DE102004032238A1

DE102004032238A1 - Herstellung eines maßgetreuen Metallschaum-Sandwichformteiles

Info

Publication number: DE102004032238A1
Application number: DE200410032238
Authority: DE
Inventors: Ansgar Gusinde; Karl Hirmer; Ulrich Schmid; Reinhard Dr. Mehn
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-07-03
Filing date: 2004-07-03
Publication date: 2006-01-19

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines maßgetreuen Metallschaum-Sandwichformteiles, welches aus einer oberen und einer unteren, randseitig miteinander verbundenen metallischen Deckschicht und einem dazwischenliegenden Metallschaumkern besteht, werden die metallischen Deckschichten in einem beheizbaren Formwerkzeug gleichzeitig mit dem mit der Beheizung einsetzenden Schäumvorgang des Kernmaterials unter dessen Innendruckwirkung endverformt. Eine hochgradige Maßhaltigkeit des Endproduktes wird dadurch erreicht, dass zu Beginn des Schäumvorganges das Formwerkzeug auf ein geringes Übermaß eingestellt und zum Ende des Schäumvorganges die Beheizung abgebrochen und das Formwerkzeug unter plastischer Verformung des Metallschaum-Sandwichformteiles auf Endmaß zusammengefahren wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines maßgetreuen Metallschaum-Sandwichformteiles, bestehend aus einer oberen und einer unteren, randseitig miteinander verbundenen metallischen Deckschicht und einem dazwischenliegenden Metallschaumkern, bei welchem die metallischen Deckschichten in einem beheizbaren Formwerkzeug gleichzeitig durch den mit der Beheizung einsetzenden Schäumvorgang des aus einem Treibmittel-/Metallgemisch bestehenden Kernmaterials unter dessen Innendruckwirkung endverformt werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung und eine Anwendung des Verfahrens.

Ein Verfahren der obengenannten Art ist beispielsweise aus der DE 197 53 658 C2 bekannt. Bei diesem Verfahren, bei dem der Umformdruck von innen durch den Schäumvorgang erzeugt wird, besteht das Problem, dass die so hergestellten Bauteile für einige Anwendungen nur in unzureichender Weise maßgetreu sind, da der Innendruck und der Temperaturverlauf in den Deckschichten und im Schaumkern nur schwer und nicht unabhängig voneinander auf die erforderlichen Werte einstellbar sind. Hinzukommt, dass derartige Bauteile vor allem im Kraftfahrzeugbau häufig eine aufwändige Nachbearbeitung benötigen, um die Randbereiche gegen Korrosion oder das Eindringen von Lack abzudichten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der obengenannten Art zu schaffen, mit dem die Herstellung maßhaltiger Metallschaum-Sandwichformteile gelingt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das Formwerkzeug zu Beginn des Schäumvorgangs auf ein Übermaß eingestellt und wird nach dem Ende des Schäumvorgangs mit beginnender Erstarrung des Schaumkerns nach dem Abschalten der Heizung, wenn sich das Kernmaterial und gegebenenfalls auch der Randbereich der Deckschichten noch in einem knetweichen Zustand befinden, auf das vorgesehene Endmaß zusammengefahren, wobei die Deckschichten in der letzten Phase des Umformprozesses vorteilhafterweise z. B. durch Pressverschweißung oder Falzen randseitig stoff- oder formschlüssig miteinander verbunden werden.

In besonders bevorzugter Weise erfolgt die Beheizung des Metallschaum-Sandwichbauteiles zur besseren lokalen und zeitlichen Steuerung des Heiz- und damit des Schäumvorgangs direkt mittels einer Strahlungsheizung durch wärmestrahlungsdurchlässige Wände oder Wandbereiche des Formwerkzeuges hindurch. Dabei lässt sich eine randseitige Pressverschweißung der Deckschichten mit einem mit Strahlungsheizung und wärmestrahlungsdurchlässigen Wänden oder Wandbereichen versehenen, seitlichen Niederhalter des Formwerkzeuges problemlos gestalten.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bevorzugt Aluminium-Sandwichformteile für Kraftfahrzeuge maßgetreu hergestellt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den 1a bis 1c schematisch dargestellten Verfahrensablaufs zum Formschäumen eines Aluminium-Sandwichformteiles beschrieben.
Bei dem Verfahren kommt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine doppelmatrizige Formpresse zur Anwendung, deren oberes und unteres Formwerk zeugteil 1 bzw. 2 aus einer wärmestrahlungsdurchlässigen Glaskeramik besteht, wie sie z.B. unter dem Markennamen „Ceran" bekannt ist, in welche Infrarotstrahler 3 bzw. 4 integriert sind. Letztere geben ihre Wärmestrahlung jeweils nach innen auf ein zwischen seitlichen Niederhaltern 5 bzw. 6 eingespanntes Werkstück 7 ab, welches bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Halbzeug eines Aluminium-Sandwichformteils ist, bestehend aus zwei ebenen Aluminium-Deckschichten 8 und 9 mit einer dazwischenliegenden, an sich bekannten Kernschicht 10 aus einem aufschäumbaren Aluminium-/Treibmittelgemisch.
Gemäß 1a werden die seitlichen Niederhalter 5 und 6 zu Beginn des Umformprozesses zur Fixierung des Werkstückes 7 mit einem vorgegebenen Druck zusammengefahren und die Infrarotstrahler 3 und 4 in Betrieb gesetzt. Die beiden Werkzeugteile 1 und 2 sind während der Aufheizphase auf ein Übermaß eingestellt. Sobald die Schäumtemperatur des Kernmaterials 10 erreicht wird, beginnt sich letzteres auszudehnen, wobei in dem Innenraum zwischen den Deckschichten 8 und 9 ein Innendruck von etwa 1 bis 2 bar entsteht. Dieser Druck reicht aus, um die bei der Schäumtemperatur des Kernmaterials erweichten Aluminium-Deckschichten 8 und 9 in Richtung der Formwände der Werkzeugteile 1 und 2 vorzuformen und so die auf Übermaß eingestellte Formkavität bereits weitgehend auszufüllen, was in 1b dargestellt ist. Sobald dieser Zustand erreicht ist, wird der Schäumvorgang durch das Abstellen der Heizungen 3 und 4 beendet, bevor es zu einem Kollabieren des Schaums kommt.
Bei beginnender Erstarrung des Kernmaterials 10 erfolgt noch im knetweichen Zustand ein Kalibrieren der Form durch Zusammenfahren der beiden Werkzeugteile 1 und 2 auf das vorgesehene Endmaß des Sandwichformteils, was in 1c dargestellt ist. Hierdurch erhöht sich der Innendruck zwischen den Deckschichten 8 und 9, so dass diese nun vollständig an die Formwände der Werkzeugteile 1 und 2 angedrückt werden und damit die endgültige Form erreichen.
Gleichzeitig mit dem Kalibrieren der Form werden auch die Niederhalterdrücke erhöht, so dass das erweichte Kernmaterial 10 randseitig zwischen den Deckschichten 8 und 9 verdrängt wird und diese an den Rändern dicht miteinander verklebt werden. Für eine besonders feste Randverbindung können die Niederhalter 5, 6 ebenfalls mit Strahlungsheizungen versehen sein, durch welche die Ränder der Deckschichten 8 und 9 unmittelbar vor dem endgültigen Verpressen kurzzeitig erhitzt und daraufhin pressverschweißt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines maßgetreuen Metallschaum-Sandwichformteiles, bestehend aus einer oberen und einer unteren, randseitig miteinander verbundenen metallischen Deckschicht und einem dazwischenliegenden Metallschaumkern, bei welchem die metallischen Deckschichten in einem beheizbaren Formwerkzeug gleichzeitig durch den mit der Beheizung einsetzenden Schäumvorgang des aus einem Treibmittel-/Metallgemisch bestehenden Kernmaterials unter dessen Innendruckwirkung endverformt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Schäumvorganges das Formwerkzeug auf ein Übermaß eingestellt und zum Ende des Schäumvorganges die Beheizung abgebrochen und das Formwerkzeug unter plastischer Verformung des Metallschaum-Sandwichformteiles auf Endmaß zusammengefahren wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichten zumindest randseitig bis zu deren Erweichung erwärmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichten gleichzeitig mit oder unmittelbar nach dem Schäumvorgang randseitig pressverschweißt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die randseitige Pressverschweißung mittels seitlicher Niederhalter des Formwerkzeuges erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizung des Metallschaum-Sandwichformteiles mittels einer Strahlungsheizung durch wärmestrahlungsdurchlässige Wände oder Wandbereiche des Formwerkzeuges hindurch erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schäumvorgang des Kernmaterials bei einer Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur und unterhalb der Schmelztemperatur der Deckschichten erfolgt.
Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auf die Herstellung eines Aluminium-Sandwichformteiles.
Formwerkzeug mit integrierter Heizung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Formwerkzeuges (1, 2) wärmestrahlungsdurchlässig ist und auf der dem zu formenden Werkstück (7) gegenüberliegenden Seite des wärmestrahlungsdurchlässigen Formwerkzeugteiles (1, 2) eine Strahlungsheizung (3, 4) angeordnet ist, deren Wärmestrahlung von dem Werkstück (7) absorbierbar ist.