DE2733925C2

DE2733925C2 - Verfahren zum Herstellen von Verbundfließpreßkörpern

Info

Publication number: DE2733925C2
Application number: DE2733925A
Authority: DE
Inventors: Masamoto Kokubunji Tokio/Tokyo Akeyama; Kuninori Shiroyama Kanagawa Imai; Soji Hachioji Tokio/Tokyo Takahashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-08-06
Filing date: 1977-07-27
Publication date: 1985-12-19
Also published as: JPS613616B2; FR2360378A1; US4200217A; FR2360378B1; GB1577180A; DE2733925A1; JPS5330955A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundfließpreßkörpera na h dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DD 31 482 ist bereits ein Verfahren zur Hersteilung von Verbundfließpreß-Rohlingen beschrieben, bei dem vorgeformte Teilstücke zunächst mit einem Kaltfließpreßvorgang miteinander verbunden werden und anschließend zur Herstellung einer besseren Verbindung einer Wärmebehandlung oder einer Warmfließpreßverformung unterzogen werden.

Bei einem solchen Verfahren ist es leicht möglich, daß bei der nachfolgenden Warmpreßverformung die Teile entlang den mit der Kaltpreßverformung erzielten Paßflächen gegeneinander verschoben werden, also ein Schlupf zwischen den zu verbindenden Teilen auftritt. Wenn die Teile jedoch bei dem Warmpreßvorgang gegeneinander gleiten, so nimmt die mit dem Warmpreßvorgar.g erzielbare Festigkeit des Verbundfließpreßkörpers ab.

Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren zum Herstellen von Verbundfließpreßkörpern, bei denen nach einer Kaltpreßumformung eine Warmpreßumformung durchgeführt wird, so auszugestalten, daß eine Relativverschiebung zwischen den zu verbindenden Teilen vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach der im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Weise gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird aufgrund der Konizität der Paßflächen vermieden, daß die Verbundflächen der beiden Teile sich beim Warmfließpreßvorgang gegeneinander verschieben. Dadurch ist es möglich, einen Verbundfließpreßkörper hoher Festiekeit zu erhalten.

Neben seiner Funktion, eine hohe Verbindungskraft der Teilstücke zu erzielen, kann der Warmpreßvorgang auch dazu benutzt werden, den Inncnrohling in dem Außenelement auf seine gewünschte Form /ti bringen. Stattdessen kann aber auch vor oder nach der Diffusionsglühbehandlung eine spanabhebende Bearbeitung durchgeführt werden, damit der VerbundflieUprcßkörper die gewünschte Gestalt erhält

Im folgenden wird die Erfindung anhand dei in den ίο Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben und näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung der der Erfindung zugrundeliegenden Problemstellung;

Fig.2 eine schematische Darstellung eines Außenelementes mit einem darin eingesetzten Innenrohling, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren ausgefühn wird;

Fig.3 ein bei dem erfmdungsgemäßen Verfahren eingesetztes Außenelement;

F i g. 4 perspektivisch im Schnitt eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Magnetronanode;

Fig.5A—5E den Herstellungsvorgang für die Magnetronanode nach F i g. 4;

Fig.6 das Ablaufdiagramm einer Aiisführungsform des erfindungsgemäOen Herstellungsverfahrens;

F i g. 7 im Längsschnitt Leitplatten, die in einem gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sich verjüngenden Außenelement ausgebildet sind; und

F i g. 8 ein Außenelement, das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird.

Wird bei der in Fi g. 1 schematisch dargestellten Anordnung aus einem Innenrohling 402 und einem Außenelement 401 der Innenrohling 402 mit einem Stempel 404 zusammengepreßt, so kann ein durch die vorhergehende Kaltpreßumformung ausgebildeter Abschnitt 409 des Innenrohlings, der an dem Außenelement 401 angeformt ist, nach oben verschoben wer'Jen.
Entsprechend der Darstellung der F i g. 2 wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Außenelemenl eingesetzt, dessen Paßfläche konisch verläuft. Wird ein Stempel 404 in den Innenrohling 412 gedrückt, so wirkt eine stark extrudierende Kraft auf den Abschnitt b-c zwischen dem sich verjüngenden zylindrischen Außenelement 411 und dem Teil 419.Tritt in dem Abschnitt b-c ein Fließen des Innenrohlings auf, so wird das Außcnele- ment411 zusammen mit dem preßgeformten Abschnitt 419 nach oben gehoben. Es tritt daher keine Relativver-Schiebung zwischen dem Außenelement 411 und dem preßgeformten Abschnitt 419 auf. Dadurch erhält man eine stabile Verbindung an diesen Paßflächen.

Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Innenrohling in einem Außenelement preßgeformt wird, dessen Material weich ist, so kann das Außenelement ebenfalls stark verformt werden, weil ein Druck auf die innenfläche des Außenelementes wirkt, wenn ein Stempel in den Innenrohling gedrückt wird. Der Wert dieses Druckes hängt insbesondere von dem Umformgrad, d. h. dem Verhältnis der Querschnittsfläche des Stempels 404 bezogen auf die Fläche des Innenrohlings 412 sowie dem Schmierzustand ab. Der Wert des Druckes kann mehr als das 2,5fache der Fließgrenzc/des Inncnrohlings betragen.

Dementsprechend muß die Fließgrenze des Außenelementes mehr als wenigstens das 2,5fache der Fließgrenze des Rohlings betragen. Der Wert der Fhcßgrcnze kann für die beiden Elemente durch Wahl das Materi-

als bestimmt werden, beispielsweise eignet sich eine Kombination von Stahl, z. B. Kohlenstoffstahl oder eine Stahllegierung, mit Kupfer, z. B. sauerstofffreies Kupfer oder dergleichen. Ist das Material des Außenelementes vergleichsweise weich, kann man die Fließgrenze dadurch beeinflussen, daß das Außenelement einer Härtung oder einer Abschreckung unterworfen wird. Je nachdem, welche Kombination von Materialien für das Außenelement und den Innenrohling gewählt wird, wird die Temperatur der Warmpreßverformung und der Diffusionsglühbehandlung festgelegt

Beispielsweise hat das zylindrische Außenelement einen Verjüngungsgrad von V5, d. h. der Winkel beträgt 5,8°. Das Material ist Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,42 bis 0,48% und einer Rockwellhärte von 40 bis 45, die durch Härten erzielt wird. Als Material für den Innenrohling wird sauerstofffreies Kupfer verwendet. Der Innenrohling hat einen Außendurchmesser von 42 mm und eine Stärke von 10 mm. Bei dem in den F i g. 5A bis 5E gezeigten Verfahren werden diese Materialien bei Raumtemperatur preBverformt und anschließend bei 300° C zur Form einer Tasse mit einem Innendurchmesser von 38,5 mm preßgeformt Anschließend wird das Produkt einer Diffusionsglühbehandlung bei 800⁰C unterworfen. Dadurch wird es möglieh, einen kombinierten preßgeformten Gegenstand herzustellen, bei welchem die Verbindung an den Paßflächen stabilisiert ist und bei dem eine Verbindungskraft von mehr als 200 N/mm² erreichbar ist

Der genannte Verjüngungsgrad an der Innenfläche des Außenelementes hängt von der Stärke des Bodens des bei Raumtemperatur preßgeformten Innenrohlings vor dem zweiten Preßformungsvorgang ab. Die Stärke des Bodens nimmt zu, wenn der Verjüngungsgrad oder mit anderen Worten der Winkel θ zunimmt Der Winkel θ beträgt beispielsweise 3° bei einer Stärke von etwa 7 mm, 5° bei etwa 8,2 mm, 5,8° bei etwa 9 mm und 7° bei etwa 10 rnm. Die anhand der zweiten und dritten Ausführungsfon beschriebenen Maßnahmen können zur Herstellung einer Magnetronanode gemäß Fig.4 verwendet werden. Eine solche Magnetronanode hat ein Außenelcment 702 aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise aus einem Stahl oder dergleichen, und einen Kupferrohling mit einer zylindrischen Umfangswand 711 und einstückigen Lehplatten 710 im Inneren, die durch Preßformung ausgebildet werden, Der Kupferrohling ist mit dem Inneren des Außenelementes 701 verbunden. Durch Einsetzen des Außenelementes 701 in eine magnetische Schaltung erhält man eine kleine leichte Magnetronanode. In der F i g. 4 ist aus Vereinfachungsg.-ünden die Konizität des Außenelementes mehl ib.rgeslclll.

Zur I Icrslcllung einer Magnetronanode mit einer solchen Gestalt, beispielsweise mit 12 Leitplatten 711, einem Durchmesser </ von 10 mm und einem Durchmesscr /? von J8.5 mm werden zuerst die Arbeitsgänge gemäß l·' i g. 5A bis 5E und F i g. 6 ausgeführt. Das Material des Außcnelemcntes ist ein Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,42 bis 0,48%, der auf eine Rock wellhärte von HrC 40 bis 45 gehärtet worden ist. Als Innenrohling wird kreisförmiges sauerstofffreies Kupfer mit einem Außendurchmesser von 42 mm und einer Stärke von 10 bis 13 mm verwendet.

Diese Materialien werden dem in den F i g. 5A bis 5E und in Fig.6 gezeigten Arbeitsverfahren unterworfen. In diesen Figuren ist /js Vereinfachungsgründen die Konizität des Außenelementes nicht dargestellt. Es wer-(Ιΐ·η Y.nnächsi in einem ersten Schritt die Innenfläche des Außenelementes 701 und die Außenfläche des Iiinenrohlings 702, wie dies in F i g. 5 gezeigt ist, gereinigt

Sodann wird der Rohling 702 in dem Außenelement 701 angeordnet, was aus F i g. 5B zu sehen ist In einem zweiten Schritt wird der Innenrohling einer Kaltpreßformung, beispielsweise einer Preßformung bei Raumtemperatur, in dem Außenelement 701 ausgesetzt, um ihn dadurch in eine Form 712 gemäß Fig.5C zu bringen. Danach wird der kaltpreßgeformte Innenrohling einer Warmpreßformung, beispielsweise bei 300⁰C ausgesetzt, bei welchem die einstückigen Leitplatten 710 im Inneren der zylindrischen Umfangswand 711 unter Verwendung eines Stempels ausgebildet werden können, der mit Nuten versehen ist, die eine Tiefe von beispielsweise 13 mm entsprechend den Leitplatten haben, was in Fig.5D gezeigt ist Dann werden die zusammengefügten Teile bei einer Diffusionstemperatur, beispielsweise bei 800⁰C, glühbehandelt, um sie miteinander fest zu verbinden. Schließlich wird der Verbundfließpreßkörper gemäß Fig. 5E spanabhebend bearbeitet um seine endgültige Gestalt zu bekommen.

Das Außenelement ist gemäß F i g. 7 ein auf der Innenseite konisches zylindrisches Stahlelement 901. Das Außenelement besteht aus Kohlenstoffstahl (JIS S45C), dasduren Härten eine Rockwellhärte H«C von40bis45 aufweist

Bei der Warmpreßumformung, die bei hoher Temperatur ausgeführt wird, wird das Stahlelement 901 nach oben aus der Anfangsstellung auf eine Höhe von mehreren Millimetern innerhalb der Form gehoben. Das Volumen des Kupfers, welches zur zylindrischen Umfangswand 911 fließt, wird, wie in Fig.7 gezeigt ist, gesteigert Die Form der Leitplatten 910 ist, wie aus F i g. 7 zu ersehen ist, gleichmäßig, wobei die wirksame Höhe K der Leitplatten 910 10 bis \2 mm beträgt Verglichen mit dem Fall, bei dem ein nicht konisches Außcncicment verwendet wird, erhält man einen Verbundfließkörper mit großer Stabilität und besserer Qualität

Die Stärke des aus Kupfer bestehenden Innenrohlings wird entsprechend der gewünschten Höhe l_v der Leitplatten gewählt Beispielsweise ist eine Stärke von tO bis 12 mm geeignet, wenn die Höhe /„ 10 mm betragen soll.

Die Nachbearbeitung kann vor der Diffusionsglühbehandiung ausgeführt werden. Nach der spanabhabenden Bearbeitung unter Verwendung eines Schmieröls kann das Produkt 10 Minuten lang bei einer Temperatur von 800° C diffusionsgeglüht werden. Dies hat zur Folge, daß eine Verbindungskraft von mehr als 200 N/mm² wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform erreicht wird.

Die Gestalt der Innenfläche des aus Stahl bestehendsn i\u3enelements, das bei dem Arbeitsprozeß verwendet wird, ist nicht auf die in Fig.7 gezeigte Form begrenzt. Es kann tine variable Form mit einem Verjüngungsgrad von mehr als Vio, also einem Winkel θ von mehr als etwa 3°, verwendet werden, im Falle einer Magnetronanods zweckmäßigerweise von mehr als 5°. Eine Form mit einem verjüngten Bereich auf der gesamten Innenfläche des Stahl-Außenelements eignet sich ebenso wie eine Form mit einer Innenfläche 922, die allmählich zur Axialrichtung gekrümmt ist, wie dies in F i g. 8 gezeigt ist

Bei einer erfindu-igsgemäß hergestellten Magnetronanode ist der Abstand, d. h. die Breite g in F i g. 4, zwischen den Leitplatten sehr genau.

Wie oben beschrieben wurde, wird die Diffusionsglühbehandlung ausgeführt, um die Verbindungskraft

zwischen den zwei Elementen zu vergrößern. Auch wenn ein Lötprozeß anstelle der Diffusionsglühbehandlung ausgeführt wird, ist es möglich, die beiden Elemente wirtschaftlicher als auf die herkömmliche Weise zu verbinden. Da der Innenrohling aufgrund der Preßformung fest mit dem Außenelement verbunden ist, hat das erftndungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß für das Löten ein Spannwerkzeug nicht erforderlich ist und daß das Volumen des verbrauchten Lots stark reduziert werden kann. Außerdem können die Fehler in der Einstellung der Elemente zueinander reduziert werden. Verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren, bei dem die beiden Elemente durch Löten miteinander verbunden werden, nachdem sie in getrennten Arbeitsschritten hergestellt worden sind, ist das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich wirtschaftlicher.

Bei den genannten Ausführungsformen wird für das Außenelement ein gehärteter Stahl verwendet. Wenn das Außenelement beispielsweise aus einem Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0.45% hergestellt wird, muß es gehärtet oder abgeschreckt werden, wenn es mit einem Innenrohling aus Kupfer verwendet wird. Wenn das Außenelement aus Stahl, beispielsweise aus einem Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,45% hergestellt wird, braucht es vorher nicht gehärtet oder abgeschreckt zu werden, wenn es zusammen mit einem Innenrohling aus Kupfer verwendet wird. In einer Kombination eines Außenelements aus einem Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,47 bis 0,48% und einem Innenrohling aus sauerstofffreiem Kupfer braucht der Kohlenstoffstahl im Hinblick auf die Füeßgrenzen der beiden Elemente vorher nicht gehärtet oder abgeschreckt zu werden. In diesem Fall werden die zusammengefügten Teile nach der Kaltpreßformung der Warmpreßformung bei einer Temperatur von etwa 4flO"C

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
40

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Verbundfließpreßkörpern aus einem rohrförmigen Außenelement (41t, 701, 901, 921) und einem Innenrohling (412, 712) aus Metall, insbesondere Magnetronanoden, wobei in einem ersten Schritt die zu verbindenden Paßflächen des Außenelementes und des Innenrohlings gereinigt, in einem zweiten Schritt durch eine Kaltpreßformung miteinander verbunden werden und danach der Verbund-Fließpreßkörper einer Diffusionsglühbehandlung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenelement (411, 701, 901, 921) für eine auf die Kaltpreßumformung folgende Warmpreßumformung des Innenrohlings mit einer konischen Paßfläche (922) versehen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, <iaß ein hohlzylindrisches Außenelement (411, 701, 901, 921) verwendet wird, dessen Fiießgrenze um den Faktor 2,5 größer als die des Innenrohlings ist

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als hohlzylindrisches Außenelement ein Element aus Stahl verwendet wird, während als Innenrohling ein Körper aus Kupfer Verwendung findet