DE102013113042A1 - Method for non-positive and / or positive connection of workpieces - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung eines ersten Werkstücks mit zumindest einem zweiten Werkstück. Dabei ist es vorgesehen, dass das zweite Werkstück in einem Fließpressverfahren in das erste Werkstück zumindest teilweise eingeformt wird. Die Erfindung ermöglicht die kraft- und formschlüssige Verbindung zweier Werkstücke mit unterschiedlichen Materialeigenschaften in einem einzigen Arbeitsprozess.The invention relates to a method for non-positive and / or positive connection of a first workpiece with at least one second workpiece. It is provided that the second workpiece is at least partially formed in an extrusion molding process in the first workpiece. The invention enables the non-positive and positive connection of two workpieces with different material properties in a single work process.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung eines ersten Werkstücks mit zumindest einem zweiten Werkstück.The invention relates to a method for non-positive and / or positive connection of a first workpiece with at least one second workpiece.
Ein kraft- oder formschlüssiger Verbund ermöglicht es, Werkstücke aus unterschiedlichen Materialien dauerhaft miteinander zu verbinden. Das resultierende Bauteil kann so in verschiedenen Bauteilabschnitten aus Materialien mit unterschiedlichen, an die Anforderungen des jeweiligen Abschnitts angepassten Eigenschaften aufgebaut werden. So können beispielsweise in Abschnitten mit hoher mechanischer Belastung angeordnete Materialien mit hoher Festigkeit mit Materialien geringen Gewichts kombiniert werden, so dass das resultierende Bauteil ein geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher mechanischer Beständigkeit aufweist. A non-positive or positive connection makes it possible to permanently connect workpieces made of different materials. The resulting component can thus be constructed in different component sections made of materials with different properties adapted to the requirements of the respective section. For example, high strength materials arranged in high stress sections may be combined with low weight materials such that the resulting device has a low weight and high mechanical resistance.
Beispielhaft für einen solchen Verbund zweier Werkstücke mit unterschiedlichen Materialeigenschaften kann ein zweiteiliges Gleitschutzelement für einen Fahrzeugreifen genannt werden, wie er aus der
Bei der Herstellung eines solchen Gleichschutzelements werden üblicherweise der Einsatz und das Tragteil separat gefertigt. Das Tragteil kann in seiner geforderten Kontur und aus Metall beispielsweise in einem Fließpressverfahren kostengünstig hergestellt werden. In einem nachfolgenden Arbeitsschritt wird der Einsatz in eine entsprechende Ausnehmung des Tragteils gepresst und dabei eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt. Nachteilig hierbei ist, dass das Einpressen des Einsatzes in die Ausnehmung des Tragteils keine oder nur eine geringe, im Bereich der elastischen Verformung des Tragteils und des Einsatzes liegende Hinterschneidungen erlaubt. Ein formschlüssiger Verbund zwischen dem Tragteil und dem Einsatz, welcher eine sichere Halterung des Einsatzes auch bei hohen, durch die Rotation des Reifens bedingten Zentrifugalkräften sicherstellt, ist demnach nur begrenzt zu erreichen. Ein weiterer Nachteil liegt in dem gesondert vorzusehenden Fertigungsschritt, dem das Tragteil und der Einsatz zugeführt werden müssen und in dem die Teile verpresst werden.In the production of such a protective element, the insert and the supporting part are usually manufactured separately. The support member can be produced inexpensively in its required contour and made of metal, for example in an extrusion molding process. In a subsequent step, the insert is pressed into a corresponding recess of the support member and thereby produced a positive connection. The disadvantage here is that the pressing of the insert into the recess of the support member allows no or only a slight, lying in the region of the elastic deformation of the support member and the insert undercuts. A positive connection between the support member and the insert, which ensures a secure mounting of the insert even at high, caused by the rotation of the tire centrifugal forces is therefore only limited to achieve. Another disadvantage lies in the separately provided production step to which the support member and the insert must be supplied and in which the parts are pressed.
Aus der
Die Spikeanordnung und das dargestellte Herstellungsverfahren ermöglichen eine formschlüssige Aufnahme des Gleitschutzstiftes in dem Halteelement. Dazu weist der Gleitschutzstift zumindest eine Hinterschneidung auf, die in dem Umformprozess von dem Magnesium oder der Magnesiumlegierung umformt wird.The Spikeanordnung and the manufacturing method shown allow a positive reception of the Gleitschutzstiftes in the holding element. For this purpose, the Gleitschutzstift on at least one undercut, which is transformed in the forming process of the magnesium or magnesium alloy.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches einen sicheren Verbund von zwei Werkstücken ermöglicht und gleichzeitig kostengünstig umsetzbar ist.It is an object of the invention to provide a method which allows a secure combination of two workpieces and at the same time can be implemented inexpensively.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass das zweite Werkstück in einem Fließpressverfahren in das erste Werkstück zumindest teilweise eingeformt wird. Dazu werden beide Werkstücke einer Fließpresse zugeführt. Durch den Fließpressprozess wird zumindest das erste Werkstück durch Fließen des Materials umgeformt, wobei das zweite Werkstück zumindest bereichsweise in das erste Werkstück eingeformt wird. Dadurch werden die Werkstücke zu einem fertigenden Bauteils miteinander verbunden. Die Verbindung kann in Abhängigkeit der Ausgestaltung der Werkstücke form- und/oder kraftschlüssig erfolgen. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung einer sicheren Verbindung zweier Werkstücke in einem Arbeitsprozess.The object of the invention is achieved in that the second workpiece is at least partially formed in an extrusion molding process in the first workpiece. For this purpose, both workpieces are fed to a flow press. By the extrusion process, at least the first workpiece is formed by flowing the material, wherein the second workpiece is at least partially formed in the first workpiece. As a result, the workpieces are connected together to form a finished component. The connection can be effected in a positive and / or non-positive manner depending on the configuration of the workpieces. The method enables the production of a secure connection of two workpieces in one work process.
Für viele Bauteile ergibt sich die Anforderung einer bereichsweisen hohen mechanischen Härte bei gleichzeitiger hoher Duktilität oder Formbarkeit in einem anderen Bereich des Bauteils. Um dies zu erreichen kann es vorgesehen sein, dass das vergleichsweise härtere zweites Werkstück, insbesondere das aus einem Hartmetall oder einer Keramik gefertigte zweite Werkstück, in das vergleichsweise weichere erste Werkstück, insbesondere das aus Stahl, Aluminium, Messing oder dergleichen fließpressbaren Materials bestehende zweite Werkstück, eingeformt wird. Beispielhaft kann hier die Herstellung eines zweiteiligen Gleitschutzstiftes genannt werden, bei dem ein Hartkörper als Verschleißstift in ein Tragteil, welches in dem Fließpressprozess zur geeigneten Aufnahme in eine entsprechende Aussparung in einem Reifen ausgeformt wird, eingeformt wird.For many components, there is the requirement of a high mechanical hardness in some areas, combined with high ductility or formability in another area of the component. To achieve this, it may be provided that the comparatively harder second workpiece, in particular the second workpiece made of a hard metal or a ceramic, second workpiece in the comparatively softer first workpiece, in particular the material auspressbaren from steel, aluminum, brass or the like , is formed. By way of example, the production of a two-piece antiskid pin can be mentioned, in which a hard body is formed as a wear pin in a support part, which is formed in the extrusion process for suitable reception in a corresponding recess in a tire.
Insbesondere zur Herstellung von Bauteilen mit einfacher Geometrie kann es vorteilhaft sein, dass ein einstufiger Fließpressprozess vorgesehen ist, bei dem das zweite Werkstück in das erste Werkstück eingeformt und das erste Werkstück in die endgültige Form gepresst wird. Dem einstufigen Fließpressprozess werden demnach beide Werkstücke zugeführt und in einem Prozessschritt miteinander verbunden. In dem Prozessschritt wird gleichzeitig das erste Werkstück in die endgültige Form gepresst. Vorteile eines einstufigen Fließprozesses sind der geringe logistische Aufwand und der Umstand, dass nur ein Werkzeug benötigt wird. In particular, for the production of components with a simple geometry, it may be advantageous to provide a single-stage extrusion process in which the second workpiece is molded into the first workpiece and the first workpiece is pressed into the final shape. Accordingly, both workpieces are fed to the single-stage extrusion process and joined together in one process step. In the process step, the first workpiece is simultaneously pressed into the final shape. Advantages of a single-stage flow process are the low logistic effort and the fact that only one tool is needed.
Komplexere Geometrien des Bauteils können dadurch erzeugt werden, dass ein mehrstufiger Fließpressprozess vorgesehen ist, bei dem die endgültige Form des ersten Werkstücks in zumindest zwei aufeinander folgenden Prozessschritten erstellt wird und bei dem das zweite Werkstück in einem der Prozessschritte in das erste Werkstück eingeformt wird.More complex geometries of the component can be produced by providing a multi-stage extrusion process in which the final shape of the first workpiece is created in at least two consecutive process steps and in which the second workpiece is formed into the first workpiece in one of the process steps.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass in einem Prozessschritt das zweite Werkstück in eine in einem vorangegangenen Prozessschritt in das erste Werkstück eingeformte Aufnahme eingepresst wird. Die Aufnahme kann so dimensioniert werden, dass eine Presspassung zwischen den verbundenen Werkstücken vorliegt. Die Aufnahmen kann weiterhin zumindest in eine Richtung, beispielsweise in Bewegungsrichtung des zweiten Werkstücks beim einpressen, größer ausgelegt werden, als das einzupressen erste Werkstück bei dem Pressvorgang in die Aufnahme eindringt. Dadurch kann ein Hohlraum unterhalb des zweiten Werkstücks erzeugt werden, welcher ein Nachrücken des zweiten Werkstücks bei einer späteren mechanischen Belastung des Bauteils ermöglicht. Auch hier kann beispielhaft die Herstellung eines Gleitschutzstiftes genannt werden, bei dem ein Hartstoffeinsatz in ein Tragteil eingepresst wird. Bei solchen Gleitschutzstiften kann es sinnvoll sein, unterhalb des Hartstoffeinsatzes einen Hohlraum vorzusehen, der es ermöglicht, dass der Hartstoffeinsatz bei starkem Druck oder bei Abnutzung des Tragteils in den Hohlraum gedrückt wird.It can be provided that in a process step, the second workpiece is pressed into a molded-in in a previous process step in the first workpiece recording. The receptacle can be dimensioned so that there is a press fit between the connected workpieces. The recordings can continue to be designed to be larger, at least in one direction, for example in the direction of movement of the second workpiece, than the first workpiece which presses into the receptacle during the pressing process. As a result, a cavity can be produced below the second workpiece, which enables a retraction of the second workpiece during a later mechanical loading of the component. Here, too, can be mentioned by way of example the production of a Gleitschutzstiftes, in which a hard material insert is pressed into a support member. In such Gleitschutzstiften it may be useful to provide a cavity below the hard material, which allows the hard material insert is pressed at high pressure or wear of the support member into the cavity.
Eine auch für Zugbeanspruchungen hohe mechanische Festigkeit des Verbundes kann dadurch erreicht werden, dass das zweite Werkstück in dem von dem ersten Werkstück umformten Bereich zumindest einen Abschnitt mit veränderter Querschnittsfläche und/oder Kontur aufweist und dass das zweite Werkstück durch einen dadurch ausgebildeten Hinterschnitt in dem ersten Werkstück formschlüssig gehalten wird. Um einen sicheren formschlüssigen Verbund zu erreichen beträgt der Hinterschnitt vorteilhaft zumindest 10% des Durchmessers des umformten zweiten Werkstücks.A high mechanical strength of the composite, even for tensile stresses, can be achieved in that the second workpiece has at least one section with a changed cross-sectional area and / or contour in the area formed by the first workpiece, and the second workpiece is formed by an undercut formed in the first section Workpiece is held positively. In order to achieve a secure positive connection, the undercut is advantageously at least 10% of the diameter of the formed second workpiece.
Das Verfahren lässt sich vorteilhaft zur kostengünstigen Produktion von klein dimensionierten Massenartikeln einsetzen. Daher kann es vorgesehen sein, dass als erstes Werkstück ein Tragteil mit einem Verschleißstift als zweites Werkstück zur Herstellung eines Gleitschutzstiftes für einen Reifen verbunden wird. Das Tragteil wird in dem Fließpressprozess zur sicheren Befestigung in einer entsprechenden Aufnahme in einem Reifen, beispielsweise in einem Luftreifen für einen PKW oder einen LKW, ausgeformt. Dazu kann das Tragteil bereichsweise unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen, um so formschlüssig in der Aufnahme an der Reifenoberfläche gehalten zu werden. Das Tragteil umformt weiterhin den Verschleißstift bis auf einen über die Reifenoberfläche hinausragenden Kopf des Verschleißstiftes, welcher den Kontakt zur Fahrbahn herstellt. Durch das Einformen des Verschleißstiftes in das Tragteil kann eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Verschleißstift und dem Tragteil erzeugt werden, so dass der Verschleißstift sicher in dem Tragteil gehalten ist. Das Verfahren weist gegenüber dem herkömmlichen Herstellungsverfahren für Gleitstift, bei dem der Verschleißstift und das Tragteil zunächst separat gefertigt und anschließend in einem gesonderten Fertigungsschritt durch Einpressen kraftschlüssig verbunden werden, deutliche Vorteile bezüglich Logistik, Lagerhaltung, Verwechslungsgefahr, benötigte Fertigungseinrichtungen und Montageflächen auf. Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, dass durch entsprechende Formgebung des Verschleißstiftes formschlüssige Verbindungen zwischen dem Verschleißstift und dem Tragteil erzeugt werden können, was beim nachträglichen Einpressen eines Verschleißstiftes nicht oder nur im engen Bereich der elastischen Verformbarkeit des Verschleißstiftes und des Tragteils möglich ist. Die beispielsweise durch das Vorsehen von Hinterschneidungen erzeugte formschlüssige Verbindung verhindert auch bei hohen mechanischen Belastungen und Rotationskräften sicher ein Lösen des Verschleißstiftes aus dem Tragteil.The method can be used advantageously for the cost-effective production of small-sized mass-produced articles. Therefore, it may be provided that a support member is connected as a first workpiece with a wear pin as a second workpiece for producing a non-slip pin for a tire. The support member is formed in the extrusion process for secure attachment in a corresponding receptacle in a tire, for example in a pneumatic tire for a car or a truck. For this purpose, the support member may partially have different outer diameter so as to be held in a form-fitting manner in the receptacle on the tire surface. The support member further transforms the wear pin to a protruding beyond the tire surface head of the wear pin, which makes contact with the roadway. By forming the wear pin in the support member, a positive and / or non-positive connection between the wear pin and the support member can be generated, so that the wear pin is securely held in the support member. The method has over the conventional manufacturing method for Gleitstift, in which the wear pin and the support member are first manufactured separately and then non-positively connected by pressing in a separate manufacturing step, significant advantages in terms of logistics, warehousing, risk of confusion, required manufacturing equipment and mounting surfaces. Another significant advantage is that form-fitting connections between the wear pin and the support member can be generated by appropriate shaping of the wear pin, which is not possible or only in the narrow range of elastic deformability of the wear pin and the support member during the subsequent pressing a wear pin. The positive connection generated for example by the provision of undercuts reliably prevents loosening of the wear pin from the support member even at high mechanical loads and rotational forces.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in FIGS. Show it:
Das Tragteil
An die Stützfläche
Der Flanschabschnitt
In das Tragteil
Der Verschleißstift
Die
In
In der ersten Stufe des Fließpressprozesses wird das verdickte Endstück
In einer zweiten Stufe des Fließpressprozesses wird die in
In einer vierten Stufe des Fließpressprozesses wird, dargestellt in
Gemäß bekanntem Verfahren werden der Verschleißstift
Um diesen zusätzlichen Fertigungsprozess einzusparen ist es erfindungsgemäß vorgesehen, den Verschleißstift
Alternativ kann der Verschleißstift
In den
Ein in
Bei einem in
In
Ein in
Die
In einem mehrstufigen Fließpressvorgang kann durch einen in einer früheren Stufe des Fließpressens vorgenommenen Einpressvorgang des Verschleißstiftes
In den
Bei den in den
Zur Herstellung des gezeigten Ausführungsbeispiels wird in einem mehrstufigen Fließpressprozess mit einem gesonderten Werkzeug zunächst die Aussparung
Das direkte Einformen des Verschleißstiftes
Im Gegensatz zu den in den
Das Fließpressverfahren führt verfahrenstypisch zu einem Fließen des Materials, was sich durch in Gefügebildern sichtbaren Fließlinien nachträglich zeigen lässt. Die Fließlinien sind spezifisch für einen gewählten Prozessablauf. So führt ein Einpressen des Verschleißstiftes
Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens gegenüber dem nachträglichen Einpressen eines Verschleißstiftes
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: HERRMANN, JOCHEN, DIPL.-ING., DE |
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |