DE102008026387B4

DE102008026387B4 - Verfahren zum Herstellen einer komplexen wärmebehandelten, rohrförmigen Struktur

Info

Publication number: DE102008026387B4
Application number: DE102008026387A
Authority: DE
Inventors: Wuhua Ann Arbor Yang; Charles J. Rochester Hills Bruggemann
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2010-12-09
Anticipated expiration: 2028-06-03
Also published as: DE102008026387A1; US20080301942A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer wärmebehandelten, rohrförmigen Struktur, das umfasst, dass:
eine Länge eines Rohres durch stirnseitige Vormontage von rohrförmigen Abschnitten vorgesehen wird;
das Rohr in einer gewünschten Form gebildet wird;
das gebildete Rohr in einer Positionierungshalterung gehalten wird, die eine Vielzahl von Stützen aufweist, welche entlang des Rohres beabstandet sind;
das Rohr in zumindest einem örtlichen Bereich auf eine Temperatur erwärmt wird, um den örtlichen Bereich wärmezubehandeln;
und der erwärmte örtliche Bereich des Rohres abgeschreckt wird, indem ein Abschreckmedium durch das Rohr gespült wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer wärmebehandelten und geformten rohrförmigen Struktur.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Herstellung von Fahrzeugen und anderen Gegenständen ist es bekannt, metallische, hohle Rohre zu verwenden, die montiert und gebildet werden, um komplexe und exakte rohrförmige Strukturen vorzusehen, die sowohl maßgenau als auch hochfest sind.
Des Weiteren ist bekannt, dass Metalle wärmebehandelt werden können, um die physikalischen und metallurgischen Eigenschaften des Metalls zu verändern. Solche Wärmebehandlungsverfahren beinhalten das Erwärmen des Metalls bis zu einem Grad, der die kristalline Phase der Metallmikrostruktur beeinflusst, und danach ein schnelles Abkühlen des Metalls in einem Abschreckbad. Abhängig von der Legierung und weiteren Gesichtspunkten wie z. B. Überlegungen hinsichtlich einer maximalen Härte gegenüber einer Rissbildung und einem Verziehen, kann die Kühlung mit Gebläseluft oder einem anderen Gas oder einer Flüssigkeit wie z. B. Öl, einem in Wasser gelösten Polymer, Wasser oder Sohle durchgeführt werden. Wenn es schnell abgekühlt wird, wird die Mikrostruktur des Metalls verändert. Abhängig von der Temperatur, die erreicht wird, und der Art der Abschreckung, können die gewünschten Eigenschaften Zähigkeit, Duktilität und Festigkeit erhalten werden.
Aus der DE 692 05 743 T2 ist beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Bauteils bekannt geworden, bei dem U-Stücke zu einem rohrförmigen Hohlkörper zusammengeschweißt werden, der Hohlkörper durch Induktionsheizspulen einer Wärmebehandlung unterzogen wird und der erwärmte Abschnitt durch Wasser abgeschreckt wird.
Es wäre wünschenswert, Verbesserungen bei der Herstellung von rohrförmigen Strukturen vorzusehen, um das effektive miteinander Verbinden und Bilden und zuverlässige Wärmebehandeln von komplexen, gebildeten und geformten rohrförmigen Strukturen, die aus gebildeten Rohren hergestellt werden, zu erleichtern und durchzuführen.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Verfahren zum Herstellen einer komplexen wärmebehandelten, rohrförmigen Struktur umfasst, dass eine Rohranordnung, die Rohrabschnitte entlang ihrer Länge mit verschiedenen Eigenschaften aufweisen, hergestellt wird. Die Rohranordnung wird durch längsgerichtetes Rohrbiegen und Innenhochdruckumformen gebildet, um eine gewünschte Form vorzusehen. Das Rohr ist in einer Positionierungshalterung gehalten, die eine Vielzahl von Stützen aufweist, welche entlang des Rohres beabstandet sind, um das Rohr gegen ein Verziehen zu halten. Ein örtlicher Bereich des Rohres wird in zumindest einem örtlichen Bereich auf eine Temperatur erwärmt, um den örtlichen Bereich wärmezubehandeln. Ein Abschreckmedium wird dann durch das hohle Innere des Rohres gespült und das Rohr wird aus der Positionierungshalterung entfernt.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung offensichtlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, wobei:
1 eine Aufrissansicht einer rohrförmigen Struktur ist, die durch stirnseitiges miteinander Verschweißen von drei Rohrabschnitten montiert wurde; und
2 eine Aufrissansicht einer rohrförmigen Struktur ist, die in einer Positionierungshalterung eingespannt und mit einer Quelle eines Abschreckmediums verbunden ist.
Detaillierte Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf 1 besteht eine Rohranordnung, allgemein bei 10 bezeichnet, aus drei getrennten Rohrabschnitten 12, 14 und 16, die stirnseitig miteinander verbunden wurden. Die Rohrabschnitte können verschiedene Eigenschaften aufweisen, um Variationen in verschiedenen Bereichen der rohrförmigen Anordnung vorzusehen. Zum Beispiel können die Rohre verschiedene Wanddicken, verschiedene Legierungsmaterialien, verschiedene Oberflächenbeschichtungen etc. aufweisen. Die Rohrabschnitte können stumpf aneinander gelegt werden oder können überlappt sein und sind vorzugsweise miteinander verschweißt, um eine hochfeste Verbindung zwischen den rohrförmigen Abschnitten vorzusehen. Alterna tiv können separate, flache Rohlinge mit unterschiedlichen Materialeigenschaften stirnseitig miteinander verschweißt und dann gerollt werden, um eine Rohranordnung mit Abschnitten mit verschiedenen Eigenschaften entlang der Länge der Rohranordnung zu bilden.
Wie in 1 zu sehen, wurde der mittlere Rohrabschnitt 14 entlang seiner axialen Länge, entweder bevor oder nachdem er an die Rohrabschnitte 12 und 16 geschweißt wurde, gebogen. Solche Biegeverfahren sind gut bekannt und werden typischerweise in einer automatischen Rohrbiegemaschine durchgeführt.
Überdies können die Rohrabschnitte gebildet werden, um ihre Querschnittsform zu variieren, vorzugsweise durch Innenhochdruckumformen. Solche Innenhochdruckumformungsverfahren sind gut bekannt und beinhalten das Festhalten des Rohres innerhalb eines Hohlraumes eines Werkzeugs und dann die Druckbeaufschlagung eines Fluids innerhalb des Rohres, um das Rohr nach außen in die Form des Werkzeughohlraumes auszudehnen. Das Innenhochdruckumformungsverfahren kann, entweder bevor die Rohrabschnitte stirnseitig miteinander verschweißt sind oder nachdem die Rohrabschnitte stirnseitig miteinander verschweißt sind, durchgeführt werden.
In 2 wird die Rohranordnung 10 von 1 einem Wärmebehandlungsverfahren unterzogen. Die Rohranordnung 10 wurde in einer Positionierungshalterung angeordnet, die beabstandete Halterungen 20, 22, 24 und 26 umfasst. Die Halterung 20 ist eine typische Halterung und umfasst einen unteren Träger 30, der das Gewicht der Rohranordnung 10 trägt, und eine obere Klemme 32, die das Rohr in Position auf dem unteren Träger 30 klemmt. Die obere Klemme 32 kann manuell betätigt wer den oder ist vorzugsweise durch einen hydraulischen oder pneumatischen oder motorisierten Mechanismus betätigt.
Eine Induktionsspule 36 ist um den Rohrabschnitt 14 herum angeordnet und mit einer elektrischen Stromquelle 38 verbunden. Wenn elektrischer Strom zu der Induktionsspule 36 geleitet wird, wird ein örtlicher Bereich 42 der Rohranordnung 10 auf eine Temperatur im Bereich von 850 bis 950 Grad C für einen typischen Stahl oder eine andere Temperatur für andere Materialien wie z. B. wärmebehandelbares Aluminium oder andere Legierungen erwärmt, um die Kristallstruktur des Metalls zu beeinflussen, während die Rohranordnung 10 durch die Halterungen 20, 22, 24 und 26 festgehalten wird, um ein Verziehen zu verhindern. Beim Erreichen der gewünschten Temperatur wird der elektrische Strom ausgeschaltet und es wird ein Abschreckmedium durch die Rohranordnung 10 geleitet. Insbesondere, wie in 2 gezeigt, ist eine Einlassdichtung 50 in dem linken Ende der Rohranordnung 10 befestigt und eine Auslassdichtung 52 ist in dem rechten Ende der Rohranordnung 10 befestigt. Die Einlassdichtung und die Auslassdichtung 52 sind über Schläuche oder ein Leitungssystem oder Kanäle 60 und 62 mit einer Abschreckmediumquelle 58 verbunden. Das Abschreckmedium kann eine Flüssigkeit sein, wobei in diesem Fall die Abschreckmediumquelle 58 aus einem Tank, einer Pumpe und zugehörigen Ventilen besteht. Das Abschreckmedium kann auch ein Gas sein, wobei in diesem Fall die Abschreckmediumquelle 58 aus einem Tank und einem Gebläse oder Kompressor oder einer anderen Gashandhabungsvorrichtung besteht. Das Abschreckmedium, ob Flüssigkeit oder Gas, wird durch das hohle Innere der Rohranordnung 10 geleitet, bis der örtliche Bereich 42 abgekühlt ist. Dann wird das Abschreckmedium abgelassen, die Einlass- und die Auslassdichtung werden entfernt und die Rohranordnung 10 wird von der Positionierungshalterung gelöst.
Es wird einzusehen sein, dass die Wärmebehandlung an einem beliebigen ausgewählten Bereich entlang der Länge der Rohranordnung 10 durchgeführt werden kann, wo immer es gewünscht ist, die Mikrostruktur durch Wärmebehandlung und Abschrecken zu beeinflussen. Die Induktionsspule 36 kann entlang der Länge der Rohranordnung 10 neu positioniert werden oder eine Vielzahl solcher Induktionsspulen kann verwendet werden, um die Wärmebehandlung von mehreren Bereichen gleichzeitig zu ermöglichen. Alternativ können die örtlichen Bereiche des Rohres durch Erhitzen mit einer Flamme oder Erhitzen mit einem Laser oder andere bekannte Verfahren zum Erhitzen erwärmt werden. Halterungen sind in der Anzahl und an den Stellen vorgesehen, die sicherstellen, dass das Erwärmen und Abkühlen der ausgewählten Bereiche nicht zu einem Durchbiegen oder Verziehen der exakt gebildeten, geformten und dimensionierten Rohranordnung führen.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer wärmebehandelten, rohrförmigen Struktur, das umfasst, dass: eine Länge eines Rohres durch stirnseitige Vormontage von rohrförmigen Abschnitten vorgesehen wird; das Rohr in einer gewünschten Form gebildet wird; das gebildete Rohr in einer Positionierungshalterung gehalten wird, die eine Vielzahl von Stützen aufweist, welche entlang des Rohres beabstandet sind; das Rohr in zumindest einem örtlichen Bereich auf eine Temperatur erwärmt wird, um den örtlichen Bereich wärmezubehandeln; und der erwärmte örtliche Bereich des Rohres abgeschreckt wird, indem ein Abschreckmedium durch das Rohr gespült wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das umfasst, dass das Abschreckmedium ein Gas ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das umfasst, dass das Abschreckmedium eine Flüssigkeit ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das umfasst, dass das Rohr durch entweder stirnseitiges Verschweißen von Rohrabschnitten mit verschiedenen Materialeigenschaften oder stirnseitiges Verschweißen von Rohlingen mit unterschiedlichen Eigenschaften, die dann in eine Rohrform gerollt und stirnverschweißt werden, vormontiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das umfasst, dass der Schritt des Bildens des Rohres ein Biegevorgang ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das umfasst, dass das Rohr durch Innenhochdruckumformung umgeformt wird, bevor es in der Positionierungshalterung gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das umfasst, dass der örtliche Bereich des Rohres erwärmt wird, nachdem das Rohr in der Positionierungshalterung gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das umfasst, dass der örtliche Bereich des Rohres erwärmt wird, indem eine Induktionsspule um das Rohr herum angeordnet wird und elektrischer Strom durch die Induktionsspule geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, das umfasst, dass das Rohr in der Positionierungshalterung gehalten wird und dann der elektrische Strom durch die Induktionsspule geleitet wird.
Verfahren zum Herstellen einer rohrförmigen Struktur, das umfasst, dass: eine Vielzahl von hohlen Rohrabschnitten stirnseitig miteinander verschweißt wird, um eine Länge eines montierten hohlen Rohres vorzusehen; das Rohr in einer gewünschten Form gebildet wird; das gebildete Rohr in einer Positionierungshalterung gehalten wird, die eine Vielzahl von Rohrstützen aufweist, welche entlang des Rohres beabstandet sind; das Rohr an zumindest einem örtlichen Bereich entlang seiner Länge erwärmt wird; eine Einlassdichtung an einem Ende des Rohres und eine Auslassdichtung an dem anderen Ende des Rohres befestigt wird; und ein Abschreckmedium durch die Einlassdichtung, durch das hohle Rohr und durch die Auslassdichtung hinaus geleitet wird, um den erwärmten lokalen Bereich des Rohres schnell abzukühlen und abzuschrecken, indem die gesamte Länge des Rohres mit dem Abschreckmedium gespült wird.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner umfasst, dass das Abschreckmedium entweder eine Flüssigkeit oder ein Gas ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Bilden des Rohres ein Biegen des Rohres entlang seiner Länge in Längsrichtung und/oder ein Innenhochdruckumformen des Rohres, um seine Querschnittsform zu bilden, ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der örtliche Bereich, der erwärmt wird, ein Bereich ist, der zuvor gebildet wurde.
Verfahren nach Anspruch 10, das umfasst, dass das Erwärmen durch zumindest eines von einem Laser, einer Induktionsspule oder einer Flamme erfolgt.
Verfahren zum Herstellen einer rohrförmigen Struktur, umfassend die Schritte, dass: eine Vielzahl von Längen von Rohrabschnitten vorgesehen wird, die sich in zumindest einer Eigenschaft voneinander unterscheiden; die Rohrabschnitte stirnseitig miteinander verschweißt werden, um ein einziges Rohr mit einem durchgehenden, offenen, hohlen Inneren herzustellen; das Rohr in einer gewünschten Form gebildet wird, indem das Rohr längsgerichtet gebogen und in Querschnittsrichtung durch Innenhochdruckumformung umgeformt wird; das gebildete Rohr in einer Positionierungshalterung mit einer Vielzahl von Stützen festgehalten wird, die entlang des Rohres beabstandet sind; das Rohr in zumindest einem örtlichen Bereich auf eine Temperatur von 850 bis 950 Grad erwärmt wird; das Rohr vor dem Erwärmen in einer Vielzahl von Rohrstützen, die entlang der Länge des Rohres beabstandet sind, eingespannt wird, sodass das Rohr gegen ein Verziehen durch das Erwärmen gehalten ist; und der erwärmte örtliche Bereich des Rohres abgeschreckt wird, indem ein Abschreckmedium durch das durchgehende, offene, hohle Innere des Rohres gespült wird.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner umfasst, dass das Bilden ein Rohrbiegevorgang ist, der entweder vor oder nach dem miteinander Verschweißen der Rohrabschnitte durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner umfasst, dass das Bilden ein Innenhochdruckumformungsvorgang ist, der entweder vor oder nach dem miteinander Verschweißen der Rohrabschnitte durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner umfasst, dass das Bilden ein Rohrbiegevorgang und ein Innenhochdruckumformungsvorgang ist.