DE10119839A1 - Verfahren zur Herstellung eines Achselements für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Achselements für KraftfahrzeugeInfo
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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.
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.
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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Legal Events
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Owner name: BENTELER AUTOMOBILTECHNIK GMBH, 33104 PADERBORN, D |
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