BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von als Rollkörper ausgebildeten, profilierten Werkstücken aus Aluminium.
Es ist bekannt, dass die Herstellung von Fahrzeugfelgen aus Aluminium besonders schwierig und kostspielig ist. Die Herstellung erfolgte in der Weise, dass entsprechend bemessene Aluminiumplatten zu Rohren gebogen und die freien Kanten durch Schweissen miteinander verbunden werden.
Der in dieser Weise gebildete Rollkörper wird mittels einer Einrichtung bearbeitet, welche zwei rotationskörperförmige Werkzeuge aufweist, deren gegenseitiger Abstand veränderbar ist. Zum Profilformen des Rollkörpers wird dieser mit seinem Rand zwischen den beiden Werkzeugen eingespannt, wobei durch die Verringerung des gegenseitigen Abstandes der beiden Werkzeuge ein Formdruck erzeugt wird. Das durch die Felge gebildete Werkstück rotiert zwischen den beiden angepressten Rollen, wobei die eine Rolle an der äusseren Seite und die andere Rolle an der inneren Seite des Rollkörpers angreift
Dieses Herstellungsverfahren weist entscheidende Nachteile auf. Zunächst wird das Gefüge des Aluminiumrollkörpers an der Schweissstelle geändert, indem es dort eine guss ähnliche Struktur enthält, wodurch die Festigkeit an der Schweissstelle wesentlich herabgesetzt wird.
Die durchgeführten Versuche haben gezeigt, dass insbesondere die Ermüdungsfestigkeit auf einen Bruchteil der ursprünglichen Festigkeit vermindert wird, so dass eine so ausgebildete Felge an den Nahtstellen bruchanfällig wird, was fatale Folgen haben kann.
Ein weiterer Nachteil der geschilderten Herstellungsweise besteht darin, dass beim Profiliervorgang die Flächenpressung auf der inneren Seite der Felge wesentlich kleiner ist als die Flächenpressung auf der äusseren Felgenseite. Das gegenüber Stahl weiche Aluminium reagiert stark auf ungleiche Flächenpressungen, so dass äussere Einflüsse wie Schläge, leicht zu Deformationen des Felgens führen.
Zweck der Erfindung ist es nunmehr, die obenerwähnten Nachteile zu beheben und ein Verfahren zur Herstellung von als Rollkörper ausgebildeten profilierten Werkstücken aus Aluminium vorzuschlagen, bei welchem die eingangs geschil derten Nachteile vermieden werden. Dieser Zweck wird mittels des vorgeschlagenen Verfahrens erreicht, welches darin besteht, dass aus Aluminium ein rohrförmiges Gebilde nahtlos geformt und dieses in einzelne ringförmige Teile zerlegt wird, deren Breite der Rollkörperbreite entspricht, wonach jeder Teil mittels zwei zusammenwirkenden rotationskörperförmigen Werkzeugen auf der Aussenseite mit dem gleichen spezifischen Druck wie auf der Innenseite profiliert wird.
Zur Bildung des rohrförmigen Gebildes wird flüssiges Aluminium in einer entsprechenden metallischen Dauerform hohem Druck ausgesetzt. Um den erwünschten gleichmässigen spezifischen Druck auf der Innen- und der Aussenseite des Rollkörpers zu erreichen, erfolgt die Profilierung mit der konvexen Aussenseite des einen und mit der konkaven Innenseite des anderen Werkzeuges, welche Werkzeuge gemeinsam und jeweils an der gleichen Stelle des ringförmigen Teiles angewendet werden.
Anschliessend wird das vorgeschlagene Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei auf die beiliegende einzige Figur Bezug genommen wird.
Zur Herstellung eines rohrförmigen Gebildes, welches keine Naht aufweisen darf, wird ein Aluminiumrohr mittels einer fortlaufend arbeitenden Extrudiermaschine hergestellt, mittels welcher das Rohmaterial aufgeschmolzen und in Verbindung mit einem formgebenden Mundstück unter hohem Druck zu einem Rohr geformt wird. Im Extruder wird das zu verarbeitende Produkt durch eine Schnecke erfasst, durch das beheizte Gehäuse gefördert, wobei am Ende des Gehäuses durch eine Sperre ein Rückstau erzeugt und Druck aufgebaut wird. In einer ersten Druckzone wird das Produkt erhitzt und aufgeschmolzen und gelangt in eine Entgasungsstelle, wonach weiter das Produkt von einer Ausstossschnekke erfasst und durch eine formgebende Düse gepresst wird.
Es entsteht ein rohrförmiges Gebilde, welches keine Naht aufweist und welches dann in einzelne ringförmige Teile zerlegt wird. Die ringförmigen Teile weisen eine Breite auf, welche annähernd der Breite des Rollkörpers entspricht, der zu Felgen geformt wird. Bei diesem Vorgang erfolgt die Profilierung auf der Aussenseite mit dem gleichen spezifischen Druck wie auf der Innenseite. In bekannter Weise wird zum Formen einer Fahrzeugfelge diese mit einem Rand zwischen zwei rotationskörperförmigen Werkzeugen eingespannt und der Formdruck durch die Verringerung des gegenseitigen Abstandes der beiden Werkzeuge erzeugt. Berechnungen haben gezeigt, dass in dieser Weise die Flächenpressung auf der äusseren Seite der Felge annähernd dreimal grösser ist als die entsprechende Flächenpressung auf der inneren Seite der Felge.
Dies ist besonders bei der Herstellung von Rollkörpern aus Leichtmetall nachteilig, da diese sehr stark auf ungleiche Flächenpressungen reagieren. Um gleiche Flächenpressungen innen und aussen zu erzielen, wird jetzt nun so vorgegangen, dass ein Werkzeug mit seiner bezüglich der Werkzeugmittelachse konvexen Aussenseite und ein anderes Werkzeug mit einer bezüglich der Werkzeugmittelachse konkaven Innenseite verwendet wird. In dieser Weise bleibt der spezifische Druck auf der Innenseite und auf der Aussenseite des Werkstückes bei bestimmten Radienverhältnissen der Werkzeuge annähernd gleich.
Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich eine Einrichtung mit einem ringförmig ausgebildeten Aussenwerkzeug und mit einem Innenwerkzeug, welches innerhalb des Aussenwerkzeuges in derselben vertikalen Ebene verschiebbar angeordnet ist und eine äussere Profilierungsfläche aufweist. Eine rein schematische Anordnung einer solchen Einrichtung ist auf beiliegender Zeichnung dargestellt.
Das nahtlos geformte rohrförmige Gebilde aus Alumi nium bildet ein Werkstück 4, welches mit Hilfe von zwei zu sammenwirkenden rotationskörperförmigen Werkzeugen profilgeformt wird. Das eine Werkzeug ist eine innere Rolle
5, mittels welcher die innere Seite des Werkstückes 4 an entlang der gemeinsamen Berührungslinie A bearbeitet wird.
Das andere, rotationskörperförmige Werkzeug ist als äussere Rolle 6 geformt und dient zur Bearbeitung der äusseren Flä che des Werkstückes 4. Diese Bearbeitung erfolgt wiederum entlang der gleichen Linie A, aber an der Aussenseite. In der beschriebenen Weise berührt die innere Rolle 5 das Werkstück 4 mit ihrer konvexen Aussenseite, während die äussere Rolle 6 das Werkstück 4 mit ihrer inneren konkaven Innenseite berührt. Die Flächenpressung auf der Aussenseite wird mit Pa und die Flächenpressung auf der Innenseite mit Pi bezeichnet. Eine Berechnung des spezifischen Innendruckes und Aussendruckes Pi und Pa mit Hilfe der Herzsche-Formel ergibt als Resultat dass Pi = Pa.
In dieser Weise wird das als Rollkörper ausgebildete Werkstück aus Aluminium problemlos bearbeitet, wobei mit der gleichen Einrichtung auch Stahlfelgen bearbeitet werden können. Das beschriebene Verfahren bringt eine Vereinfachung, Verbilligung und Beschleunigung der Felgenproduktion.
DESCRIPTION
The invention relates to a method for producing profiled workpieces made of aluminum which are designed as rolling bodies.
It is known that the manufacture of aluminum vehicle rims is particularly difficult and expensive. It was manufactured in such a way that appropriately dimensioned aluminum plates were bent into tubes and the free edges were connected to one another by welding.
The rolling body formed in this way is processed by means of a device which has two rotary body-shaped tools, the mutual distance of which can be changed. For profile shaping of the rolling body, its edge is clamped between the two tools, a molding pressure being generated by reducing the mutual distance between the two tools. The workpiece formed by the rim rotates between the two pressed rollers, one roller acting on the outer side and the other roller on the inner side of the rolling body
This manufacturing process has major disadvantages. First, the structure of the aluminum rolling element at the welding point is changed by containing a cast-like structure there, whereby the strength at the welding point is significantly reduced.
The tests carried out have shown that, in particular, the fatigue strength is reduced to a fraction of the original strength, so that a rim formed in this way is prone to breakage at the seams, which can have fatal consequences.
Another disadvantage of the production method described is that during the profiling process the surface pressure on the inner side of the rim is significantly smaller than the surface pressure on the outer rim side. The aluminum, which is soft compared to steel, reacts strongly to uneven surface pressures, so that external influences such as impacts easily lead to deformation of the rims.
The purpose of the invention is now to remedy the disadvantages mentioned above and to propose a method for producing profiled workpieces made of aluminum in the form of rolling bodies, in which the disadvantages mentioned above are avoided. This purpose is achieved by means of the proposed method, which consists in seamlessly shaping a tubular structure from aluminum and dividing it into individual ring-shaped parts, the width of which corresponds to the rolling body width, after which each part by means of two interacting rotary body-shaped tools on the outside with the same specific pressure as profiled on the inside.
To form the tubular structure, liquid aluminum is exposed to high pressure in a corresponding metallic permanent mold. In order to achieve the desired uniform specific pressure on the inside and the outside of the rolling body, the profiling is carried out with the convex outside of one tool and with the concave inside of the other tool, which tools are used together and in each case at the same point on the ring-shaped part .
The proposed method is then explained in more detail using an exemplary embodiment, reference being made to the accompanying single figure.
To produce a tubular structure, which must not have a seam, an aluminum tube is produced by means of a continuously operating extrusion machine, by means of which the raw material is melted and shaped into a tube under high pressure in connection with a shaping mouthpiece. In the extruder, the product to be processed is captured by a screw and conveyed through the heated housing, with a back pressure being generated at the end of the housing and a pressure being built up. In a first pressure zone, the product is heated and melted and reaches a degassing point, after which the product is gripped by an ejection screw and pressed through a shaping nozzle.
The result is a tubular structure which has no seam and which is then broken down into individual ring-shaped parts. The ring-shaped parts have a width which corresponds approximately to the width of the rolling body which is shaped into rims. In this process, the profiling takes place on the outside with the same specific pressure as on the inside. In a known manner, for molding a vehicle rim, it is clamped with an edge between two rotary body-shaped tools and the molding pressure is generated by reducing the mutual distance between the two tools. Calculations have shown that in this way the surface pressure on the outer side of the rim is approximately three times greater than the corresponding surface pressure on the inner side of the rim.
This is particularly disadvantageous in the production of rolling elements made of light metal, since they react very strongly to uneven surface pressures. In order to achieve the same surface pressures inside and outside, the procedure now is to use a tool with its outside convex with respect to the tool center axis and another tool with an inside concave with respect to the tool center axis. In this way, the specific pressure on the inside and on the outside of the workpiece remains approximately the same for certain radius ratios of the tools.
A device with a ring-shaped outer tool and with an inner tool, which is displaceably arranged within the outer tool in the same vertical plane and has an outer profiling surface, is suitable for carrying out the method. A purely schematic arrangement of such a device is shown in the accompanying drawing.
The seamlessly shaped tubular structure made of aluminum forms a workpiece 4, which is profile-shaped with the aid of two rotating body-shaped tools that work together. One tool is an inner role
5, by means of which the inner side of the workpiece 4 is machined along the common contact line A.
The other, rotary body-shaped tool is shaped as an outer roller 6 and serves to machine the outer surface of the workpiece 4. This machining is again carried out along the same line A, but on the outside. In the manner described, the inner roller 5 touches the workpiece 4 with its convex outside, while the outer roller 6 touches the workpiece 4 with its inner concave inside. The surface pressure on the outside is called Pa and the surface pressure on the inside is called Pi. A calculation of the specific internal pressure and external pressure Pi and Pa using the Herzsche formula shows that Pi = Pa.
In this way, the aluminum workpiece, which is designed as a rolling body, is machined without problems, and steel rims can also be machined with the same device. The described method simplifies, cheapens and accelerates rim production.