DE102010035136A1 - Bilden von komplexen Formen in Aluminium- und Magnesiumlegierungswerkstücken - Google Patents

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Sooho Troy Kim
Richard M. Clarkston Kleber
Paul E. Troy Krajewski
Gary R. Oxford Pelowski
Curtis L. Brighton Shinabarker
Mark A. Richmond Voss
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Abstract

Ein Knüppel aus einer Aluminiumlegierung oder einer Magnesiumlegierung wird durch eine Kombination von Umformschritten in einen erwünschten Gegenstand mit komplexer aber offener Form umgeformt. In einem ersten Schritt wird ein Knüppel erwärmt und stranggepresst, um ein stranggepresstes Werkstückprofil zu bilden, das zumindest ein erstes und ein zweites Teilstück mit verschiedenen Dicken aufweist. Das stranggepresste Werkstück kann derart geformt sein, dass die jeweiligen Teilstücke unter einem Winkel zueinander stehen. Das stranggepresste Werkstück wird dann des Weiteren gegen eine Umformfläche umgeformt, sodass die Form von zumindest einem der Teilstücke weiter in Richtung der Form des Gegenstandes umgeformt wird. Die Verfahren sind zur effizienten Herstellung von vielen gleichen komplexen Formen wie z. B. Bügeln und Verstärkungselementen und selbst Behälterwannen für Computer und andere elektronische Vorrichtungen geeignet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung betrifft das Bilden von Gegenständen mit komplexen Formen (inklusive Teilstücke mit variierenden Dicken) in Leichtmetalllegierungsausgangsmaterialien. Im Spezielleren betrifft diese Erfindung die Verwendung einer Kombination aus Strangpressformgebung und Hochtemperaturformgebung gegen eine Pressformfläche, um nützliche strukturelle Teile herzustellen, die durch einen einzigen Umformarbeitsschritt schwierig zu bilden sind (oder nicht hergestellt werden können).
  • Hintergrund der Erfindung
  • Es besteht der Wunsch, das Gewicht von vielen hergestellten Gegenständen zu reduzieren. Der Bedarf ist akut bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen, ist jedoch nicht auf solche Anwendungen beschränkt. Das Vermögen, mehrere Dicken in ein einziges Teil zu integrieren ist nützlich, um die Gesamtteilemasse zu minimieren, ohne dass dies auf Kosten der Festigkeit und Steifigkeit in ausgewählten Bereichen geht. Auch gestatten Teile mit einer dünnen Stärke wie z. B. ein Blechmetall oft einen eingeschränkten Schraubeingriff und somit eine eingeschränkte Haltekraft für Schraubverbinder. Somit ermöglicht das Vermögen, selektiv dickere Bereiche in ein Teil einzubringen, die Verwendung von Schraubverbindern ohne Beeinträchtigung des Rückhaltevermögens, um dadurch die Entfernung des Teiles zum Austausch oder zur Wartung zu erleichtern.
  • Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen sind für Kraftfahrzeug-Karosserieanwendungen und dergleichen verfügbar, aber diese leichtgewichtigen Materialien sind üblicherweise nicht so umformbar wie viele Eisenlegierungen. Metallbleche aus geeigneten Legierungen aus Aluminium und Magnesium wurden durch Pressen, Halbwarmpressen, Fluidumformen und Warmblasumformen zu Karosserieblechen und dergleichen umgeformt. Allerdings sind die Ausgangsmaterialien für solche Umformprozesse üblicherweise Bleche mit einheitlicher Dicke, die die Formen der Gegenstände, die gebildet werden können, einschränken. Es ist häufig erwünscht, andere komplexere Formen aus den gleichen Legierungen wie z. B. Verstärkungsteile, Befestigungsteile, Versteifungsteile und dergleichen herzustellen, die Teilstücke mit variierender Dicke aufweisen.
  • Es bleibt ein Bedarf an Formgebungsmethoden, die Pressen, Halbwarmpressen oder Warmblasumformen oder dergleichen ergänzen und auf ein Primärform-Leichtmetalllegierungswerkstück wie z. B. einen Knüppel, eine Stange, ein Band oder ein Blech angewendet werden können und das Werkstück in einen Gegenstand umformen, der Teilstücke mit variierenden Dicken und oft bei variierenden spitzen Winkeln aufweist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Diese Erfindung ist zur Formgebung von geeigneten Leichtmetalllegierungen, insbesondere Aluminium- und Magnesiumlegierungen, in unitär gebildeten Gegenständen mit Teilstücken mit verschiedenen Dicken und Teilstücken, die nicht koplanar sein müssen, erdacht.
  • Die Ausführungsformen dieser Erfindung umfassen einen oder mehrere Strangpressschritt/e, durch den/die ein Ausgangsknüppel in eine Vorläufer-Werkstückform mit verbundenen Teilstücken mit erwünschten Dicken umgeformt wird, welche verschiedene Abmessungen aufweisen können. Wie angeführt können die verbundenen Teilstücke unter vorbestimmten Winkeln in Bezug zueinander gebildet werden. Das stranggepresste Vorläuferstück wird als eine offene Form mit zumindest zwei Kanten gebildet, die von der Strangpressachse beabstandet sind. Anders ausgedrückt liegt der stranggepresste Körper nicht in der Form eines Rohres vor.
  • Der oder die Strangpressschritt/e kann/können bei einer geeigneten hohen Temperatur ausgeführt werden, die für die jeweilige Aluminium- oder Magnesiumlegierungszusammensetzung erforderlich ist. Typische Knüppeltemperaturen zum Strangpressen von Aluminiumlegierungen liegen im Bereich von etwa 425 bis 500°C; zum Strangpressen von Magnesiumlegierungen sind Knüppeltemperaturen zwischen 300 und 450°C bevorzugt. Die stranggepresste Form kann dann wärmebehandelt werden, falls erforderlich, sodass sie durch Warmpressen, Warmblasumformen oder dergleichen weiter umgeformt werden kann.
  • Auf Grund der Verformungsarbeit, die beim Strangpressen erforderlich ist, wird die Temperatur des Strangpreprofils höher sein als die Temperatur des Knüppels, aus dem es gebildet wurde, und wird typischerweise mit jener vergleichbar sein, die beim Warmumformen verwendet wird. Somit wird ein/e entsprechende/s Koppeln und Aufeinanderfolge der Strangpress- und Warmumformarbeitsschritte die Notwendigkeit eines separaten Erwärmungsschritts vor dem Warmumformen zumindest minimieren bzw. kann denselben eliminieren.
  • In vielen Ausführungsformen der Erfindung kann eine lange stranggepresste Vorläuferform bei gewünschten Distanzen entlang der Strang-Pressachse geschert oder geschnitten werden, um Rohlinge zu bilden, die zum nachfolgenden Umformen geeignet sind.
  • Die stranggepresste Vorläuferform wird dann auf eine geeignete hohe Temperatur erwärmt, falls erforderlich, und weiter umgeformt werden, indem sie gegen ein erwärmtes Umformwerkzeug oder eine erwärmte Pressformfläche gedrängt wird. Eine Fläche des stranggepressten Gegenstandes wird in geeigneten Kontakt mit dem erwärmten Werkzeug gezwungen, sodass die Eingriffsfläche des Gegenstandes die Form des Werkzeuges annimmt. Zum Beispiel kann die stranggepresste Form wie in einer Warmpressmethode durch ein/e komplementäre/s Werkzeug oder Pressform in einen Metallumformschiebeeingriff gegen die Umformfläche gepresst werden. Aluminium- und Magnesiumlegierungswerkstücke können dem Warmpressen in einem Temperaturbereich von etwa 200°C bis etwa 350°C unterzogen werden. In einer weiteren Ausführungsform wird das stranggepresste Werkstück auf einen hoch umformbaren Zustand erwärmt, und Fluiddruck wird auf eine Seite des Werkstückes angewendet, um die andere Seite in eine übereinstimmende Form mit einer/m erwärmten Pressformform oder Werkzeug zu zwingen. Das Warmblasumformen von Aluminiumlegierungs- oder Magnesiumlegierungswerkstücken wird oft bei Werkstück- und Werkzeugtemperaturen im Bereich von etwa 400°C bis etwa 500°C ausgeführt.
  • Es wird in Erwägung gezogen, das ein großer Teil der Formgebung des Gegenstandes durch eine Kombination der Strangpressschritte und Warmumforschritte, oder, wenn angebracht, herkömmlichen Umformschritten bewerkstelligt wird. Es ist jedoch zu beachten, dass eine geeignete Ausgangsform für den Strangpressschritt erforderlich ist. Und es ist ferner zu beachten, dass einige Endbearbeitungsschritte wie z. B. das Beschneiden, das Bilden von Löchern und dergleichen an der warm umgeformten Form erforderlich sind.
  • Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden detaillierten Beschreibungen illustrativer Ausführungsformen von Methoden der Erfindung offensichtlich. Es wird auf die Zeichnungsfig. Bezug genommen, welche in dem nachfolgenden Abschnitt dieser Beschreibung beschrieben sind.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1A–D zeigen eine Sequenz von Arbeitsschritten, die zur Formgebung einer Kotflügelverstärkung mithilfe der Methode dieser Erfindung geeignet sind. 1A zeigt eine geeignete stranggepresste Form; 1B zeigt die Form von 1A, die in einer geeigneten Umformeinrichtung angeordnet ist, welche teilweise aufgeschnitten gezeigt ist; 1C zeigt das umgeformte Teil; und 1D zeigt das fertige Teil.
  • 2A–D zeigen eine Sequenz von Arbeitsschritten, die zur Formgebung eines Bügels mithilfe der Methode dieser Erfindung geeignet sind. 2A zeigt eine stranggepresste Form; 2B zeigt die stranggepresste Form von 2A nach einer weiteren Formgebung; 2C zeigt das umgeformte Teil; und 2D zeigt das fertige Teil.
  • 3A–D zeigen eine Sequenz von Arbeitsschritten, die zur Formgebung eines Gehäuses für eine elektronische Vorrichtung mithilfe der Methode dieser Erfindung geeignet sind. 3A zeigt eine stranggepresste Form; 3B zeigt die stranggepresste Form von 3A nach einer weiteren Formgebung; 3C zeigt die stranggepresste Form von 3B und den zugehörigen Pressformabschnitt nach einer weiteren Formgebung; 3D zeigt das fertige Teil.
  • 3E zeigt das fertige Teil von 3D mit Komponenten, die in einer Konfiguration zusammengebaut sind, welche zur Verwendung geeignet ist.
  • Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
  • Magnesium- und Aluminiumlegierungen können problemlos stranggepresst werden. Der Strangpressprozess, welcher beinhaltet, dass Materialien durch ein Umformwerkzeug gezwungen werden, ist ein gut entwickelter, kostengünstiger Prozess, der von Natur aus in der Lage ist, Formen mit variierender Dicke zu produzieren. Im Gegensatz zu dem flachen Blech mit einheitlicher Dicke, welches das Ausgangsmaterial für die meisten Blechumformprozesse darstellt, ist das Strangpressen ferner in der Lage, viel komplexere Geometrien entlang der Länge des Strangpressteiles zu bilden.
  • Rein beispielhaft ist die in 1A gezeigte Form, welche Segmente mit ungleicher Dicke kombiniert, die unter etwa rechten Winkeln zueinander geneigt sind, gänzlich für eine Herstellung durch Strangpressen geeignet. Des Weiteren kann die Verbindungsstelle zwischen den geneigten Teilstücken mit einem nur schmalen Radius hergestellt sein, was zu einem „frischen” Erscheinungsbild führt, das in umgeformten oder gebogenen Blechmetallkomponenten nicht immer erreichbar ist.
  • Diese Charakteristika: die Eignung der Leichtmetalllegierungen aus Aluminium und Magnesium zum Strangpressen; die Fähigkeit des Strangpressprozesses, Formen mit variierender Dicke zu produzieren; und die Fähigkeit des Strangpressprozesses, andere als ebene geometrische Formen zu produzieren, werden in dieser Erfindung verwendet, um derzeitige Blechumformprozesse für diese Leichtmetalle nutzbringend zu ergänzen.
  • Die Erfindung wendet Blechumformprozesse auf Formen mit komplexen Ausgangsgeometrien an, die durch Strangpressen hergestellt wurden, um die Erzeugung von komplexen strukturellen Formen und Befestigungen zu ermöglichen. Diese strukturellen Formen und Befestigungen können somit aus Legierungen hergestellt werden, die mit den Legierungen identisch oder kompatibel sind, die in Presslingen verwendet werden, welche aus derzeitigen Blechzusammensetzungen gebildet werden.
  • Es ist wohlbekannt, dass die Umformbarkeit von Magnesium- und Aluminium verbessert werden kann, indem das Umformen bei hohen Temperaturen ausgeführt und dadurch die Bildung von komplexeren Formen ermöglicht wird. In der Methode dieser Erfindung kann ähnlichen Hochtemperaturumformmethoden gefolgt werden, die jedoch nicht erforderlich sind, wenn das Umformen bei niedrigeren Temperaturen wie z. B. bei Raumtemperatur, allgemein etwa 25°C, ausreichend ist, um die erwünschte Form zu erreichen.
  • Die Erfindung ist am besten bei Betrachtung der folgenden Beispiele verständlich. Es wird einzusehen sein, dass der Ausstoß des Strangpressprozesses ein Teil ist, das in den zwei Dimensionen, welche den Querschnitt des Strangpressprofils definieren, von beschränkter Ausdehnung ist, in der dritten, der Längendimension, jedoch weit ist. Außerdem ist bekannt, dass asymmetrische Strangpressprofile oder solche mit einem nicht einheitlichen Querschnitt häufig eine Verwindung oder Biegung entlang ihrer Länge aufweisen. Es ist jedoch gängige Praxis, das stranggepresste Teil durch gesteuerte Anwendung einer plastischen Verformung in einem Streck- oder Verwindungsprozess nach dem Strangpressen zu strecken oder zu entdrallen. Es ist auch gut bekannt, das Strangpressteil in eine Anzahl von kleineren, herkömmlich dimensionierten Teilen zu schneiden, sodass eine einzige stranggepresste Länge, wenn sie zerteilt ist, mehrere Teile ergeben wird. In der Methode der folgenden Beispiele werden diese vorbereitenden Arbeitsschritte nicht weiter erläutert. Das Hauptaugenmerk wird auf der Nachbearbeitung dieser herkömmlich dimensionierten Teile liegen, welche durch Analogie mit der herkömmlichen Blechumformterminologie in den folgenden Beschreibungen als stranggepresste Rohlinge bezeichnet werden.
  • BEISPIEL 1 – Kotflügelverstärkung
  • In diesem Beispiel wird ein Aluminium- oder Magnesiumlegierungsbügel oder -verstärkungselement zur Verwendung z. B. zum Anbringen eines polymeren Kotflügels an einer Gitterrahmen-Karosseriestruktur hergestellt. Vier oder mehrere solcher Teile könnten bei der Herstellung einer Fahrzeugkarosserie verwendet werden.
  • 1A zeigt ein Teilstück 10 einer stranggepressten Form, welche zwei Dicken eines Strangpressteiles umfasst und allgemein dem Buchstaben „Z” ähnelt. Das Strangpressteil umfasst ein erstes Segment 11, ein zweites Segment 12 und ein Verbindungssegment 35, das die Segmente 11 und 12 verbindet. Die Materialdicke im Segment 12 ist größer als die Materialdicke im Segment 11. Das Verbindungssegment 35 weist einen Abschnitt, der ein Material mit einer Dicke umfasst, die dem Segment 11 entspricht, und einen Abschnitt auf, der ein Material mit einer Dicke umfasst, die dem Segment 12 entspricht, wobei ein fortschreitender Übergang von einer Dicke in die andere im Bereich 13 vorhanden ist. Das Segment 11 grenzt an das Segment 35 entlang der Linie 14, was einer Änderung in der Neigung von allgemein 90° entspricht, während das Segment 12 an das Übergangssegment 35 entlang der Linie 15 grenzt, was wiederum einer Änderung in der Neigung von allgemein 90° entspricht. Wenn diese Änderungen in der Neigung zwischen den Teilsegmenten an den Linien 14 und 15 durch Biegen gebildet wären, würden sie als Biegungen mit einem kleinen Radius, das heißt als Biegungen betrachtet, in denen der Biegeradius mit der Metalldicke vergleichbar ist. Die Bildung von Biegungen mit einem kleinen Radius stellt eine Herausforderung dar, insbesondere in Materialien mit beschränkter Duktilität, und die Fähigkeit, diese Form durch Strangpressen zu verleihen, vereinfacht das Umformen von komplexen geometrischen Formen in dünnen Komponenten wesentlich.
  • 1B zeigt die stranggepresste Form 10 von 1A, die in einem Warmformwerkzeug 20 positioniert ist, das ein oberes Teilstück 21 und ein unteres Teilstück 22 umfasst, wobei diese Teilstücke in einer Presse positioniert sind, die in der Lage ist, eine mechanische Kraft in einer durch den Pfeil 100 angezeigten Richtung anzuwenden. Das Umformen wird bewerkstelligt, indem zuerst die Pressform und das Blech auf eine Temperatur im Bereich von 400 bis 500°C erwärmt werden und ein Gasdruck (bis zu 500 psi) auf eine Seite des Blechs angewendet wird, um dadurch zu induzieren, dass sich das Blech ausbuchtet und in Kontakt mit einer Form verleihenden Pressform verformt. In 1B ist das Pressformteilstück das untere Teilstück 22 und seine innere Geometrie (teilweise als Phantom gezeigt) entspricht allgemein der in 1C gezeigten resultierenden Teilegeometrie. Das obere Teilstück 20 ist primär eine Druckbeaufschlagungskammer, die einen Dichtungsmantel 80 und einen inneren Hohlraum 90 umfasst.
  • Um eine gute Gasabdichtung sicherzustellen, reproduziert der Umfang der oberen und der unteren Pressform 21 und 22 im Wesentlichen die obere und die untere Fläche 50, 60 des stranggepressten Rohlings 10, siehe 1A. Die Abdichtung ist ferner durch Einbringen einer Dichtung 16 sichergestellt, die in 1C gezeigt ist, und ist die Folge der zusammenwirkenden Wechselwirkung von Merkmalen an der oberen Pressform 21 und komplementären Merkmalen an der unteren Pressform 22, die einen lokalen Versatz der Flächen 50, 60 des Rohlings 10 zur Folgen haben und dadurch einen im Wesentlichen leckagefreien, mit Druck beaufschlagbaren Hohlraum 90 innerhalb der oberen Pressform 21 definieren.
  • Wenn er einem entsprechenden Gasdruck ausgesetzt ist, wird der stranggepresste Rohling 10 mit einer Genauigkeit, die von dem angewendeten Druck abhängig ist, die allgemeine Form der unteren Pressform 22 annehmen und das umgeformte Teil 10', das in 1C gezeigt ist, kann entfernt werden. Ein Vergleich der 1A und 1C lässt erkennen, dass die allgemeine „Z”-Form des Rohlings 10 beibehalten wurde, dass der Umformschritt jedoch die Bildung von ,taschen'-artigen Merkmalen 54, 56 ermöglicht hat, die im Wesentlichen vertikale Flächen 19, 28 und 38 und im Wesentlichen horizontale Merkmale 17 und 18 umfassen, die an den Flächen 11 und 35 des Rohlings 10 angeordnet sind.
  • Die/das weitere Bearbeitung, Beschneiden des für das Teil überschüssigen Metalls und das Herstellen von Löchern 42, 44 und 46 z. B. durch Stanzen oder maschinelles Bearbeiten hat das fertige Teil, einen Bügel 10'', zur Folge, der in 1D gezeigt ist. Das Loch 42 ist als ein schlitzförmiges Loch veranschaulicht, das zum Verstellen, insbesondere für einen Bügel wie den gezeigten, wünschenswert sein kann. Es wird einzusehen sein, dass die Form der Löcher 42, 44 und 46 nicht auf die gezeigten Geometrien beschränkt ist, sondern stattdessen allgemein jede Konfiguration annehmen kann, welche die gewünschte technische Funktion erfüllt.
  • Es wird einzusehen sein, dass die gewählte Pressformgeometrie komplementär zu der erwünschten Teilegeometrie und dem abgestützten dickeren Teilstück 12 war und die Herstellung von zusätzlichen geformten Merkmalen in dem dünneren Teilstück 11 ermöglicht. Allerdings kann durch geeignete Wahl der Dicken das Festigkeitsmissverhältnis zwischen dem dicken und dem dünnen Teilstück ausreichend gemacht werden, um das dicke Teilstück unter den Bedingungen, die zu einer Verformung des dünnen Teilstückes führen, im Wesentlichen unverformbar zu machen. In diesem Fall wird die Pressformabstützung für das dickere Teilstück nicht erforderlich sein und es können einfachere Pressformen verwendet werden. Dies kann insbesondere für die Bildung eines geschlossenen oder rohrförmigen Teilstückes wünschenswert sein, wo Dickenschwankungen in der Rohrwanddicke eingeführt werden könnten, um die Verformung geeigneterweise zu kanalisieren, wenn die Rohre einer inneren Druckbeaufschlagung bei erhöhter Temperatur unterzogen werden.
  • Der Prozess wurde so dargestellt, als würde er zum Umformen nur eines einzigen Teiles in jedem Umformungsarbeitsschritt ausgeführt. Es kann jedoch insbesondere für kleine Teile effizienter sein, einen längeren stranggepressten Rohling zu verwenden und ihn in einer Pressform mit mehreren Hohlräumen anzuordnen, sodass mehrere Teile in einem einzigen Umformarbeitsschritt gebildet werden können. Nach dem Umformen würden sie getrennt werden, um das erwünschte Teil 10'' zu erzeugen.
  • Der Umformprozess für dieses Teil wurde als Erzeugung eines stranggepressten Rohlings und Halbwarm- oder Blasumformen beschrieben. Ein Fachmann wird jedoch einsehen, dass es, wenn die taschenartigen Merkmale relativ flach und leicht zu bilden sind, möglich sein kann, sie mithilfe von Pressumformen und einer herkömmlichen Umformtechnologie, die zusammenpassende Pressformsätze in einer mechanischen oder hydraulischen Presse verwendet, zu bilden. Das Pressumformen kann bei erhöhter Temperatur oder bei Raumtemperatur, allgemein etwa 25°C, durchgeführt werden. In diesem Fall wird es die Notwendigkeit, dass die Richtung des Metallstromes mit der Wirkung der Presse ausgerichtet ist, erforderlich machen, den stranggepressten Rohling in einer anderen Orientierung in der Presse zu positionieren, als in 1B gezeigt ist. Allerdings ist die Wichtigkeit einer geeigneten „Pressformspitze”, um ein optimales Umformverhalten zu erzielen, dem Fachmann auf dem Gebiet der Blechumformung gut bekannt.
  • BEISPIEL 2 – Bügel
  • In diesem Beispiel wird ein weiteres Aluminium- oder Magnesiumlegierungsbügel- oder -verstärkungselement zur Verwendung z. B. bei der Herstellung einer Fahrzeugkarosseriestruktur erzeugt. Es könnten mehrere solche Teile bei der Herstellung einer Fahrzeugkarosserie verwendet werden.
  • In Beispiel 1 wurde der stranggepresste Rohling direkt verwendet, und das erforderliche Beschneiden wurde anschließend an den Umformarbeitsschritt ausgeführt. Der stranggepresste Rohling kann allerdings ein zusätzliches Beschneiden vor dem Umformen erfordern, um seine Form für den spezifischen in Erwägung gezogenen Umformarbeitsschritt geeignet zu machen. In diesem Beispiel, das in 2A gezeigt ist, weist der stranggepresste Rohling 110 allgemein eine Form auf, die dem Buchstaben „L” ähnlich ist, wobei ein erstes/r Segment oder Schenkel 111 des „L” dünner ist als das zweite Segment oder der zweite Schenkel des „L” 112. In diesem Beispiel findet der Übergang von dem dicken Teilstück zu dem dünnen Teilstück allgemein mit einer äußeren Biegung 113 mit einem kleinen Radius statt, wobei die spezifische Stelle durch die Notwendigkeit bestimmt ist, einen sanften Übergang von dem dicken zu dem dünnen Teilstück zu erreichen und daher von dem spezifischen Radius abhängig ist, der für den Radius der inneren Biegung 114 gewählt ist.
  • In 2B wurde der stranggepresste Rohling weiter bearbeitet und beschnitten, um einen Abschnitt des Teilstückes 112 zu entfernen und dadurch die Flächen 116 und 117 zu erzeugen, wie auch in der Draufsicht abgerundete Ecken 115, 124, 125 und 126 herzustellen, die hier nur der Einfachheit halber als üblich bemessen gezeigt sind. Diese Geometrie kann unter Verwendung eines Schneid- oder Scherarbeitsschrittes mithilfe von zusammengepassten Schneidkanten, die z. B. durch eine Presse zusammendrängt werden, oder alternativ durch einen maschinellen Bearbeitungsarbeitsschritt wie z. B. Sägen oder Fräsen hergestellt werden.
  • 2C veranschaulicht die Form des Rohlings 110 nach zwei Umformarbeitsschritten in einer Presse: einem Biegearbeitsschritt, um eine Biegung entlang der Biegeachse 118 zu erzeugen und dadurch ein Teilstück eines horizontalen Segments 111 in eine vertikale Orientierung, als 111' gezeigt, umzuformen; und einem Arbeitsschritt, um einen Pfeil 119 entlang der Biegelinie 118 zu bilden und dadurch die Biegung zu versteifen, um sie im Einsatz widerstandsfähiger gegen ein Geradebiegen zu machen. Diese Merkmale können in einem einzigen Pressarbeitsschritt oder in zwei separaten Pressarbeitsschritten eingeführt werden und können je nach Umformbarkeit und Duktilität des Werkstückes mit der Pressform und dem Werkstück bei Raumtemperatur, das heißt etwa 25°C, oder bei erhöhter Temperatur ausgeführt werden.
  • In 2D wurde die bügelartige Komponente einer zusätzlichen Formgebung unterzogen, um Löcher 121, 122 und 123 einzubringen. Wie es für Beispiel 1 der Fall war, kann die Geometrie der Löcher kreisförmig (wie abgebildet), schlitzförmig, oval oder eine beliebige andere Konfiguration sein, welche den technischen Anforderungen nachkommt, und die Löcher können durch Pressarbeitsschritte wie Stanzen oder durch maschinelles Bearbeiten, z. B. durch Bohren oder Fräsen, hergestellt werden.
  • In diesem Fall kann der gesamte Herstellvorgang jedoch dem Umformarbeitsschritt vorausgehen und kann sogar an dem ursprünglichen in 2A gezeigten stranggepressten Rohling durchgeführt werden. Im Allgemeinen ist das Einbringen von Löchern vor dem Umformen auf Grund der Schwierigkeit, die Löcher in dem fertigen Teil präzise anzuordnen, nicht ratsam, wenn die Lochpositionen jedoch lockere Toleranzen aufweisen, kann dies eine akzeptable Prozedur sein. Somit kann die Abfolge der in den 2A–D gezeigten Arbeitschritte modifiziert werden, ohne notwendigerweise die Brauchbarkeit des gebildeten Teiles zu beeinträchtigen.
  • BEISPIEL 3 – Gehäuse für eine elektronische Vorrichtung
  • In diesem Beispiel wird eine Wannenstruktur aus einer Aluminium oder – Magnesiumleichtlegierung mit integrierten Verstärkungs- oder Abstandhalterippen, die in der Basis der Wanne gebildet sind, hergestellt. Die Wanne kann als ein Gehäuse für einen Computer oder eine andere elektronische Vorrichtung verwendet werden.
  • In diesem Beispiel umfasst der in 3A gezeigte stranggepresste Rohling 210 eine allgemein flache horizontale Basis 211 mit allgemein einheitlicher Dicke mit einer Vielzahl von integrierten parallelen Versteifungsmerkmalen 212 und 213, die sich von einer Fläche der Basis 211 nach oben erstrecken. Die Versteifungsmerkmale 212 und 213 können, wie in 3A und später gezeigt, von verschiedener Höhe sein und werden sich entlang der Länge des Rohlings erstrecken.
  • In der in 3A gezeigten Konfiguration wird der Rohling 210 widerstandsfähiger gegen eine Verformung in einer Richtung im Wesentlichen orthogonale zu der Orientierung der Rippen 212, 213 und weniger widerstandsfähig gegen eine Verformung in einer Richtung sein, die allgemein mit der Orientierung der Rippen 212, 213 ausgerichtet ist. Um eine homogenere Verformung zu ermöglichen, können zumindest an dem Umfang des Rohlings 210 die Rippen 212 und 213 entlang der Linien 214 und 216 maschinell herausgearbeitet werden, um Bereiche 215 mit einer Dicke zu erzeugen, die im Wesentlichen gleich ist wie jene des ebenen Bereichs 211 des stranggepressten Rohlings 210, wobei restliche Rippenteilstücke 212' und 213' zurückbleiben. Somit wurde, wie in 3B gezeigt, ein Umfangsbereich mit im Wesentlichen gleicher Dicke und somit im Wesentlichen gleichem Widerstand gegen eine Verformung um den Umfang des stranggepressten Rohlings 210 herum erzeugt, um dadurch einen stranggepressten Rohling 210' zu erzeugen.
  • Ein ähnliches Ergebnis kann durch Anschweißen von zusätzlichen Teilstücken, z. B. unter Verwendung eines Lasers, erreicht werden, um die Länge des in 3A gezeigten Rohlings 210 zu erweitern und einen stranggepressten, maßgeschneidert geschweißten Rohling zu bilden. Des Weiteren wurde der Prozess als Schneiden eines Strangpressteiles beschrieben, um einen stranggepressten Rohling zu erzeugen, gefolgt von einer maschinellen Bearbeitung, um die Form von 3B zu erzeugen. Es wird jedoch einzusehen sein, dass das Strangpressteil zuerst maschinell bearbeitet und dann geschnitten werden kann, um den Rohling 210' zu erzeugen. Zum Beispiel:
    • a) Planfräsen, um in dem Strangpressteil eine einheitlich beabstandete Matrix von Bereichen ohne Verstärkungsrippen mit einer Breite (2 x „Y”) und einer Dicke, die allgemein jener des Bereichs 211 einen Abstand „X” entfernt entspricht, zu erzeugen; und
    • b) wiederholtes Scheren des gefrästen Strangpressteiles in der Mitte des gefrästen Teilstückes.
  • Unter der Voraussetzung, dass ein Zuschlag für Kerbverluste einbezogen wird, kann ein Schneideprozess, z. B. Sägen oder Fräsen, anstelle eines Scherprozesses verwendet werden.
  • Der stranggepresste Rohling 210' weist repräsentativ positionierte Positioniermerkmale 218 auf, welche hier als parallelseitige Schlitze gezeigt sind, die in einem halbkreisförmigen Bogen enden, der vorgesehen ist, um mit zusammengepassten Positionierelementen in der Pressform in Eingriff zu treten, um ein genaues Anordnen des Rohlings in der Pressform zu ermöglichen. Es sind jedoch alternative Positioniergeometrien gut bekannt. Zum Beispiel werden häufig verjüngte Schlitze, die in einem halbkreisförmigen Bogen enden, verwendet. Diese Konfiguration stellt gewisse selbstführende Charakteristika an die Positionierelemente bereit, wenn sich die Positionierstifte in der Pressform, anstatt fest zu sein, zwischen einer mit dem Rohling beladenen/unbeladenen Position und einer Pressposition hin- und herbewegen.
  • 3C zeigt eine aufgeschnittene Ansicht des stranggepressten Rohlings 210', der in dem unteren Pressformteilstück 220 eines zum Warm- oder Halbwarmumformen vorgesehen Pressformsatzes angeordnet ist. Analog zu Beispiel 1 umfasst der Pressformsatz ein unteres Pressformteilstück 220 und ein oberes Teilstück (nicht gezeigt), das in der Lage ist, einen Gasdruck auf eine Seite des Rohlings 210' zu übertragen, um ihn gegen die Umformfläche 224 zu drangen. Ebenso wie bei Beispiel 1 reproduziert der Umfang der oberen und der unteren Pressform im Wesentlichen die obere und die untere Fläche des stranggepressten Rohlings 210'. Ferner ist eine Abdichtung durch das Einbringen eines Dichtwulstes 219 um den Umfang des Rohlings 210' herum sichergestellt. Der Dichtwulst 219 wird durch die Wirkung eines kontinuierlichen vorstehenden Merkmals an der oberen Pressform gebildet, das vorgesehen ist, um zumindest teilweise in die obere Fläche des Rohlings 210' einzudringen und dadurch einen im Wesentlichen leckagefreien, mit Druck beaufschlagbaren Hohlraum innerhalb der oberen Pressform zu definieren.
  • Wenn er einem entsprechenden Gasdruck, typischerweise bis zu 500 psi, bei einer Temperatur zwischen 400 und 500°C ausgesetzt ist, wird der stranggepresste Rohling 210' die allgemeine Form der unteren Pressformumformfläche 224 annehmen, um das umgeformte Teil zu erzeugen. Für das in 3C gezeigte Beispiel wurde der ursprünglich flache Rohling in die Form einer rechteckigen Wanne umgeformt. Der zentrale Abschnitt, wo die Versteifungsrippen 212' und 213' zurückbleiben, erfährt nur eine begrenzte Verformung, wobei der größte Teil der Formänderung in dem einheitlich dicken Umfang des Rohlings stattfindet. Ein Abschnitt des Umfanges 222 trägt den Dichtwulst 219, während der Rest die Wandteilstücke 223 und 215' bildet, um dadurch eine rechteckige Flachbodenwanne mit versteiftem Boden zu bilden.
  • Während das gezeigte Beispiel in seinem inneren Abschnitt nur eine begrenzte Verformung erfährt, können alternative Verformungsmuster und infolgedessen alternative Endteilgeometrien durch Anpassung der Pressformfläche 224 und durch selektives Entfernen von Rippen 212' und 213' oder Abschnitten davon ohne weiteres begünstigt werden.
  • Das Wegschneiden der Umfangsflansche 222 und 215 führt zu dem fertigen Teil 210'', das in 3D gezeigt. Dieses Teil kann ohne weiteres als Abschnitt eines Behälters für elektronische Vorrichtungen dienen, wie in 3E gezeigt, wobei die Komponenten 32 und 33 an Versteifungsrippen 212' und 213' befestigt gezeigt sind und Scharniere 231 an der Versteifungsrippe 212' befestigt gezeigt sind. Somit bringen die Versteifungsrippen 212' und 213', indem sie den flachen Boden des wannenartig geformten Teiles versteifen und eine ausreichende Dicke bereitstellen, um ein/en guten/s Rückhalt und Spannen von entfernbaren Schraub- oder mechanischen Befestigungselementen 241 zu ermöglichen, doppelten Nutzen mit sich.
  • Es wird einzusehen sein, dass der Einsatz von mechanischen Befestigungselementen zumindest die Herstellung von Löchern in den Versteifungsrippen erfordern wird. Solche Löcher, üblicherweise Blindlöcher, wenn das Aussehen von Bedeutung ist, können durch Bohren hergestellt werden.
  • Wenngleich die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen und Beispiele beschrieben wurde, wird ein Fachmann auf dem Gebiet einsehen, dass Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Herstellen eines umgeformten Gegenstandes aus einem Knüppel aus einer Aluminiumlegierung oder einer Magnesiumlegierung, wobei das Verfahren umfasst, dass: der Knüppel zu einem stranggepressten Werkstück stranggepresst wird, welches zumindest ein erstes und ein zweites Teilstück von verschiedener Dicke aufweist, wobei das stranggepresste Werkstück eine offene Form aufweist, in welcher das erste und das zweite Teilstück Kanten aufweisen, die voneinander beabstandet sind; und das stranggepresste Werkstück unter dem Einfluss eines Umformwerkzeuges umgeformt wird, um die Form von zumindest einem von dem ersten und dem zweiten Teilstück weiter zu ändern.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein oder mehrere kürzere Werkstücke von dem Werkstück mit stranggepresster Form entfernt wird/werden, indem das stranggepresste Werkstück quer zu der Strangpressachse geschnitten wird, wobei die kleineren Werkstücke dann einem Umformen unter dem Einfluss einer Pressform unterworfen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zumindest erste und zweite Teilstück des stranggepressten Werkstückes in Bezug aufeinander geneigt sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Umformen ein Warmumformen ist, das in einem Temperaturbereich von 400–550°C ausgeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Umformen ein Warmumformen ist, das durch Anwenden eines Gasdruckes auf eine Seite des stranggepressten Werkstückes, um es gegen ein Formgesenk zu drängen, ausgeführt wird.
  6. Verfahren zum Herstellen eines umgeformten Gegenstandes aus einem Knüppel aus einer Aluminiumlegierung oder einer Magnesiumlegierung, wobei der Gegenstand mit einer ersten und zweiten Befestigungsfläche für weitere Gegenstände geformt werden soll; wobei das Verfahren umfasst, dass: der Knüppel stranggepresst wird, um ein stranggepresstes Werkstück zu bilden, das ein erstes Teilstück mit einer ersten Dicke zum Umformen als die erste Befestigungsfläche; ein zweites Teilstück mit einer zweiten Dicke, die dicker ist als die erste Dicke, und zum Umformen als die zweite Befestigungsfläche; und ein drittes Teilstück umfasst, welches das erste und das zweiten Teilstück verbindet, wobei ein erster Abschnitt mit dem ersten Teilstück verbunden ist und die erste Dicke aufweist, ein zweiter Abschnitt mit dem zweiten Teilstück verbunden ist und die zweite Dicke aufweist; und ein dritter Abschnitt mit einer variierenden Dicke zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt positioniert ist und einen fortschreitenden Dickenübergang dazwischen ermöglicht, wobei das erste und das zweite Teilstück allgemein parallel zueinander stehen; zumindest das erste Teilstück gegen eine Pressformfläche umgeformt wird, um die erste Befestigungsfläche zu bilden; und in jedem von dem ersten und dem zweiten Teilstück Löcher gebildet werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Bilden des ersten Teilstückes bei erhöhten Temperaturen unter dem Drängen eines Gasdruckes erfolgt.
  8. Verfahren zum Bilden eines Bügels, welcher drei Befestigungsflächen für weitere Gegenstände umfasst, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Knüppel stranggepresst wird, um ein stranggepresstes Werkstück zu bilden, wobei das stranggepresste Werkstück ein erstes Teilstück mit einer ersten Dicke, das vorgesehen ist, um zwei Bügelbefestigungsflächen zu bilden, und ein zweites Teilstück mit einer zweiten Dicke umfasst, das mit dem ersten Teilstück koextensiv verbunden ist und vorgesehen ist, um eine dritte Befestigungsfläche zu bilden, wobei das erste Teilstück und das zweite Teilstück unter ungefähr 90 Grad zueinander geneigt sind und die erste Dicke kleiner ist als die zweite Dicke; ein Abschnitt des zweiten Teilstückes aus seiner Verbindung mit dem ersten Teilstück geschnitten wird, sodass sich ein Abschnitt des ersten Teilstückes über seine verbleibende Befestigung mit dem zweiten Teilstück hinaus erstreckt; der erweiterte Abschnitt des ersten Teilstückes gebogen wird, sodass er unter ungefähr 90 Grad zu dem ursprünglichen Abschnitt des ersten Teilstückes steht und sich in derselben Lage wie das zweite Teilstück befindet; und der gebogene Bereich des ersten Teilstückes gegen eine Pressformfläche umgeformt wird, um den gebogenen Bereich zu versteifen und Bügelbefestigungsflächen zu erzeugen, welche die gebogenen und nicht gebogenen Abschnitte des ersten Teilstückes und des zweiten Teilstückes umfassen.
  9. Verfahren zum Bilden einer Wanne mit einer Wannenbasis, die parallele, einteilige, erhöhte, längliche Rippenmerkmale umfasst, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Knüppel stranggepresst wird, um ein stranggepresstes Werkstück zu bilden, wobei das Werkstück eine rechteckige, allgemein ebene Basis mit zwei gegenüberliegenden Basisseiten umfasst, welche die seitlichen Seiten des stranggepressten Werkstückes bilden, und die anderen zwei Rechteckseiten quer zu der Strangpressrichtung stehen, wobei die ebene Basis mit einer Vielzahl von parallelen Rippen gebildet ist, die sich von einer gemeinsamen Fläche der Basis nach oben erstrecken und sich von einer Querseite der Basis zu ihrer gegenüberliegenden Seite erstrecken, wobei die Rippen von den seitlichen Seiten der Basis beabstandet sind; Rippenabschnitte von den Querseiten der Basis geschnitten werden, um das Formen von gegenüberliegenden Wannenwänden vorzusehen; und eine Wanne gebildet wird, indem der Wannenvorformling gegen eine Pressformfläche in einem wannenförmigen Pressformhohlraum gedrängt wird, um Wannenwände mit Eckschnittpunkten von seitlichen Seiten der Basis und von Querseiten der Basis, von denen das Rippenmaterial entfernt wurde, zu bilden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, welches ferner umfasst, dass Löcher in der Wanne durch Bohren oder Stanzen erzeugt werden.
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