DE102009032435A1

DE102009032435A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines fließgepressten Verbundkörpers und Verbundkörper

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Publication number: DE102009032435A1
Application number: DE102009032435A
Authority: DE
Inventors: Mike Popp
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2011-03-10
Anticipated expiration: 2029-07-10
Also published as: DE102009032435B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines fließgepressten Verbundkörpers, wobei zumindest zwei Halbzeuge in einer Werkzeuggravur mit zumindest einer Presskraft in einer ersten Richtung beaufschlagt werden, derart, dass beide Halbzeuge gemeinsam in der Werkzeuggravur zumindest teilweise in eine zweite Richtung verformt werden. Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines fließgepressten Verbundkörpers sowie einen Verbundkörper.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines fließgepressten Verbundkörpers sowie einen Verbundkörper.
Insbesondere, das Querfließpressen ermöglicht die Herstellung von Werkstücken mit vielgestaltigen, im Wesentlichen quer zur Werkstücklängsachse ausgeformten Nebenformelementen, beispielsweise umlaufenden Flanschen. Kennzeichnend für dieses Verfahren ist ein Materialfluss quer zur Wirkrichtung des Pressstempels. Als Ausgangsmaterialien kommen üblicherweise zylindrische Draht- oder Stangenkörper zum Einsatz.
Die DE 199 03 684 A1 beschreibt ein Werkzeug zum Querfließpressen, das zusätzlich über kraftbeaufschlagte Gegenstempel verfügt, so dass eine vollständig abgeschlossene Gravur vorliegt.
In der DE 199 03 685 A1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ausgehend von einem zylinderförmigen Stangenabschnitt mit Hilfe eines Querfließpresswerkzeugs ein Gelenkgehäuse mit einem angeformten, hohlen Schaft hergestellt wird.
In der DE 198 06 888 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung verschleißbeständiger Verbundbauteile beschrieben. Ein Halbzeug wird durch Warm- oder Kaltfließpressen mit einem nicht umformbaren Kernwerkstoff, der eine größere Härte als das Halbzeugmaterial aufweist, formschlüssig verbunden.
In der DE 198 06 888 A1 ist es von Nachteil, dass die Hauptabmessungen des herzustellenden Werkstücks weitestgehend durch den nicht umformbaren Kernwerkstoff bestimmt werden, so dass die herstellbaren Werkstückformen stark begrenzt sind. Ebenfalls ist es von Nachteil, dass zur Herstellung von Fertigbauteilen oder Werkstücken mit Nebenformelementen weitere Umformschritte erforderlich sind, wodurch sich der Herstellungsaufwand und damit einhergehend die Herstellungskosten erhöhen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines fließgepressten Verbundkörpers und einen Verbundkörper anzugeben, um die Anzahl der herstellbaren Werkstückformen zu vergrößern und den Verbundkörper nahe an den Abmessungen des Endprodukts herstellen zu können.
Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines fließgepressten Verbundkörpers, wobei zumindest zwei Halbzeuge in einer Werkzeuggravur mit zumindest einer Presskraft in einer ersten Richtung beaufschlagt werden derart, dass beide Halbzeuge gemeinsam in der Werkzeuggravur zumindest teilweise in eine zweite Richtung verformt werden.
Zum einen ermöglicht dieses Verfahren, die Anzahl der herstellbaren Werkstückformen zu vergrößern. Ferner ist es möglich, durch das Fließpressen den Verbundkörper nahe an den gewünschten Abmessungen des Endprodukts, d. h. endkonturnah herzustellen.
Vorzugsweise werden die beiden Halbzeuge in der Werkzeuggravur gemeinsam in die zweite Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung verläuft, verformt. Somit sind auch komplexe Nebenformen quer zur Werkstückhauptachse herstellbar.
Vorzugsweise sind die Halbzeuge im Wesentlichen zylinderförmig und werden mit der Presskraft in axialer Richtung beaufschlagt derart, dass sie gemeinsam unter Ausbildung des Verbundkörpers in der Werkzeuggravur im Wesentlichen in radialer Richtung verformt werden.
Weiterhin vorzugsweise werden die Halbzeuge in der Werkzeuggravur durch Querfließpressen formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander zum Verbundkörper verbunden.
Ebenfalls ist es von Vorteil, wenn die Halbzeuge kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander zu einem verbundenen Halbzeug verbunden werden, bevor sie in die Werkzeuggravur eingebracht und zum Verbundkörper querfließgegepresst werden.
Vorzugsweise wird der Verbundkörper aus zumindest zwei metallischen Halbzeugen unterschiedlicher Zusammensetzung hergestellt.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn zumindest ein erstes der Halbzeuge aus Aluminium oder einer aluminiumhaltigen Legierung hergestellt wird, und zumindest ein zweites der Halbzeuge aus Magnesium oder einer magnesiumhaltigen Legierung hergestellt wird. Hierdurch lassen sich besonders leichtgewichtige Bauteile endkonturnah herstellen.
Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ummantelt zumindest ein erstes der Halbzeuge, vorzugsweise aus Aluminium oder einer aluminiumhaltigen Legierung, zumindest ein zweites der Halbzeuge, vorzugsweise aus Magnesium oder einer magnesiumhaltigen Legierung, teilweise oder vollständig, und die beiden Halbzeuge werden durch Querfließpressen miteinander verbunden. Hierdurch wird das innenliegende, vorzugsweise magnesiumhaltige Halbzeug zuverlässig vor äußeren Einflüssen geschützt, beispielsweise vor der Reaktion mit Luftsauerstoff.
Vorzugsweise ist es auch möglich, zumindest zwei der Halbzeuge in axialer Richtung formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander durch Querfließpressen zu verbinden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Halbzeuge oder Teile der Halbzeuge vor oder während des Querfließpressens erwärmt. Durch die Erwärmung wird das Fließverhalten der Halbzeuge während des Querfließpressens positiv beeinflusst, und die erforderlichen Presskräfte werden verringert. Ferner kommt es zu einer Phasenumwandlung/Phasenneubildung in der Grenzschicht zwischen den beiden Halbzeugen.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Halbzeuge mit unterschiedlichen Temperaturen beaufschlagt werden. Hierdurch lassen sich das Fließverhalten der unterschiedlichen Halbzeuge des Verbundkörpers sowie die Reaktionen in der Grenzschicht in Abhängigkeit von den beteiligten Materialzusammensetzungen der Halbzeuge gezielt anpassen und beeinflussen.
Vorzugsweise wird/werden die Temperatur/Temperaturen in Abhängigkeit von der Presskraft geregelt.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird während des Querfließpressens die Verformung der Halbzeuge in die zweite Richtung durch zumindest einen weiteren Stempel begrenzt. Durch den weiteren Stempel wird die Genauigkeit bei der Herstellung des querfließgepressten Verbundkörpers verbessert.
Vorzugsweise wird eine Kraft des weiteren Stempels in Abhängigkeit von der Presskraft geregelt.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Die vorgenannte Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines fließgepressten Verbundkörpers nach zumindest einem der vorangegangenen Ausführungsbeispiele.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung zumindest eine zweiteilige Werkzeuggravur, die zumindest teilweise temperierbar ist, und zumindest einen Pressstempel, durch den zumindest zwei Halbzeuge in der Werkzeuggravur mit zumindest einer Presskraft in einer ersten Richtung beaufschlagbar ist derart, dass die Halbzeuge zumindest teilweise in der Werkzeuggravur in eine zweite Richtung verformt werden, auf. Durch die Temperierung lässt sich das Fließverhalten der Halbzeuge bei der Umformung verbessern, und die Halbzeuge lassen sich mit geringerer Presskraft umformen.
Vorzugsweise weist die Werkzeuggravur zumindest eine Kavität mit einem ersten Bereich, in den die Halbzeuge einbringbar sind, und einem zweiten Bereich, der im Wesentlichen senkrecht zum ersten Bereich ausgebildet ist, und in dem eine Nebenform des Verbundkörpers durch Querfließpressen ausbildbar ist, auf.
Weiterhin vorzugsweise weist die Werkzeuggravur zumindest eine erste und eine zweite Matrize auf, und zumindest eine der Matrizen ist temperierbar.
Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Matrizen getrennt voneinander temperierbar. Hierdurch ist es möglich, die Vorrichtung auf die spezifischen Anforderungen der einzelnen Halbzeuge eines Verbundkörpers bei der Umformung abzustimmen.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Matrizen zur Entnahme des querfließgepressten Verbundkörpers trennbar sind, und zwischen den Matrizen zumindest eine Isolierschicht vorgesehen ist, um die Matrizen thermisch voneinander zu entkoppeln. Hierdurch wird ein Wärmeübergang und somit ein Temperaturausgleich zwischen den beiden Matrizen eingeschränkt bzw. verhindert.
Hierzu ist vorzugsweise die Isolierschicht/sind vorzugsweise die Isolierschichten auf der ersten und/oder der zweiten Matrize aufgebracht.
Weiterhin vorzugsweise sind in der Vorrichtung zwei einander gegenüberliegende Pressstempel vorgesehen, durch die der Körper in der Werkzeuggravur mit zwei entgegengesetzten Presskräften beaufschlagbar ist.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Die vorgenannte Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch einen Verbundkörper, insbesondere hergestellt nach zumindest einem der vorangegangenen Ausführungsbeispiele, mit zumindest einer Hauptform und zumindest einer Nebenform, die im Wesentlichen senkrecht zur Hauptform angeordnet ist, wobei sowohl die Hauptform als auch die Nebenform aus zumindest zwei Halbzeugen ausgebildet sind, die formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Vorzugsweise sind die miteinander verbundenen Halbzeuge metallische Halbzeuge und weisen unterschiedliche Zusammensetzungen auf.
Insbesondere weist zumindest ein erstes der Halbzeuge Aluminium oder eine aluminiumhaltige Legierung auf, und zumindest ein zweites der Halbzeuge weist Magnesium oder eine magnesiumhaltige Legierung auf.
Vorzugsweise ummantelt zumindest ein erstes der Halbzeuge, vorzugsweise aus Aluminium oder einer aluminiumhaltigen Legierung, zumindest ein zweites der Halbzeuge, vorzugsweise aus Magnesium oder einer magnesiumhaltigen Legierung, teilweise oder vollständig.
Weiterhin vorzugsweise weisen zumindest zwei der Halbzeuge eine gemeinsame Grenzschicht auf, die im Wesentlichen durch die Nebenform verläuft.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert. In diesen zeigen:
1a eine Querschnittsansicht zweier lose ineinander gesteckter Halbzeuge für ein erstes Ausführungsbeispiel,
1b eine kombinierte Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung vor und nach der Umformung der Halbzeuge aus 1a,
1c Querschnittsansichten des auf der rechten Seite von 1b umgeformten Verbundkörpers in allen drei Raumebenen,
2a eine Querschnittsansicht zweier lose aufeinander aufliegender Halbzeuge für ein zweites Ausführungsbeispiel,
2b eine kombinierte Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung vor und nach der Umformung der Halbzeuge aus 2a,
2c Querschnittsansichten des auf der rechten Seite von 2b umgeformten Verbundkörpers in allen drei Raumebenen, und
3 eine kombinierte Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung mit einem weiteren Stempel vor und nach der Umformung der Halbzeuge aus 1a.
Die 1a bis 1c betreffen ein erstes Ausführungsbeispiel des Verfahrens und der Vorrichtung zur Herstellung eines fließgepressten, insbesondere eines querfließgepressten Verbundkörpers 4.
In 1a sind zwei lose ineinander gesteckte Halbzeuge 2, 3 des ersten Ausführungsbeispiels in einer Querschnittsansicht gezeigt. Eine Außenkontur der Halbzeuge 2, 3 ist vorzugsweise zylindrisch bzw. stabförmig, kann aber beispielsweise auch quaderförmig sein.
Der fertig gepresste Verbundkörper 4 besteht zumindest aus einem ersten Halbzeug 2 und einem zweiten Halbzeug 3, die formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Vorzugsweise wird der Verbundkörper 4 erst während des Querfließpressvorgangs aus den zuvor lose aufeinander oder nebeneinander liegenden Halbzeugen 2, 3 gebildet, die gemeinsam zum querfließgepressten Verbundkörper 4 umgeformt werden. Die Formulierung „Verbundkörper” umfasst somit einen Zustand der Halbzeuge 2, 3, den diese erst während des Querfließpressvorgangs einnehmen können.
Jedoch ist es auch möglich, dass die Halbzeuge 2, 3 bereits vor Beginn des eigentlichen Querfließpressvorgangs kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander zu einem verbundenen Halbzeug 1 verbunden sind und dann gemeinsam querfließgepresst werden.
Der fertig gepresste Verbundkörper 4 ist zwei- oder mehrschichtig aufgebaut, wobei die einzelnen Schichten, wie in 1c dargestellt, konzentrisch zueinander um die Längsachse des Verbundkörpers 4 angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Verbundkörper 4 massiv ausgebildet.
Die in 1a gezeigten Halbzeuge 2, 3 weisen unterschiedliche Zusammensetzungen auf. Vorzugsweise handelt es sich bei den Halbzeugen 2, 3 um metallische Halbzeuge, bei denen vorzugsweise das innere Halbzeug 3 aus Magnesium oder einer magnesiumhaltigen Legierung hergestellt ist. Das äußere Halbzeug 2 ist vorzugsweise aus Aluminium oder einer aluminiumhaltigen Legierung hergestellt. Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn im fertig gepressten Verbundkörper 4 das äußere Halbzeug 2 das innere Halbzeug 3 vollständig oder nahezu vollständig ummantelt, um das innere Halbzeug 3 vor schädigenden Umwelteinflüssen, beispielsweise der Reaktion mit Luftsauerstoff zu bewahren.
Jedoch ist es beispielsweise auch denkbar, dass der Verbundkörper 4 aus anderen metallischen Halbzeugen 2, 3 hergestellt wird. Ausschlaggebend hierfür ist, dass die Werkstoffe der Halbzeuge 2, 3 derart ausgewählt werden und gegebenenfalls zum verbundenen Halbzeug 1 verbunden werden, dass die Halbzeuge 2, 3 für das anschließende Querfließpressen über ein ausreichendes, plastisches Formänderungsvermögen verfügen. Die verwendeten Werkstoffkombinationen sollen über den gesamten Umformverlauf ein annähernd gleiches Fließverhalten aufweisen.
Ferner sind idealerweise chemische und physikalische Vorraussetzungen für eine Diffusion im festen Zustand der Halbzeuge 2, 3 erfüllt, um die Halbzeuge 2, 3 während des Querfließpressens stoffschlüssig zu verbinden. Eine stoffschlüssige Verbindung der Halbzeuge 2, 3 innerhalb des verbundenen Halbzeugs 1 kann jedoch auch schon vor dem eigentlichen Querfließpressvorgang vorliegen.
Unter diesen Vorraussetzungen ist es daher auch möglich, dass der Verbundkörper 4 anstelle der metallischen Halbzeuge 2, 3 Halbzeuge aus anderen Werkstoffen, beispielsweise aus plastisch verformbaren Kunststoffen, wie Thermoplaste oder thermoplastische Elastomere aufweist.
In 1b ist eine Vorrichtung mit einer Werkzeuggravur 5 zur Herstellung eines querfließgepressten Verbundkörpers 4 in einer kombinierten Querschnittsansicht gezeigt. Auf der linken Seite von 1b sind die Halbzeuge 2, 3 aus 1a vor ihrer Umformung gezeigt, während auf der rechten Seite von 1b die Halbzeuge 2, 3 aus 1a nach ihrer Umformung als querfließgepresster Verbundkörper 4 gezeigt sind.
Die Werkzeuggravur 5 weist eine erste Matrize 6 und eine zweite Matrize 7 auf. Abhängig von der Komplexität des herzustellenden Werkstückes ist es auch möglich, dass die Werkzeuggravur 5 mehr als zwei Matrizen aufweist. Innerhalb der Werkzeuggravur 5 bilden Aussparungen in den Matrizen 6, 7 eine Kavität, in die die Halbzeuge 2, 3 eingebracht werden.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung zur Herstellung des querfließgepressten Werkstücks 4 neben der Werkzeuggravur 5 auch zwei Pressstempel 8 auf. Die Pressstempel 8 sind einander gegenüberliegend angeordnet, um die Halbzeuge 2, 3 entlang ihrer Längsrichtung mit entgegengesetzten Presskräften zu beaufschlagen. In Abhängigkeit von der Komplexität des herzustellenden Verbundkörpers 4 ist es jedoch auch möglich, nur einen Pressstempel 8 oder mehr als zwei Pressstempel 8 vorzusehen. Weist die Vorrichtung nur einen Pressstempel 8 auf, ist die Werkzeuggravur 5 dementsprechend auf der gegenüberliegenden Seite geschlossen auszubilden.
Zur Herstellung einer Nebenform durch das Querfließpressen weist die Kavität einen Bereich auf, der sich rechtwinklig bzw. im Wesentlichen rechtwinklig zu dem Bereich der Kavität erstreckt, in den die Halbzeuge 2, 3 eingebracht werden. Wenn die Halbzeuge 2, 3 durch den oder die Pressstempel 8 mit der Presskraft in ihrer Längsrichtung beaufschlagt werden, werden zumindest Teilbereiche der beiden Halbzeuge 2, 3 gemeinsam in den erstgenannten Bereich der Kavität quer zur Längsrichtung verformt. Diese Teilbereiche der beiden Halbzeuge 2, 3 fließen quasi in den erstgenannten Bereich hinein, wobei die Halbzeuge 2, 3 formschlüssig und/oder stoffschlüssig zum Verbundkörper 4 verbunden werden und eine Nebenform ausbilden. Nebenformen sind beispielsweise Flansche, Stege oder Schäfte.
Um den so hergestellten, querfließgepressten Verbundkörper 4 anschließend entnehmen zu können, verläuft eine Trennebene zwischen den beiden Matrizen 6, 7 durch den Bereich der Kavität, in dem die Nebenform ausgebildet worden ist.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist es zum einen möglich, die Halbzeuge 2, 3 kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander zum verbunden Halbzeug 1 zu verbinden, bevor sie in die Werkzeuggravur 5 eingebracht werden. In der Werkzeuggravur 5 wird das vorzugsweise zylinderförmige, verbundene Halbzeug 1 durch den oder die Pressstempel 8 in axialer Richtung mit einer Presskraft beaufschlagt, so dass zumindest ein Teil des verbundenen Halbzeugs 1 in der Werkzeuggravur 5 im Wesentlichen in Querrichtung, d. h. in radialer Richtung verformt wird, um die Nebenform auszubilden.
Zum anderen ist es jedoch auch möglich, dass die Halbzeuge 2, 3 voneinander getrennt in die Werkzeuggravur 5 eingebracht werden und erst in der Werkzeuggravur 5 durch die Presskraft formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander zum Verbundkörper 4 verbunden werden. Zeitgleich oder anschließend erfolgt die Ausbildung der Nebenform durch den eigentlichen Querfließpressvorgang.
Für eine stoffschlüssige Verbindung sollten die Werkstoffkombinationen der Halbzeuge 2, 3 beim Querfließpressvorgang des Verbundkörpers 4 über ein ausreichendes Diffusionsvermögen verfügen. Insbesondere vorteilhaft ist, wie bereits zuvor erläutert, wenn das erste Halbzeug 2 aus Aluminium oder einer aluminiumhaltigen Legierung hergestellt wird, während das zweite Halbzeug 3 aus Magnesium oder einer magnesiumhaltigen Legierung hergestellt wird. In der Grenzschicht zwischen den beiden Halbzeugen 2, 3 kommt es beim Querfließpressvorgang bei Temperaturen oberhalb von 300°C zu einer Phasenneubildung. Diese Grenzschichtreaktion ermöglicht die Herstellung von querfließgepressten Verbundkörpern 4, in denen die enthaltenen Halbzeuge 2, 3 stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Es ist möglich, die mechanischen Eigenschaften der Grenzschicht zu beeinflussen, indem die Phasenverteilung durch das Temperatur-/Zeitregime während des Querfließpressvorgangs beeinflusst wird. Nach erfolgter Umformung kann durch ein geeignetes Wärmebehandlungsverfahren eine Phasenumwandlung oder Phasenneuverteilung aktiviert werden.
Ebenso ist es möglich, durch zusätzliche, metallische Zwischenschichten in der Grenzschicht eine Phasenneubildung so zu beeinflussen, dass Grenzschichten mit geeigneten mechanischen Eigenschaften entstehen.
Metallische Verbundkörper 1 mit einer metallisch gebunden Grenzschicht sind daher besonders bevorzugt. Insbesondere ist es von Vorteil, ein erstes Halbzeug 2, das Aluminium aufweist, und ein zweites Halbzeug 3, das Magnesium aufweist, auf eine Temperatur größer als 300°C aber geringer als die jeweilige Schmelztemperatur zu erwärmen und durch Querfließpressen stoffschlüssig zu verbinden und zu einem querfließgepressten Verbundkörper 4 umzuformen.
Es ist daher von Vorteil, wenn zumindest eines der Halbzeuge 2, 3 oder Bereiche der Halbzeuge 2, 3 für die stoffschlüssige Verbindung vor oder während des Querfließpressens erwärmt wird/werden. Hierzu kann beispielsweise die Werkzeuggravur 5 vor oder während des Querfließpressens zumindest teilweise temperiert werden. Die Temperierung der Werkzeuggravur 5 bedeutet, dass die komplette Werkzeuggravur 5 oder Teile der Werkzeuggravur 5 gezielt erwärmt werden oder gezielt abgekühlt werden, um die Fließeigenschaften der Halbzeuge 2, 3 und/oder die Phasenverteilung in der Grenzschicht des Verbundkörpers 4 während der Umformung gezielt zu beeinflussen.
Hierbei ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Temperatur/die Temperaturen in Abhängigkeit von der Presskraft des oder der Pressstempel 8 geregelt wird/werden. Hierfür verfügt die Vorrichtung zur Herstellung des querfließgepressten Verbundkörpers 4 vorzugsweise über eine Temperaturregeleinrichtung, durch die die Temperatur/die Temperaturen der Werkzeuggravur 5 in Abhängigkeit von der Presskraft des oder der Pressstempel 8 regelbar ist/sind.
In 1c sind Querschnittsansichten des querfließgepressten Verbundkörpers 4 aus 1b in allen drei Raumebenen gezeigt.
Der Verbundkörper 4 weist zumindest eine Hauptform und zumindest eine Nebenform auf, die im Wesentlichen senkrecht zur Hauptform angeordnet ist. Die Hauptform ist vorzugsweise in dem Bereich der Kavität der Werkzeuggravur 5 ausgebildet worden, in den die Halbzeuge 2, 3 vor dem Beginn des Querfließpressens eingelegt worden sind. Die Hauptform und die Nebenform sind aus zumindest zwei Halbzeugen 2, 3 ausgebildet, die formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Auf der rechten Seite von 1c ist ein Schnitt durch die Raumebene A-A gezeigt, aus dem ersichtlich wird, dass auch nach dem Querfließpressvorgang das innenliegende zweite Halbzeug 3 vorständig durch das außenliegende, erste Halbzeug 2 ummantelt wird. Die stoffschlüssige Grenzschicht zwischen den beiden Halbzeugen 2, 3 ist im Wesentlichen ringförmig.
Besondere Vorteile bietet das zuvor beschriebene Verfahren daher bei der Erzeugung hochfester, korrosionsgeschützter Aluminium/Magnesium-Verbunde, bei denen das günstigste Festigkeit/Gewicht-Verhältnis des Magnesiums mit dem günstigen Korrosionsverhalten des Aluminiums kombiniert werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt in der Herstellung von endkonturnahen Verbundbauteilen durch das Querfließpressen.
Die 2a bis 2c betreffen ein zweites Ausführungsbeispiel des Verfahrens und der Vorrichtung zur Herstellung eines fließgepressten, insbesondere eines querfließgepressten Verbundkörpers 4.
Das in 2a gezeigte verbundene Halbzeug 1 unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die zwei Halbzeuge 2, 3 in axialer Richtung kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die Halbzeuge 2, 3 können aber auch lose, d. h. unverbunden in der Werkzeuggravur 5 gestapelt oder nebeneinandergelegt werden.
Es können aber auch mehr als zwei Halbzeuge 2, 3 gestapelt werden und zu einem Verbundkörper 4 fließgepresst werden. Somit entsteht ein geschichteter Aufbau mit einer Art Sandwichstruktur mit Werkstücken, die über lokal unterschiedliche Bauteileigenschaften verfügen. Möglich sind daher Bauteile mit angepassten Anschlussflächen, die zur Verminderung oder Vermeidung von Kontaktkorrosion beitragen.
Die übrigen Erläuterungen zu den Halbzeugen 2, 3 in 1a gelten gleichermaßen für die Halbzeuge 2, 3 in 2a.
In 2b sind die Halbzeuge 2, 3 oder das verbundene Halbzeug 1 aus 2a in die Werkzeuggravur 5 der Vorrichtung zur Herstellung eines querfließgepressten Verbundkörpers 4 eingebracht. Die Vorrichtung in 2b unterscheidet sich von der Vorrichtung in 1b dadurch, dass zumindest eine der beiden Matrizen 6, 7 temperierbar ist. Durch die Temperierung ist es möglich, die jeweilige Matrize 6, 7 entweder zu erwärmen oder zu kühlen, um die Fließeigenschaften und die Phasenverteilung in der Grenzschicht der Halbzeuge 2, 3 bzw. des Verbundkörpers 4 während des Querfließpressvorgangs zu beeinflussen.
Vorzugsweise sind die beiden Matrizen 6, 7 getrennt voneinander temperierbar. Vor oder während der Umformung wird die Werkzeuggravur 5 in einem Bereich des ersten Halbzeugs 2/der ersten Matrize 6 mit einer anderen Temperatur als in einem Bereich des zweiten Halbzeugs 3/der zweiten Matrize 7 beaufschlagt. Eine Temperaturregeleinrichtung der Vorrichtung ist dementsprechend ausgebildet, die Temperaturen der Matrizen 6, 7 auf unterschiedlichen Niveaus zu halten.
Hierdurch ist es möglich, wenn die Halbzeuge 2, 3 aus 2a in die Werkzeuggravur 5 eingebracht werden, die unterschiedlichen Halbzeuge 2, 3 gemäß ihren unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften unterschiedlich zu temperieren.
Weicht das Fließverhalten der Halbzeuge 2, 3 bei gleicher Temperatur voneinander ab, ist es durch die Temperierung möglich, das Fließverhalten der Halbzeuge 2, 3 durch unterschiedliche Temperaturen der ersten Matrize 6 und der zweiten Matrize 7 während des Querfließpressvorgangs anzugleichen. Somit wird die Ausfüllung der Kavität verbessert, und der querfließgepresste Verbundkörper 4 wird endkonturnaher hergestellt.
Jedoch ist es auch möglich, die Halbzeuge 2, 3 bereits außerhalb der Werkzeuggravur 5 mit unterschiedlichen Temperaturen zu beaufschlagen. Auch hierdurch wird das Fließverhalten der Halbzeuge 2, 3 bzw. des Verbundkörpers 4 während des Querfließpressvorgangs positiv beeinflusst.
Um die Matrizen 6, 7 thermisch voneinander zu entkoppeln, ist zwischen den Matrizen 6, 7 zumindest eine Isolierschicht 10 vorgesehen. Die Isolierschicht 10 kann auf der ersten Matrize 6 oder auf der zweiten Matrize 7 aufgebracht sein. Jedoch ist es auch möglich, dass Isolierschichten 10 auf beiden Matrizen 6, 7 aufgebracht sind.
Die weiteren Erläuterungen bezüglich der Vorrichtung und des Verfahrens aus 1b gelten gleichermaßen für die Vorrichtung und das Verfahren in 2b.
In 2c sind Querschnittsansichten des auf der rechten Seite von 2b querfließgepressten Verbundkörpers 4 in allen drei Raumebenen gezeigt. Im Unterschied zu 1c ist der querfließgepresste Verbundkörper 4 in 2c ein in axialer Richtung geschichteter Verbundkörper, bei dem zwei der Halbzeuge 2, 3 eine gemeinsame, ebene, stoffschlüssige Grenzschicht aufweisen, die im Wesentlichen mittig durch die Nebenform verläuft. Ferner weist der querfließgepresste Verbundkörper 4 als Nebenform zwei gegenüberliegende Flansche auf.
Die übrigen Erläuterungen zu 1c gelten gleichermaßen für 2c.
In 3 ist eine kombinierte Querschnittsansicht der Werkzeuggravur 5 einer Vorrichtung zur Herstellung eines querfließgepressten Verbundkörpers 4 gezeigt. Die Vorrichtung in 3 unterscheidet sich von der Vorrichtung in 1b dadurch, dass ein weiterer Stempel 9 vorgesehen ist, durch den die Ausbildung der Nebenform bei der Umformung der Halbzeuge 2, 3 begrenzbar ist.
Vorzugsweise ist hierfür eine Kraftregeleinrichtung vorgesehen, durch die die Kraft des weiteren Stempels 9 in Abhängigkeit von der Presskraft des oder der Pressstempel(s) 8 regelbar ist. Obwohl in 3 nur ein weiterer Stempel 9 gezeigt ist, ist es auch möglich, mehr als einen weiteren Stempel quer zur durch den oder die Pressstempel 8 definierten Pressrichtung anzuordnen.
Gemäß den obigen Erläuterungen ist es durch den weiteren Stempel 9 möglich, das Querfließen der Halbzeuge 2, 3 zu begrenzen. Insbesondere ist es mit Hilfe eines regelbaren Gegendrucks des weiteren Stempels 9 möglich, unterschiedliche Fließbewegungen der Halbzeuge 2, 3 auszugleichen, beispielsweise indem der weitere Stempel 9 in Abhängigkeit von der momentanen Presskraft des oder der Pressstempel(s) 8 geregelt wird.
Die übrigen Erläuterungen zu 1b gelten gleichermaßen für 3. Ferner ist es möglich, in der in 3 gezeigten Vorrichtung auch einen in axialer Richtung geschichteten Verbundkörper 4 aus 2a querfließzupressen. Ebenso kann die Vorrichtung in 2b mit einem weiteren Stempel 9 oder auch mehreren Stempeln 9 versehen werden, um das Querfließen der Halbzeuge 2, 3 bzw. des Verbundkörpers 4 während der Umformung zu begrenzen.
Die zuvor erläuterten Ausführungsbeispiele betreffen ein Verfahren zur Herstellung eines fließgepressten Verbundkörpers 4, wobei zumindest zwei Halbzeuge 2, 3 in einer Werkzeuggravur 5 mit zumindest einer Presskraft in einer ersten Richtung beaufschlagt werden derart, dass beide Halbzeuge 2, 3 gemeinsam in der Werkzeuggravur 5 zumindest teilweise in eine zweite Richtung verformt werden.
Ebenfalls betreffen die obigen Ausführungsbeispiele eine Vorrichtung zur Herstellung eines derartigen fließgepressten Verbundkörpers 4, sowie einen Verbundkörper 4 mit zumindest einer Hauptform und zumindest einer Nebenform, die im Wesentlichen senkrecht zur Hauptform angeordnet ist, wobei die Hauptform und die Nebenform aus zumindest zwei Halbzeugen 2, 3 ausgebildet sind, die formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19903684 A1 [0003]
DE 19903685 A1 [0004]
DE 19806888 A1 [0005, 0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines fließgepressten Verbundkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Halbzeuge (2, 3) in einer Werkzeuggravur (5) mit zumindest einer Presskraft in einer ersten Richtung beaufschlagt werden derart, dass beide Halbzeuge (2, 3) gemeinsam in der Werkzeuggravur (5) zumindest teilweise in eine zweite Richtung verformt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Halbzeuge (2, 3) in der Werkzeuggravur (5) gemeinsam in die zweite Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung verläuft, verformt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbzeuge (2, 3) im Wesentlichen zylinderförmig sind und mit der Presskraft in axialer Richtung beaufschlagt werden derart, dass sie gemeinsam unter Ausbildung des Verbundkörpers (4) in der Werkzeuggravur (5) im Wesentlichen in radialer Richtung verformt werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbzeuge (2, 3) in der Werkzeuggravur (5) durch Querfließpressen formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander zum Verbundkörper (4) verbunden werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbzeuge (2, 3) kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander zu einem verbundenen Halbzeug (1) verbunden werden, bevor sie in die Werkzeuggravur (5) eingebracht und zum Verbundkörper (4) querfließgegepresst werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper (4) aus zumindest zwei metallischen Halbzeugen (2, 3) unterschiedlicher Zusammensetzung hergestellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erstes der Halbzeuge (2) aus Aluminium oder einer aluminiumhaltigen Legierung hergestellt wird, und zumindest ein zweites der Halbzeuge (3) aus Magnesium oder einer magnesiumhaltigen Legierung hergestellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erstes der Halbzeuge (2), vorzugsweise aus Aluminium oder einer aluminiumhaltigen Legierung, zumindest ein zweites der Halbzeuge (3), vorzugsweise aus Magnesium oder einer magnesiumhaltigen Legierung, teilweise oder vollständig ummantelt, und die beiden Halbzeuge (2, 3) durch Querfließpressen miteinander verbunden werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Halbzeuge (2, 3) in axialer Richtung formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander durch Querfließpressen verbunden werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbzeuge (2, 3) oder Teile der Halbzeuge (2, 3) vor oder während des Querfließpressens erwärmt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbzeuge (2, 3) mit unterschiedlichen Temperaturen beaufschlagt werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, die Werkzeuggravur (5) vor oder während des Querfließpressens zumindest teilweise temperiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuggravur (5) in einem Bereich des ersten Halbzeugs (2) mit einer anderen Temperatur als in einem Bereich des zweiten Halbzeugs (3) beaufschlagt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur/Temperaturen in Abhängigkeit von der Presskraft geregelt wird/werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbzeuge (2, 3) in der Werkzeuggravur (5) mit zwei einander gegenüberliegenden Presskräften beaufschlagt werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass während des Querfließpressens die Verformung der Halbzeuge (2, 3) in die zweite Richtung durch zumindest einen weiteren Stempel (9) begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraft des weiteren Stempels (9) in Abhängigkeit von der Presskraft geregelt wird.
Vorrichtung zur Herstellung eines fließgepressten Verbundkörpers (4) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 17.
Vorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch zumindest eine zweiteilige Werkzeuggravur (5), die zumindest teilweise temperierbar ist, und zumindest einen Pressstempel (8), durch den zumindest zwei Halbzeuge (2, 3) in der Werkzeuggravur (5) mit zumindest einer Presskraft in einer ersten Richtung beaufschlagbar sind derart, dass die Halbzeuge (2, 3) zumindest teilweise in der Werkzeuggravur (5) in eine zweite Richtung verformt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuggravur (5) zumindest eine Kavität mit einem ersten Bereich aufweist, in den die Halbzeuge (2, 3) einbringbar sind, und einem zweiten Bereich, der im Wesentlichen senkrecht zum ersten Bereich ausgebildet ist, und in dem eine Nebenform des Verbundkörpers (4) durch Querfließpressen ausbildbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuggravur (5) zumindest eine erste und eine zweite Matrize (6, 7) aufweist, und zumindest eine der Matrizen (6, 7) temperierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrizen (6, 7) getrennt voneinander temperierbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrizen (6, 7) zur Entnahme des querfließgepressten Verbundkörpers (4) trennbar sind, und zwischen den Matrizen (6, 7) zumindest eine Isolierschicht (10) vorgesehen ist, um die Matrizen (6, 7) thermisch voneinander zu entkoppeln.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht/Isolierschichten (10) auf der ersten und/oder der zweiten Matrize (6, 7) aufgebracht ist/sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur/Temperaturen der Werkzeuggravur (5) in Abhängigkeit von der Presskraft mittels einer Temperaturregeleinrichtung regelbar ist/sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zwei einander gegenüberliegende Pressstempel (8) vorgesehen sind, durch die der Körper (1) in der Werkzeuggravur (5) mit zwei einander gegenüberliegenden Presskräften beaufschlagbar ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein weiterer Stempel (9) vorgesehen ist, durch den während des Querfließpressens die Verformung der Halbzeuge (2, 3) in die zweite Richtung begrenzbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraft des weiteren Stempels (9) in Abhängigkeit von der Presskraft mittels einer Kraftregeleinrichtung regelbar ist.
Verbundkörper, insbesondere hergestellt nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch zumindest eine Hauptform und zumindest eine Nebenform, die im Wesentlichen senkrecht zur Hauptform angeordnet ist, wobei sowohl die Hauptform als auch die Nebenform aus zumindest zwei Halbzeugen (2, 3) ausgebildet sind, die formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Verbundkörper nach Anspruch 29, gekennzeichnet dadurch, dass die miteinander verbundenen Halbzeuge (2, 3) metallische Halbzeuge sind und unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen.
Verbundkörper nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erstes der Halbzeuge (2) Aluminium oder eine aluminiumhaltige Legierung aufweist, und zumindest ein zweites der Halbzeuge (3) Magnesium oder eine magnesiumhaltige Legierung aufweist.
Verbundkörper nach zumindest einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erstes der Halbzeuge (2), vorzugsweise aus Aluminium oder einer aluminiumhaltigen Legierung, zumindest ein zweites der Halbzeuge (3), vorzugsweise aus Magnesium oder einer magnesiumhaltigen Legierung, teilweise oder vollständig ummantelt.
Verbundkörper nach zumindest einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Halbzeuge (2, 3) eine gemeinsame Grenzschicht aufweisen, die im Wesentlichen durch die Nebenform verläuft.