DE102004043401A1

DE102004043401A1 - Verfahren zum Richten eines Strukturbauteils

Info

Publication number: DE102004043401A1
Application number: DE200410043401
Authority: DE
Inventors: Holger Sprecher; Andreas Martin
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2006-03-09

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Richten eines vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden Strukturbauteils, bei dem das Bauteil in einem Prägewerkzeug kalibriert wird, wobei das verwendete Prägewerkzeug entlang seiner Kontur gesehen, mindestens zwei Segmente (10, 11) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Richten eines vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden Strukturbauteils, bei dem das Bauteil in einem Prägewerkzeug kalibriert wird.
Aus dem Stand der Technik ist das Richten von Strukturbauteilen, insbesondere von Gussbauteilen bekannt. Dabei wird ein gegossenes Bauteil nachbearbeitet, um maßliche Abweichungen sowie Abweichungen in der Form nachträglich zu korrigieren, so dass vorgegebene Toleranzen eingehalten werden. Dieses Richten von Strukturbauteilen aus Guss kann mechanisch von Hand oder beispielsweise hydraulisch erfolgen. Bei einer bekannten Methode erfolgt das Richten in so genannten Klopfmodellen. Dabei wird das Bauteil in einem Negativmodell mit einem Hammer gerichtet und in einer Lehre auf Maßhaltigkeit kontrolliert. Hierbei handelt es sich jedoch um ein prozessunsicheres subjektives Verfahren, da das Ergebnis von der jeweils das Bauteil bearbeitenden Person abhängig ist.
Bei einem anderen bekannten Verfahren erfolgt das Richten durch Schmieden in einem Spindelpressenwerkzeug. Dabei werden die zu richtenden Teile zwischen Oberteil und Unterteil der Presse mit hoher Verformungsgeschwindigkeit in Endlage gepresst. Das Verfahren erfordert eine lange Werkzeugeinarbeitungszeit. Die Ergebnisse sind nicht immer reproduzierbar.
Nach einer anderen bekannten Methode werden die zu richtenden Werkstücke durch Überbiegen kalibriert. Dabei wird das zu richtende Teil an den Kanten durch gezieltes Überbiegen in seiner Originalkontur fixiert. Nachteilig ist bei diesem bekannten Verfahren, dass die Kanten geometrisch deformiert werden und nicht die Originalkontur abbilden.

Die DE 39 35 666 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung topfförmiger Formteile aus Blech durch Umformtechnik. Durch Spannungen und Toleranzen der Blechwanddicke im Walzmaterial sowie sich ändernde Zugkräfte aufgrund der Rückfederung ergibt sich ein Hohlkörper, der nicht ausreichend form- und passgenau ist. Zur Erzielung einer hohen Form- und Passgenauigkeit sind daher in der Regel nachfolgende Arbeitsschritte notwendig. Um dies zu vermeiden, wird vorgeschlagen, das in einer Umformzone in einen plastischen Zustand gebrachte Blechmaterial am Umfang stellenweise zu stauchen und die gestauchten Stellen durch Einbringen in einen Spalt zu kalibrieren oder die Umfangswand während oder nach ihrer Entstehung an mehreren Stellen entlang des Umfangs durch Prägen zu verformen. Ein derartiges Verfahren eignet sich jedoch nur für Werkstücke, die durch Umformprozesse aus Blechmaterial geformt werden, nicht aber für Gussbauteile.

Die DE 196 11 897 A1 beschreibt die Problematik beim Richten metallischer Werkstücke. Stanz- und Biegeteile mit kleinen Maßtoleranzen erfordern eine manuelle Nachjustage, die oft nur unzureichend ist. Die automatische Justage von richtfähigen Werkstücken muss nach einem aufwendigen iterativen Verfahren erfolgen. Dabei wird das Werkstück solange gerichtet, gemessen, gerichtet und wieder gemessen, bis das Maß innerhalb der vorgegebenen Toleranzgrenzen liegt. Es ist somit eine hohe Anzahl von Richt- und Messvorgängen erforderlich, die zu einer hohen Taktzeit pro Werkstück führt. Um hier Abhilfe zu schaffen, wird vorgeschlagen bei metallischen Werkstücken, die sich mathematisch erfassbar elastisch-plastisch verhalten, die Ist-Form des Werkstückes und die Abweichung von der Sollform durch einen Kraft- und einen Wegsensor zu ermitteln, im weiteren Biegeverlauf die ermittelten Werte zur Berechnung der Rückfederung und damit zur Berechnung der bleibenden Verformung nach der Entlastung computergestützt auszuwerten und den Verformungsvorgang zu beenden, sobald die errechnete bleibende Verformung der zum Erreichen der Sollform notwendigen Sollform entspricht. Ein solches computergeschütztes Verfahren erfordert jedoch einen nicht unerheblichen zeitlichen und apparativen Aufwand.

Bei dickwandigen Teilen, zum Beispiel geschmiedeten Antriebswellen oder Fahrwerksteilen aus dem Kokillenguss, wird ein maschinelles Überbiegen an wenigen Punkten durchgeführt. Durch wechselndes Drücken und darauf folgendes Messen in der Anlage werden die Verzüge iterativ abgebaut. Dies ist bei dünnwandigen Teilen nicht möglich, da aufgrund der teilweise hohen maßlichen Abweichungen die direkten Bereiche zu stark überdrückt würden. Zudem wird bei dickwandigen Bauteilen nur ein Bruchteil an „Druck-Messpunkten" benötigt, verglichen mit den Messpunkten, die bei dünnwandigen Teilen notwendig wären. Da die Anzahl der „Druck-Messpunkte" ein wesentlicher Kostenfaktor ist, wäre ein partielles Richten solcher dünnwandiger Teile nach diesem Verfahren mit hohem Kostenaufwand verbunden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Richten eines vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden Strukturbauteils der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, welches prozesssicher und maschinell mit vertretbarem Aufwand durchführbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Richten eines Strukturbauteils der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das verwendete Prägewerkzeug entlang seiner Kontur gesehen mindestens zwei Segmente aufweist. Durch eine segmentierte Bauweise des Prägewerkzeugs kann auf die unterschiedliche Verbiegung/Verdrehung der Bauteile reagiert werden, beispielsweise, indem man die einzelnen Segmente mehr oder weniger stark unterlegt. Hierdurch erfolgt eine plastische Verformung im Bereich der Segmenttrennung.

Erfindungsgemäß erfolgt ein Überdrücken der Bauteile über die Elastizitätsgrenze vorzugsweise mittels einer Konturaufnahme. Durch deren segmentäre Bauweise lassen sich einzelne Bereiche schnell und technisch unproblematisch anpassen. Bei eventuellem Verschleiß sind einzelne Segmente kurzfristig austauschbar.

Man kann beispielsweise so vorgehen, dass segmentierte Prägewerkzeuge mittels eines Original 3-D-Datensatzes hergestellt werden. Dabei erfolgt eine sinnvolle Segmentierung des Werkzeugs. Die einzelnen Segmente werden beispielsweise auf einer Grundplatte verschraubt und verstiftet. Nachdem aus dem vorangegangenen Fertigungsprozess, zum Beispiel einer Warmbehandlung ein annähernd gleichmäßiger maßlicher Stand abgebildet werden kann, erfolgt das Einarbeiten dieser maßlichen Abweichungen in das Prägewerkzeug. Dabei werden vorzugsweise die Segmente aus dem Werkzeug entnommen und je nach Abweichung unterlegt beziehungsweise gekürzt. Vorzugsweise ist die Segmenthöhe variabel darstellbar. Die Höhe des Segments kann beispielsweise durch die Abweichung von CAD-0 bestimmt werden. Da sich die Segmente bei größeren Abweichungen teilweise um mehrere Millimeter gegeneinander in der Höhe verschieben können, entstehen Kontursprünge im Werkzeug. Diese sollten vermieden werden und werden vorzugsweise von Hand angepasst. Ein damit erzielter „weicher" Segmentübergang verhindert eine Beschädigung des Bauteils.

Eventuelle maßliche Schwankungen im Serieneinsatz, zum Beispiel durch Einsatz neuer Druckgussformeinsätze, können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren über die Warmbehandlung kompensiert werden. Gravierende maßliche Schwankungen direkt aus der Warmbehandlung sind nicht zu erwarten, da grundsätzlich mit festen Parametern gefahren wird.

Vorzugsweise betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem die vorgenannten Segmente des Prägewerkzeugs in ihrer Höhe variabel einstellbar sind. Vorzugsweise wird das Verfahren zum Richten von Strukturbauteilen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen verwendet, insbesondere zum Richten von Strukturbauteilen aus Druckguss. Das Richten kann nach einer Warmbehandlung des Bauteils erfolgen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Strukturbauteil aus Guss, insbesondere ein Druckgussteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gerichtet wurde.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Prägewerkzeug für das Richten von vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden Strukturbauteilen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es entlang seiner Kontur gesehen mindestens zwei Segmente aufweist.

Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen

1 eine schematische Skizze eines für das Richten verwendeten Werkzeugs in der CAD-0-Lage,

2 eine entsprechende Skizze, bei der in einem späteren Verfahrensstadium ein Segment des Werkzeugs angehoben wurde,

3 eine weitere Skizze, betreffend einen Verfahrensschritt, in dem der Segmentübergang angepasst wurde.

Nachfolgend wird bezugnehmend auf die 1 bis 3 das Richten von beispielsweise dünnwandigen Druckgussbauteilen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren näher erläutert. 1 zeigt eine Skizze mit einer Kontur eines Prägewerkzeugs, welches zum Richten verwendet wird, in der so genannten CAD-0-Lage. Das insgesamt mit 10 bezeichnete Werkzeug umfasst in dem Beispiel drei Segmente, die mit 11, 12, 13 bezeichnet sind und deren jeweilige Oberflächenkontur 14, 15, 16 in den Übergangsbereichen 17, 18 nahtlos ineinander übergeht, so dass das Werkzeug mit den drei Segmenten 11, 12, 13 eine vorgegebene Sollkontur abbildet.
Dadurch, dass das Werkzeug segmentiert ist, ist es nun möglich, beispielsweise zum Richten des Strukturbauteils ein Segment 11 anzuheben, wie dies in 2 dargestellt ist. Es ergibt sich nun in dem Übergangsbereich 17 zwischen dem ersten Segment 11 und dem zweiten Segment 12 zunächst ein Kontursprung, der auch in dem vergrößerten Ausschnitt von 2 noch einmal genauer dargestellt ist. In einem nächsten Arbeitsschritt wird dann, wie man in 3 erkennen kann, dieser Übergangsbereich 17 beispielsweise durch eine Bearbeitung von Hand angepasst, so dass sich dann wieder ein fließender Segmentübergang ergibt, wie dies in 3 dargestellt ist. Das zu richtende Bauteil wird dann partiell überbogen und hebt sich durch die Überbiegung an. In 3 ist die Änderung der Oberflächenkontur 14 des ersten Segments 11 gegenüber der Ausgangssituation von 1 dargestellt. Der Kontursprung in dem Übergangsbereich 17 zwischen den beiden Segmenten 11, 12 wurde beseitigt. Der Übergangsbereich 17 ist auch in 3 noch einmal gesondert in vergrößerter Darstellung gezeichnet.
Der besondere Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt in der Segmentierung des Werkzeugs und den daraus resultierenden hohen Freiheitsgraden bei der Einstellung der Umform- und Prägeergebnisse. Insbesondere bei warmbehandelten kräftig verzogenen blechähnlichen Teilen (das heißt dünnwandigen Gussbauteilen) bildet das Verfahren eine gegenüber den bisherigen Methoden besonders vorteilhafte Lösung. Eine Vorgehensweise wie bei Blechumformwerkzeugen, die zum Beispiel in mehreren Nacharbeitsschleifen auf den dann endgültigen Umform-/Prägezustand eingearbeitet werden, ist aufgrund der verfahrensspezifischen Eigenschaften des Druckguss, wie zum Beispiel schwankende Wandstärke und mit dem Formenverschleiß zunehmende Auswaschungen, kaum möglich. Bei Blechumform-/Prägeverfahren hat man hingegen sehr konstante Materialeigenschaften, bedingt durch zum Beispiel eine einheitliche Walzrichtung und enge Blechdickentoleranzen, die zum Beispiel im hundertstel Millimeterbereich liegen.

10: Werkzeug
11, 12, 13: Segmente
14, 15, 16: Oberflächenstruktur
17, 18: Übergangsbereiche

Claims

Verfahren zum Richten eines vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden Strukturbauteils, bei dem das Bauteil in einem Prägewerkzeug kalibriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Prägewerkzeug entlang seiner Kontur gesehen mindestens zwei Segmente (10, 11) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (10, 11, 12) des Prägewerkzeugs in ihrer Höhe variabel einstellbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Segmente abhängig von den maßlichen Abweichungen des Bauteils durch Unterlegen beziehungsweise Kürzen eingestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Übergangsbereichen zwischen zwei benachbarten Segmenten (10, 11) entstandene Kontursprünge im Werkzeug so angepasst werden, dass ein weicher Segmentübergang gegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Kontursprünge im Werkzeug im Bereich zweier benachbarter Segmente durch Nachbearbeitung von Hand angepasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zum Richten von Strukturbauteilen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zum Richten von Strukturbauteilen aus Druckguss verwendet wird.
Verfahren nach einem de Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Richten nach einer Warmbehandlung des Bauteils erfolgt.
Strukturbauteil aus Guss, dadurch gekennzeichnet, dass dieses nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 gerichtet wurde.
Strukturbauteil aus Guss nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Druckgussbauteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ist.
Prägewerkzeug für das Richten von vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden Strukturbauteilen, dadurch gekennzeichnet, dass das Prägewerkzeug entlang seiner Kontur gesehen mindestens zwei Segmente (10, 11) aufweist.
Prägewerkzeug nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Merkmale eines der Ansprüche 1 bis 5.