DE10042762A1 - Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Aluminiumlegierungen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus AluminiumlegierungenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Aluminiumlegierungen, bei dem der Umformprozeß bei erhöhter Temperatur, jedoch unterhalb der Rekristallisationsschwelle des Materials abläuft. Hierdurch lassen sich hohe Umformgrade unter Beibehaltung hoher Materialfestigkeiten erreichen.
Description
Es ist bekannt, daß Aluminiumlegierungen, besonders die höher festen
Aluminiumlegierungen, bei Raumtemperatur nur einen begrenzten Umformgrad
zulassen. Bei der Anwendung des wirkmediumunterstützten
Innenhochdruckverfahrens (IHU-Verfahren) zur Herstellung von hochfesten
Formteilen aus Metallegierungen, das üblicherweise bei Raumtemperatur
durchgeführt wird, läßt sich der Effekt einer Materialverfestigung durch die
Umformung nutzen, um die Streckgrenze des Materials zu steigern. Zur Erzielung
großer Umformgrade sind oft mehrere Prozessschritte mit zwischengeschalteten
Rekristallisationphasen notwendig. Formteile mit großen Umformgraden lassen
sich dadurch nicht wirtschaftlich herstellen.
Es ist für Aluminiumlegierungen weiterhin bekannt, daß bei erhöhter Temperatur
die aufzubringende Fließspannung sinkt und gleichzeitig die Bruchdehnung
zunimmt. Somit sinkt auch die aufzubringende Umformarbeit. Erhöht man jedoch
die Temperatur in einem Maße, daß während des Umformvorgangs eine
Rekristallisation des Grundwerkstoffes einsetzt, bildet sich eine unerwünschte,
grobe Kornstruktur und die Festigkeitswerte, wie z. B. die Streckgrenze, sinken auf
einen Mindestwert ab. Somit lässt sich beim Einsatz einer verfestigbaren
Aluminiumlegierung der technische Vorteil der Materialverfestigung im
Umformprozeß nicht nutzen. Eine Anwendung in technischen Bereichen, bei denen
gerade diese Verfestigung erst den Einsatz von bestimmten Aluminiumlegierungen
rechtfertigt, wie z. B. bei Achsen, Trägern etc. im Automobil- oder Flugzeugbau,
war somit bisher nur für sehr geringe Umformgrade möglich.
Auch zeigt sich, daß mit den bisherigen, üblichen Mitteln der IHU-Technik,
nämlich dem Einsatz von flüssigen Wirkmedien, wie wässrige Emulsionen und Öle,
ein Umformvorgang bei Temperaturen oberhalb des Siedepunktes dieser
Flüssigkeiten technisch nachteilig ist, zum einen wegen der Verdampfung des
Wirkmediums bei der Druckentspannung, zum anderen wegen der
Zersetzungsneigung der verwendeten Öle sowie der Dichtungsproblematik bei der
Erzeugung des Wirkdruckes in Verdichtern mit heissen Flüssigkeiten.
Die Warmumformung mit festen Wirkmedien, wie z. B. Quarzsand, Stahlkugeln
oder andere feinkörnige Stoffe, haben den Nachteil einer ungleichmäßigen
Druckverteilung, die scharfe Übergänge oder gar Hinterschneidungen nur durch
sehr aufwendige Vorrichtungen ermöglichen sowie den weiteren Nachteil einer
aufwendigen Befüllung und Entleerung, der einer wirtschaftlichen Nutzung
entgegensteht.
Bei Umformvorgängen mit partiellem Erwärmen des Materials über 500°C und
inertem Gas als Wirkdruckmedium (DL2941972A1) kommt es zu einem
ungleichmäßigen Fließen des Werkstoffes über den gesamten Hohlkörper und weiter
zu einer Inhomogenität des Materials sowie zu einem unkontrollierten Ablauf des
Umformvorganges, der für Sicherheitsteile in z. B. der Automobil- oder
Flugzeugindustrie nicht akzeptabel ist.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde,
die Vorteile eines verfestigten Halbzeuges aus einer Aluminiumlegierung für das
technische Endprodukt mit den Vorteilen eines innendruckgeführten
Umformprozesses zu verbinden und dennoch hohe Umformgrade in einer
Prozeßstufe zu erzielen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß a) die
Anzahl der Prozeßschritte, bestehend je aus einem Umformprozeß und einem
nachfolgenden Rekristallisationsprozeß, die bei einem bei Raumtemperatur
durchgeführten IHU-Prozess nötig sind, deutlich verringert werden, daß b) die
aufzubringende Umformarbeit gegenüber einem bei Raumtemperatur durchgeführten
IHU-Prozess wesentlich verringert wird, was zur Folge hat, daß die Kraft zur
Zuhaltung der Werkzeuge, üblicherweise in einer hydraulischen Presse aufgebracht,
wesentlich reduziert werden kann, daß c) die Wirkdrücke zur Ausformung des
Hohlkörpers wesentlich geringer und somit die Verdichter oder Druckspeicher
einfacher und wirtschaftlicher zu gestalten sind als bei einem bei Raumtemperatur
durchgeführten IHU-Prozeß, daß d) der Entleerungsvorgang mit dem Wirkmedium
immer rückstandsfrei erfolgt und keine zusätzliche Zeit erfordert und das
Wirkdruckmedium immer mit gleicher Druckverteilung auf die Innenseite des
Hohlkörpers wirkt, daß e) die Werkzeuge für diesen Umformprozess aus üblichen
Stahlwerkstoffen gefertigt sein können, da die Temperatur zwischen 200°C und
400°C nur vernachlässigbare Veränderungen im Werkzeugmaterial hervorruft.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Sie ermöglicht
den Einsatz bereits vorgeformter und in ihren Materialeigenschaften veränderte,
teilweise oder ganz verfestigter Halbzeuge. Zieht man einen Vergleich zu den
herkömmlichen IHU-Prozessen, so wird dort das vorverformte Halbzeug zunächst
durch einen Glühprozeß in seinen Materialeigenschaften auf die Ausgangswerte vor
der Verformung zurückgesetzt, um beim IHU-Prozeß einen möglichst großen
Umformgrad zu erreichen. Dieser zusätzliche Glühprozess kann bei diesem neuen
Verfahren nach Anspruch 1 entfallen, da durch die gewählte Umformtemperatur der
mögliche Umformgrad auch für die verfestigten Bereiche des Halbzeuges wesentlich
zunimmt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist im Patentanspruch 3 beschrieben. Sie
gibt an, daß Werkzeug auf der notwendigen Umformtemperatur, z. B. 300°C, zu
halten und das eventuell vorgewärmte Halbzeug dort so zügig einzubringen, daß
sich bereits kurz nach dem Verschliessen des Werkzeugs nahezu
Temperaturgleichheit zwischen Werkzeug und Halbzeug einstellt. Somit läßt sich
die Temperatur des Umformvorganges über die Temperatur des Werkzeugs mit
Hilfe eines stationär eingebrachten Temperatursensors sehr genau und
reproduzierbar erfassen und einer Regelung zuführen.
Das Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von hochfesten Formteilen in
der Automobil- und Flugzeugindustrie. Da grundsätzlich alle aus dem IHU-
Verfahren bekannten Formteile mit diesem Verfahren auch aus höherfesten
Aluminiumlegierungen herstellbar sind, wird als Ausführungsbeispiel dieser
Erfindung die Herstellung einer Rohrverzweigung dargestellt, die z. B. als
Knotenstelle in einem Tragwerk oder als Rohrverzweigung z. B. im Kühlsystem
eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im
folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1a Einzelheiten zur Herstellung einer T-förmigen Rohrverzweigung
Fig. 1b Übersichtsdarstellung eines Werkzeugs zur Herstellung einer T-förmigen
Rohrverzweigung
Die T-förmige Rohrverzweigung, bestehend aus einem durchgehenden Rohr 1 und
dem, unter einem Winkel stehenden Abzweig 2, wird so hergestellt, daß zunächst
ein Hohlkörperhalbzeug, bestehend aus einem geraden Rohr 3 in die untere
Werkzeughälfte 4 des teilbaren und beheizbaren Wekzeugs mittig eingelegt wird.
Anschliessend werden die obere Wekzeughälfte 5 und die untere Werkzeughälfte 4
kraftschlüssig mit Hilfe der Schließkraft 6 verschlossen, die über eine entsprechende
(nicht dargestellte) Konstruktion mit der unteren Werkzeughälfte kraftleitend
verbunden ist, so, daß die innere Freimachung des Werkzeugs genau der äusseren
Form der herzustellenden Rohverzweigung, unter Berücksichtigung der
Schwindmasse entspricht. Dann verschließen die in Achsrichtung des Rohres 3
weggesteuerten Abdichtdorne 7, 8 die offenen Enden des Rohres 3. Gleichzeitig
wird der weggesteuerte Zylinderdorn 9 so weit in die durch die Gravur in den
Werkzeughälften 4 und 5 in Achsrichtung des Abzweiges 2 gebildeten Kanals
eingefahren, bis er die, das Rohr 3 aufnehmende Werkzeugfreimachung, welche
dem Rohrverlauf des Rohrstückes 1 des fertigen Formteils entspricht, tangential
berührt. Während dieses Vorganges hält die Werkzeugbeheizung 10 über den
Temperatursensor 11 und der Regelung 12 das Werkzeug auf einer voreingestellten
Temperatur, z. B. 300°C. Hierbei wird der Wärmeverlust nach außen durch eine
Isolierschicht 17, 18 behindert. Sind die Werkzeughälften 4 und 5 sowie die
Rohrenden 19 und 20 verschlossen und der Zylindderdorn 9 vorgefahren, wird ein
z. B. inertes Gas aus einem Druckspeicher 13 über einen Druckregler 14 und einem
Wärmetauscher 15, der das Gas auf die Umformtemperatur vorwärmt, sowie über
eine entsprechende Bohrung 16 in das Halbzeug 3 eingeleitet. Der Gasdruck ist so
gewählt, daß die Außenseite des Halbzeugs 3 an die Wand der
Werkzeugfreimachung angelegt wird. Sobald dieser Vorgang abgeschlossen ist,
wird der Zylinderdorn 9 kontinuierlich zurückgefahren und die Abdichtdorne 7 und
8 gleichzeitig nach vorn gefahren und zwar in einem Maße, daß stets Material des
eingesetzten Halbzeugs an den Dornen 7, 8, 9 anliegt. Dieser Ablauf ist hinreichend
aus der Herstellung von Abzweigstücken mit dem IHU-Verfahren bekannt. Bei
Erreichen der gewünschten Länge des Abzweigs 2 verharren die Dorne in dieser
Position, bis der Druckspeicher 13 verschlossen und das Gas über die
Druckentspannungsarmatur 21 entspannt wurde. Die Abdichtdorne 7, 8 sowie der
Zylinderdorn 9 fahren nun wieder in ihre Ausgangsposition zurück und die
Werkzeughälften 4 und 5 fahren auseinander. Jetzt kann das Formteil zur
Abkühlung und Weiterverarbeitung entnommen werden.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Aluminiumlegierungen unter
Verwendung eines an den Öffnungen durch nachfürbare Dichtelemente
abgedichteten Halbzeugs in einem teilbaren Werkzeug, dessen innere
Freimachung den Sollabmessungen des Formteils unter Berücksichtigung
von Schwindmaßen entspricht, wobei ein gesteuerter Wirkdruck durch ein
Gas auf die Innenseite des Halbzeugs aufgebracht wird und das Halbzeug
während des Umformvorganges eine Temperatur zwischen 200°C und
400°C aufweist und der Umformvorgang ohne vollständige Rekristallisation
des Werkstoffgefüges stattfindet.
2. Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Aluminiumlegierungen nach
Anspruch 1, bei dem das Halbzeug bereits durch einen vorgeschalteten
Umformprozeß, wie Biegen, Plätten, Ziehen, Stauchen usw., ganz oder
teilweise vorverfestigt wurde.
3. Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Aluminiumlegierungen nach
Anspruch 1 und 2, bei dem nahezu Temperaturgleichheit zwischen
Werkzeug und Halbzeug wärend des Umformvorganges herrscht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000142762 DE10042762A1 (de) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Aluminiumlegierungen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000142762 DE10042762A1 (de) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Aluminiumlegierungen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10042762A1 true DE10042762A1 (de) | 2002-03-28 |
Family
ID=7654414
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2000142762 Withdrawn DE10042762A1 (de) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Aluminiumlegierungen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10042762A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107030171A (zh) * | 2017-05-03 | 2017-08-11 | 东北大学 | 微金属t形管的内高压成形设备及成形方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE447198C (de) * | 1925-09-30 | 1928-05-23 | Ernst Asberger | Verfahren zur Herstellung von Rohren |
US3896648A (en) * | 1973-10-02 | 1975-07-29 | Alter Licensing Ets | Blow molding process for container of superplastic alloy |
-
2000
- 2000-08-31 DE DE2000142762 patent/DE10042762A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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