DE102004002966A1

DE102004002966A1 - Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus mittels Innenhochdruckumformung geformten Metallprofilteilen

Info

Publication number: DE102004002966A1
Application number: DE102004002966A
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Ing. Brodt (FH); Michael Dipl.-Ing. Brodt (FH)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2005-08-11

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Metallprofilteile (5, 7) aufweisenden Hohlkörpers (13) vorgeschlagen, wobei die Metallprofilteile (5, 7) mittels Innenhochdruckumformung in ihre Endform gebracht sind. In einem ersten Schritt wird ein einen Hohlraum (3) aufweisendes Halbzeug (1) in einem Umformwerkzeug durch Einleiten eines unter Hochdruck stehenden Mediums in den Hohlraum (3) des Halbzeugs (1) in Anlage mit einer die Endform des Metallprofilteile (5, 7) vorgebenden Formgebungskontur des Umformwerkzeugs unter Ausbildung der mindestens zwei Metallprofilteile (5, 7) gebracht. In einem zweiten Schritt wird das umgeformte Halbzeug (1) zum Zwecke der Trennung der Metallprofilteile (5, 7) voneinander beschnitten. In einem dritten Schritt werden die Metallprofilteile (5, 7) zum Hohlkörper (13) zusammengefügt und fest miteinander verbunden. Alternativ ist vorgesehen, dass der Hohlkörper (13) aus Metallprofilteilen (5, 7) zusammengesetzt wird, die aus verschiedenen Halbzeugen herausgetrennt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus mittels Innenhochdruckumformung geformten Metallprofilteilen, gemäß Anspruch 1, und ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers, gemäß Anspruch 2.

Aus der DE 195 35 870 C2 gehen Verfahren der hier angesprochenen Art hervor. Dabei werden gemäß einer ersten Ausführungsvariante Halbzeuge in Form von Hohlprofilen, wie beispielsweise Rohrabschnitten, verwendet, die in ein Formwerkzeug eingelegt und deren Innenraum mit einem hydraulischen Druckmedium beaufschlagt wird, so dass das Hohlprofil von seinem Innenraum her aufgeweitet und in Anlage mit einer die Endform vorgebenden Formgebungskontur des Umformwerkzeugs gebracht wird. Des Weiteren ist zur Herstellung scheibenförmiger Hohlstrukturen im Fahrzeugbau ein Herstellungsverfahren angegeben, bei dem zwei gedoppelte Blechzuschnitte randseitig verschweißt und anschließend als Halbzeug zwischen eine Unter- und eine Oberform eines geteilten Umformwerkzeugs eingelegt werden. Die Verschweißung bildet dabei einen dichtenden Abschluss entlang des Randes der gedoppelten Blechzuschnitte, wodurch zwischen diese ein unter Hochdruck stehendes Druckmedium eingeleitet werden kann, welches die Blechzuschnitte unter Ausbildung ihrer Endform an die Formgebungskontur des Umformwerkzeugs anlegt. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere dann, wenn einer der Blechzuschnitte einen größeren Umformungsgrad aufweist als der andere, Form- und Maßungenauigkeiten des so hergestellten Hohlkörpers auftreten, welche aufwendige Nacharbeiten zum Richten und Kalibrieren des Hohlkörpers erfordern. Ferner können sich durch die feste Verbindung zwischen den Blechzuschnitten beim Ausformen des Hohlkörpers Spannungen ausbilden, die zu einer Beeinträchtigung der Strukturstabilität des Hohlkörpers führen.

Um die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden, ist in der DE 195 35 870 C2 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die beiden Blechzuschnitte nicht miteinander verschweißt, sondern lediglich aufeinander gelegt und mittels eines entsprechenden Spann-/Umformwerkzeugs an ihren Rändern dichtend zusammengehalten werden, so dass eine Umformung der Blechzuschnitte durch Einleitung eines Druckmediums in einen Hohlraum zwischen den Blechzuschnitten möglich ist. Durch die fehlende Schweißverbindung zwischen den beiden Blechzuschnitten wird beim Umformen ein kontrollierter Werkstofffluss im Flanschbereich der gedoppelten Blechzuschnitte zugelassen. Ferner ist eine Relativbewegung der beiden Blechzuschnitte zueinander möglich, so dass störende Spannungen innerhalb des Hohlkörpers vermieden werden. Die so in ihre Endform gebrachten Blechzuschnitte werden in einem nachfolgenden Schritt in ihrem Flanschbereich miteinander verschweißt, wobei erst jetzt die Endform des schalenförmigen Hohlkörpers festgelegt wird. Die Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens erfordert den Einsatz eines speziellen Spann-/Umformwerkzeugs, dessen Anschaffung mit hohen Kosten verbunden ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Alternative zu dem bekannten Verfahren anzugeben.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Dieses eignet sich in besonders vorteilhafter Weise zur Herstellung von schalenförmigen Hohlkörpern, wie sie beispielsweise im Fahrzeugbau eingesetzt werden, zum Beispiel Querträger des Karosserierohbaus. Das Verfahren sieht vor, dass während eines Arbeitszyklus des Umformwerkzeugs sämtliche Metallprofilteile des Hohlkörpers gleichzeitig hergestellt werden. Hierzu können auf Grund der dichten Umfangsfläche des einen Hohlraum aufweisenden Halbzeugs bestehende Innenhochdruck-Umformwerkzeuge eingesetzt werden, so dass keine Anschaffungskosten für ein neues Umformwerkzeug anfallen. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht weiterhin vor, dass nachdem die Metallprofilteile mittels Innenhochdruckumformen in ihre Endform gebracht sind, diese durch Beschneiden des Halbzeugs voneinander getrennt werden, wodurch sich gegebenenfalls vorhandene, durch das Umformen des Halbzeugs gebildete Spannungen, insbesondere in den Randbereichen der Metallprofilteile, abbauen können. In einem dritten Schritt werden nun die voneinander separierten Metallprofilteile in gewünschter Weise zueinander ausgerichtet und zum Hohlkörper zusammengefügt, beispielsweise durch verschweißen, insbesondere Punktschweißung.

Das Beschneiden des umgeformten Halbzeugs zum Zwecke der Trennung der Metallprofilteile voneinander erfolgt gemäß einer ersten Ausführungsvariante im Innenhochdruckumformwerkzeug mittels Schneidschieber und/oder mittels mindestens einer in die Formgebungskontur des Umformwerkzeugs integrierten Schneidnut. Alternativ oder zusätzlich kann das Beschneiden/Trennen der Metallprofilteile voneinander mittels Laser erfolgen.

Zur Lösung der Aufgabe wird ferner ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 2 vorgeschlagen, das sich von dem Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch unterscheidet, dass in einem Arbeitszyklus des Umformwerkzeugs mindestens zwei gleiche, das heißt identische Metallprofilteile am umgeformten Halbzeug ausgebildet werden, wobei in einem nachfolgenden Schritt das umgeformte Halbzeug zum Zwecke der Trennung der Metallprofilteile voneinander beschnitten wird, und wobei in einem dritten Schritt wenigstens eines der so hergestellten Metallprofilteile mit mindestens einem anderen, in einem separaten Umformvorgang gefertigten Metallprofilteil zum Hohlkörper zusammengefügt werden. Das Verfahren weist den Vorteil auf, dass die zur Herstellung eines Hohlkörpers verwendeten Metallprofilteile aus unterschiedlichen Werkstoffen beziehungsweise aus dem gleich Werkstoff jedoch mit unterschiedlicher Güte bestehen und darüber hinaus unterschiedliche Materialdicken aufweisen können.

In bevorzugter Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Hohlkörper eine Halbschalenkonstruktion aufweist, das heißt, dass er aus zwei halbschalenförmigen Metallprofilteilen zusammengesetzt ist.

Den vorstehend beschriebenen Verfahrensvarianten ist gemeinsam, dass vor dem Zusammenfügen der Metallprofilteile zum Hohlkörper Verstärkungen an den Metallprofilteilen angebracht werden können, wie sie auch bei konventionell umgeformten Bauteilen zum Teil vorgesehen sind. Die erfindungsgemäßen Verfahren eignen sich insbesondere auch zur Umformung von festen und hochfesten Werkstoffen, wobei auch hier hohe, gleichmäßige Umformgrade des verwendeten Werkstoffs erreicht werden.

Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform des Verfahrens, bei dem das Halbzeug passend zur Formgebungskontur des Umformwerkzeugs vorgeformt ist. In diesem Zusammenhang wird unter "passend" verstanden, dass das Halbzeug zumindest in Bereichen bereits eine der Endform der Metallprofilteile ähnliche beziehungsweise nahekommende Außenkontur aufweist, wodurch der Umformungsgrad beim Innenhochdruckumformen relativ gering ist, was wiederum dazu führt, dass auch die durch das Innenhochdruckumformen entstehenden Spannungen im Halbzeug beziehungsweise den daran ausgebildeten Metallprofilteilen entsprechend klein sind.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Verfahren ergeben sich aus Kombinationen der in der Beschreibung und den Unteransprüchen genannten Merkmale.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1A einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Halbzeugs zur Herstellung eines schalenförmigen Hohlkörpers nach dem Innenhochdruckumformen;

1B das Halbzeug gemäß 1A nach einem Trenn- und Beschneidvorgang, wodurch zwei unterschiedliche Metallprofilteile gebildet sind;

1C ein aus den Metallprofilteilen gemäß 1B zusammengesetzter Hohlkörper;

2A einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Halbzeugs nach dem Innenhochdruckumformen;

2B das Halbzeug gemäß 2A mit daraus herausgeschnittenen Metallprofilteilen;

3A ein Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel des Halbzeugs nach dem Innenhochdruckumformen und

3B zwei aus dem Halbzeug gemäß 3A herausgeschnittene Metallprofilteile.

1A zeigt ein Querschnitt durch ein aus Metall, insbesondere Blech bestehendem Halbzeug 1, das in einem vorhergehenden Arbeitsschritt mit Hilfe eines Werkzeugs zur Innenhochdruckumformung umgeformt wurde. Das Halbzeug 1 weist einen Hohlraum 3 auf, in den während des Umformvorgangs ein unter Hochdruck stehendes flüssiges oder gasförmiges Medium eingeleitet wird, wodurch das Halbzeug 1 vom Hohlraum 3 her aufgeweitet und mit seiner Außenfläche in Anlage mit einer die Endform vorgebenden Formgebungskontur des Umformwerkzeugs gebracht wird. Das Halbzeug 1 kann beispielsweise von einem nahtlosen oder geschweißten Rohr oder alternativ von aufeinander gelegten und in ihren Randbereichen miteinander verschweißten Blechhalbschalen gebildet sein. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Halbzeug 1 eine konstante Materialdicke auf.
Aus dem Halbzeug 1 gemäß 1A werden in einem nachfolgenden Beschneide- und Trennvorgang Metallprofilteile 5 und 7 herausgetrennt, die halbschalenförmig ausgebildet sind, wobei die Formen der Halbschalen bei diesem Ausführungsbeispiel unterschiedlich sind. Die Metallprofilteile 5 und 7 weisen in ihren Längsrandbereichen jeweils einen Flansch 9 beziehungsweise 11 auf, an denen die Metallprofilteile 5 und 7 in einem nachfolgenden Arbeitsschritt fest miteinander verbunden werden, beispielsweise durch verschweißen.
1C zeigt ein Ausführungsbeispiel eines fertiggestellten Hohlkörpers 13, der aus den Metallprofilteilen 5 und 7 zusammengesetzt ist. Bei dem Hohlkörper 13 kann es sich beispielsweise um einen Querträger oder Längsträger einer Fahrzeugkarosserie handeln. Die Metallprofilteile 5 und 7 sind hierzu an ihren Flanschen 9 und 11 aneinander gelegt und in gewünschter Weise zueinander ausgerichtet sowie im Bereich der Flansche 9 und 11 fest miteinander verbunden.
Bei dem anhand der 1A bis 1C beschriebenen Verfahren zur Herstellung des profilierten Hohlkörpers 13 wird also aus einem rohrförmigen Halbzeug (Rohling) in einem einstufigen oder mehrstufigen Umformvorgang mittels Einleitung eines unter Hochdruck stehenden Mediums in den Hohlraum 3 des Halbzeugs 1 alle schalenförmigen Profilteile, aus denen der Hohlkörper 13 später zusammengesetzt wird, hergestellt. Beim Separieren der so ausgebildeten Metallprofilteile 5 und 7 durch heraustrennen aus dem umgeformten Halbzeug 1 fällt hier ein geringer Verschnitt an, nämlich die in 1A erkennbaren, die Metallprofilteile 5 und 7 in deren Flanschbereichen miteinander verbindenden Streifen 15 und 17.
2A zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des bereits mittels Innenhochdruckumformung fertig umgeformten Halbzeugs 1. Es ist ersichtlich, dass das Halbzeug 1 spiegelsymmetrisch zu einer gedachten, senkrecht zur Bildebene der 2A verlaufenden Ebene E1 ausgebildet ist. Aus dem in 2A dargestellten Halbzeug 1 werden in einem nachfolgenden Beschneide- und Trennvorgang zwei identische, in 2B dargestellte Metallprofilteile 7 herausgeschnitten. Diese sind in Größe und Form identisch ausgebildet wie das in den 1B und 1C dargestellte Metallprofilteil 7.
3A zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiels des Halbzeugs 1 nach dem Innenhochdruckumformen. Es ist ersichtlich, dass das Halbzeug 1 spiegelsymmetrisch zu einer senkrecht zur Bildebene der 3A verlaufenden Ebene E2 ausgebildet ist.
Durch einen Beschneide- und Trennvorgang wird aus dem in 3A dargestellten Halbzeug 1 die in 3B dargestellten Metallprofilteile 5 herausgeschnitten, die in Größe und Kontur dem in den 1B und 1C dargestellten Metallprofilteil 5 entsprechen.
Jeweils eines der in den 2B und 3B dargestellten Metallprofilteile 5 und 7, die mit Hilfe von Umformwerkzeugen mit jeweils unterschiedlicher Formgebungskontur hergestellt sind, werden so zu einem Hohlkörper 13 zusammengefügt, wie er in 1C dargestellt ist.
Das anhand der 2A bis 3B beschriebene Verfahren zur Herstellung des Hohlkörpers 13 weist den Vorteil auf, dass durch eine entsprechende Auswahl beziehungsweise Ausgestaltung des jeweiligen Halbzeugs zur Herstellung der Metallprofilteile 5 und 7 unterschiedliche Materialien und Materialdicken am Hohlkörper 13 vorgesehen werden können.
Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass mittels der erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren Hohlkörper/Hohlkörperprofile in wirtschaftlicher Weise herstellbar sind, ohne dass es dazu spezieller Umformwerkzeuge zur Innenhochdruckumformung bedarf. Ferner können durch die Halbschalenbauweise der Metallprofilteile beim Zusammenfügen derselben zum Hohlkörper Herstellungstoleranzen ausgeglichen werden. Besonders vorteilhaft ist, dass zum festen Verbinden der Metallprofilteile 5 und 7 miteinander das Wiederstandspunktschweißen praktisch uneingeschränkt möglich. Weiterhin sind hohe, gleichmäßige Umformungsgrade des/der für die Halbzeuge verwendeten Werkstoffs/Werkstoffe realisierbar. Die mittels Innenhochdruckumformung hergestellten Metallprofilteile können über ihre Länge einen konstanten oder veränderlichen Querschnitt aufweisen.
Grundsätzlich ist es möglich, dass aus einem Halbzeug in einem Innenhochdruckumformvorgang mehr als zwei Metallprofilteile hergestellt werden und dass darüber hinaus der sich aus Metallprofilteilen zusammensetzende Hohlkörper auch aus mehr als zwei Metallprofilteilen, wie sie oben beschrieben sind, bestehen kann.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers (13) aus mittels Innenhochdruckumformung geformten Metallprofilteilen (5, 7), wobei in einem ersten Schritt ein einen Hohlraum (3) aufweisendes Halbzeug (1) in einem Umformwerkzeug durch Einleiten eines unter Hochdruck stehenden Mediums in den Hohlraum (3) des Halbzeugs (1) in Anlage mit einer die Endform der Metallprofilteile (5, 7) vorgebenden Formgebungskontur des Umformwerkzeugs unter Ausbildung der mindestens zwei Metallprofilteile (5, 7) gebracht wird, wobei in einem zweiten Schritt das umgeformte Halbzeug (1) zum Zwecke der Trennung der Metallprofilteile (5, 7) voneinander beschnitten wird, und wobei in einem dritten Schritt die Metallprofilteile (5, 7) zum Hohlkörper (13) zusammengefügt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers (13) aus mittels Innenhochdruckumformung geformten Metallprofilteilen (5, 7), wobei in einem ersten Schritt ein einen Hohlraum (3) aufweisendes Halbzeug (1) in einem Umformwerkzeug durch Einleiten eines unter Hochdruck stehenden Mediums in den Hohlraum (3) des Halbzeugs (1) in Anlage mit einer die Endform der Metallprofilteile (5, 7) vorgebenden Formgebungskontur des Umformwerkzeugs unter Ausbildung von mindestens zwei gleichen Metallprofilteilen (5, 7) gebracht wird, wobei in einem zweiten Schritt das umgeformte Halbzeug (1) zum Zwecke der Trennung der Metallprofilteile (5, 7) voneinander beschnitten wird, und wobei in einem dritten Schritt wenigstens eines der so hergestellten Metallprofilteile (5, 7) mit mindestens einem anderen, in einem separaten Umfo rmvorgang gefertigten Metallprofilteil (5, 7) zum Hohlkörper (13) zusammengefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (1) ein geschweißtes oder nahtloses Rohr ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (1) aus mindestens einer Blechplatine hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (1) passend zur Formgebungskontur des Umformwerkzeugs vorgeformt ist.