DE10122181A1

DE10122181A1 - Verfahren zur Herstellung eines Teils aus Metallmatrixkompositmaterial

Info

Publication number: DE10122181A1
Application number: DE10122181A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Nakao; Takaharu Echigo; Kunitoshi Sugaya; Takashi Kato; Hiroto Shoji
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2001-05-08
Publication date: 2001-11-29
Also published as: CA2346530A1; US20010039710A1; GB2364663B; GB2364663A; US6609286B2; CA2346530C; GB0111460D0

Abstract

Ein Teil wird aus einem Kompositmaterial hergestellt, das eine Aluminiumlegierung als Metallmatrix enthält. Aus einem Barren des Kompositmaterials (35) werden Rohlinge (42) hergestellt und in einer Presse bearbeitet, während sie bei einer Temperatur gehalten werden, die von der Solidus-Temperatur, Ta, der Aluminiumlegierung minus 50 (Ta - 50) DEG C bis Ta DEG C reicht. Bei einer darunter liegenden Temperatur (Ta - 50) haben die Rohlinge einen zu hohen Widerstand gegenüber plastischer Verformung zur leichten Bearbeitung. Bei einer Temperatur über Ta entsteht eine flüssige Phase und lässt die Rohlinge während der plastischen Verformung leicht brechen.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Teils aus Metall matrixkompositmaterial.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinders, wie z. B. in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. SHO-59-206154 offenbart, ist als ein Ver fahren bekannt, um aus einem Kompositmaterial auf Aluminiumbasis durch plastische Bearbeitung eine gewünschte Form herzustellen. Es umfasst:

a) Verteilen von SiC-Chips in einem Aluminiumschmelzbad unter Um rühren und Bewirken, daß sie fest wird;
b) Erhitzen des verfestigten Produkts auf eine Temperatur von etwa 250°C und Ziehen desselben zu einem Rohr; und
c) Schneiden einer Hülse aus dem Rohr, Einsetzen derselben in eine Gießformmatrize und Gießen einer Aluminiumlegierung (JIS-ADC12) um dieselbe zur Herstellung eines Zylinders.

Die Hülse ist ein Kompositmaterial, das durch Einsetzen von SiC-Chips in ein Aluminiumschmelzbad erhalten ist, und hat eine hohe Beständigkeit auf plastische Verformung, und sein Aluminium und sein SiC sind mechanisch miteinander verbunden. Daher hat es eine geringe Streckung und eine schlechte Bearbeitbarkeit, wie jedes andere übliche Kompositmaterial. Infolgedessen ist es schwierig, es für plastische Bearbeitung, wie etwa Ziehen, zu verwenden, um ein gegossenes Produkt hoher Qualität mit reduzierten Kosten herzustellen.

Ein Teil eines Kompositmaterials kann auch durch Pressformung hergestellt werden, wobei aber die hohe Beständigkeit gegenüber plastischer Ver formung hohe Produktionskosten mit sich bringt und es schwierig macht, ein Produkt mit verbesserter Qualität zu erhalten.

Fig. 17 hiervon zeigt eine Scheibenbremsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Scheibenbremsvorrichtung 202 besitzt eine Bremsscheibe 203, die an einer am Ende einer Antriebswelle 200 angebrachten Nabe 201 angebracht ist, sowie einen Bremssattel 206, in den ein Randabschnitt der Scheibe 203 eingreift. Es wird Hydraulikdruck durch eine Leitung 108 auf einen nicht gezeigten Zylinder in dem Bremssattel 206 übertragen, um zwei Bremsbeläge 207 gegen den Randabschnitt 205 der Bremsscheibe 203 zu pressen, um hierdurch ein Rad 209 abzubremsen. Daher muss die Brems scheibe 203 aus einem hochfesten Material geformt werden, während es auch erwünscht ist, ein leichtes Material zu verwenden, um das Gewicht des Kraftfahrzeugs zu reduzieren.

Ein Metallmatrixkompositmaterial ist als hochfestes und leichtgewichtiges Material bekannt. Beispielsweise kann ein Aluminiumlegierung enthaltendes Kompositmaterial verwendet werden, um eine Gewichtsreduktion zu errei chen, und ein SiC-(Siliciumcarbid)-Partikel enthaltendes Material in einer Aluminiumlegierung ermöglicht den Erhalt hoher Festigkeit.

Eine Bremsscheibe 203 kann durch Guss aus einem solchen Kompositmate rial auf Aluminiumbasis hergestellt werden. Es ist jedoch eine große Wär meenergiemenge erforderlich, um dieses Material zu schmelzen, und dies führt zu einer Zunahme der Herstellungskosten. Es wurde daher nach Möglichkeiten gesucht, Bremsscheiben 203 in großer Menge durch Press formung herzustellen, ohne das Material schmelzen zu müssen.

Fig. 18A und 18B zeigen ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe aus einem Kompositmaterial, das eine Aluminiumlegierung als Metallmatrix enthält. Ein Kompositmaterial auf Aluminiumbasis 210 wird in der Form einer flachen Scheibe bereitgestellt, wie in Fig. 18A gezeigt, und wird zu einer Bremsscheibe 211 pressgeformt, wie in Fig. 18B gezeigt. Die Bremsscheibe 211 besitzt eine Nabe 213 mit einem vertieften Mittelab schnitt sowie einen flachen Scheibenabschnitt 212, der von dem Rand der Nabe 213 absteht. Das Material 210 enthält jedoch SiC-Partikel, die einen relativ hohen Reibwiderstand in jenem Abschnitt des Materials 210 erzeu gen, der durch die Presse, durch die die Scheibe 211 geformt wird, kon taktiert wird, und die Scheibe 21l kann an ihren gebogenen Abschnitten 214 und 215 sehr leicht brechen. Unter diesen Umständen ist es schwie rig, die Bremsscheibe 211 durch Pressformung aus einem solchen Kom positmaterial herzustellen.

Aufgabe dieser Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, um aus einem Metallmatrixkompositmaterial ein Teil hoher Qualität bei niedrigen Kosten herzustellen.

Nach einem ersten Aspekt dieser Erfindung wird ein Verfahren angegeben, das die Schritte umfasst: Bereitstellen bzw. Herstellen eines Kompositmate rials auf Aluminiumbasis, das eine Aluminiumlegierung enthält und einen geeigneten Durchmesser aufweist; Schneiden des Materials in eine Mehr zahl von Rohlingen, die jeweils eine geeignete Dicke aufweisen; Erhitzen der Rohlinge auf eine geeignete Temperatur im Bereich von der Solidus- Temperatur, Ta, der Aluminiumlegierung minus 50 (Ta -50) °C bis Ta °C; und Pressformen jedes Rohlings, während er auf der geeigneten Tempe ratur gehalten wird.

Wenn die Temperatur des Materials niedriger als (Ta -50) °C ist, hat es eine hohe Beständigkeit gegen plastische Verformung, ist schwierig zu bearbeiten und erfordert eine hohe Betriebslast. Wenn die Temperatur Ta überschreitet, kann sich eine flüssige Phase bilden und bewirken, dass das Material wegen seiner geringen Komprimierbarkeit während seiner plasti schen Verformung bricht. Erfindungsgemäß beträgt daher die Temperatur, auf die der Rohling erhitzt wird, zumindest gleich (Ta -50) °C, um seine gute Bearbeitbarkeit zu gewährleisten, und überschreitet Ta °C nicht, um seine gute Komprimierbarkeit zu gewährleisten.

Das Kompositmaterial auf Aluminiumbasis ist hergestellt durch Reduzieren eines aus Metalloxid zusammengesetzten porösen Verstärkungsmaterials in einem Ofen, der eine Magnesiumnitrid-Athmosphäre enthält, um an zumin dest einem Teil des Verstärkungsmaterials ein Metall freizulegen, und Imprägnieren des Verstärkungsmaterials mit geschmolzener Aluminiumle gierung. Die Reduktion des Metalloxids bildet eine metallisierte Oberfläche auf dem porösen Material und erzeugt hierdurch eine verbesserte Benet zungseigenschaft zwischen dem Metalloxid und der geschmolzenen Alumi niumlegierung. Das Kompositmaterial hat ist gut bearbeitbar, da das Alumi nium- und Verstärkungsmaterial durch chemischen Kontakt stark mitei nander verbunden sind. Es ist leicht plastisch bearbeitbar und ermöglicht eine Minderung der Herstellungskosten.

Die Matrize kann einen Heizer aufweisen, um den Rohling auf der Tempera tur zwischen (Ta -50) °C und Ta °C zu halten, so dass der Rohling gut bearbeitbar und eine gewünschte Form leicht pressformbar sein kann. Die Rohlingtemperatur liegt bevorzugt im Bereich von (Ta -20) bis Ta, oder z. B. von 563 bis 583°C, um zu sicherzustellen, dass er leicht zu bearbeiten ist, um hierdurch eine Minderung der Herstellungskosten zu ermöglichen. Ferner liegt sie bevorzugt im Bereich von (Ta -40) bis (Ta -33) oder bei spielsweise von 543 bis 550°C, um sicherzustellen, dass der Rohling eine hohe Komprimierbarkeit besitzt, um hierdurch eine hohe Arbeitsgenauigkeit zu erreichen.

Nach einem zweiten Aspekt dieser Erfindung wird ein Verfahren angege ben, das die Schritte umfasst: Bereitstellen einer Matrize und eines Zwei fachstempels, der einen massiven zylindrischen inneren Stempelabschnitt und einen den inneren Stempelabschnitt umgebenden hohlen, zylindrischen äußeren Stempelabschnitt aufweist; Setzen eines Rohlings aus Komposit material auf Metallbasis auf die Matrize; Absenken des inneren Stempel abschnitts zum Pressen gegen den Mittelabschnitt des Rohlings und Halten desselben dagegen, um dem Mittelabschnitt des Rohlings eine angenäherte Endform zu geben; und Absenken des äußeren Stempelabschnitts zum Pressen gegen den restlichen Abschnitt des Rohlings, um ihm eine angenä herte Endform zu geben.

Das Verfahren beinhaltet zwei Pressformschritte, in denen ein Zweifach stempel verwendet wird, um einen Rohling eines Kompositmaterials auf Aluminiumbasis in ein scheibenförmiges Teil umzuformen. Zuerst wird der innere Stempelabschnitt gegen den Mittelabschnitt des Rohlings nach unten gepresst, um ihn in eine gewünschte Form zu bringen, während das Kompositmaterial gleichmäßig aus der Mitte des Rohlings nach außen gezogen wird, um seinem Mittelabschnitt eine hohe Bearbeitungsgenau igkeit zu geben. Dann wird der innere Stempelabschnitt gegen den Mittel abschnitt des Rohlings gehalten, und die Matrize wird geschlossen. Zwei tens wird der äußere Stempelabschnitt nach unten gegen den restlichen Abschnitt des Rohlings gepresst, um ihn aus der Matrize herauszuziehen oder in ihr fließen zu lassen, um dem Kompositmaterial eine angenäherte Endform zu geben. Im Ergebnis erhält man ein Produkt, das anschließend nur einen geringen Umfang spanende Bearbeitung benötigt und hierdurch zu einer Minderung der Herstellungskosten beiträgt.

Der äußere Stempelabschnitt, der in die geschlossene Matrize gedrückt ist, komprimiert das Kompositmaterial darin durch Ausübung einer gleichmäßi gen Kompressionskraft auf die Außenfläche des Materials im rechten Winkel hierzu, so dass es möglich sein kann, etwaige Zugspannungen an der Oberfläche des Rohlings zu reduzieren, einen Bruch seiner Oberfläche zu verhindern, etwaige innere Defekte daraus zu beseitigen und ihm eine dichte Struktur zu geben, um hierdurch ein Teil verbesserter Qualität herzu stellen.

Der erste Pressformschritt, der den inneren Stempelabschnitt verwendet, kann verwendet werden, um beispielsweise den Nabenansatzabschnitt einer Kurbeldämpfer-Riemenscheibe zu formen. Der Nabenansatzabschnitt ist durch Pressformung aus einem Kompositmaterial auf Aluminiumbasis leicht formbar, wenn der innere Stempelabschnitt eine geeignet geformte Oberfläche besitzt.

Nach einem dritten Aspekt dieser Erfindung wird ein Verfahren angegeben, das die Schritte umfasst: Formen einer Schicht aus Aluminiumlegierung, die die gesamte Oberfläche einer Schicht eines Metallmatrixkompositmaterials abdeckt, zur Herstellung einer Sandwich-Struktur, die an beiden Seiten des Kompositmaterials eine Aluminiumlegierungslage aufweist; Pressen des Mittelabschnitts der Sandwich-Struktur, um darin eine Vertiefung auszubil den; und Entfernen der Aluminiumlegierungslage von dem die Vertiefung umgebenden restlichen Abschnitt der Struktur.

Eine Schicht aus Aluminiumlegierung wird ausgebildet, um beide Seiten einer Schicht aus Metallmatrixkompositmaterial abzudecken, um eine Sandwich-Struktur zu erzeugen, und die Sandwich-Struktur wird in ihrem Mittelabschnitt gepresst, so dass eine Vertiefung darin ausgebildet wird. Die Aluminium-Legierung ist gut bearbeitbar und kann daher geformt wer den, um beide Seiten des Kompositmaterials abzudecken, um einen etwai gen Reibwiderstand zu reduzieren, den das Kompositmaterial während der Pressformung zeigt, so dass es möglich werden kann, etwaige in dem Material erzeugte Spannungen zu reduzieren und dessen Bruch zu verhin dern. Die Aluminiumlegierungslagen werden von dem restlichen Abschnitt des die Vertiefung umgebenden Materials entfernt, um das Metallmatrix kompositmaterial freizulegen, um hierdurch die Herstellung eines Teils hoher Festigkeit zu ermöglichen. Somit kann das Verfahren besonders vorteilhaft zur Herstellung einer Scheibe aus Metallmatrixkompositmaterial für eine Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug angewendet werden.

Das Metallmatrixkompositmaterial kann durch Einbau von Keramikpartikeln in Aluminiumlegierung hergestellt werden. Die als die Matrix verwendete Aluminiumlegierung trägt zu einer Minderung des Gewichts des Komposit materials bei, und die Keramikpartikel tragen zur Verbesserung seiner Festigkeit bei. Somit ist dies das am besten geeignete Material für Brems scheiben.

Bestimmte bevorzugte Ausführungen dieser Erfindung werden nachfolgend nur als Beispiel anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:

Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Auslegung einer Vorrichtung zur Herstellung eines Kompositmaterials auf Alumini umbasis gemäß dieser Erfindung zeigt;

Fig. 2A bis 2D sind ein Satz von Ansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Barrens aus Kompositmaterial auf Aluminiumbasis durch die in Fig. 1 gezeigte Vorrich tung veranschaulicht;

Fig. 3A ist eine Perspektivansicht, die die Herstellung von Roh lingen aus den Barren nach einer ersten Ausführung der Erfindung zeigt;

Fig. 3B ist ein Diagramm, das das Erhitzen der Rohlinge zeigt;

Fig. 4A ist eine Ansicht, die einen Rohling zeigt, der in einer Matrize zur Pressformung montiert ist;

Fig. 4B ist eine Schnittansicht entlang der Linie b-b von Fig. 4A;

Fig. 5A ist eine Ansicht, die den durch einen abgesenkten Stempel gepressten Rohling zeigt;

Fig. 5B ist eine Teilperspektivansicht eines Teils, das aus dem in Fig. 5A gepressten Rohling erhalten ist;

Fig. 6 ist eine Grafik, die die Komprimierbarkeit von Rohlingen in Bezug auf ihre Temperatur zeigt;

Fig. 7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Pressfor mung eines scheibenförmigen Teils eines Komposit materials auf Aluminiumbasis gemäß einer zweiten Auführung dieser Erfindung zeigt;

Fig. 8A bis 8D sind eine Serie von Ansichten, die den Schritt der Her stellung einer Pressmatrize und die ersten und zweiten Pressformschritte gemäß der zweiten Ausführung die ser Erfindung zeigen;

Fig. 9A und 9B sind ein Satz von Ansichten, die ein scheibenförmiges Teil zeigen, das durch das in den Fig. 8A bis 8D gezeigte Verfahren hergestellt ist, sowie dessen spa nende Bearbeitung;

Fig. 10 ist eine Teilperspektivansicht einer Kurbeldämpfer- Riemenscheibe, hergestellt unter Verwendung des in den Fig. 9A und 9B gezeigten Teils;

Fig. 11 ist eine Perspektivansicht einer Bremsscheibe, die aus einem Metallmatrixkompositmaterial geformt ist;

Fig. 12 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 12-12 von Fig. 11;

Fig. 13A bis 13C sind eine Serie von Ansichten, die die Herstellung eines flachen plattierten Materials durch Extrusion aus einem Barren aus Kompositmaterial auf Aluminiumbasis zeigt;

Fig. 14 ist eine Grafik, die die Zugfestigkeit und die Umformfes tigkeit von plattierten Materialien in Bezug auf ihr Re duktionsverhältnis zeigt;

Fig. 15 ist eine Ansicht, die die Formung einer scheibenförmi gen Sandwich-Struktur aus Plattierungsmaterial zeigt;

Fig. 16A bis 16F sind eine Serie von Ansichten, die die Herstellung einer Bremsscheibe durch Pressen aus einer scheibenförmi gen Sandwich-Struktur zeigen;

Fig. 17 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer typi schen herkömmlichen Kraftfahrzeug-Scheibenbremse;

und

Fig. 18A und 18B sind ein Satz von Ansichten, die ein bekanntes Her stellungverfahren für eine Scheibenbremse aus Me tallmatrixkompositmaterial erläutert.

Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und dient kei neswegs dazu, die Erfindung, deren Anwendung oder Benutzung einzu schränken.

Zuerst zu Fig. 1. Eine Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Metallmatrixkom positmaterials, beispielsweise eines Materials auf Aluminiumbasis, besitzt einen Atmosphären-gesteuerten Ofen 2, einen dem Ofen 2 zugeordneten Heizer 3, eine Vorrichtung 6 zum Zuführen von Inertgas in den Ofen 2 sowie eine Vakuumpumpe 7 zum Evakuieren des Ofens 2. Der Ofen 2 enthält einen ersten Schmelztiegel 8 und einen zweiten Schmelztiegel 9. Der Heizer 3 besitzt eine Steuereinheit 11, einen Temperatursensor 12 sowie eine Heizwicklung 13. Die Gaszufuhrvorrichtung 6 umfasst eine Argongas (Ar) 14 enthaltende Flasche 15, eine Stickstoffgas (N₂) 16 ent haltende Flasche 17, eine Rohrleitung 18 zum Leiten dieser Gase von den Flaschen 15 und 17 zu dem Ofen 2 sowie ein Paar von Druckmessern 19, die mit der Rohrleitung 18 verbunden sind. Der erste Schmelztiegel 8 ist ein Behälter für ein poröses Verstärkungsmaterial, bestehend aus einem Metall oxid, insbesondere porösem Aluminiumoxid (Al₂O₃) 21, sowie einer Alumi niumlegierung 31. Der zweite Schmelztiegel 9 ist ein Behälter für Magne sium (Mg) 32. Die Aluminiumlegierung 31 kann z. B. eine Al-Mg-Si-Legie rung sein, bekannt als JIS-A6061 (nachfolgend einfach als A6061 bezeich net). Anstatt des Magnesiums 32 kann auch eine Magnesiumlegierung verwendet werden.

Es folgt nun eine Beschreibung der Herstellung eines Kompositmaterials auf Aluminiumbasis anhand der Fig. 2A bis 2D. Der erste Schmelztiegel 8 in dem Ofen 2 wird mit Aluminiumoxid 21 und dann mit Aluminiumlegie rung 31 beladen, und der zweite Schmelztiegel 9 wird mit Magnesium 32 beladen, wie in Fig. 2A gezeigt. Die Vakuumpumpe 7 wird betrieben, um den Ofen 2 zu evakuieren, und wird gestoppt, wenn darin ein geeigneter Vakuumgrad erhalten wurde. Argon-Gas 14 wird aus seiner Flasche 15 in den Ofen 2 geleitet, wie mit den Pfeilen (1) gezeigt, um eine Argon-Gas atmosphäre zu erzeugen, die die Aluminiumlegierung 31 und das Magne sium 32 vor Oxidation schützt. Dann wird der Ofen 2 durch die Heizwick lung 13 erhitzt, so dass das Aluminiumoxid 21, die Aluminiumlegierung 31 und das Magnesium 32 auf eine Temperatur von, man sage, etwa 750 bis 900°C erhitzt werden kann. Im Ergebnis schmilzt die Aluminiumlegierung 31 und verdampft das Magnesium 32, wie mit Pfeil (2) gezeigt. Die Tempe ratur des Ofens 2 wird von dem Temperatursensor 12 erfasst und wird auf einen Sollwert durch die Steuereinheit 11 gemäß einem von dem Sensor 12 erhaltenen Signal geregelt.

Dann wird das Stickstoffgas 16 aus seiner Flasche 17 in den Ofen 2 gelei tet, wie in Fig. 2B mit den Pfeilen (3) gezeigt. Der Ofen 2 hat einen erhöh ten Druck (von, man sage, 0,5 kg/cm² über dem Atmosphärendruck) und wird mit Stickstoffgas 16 gespült, während das Argon-Gas 14 durch die Vakuumpumpe 7 abgeführt wird, so dass der Ofen 2 eine Stickstoffgas atmosphäre aufweisen kann. Das Stickstoffgas 16 reagiert mit dem Magne sium 32 zur Bildung von Magnesiumnitrid (Mg₃N₂) 34. Das Magnesiumnitrid 34 hat eine reduzierende Wirkung und wandelt zumindest einen Teil des Aluminiumoxids 21 in metallisches Aluminium um. Das an zumindest einem Teil des Aluminiumoxids 21 freiliegende Aluminium ergibt verbes serte Benetzungseigenschaften. Die geschmolzene Aluminiumlegierung 31 diffundiert durch das aus Aluminiumoxid 21 umgewandelte Aluminium und verfestigt sich zur Bildung eines Kompositmaterials auf Aluminiumbasis 35 in der Form eines Barrehs, wie in Fig. 2C gezeigt. Die verbesserten Benet zungseigenschaften von Aluminiumoxid 21, wie oben erwähnt, führen zu einer starken Streckung des Kompositmaterials 35, so dass es gut bearbeit bar und plastisch leicht verformbar ist.

Ein Anheben des Drucks der Stickstoffgasatmosphäre in dem Ofen 2 be schleunigt die Diffusion der geschmolzenen Aluminiumlegierung 31 und hierdurch die Bildung des Kompositmaterials 35, während eine Minderung des Drucks gleichermaßen die Wirkung hat, die Diffusion zu fördern. Alter nativ ist es möglich, als Ausgangsmaterial einen porös gegossenen Körper aus Aluminiumoxid 21 zu verwenden, der magnesiumhaltige Aluminiumle gierung enthält. Auch möglich ist es, einen porösen gegossenen Körper aus Aluminiumoxidpartikeln zu verwenden, der Magnesiumpulver und eine darauf platzierte Aluminiumlegierung enthält.

Das Kompositmaterial 35 wird durch eine numerisch gesteuerte Drehbank 36 zu einem Barren mit einem bestimmten Durchmesser D fertiggestellt, wie in Fig. 2D gezeigt.

Es folgt nun eine Beschreibung anhand der Fig. 3A bis 5B eines Ver fahrens zur Herstellung eines Teils aus dem so erhaltenen Barren 35. Der Barren 35 wird mit einer Säge 41 in eine Mehrzahl von Rohlingen 42 mit jeweils einer bestimmten Dicke t aufgetrennt, wie in Fig. 3A gezeigt. Das Volumen VO jedes Rohlings 32 kann ausgedrückt werden als VO = (π/4) D2 × t. Die Rohlinge 42 werden in dem Heizofen 45 erhitzt, wie in Fig. 3B gezeigt. Die Rohlinge 42 werden in dem Hauptkörper 46 des Ofens 45 angeordnet, und danach werden die Heizbedingungen, einschließlich der Soll-Temperatur, der Heizrate und der Haltezeit, an einer Steuertafel 47 eingestellt, und der Ofen 45 wird eingeschaltet. Der Ofen 45 besitzt eben falls eine Heizwicklung 48 und einen Temperatursensor 49.

Die Soll-Temperatur beruht auf der Solidus-Temperatur Ta der Alumini umlegierung und sollte nicht über 50°C weniger als Ta betragen, oder sollte zumindest (Ta -50) °C betragen, während sie nicht höher als Ta sein sollte. Wenn die Aluminiumlegierung A6061 ist, kann die Soll-Temperatur beispielsweise 580°C betragen, da deren Solidus-Temperatur Ta 583°C beträgt und (Ta -50) 533°C beträgt. Die Solidus-Temperatur ist die Tem peratur, bei der eine Substanz, die aus zwei oder mehr Komponenten zusammengesetzt ist und eine Änderung von fest (Phase) zu (feste und flüssige Phasen) und zu flüssig (Phase) unterliegt, wenn sie mit einem Temperaturanstieg erhitzt wird, zu schmelzen beginnt und von fest zu flüssig (Phase) übergeht. Sie ist alternativ die Temperatur, bei der eine Substanz, die einer Änderung von flüssig (Phase) zu (flüssige und feste Phasen) und zu fest (Phase) unterliegt, wenn sie mit einem Temperatur abfall abgekühlt wird, die Verfestigung abschließt.

Die Rohlinge 42, die geeignet erhitzt wurden, werden aus dem Ofen 45 entfernt und zu einer Presse überführt. Jeder Rohling 42 wird in eine Press form 50 eingesetzt, wie in Fig. 4A gezeigt. Die Form 50 umfasst einen Stempel 51 und eine Matrize 52. Der Stempel 51 besitzt eine Arbeitsfläche 53, und die Matrize 52 besitzt eine zentrale stangenförmige Innenmatrize 54, eine diese umgebende Außenmatrize 55, wobei die Innen- und Außen matrizen 54 und 55 an ihrer Oberseite eine Arbeitsfläche 55a definieren, sowie einen Heizer 56, der in die Außenmatrize 55 unter deren Arbeits fläche eingebettet ist, um den Rohling 42 auf einer geeigneten Temperatur zu halten. Der Rohling 42 wird auf der Arbeitsfläche 55a der Matrize 52 angeordnet, die durch den Heizer 56 auf einer geeigneten Temperatur gehalten wird. Der Heizer 56 umfasst eine Mehrzahl massiver zylindrischer Heizpatronen 58, die in Fig. 4B strichpunktiert gezeigt sind und in eines einer Mehrzahl von Löchern 57 einzusetzen sind, die in der Außenmatrize 55 unter ihrer Arbeitsfläche 55a ausgebildet sind. Jede Heizpatrone 58 besitzt Leitungsdrähte 59, die mit einem nicht gezeigten Formtemperatur steuergerät verbunden sind, und die Matrize 52 besitzt einen Temperatur sensor, der mit dem Formtemperatursteuergerät verbunden ist, wodurch dessen Temperatur automatisch auf einen gewählten Wert geregelt wird. Der gewählte Wert ist eine Temperatur zwischen (Ta -50) und Ta und kann beispielsweise 580°C betragen, wenn die Aluminiumlegierung A6061 ist, wie zuvor erwähnt. Jedenfalls wird jeder Rohling 42 durch den Heizer 56 derart erhitzt, dass seine Temperatur nicht unter (Ta -50) fallen kann. Der Heizer 56 kann alternativ irgendeine andere Bauart haben, und der Stempel 51 kann ebenfalls mit einem geeigneten Heizer ausgestattet sein, falls erforderlich.

Dann wird jeder Rohling 42 in die Form 50 gepresst zur Herstellung eines Teils A aus dem Kompositmaterial auf Aluminiumbasis, wie in Fig. 5A gezeigt. Insbesondere wird der Stempel 51 unter geeigneten Bedingungen, einschließlich Hub, Geschwindigkeit und Druck, betrieben und in die Ma trize 52 eingesetzt, um die Form 50 zu schließen und seine Arbeitsfläche 53 gegen den Rohling 42 zu pressen, um dessen Kompositmaterial 35 nach außen zu ziehen oder fließen zu lassen, so dass das Material 35 in der geschlossenen Form 50 unter Bildung des Teils A komprimiert werden kann.

Das Kompositmaterial 35 ist, dank seinem geringen Widerstand gegen plastische Verformung, leicht zu bearbeiten, da seine Temperatur zwischen (Ta -50) und Ta gehalten wird. Somit kann das Teil mit reduzierten Kosten hergestellt werden. Sein geringer Widerstand gegen plastische Verformung erfordert auch keinerlei hohe Betriebslast, sondern ermöglicht die Verwen dung etwa vorhandener Einrichtungen zur Herstellung mit reduzierten Kosten. Dank seiner wie erwähnt erhalten bleibender Temperatur ist das Kompositmaterial 35 sehr leicht in die geschlossene Form zu bewegen, indem man durch den Stempel 51 nur einmal Druck ausübt und es in eine angenäherte Endform komprimiert, so dass es möglich ist, den Aufwand etwaiger spanender Bearbeitung, einschließlich Schneiden und Schleifen, zu reduzieren, und um hierdurch eine starke Minderung eines etwaigen Übermaßes zur spanenden Bearbeitung mit verbesserter Materialausbeute und hierdurch reduzierten Herstellungskosten zu realisieren. Es ist auch möglich, etwaige innere Defekte des Kompositmaterials 35 zu beseitigen und ein Produkt hoher Qualität mit einer dichten Struktur herzustellen, um hierdurch den Aufwand etwaiger Inspektionsarbeit und somit die Herstel lungskosten zu reduzieren.

Dann wird der Stempel 51 angehoben, und die Innenmatrize 54 wird nach oben ausgefahren, so dass der Teil A von der Arbeitsfläche 55a der Matrize getrennt und aus der Form 50 entfernt werden kann. Das Teil A ist in Fig. 5B, obwohl teilweise, besser gezeigt und besitzt einen zylindrisch geform ten Mittelabschnitt A1.

Fig. 6 zeigt die Ergebnisse eines Tests, der an einer Mehrzahl von Rohlin gen durchgeführt wurde, um ihre Komprimierbarkeit C unter Wärme in Bezug auf ihre Temperatur T zu bestimmen. Die Rohlinge waren aus einem Kompositmaterial auf Aluminiumbasis, das Aluminiumoxid in einer Matrix aus Aluminiumlegierung A6061 enthielt. Die Komprimierbarkeit C repräsen tiert eine Volumenänderung durch Kompression und wird berechnet gemäß C (%) = ((VO - V1)/V0) × 100, wobei VO das Volumen des Rohlings ist und V1 jenes eines daraus durch Kompression geformten Teils. In der Grafik bezeichnet jeder schwarze Kreis einen bruchfrei komprimierten Rohling, während jedes x einen gebrochenen Rohling bezeichnet.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich, kann eine höhere Komprimierbarkeit C mit gerin gerer Bruchwahrscheinlichkeit erhalten werden, wenn die Rohlingtempera tur T ansteigt, bis sie etwa 540°C erreicht. Eine höhere Rohlingtemperatur T über etwa 550°C führt jedoch zu einer geringeren Komprimierbarkeit C mit einer höheren Bruchwahrscheinlichkeit. Eine höhere Rohlingtemperatur T führt zu einer verbesserten Bearbeitbarkeit, wobei aber, wenn sie eine Solidus-Temperatur von 583°C überschreitet, die Bildung einer Flüs sigphase zu einem drastischen Absinken der Komprimierbarkeit C bei höherer Bruchwahrscheinlichkeit führt. Eine hohe Komprimierbarkeit C ist erwünscht, um ein Kompositmaterial auf Aluminiumbasis mit verbesserter Qualität herzustellen, das in einer angenäherten Endform eine dichte Struk tur besitzt. Somit wird ein Rohling aus Kompositmaterial auf Aluminiumba sis, das eine Matrix aus A6061 enthält, auf eine Temperatur T erhitzt, die, im Hinblick auf die Bearbeitbarkeit, nicht niedriger als 533°C (Ta -50) betragen sollte, jedoch, im Hinblick auf die Komprimierbarkeit C, nicht höher als 583°C (Ta oder Solidus-Temperatur von A6061) betragen sollte.

Es kann eine weitere Temperatureinschränkung eingeführt werden, um eine höhere Arbeitsgenauigkeit und niedrigere Herstellungskosten zu erzielen. Beispielsweise kann eine Kostenreduktion der Temperaturregelung erhalten werden, wenn die Rohlingtemperatur bei 535°C liegt, so dass die Regelung leichter im Bereich von 523°C (Ta -60) bis 548°C (TA -35) erfolgen kann, während eine hohe Komprimierbarkeit C erhalten bleibt. Die Rohling temperatur liegt bevorzugt in einem höheren Bereich von 563°C (TA -20) bis 583°C (Ta), um eine leichtere Bearbeitung sicherzustellen, um hier durch die Herstellungskosten weiter reduzieren zu können. Ferner liegt sie bevorzugt im Bereich von 543°C (Ta -40) bis 550°C (Ta -33), um eine höhere Komprimierbarkeit des Rohlings sicherzustellen, um hierdurch eine höhere Arbeitsgenauigkeit zu erhalten.

Es folgt nun eine Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung eines Teils gemäß einer zweiten Ausführung dieser Erfindung anhand der Fig. 7 bis 8D. In Bezug auf Fig. 7 umfasst das Verfahren die Schritte 1 bis 4:
ST01 - Herstellung einer Matrize und eines Zweifachstempels mit einem inneren und einem äußeren Stempelabschnitt;
ST02 - Einsetzen eines Rohlings aus Kompositmaterial auf Aluminiumbasis in die Matrize;
ST03 - Formen des Mittelabschnitts des Rohlings durch den inneren Stem pelabschnitt; und
ST04 - Formen des restlichen Abschnitts davon durch den äußeren Stem pelabschnitt.

In Bezug auf die Fig. 8A bis 8D umfasst nun eine Pressform 60 einen Stempel 61, einen den Stempel 61 umgebenden zylindrischen Abstreifer 62 und eine zum Stempel 61 weisende Matrize 63. Der Stempel 61 hat eine zweifache Bauart mit einem massiven, zylindrischen inneren Stempelab schnitt 64 und einen diesen umgebenden hohlen, zylindrischen äußeren Stempelabschnitt 65. Der innere Stempelabschnitt 64 besitzt an seinem Unterende eine Arbeitsfläche 66, und auch der äußere Stempelabschnitt 65 besitzt an seinem Unterende eine Arbeitsfläche 67, während auch der Abstreifer 62 eine Arbeitsfläche 68 aufweist. Die Matrize 63 besitzt eine Arbeitsfläche 69 und einen Auswurfstößel 71. Ein Rohling 42 wird in die Matrize 63 gelegt und in der Mitte von dessen Arbeitsfläche 69 positio niert, wie in Fig. 8A gezeigt. Dann wird der Abstreifer 62 abgesenkt, um die Form zu schließen, während dessen Arbeitsfläche 68 gegen den Roh ling 42 entlang dessen Rand gehalten wird, um eine Bewegung desselben zu verhindern, wie in Fig. 8B gezeigt.

Dann wird der innere Stempelabschnitt 64 unter geeignet gesteuerten Bedingungen, einschließlich dessen Hub, Geschwindigkeit und Druck, abgesenkt, so dass seine Arbeitsfläche 66 gegen den Rohling 42 nach unten gepresst werden kann, um dessen Mittelabschnitt zu formen, wie in Fig. 8C gezeigt (erster Pressformschritt). Der innere Stempelabschnitt 64 bleibt stillstehen, um den Rohling 42 in Position zu halten. Da der innere Stempelabschnitt 64 nach unten in den mittleren Abschnitt des Rohlings 42 gepresst wird, verteilt sich das Volumen des Rohlings 42 gleichmäßig von seiner Mitte und kann mit verbesserter Genauigkeit bearbeitet werden. Da der innere Stempelabschnitt 64 nur den mittleren Abschnitt des Roh lings 42 komprimiert, kann dessen Kompositmaterial 35 (Fig. 3A) leicht nach außen gezogen oder in eine bestimmte Form fließen gelassen wer den. Da die Arbeitsfläche 66 des inneren Stempelabschnitts 64 eine be grenzte Flächenausdehnung hat, übt sie einen hohen Druck auf den Rohling 42 aus, um dessen plastische Bearbeitung zu erleichtern.

Dann wird der äußere Stempelabschnitt 65 unter geeignet gesteuerten Bedingungen, einschließlich dessen Hub, Geschwindigkeit und Druck, abgesenkt, um den restlichen Abschnitt des Rohlings 42 zu formen, wo durch ein scheibenförmiges Teil 72 erhalten wird, wie in Fig. 8D gezeigt (zweiter Pressformschritt). Der äußere Stempelabschnitt 65 wird abge senkt, so dass seine Arbeitsfläche 67 gegen den Rohling 42 in der Form gepresst wird, die durch die Arbeitsflächen 66, 68 und 69 des inneren Stempelabschnitts 64, des Abstreifers 62 bzw. der Matrize 63, verschlos sen ist, und übt eine gleichmäßige Kompressionskraft auf den Umfang des Kompositmaterials 35 im rechten Winkel hierzu aus, während er erlaubt, dass es in jede Ecke der Form hinausgezogen wird oder fließt, so dass keine ungewünschten hohen Zugspannungen in der Oberfläche des Mate rials entstehen können und dieses brechen lassen, sondern ein Teil hoher Qualität erhalten werden kann. Das Teil 72 hat angenähert die Endform und benötigt keinerlei unerwünscht großen Aufwand an spanender Be arbeitung, wie etwa Schneiden oder Schleifen. Seine angenäherte Endform macht es möglich, eine drastische Reduktion der Materialmenge als Über maß zur spanenden Bearbeitung, eine verbesserte Materialausbeute und hierdurch eine entsprechende Reduktion der Herstellung kosten zu realisie ren. Es ist ferner möglich, etwaige innere Defekte von dem Kompositmate rial 35 zu entfernen und ein Produkt hoher Qualität zu erhalten, das eine dichte Struktur besitzt, um hierdurch einen etwaigen komplizierten Inspek tionsschritt zu erübrigen und eine entsprechende Reduktion der Herstel lungskosten zu erzielen.

Dann wird der Stempel 61 angehoben, dann wird der Abstreifer 62 angeho ben und schließlich wird der Auswurfstößel 71 angehoben, um das Teil 72 von der Matrizenoberfläche 69 zu lösen, wonach das Teil 72 aus der Form 60 entnommen wird.

Das scheibenförmige Teil 72 wird verwendet, um ein Teil für eine Riemen scheibe herzustellen und besitzt einen Nabenansatzabschnitt 73 zum An bringen der Riemenscheibe an einer Welle sowie einen Scheibenabschnitt 74, der von dem Außenumfang des Nabenansatzabschnitts 73 radial nach außen vorsteht, wie in Fig. 9A gezeigt. Der Nabenansatzabschnitt 73 hat noch nicht seine Endform, sondern es werden eine Wellenbohrung 75 und eine Keilnut 76 durch den Nabenansatzabschnitt 73 hindurch geformt, wie in Fig. 9B gezeigt, wodurch man ein Riemenscheibenteil 77 erhält. Das Teil 77 wird zu einer Riemenscheiben-Montagestation überführt. Die Formung der Wellenbohrung 75 nicht während des Pressformvorgangs, sondern danach, ermöglicht die Verwendung einer einzelnen Pressform zur Her stellung verschiedener Arten von Teilen mit unterschiedlichen (Nenn)Durch messern, die in einen bestimmten Bereich fallen, und hierdurch ein He rabsetzen der Kosten bei der Herstellung der Pressformen.

Das Teil 77 wird verwendet, um eine Kurbeldämpfer-Riemenscheibe 80 herzustellen, wie in Fig. 10 gezeigt. Die Riemenscheibe 80 besitzt ein Dämpfelement 81, das am Rand 78 des scheibenförmigen Teils 77 ange bracht ist, sowie ein Nutelement 82, das um das Dämpfelement 81 herum aufgesetzt ist. Der Nabenansatzabschnitt 73 der Riemenscheibe 80 lässt sich leicht aus einem Kompositmaterial auf Aluminiumbasis bei geringen Kosten durch den inneren Stempelabschnitt 64 herstellen, wie in Fig. 8C gezeigt.

Obwohl der in den Fig. 8A bis 8D gezeigte Stempel 61 die Zweifach struktur aufweist, ist es alternativ möglich, einen Stempel mit drei oder noch mehr Abschnitten zu verwenden. Ferner können der Stempel 61, der Abstreifer 62 und die Matrize 63 bei Bedarf jeweils eine andere Arbeits fläche aufweisen als diejenige, die gezeigt wurde.

Es wird nun auf die Fig. 11 und 12 verwiesen, die eine Bremsscheibe zeigen, die aus Kompositmaterial auf Aluminiumbasis durch ein Verfahren nach einer dritten Ausführung dieser Erfindung hergestellt ist. Die Brems scheibe 110 besitzt einen im Wesentlichen zylindrischen Nabenabschnitt 111 und einen Gleitflansch oder Scheibenabschnitt 118, der hiervon radial nach außen absteht. Der Nabenabschnitt 111 besitzt eine Seitenwand 114 und eine Abdeckung 115, die an der Oberseite der Seitenwand 114 als integraler Teil davon ausgebildet ist. Die Abdeckung 115 besitzt eine Mittelöffnung 116 und eine Mehrzahl von Bolzenlöchern 117a und eine Mehrzahl von Schraubbolzenlöchern 117b um die Öffnung 116 herum. Jedes Bolzenloch 117a dient zur Aufnahme eines nicht gezeigten Bolzens zum Befestigen der Bremsscheibe 110 an einer nicht gezeigten Antriebs welle, während jedes Schraubbolzenloch 117b zum Einsetzen eines nicht gezeigten Schraubbolzens zum Anbringen eines nicht gezeigten Rads an der Bremsscheibe 110 dient. Der Scheibenabschnitt 118 wird zwischen zwei nicht gezeigten Bremsbelägen ergriffen und muss daher eine hohe Festigkeit und Abnutzungsbeständigkeit aufweisen.

Der Nabenabschnitt 11 hat eine Sandwich-Struktur, gebildet aus einem Kompositmaterial auf Aluminiumbasis 112, das zwischen zwei Alumini umlegierungslagen 113 aufgenommen ist, wie in Fig. 12 gezeigt. Die Aluminiumlegierungslagen 113 erzeugen keinerlei Problem, da der Naben abschnitt 111 an einer Antriebswelle durch Bolzen und an einem Rad durch Schraubbolzen angebracht ist, wie oben angegeben. Andererseits weist der Scheibenabschnitt 118 keinerlei Aluminiumlegierungslage 113 auf, sondern an beiden Seiten liegt das Kompositmaterial 112 frei, da beide Seiten eine hohe Festigkeit und Abnutzungsbeständigkeit haben müssen, um deren Kontakt mit den Bremsbelägen zu widerstehen. Das Kompositmaterial 112 kann Keramikpartikel, wie etwa SiC, in einer Aluminiumlegierungsmatrix enthalten, obwohl es auch irgendein anderes Verstärkungsmaterial enthal ten kann. Die Bremsscheibe 110 ist, dank der als Metallmatrix verwendeten Aluminiumlegierung, leichtgewichtig und hat, dank der Keramikpartikel, die sie enthalten kann, eine hohe Festigkeit. Dies kann daher zu einer Reduk tion des Fahrzeuggewichts beitragen.

Es folgt nun eine Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung einer Bremsscheibe der oben beschriebenen Art. Das zuvor anhand der Fig. 2A bis 2D beschriebene Verfahren wird verwendet, um einen Barren aus Kompositmaterial auf Aluminiumbasis herzustellen und ihn in eine Form zu bringen, die zum Extrusionsformen geeignet ist. Das Kompositmaterial auf Aluminiumbasis ist, dank seiner guten Gießbarkeit und plastischen Verform barkeit, wie oben erwähnt, zur Extrusionsformung geeignet.

Die Fig. 13A bis 13C zeigen ein Verfahren zur Herstellung einer Sand wich-Struktur, in der ein Kompositmaterial auf Aluminiumbasis zwischen zwei Aluminiumlegierungslagen aufgenommen ist, wie in Fig. 12 gezeigt.

Fig. 13A zeigt eine Extrusionspresse 140 mit einem Behälter 141, dessen eines Ende durch eine Matrize 143 verschlossen ist. Zuerst wird ein Barren 142 aus Aluminiumlegierung in dem Behälter 141 in enger Nachbarschaft zu der Matrize 143 angeordnet, und ein Barren 135 aus Kompositmaterial auf Aluminiumbasis, der durch das in den Fig. 2A bis 2D gezeigte Verfahren hergestellt ist, wird hinter dem Barren 142 angeordnet. Der Barren 142 besteht bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung mit hoher Korrosionsbeständigkeit, wie etwa A3000 oder A5000 gemäß dem Japa nischen Industrie-Standard. Dann wird ein Stößel 144 in der mit dem Pfeil in Fig. 13B gezeigten Richtung angetrieben, um das Kompositmaterial 135 unter Druck zu setzen und hierdurch die Aluminiumlegierung 142 aus einem Schlitz in der Matrize 143 zu pressen, um daraus eine dicke Schicht 145 zu formen. Das Kompositmaterial 135 beginnt in die Aluminiumlegie rung 142 hineinzufließen. Da das Kompositmaterial 135 weiter von dem Stößel 144 unter Druck gesetzt wird, wird es durch die Matrize 143 her ausgepresst, um in der Schicht 145 aus der Aluminiumlegierung 142 eine Schicht 146 zu bilden, während die Schicht 145 in eine die Schicht 146 abdeckende dünne Schicht 147 umgewandelt wird, wodurch eine Schicht aus plattiertem Material 148 gebildet wird, wie in Fig. 13C gezeigt.

Die dünne Schicht 147 aus der Aluminiumlegierung wird so geformt, dass sie eine Dicke t über 0,2 mm hat, da sich eine Schicht mit einer Dicke t von 0,2 mm oder weniger von der Schicht 146 des Kompositmaterials sehr leicht abschält. Es kann eine hohe Extrusionsgeschwindigkeit mit niedriger Extrusionskraft erreicht werden, da die Schicht 147 aus der Aluminiumle gierung die Matrize 143 kontaktiert und eine derart gut bearbeitbar ist, dass kein unerwünschter Reibwiderstand zur Schicht 146 des Kompositma terials entstehen kann. Ferner hat die Aluminiumlegierungsschicht 147 eine so geringe Härte, dass die Matrize 143 nicht leicht abnutzt, sondern eine lange Lebensdauer erreichen kann.

Das plattierte Material 148 lässt sich durch Extrusion leicht formen, da das Kompositmaterial 135 dank einer starken Bindung durch chemischen Kon takt zwischen seiner Aluminiumlegierung und dem Verstärkungsmaterial gut bearbeitbar ist. Die Schicht 146 des Kompositmaterials lässt sich, dank der guten Bearbeitbarkeit der Aluminiumlegierungsschicht 147, die den die Matrize 143 kontaktierenden Oberflächenabschnitt bildet, noch leichter formen.

Die Verformung des Kompositmaterials 135 mit hohem Reduktionsverhält nis ermöglicht es, etwaige innere Defekte hieraus zu entfernen und ein extrudiertes Produkt hoher Qualität mit dichter Struktur zu erhalten. Das Reduktionsverhältnis R kann durch die Gleichung R = S0/S1 berechnet werden, wobei S0 die Querschnittsfläche des zu extrudierenden Komposit materials 135 ist und S1 diejenige des bereits extrudierten plattierten Materials 148.

Fig. 14 zeigt die Zug- und Umformfestigkeit (σ_B und σ_0,2) von wie oben beschrieben hergestellten plattierten Materialien in Bezug auf das angewen dete Reduktionsverhältnis (R). Das Symbol σ_2,0 steht für eine Umformfestig keit von 0,2%. Wie aus der Grafik ersichtlich, nimmt die Zugfestigkeit (σ_B) mit dem Reduktionsverhältnis (R) zu, solange R kleiner als 10 ist. Daher ist es möglich, eine höhere Zugfestigkeit zu erhalten, indem man ein höheres Reduktionsverhältnis in diesem Bereich verwendet. Es ist ferner möglich, eine höhere Umformfestigkeit zu erhalten. Wenn jedoch R gleich 10 oder höher ist, zeigt die Zugfestigkeit keinerlei akzeptable Zunahme mit dem Reduktionsverhältnis, sondern bleibt nahezu gleich. Auch die Umformfestig keit bleibt nahezu gleich. Ein hohes Reduktionsverhältnis ist für die Produk tivität erwünscht. Jedoch erfordert ein Reduktionsverhältnis von über 100 eine starke Extrusionskraft, die nur mit leistungsstarken neuen Geräten erzeugt werden kann. Daher kann das Reduktionsverhältnis für das Kom positmaterial auf Aluminiumbasis von 10, im Hinblick auf seine mechani schen Eigenschaften, bis 100, im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit des zur Verfügung stehenden Extruders, reichen.

Das Plattierungsmaterial 148 wird in eine nicht gezeigte Presse gesetzt, und hieraus wird mit einem Stempel und einer Matrize, wie in Fig. 15 gezeigt, eine scheibenförmige Sandwich-Struktur 150 ausgeschnitten. Die Sandwich-Struktur 150 besitzt eine Scheibe 151 aus Kompositmaterial auf Aluminiumbasis, das zwischen zwei Scheiben 152 aus Aluminiumlegierung aufgenommen ist.

Es wird nun auf die Fig. 16A bis 16F verwiesen, die ein Verfahren zur Pressformung der Sandwichstruktur 150 in eine gewünschte Form zeigen. Die Sandwichstruktur 150 wird zwischen einer oberen Stempelanordnung 156 und einer unteren Matrizenanordnung 157 in einer Presse 155 an geordnet, wie in Fig. 16A gezeigt, nachdem die obere Stempelanordnung 156 bis zu ihrem oberen Totpunkt angehoben wurde, und dann wird die obere Stempelanordnung 156 abgesenkt, wie mit den Pfeilen (1) gezeigt. Die obere Stempelanordnung 156 umfasst einen Stempel 158 zum Halten der Sandwich-Struktur 150 in Position, um ein Verlagern und Auffalten derselben zu verhindern. Der Randabschnitt 150a der Sandwich-Struktur 150 wird durch den Stempel 158 gegen eine feste Matrize 159 der unteren Matrizenanordnung 157 gehalten, wie in Fig. 16B gezeigt. Die obere Stem pelanordnung 156 umfasst auch einen Mittelstempel 160 und einen Außen stempel 161, die abgesenkt werden, wie mit den Pfeilen (2) gezeigt.

Die Mittel- und Außenstempel 160 und 161 werden weiter abgesenkt, wie mit den Pfeilen (2) in Fig. 16C gezeigt, während eine bewegliche Matrize 162 in der unteren Matrizenanordnung 157 abgesenkt wird, wie mit Pfeil (3) gezeigt, so dass der Mittelabschnitt 150b der Sandwich-Struktur 150 durch die Stempel 160 und 161 nach unten gepresst wird. Das Absenken der beweglichen Matrize 162 wird beim Erreichen einer bestimmten Posi tion P1 gestoppt, wie in Fig. 16D gezeigt, so dass in dem Mittelabschnitt 150b der Sandwich-Struktur 150 eine Vertiefung ausgebildet werden kann. Dann werden die Stempel 158, 160 und 161 angehoben, wie mit den Pfeilen (4) gezeigt, während die Matrize 162 angehoben wird, wie mit Pfeil (5) gezeigt, um das pressgeformte Produkt der Sandwich-Struktur 150 aus der festen Matrize 159 anzuheben.

Das pressgeformte Produkt 154 besitzt einen Nabenabschnitt 11l (siehe Fig. 11 und 12), der durch seine Mittelvertiefung gebildet ist, wie in Fig. 16E gezeigt. Die Aluminiumlegierungsschichten 152, die beide Seiten des Kompositmaterials 151 abdecken, wie in Fig. 15 gezeigt, reduzieren einen etwaigen Reibwiderstand, um etwaige Spannungen zu reduzieren, die an dem Kompositmaterial 151 auftreten und dieses brechen lassen. Die Aluminiumlegierungsschichten 152 befinden sich nun als Aluminiumlegie rungsschichten 153 auf dem Produkt 154.

Der Randabschnitt 150a des Produkts 154 ist durch die Presse nicht be arbeitet worden. Die Aluminiumlegierungslagen 153 werden von dem Randabschnitt 150a durch einen in Fig. 16F gezeigten Meißel 163 entfernt, wonach das Produkt einen Scheiben(oder Gleit-)abschnitt 118 aufweist, der dazu ausgelegt ist, nicht gezeigten Bremsbelägen gegenüberzuliegen. Dann werden in den Scheibenabschnitt 118 des Produkts Bolzen- und Schraubbolzenlöcher geformt, um eine Bremsscheibe aus einem Metall matrixkompositmaterial vorzusehen, wie in Fig. 1 l bei 110 gezeigt. Diese Bremsscheibe ist weniger teuer als jedes durch Gießen hergestellte Pro dukt. Der Scheibenabschnitt 118, der durch Freilegen des Kompositmateri als 151 hergestellt ist, hat eine sehr hohe Festigkeit.

Obwohl die Sandwich-Struktur 150 als scheibenförmig gezeigt und be schrieben wurde, ist es alternativ möglich, eine rechteckige Sandwich- Struktur für die Pressformung zu verwenden und den Scheibenabschnitt aus dessen pressgeformtem Produkt zu einer Kreisform auszuschneiden.

Ein Teil wird aus einem Kompositmaterial hergestellt, das eine Alumini umlegierung als Metallmatrix enthält. Aus einem Barren des Kompositmate rials (35) werden Rohlinge (42) hergestellt und in einer Presse bearbeitet, während sie bei einer Temperatur gehalten werden, die von der Solidus- Temperatur, Ta, der Aluminiumlegierung minus 50 (Ta -50) °C bis Ta °C reicht. Bei einer darunter liegenden Temperatur (Ta -50) haben die Roh linge einen zu hohen Widerstand gegenüber plastischer Verformung zur leichten Bearbeitung. Bei einer Temperatur über Ta entsteht eine flüssige Phase und lässt die Rohlinge während der plastischen Verformung leicht brechen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Teils aus Kompositmaterial auf Aluminiumbasis, das die Schritte umfasst:
Bereitstellen bzw. Herstellen eines Kompositmaterials auf Aluminiumbasis (35), das eine Aluminiumlegierung enthält und einen geeigneten Durchmesser aufweist;
Schneiden des Materials in eine Mehrzahl von Rohlingen (42), die jeweils eine geeignete Dicke aufweisen;
Erhitzen der Rohlinge auf eine geeignete Temperatur im Be reich von der Solidus-Temperatur, Ta, der Aluminiumlegierung minus 50 (Ta -50) °C bis Ta °C; und
Pressformen jedes Rohlings, während er auf der geeigneten Temperatur gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Kompositmaterial (35) herge stellt wird durch Reduzieren eines aus Metalloxid zusammengesetz ten porösen Verstärkungsmaterials (21) in der Gegenwart von Mag nesiumnitrid, um an zumindest einem Teil des Verstärkungsmaterials ein Metall freizulegen, und Imprägnieren des Verstärkungsmaterials mit einer geschmolzenen Aluminiumlegierung (31).

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Rohlinge durch einen in einer Matrize eingebetteten Heizer (56) erhitzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin die geeignete Temperatur von (Ta -20) bis Ta reicht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, worin die geeignete Temperatur von (Ta -40) bis (Ta -33) reicht.

6. Verfahren zur Herstellung eines Teils aus einem Metallmatrixkom positmaterial, das die Schritte umfasst:
Bereitstellen einer Matrize (63) und eines Zweifachstempels, der einen massiven zylindrischen inneren Stempelabschnitt (64) und einen den inneren Stempelabschnitt umgebenden hohlen, zylindri schen äußeren Stempelabschnitt (65) aufweist;
Setzen eines Rohlings (42) aus Kompositmaterial auf Metall basis auf die Matrize;
Absenken des inneren Stempelabschnitts zum Pressen gegen den Mittelabschnitt des Rohlings und Halten desselben dagegen, um dem Mittelabschnitt des Rohlings eine angenäherte Endform zu geben; und
Absenken des äußeren Stempelabschnitts zum Pressen gegen den restlichen Abschnitt des Rohlings, um ihm eine angenäherte Endform zu geben.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin das Kompositmaterial ein Kom positmaterial auf Aluminiumbasis (35) ist, hergestellt durch Reduzie ren eines aus Metalloxid zusammengesetzten porösen Verstärkungs materials (21) in der Gegenwart von Magnesiumnitrid, um an zumin dest einem Teil des Verstärkungsmaterials ein Metall freizulegen und das Verstärkungsmaterial mit geschmolzener Aluminiumlegierung (31) zu imprägnieren.

8. Verfahren nach Anspruch 6, worin die durch den inneren Stempel abschnitt (64) erhaltene angenäherte Endform diejenige eines Naben ansatzabschnitts (73) einer Kurbeldämpfer-Riemenscheibe (80) ist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Teils aus Metallmatrixkompositmate rial, das die Schritte umfasst:
Formen einer Schicht aus Aluminiumlegierung, die die ge samte Oberfläche einer Schicht eines Metallmatrixkompositmaterials (151) abdeckt, zur Herstellung einer Sandwich-Struktur (150), die an beiden Seiten des Kompositmaterials eine Aluminiumlegierungslage (152) aufweist;
Pressen des Mittelabschnitts der Sandwich-Struktur, um darin eine Vertiefung (15b) auszubilden; und
Entfernen der Aluminiumlegierungslage von dem die Vertiefung umgebenden restlichen Abschnitt (153) der Struktur.

10. Verfahren nach Anspruch 9, worin das Kompositmaterial durch Einbauen von Keramikpartikeln in eine Aluminiumlegierung herge stellt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, worin das Teil eine Bremsscheibe (110) ist.