DE102011117034A1

DE102011117034A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Metallrades

Info

Publication number: DE102011117034A1
Application number: DE102011117034A
Authority: DE
Inventors: Giorgio Muffatto
Original assignee: RONAL AG
Current assignee: RONAL AG
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2013-05-02
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: HUE032294T2; PT2771137T; EP2771137B1; TWI600482B; US9573179B2; WO2013060451A1; PL3189909T3; EP2771137A1; EP3189909B1; DE102011117034B4; WO2013060451A8; HUE053016T2; PT3189909T; PL2771137T3; US20140283572A1; EP3189909A1; ES2627025T3; TW201338889A; ES2854401T3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Metallrades (1) aus einer Vorform, mit am Felgenbereich der Vorform angreifenden Streckwalzen (3) mittels derer eine Felge (1.1) endgeformt wird, die zur Ausbildung eines Felgenhorns (1.7) weiter gekennzeichnet ist durch unterhalb der Streckwalzen (3) angeordnete, mit diesen zusammenwirkende frei drehbare Rollen (4). Die Erfindung schlägt hierzu weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Metallrades (1) aus einer Vorform vor, wobei die Vorform des herzustellenden Metallrades (1) auf einen Spanndorn (2) aufgesetzt und in Drehung versetzt wird, im oberen Bereich eines rotationssymmetrischen Mantels der Vorform Streckwalzen (3) unter radialer Druckausübung angreifen und sich entlang der Mantelwandung der Vorform unter Verdichtung und Streckung der Mantelwandung zu einer Felge (1.1) mit einer Hauptbewegungskomponente parallel zur Drehachse (2.1) der Vorform bewegen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorform von frei drehenden Rollen (4) untergriffen wird, die unter gleichen Umfangswinkeln wie die Streckwalzen (3) um den Umfang der Vorform angeordnet sind, so dass die Streckwalzen durch Strecken von Vorformmaterial gegen die untergreifenden frei drehenden Rollen ein Felgenhorn (1.7) ausbilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Metallrades aus einer Vorform, mit am Felgenbereich der Vorform angreifenden Streckwalzen, mittels derer eine Felge endgeformt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Metallrades aus einer Vorform, wobei die Vorform des herzustellenden Metallrades auf einem Spanndorn aufgesetzt und in Drehung versetzt wird, im oberen Bereich eines rotationssymmetrischen Mantels der Vorform Streckwalzen unter radialer Druckausübung angreifen und sich entlang der Mantelwandung der Vorform unter Verdichtung und Streckung der Mantelwandung zu einer Felge mit einer Hauptbewegungskomponente parallel zur Drehachse der Vorform bewegen.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das Herstellen von Leichtmetallrädern mittels Flowforming. Hierbei handelt es sich um eine Unterform des Shear Forming, während im Deutschen unterschiedliche Begriffe, wie Fließ(druck)walzen, Rotationswalzen oder Streckwalzen verwendet werden und hier letzterer Begriff benutzt werden soll. Beim Streckwalzen handelt es sich um ein nicht spanabhebendes Formverfahren zum Endformen von Rotationskörpern aus Leichtmetall, wie Aluminium oder Aluminiumelegierungen, insbesondere Metallrädern.
Hierbei wird die Vorform eines Rades mit einer rotationssymmetrischen Mantelausbildung auf einem einfachen, sich drehenden Werkzeug, einem Spanndorn aufgesetzt, der mit der Vorform in Drehung versetzt wird. Am Umfangsrand greifen mehrere unterschiedlich ausgeformte Streckwalzen mit radialem Druck an der rotationssymmetrischen Umfangswand der Vorform an und werden entlang dieser, also in einer axialen Komponente während der Drehung der Vorform bewegt, wodurch einerseits eine Verdichtung des Materials erfolgt, andererseits dieses durch die sich im Wesentlichen in Achsrichtung bewegenden Streckwalzen gestreckt und damit verformt wird und eben bei Herstellung eines Metallrades zur Felge desselben. Am unteren Umfangsrand wird auf einem Absatz des Drehdorns das in der Regel innere Felgenhorn des zu bildenden Rades ausgebildet. Dieser Bearbeitungsvorgang, an sich ein Kaltverformungsvorgang, kann bei einer erhöhten Temperatur bis zu 350°C vorgenommen werden, wobei zu beachten ist, dass alleine durch den Verformungsvorgang mittels der Streckwalzen eine Erwärmung ohnehin erfolgt. Derartige Verfahren sind grundsätzlich aus der US 2003/0145466 A1 oder der ITVI 0020040061 A bekannt.
Nachteilig ist, dass die innere oder Unterseite des herzustellenden Rades durch die Form des Streckdorns vorgegeben ist und der Umfangsrand des Felgenhorns gegebenenfalls nur in aufwändiger Weise durch Abfahren desselben mit den Streckwalzen endgeformt werden kann, wozu einerseits komplizierte Steuerungsvorgänge der Bewegung erforderlich sind, andererseits das Spanndorn stören kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen von Metallrädern dahingehend weiterzuentwickeln, dass insbesondere das innere Felgenhorn besser, schneller und weniger aufwändig ausgebildet werden kann.
Zur Lösung der Aufgabe ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung gekennzeichnet durch unterhalb der Streckwalzen angeordnete, mit diesen zusammenwirkende frei drehbare Rollen. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zur Lösung der Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass die Vorform von frei drehenden Rollen untergriffen wird, die unter gleichen Umfangswinkeln wie die Streckwalzen um den Umfang der Vorform angeordnet sind, so dass die Streckwalzen durch Strecken von Vorformmaterial gegen die untergreifenden frei drehenden Rollen ein Felgenhorn ausbilden.
Die Umformung kann als Warm- oder auch als Kalt-Umformung erfolgen, wobei bei ersterer mit heißer Vorform und heißem Werkzeug gearbeitet wird, bei letzterer mit kalter Vorform und kaltem Werkzeug, die sich aufgrund des Bearbeitungsvorganges in gewisser Weise erwärmen. Ersteres wird insbesondere bei gegossenen Vorformen, letzteres bei geschmiedeten Vorformen eingesetzt.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiterhin dadurch ausgestaltet sein, dass die frei drehenden Rollen eine unter Neigungswinkel von 50° bis 70° zu einer Drehachse der Vorform geneigte Drehachse haben, wobei insbesondere der Neigungswinkel der Drehachsen der frei drehenden Rollen zur Drehachse der Vorform einstellbar ist.
Weitere Ausbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehen vor, dass die frei drehenden Rollen das zu bildende Felgenhorn mit ihrer Mantelwandung untergreifen, wobei insbesondere die frei drehenden Rollen kegelstumpfförmig ausgebildet sind und/oder die Mantelwandung der frei drehenden Rollen einen Winkel zwischen 20° und 40° zur Drehachse der frei drehenden Rollen einschließt. Auch kann eine ein Felgenhorn endformende Profilstreckwalze vorgesehen sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in Weiterbildung vor, dass die frei drehenden Rollen sich um Achsen drehen, die Neigungswinkel von 50° bis 70° zur Drehachse der Vorform einschließen, wobei insbesondere die frei drehenden Rollen den unteren Rand der Vorform mit ihrem Mantel untergreifen, der einen Winkel von 20° bis 40° zur Drehachse der frei drehenden Rollen einschließt. Insbesondere kann weiterhin vorgesehen sein, dass am zwischen Streckwalzen und frei drehenden Rollen ausgebildeten Felgenhorn unter radialer Druckausübung mindestens eine Profilstreckwalze zur Endformung des Felgenhorns angreift. Durch die Erfindung wird insbesondere die Möglichkeit zu einer zügigen, genauen und optimalen Ausbildung des inneren Felgenhorns eines Leichtmetallrads geschaffen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:
1 eine Seitenansicht wesentlicher Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Leichtmetallrades – ohne Profilstreckwalze;
2 eine perspektivische Sicht von schräg oben auf ein Rad und wesentliche Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Profilstreckwalzen nicht sichtbar);
3 eine Sicht auf die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung perspektivisch von unten; und
4 eine Teilansicht entsprechend der 1 mit am unteren oder inneren Felgenhorn angreifender Profilstreckwalze.
Die 1 und 4 zeigen ein Kraftfahrzeug-Metallrad 1 gestrichelt als Vorform und durchgezeichnet mit seiner endgültigen Kontur in Schnittdarstellung (4 lediglich in Teildarstellung). Das Rad 1 weist eine Felge 1.1 sowie einen Teller- oder Speichenbereich 1.3 mit einer Nabe 1.4 auf. Im inneren Bereich des Tellers 1.3 außerhalb der Nabe 1.4 sind Durchbrüche 1.5 zur Befestigung des Rades mittels Schrauben am Fahrzeug vorgesehen. Die Felge 1.1 weist ein äußeres Felgenhorn 1.6 nahe der Radscheibe 1.3 und ein inneres Felgenhorn 1.7, der Radscheibe 1.3 abgewandt, auf.
Weiterhin sind in den 1 bis 4 die wesentlichen Werkzeugelemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines solchen Metallrads, insbesondere Leichtmetallrads, aus der Vorform dargestellt, nämlich ein einfaches in die Vorform bzw. das Rad eingreifendes Werkzeug 2 in Form eines Spanndorns, mehrere an der Umfangswandung der Vorform bzw. des Rads angreifende unterschiedlich ausgebildete Streckwalzen 3, den unteren Rand des inneren bzw. unteren Felgenrands 1.5 des nahezu fertig gestellten Rades 1 untergreifende frei drehende Rollen 4 sowie mindestens eine Profilstreckwalze 5 (3, 4). Von den Streckwalzen 3 ist lediglich die auf das Rad 1 zugerichtete Hälfte dargestellt. Die Streckwalzen 3 sind um jeweils eine sich im Wesentlichen vertikal erstreckende Drehachse drehbar.
Die Vorform des Rades 1 sitzt auf einem einfachen Werkzeug in Form eines als Rotationskörper ausgebildeten Spanndorns 2 auf, der die innere Form des Rades 1 bestimmt.
Am Außenumfang des Rades 1 greifen, über den Umfang insbesondere gleichmäßig verteilt, Streckwalzen 3 an, die, wie in der linksseitigen Überlagerungsdarstellung der 1 dargestellt, unterschiedlich ausgebildet sein können. Sie greifen zunächst im oberen Bereich der Vorform des Rades 1 an, üben dabei einen axialen Druck aus und fahren gleichzeitig entlang der Vorform des Rades nach unten, wobei sie durch die Druckausübung den späteren Radmantel oder die eigentliche Felge 1.1 des Rades 1 bildenden Teil 1.8 die Vorform des Rades nach unten strecken und gleichzeitig verdichten.
Die Vorform des Rades 1 bzw. das Rad 1 werden einerseits durch den Spanndorn 2 getragen. Dieser untergreift allerdings nicht den Rand, das spätere innere Felgenhorn 1.7 des Rades. Dieser wird vielmehr durch zusätzliche frei laufende Rollen 4 untergriffen. Vorzugsweise sind drei Rollen angeordnet, die gleichmäßig über den Umfang verteilt vorgesehen sind und zwar jeweils unter einer Streckwalze 3.
Zusätzlich ist, wie der 3 und insbesondere der 4 zu entnehmen ist, seitlich im Bereich des zu bildenden inneren Felgenhorns 1.7 umfangsmäßig zwischen zwei frei laufenden Walzen 4 zumindest eine Profilstreckwalze 5 vorgesehen, die durch radiale Druckausübung in ihrer am Umfang vorgesehen Profilnut 5.1 das Profil des inneren Felgenhorns 1.7 endformt. Die frei drehenden Rollen 4 sind, wie aus der 1 ersichtlich ist, mit ihrer Drehachse 4.1 zur Drehachse 2.1 des Spanndorns 2 und damit des auf diesen drehfest aufsitzenden Rades 1 unter einem Winkel α von etwa 60° ausgerichtet. Die frei drehenden Rollen 4 sind kegelstumpfförmig ausgebildet und verjüngen sich von ihrer Unterseite zur Oberseite hin, wobei die Mantelwandung 4.2 einen Winkel von 20 bis 30° zur Drehachse 4.1 einschließt. Die frei drehenden Rollen 4 greifen mit ihrer Mantelwandung an der Innen-Unterseite des Rades 1 zur Ausbildung des inneren Felgenhorns 1.7 an. Die Drehachse der frei drehenden Rollen 4.1 ist in einem gewissen Grad frei einstellbar, beispielsweise zwischen 50 und 70° relativ zur Drehachse 2.1 des Spanndorns 2, so dass hierdurch die innere Stirnseite des inneren Felgenhorns 1.7 durch den Anstellwinkel der Drehachse 4.1 eingestellt werden kann.
Der Herstellungsablauf ist im Wesentlichen der folgende:
Zunächst wird die Vorform des Rades 1 gegossen und von Anschlusszapfen befreit. Anschließend wird die Vorform auf den Spanndorn 2 aufgespannt und kann erhitzt werden, Idealerweise nicht bis über 350°C. Sodann verfahren die Streckwalzen 3 im oberen Bereich der Vorform gegen dieselbe und bewegen sich unter Ausübung von radialem Druck vom äußeren Felgenhorn 1.6 nach unten zum inneren Felgenhorn 1.7 und formen dabei die Felge 1.1 und im Wesentlichen die Felgenhörner 1.6, 1.7. Dabei wird das Material des Mantels des Rades einerseits zur Ausbildung der Felge nach unten in den Bereich des inneren Felgenhorns 1.7 gezogen, also gestreckt, zum anderen das Material des Rades verdichtet. Sobald durch die Streckwalzen 3 das Mantelmaterial des Rades bis unter die Unterkante des Spanndorns 2 gestreckt wurde, greifen dort die frei drehenden Walzen 4 mit ihrer Mantelwandung 4.2 an, während die Profilstreckwalze 4.5 in den Zwischenraum zwischen zwei frei drehenden Walzen 4 eingreift, radialen Druck ausübt und in ihrer Profilnut 5.1 das innere Felgenhorn 1.7 aus- und endformt.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug-Metallrad
1.1: Felge
1.3: Teller- oder Speichenbereich
1.3: Radscheibe
1.4: Nabe
1.5: Felgenrand/Durchbrüche
1.6: äußeres Felgenhorn
1.7: inneres Felgenhorn
1.8: Teil
2: Werkzeug/Spanndorn
2.1: Drehachse
3: Streckwalze
4: frei drehende Relief
4.1: Drehachse
4.2: Mantelwandung
4.5: Profilstreckwalze
5: Profilstreckwalze
5.1: Profilnut

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2003/0145466 A1 [0003]
IT 0020040061 A [0003]

Claims

Vorrichtung zum Herstellen eines Metallrades (1) aus einer Vorform, mit am Felgenbereich der Vorform angreifenden Streckwalzen (3), mittels derer eine Felge (1.1) des Rades (1) endgeformt wird, gekennzeichnet durch unterhalb der Streckwalzen (3) angeordnete, mit diesen zusammenwirkende frei drehbare Rollen (4) zur Ausbildung eines Felgenhorns (1.7).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die frei drehenden Relief (4) eine unter Neigungswinkel (α) von 50° bis 70° zu einer Drehachse (2.1) der Vorform geneigte Drehachse (4.1) haben.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α) der Drehachsen (4.1) der frei drehenden Rollen zur Drehachse (2.1) der Vorform einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die frei drehenden Rollen (4) das zu bildende Felgenhorn (1.7) mit ihrer Mantelwandung (4.2) untergreifen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die frei drehenden Rollen (4) kegelstumpfförmig ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelwandung (4.2) der frei drehenden Rollen (4) einen Winkel zwischen 20° und 40° zur Drehachse (4.1) der frei drehenden Rollen (4) einschließt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine ein Felgenhorn (1.7) endformende Profilstreckwalze (5).
Verfahren zum Herstellen eines Metallrades aus einer Vorform, wobei die Vorform des herzustellenden Metallrades (1) auf einen Spanndorn (2) aufgesetzt und in Drehung versetzt wird, im oberen Bereich eines rotationssymmetrischen Mantels der Vorform Streckwalzen (3) unter radialer Druckausübung angreifen und sich entlang der Mantelwandung der Vorform unter Verdichtung und Streckung der Mantelwandung zu einer Felge mit einer Hauptbewegungskomponente parallel zur Drehachse (2.1) der Vorform bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorform von frei drehenden Rollen (4) untergriffen wird, die unter gleichen Umfangswinkeln wie die Streckwalzen (3) um den Umfang der Vorform angeordnet sind, so dass die Streckwalzen (3) durch Strecken von Vorformmaterial gegen die untergreifenden frei drehenden Rollen (4) ein Felgenhorn (1.7) ausbilden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die frei drehenden Rollen (4) sich um Achsen drehen, die Neigungswinkel von 50° bis 70° zur Drehachse (2.1) der Vorform einschließen.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die frei drehenden Rollen (4) den unteren Rand der Vorform mit ihrem Mantel (4.2) untergreifen, der einen Winkel von 20° bis 40° zur Drehachse (4.1) der frei drehenden Rollen (4) einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass am zwischen Streckwalzen (3) und frei drehenden Relief (4) ausgebildeten Felgenhorn (1.7) unter radialer Druckausübung mindestens eine Profilstreckwalze (5) zur Endformung des Felgenhorns (1.7) angreift.