DE10119839A1 - Verfahren zur Herstellung eines Achselements für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Achselements für Kraftfahrzeuge

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Achselements für Kraftfahrzeuge, insbesondere eines Schwenklagers, dient ein stabförmiges Halbzeug aus Aluminium als Ausgangsmaterial. Es wird auf eine Umformtemperatur erwärmt, wobei das erste Ende (2) des Halbzeugs in einer Gravur (4) eines Umformwerkzeugs (3) von einem ersten Stempel (5) aufgestaucht wird und anschließend das zweite Ende (9) von einem Stempel (8) in die Gravur (4) gepresst wird, wobei verpresstes Material in eine Abzweigung (10) der Gravur (4) zu einem Schenkel (11) ausgeformt wird. Der Umformvorgang erfolgt in einem einzigen Umformwerkzeug (3) bei einer Umformtemperatur kleiner als 520 DEG C. Das derart zu einem Vorschmiedestück (12) umgeformte Halbzeug (1) wird anschließend auf eine Schmiedetemperatur von etwa 520 DEG C erwärmt und in einem Schmiedevorgang zu einem Schwenklager endgeformt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Achselements für Kraftfahrzeuge.
Achselemente von Kraftfahrzeugen, insbesondere Schwenklager für die Vorderachse, sind relativ komplexe gegossene oder geschmiedete ein­ stückig ausgebildete Bauteile, die aus einem Stahlgusswerkstoff oder auch aus Aluminium hergestellt werden. An Schwenklagern greifen erhebliche Kräfte an, weshalb diese Bauteile in der Regel aus einem Vollmaterial gefer­ tigt werden. Aus Gründen der Gewichtsersparnis kommen zunehmend Leichtmetalle, wie Aluminium, zum Einsatz.
Bei der schmiedetechnischen Herstellung von Schwenklagern aus Alumi­ nium dient stranggepresstes Rundmaterial als Rohling. Fertig geschmiedete Schwenklager weisen jedoch eine sehr ungleichmäßige Massenverteilung auf, die nicht mit der zylindrischen Form des Rohlings einhergeht. Um den­ noch in Bereichen, in denen mehr Masse vorhanden sein muss als in anderen Bereichen, ausreichend Material für den Schmiedevorgang zur Verfü­ gung zu haben, werden hinreichend große Rohlinge verwendet. Der Nachteil der verwendeten Rohlinge ist, dass eine relativ große Menge Energie erfor­ derlich ist, um den Rohling auf die zur Warmumformung erforderliche Schmiedetemperatur zu erwärmen. Andererseits ist der Abfallanteil in Berei­ chen mit geringeren Massenanhäufungen relativ hoch. Dies ist insbesondere kostenmäßig nachteilig, weil es sich bei Aluminium um einen vergleichs­ weise teuren Werkstoff handelt. Die vorstehenden Probleme gelten nicht nur für Schwenklager, sondern für Achselemente im allgemeinen.
Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Achselements für Kraftfahrzeuge aus einem stabförmi­ gen Halbzeug aus Aluminium aufzuzeigen, bei welchem die zur Umformung zuzuführende Energiemenge vermindert ist und herstellungsbedingte Mate­ rialverluste reduziert werden.
Die erfindungsgemäße Lösung liegt in einem Verfahren zur Herstellung eines Achselements für Kraftfahrzeuge, bei welchem ein stabförmiges Halb­ zeug aus Aluminium auf eine Umformtemperatur erwärmt und das erste Ende des Halbzeugs in einer Gravur eines Umformwerkzeugs von einem ersten Stempel aufgestaucht wird, anschließend das zweite Ende von einem zweiten Stempel in die Gravur gepresst wird, wobei das verpresste Material in eine Abzweigung der Gravur zu einem Schenkel ausgeformt wird. Hieran schließt sich dann ein Schmiedevorgang an, in dem das bereits zu einem Vorschmiedestück umgeformte Halbzeug endgeformt wird.
Mit der Erfindung wird erreicht, dass die gleichmäßige Massenverteilung des stabförmigen Halbzeugs, insbesondere eines Rundmaterials, im Hinblick auf das zu fertigende Achselement dahingehend verändert wird, dass in Berei­ chen mit größeren Massenanhäufungen in einer Vorstufe des eigentlichen Schmiedevorgangs mehr Material bereitgestellt wird, als in anderen Bereichen und somit eine Massenverteilung ähnlich der des zu fertigenden Achs­ element erreicht wird.
Die Bereitstellung des Materials an einer Massenanhäufung erfolgt einerseits durch ein endseitiges Aufstauchen. Hierzu weist das Umformwerkzeug eine Gravur auf, die eine Materialverdickung in diskreten Bereichen ermöglicht. Dies wird dadurch erreicht, dass ein erster Stempel auf das erste Ende des Halbzeugs einwirkt. Hierbei kann je nach Gravur das erste Ende unmittelbar von dem Stempel aufgestaucht werden. Es kann aber auch eine Ausneh­ mung der Gravur im Abstand vom ersten Ende des Halbzeugs vorgesehen sein, in der sich beim Stauchvorgang eine Materialanhäufung durch ver­ presstes Material ergibt.
Im Anschluss an das Aufstauchen des ersten Endes wirkt ein zweiter Stem­ pel auf das zweite Ende des Halbzeugs ein und presst dieses in die Gravur. Das verpresste Material fließt dabei in eine Abzweigung der Gravur, die im Winkel zur Mittellängsachse des stabförmigen Halbzeugs steht. Hier wird das verpresste Material zu einem Schenkel ausgeformt.
Mit dieser Erfindung werden in einem einzigen Umformwerkzeug zwei ver­ schiedene Verfahren miteinander kombiniert. Einerseits das endseitige Auf­ stauchen des Halbzeugs und andererseits ein Fließpressen zur Ausbildung eines Schenkels, ohne dass das stabförmige Halbzeug zwischen diesen beiden Fertigungsschritten einem weiteren Umformwerkzeug zugeführt wer­ den müsste.
Das derart zu einem Vorschmiedestück umgeformte Halbzeug wird an­ schließend in einem Schmiedevorgang endgeformt.
Die Vorteile des Verfahrens sind darin zu sehen, dass Halbzeuge, wie bei­ spielsweise stranggepresstes Rundmaterial mit geringerem Ausgangsquer­ schnitt zum Einsatz kommen kann und dennoch eine zum Schmieden günstige Massenverteilung durch die Vorformung erreicht wird. Gleichzeitig ist zum Erwärmen des Halbzeugs aufzubringende Energie durch die gerin­ gere Masse des Halbzeugs niedriger. Schließlich fallen durch die endform­ nahe Konturgebung des Vorschmiedestücks geringere Gratverluste beim Schmiedevorgang an, so dass von vornherein weniger Ausgangsmaterial eingesetzt werden muss.
Gemäß den Maßnahmen des Anspruchs 2 wird das zweite Ende des Halb­ zeugs gegen die Haltekraft des ersten Stempels in die Gravur gepresst. Das bedeutet, dass nach dem Aufstauchvorgang des ersten Stempels dieser als Gegenhalter fungiert und ohne Zeitverlust oder Umsetzung des Werkstücks der Fließpressvorgang durch den zweiten Stempel initiiert werden kann. Umgekehrt dient der zweite Stempel während des Aufstauchvorgangs ebenfalls als Gegenhalter.
Während Rohteile beim Warmschmieden auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur erwärmt werden, damit keine bleibende Ver­ festigung des Werkstückwerkstoffs auftritt, genügt es für die Fertigung eines Vorschmiedestücks aus Aluminium, dass die Umformtemperatur niedriger ist als 520°C (Anspruch 3). Vielmehr kann eine Umformtemperatur zwischen 420°C und 480°C für die Umformung des Halbzeugs ausreichen (Anspruch 4).
Nach Anspruch 5 wird das erste Ende des vorgeformten Halbzeugs vor dem Schmiedevorgang in einem zweiten Umformwerkzeug ein weiteres Mal ge­ staucht. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn die vom ersten Stempel aufgebrachten Kräfte zum Aufstauchen ein bestimmtes Maß nicht überschreiten dürfen, damit Material nicht unkontrolliert in die Abzweigung der Gravur fließt, sondern erst durch den Fließpressvorgang durch den zweiten Stempel kontrolliert in die Abzweigung eingebracht wird. Ein zweites Umformwerkzeug ermöglicht somit eine noch endformnähere Konturgebung des Vorschmiedestücks.
Um eine bleibende Verfestigung des Werkstückwerkstoffs zu verhindern, ist gemäß Anspruch 6 vorgesehen, das Vorschmiedestück vor dem Schmiede­ vorgang auf eine Schmiedetemperatur zu erwärmen, die zweckmäßig ober­ halb der Rekristallisationstemperatur erwärmt wird. Hier sind etwa 520°C zweckmäßig (Anspruch 7).
Das vorstehend geschilderte Verfahren eignet sich für die Herstellung unter­ schiedlich konfigurierter Achselemente, insbesondere aber für die Herstel­ lung von Schwenklagern (Anspruch 8).
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein stabförmiges Halbzeug aus Aluminium;
Fig. 2 das Halbzeug aus Fig. 1 mit einem aufgestauchten ersten Ende;
Fig. 3 das zu einem Vorschmiedestück umgeformte Halbzeug gemäß Fig. 2 mit einem angeformten Schenkel an seinem anderen Ende;
Fig. 4 ein aus dem Vorschmiedestück gemäß Fig. 3 endgeformtes Schwenklager;
Fig. 5 im Schnitt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei in einem ersten Verfahrensschritt das erste Ende des Halbzeugs aufgestaucht wird, und
Fig. 6 die Vorrichtung gemäß Fig. 5, wobei der Schenkel ausgeformt wird.
Fig. 1 zeigt ein stabförmiges Halbzeug 1 aus Aluminium, konkret ein stranggepresstes Rundmaterial. Dieses Halbzeug 1 wird in einem nicht näher dargestellten Fertigungsschritt auf eine Temperatur von 450°C erwärmt und anschließend in zwei Schritten umgeformt.
Der erste Fertigungsschritt ist ein Aufstauchen des ersten Endes 2 des Halbzeugs 1 auf einen Durchmesser D2, der gegenüber dem Durchmesser D1 des Halbzeugs 1 annähernd doppelt so groß ist. Die verbleibende unge­ stauchte Länge L2 des Halbzeugs 1 beträgt etwas mehr als die Hälfte der Ausgangslänge L1 des ungestauchten Halbzeugs 1.
Das Aufstauchen des Halbzeugs 1 erfolgt in einem Umformwerkzeug 3 ge­ mäß Fig. 5. Hierzu wird das Halbzeug 1 in eine Gravur 4 des Umformwerk­ zeugs 3 eingelegt und von dem Umformwerkzeug 3 umschlossen. Ein erster Stempel 5 wirkt auf das erste Ende 2 des Halbzeugs 1 ein und staucht die­ ses entsprechend der Konturierung der Gravur 4 des Umformwerkzeugs 3 auf. Das erste Ende 2 erfährt eine Umformung zu einem zylindrischen End­ abschnitt 6 mit dem Durchmesser D2 (vgl. Fig. 2), der über einen konischen Zwischenabschnitt 7 zu dem Durchmesser D1 des Halbzeugs 1 verjüngt wird.
Damit beim Aufstauchen das Halbzeug 1 sicher in dem Umformwerkzeug 3 gehalten ist, bringt ein weiterer Stempel 8 eine Gegenhaltekraft auf das zweite Ende 9 des Halbzeugs 1 auf.
Nach dem Aufstauchen dient der erste Stempel 5 als Gegenhalter, während der zweite Stempel 8 das zweite Ende 9 des Halbzeugs 1 in die Gravur 4 presst. Hierbei wird das verpresste Material einer endseitig offenen Abzwei­ gung 10 der Gravur 4 zugeführt, wobei ein Schenkel 11 am zweiten Ende 9 des Halbzeugs 1 ausgeformt wird, wie er an dem aus dem Halbzeug 1 her­ gestellten Vorschmiedestück 12 gemäß Fig. 3 zu erkennen ist. Der Schen­ kel 11 ist entsprechend der Kontur der Abzweigung 10 so ausgebildet, dass sich durch das Fließpressen ein günstiger Faserverlauf im Vorschmiedestück ergibt, das heißt, dass die Abzweigung 10 bzw. der Schenkel 11 im Übergang an die das Halbzeug 1 aufnehmende Längsgravur mit Radien ver­ sehen ist, so dass sich ein fließender Übergang ergibt.
In einem nicht näher dargestellten weiteren Verfahrensschritt wird das zu dem Vorschmiedestück 12 umgeformte Halbzeug 1 aus dem Umformwerk­ zeug 3 entnommen und auf eine Schmiedetemperatur von etwa 520°C er­ wärmt. Anschließend wird das in Fig. 3 dargestellte Vorschmiedestück 12 zu dem in Fig. 4 gezeigten Schwenklager schmiedetechnisch endgeformt.
Bezugszeichenaufstellung
1
Halbzeug
2
erstes Ende v.
1
3
Umformwerkzeug
4
Gravur in
3
5
erster Stempel
6
zylindrischer Endabschnitt v.
2
7
konischer Zwischenabschnitt v.
2
8
zweiter Stempel
9
zweites Ende v.
1
10
Abzweigung v.
4
11
Schenkel
12
Vorschmiedestück
13
Schwenklager
L1 Länge v.
1
L2 Länge v.
2
D1 Durchmesser v.
1
D2 Durchmesser v.
2
,
6

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines Achselementes für Kraftfahrzeuge, bei welchem ein stabförmiges Halbzeug (1) aus Aluminium auf eine Um­ formtemperatur erwärmt und das erste Ende (2) des Halbzeugs (1) in einer Gravur (4) eines Umformwerkzeugs (3) von einem ersten Stempel (5) aufgestaucht wird, anschließend das zweite Ende (9) von einem zweiten Stempel (8) in die Gravur (4) gepresst wird, wobei verpresstes Material in eine Abzweigung (10) der Gravur (4) zu einem Schenkel (11) ausgeformt wird und danach das zu einem Vorschmiedestück (12) um­ geformte Halbzeug (1) in einem Schmiedevorgang endgeformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (9) des Halbzeugs (1) gegen die Haltekraft des ersten Stempels (5) in die Gravur (4) gepresst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformtemperatur niedriger ist als 520°C.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformtemperatur zwischen 420°C und 480°C liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende (2) des vorgeformten Halbzeugs (1) vor dem Schmiedevorgang in einem zweiten Umform­ werkzeug ein weiteres Mal gestaucht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschmiedestück (12) vor dem Schmiedevorgang auf eine Schmiedetemperatur erwärmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiedetemperatur etwa 520°C beträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Achselement ein Schwenklager (13) ist.
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