelse av et forhøyet omgive 1 sestrykk mot emnet/membranene, slik at membranene presses sammen for ytterligere innspenning av emnet under deformasjonsproses sen. Dette forhøyede trykk kan oppnås ved hermetisk forsegling av periferien av sandv/ichen og utøvelse av et forhøyet atmosfærisk trykk under prosessen.

Deformasjonsproses sen kan generelt utføres under anvendelse av de fremgangsmåter og det utstyr som er beskrevet i GB-PS nr. 1.461.317 og 1.552.826.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan benyttes til fremstilling av tynne metallgjenstander av forskjellig form, f. eks. former omfattende innadgående kurver og krumninger om flere enn en akse.

Membranen eller membranene kan være adskilt fra emnet av et egnet skillemiddel for å tillate emnet og membranen å skilles fra hinannen etter deformasjon. Et smøremiddel kan også anvendes for å lette den glidning som vanligvis opptrer mellom membranen og emnet under deformasjonen.

Membranen og emnet kan generelt oppvarmes til den temperatur som er nødvendig for deformasjon før de anbringes i den presse eller annen innretning som benyttes til utførelse av deformasjonen, og fjernes fra utstyret mens de fremdeles er varme, for raskere avkjøling.

Fremgangsmåter til formgivning av metallgjenstander iht. utførelsesformer av oppfinnelsen skal beskrives i det følgende ved hjelp av eksempler under henvisning til tegningen. Fig. 1-3 viser skjematisk suksessive trinn av en fremgangsmåte til formgivning av en metallgjenstand. Fig. 4-6 viser skjematisk suksessive trinn av en annen fremgangsmåte til formgivning av en metallgjenstand. Fig. 7 og 8 viser skjematisk en fremgangsmåte til formgivning av en metallgjenstand under anvendelse av et konkavt forrnverktøy. Fig. 9 viser skjematisk fremgangsmåten på fig. 7 og 8 anvendt i forbindelse med et f orrnverktøy med mer komplisert f orm. Figurene 1-3 viser et emne 1 av en belagt aluminiumlegering kjent som DTD 5070B og i form av en plate med tykkelse på 1,7 mm, tilskåret til ønsket form og ønskede dimensjoner. Den anbringes som vist i en formgivningsmaskin i berøring med en superplastisk membran 2 omfattende en plate, som er større enn emnet og er fremstilt av en

a lum i n lurnl eger ing med tykkelse på 2,5 mm. Emne 1 ege r ingens sammensetning er 2,5% Cu, 1,5% Mg, 1,0% Fe og 1, 2% Ni, idet tallene angir vektprosentverdier, mens resten er aluminium, og membran1 eger ingens sammensetning er 6,0 vektprosent Cu, 0,4 vektprosent Zr og resten er aluminium.

Det på forhånd til én temperatur på 440° C oppvarmede emne blir anbrakt med sine kantpartier hvilende på en ringformet avstrykningsplate 3 i formningsmaskinen, og den likeledes til en temperatur på 440° C oppvarmede membran blir anbrakt over emnet, idet membranens kanter strekker seg forbi kantene av emnet, og en ringformet trekkring 4 blir plassert over membranen. Fastspenningsorganer 5 og 6 anvendes for å spenne fast membranens kantpartier og trekkringen 4 mot den øvre flate av membranen. Selv om avstrykningsplaten 3 holdes på plass av organet 5, blir den imidlertid ikke fastspent mot emnet, men støtter bare dette. Emnets kantparti kan således bevege seg fritt i emnets plan i forhold til membranen.

Et tappformet f orrnverktøy blir så hevet, som vist på fig. 2, med en hastighet på 10 - 15 mm pr. minutt, slik at membranen og emnet deformeres ved trekking. Under dette trinn forblir membranens kantparti fastklemt ved hjelp av organene 5 og 6, men da kantpartiet av emnet ikke er fastspent, kan dette bevege seg fritt under deformasjonen og vil bli trukket mot trekkringens innvendige kant. Den radiale klaring mellom. det fullstendig hevede, tappformede verktøy og trekkringen er bestemt på forhånd som en funksjon av den påfølgende

superplasti ske deformasjon av membranen.

Når verktøyet er hevet fullstendig, utøves der et lufttrykk mot den øvre overflate av membranen, slik at denne deformeres superp1astisk og legger seg an mot overflaten av formverktøyet, som vist på fig. 3. Emnet blir likeledes deformert og legger seg an mot overflaten av formverktøyet, slik at dets form nøyaktig stemmer overens med verktøyets form. Under dette trinn økes lufttrykket gradvis til 758 kN/m2 i løpet av 10 minutter. Når den superplasti ske deformasjon av membranen er fullført, reduseres lufttrykket, verktøyet trekkes tilbake og den varme membran og det formede emne fjernes fra pressen og adskilles.

Under deformasjonsprosessen deformeres emnet plastisk uten merkbar lokal reduksjon av tykkelsen eller dannelse av rynker, idet det over hele sin overflate er fastholdt av membranen og verktøyet.

Den på fig. 4-6 viste formgivningsfremgangsmåte er generelt lik den som er vist på fig. 1 - 3, og like tall angir like deler. I dette tilfelle er der imidlertid anordnet to membraner 2, en på hver side av emnet 1, og under deformasjonen er emnet fastholdt av begge membraner under plastisk flytning. Ved fremgangsmåten på fig. 1 - 3 er membranenes kantpartier fastklemt mellom organene 5 og 6, men avstrykningsplaten og emnet er ikke fastklemt. Ved denne fremgangsmåte omfatter det første trinn blåsning av en "boble" ved hjelp av lufttrykk som utøves på undersiden av membran/emne-sammensti 11 ingen, som vist på fig. 4. Under dette trinn danner det nedre fastspenningsorgan 5 en hermetisk forsegling sammen med den nedre membran 2. Ved denne bobleblåseoperasjon omslutter de to membraner emnet og hindrer lokal reduksjon av tykkelsen og dannelse av rynker mens emnet deformeres. Lufttrykket reduseres deretter, og det konvekse verktøy 7 heves, som vist på fig. 5, for å deformere membranene og emnet ytterligere. Lufttrykk utøves deretter mot den øvre side av membran/emne-sammensti 11 ingen (fig. 6) for formgivning av emnet til formen av verktøyet som i eksempelet på fig. 3.

Under den på fig. 4-6 viste fremgangsmåte tvinges emnet til å flyte plastisk ved hjelp av de to membraner, slik at lokal reduksjon av tykkelsen og dannelse av rynker forhindres. Dette kan ytterligere forhindres ved utøvelse av et forhøyet, generelt virkende lufttrykk, slik at membranene presses mot emnet under prosessen. Kantene av emnet/membran-sammensti 11 ingen kan forsegles før utøvelsen av dette forhøyede trykk, slik at det ytre trykk overskrider det indre t rykk.

Ved de fremgangsmåter som er vist på fig. 1 - 6, er det mulig å forsterke virkningen av trekkringen under det første deformas jons tr inn ved utøvelse av et forhøyet lufttrykk over membranen og emnet. Alternativt kan det være mulig å utelate trekkringen og stole bare på dette lufttrykk for formning av membran/emne-sammensti 1 lingen til den ønskede form rundt ve rkt øye t.

Ved den på fig. 7 og 8 viste fremgangsmåte blir der benyttet et hult eller konkavt f orrnverktøy 10, og en oppvarmet sammenstilling omfattende et emne 1 og en membran 2 av samme type som i den på fig. 1 viste utførelsesform blir anbrakt over formverktøyet. Kantene av membranen 2 blir fastklemt mot kantene av formverktøyet ved hjelp av en fastspenningsinnretning 11, mens kantene av emnet 1 ikke blir fastklemt. Lufttrykk utøves som vist på fig. 8, membranen deformeres superplastisk, og emnet deformeres i overensstemmelse med formen av formverktøyet. Emnet tvinges til å flyte plastisk på den ønskede måte ved hjelp av membranen og overflaten av formverktøyet.

Fremgangsmåten ifølge fig. 7 og 8 kan også utføres ved anvendelse av en sammenstilling av to membraner med mellomliggende emne, i likhet med den på fig. 4-6 viste utføre 1 sesform. Tids-, trykk- og temperaturbetinge 1 sene kan hovedsakelig tilsvare dem som ble brukt i den på fig. 1-3 viste utføre 1sesform.

Fremgangsmåten ifølge fig. 7 og 8 kan anvendes i forbindelse med kompliserte, irmadgående former, f. eks. av den type som er vist på fig. 9.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte til formgivning av metallgjenstander, karakterisert ved at et legeme (1) av dette metall på minst én side bringes i anlegg mot en metallplate (2) som kan deformeres plastisk ved høy temperatur, at en motsatt platen (2) liggende overflate av legemet (1) bringes i berøring med eller anordnes nær overflaten av et f orrnverktøy (7), og at platen (2) presses mot legemet (1) mens den har en temperatur som tillater at den deformeres plastisk, og legemet (1) har en temperatur som tillater det å tilpasse seg platens (2) form, slik at legemet deformeres og presses mot overflaten av formverktøyet (7).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at legemet (1) består av en aluminiumlegering som ikke er superplastisk.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at legemet (1) har en tykkelse på 0,2 - 6,0 mm.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at platen (1) er fremstilt av et superplastisk metall.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at platen (1) er fremstilt av en superp1astisk aluminiumleger ing.

6. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at platens (2) kanter er fastspent slik at bevegelse er forhindret under def ormasjonen.

7. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at en ytterligere metallplate som kan deformeres plastisk ved høy temperatur anbringes i berøring med den nevnte, motsatt platen (2) liggende overflate av legemet (1), og at begge plater og det mellom disse anordnede legeme (1) presses mot overflaten av formverktøyet (7).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at platene (2) og legemet (1) deformeres ved hjelp av trykkluft før overflaten av legemet (1) anbringes nær overflaten av formverktøyet.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at periferien av platene (2) som legemet (1) er anordnet mellom, er hermetisk forseglet, og at der utøves et forhøyet omgive 1 sestrykk mot platene under deformasjonen.

10. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at formverktøyet (7) har konveks form og føres mot den nevnte, motsatt platen (2) liggende overflate av legemet (1) og presses mot legemet (1).

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at kanten av platen (2) gripes av en trekkring (4) som omgir det plateområde som kommer i berøring med formverktøyet (7).

12. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 - 9, karakterisert ved at formverktøyet (7) er konkavt, at platen (2) er fastklemt mot kanten av formverktøyet (7), og at platen (2) og legemet (1) presses mot formverktøyets overflate ved mekanisk eller pneumatisk trykk.

13. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at et skillemiddel og/eller et smøremiddel påføres mellom platen (2) og legemet (1).