DE10316854A1

DE10316854A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verformen eines Werkstücks aus einem Werkstoff mit exponentiellem Zuspannungs-Dehnungsverhalten zu einer dünnwandigen, hohlen Schale

Info

Publication number: DE10316854A1
Application number: DE10316854A
Authority: DE
Inventors: Erich Sieger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2004-10-21
Also published as: WO2004089560A8; US7243517B2; EP1651366A1; WO2004089560A1; US20060191307A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft u. a. ein Verfahren zum Verformen eines Werkstückes (24¶0¶) aus einem Werkstoff mit exponentiellem Zugspannungs-Dehnungs-Verhalten zu einer dünnwandigen, hohlen Schale (24¶3¶). Bei diesem Verfahren wird das Werkstück (24¶0¶) umfangsseitig eingespannt und aktiv um seine Mittellinie (M) gedreht. Eine frei drehbare Drückform (4), die eine der gewünschten Schalenform (24¶3¶) geformte Außenseite (4a) aufweist, wird mit einer geeigneten Druckkraft gegen eine Werkstückseite (24a) gedrückt. Zumindest eine bahngesteuerte Drückrolle (14, 17) wird gegen die andere Werkstückseite (24b) gedrückt, so dass das sich drehende Werkstück (24¶0¶) allein durch lokale Druckkräfte zur Schale (24¶3¶) verformt, wobei die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Werkstück (24¶0¶) und der zumindest einen Drückrolle (14, 17) und die von der zumindest einen Drückrolle (14, 17) und der Drückform (4) auf das Werkstück (24¶0¶) ausgeübte Kraft derart aufeinander abgestimmt werden, dass in dem Werkstück (24¶0¶) eingebrachte Druckkräfte unterhalb der Streckgrenze des Werkstückes (24¶0¶) liegen. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verformen eines Werkstückes aus einem bisher nur bei bekannten Warmumformtemperaturen verformbaren Material oder Werkstoff, das nun gemäß der vorliegenden Erfindung bereits bei einer Temperatur zu einer dünnwandigen, hohlen Schale ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verformen eines Werkstückes aus einem Werkstoff mit exponentiellem Zugspannungs-Dehnungsverhalten zu einer dünnwandigen, hohlen Schale. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verformen eines Werkstückes aus einem bisher nur bei bekannten Warmumformtemperaturen verformbaren Materials oder Werkstoffs, das nun gemäß der vorliegenden Erfindung bereits bei leicht erhöhten Temperaturen zu einer dünnwandigen, hohlen Schale verformt werden kann.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Werkstücke der vorgenannten Art liegen beispielsweise als Blechronden oder Blechrohlinge vor, die aufgrund der genannten Werkstoffeigenschaften nur in aufwendiger und damit teurer Weise in die gewünschte Schalenform zu verformen sind. So wird in der Luft- und Raumfahrtindustrie insbesondere Titan und seine Legierungen wegen des geringen Gewichtes und der guten Korrosionsbeständigkeit für Treibstoffbehälter und dergleichen eingesetzt. Die für diesen Zweck besonders geeigneten Titan-β-Legierungen sind jedoch nur schwer kalt umformbar. Diese Legierungen weisen nämlich ein exponentiales Zugspannungs-Dehnungs-Verhalten auf. Derartige Materialien in dünne Schalen, insbesondere beispielsweise in eine Kugelhalbschale oder in eine halbkugelähnliche Schalenform umzuformen, ist grundsätzlich nur als Druckumformung möglich, da die hochfesten und leichten Materialien mit ihren entsprechenden Eigenschaften ansonsten beschädigt werden würden. Derartige Verfahren werden auch als Net-Shape-Verfahren bezeichnet.
Allgemein ist in der EP 0 457 358 A2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Metalldrücken offenbart. Hier wird vorgeschlagen, einen Rohling aus schwer verformbarem Material umfangsseitig einzuspannen und mit Hilfe eines bewegungsgesteuerten Drückwerkzeuges 3 frei, also ohne Verwendung eines Drückfutters, bis auf Endmaß in einen Freiraum hinein auszuwölben. Ein ähnliche Verfahrensweise und Vorrichtung ist aus der US 3,342,051 bekannt. Auch hier wird ein Verformen ohne Drückfutter offenbart. Auch die DE-OS 1 527 973 lehrt ein ähnliches Verfahren zur Herstellung von Rotationsflächen, bei dem keine Druckform zum Einsatz kommen soll.
Die GB 2 302 832 A offenbart eine Verfahrensweise und eine Vorrichtung zum Metallverformen. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein Rohling mittels eines mittig angeordneten Gegenstempels auf einer sich drehenden Drückform festgehalten. Das Verformen des Rohlings erfolgt mittels einer Drückrolle, die einer bestimmten Kontur folgt und damit den Rohling entsprechend der Form formt. Ein derartiges Verfahren ist zum Formen von Materialien der eingangs genannten An, die sehr hohe Materialzugfestigkeiten aufweisen, nicht verwendbar.
Die EP 0 593 799 B1 befasst sich eingehend mit dem Verformen von Werkstücken aus den genannten Werkstoffen. Insbesondere wird auf die spezielle Problematik beim Umformen im Einzelnen eingegangen. Darüber hinaus werden die Problematiken anderer Umformungsverfahren bei Werkstücken aus den genannten Werkstoffen eingehend erläutert. Die genannte EP 0 593 799 B1 bzw. die dazu parallele US 5,426,964 lehren ein einfacheres und kostengünstigeres Verfahren zum Kaltumformen eines Werkstoffs mit exponentialem Zugspannungs-Dehnungs-Verhalten zu hohlen Schalen geringer Wandstärke. So wird hier ein Blechrohling umfangsseitig eingespannt und um seine Mittellinie mittels eines Antriebs rotierend gedreht. Der rotierende Blechrohling wird zwischen ersten und zweiten bahngesteuerten Drückrollen, die an gegenüberliegenden Seiten des Blechrohlings angreifen, allein durch lokale Druckkräfte zur Schale kalt verformt. Die Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstück und Drückrollen und die von den Drückrollen auf das Werkstück ausgeübte Kraft werden derart aufeinander abgestimmt, dass in das Werkstück eingebrachte Zugkräfte unterhalb der Streckgrenze des Werkstoffes liegen. Gemäß dieser vorgeschlagenen Verfahrensweise wird nämlich der Werkstoff keinerlei Zugkräften im plastischen Bereich ausgesetzt und die Verformung erfolgt lediglich durch Druckkräfte, die von den beiden gegenüberliegen Drückrollen auf das Werkstück ausgeübt werden.
Durch diese vorgeschlagene Verfahrensweise ist es möglich, mittels einer Kaltumformung Hohlschalen mit einem großen Durchmesser und relativ dünner Wandstärke bis auf Endmaß herzustellen, ohne dass Ermüdungsrisse bzw. ein Ausbeulen festgestellt werden kann und ohne dass die mit einer Erhitzung des Werkstoffes einhergehenden Probleme auftreten. Als Grund hierfür wird genannt, dass der erzielbare hohe Kaltumformungsgrad eine Kornverfeinerung im Gefüge der Titan-β-Legierung bewirkt, die wiederum in einer höheren Festigkeit und Zähigkeit resultiert, so dass der tragende Querschnitt und somit das Gewicht weiter verringert werden kann. Darüber hinaus führt der hohe Kaltverformungsgrad in Umfangsrichtung zu einer Veränderung der Textur der ursprünglichen Walzrichtung des kaltgewalzten Blechrohlings, so dass die mit dieser Textur einhergehende Gefahr eines Eigenspannungsverzugs verringert wird. Die über die Drückrollen aufzubringenden Druckkräfte können sehr genau dosiert werden, so dass sich nicht nur Schalen konstanter Wanddicke, sondern auch mit sich über den Umfang der Schale verändernder Wanddicke ohne weiteres herstellen lassen. Aufgrund der Verwendung von einander gegenüberliegenden Drückrollen ist auch die beim auftretende Rückfederung so genau beherrschbar, dass Schalen mit einer sehr hohen Maßgenauigkeit hergestellt werden können. Allerdings können hier unter Umständen sehr viele "Umformungsdurchläufe" bis zur Erzielung der gewünschten Schalenform notwendig werden, was das Verfahren zeitaufwendig macht und damit auch mit relativ hohen Herstellungskosten verbunden ist. Es sei hier angemerkt, dass unter dem Begriff "Umformungsdurchlauf oder Umformungsschritten" hier das Verfahren oder Durchlaufen einer Drückrolle von deren Ausgangsstellung (im Bereich der Mittellinie des zu verformenden Werkstücks) bis zu deren Endstellung (in der Nähe des Werkstückumfangsrandes) zu verstehen ist.

Ein der Erfindung zugrunde liegendes technisches Problem besteht darin, eine Verfahrensweise zum Verformen von Werkstücken aus einem Werkstoff mit exponentiellem Zugspannungs-Dehnungs-Verhalten zu einer dünnwandigen, hohlen Schale bereitzustellen, die mit weniger Umformungsschritten auskommt. Ferner soll eine Vorrichtung bereitgestellt werden, die ein Verformen derartiger Werkstücke mit einem oder wenigen Umformungsschritten erlaubt.

Dieses der Erfindung zugrunde liegende technische Problem wird beispielsweise durch ein Verfahren zum Verformen eines Werkstückes aus einem Werkstoff mit exponentiellem Zugspannungs-Dehnungs-Verhalten zu einer dünnwandigen, hohlen Schale gelöst, bei dem zumindest die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden. Bei dem Verfahren wird das Werkstück umfangsseitig eingespannt und aktiv um seine Mittellinie gedreht. Eine frei drehbare Drückform, die eine der gewünschten Schalenform geformte Außenseite aufweist, wird mit einer geeigneten Druckkraft gegen eine Werkstücksseite gedrückt. Zumindest eine bahngesteuerte Drückrolle wird gegen die andere Werkstückseite gedrückt, so dass das sich auf der Drückform drehende Werkstück allein durch lokale Zugkräfte zur Schale verformt, wobei die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Werkstück und der zumindest einen Drückrolle und die von der zumindest einen Drückrolle und der Drückform auf das Werkstück ausgeübte Kraft derart aufeinander abgestimmt werden, dass in dem Werkstück eingebrachte Druckkräfte unterhalb der Streckgrenze des Werkstückes liegen.

Ferner wird eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt. Beispielsweise kann eine solche Vorrichtung eine um eine Mittellinie drehbare Spanneinrichtung zum umfänglichen Einspannen des Werkstück umfassen. Zum Drehen der Spanneinrichtung um die Mittellinie ist ein Antrieb vorhanden. Ein solcher Antrieb kann beispielsweise ein Elektromotor sein. Es ist aber auch denkbar, andere Antriebsarten wie beispielsweise Pneumatik- oder Hydraulikmotoren einzusetzen. Bei dem genannten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine um die Mittellinie frei drehbare Drückform vorhanden, die in Richtung der Mittellinie verschiebbar ist und zur Ausübung einer vorbestimmten Druckkraft gegen das Werkstück ausgebildet ist. Ferner umfasst die Vorrichtung zumindest eine bahngesteuerte Drückrolle, die der Drückform gegenüberliegt. Eine erste Steuereinrichtung dient zum Bahnsteuern der zumindest einen Drückrolle. Eine zweite Steuereinrichtung leistet, dass die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Werkstück und der zumindest einen Drückrolle und die von der zumindest einen Drückrolle und der Drückform auf das Werkstück ausgeübte Kraft derart aufeinander abgestimmt werden, dass in das Werkstück eingebrachte Zugkräfte unterhalb der Streckgrenze des Werkstoffes des Werkstücks liegen.

Erfindungsgemäß wird also erstmals ein Werkstück aus den genannten speziellen und bezüglich ihrer Verformung problematischen Werkstoffe kalt verformt, ohne dass eine große Anzahl an Umformungsdurchläufen der zumindest einen Drückrolle notwendig sind. So kann nun in einem oder wenigen Umformungsdurchläufen eine gewünschte Schalenform auch bei den genannten Werkstoffen erzielt werden. Dies ist erstmals möglich, indem erfindungsgemäß eine Druck-Zug-Umformung erfolgt, wobei aber eine konvexe Außenform aufweisende Druckform nicht nur den Gegendruck zur außenseitig angreifenden Drückrolle liefert, sondern mittels der verschiebbaren Form eine Vorpresskraft, bei entsprechend dem Umformfortschritt angepassten Vorschub, eine Zugspannung im Werkstück bewirkt wird. Diese Zugspannung wird im Werkstück dadurch erzielt, dass das Werkstück am Umfangsrand fest eingespannt ist und die Form zusätzlich als "Ziehstempel" genutzt wird. Durch die zusätzliche Zugvorspannung wird die Ausdehnungsrichtung, die durch das örtliche Auswalzen des Materials mittels der Drückrolle bestimmt ist, hauptsächlich in Meridianrichtung umgeleitet. Durch die beispielsweise parallel zur Umfangsrichtung abrollende Drückrolle kann ohne Zugvorspannung eine örtliche Druckmesservergrößerung bewirkt werden. Im Gegensatz zu der einleitend genannten bekannten Verfahrensweise kann allerdings beispielweise nur ein "Durchlauf" notwendig sein, um die Schalenform zu erzielen. Erstmals kommt also ein beispielsweise als Deep Drow-Counter Spinning oder Tiefzieh-Gegendrück-Verformverfahren zum Einsatz.

Der sich mitdrehende Form- oder Drückstempel spannt das Werkstück vor. Die zumindest eine Gegendrückrolle drückt beispielsweise immer am Tangentenpunkt gegen die andere Seite des Werkstücks, so dass die zur Formgebung notwendige Umfangsdehnung durch örtliches Auswalzen des Werkstücks bewirkt wird.

Durch eine höhere Anzahl der Drückrollen, auch Gegendrückrollen genannt, vermindert sich die Beulgefahr, erhöht sich die Fertigungsgeschwindigkeit und vermindert sich die notwendige Drückkraft pro Rolle.

Die automatische Steuerung des Umformprozesses kann über eine hydraulische Proportionalventilsteuerung oder über eine CNC-Steuerung erfolgen. Es versteht sich von selbst, dass ein erfindungsgemäßes Verfahren nicht nur zur Formgebung bzw. Herstellung von Satelliten-Tankschalen eingesetzt werden kann, sondern auch zur Herstellung von anderen, schwer verformbaren Werkstoffen und Teilen anwendbar ist.

Wie bereits zuvor erwähnt, ist es insbesondere vorteilhaft, beim Verformen des Werkstücks die Drückform in Richtung der Mittellinie des Werkstücks zu verschieben, um die notwendige Zugspannung in das Werkstück einzubringen, wozu früher eine Drückrolle vorgesehen war. Gleichzeitig können die Gesamtbaumaße einer solchen Vorrichtung gering gehalten werden, indem die Drückrollen im Wesentlichen in Richtung der Mittellinie gesehen ihre Lage beibehalten.

Aufgrund der zuvor erläuterten Bauweise dreht die Drückform mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Werkstück, so dass keine Relativbewegung zwischen Werkstück und Drückformoberseite auftritt, was bei dem genannten Werkstoff zu Problemen führen würde.

Insbesondere ist das Verformen von Titan-β-Legierungen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vereinfacht und selbstverständlich aber auch alle Materialien, die in der zuvor genanten EP 0 593 799 B1 genannt sind. Insbesondere sind Titanbleche aus Ti 15-3-3-3 oder Ti-β-21S mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verformbar. Ferner sind insbesondere Werkstücke aus Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn verformbar. Auch die in der EP 0 593 799 B1 genannten Schalenmaße sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar. Das heißt, insbesondere sind Schalen mit einem Durchmesser von bis zu 1000 mm oder mehr und Dicken von 0,5-2 und auch bis 6 mm oder mehr mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbar. Insbesondere sind die Ausgangswerkstücke ca. 5 bis 40 mm dick.

Gemäß einer beispielhaften weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Neigewinkel der zumindest einen Drückrolle gegenüber der Umfangsrichtung verändert, je nach dem, welchen Abstand die zumindest eine Drückrolle von der Mittellinie des Werkstücks einnimmt und welche Form die Drückform an dieser Stelle hat. Insbesondere wird der Rollenradius und der Rollendurchmesser an die zur Umformung notwendigen Drückkräfte und Umformrichtung angepasst. So erfolgt bei großem Rollendurchmesser und kleinem Radius eine größere Umformung in Meridianrichtung als in Umfangsrichtung und umgekehrt.

Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird es bevorzugt, dass zumindest zwei, drei oder vier Druckrollen vorhanden sind, die gleichmäßig auf einem Kreis angeordnet sind, wodurch eine schnellere Umform erzielbar ist.

Eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Spanneinrichtung aus einem ersten Spannring und einem zweiten Spannring besteht, die über Spannmittel zueinander verspannbar sind, wobei zwischen den beiden Spannringen der Umfangsrand des Werkstücks einklemmbar ist.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass einer der beiden Spannringe oder ein Lagerinnenring eine Außenverzahnung aufweist, mit der ein Zahnrad kämmt, das über einen Antrieb angetrieben wird.

Alternativ kann es auch zweckmäßig sein, dass das Drehlager, auf dem die Spann- oder Klemmringe befestigt sind, einen Zahnkranz am Lagerinnenring aufweist, mit dem ein Antriebsritzel kämmt. Hierbei kann es vorteilhaft sein, dass die Klemm- bzw. Spannringe am Lagerinnenring festgeschraubt sind. Der Lageraußenring wird an einem Stator der Vorrichtung befestigt und hält den radialen und axialen Umfangskräften stand.

Bei größeren Lagerdrehkränzen und damit höheren Umfangsgeschwindigkeiten, die bei der Umformung benötigt werden, können kämmende Zahnräder eine große Geräuschkulisse entfalten, was nachteilig sein kann. Hier kann es vorteilhaft sein, einen Antrieb so auszugestalten, dass ein Formriemen oder ein gummiertes Reibrad zur Drehung des Drehlagers der Spanneinrichtung vorgesehen ist.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die zumindest eine Drückrolle in gewünschter Weise gegenüber der Umfangsrichtung an bestimmten Meridianstellen neigbar.

In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die zumindest eine Drückrolle über eine Parallelogrammführung in gewünschter Weise gegenüber der Umfangsrichtung neigbar ist.

Beispielsweise kann die zumindest eine Drückrolle auch über eine Dreiachssteuerung geführt sein.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die erste Steuereinrichtung und die zweite Steuereinrichtung in einer gemeinsamen Steuervorrichtung zusammengefasst.

In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest eine weitere Drückrolle mit größerem Durchmesser einwechselbar vorhanden, um randseitige Bereiche des Werkstücks zu verformen.

Eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst ein Spanwerkzeug, insbesondere einen Drehmeißel. Mit dem Spanwerkzeug ist das noch eingespannte Werkstück in gewünschten Werkstückbereichen spanabhebend bearbeitbar.

Schließlich kann in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Abstechwerkzeug vorhanden sein, um ein fertig bearbeitetes Werkstück abzutrennen.

Ein weiteres der Erfindung zugrunde liegendes technisches Problem besteht darin, eine Verfahrensweise zum Verformen von Werkstücken zu einer dünnwandigen, hohlen Schale bereitzustellen, bei der die Werkstücke zur Verformung nicht auf eine klassische Warmumformtemperatur erwärmt werden müssen, sondern nur auf eine darunter liegende Temperatur.

Dieses technische Problem wird durch ein Verfahren gelöst, das zumindest die nachfolgenden Schritte umfasst: Ein Werkstückrohling wird umfangsseitig eingespannt und aktiv um seine Mittellinie gedreht. Der Werkstückrohling wird zumindest in bestimmten Teilbereichen auf eine Temperatur erwärmt, die unterhalb der für den Werkstoff dieses Rohlings bekannten Warmumformtemperatur liegt. Sodann wird eine frei drehbare Drückform, die eine der gewünschten Schalenform geformte Außenseite aufweist, mit einer geeigneten Druckkraft gegen eine Werkstücksseite gedrückt. Zumindest eine bahngesteuerte Drückrolle wird gegen die andere Werkstückseite gedrückt (in den oben genannten erwärmten Teilbereichen), so dass der sich auf der Drückform drehende Werkstückrohling allein durch lokale Druckkräfte zur Schale verformt, wobei die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Werkstück und der zumindest einen Drückrolle und die von der zumindest einen Drückrolle und der Drückform auf das Werkstück ausgeübte Kraft derart aufeinander abgestimmt werden, dass in dem Werkstück eingebrachte Druckkräfte unterhalb der Streckgrenze des Werkstückes liegen.

Bei einer beispielhaften Verfahrensweise gemäß der Erfindung ist der Werkstückrohling aus einer Titanlegierung hergestellt, insbesondere ist die Titanlegierung Ti6-4. Die Verarbeitungstemperatur kann beispielsweise so gewählt werden, dass im Werkstückrohling der Zustand des exponentiellen Zug-Spannungs-Dehnungsverhalten erreicht wird, aber kein α-case gebildet wird.

Bei einer beispielhaften alternativen Verfahrensweise gemäß der Erfindung wird ein aus einer hochfesten Al-Legierung bestehender Werkstückrohling zu einer Schale verformt. Die Al-Legierung ist insbesondere Al-2219.

Bei der Verformung eines Werkstücks aus einer hochfesten Al-Legierung wird die Verarbeitungstemperatur insbesondere so gewählt, dass im Werkstückrohling ein warm ausgelagerter Zustand erreicht wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des zuvor genannten Verfahrens eine um eine Mittellinie drehbare Spanneinrichtung zum umfänglichen Einspannen des Werkstück. Es ist ein Antrieb zum Drehen der Spanneinrichtung um die Mittellinie vorhanden. Ferner ist eine um die Mittellinie frei drehbare Drückform vorgesehen, die in Richtung der Mittellinie verschiebbar ist und zur Ausübung einer vorbestimmten Druckkraft gegen das Werkstück ausgebildet ist. Außerdem umfasst die Vorrichtung zumindest eine bahngesteuerte Drückrolle, die der Drückform gegenüberliegt. Eine erste Heizeinrichtung dient zumindest zur Erwärmung desjenigen Werkstückbereichs, in dem die zumindest eine Drückrolle das Werkstück kontaktiert. Mittels einer ersten Steuereinrichtung wird die Bahn der zumindest einen Drückrolle gesteuert. Eine zweite Steuereinrichtung stellt sicher, dass die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Werkstück und der zumindest einen Drückrolle und die von der zumindest einen Drückrolle und der Drückform auf das Werkstück ausgeübte Kraft derart aufeinander abgestimmt werden, dass in das Werkstück eingebrachte Zugkräfte unterhalb der Streckgrenze des Werkstoffes des Werkstücks liegen.

Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Drückform über eine zweite Heizeinrichtung auf eine bestimmte Haltetemperatur erwärmt.

Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung besteht die erste Heizeinrichtung aus mehreren Heizeinrichtungen, die voneinander getrennte Werkstückbereiche auf die gewünschte Verarbeitungstemperatur bringen können.

Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist die erste Heizeinrichtung mechanisch oder manuell positionsveränderbar ist.

Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist die erste und die zweite Heizeinrichtung Gasbrenner sind.

Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Heizeinrichtungen Heizspiralen oder Infrarotwärmeeinrichtungen.

Im Folgenden sind zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Schnittansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine der 1 ähnliche Darstellung, bei der zwei unterschiedliche Stellungen einer Drückform angedeutet sind,
3 eine der 2 sehr ähnliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer zusätzlichen Drückrolle mit größerem Durchmesser zur Verformung eines mehr am Umfangsrand des Werkstückes liegenden Werkstückabschnitts,
4 eine Teilschnittansicht eines erfindungsgemäß verformten Werkstücks mit spanend zu bearbeitenden Bereichen,
5 eine der 4 ähnliche Darstellung mit Darstellung eines Abstechwerkzeugs,
6 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung verschiedener Richtungen,
7 eine weitere schematische Darstellung eines Werkstücks in Ausgangs- und Endform, und
8 eine schematische Darstellung der Vorgänge im Werkstück während der Umformung,
9 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verformen eines Werkstückes aus einem bisher nur bei bekannten Warmumformtemperaturen verformbaren Materials,
10 eine schemahaft dargestellte Modifikation der in 9 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung.
BESCHREIBUNG MEHRERER BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Gemäß der 1 umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise eine Drückeinrichtung 1, die eine Drückvorrichtung 4, einen Drückstempel 2 und eine Steuervorrichtung 50 umfasst. Die Drückform 4 hat eine Außenseite 4a, die der gewünschten Schalenform entspricht. Diese Außenseite 4a der Drückform 4 ist grundsätzlich konvex ausgebildet. Sie kann aber im Querschnitt gesehen nicht nur eine gleichbleibende Krümmung aufweisen, sondern die Krümmungsrichtung auch wechseln.
Die Drückform 4 ist mit dem Drückstempel 2 gekoppelt. Dieser Drückstempel 2 ist Teil einer Kolben-Zylinder-Einheit, die beispielsweise über eine Pneumatik- oder Hydraulikeinheit ein Verschieben der Drückform 4 mit vorbestimmter Kraft bewirkt. Die Steuerung dieser Kolben-Zylinder-Einheit und damit der Drück- und Ziehform 4 in Richtung einer Mittellinie M erfolgt über die Steuervorrichtung 50.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine Halterung 5, in der eine Spanneinrichtung eingebettet ist. Die Spanneinrichtung umfasst hier einen ersten Spannring 7 und einen zweiten Spannring 12, die über am Umfang gleichmäßig verteilte Spannschrauben 11 zueinander verspannbar sind. Der erste Spannring 7 ist gleichzeitig der Innenring eines Wälzlagers. Der Außenring 6 ist in der Halterung 5 integriert. Wie ein normales Kugellager sind hier der äußere Wälzlagerring 6 und der inneren Wälzlagerring 7 über Kugeln wälzgelagert. Ein zweites Wälzlager aus Innenring 9 und Außenring 8 sowie dazwischenliegenden Kugeln ist ebenfalls vorhanden, um die gesamte Vorrichtung drehbar in der Halterung 5 zu lagern.
Der zweite Spannring 12 ist hier mit einer Außenverzahnung versehen, in der ein schematisch dargestelltes Zahnrad 13 eingreift. Dieses Zahnrad ist über einen Antrieb A, wiederum nur schematisch dargestellt, angetrieben, so dass über das Zahnrad 13 der Spannring 12 gesteuert angetrieben werden kann. Alternativ kann es zweckmäßig sein, den inneren Wälzlagerring 7 mit einer Verzahnung zu versehen, mit der ein hier nicht dargestelltes Zahnrad kämmt, das wiederum über einen Antrieb angetrieben wird. Eine weitere Alternative zum Drehen des eingespannten Werkstückes 24o könnte so aussehen, dass der Lagerinnenring oder ein hiermit verbundenes (nicht gezeigtes) Bauteil über einen Formriemen, der mit einem Antriebsrad gekoppelt ist, angetrieben wird. Auch eine Ausbildung als gummiertes Reibrad ist möglich. Hier würde ein kleines Reibrad mit dem fest mit dem Lagerinnenring 7 verbundenen Gegenrad über Reibschluss drehangetrieben sein.
Im übrigen ist noch anzumerken, dass die Drückform 4 auf dem Drückstempel 2 drehbar gelagert ist, selbst aber nicht angetrieben ist. Es ist auch möglich, dass die Drückform 4 und der Drückstempel 2 nicht drehbar miteinander verbunden sind, dafür aber dann der Drehstempel 2 in der Kolben-Zylinder-Einheit drehbar ist.
Vor der Halterung 5 ist eine Drückrollenlagerung 25 angeordnet. Die Drückrollenlagerung 25 umfasst einen Grundkörper 28, an dem verschiedene Stäbe oder Stangen 18, 19, 20, 21, 22, 23 drehbar gelagert sind. Zwei der am Grundkörper 28 drehbar gelagerten Stäbe 18, 19 und 22, 23 weisen an ihren freien Enden Drückrollenhalterungen 14, 15 auf. Diese sind wiederum an jeweiligen Stäben drehbar gelagert. An den Halterungen 14, 15 sind Drückrollen 16, 17 drehbar gelagert. Über das gebildete Parallelogramm sind die Drückrollen in ihrer Neigung verstellbar und nach außen verschiebbar, d.h. der Abstand zur Mittellinie M ist veränderbar. Aufgrund der Parallelogrammkinematik bleiben die Drückrollen 16, 17 auch zunehmendem Abstand von der Mittellinie M im Wesentlichen immer auf der gleichen Höhe. Gleichzeitig besitzen die Drückrollen 16, 17 an jeder Umfangslinie des Werkstücks 24 die notwendige und zur Verformung zweckmäßigste Neigung.
Die beiden Halterungen 14, 15 sind über die Stäbe 20, 21 miteinander gekoppelt. Diese beiden Stäbe sind wiederum über eine gemeinsame Drückstange 27 mit einer Kolben-Zylinder-Einheit 26 gekoppelt. Die Kolben-Zylinder-Einheit 26 bewirkt das Auseinanderfahren der Drückrollen und damit einen einstellbaren Abstand von der Mittellinie M. Die Kolben-Zylinder-Einheit 26 ist über eine Steuervorrichtung 40 steuerbar. Sowohl die Steuervorrichtung 40 als auch die Steuervorrichtung 50 für die Kolben-Zylinder-Einheit 1 der Drückform 4 wie auch der Antrieb A können über Kabel 51 miteinander verbunden sein oder in einer gemeinsamen Steuervorrichtung integriert sein.
Die zuvor genannte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung arbeitet und wird wie folgt betrieben. Das Werkstück 24₀ liegt als Blechrohling vor und hat vorzugsweise in der Draufsicht die Form einer Kreisscheibe. Am Umfangsrand wird dieser Blechrohling zwischen den beiden Spannringen 7 und 12 fest eingespannt. Sodann wird der Antrieb des einen Spannrings 12 betätigt, um damit das Werkstück 24₀ um die Mittellinie M aktiv zu drehen Sodann werden die Drückrollen 16, 17 ganz in der Nähe des Mittelpunktes, d.h. in Höhe der Mittellinie M gegen die eine Seite des Werkstücks 24₀ gefahren, gleichzeitig wird die Drückform 4 mit vorbestimmter Kraft gegen die andere Seite des Werkstücks 24₀ gedrückt, so dass das Werkstück 24₀ zunehmend verwölbt, gleichzeitig gedreht und mit einer Gegenkraft von den Drückrollen 16, 17 beaufschlagt wird.
Vorzugsweise kann die Drückform auch erst gegen das Werkstück 24₀ gefahren werden, bevor dieses dann gedreht wird. Diese Vorgänge werden durch die Steuerungen 40, 50, 51 kontrolliert. Die Drückform 4 wird kontinuierlich weiter entlang der Mittellinienrichtung verschoben, gleichzeitig werden über das Parallelogrammgestänge die Drückrollen 16, 17 langsam nach außen verlagert. Die Drückrollen 16, 17 folgen dabei der Kontur der Drückform 4 bzw. der gewünschten Schalenform. Während dieses Vorgangs erfolgt an den Tangentenpunkten, also den Stellen, an denen das Werkstück 24 sich von der Außenseite der Form 4 abhebt, die Umformung des Werkstücks 24. Wichtig ist dabei, dass die Drückkraft der Drückform 4 als auch die Drehgeschwindigkeit des Werkstücks 24 und die Gegenkraft der Drückrollen 16, 17 aufeinander abgestimmt werden, so dass im Werkstück 24 gemäß der Darstellung der 8 die gewünschte Verformung ohne Ausbeulen oder dergleichen erfolgt. Gleichzeitig wird auch dafür gesorgt, hier über das Parallelogrammgestänge, dass die Drückrollen 16, 17 die korrekte Neigung gegenüber der Mittellinie M haben, was auch von der Form der Drückform 4 abhängt.
So kann, wenn möglich, nur mit einem Verfahrgang der Drückrollen 16, 17 von innen, d.h. von der Mittellinie M aus, bis nach außen das Werkstück 24o verformt werden. Es ist aber auch möglich, dass die Drückrollen 16, 17 wieder in die Mitte verfahren werden und ein erneuter Verformungsvorgang und eine weitere Kraftaufbringung mit der Drückform 4 erfolgt, so dass mehrere "Durchgänge" bis zur vollständigen Verformung gemäß der vorgegebenen Außenkontur der Drückform 4 notwendig sind. Allerdings weit wenigeer als bei dem eingangs genannten bekannten Verfahren.
Es sei hier nochmals herausgestellt, dass die Drückrollen 16, 17 sich zu Beginn des Verformvorgangs in der Stellung nahe der Mittellinie M befinden. Deren Endlage am Ende des Verformvorgangs ist mit einem Apostroph gekennzeichnet. Die schlussendliche Form des Werkstücks 24 ist hier mit dem Bezugszeichen 24' gekennzeichnet.
Aus der Darstellung gemäß der 2 sind die unterschiedlichen Verfahrgrade des Drückstempels 4 ersichtlich. Ferner sind auch die verschiedenen Verformungsgrade des Werkstücks 24 gezeigt. Die Endstellung ist hier mit 24₃ dargestellt, eine Zwischenstellung mit 24₁ bzw. 24₂ .
Aus der 3 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Hier werden zur randseitigen Verformung des Werkstückes 24₃ eine oder mehrere Drückrollen 30 mit größerem Durchmesser verwendet. Größerer Durchmesser bedeutet hier einen Durchmesser, der größer ist als der der Drückrollen 16, 17, die für eine anfängliche Verformung vorgesehen sind.
Gemäß der 4 weist eine Schale 24 im Endzustand Bereiche 31, 32 auf, die noch abzudrehen sind. Hier kann also mit eingespanntem Werkstück 24 eine spanabhebende Bearbeitung von beispielsweise Randbereichen der Schale 24 erfolgen. Auch das Abtrennen der Schale, die außenseitig fertig bearbeitet ist, ist mittels eines Abstechwerkzeugs 40 möglich, wie es aus der 5 ersichtlich ist.
In der 6 sind zur besseren Übersicht nochmals die verschiedenen Richtungen dargestellt. Die Umfangsrichtung verläuft senkrecht zur Mittellinie M, die Meridianrichtung entlang der Außenkontur der Drückform 4 bzw. hier dargestellt der fertigen Schale 24. In der 7 sind zur besseren Übersicht nochmals ein Werkstück 24₀ in der Ausgangsform gezeigt mit dem Bezugszeichen 24₃ ist das Werkstück in seiner Endform gezeigt.
Die 8 zeigt, wie bereits zuvor erläutert, die grundsätzlichen Druckkräfte, die punktuell durch die Drückrolle 16, 17 und die Drückform 4 in das Werkstück 24 eingebracht werden und zu einer gewünschten Verformung ohne Übersteigen der Streckgrenze des Werkstoffs des Werkstücks 24 führt.
Die in der 9 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gleicht in den wesentlichen Merkmalen der Vorrichtung, die anhand der 1 – 8 voranstehend detailliert erläutert wurde. Die hier dargestellte beispielhafte Ausführungsform umfasst zu den voranstehend erläuterten technischen Merkmalen der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine erste Heizeinrichtung 100 und eine zweite Heizeinrichtung 101. Beide Heizeinrichtungen sind hier als Gasbrenner ausgebildet. Die erste Heizeinrichtung 100 ist so ausgerichtet, dass ein Warmluftstrom an der Innenseite des Werkstücks 24 entlang streicht. Beispielsweise ist es auch möglich, dass diese erste Heizeinrichtung 100 mehrere Heizstellen umfasst, so dass die Werkstückinnenseite des Werkstücks 24 in verschiedenen Teilbereichen erwärmt wird. Die zweite Heizeinrichtung 101 ist so ausgerichtet, dass sie an der Außenseite des Werkstücks 24 eine Erwärmung erbringt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es aber unter Umständen auch ausreichend, nur eine Heizeinrichtung aufzuweisen. Insbesondere ist auch zu erwähnen, dass bei der hier gezeigten Ausführungsform die Drückform 4 an der Außenseite entlang verschiedene Kanäle zum Durchströmen des Warmluftstroms der ersten Heizeinrichtung 100 aufweist. Unter Umständen ist es auch zweckmäßig, kleine Löcher in der Drückform 4 vorzusehen, so dass die Warmluft unmittelbar auch mit dem Werkstück 24 in Kontakt kommt. Eine indirekte Erwärmung kann sich aber auch als vorteilhaft erweisen.
Insbesondere kann es also vorteilhaft sein, die zweite Heizeinrichtung 101 verschiebbar oder bewegbar auszugestalten, so dass auf der Außenseite des Werkstücks 24 immer im Bereich der Drückrollen eine Erwärmung erfolgt. Ferner können auch mehrere zweite Heizeinrichtungen anstatt der einen zweiten Heizeinrichtung 101 vorgesehen sein, so dass auch dann eine Erwärmung des Werkstücks 24 außenseitig im Bereich aller Drückrollen 16, 17 erfolgt. Insbesondere kann es auch zweckmäßig sein, eine Temperaturmesseinrichtung 102 vorzusehen, die die Oberflächentemperatur des Werkstücks 24 misst und auf die zweckmäßige Warmumformtemperatur bringt, die aber erfindungsgemäß erstmals bei diesem Verformverfahren niedriger ist als die bisherigen Warmumformtemperaturen. So kann eine entsprechende erfindungsgemäße Warmumformtemperatur beispielsweise im Bereich von 500° C bis 600° C liegen, klassiche Warmumformtemperaturen liegen beispielsweise über 600° C. Insbesondere sind bei herkömmlichen Umformverfahren aus Verfahrensgründen Umfangtemperaturen von 650° C bis 850° C notwendig.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Vorrichtung gemäß der 9 wird das Werkstück 24, also der Werkstückrohling, insbesondere ein Blechrohling auf eine Warmumformtemperatur unter 650° C gebracht und über die Druckrollen 16, 17, wie bereits anhand der 1 – 8 erläutert, umgeformt. Entsprechend wird der Drückstempel 4 etc. gegen die Drückrollen verfahren und das Werkstück 24 in eine Schale verformt. Gleichzeitig wird über die Temperaturmesseinrichtung 102 und die Heizeinrichtung 100, 101 das Werkstück 24 auf der notwendigen Umformtemperatur gehalten. Das Werkstück 24 besteht bei dieser beispielhaften Ausführungsform aus einer Titanlegierung Ti 6 – 4 (Ti 6Al4V). Durch die gewählte Umformtemperatur von etwa 600° C erfolgt auch bei einer längeren Bearbeitungsdauer keine Oxidierung, d.h. es ergibt sich keine Oxidschicht bzw. eine Alpha-Case-Schicht. Bei herkömmlichen Umformverfahren, die eine Umformtemperatur von 650° C bis 850° C benötigen, kommt es bereits nach 0,1 Stunden zur Bildung von Oxid- und Diffusionsschichten (die zuvor erwähnten Alpha-Case-Schichten). Erst durch die kombinierte erfindungsgemäße Verfahrensweise und der Erzielung einer bisher nicht zur Verformung geeigneten Warmumformtemperatur sind die bisherigen nachteiligen Oxidschicht- bzw. α-case-Schichtbildungen vermeidbar. Dementsprechend auch die bisher notwendige mechanische Nachbearbeitung einer Oberfläche einer erzielten Schale.
Eine Alternative für einen Werkstoff sind, wie bereits erwähnt, hochfeste Aluminiumlegierungen, bei denen die Umformtemperaturen sehr niedrig gehalten werden können. Aus metallurgischer Sicht ist das Werkstück 24 dann ohne Gefügeumwandlungen in dem Werkstück 24 zu erzeugen, in eine Schale 24₃ verformbar. Ein solches erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht zum ersten Mal hohe Umformgrade in verschiedenen Aushärtungszuständen. Dabei wird der Vorteil erzielt, dass das fertige Werkstück 24₃ nicht lösungsgeglüht und danach gereckt und kalt- oder warmausgehärtet werden muss. Insbesondere muss also bei der Darstellung gemäß der 9 die Drückform bzw. lediglich andere Terminologie Ziehstempel, auf eine Grundtemperatur von ungefähr 100° C unter der gewünschten Umformtemperatur des Werkstückes gebracht und gehalten werden. Zu beachten ist dabei die ausreichende Druckfestigkeit der Vorrichtung und die Wärmedehnung bezüglich der Formgenauigkeit. Grund der Erwärmung der Drückform 4 ist die Vermeidung der Wärmeableitung vom Werkstück. Die eigentliche gewünschte Umformtemperatur wird von außen direkt auf das Werkstück 24 durch die zweite Heinzeinrichtung 101 erzielt, insbesondere nur an der Stelle, an der die Umformung durchgeführt wird (insbesondere tangential).
Die Bewegung der zweiten Heizeinrichtung 101 kann insbesondere manuell oder mechanisch entsprechend der Drückrollenbewegung kontrolliert erfolgt. Die Temperaturüberwachung kann je nach Seriengröße manuell oder über eine Regelkreissteuerung erfolgen.
Vorteilhafterweise wird die Drückvorrichtung mit ihren Wälzlagern und Hydraulikzylindern entsprechend bekanntem Standard durch Hitzeschilder und entsprechende Kühleinrichtungen, nach Bedarf, vor Überhitzung geschützt.

Claims

Verfahren zum Verformen eines Werkstücks (24₀ ) aus einem Werkstoff mit exponentiellem Zugspannungs-Dehnungsverhalten zu einer dünnwandigen, hohlen Schale (24₃ ), bei dem: a) das Werkstück (24₀ ) umfangseitig eingespannt und aktiv um seine Mittellinie (M) gedreht wird, b) eine frei drehbare Drückform (4), die eine der gewünschten Schalenform (24₃ ) geformte Außenseite (4a) aufweist, mit einer geeigneten Druckkraft gegen eine Werkstückseite (24a) gedrückt wird, und c) zumindest eine bahngesteuerte Drückrolle (16, 17) gegen die andere Werkstückseite (24b) gedrückt wird, so dass das sich drehende Werkstück (24₀ ) allein durch lokale Druckkräfte zur Schale (24₃ ) verformt wird, wobei die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Werkstück (24₀ ) und der zumindest einen Drückrolle (16, 17) und die von der zumindest einen Drückrolle (16, 17) und der Drückform (4) auf das Werkstück (24₀ ) ausgeübte Kraft derart aufeinander abgestimmt werden, dass in dem Werkstück (24₀ ) eingebrachte Zugkräfte unterhalb der Streckgrenze des Werkstoffes des Werkstücks (24₀ ) liegen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Verformen des Werkstück (24) die Drückform (4) in Richtung der Mittellinie (M) des Werkstück (24) verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich während des Verformungsvorganges die Drückform (4) mit der gleichen Drehgeschwindigkeit dreht wie das Werkstück.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Werkstück (24) aus Titan, insbesondere aus einer Titan-β-Legierung besteht.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Neigewinkel der zumindest einen Drückrolle (16, 17) gegenüber der Umfangsrichtung verändert wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei während der Verformung die Lage in Richtung der Mittellinie (M) der zumindest einen Drückrolle (16, 17) im Wesentlichen nicht verändert wird.
Vorrichtung zum Verformen eines Werkstücks (24₀ ) aus einem Werkstoff mit exponentiellem Zugspannungs-Dehnungsverhalten zu einer dünnwandigen, hohlen Schale 24₀ mit: a) eine um eine Mittellinie (M) drehbare Spanneinrichtung (7, 10, 12) zum umfänglichen Einspannen des Werkstück (24₀ ) b) einen Antrieb (13) zum Drehen der Spanneinrichtung (7, 10, 12) um die Mittellinie (M), c) eine um die Mittellinie (M) frei drehbare Drückform (4), die in Richtung der Mittellinie (M) verschiebbar ist und zur Ausübung einer vorbestimmten Druckkraft gegen das Werkstück (24₀ ) ausgebildet ist, d) zumindest einer bahngesteuerten Drückrolle (16, 17), die der Drückform (4) gegenüberliegt, e) einer ersten Steuereinrichtung (40) zum Bahnsteuern der zumindest einen Drückrolle (16, 17), und f) einer zweiten Steuereinrichtung (50), die sicherstellt, dass die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Werkstück (24₀ ) und der zumindest einen Drückrolle (16, 17) und die von der zumindest einen Drückrolle (16, 17) und der Drückform (4) auf das Werkstück (24₀ ) ausgeübte Kraft derart aufeinander abgestimmt werden, dass in das Werkstück (24₀ ) eingebrachte Zugkräfte unterhalb der Streckgrenze des Werkstoffes des Werkstücks (24₀ ) liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Spanneinrichtung aus einem ersten Spannring (7) und einem zweiten Spannring (12) besteht, die über Spannmittel (11) zueinander verspannbar sind, wobei zwischen den beiden Spannringen (7, 12) der Umfangsrand des Werkstücks (24₀ ) einklemmbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei einer der beiden Spannringe (7, 12) eine Außenverzahnung aufweist, mit der ein Zahnrad (13) kämmt, das über einen Antrieb angetrieben wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 – 9, wobei zumindest eine Drückrolle (16, 17) in gewünschter Weise gegenüber der Umfangsrichtung an einer bestimmten Meridianstelle neigbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die zumindest eine Drückrolle (16, 17) über ein Parallelogrammführung in gewünschter Weise gegenüber der Umfangsrichtung an einer bestimmten Meridianstelle neigbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 – 9, wobei die zumindest eine Drückrolle (16, 17) über eine Dreiachssteuerung geführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 – 12, wobei die erste Steuereinrichtung (40) und die zweite Steuereinrichtung (50) in einer gemeinsamen Steuervorrichtung integriert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 – 13, wobei zumindest eine weitere Drückrolle (30) mit größerem Durchmesser einwechselbar vorhanden ist, um randseitige Bereiche des Werkstücks zu verformen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 – 14, wobei ein Spanwerkzeug, insbesondere ein Drehmeißel vorhanden ist, mit dem das noch eingespannte Werkstück in gewünschten Werkstückbereichen spanabhebend bearbeitbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 – 15, wobei ein Abstechwerkzeug vorhanden ist, um ein fertig bearbeitetes Werkstück abzutrennen
Verfahren zum Verformen eines Werkstückrohlings (24₀ ) aus einem Werkstoff zu einer dünnwandigen, hohlen Schale (24₃ ), bei dem: a) der Werkstückrohling (24₀ ) umfangseitig eingespannt und aktiv um seine Mittellinie (M) gedreht wird, b) eine frei drehbare Drückform (4), die eine der gewünschten Schalenform (24₃ ) geformte Außenseite (4a) aufweist, mit einer geeigneten Druckkraft gegen eine Werkstückseite (24a) gedrückt wird, und c) zumindest eine bahngesteuerte Drückrolle (16, 17) gegen die andere Werkstückseite (24b) gedrückt wird, so dass das sich drehende Werkstück (24₀ ) allein durch lokale Druckkräfte zur Schale (24₃ ) verformt wird, wobei die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Werkstück (24₀ ) und der zumindest einen Drückrolle (16, 17) und die von der zumindest einen Drückrolle (16, 17) und der Drückform (4) auf das Werkstück (24₀ ) ausgeübte Kraft derart aufeinander abgestimmt werden, dass in dem Werkstück (24₀ ) eingebrachte Zugkräfte unterhalb der Streckgrenze des Werkstoffes des Werkstücks (24₀ ) liegen. d) der Werkstückrohling (24₀ ) zumindest in demjenigen Teilbereich auf eine Verarbeitungstemperatur erwärmt wird, die unterhalb der für diesen Werkstoff bekannten Warmumformungstemperatur liegt, die von der Drückrolle (16, 17) kontaktiert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Werkstoff des Werkstückrohling (24₀ ) Ti 6-4 ist.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Verarbeitungstemperatur so gewählt ist, dass im Werkstückrohling der Zustand des exponentiellen Zug-Spannungs-Dehnungsverhalten erreicht wird, aber kein Alpha Case gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Werkstoff des Werkstückrohling (24₀ ) eine hochfeste Al-Legierung, insbesondere Al-2219 ist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Werkstoff des Werkstückrohling (24₀ ) eine hochfeste Al-Legierung ist.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei die Verarbeitungstemperatur so gewählt ist, dass im Werkstückrohling ein warmausgelagerter Zustand erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 – 22, wobei die Drückform (4) auf eine Temperatur erwärmt wird, die unterhalb der Warmumformtemperatur des Werkstücks (24) liegt.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Temperatur der Drückformausßenseite zwischen 50° C und 150° C liegt, insbesondere 100° C beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 – 24, wobei der Werkstückrohling (24₀ ) nur im Bereich der Drückrollen (16, 17) auf die Verarbeitungstemperatur erwärmt wird.
Verfahren nach Anpruch 19, wobei die Verarbeitungstemperatur zwischen 500° C und 650° C liegt.
Vorrichtung zum Verformen eines Werkstücks (24₀ ) aus einem Werkstoff mit exponentiellem Zugspannungs-Dehnungsverhalten zu einer dünnwandigen, hohlen Schale (24₀ ) mit: a) eine um eine Mittellinie (M) drehbare Spanneinrichtung (7, 10, 12) zum umfänglichen Einspannen des Werkstück (24₀ ) b) einen Antrieb (13) zum Drehen der Spanneinrichtung (7, 10, 12) um die Mittellinie (M), c) eine um die Mitellinie (M) frei drehbare Drückform (4), die in Richtung der Mittellinie (M) verschiebbar ist und zur Ausübung einer vorbestimmten Druckkraft gegen das Werkstück (24₀ ) ausgebildet ist, d) zumindest einer bahngesteuerten Drückrolle (16, 17), die der Drückform (4) gegenüberliegt, e) eine erste Heizeinrichtung (100; 101), die zumindest zur Erwärmung desjenigen Werkstückbereichs ausgebildet ist, in dem die zumindest eine Drückrolle (16, 17) das Werkstück (24₀ ) kontaktiert, f) einer ersten Steuereinrichtung (40) zum Bahnsteuern der zumindest einen Drückrolle (16, 17), und g) einer zweiten Steuereinrichtung (50), die sicherstellt, dass die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Werkstück (24₀ ) und der zumindest einen Drückrolle (16, 17) und die von der zumindest einen Drückrolle (16, 17) und der Drückform (4) auf das Werkstück (24₀ ) ausgeübte Kraft derart aufeinander abgestimmt werden, dass in das Werkstück (24₀ ) eingebrachte Zugkräfte unterhalb der Streckgrenze des Werkstoffes des Werkstücks (24₀ ) liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Drückform über eine zweite Heizeinrichtung (101) auf eine bestimmte Haltetemperatur erwärmt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die erste Heizeinrichtung (100) aus mehreren Heizeinrichtungen besteht, die voneinander getrennte Werkstückbereiche auf die gewünschte Verarbeitungstemperatur bringen können.
Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, wobei die erste Heizeinrichtung (100) mechanisch oder manuell positionsveränderbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 – 30, wobei die erste und die zweite Heizeinrichtung (100, 101) Gasbrenner sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 – 30, wobei die Heizeinrichtungen (100, 101) Heizspiralen oder Infrarotwärmeeinrichtungen sind.