DE102019002851A1 - Process for the production of composite parts through a combination of expanding, deep drawing and subsequent massive forming - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung eines aus Kernmaterial (3) und Hüllmaterial (2) gebildeten Verbundteils (28) mittels eines Tiefziehvorgangs (6), wobei in einem ersten Verfahrensschritt das zumindest einen Teil des verfahrensmäßig gebildeten Verbundteils (28) außenseitig bedeckende Hüllmaterial (2) durch einen Tiefziehvorgang (6) aus einem blechförmigen Rohling (1) hergestellt wird, bei dem das Kernmaterial (3) als Stempeleinsatz für das Tiefziehen des Hüllmaterials (2) verwendet wird, wobei Hüllmaterial (2) und Kernmaterial (3) in engen Oberflächenkontakt miteinander kommen, und anschließend das derart vorgeformte Hybridhalbzeug (14) aus tiefgezogenem Hüllmaterial (2) und abschnittsweise umschlossenen Kernmaterial (3) einem gemeinsamen Umformvorgang (13) unterworfen wird, bei dem die Endform des Verbundteils (28) plastisch umformend hergestellt wird. Hierbei wird der blechförmige Rohling (1) für das Hüllmaterial (2) mit mindestens einer Lochung (17) versehen und das Kernmaterial (3) im Bereich der mindestens einen Lochung (17) den blechförmigen Rohling (1) so aufgeweitet und tiefgezogen, dass sich das Hüllmaterial (2) im Bereich des zu beschichtenden Abschnitts (16) des Kernmaterials (3) an das Kernmaterial (3) anlegt, wonach das Kernmaterial (3) und das an das Kernmaterial (3) angelegte Hüllmaterial (2) mittels einer weiteren gemeinsamen Massivumformung (13) weiter verformt wird.The invention relates to a method for producing a composite part (28) formed from core material (3) and shell material (2) by means of a deep-drawing process (6), wherein in a first process step the shell material (28) covering at least part of the process-based composite part (28) on the outside. 2) is produced by a deep-drawing process (6) from a sheet-metal blank (1), in which the core material (3) is used as a stamp insert for deep-drawing the shell material (2), the shell material (2) and core material (3) in tight Surface contact with each other, and then the preformed hybrid semi-finished product (14) made of deep-drawn shell material (2) and partially enclosed core material (3) is subjected to a joint forming process (13) in which the final shape of the composite part (28) is produced in a plastic-forming manner. Here, the sheet-like blank (1) for the shell material (2) is provided with at least one perforation (17) and the core material (3) in the area of the at least one perforation (17) is expanded and deep-drawn the sheet-like blank (1) so that the covering material (2) in the area of the section (16) of the core material (3) to be coated is applied to the core material (3), after which the core material (3) and the covering material (2) applied to the core material (3) by means of a further joint Massive deformation (13) is further deformed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung eines aus Kernmaterial und Hüllmaterial gebildeten Verbundteils durch eine Kombination aus Aufweiten, Tiefziehen und anschließender Massivumformung, insbesondere Fließpressen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for manufacturing a composite part formed from core material and shell material by a combination of expansion, deep drawing and subsequent massive forming, in particular extrusion according to the preamble of
Die Herstellung von Verbundteilen erhält immer mehr zunehmende Bedeutung durch die Notwendigkeit, den Materialeinsatz für die Herstellung von Massenteilen oder auch hoch beanspruchten Bauteilen zu optimieren. Zum einen werden hochwertige Materialien in der Gewinnung immer teurer oder schlechter verfügbar, zum anderen besteht Bedarf danach, Bauteile gezielt belastungsgerechter auch hinsichtlich der verwendeten Materialien zu gestalten. Dabei kommt es häufig vor, dass bestimmte Materialeigenschaften der verwendeten Materialien nur in bestimmten Bereichen der Bauteile benötigt werden, wohingegen in anderen Bereichen andere oder nicht so hohe Materialeigenschaften ausreichend sind. So ist es z.B. bei gehärteten Bauteilen schon seit langem üblich, durch metallurgische Prozesse gezielt eine Härtung von Materialien nur in den z.B. abrasiv beanspruchten Bereichen vorzunehmen und andere Bereiche nicht zu härten. Ähnlich geht man z.B. auch bei der Beschichtung von Bauteilen vor, bei der z.B. chemisch beanspruchte Bauteile gezielt nur in den die Materialeigenschaften beeinträchtigenden Bereichen mit einem Schutzüberzug versehen werden.The production of composite parts is becoming more and more important due to the need to optimize the use of materials for the production of mass-produced parts or also highly stressed components. On the one hand, high-quality materials are becoming more and more expensive or less available in the extraction process; on the other hand, there is a need to design components that are specifically designed to withstand loads, including the materials used. It often happens that certain material properties of the materials used are only required in certain areas of the components, whereas in other areas other or less high material properties are sufficient. So it is e.g. It has long been common practice for hardened components to use metallurgical processes to specifically harden materials only in the e.g. Carry out abrasive areas and not harden other areas. One goes in a similar way e.g. also with the coating of components, e.g. Chemically stressed components are only provided with a protective coating in the areas that impair the material properties.
Solche inhomogen über das Bauteil verteilten Materialeigenschaften werden zunehmend auch für metallische Bauteile gefordert, die aus massiven Rohlingen oder auch aus Blechen hergestellt werden. So ist es z.B. aus der Veröffentlichung
Verbundbauteile aus einer Stahlhülle und einem Aluminiumkern beispielsweise besitzen ein geringeres Gewicht als konventionelle Stahlbauteile bei gleicher Festigkeit und Verschleißbeständigkeit der Bauteiloberfläche und schließen somit die Lücke zwischen leichten, aber weniger festen Aluminiumteilen und Bauteilen aus Stahl. Gumm (1968) sowie Wagener und Haats (1994) untersuchten die Möglichkeit der Herstellung von Verbundbauteilen durch gemeinsames Fließpressen auf Basis massiver Halbzeuge, um so die vorteilhaften Eigenschaften beider Werkstoffe zu vereinen. Durch das Auf- oder Ineinanderlegen zweier Ausgangsformen und anschließendes Fließpressen konnten Verbunde aus den Paarungen Stahl/Aluminium, Kupfer/ Aluminium, Titan/Aluminium und Titan/Stahl hergestellt werden. Nachteilig bei den bisher verwendeten Verfahren ist jedoch zum einen die teilweise aufwendige Vorbereitung der Halbzeuge, zum anderen der verhältnismäßig hohe Materialanteil des äußeren dickwandigen Partners, so dass im Falle der Kombination Aluminium/ Stahl die Gewichtsreduktion nur in geringem Ausmaße genutzt werden kann.Composite components made of a steel shell and an aluminum core, for example, have a lower weight than conventional steel components with the same strength and wear resistance of the component surface and thus close the gap between light, but less rigid aluminum parts and components made of steel. Gumm (1968) as well as Wagener and Haats (1994) examined the possibility of producing composite components by joint extrusion on the basis of solid semi-finished products in order to combine the advantageous properties of both materials. By placing two starting molds on top of or one inside the other and then extruding them, composites could be made from the pairings steel / aluminum, copper / aluminum, titanium / aluminum and titanium / steel. The disadvantage of the methods used so far, however, is on the one hand the complex preparation of the semi-finished products and on the other hand the relatively high proportion of material in the outer thick-walled partner, so that in the case of the aluminum / steel combination, the weight reduction can only be used to a small extent.
Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Umformverfahren für die Herstellung von Bauteilen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften anzugeben, mit dem auch gestufte ausgebildete Werkstücke nicht ausschließlich am ersten Absatz, sondern auch an weiteren Absätzen mit auch unterschiedlichen Hüllmaterialien mittels Umformung beschichtet werden können.The object of the present invention is therefore to provide a forming method for the production of components with different material properties, with which stepped workpieces can also be coated with different covering materials by forming, not only on the first shoulder but also on further shoulders.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich hinsichtlich des Verfahrens aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object of the invention is achieved with regard to the method from the features of
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Fertigung eines aus Kernmaterial und Hüllmaterial gebildeten Verbundteils mittels eines Tiefziehvorgangs, wobei das zumindest einen Teil des verfahrensmäßig gebildeten Verbundteils außenseitig bedeckende Hüllmaterial durch einen Tiefziehvorgang aus einem blechförmigen Rohling hergestellt wird, bei dem das Kernmaterial als Stempeleinsatz für das Tiefziehen des Hüllmaterials verwendet wird, wobei Hüllmaterial und Kernmaterial in engen Oberflächenkontakt miteinander kommen, und anschließend das derart vorgeformte Hybridhalbzeug aus tiefgezogenem Hüllmaterial und abschnittsweise umschlossenen Kernmaterial einem gemeinsamen Umformvorgang unterworfen wird, bei dem die Endform des Verbundteils plastisch umformend hergestellt wird. Ein derartiges gattungsgemäßes Verfahren wird dadurch weiter entwickelt, dass der blechförmige Rohling für das Hüllmaterial mit mindestens einer Lochung versehen wird und das Kernmaterial im Bereich der mindestens einen Lochung den blechförmigen Rohling so aufweitet und tiefzieht, dass sich das Hüllmaterial im Bereich des zu beschichtenden Abschnitts des Kernmaterials an das Kernmaterial anlegt, wonach das Kernmaterial und das an das Kernmaterial angelegte Hüllmaterial mittels einer weiteren gemeinsamen Massivumformung weiter verformt wird. Durch die Lochung des blechförmigen Rohlings wird es möglich, etwa bei mehrfach gestuft ausgebildeten Kernmaterialien, wie sie etwa bei Wellen oder dgl. z.B. im Maschinenbau, aber auch bei anderen Einsatzgebieten häufig benötigt werden, nicht nur wie bei der
Somit lassen sich gestufte Kernmaterialien auch dort beschichten, wo die Stufen gegenüber einem z.B. Wellenende zurück liegen, aber auch durch ein Hüllmaterial beschichtet werden sollen.Thus, stepped core materials can also be coated where the steps are compared to e.g. Shaft end lie back, but should also be coated with a covering material.
Das Kernmaterial übernimmt hierbei für das Tiefziehen des Hüllmaterials die Funktion eines herkömmlichen Tiefziehstempels, wobei das Hüllmaterial durch Aufweiten und Tiefziehen in einer Presse umgeformt wird und anschließend das Kernmaterial zumindest abschnittsweise außenseitig überdeckt und damit zumindest abschnittsweise insbesondere die Oberflächeneigenschaften des Verbundteils bestimmt. Die Überführung des resultierenden Verbundteils in die gewünschte Endkontur erfolgt anschließend durch ein Verfahren der Massivumformung des so hergestellten Zwischenstadiums des Verbundteils, z.B. durch Fließpressen des erzeugten Hybridrohlings in die bzw. durch eine Fließpressmatrize. Durch den Einsatz unterschiedlicher Werkstoffe für das blechförmige Hüllmaterial und das Kernmaterial eignet sich das beschriebene Verfahren besonders zur Fertigung von Bauteilen, bei denen unterschiedliche Anforderungen an die lokalen Bauteileigenschaften gestellt werden. Beispiele für diese Anforderungen sind eine verschleißfeste Oberfläche bei geringer Masse des Verbundteils oder unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten von Kernmaterial und Hüllmaterial. Durch die blechförmige Ausgestaltung des Hüllmaterials und den Tiefziehprozess werden sehr homogene und gleichmäßige Materialeigenschaften des umgeformten Hüllmaterials erreicht, da die Schicht des Hüllmaterials auf dem Kernmaterial hinsichtlich Materialdicke und Materialeigenschaften im wesentlichen gegenüber dem Zuschnitt des Hüllmaterials unverändert bleibt. Damit ist gewährleistet, dass die zu mindestens Teile der Außenform des Verbundteils bestimmende Schicht des Hüllmaterials in sich homogene Eigenschaften aufweist und dies nicht durch Fließvorgänge bei der Umformung gestört wird. Gleichzeitig bildet sich durch die nach dem Tiefziehen ausgeführte Bearbeitung mittels Massivumformung ein inniger Werkstoffverbund zwischen Hüllmaterial und Kernmaterial durch einen Stoff- und/oder Formschluss, ggf. auch einen Kraftschluss, durch den eine Trennung von Hüllmaterial und Kernmaterial des späteren Verbundteils sicher verhindert wird. Damit lassen sich die Werkstoffeigenschaften von Hüllmaterial und Kernmaterial am späteren Verbundteil sehr gezielt einstellen und gewährleisten, dass die Kombinationseigenschaften des Verbundteils den Anforderungen entsprechen. Hierbei können die Materialeigenschaften von Kernmaterial und Hüllmaterial entsprechend den späteren Anforderungen an das Verbundstahl ausgewählt und miteinander kombiniert werden, wobei selbstverständlich auch denkbar ist, zum Beispiel das Hüllmaterial mehrschichtig auszugestalten und etwa eine verschleißfreie Oberfläche auf der späteren Außenseite des Verbundteils durch eine entsprechend verschleißfreie Schicht zu gewährleisten, wohingegen auf der dem Kernmaterial zugewandten Innenseite des Hüllmaterials eine Schicht vorgesehen wird, die sich besonders gut mit dem Kernmaterial verbindet. Ebenfalls kann das Kernmaterial selbst aus mehreren Schichten oder Abschnitten oder auch aus einer inhomogenen Verteilung unterschiedlicher Werkstoffe bestehen, die unterschiedliche Werkstoffeigenschaften aufweisen. So wäre es beispielsweise denkbar, ein Stahlmaterial mit hoher Zähigkeit mit einem Stahlmaterial hoher Festigkeit zu einem Kernmaterial vorab zu verbinden, das dann in beschriebener Weise mit dem Hüllmaterial verbunden wird. Ebenfalls kann beispielsweise das Hüllmaterial besonders abriebfest ausgebildet werden, zum Beispiel aus einem Stahlmaterial, wohingegen das Kernmaterial leichtgewichtig etwa aus einem Leichtmetall besteht. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Gesamteigenschaften des Verbundteils eine hohe Abriebfestigkeit im Außenbereich mit besonders geringer Dichte und damit geringem Gewicht im Kernmaterial aufweisen. Es versteht sich von selbst, dass sehr unterschiedliche Kombinationen unterschiedlicher Eigenschaften von Kernmaterial und Hüllmaterial denkbar sind, abhängig vom Einsatzzweck des Verbundteils und den zur Verfügung stehenden Eigenschaften von Kernmaterial und Hüllmaterial.The core material takes on the function of a conventional deep-drawing punch for deep-drawing the shell material, the shell material being reshaped by expanding and deep-drawing in a press and then covering the core material on the outside at least in sections and thus at least in sections determining the surface properties of the composite part in particular. The resulting composite part is then converted into the desired final contour by a process of massive deformation of the intermediate stage of the composite part produced in this way, for example by extrusion of the hybrid blank produced into or through an extrusion die. By using different materials for the sheet-like shell material and the core material, the method described is particularly suitable for the production of components in which different requirements are placed on the local component properties. Examples of these requirements are a wear-resistant surface with a low mass of the composite part or different thermal conductivities of the core material and shell material. The sheet-like design of the shell material and the deep-drawing process achieve very homogeneous and uniform material properties of the reshaped shell material, since the layer of shell material on the core material remains essentially unchanged in terms of material thickness and material properties compared to the cut of the shell material. This ensures that the layer of the shell material, which determines at least parts of the outer shape of the composite part, has inherently homogeneous properties and this is not disturbed by flow processes during the forming. At the same time, the processing carried out after deep-drawing by means of massive deformation creates an intimate material bond between the shell material and the core material through a material and / or form fit, possibly also a force fit, through which a separation of the shell material and core material of the later composite part is reliably prevented. This allows the material properties of the shell material and core material to be set very specifically on the later composite part ensure that the combination properties of the composite part meet the requirements. The material properties of the core material and the shell material can be selected and combined with one another according to the later requirements for the composite steel, whereby it is of course also conceivable, for example, to design the shell material with multiple layers and, for example, to provide a wear-free surface on the later outer side of the composite part with a corresponding wear-free layer ensure, whereas on the inside of the shell material facing the core material, a layer is provided that bonds particularly well to the core material. Likewise, the core material itself can consist of several layers or sections or also of an inhomogeneous distribution of different materials which have different material properties. For example, it would be conceivable to join a steel material of high toughness with a steel material of high strength to form a core material in advance, which is then joined to the shell material in the manner described. Likewise, for example, the shell material can be made particularly abrasion-resistant, for example from a steel material, whereas the core material consists of a light metal, for example. This can ensure that the overall properties of the composite part have high abrasion resistance in the outer area with a particularly low density and thus low weight in the core material. It goes without saying that very different combinations of different properties of core material and shell material are conceivable, depending on the intended use of the composite part and the available properties of core material and shell material.
Von besonderem Vorteil ist es, dass sowohl der blechförmige Rohling für das Hüllmaterial als auch dessen mindestens eine Lochung eine regelmäßig oder unregelmäßig konturierte Innenform und Außenform aufweisen können, da hierdurch die Formgebung des aufgeweiteten und tiefgezogenen Hüllmaterials bestimmt und dadurch wiederum die Form der Abdeckung des Kernmaterials im Bereich der jeweiligen Stufung beeinflusst werden kann. Die konturierte Innenform und Außenform kann dabei sowohl symmetrisch, z.B. kreisförmig rund, aber auch unsymmetrisch, etwa oval, eckig oder beliebig geformt sein.It is particularly advantageous that both the sheet-like blank for the shell material and its at least one perforation can have a regular or irregular contoured inner shape and outer shape, since this determines the shape of the expanded and deep-drawn shell material and thereby in turn the shape of the cover of the core material can be influenced in the area of the respective gradation. The contoured inner shape and outer shape can be symmetrical, e.g. circular, but also asymmetrical, such as oval, angular or any shape.
Weiterhin ist es von Bedeutung, dass das Hüllmaterial sich im Bereich des zu beschichtenden Abschnitts des Kernmaterials rohrartig außen an das Kernmaterial anlegt und das Hybridhalbzeug radial außenseitig abschnittsweise bedeckt, wobei das Hüllmaterial aufgrund der Lochung des blechförmigen Rohlings das Hybridhalbzeug stirnseitig des Kernmaterials zumindest bereichsweise nicht bedeckt. Dieses Freigeben des stirnseitigen Bereichs des Kernmaterials durch die Wirkung der Lochung beim Aufweiten und Tiefziehen bewirkt, dass der blechförmige Rohling für das Hüllmaterial so weit auf das Kernmaterial aufgeschoben werden kann, bis die bestimmungsgemäße Stufe zur Umhüllung erreicht ist und diese bestimmungsgemäße Stufe dann durch das Tiefziehen des Hüllmaterials entsprechend umhüllt werden kann. Hierdurch bildet sich im Bereich der bestimmungsgemäßen Stufe des Kernmaterials eine etwa rohrartige, radial die Stufe umgebende Umhüllung aus dem Hüllmaterial, wobei der Stirnbereich des Kernmaterials oder auch weitere, zur Stirnseite hin orientierte Stufen des Kernmaterials frei gelassen werden.In addition, it is important that the shell material rests on the outside of the core material in a tube-like manner in the area of the section of the core material to be coated and covers the hybrid semifinished product in sections on the radially outer side, with the shell material not covering the hybrid semifinished product at least partially on the face of the core material due to the perforation of the sheet-like blank . This release of the frontal area of the core material through the effect of the perforation during expansion and deep drawing has the effect that the sheet-like blank for the shell material can be pushed onto the core material until the intended step for sheathing is reached and this designated step is then achieved by deep drawing the wrapping material can be wrapped accordingly. As a result, in the area of the intended step of the core material, an approximately tubular sheathing of the sheath material radially surrounding the step is formed, the end area of the core material or also further steps of the core material oriented towards the end face being left free.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung kann der blechförmige Rohling für das Hüllmaterial in einer Aufweittiefzieh-Matrize mit einem im wesentlichen konischen Aufweitabschnitt und einem im wesentlichen zylindrischen Tiefziehabschnitt aufgeweitet und tiefgezogen werden. Derartige Aufweittiefzieh-Matrizen sind grundsätzlich aus den Arbeiten von Burgdorf (
In einer anderen Ausgestaltung ist es aber auch denkbar, dass der blechförmige Rohling für das Hüllmaterial in einer herkömmlichen Tiefzieheinrichtung mit Ziehring und Niederhalter durch das Kernmaterial aufgeweitet und tiefgezogen wird. Hierbei kann der blechförmige Rohling des Hüllmaterials beim Tiefziehvorgang zwischen einer Matrize und einem, etwa auch segmentierten Niederhalter gehaltert werden. Hierbei unterscheidet sich die Umformung des blechförmigen Rohlings durch Tiefziehen nicht wesentlich von dem bekannten Tiefziehen blechförmiger Materialien, wobei durch den zum Beispiel segmentierten Niederhalter eine gezielte lokal wirkende Spannung auf den blechförmigen Rohling des Hüllmaterials beim Tiefziehen ausgeübt werden kann und damit eine gewisse Steuerung des Fließens des blechförmigen Rohlings des Hüllmaterials erreicht wird.In another embodiment, however, it is also conceivable that the sheet-like blank for the shell material is expanded and deep-drawn through the core material in a conventional deep-drawing device with a drawing ring and hold-down device. Here, the sheet-like blank of the shell material can be placed between a die and a, for example, segmented hold-down device during the deep-drawing process be held. The forming of the sheet-like blank by deep-drawing does not differ significantly from the known deep-drawing of sheet-shaped materials, with the segmented hold-down device, for example, being able to exert a targeted, locally acting tension on the sheet-like blank of the shell material during deep drawing and thus a certain control of the flow of the sheet-like blank of the shell material is achieved.
In weiterer Ausgestaltung kann der Niederhalter den blechförmigen Rohling für das Hüllmaterial anfänglich mit einer derartigen Kraft beaufschlagen, dass der blechförmige Rohling durch das Kernmaterial im Bereich der Lochung erst einmal nur aufgeweitet wird, ohne dass der blechförmige Rohling schon mit dem Ziehring wechselwirkt. Hierdurch tritt der gleiche Effekt ein wie mit Hilfe der Aufweittiefziehmatrize, dass nämlich der blechförmige Rohling durch das Aufweiten so weit auf das Kernmaterial aufrutschen kann, bis der bestimmungsgemäße Absatz erreicht ist und dann dieser Absatz mittels konventionellem Tiefziehen umhüllt wird. Hierzu wird in weiterer Ausgestaltung anschließend an das Aufweiten des blechförmigen Rohlings die Kraft des Niederhalters derart reduziert, dass das im Bereich der Lochung aufgeweitete blechartige Hüllmaterial in dem Ziehring tiefgezogen wird und sich das Hüllmaterial im Bereich des zu beschichtenden Abschnitts des Kernmaterials an das Kernmaterial anlegt.In a further embodiment, the hold-down device can initially apply such a force to the sheet-like blank for the wrapping material that the sheet-like blank is only widened by the core material in the area of the perforation without the sheet-like blank already interacting with the drawing ring. This has the same effect as with the help of the expansion deep-drawing die, namely that the sheet-shaped blank can slide onto the core material until the intended shoulder is reached and this shoulder is then enveloped by conventional deep drawing. For this purpose, in a further embodiment, following the expansion of the sheet-like blank, the force of the hold-down device is reduced in such a way that the sheet-like covering material expanded in the area of the perforation is deep-drawn in the drawing ring and the covering material lies against the core material in the area of the section of the core material to be coated.
Von besonderem Vorteil ist es, dass unter Anwendung des Verfahrens auch mehrere Abschnitte des Kernmaterials nacheinander jeweils verfahrensmäßig, insbesondere auch mit unterschiedlichen Hüllmaterialien beschichtet werden können. Hierfür wird das Verfahren mehrfach hintereinander mit jeweils eigenen blechförmigen Rohlingen und Lochungen für das jeweilige Hüllmaterial ausgeführt, so dass das jeweils entstehende Hüllmaterial sich an den passenden Absatz des Kernmaterials anlegt und diesen umhüllt. Dadurch kann z.B. das Kernmaterial an mehreren Stufen auch mit unterschiedlichem Hüllmaterial ummantelt werden, wodurch eine passgenaue und bestimmungsgerechte Auslegung der Hüllmaterialien für jeden Absatz einzeln ermöglicht wird.It is particularly advantageous that when the method is used, several sections of the core material can be coated one after the other in terms of the method, in particular also with different shell materials. For this purpose, the method is carried out several times one after the other, each with its own sheet-like blanks and perforations for the respective covering material, so that the covering material created in each case rests against the appropriate shoulder of the core material and envelops it. As a result, e.g. the core material can also be encased in several stages with different wrapping material, which enables the wrapping materials to be designed individually for each paragraph in a precise and intended manner.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn als Umformverfahren der Massivumformung ein Fließpressen zumindest des Abschnittes des von dem Hüllmaterial abschnittsweise umgebenen Kernmaterials erfolgt. Ein derartiges Fließpressen lässt sich zum einen direkt mit dem Tiefziehen kombinieren, indem das Fließpressen z.B. in dem gleichen Hub anschließend in einer nachgeschalteten Fließpresseinrichtung ausgeführt wird. Auch führt ein Fließpressen zu einem besonders innigen Verbund zwischen Kernmaterial und Hüllmaterial.It is particularly advantageous if, as the forming process of the massive forming, an extrusion takes place at least that section of the core material that is partially surrounded by the shell material. Such an extrusion can on the one hand be combined directly with deep drawing, in that the extrusion e.g. is then carried out in the same stroke in a downstream extrusion device. Extrusion also leads to a particularly close bond between the core material and the shell material.
Hierbei ist es denkbar, dass das Verbundfließpressen gegen einen Gegenstempel erfolgt, um ein Voreilen des Kernmaterials gegenüber dem Hüllmaterial zu begrenzen oder zu verhindern. Dieses Voreilen wird durch einen Geschwindigkeitsgradienten der Werkstoffflussgeschwindigkeit verursacht. Die Werkstoffflussgeschwindigkeit nimmt von der Mitte des Kernmaterials zur Randzone hin ab. Das Kernmaterial eilt dadurch dem Hüllmaterial vor. Unter Anwendung eines Gegenstempels ist dieses Voreilen zu verhindern, indem der Gegenstempel den Werkstofffluss gezielt beeinflusst und dadurch homogenisiert.It is conceivable here for the composite extrusion to take place against a counter punch in order to limit or prevent the core material from advancing over the shell material. This lead is caused by a velocity gradient in the material flow velocity. The material flow rate decreases from the center of the core material towards the edge zone. As a result, the core material leads the envelope material. This advance can be prevented by using a counter-punch, in that the counter-punch specifically influences the material flow and thereby homogenizes it.
Ebenfalls ist es denkbar, das Voreilen dadurch zu beeinflussen, dass der blechförmige Rohling des Hüllmaterials in seiner Dicke variabel und/oder das Kernmaterial mit Profilierungen oder Formelementen versehen wird, um ein Voreilen des Kernmaterials gegenüber dem Hüllmaterial zu begrenzen oder zu verhindern. Auch hierdurch wird der Werkstofffluss gezielt beeinflusst und dadurch homogen.It is also conceivable to influence the lead in that the sheet-like blank of the shell material is variable in its thickness and / or the core material is provided with profiles or shaped elements in order to limit or prevent the core material from running ahead of the shell material. This also influences the material flow in a targeted manner and is therefore homogeneous.
In anderer Ausgestaltung ist es denkbar, dass als Umformverfahren der Massivumformung mindestens ein Umformschritt gemäß einem der Verfahren aus der Gruppe Verbundschmieden, Napf-Rückwärtsfließpressen, Querfließpressen, Vorwärtsfließpressen, Bundanstauchen oder Verjüngen des Abschnittes des von dem Hüllmaterial abschnittsweise umgebenen Kernmaterials erfolgt. Je nach der Form des herzustellenden Verbundteils und der Ausgangsform des Kernmaterials kann ein einzelnes der vorstehend genannten Massivumformverfahren oder auch eine Kombination von zwei oder mehreren derartigen Massivumformverfahren zum Einsatz kommen, auch ist es denkbar, das Massivumformen in mehreren Stufen nacheinander auszuführen. In another embodiment, it is conceivable that the forming process of massive forming takes place at least one forming step according to one of the processes from the group of composite forging, cup backward extrusion, transverse extrusion, forward extrusion, collar upsetting or tapering of the section of the core material partially surrounded by the shell material. Depending on the shape of the composite part to be produced and the initial shape of the core material, a single one of the above-mentioned massive forming processes or a combination of two or more such massive forming processes can be used; it is also conceivable to carry out the massive forming in several stages one after the other.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn das Kernmaterial derart von einer Umgrenzung umgeben ist, dass das Kernmaterial während des Aufweitens und Tiefziehens an einem radialen Ausbauchen gehindert wird. Hierdurch wird die Maßtreue des Kernmaterials verbessert, gerade wenn sehr unterschiedlich verformbare Materialien für Kernmaterial und Hüllmaterial verwendet werden.Furthermore, it can be advantageous if the core material is surrounded by a boundary in such a way that the core material is prevented from bulging radially during the expansion and deep-drawing. This improves the dimensional accuracy of the core material, especially when very differently deformable materials are used for the core material and the shell material.
Weiterhin ist es denkbar, durch Nachschieben des blechförmigen Rohlings für das Hüllmaterial während des Aufweiten und Tiefziehens die benötigte Kraft zum Aufweiten und Tiefziehen zu reduzieren. Hierdurch werden die Fließvorgänge beim Aufweiten und Tiefziehen erleichtert und die Umformung gefördert bzw. zusätzlich steuerbar.Furthermore, it is conceivable to reduce the force required for expanding and deep drawing by pushing the sheet-like blank for the casing material during the expansion and deep-drawing. This facilitates the flow processes during expansion and deep-drawing, and the forming is promoted and also controllable.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn das Kernmaterial und/oder der blechförmige Rohling für das Hüllmaterial zumindest im Bereich des direkten Kontaktes miteinander mit einer haftungserhöhenden Beschichtung bedeckt werden. Zur Erhöhung des Verbundes können Beschichtungen von Hüllmaterial und Kernmaterial Anwendung finden (z.B. Kombination aluminiertes Stahlblech und Aluminiumkern), durch die eine besonders gute Haftung des Hüllmaterials an dem Kernmaterial erreicht wird. Auch wäre es zum Beispiel denkbar, alternativ oder zusätzlich zu einer haftungserhöhenden Beschichtung eine isolierende oder sonst wie trennende Beschichtung zwischen Hüllmaterial und Kernmaterial vorzunehmen, zum Beispiel um einen Wärmeübergang oder einen elektrischen Kontakt zwischen Hüllmaterial und Kernmaterial zu beeinflussen.Furthermore, it can be advantageous if the core material and / or the sheet-like blank for the cladding material, at least in the area of direct contact with one another, with an adhesion-increasing Coating to be covered. To increase the bond, coatings of shell material and core material can be used (for example, a combination of aluminized sheet steel and aluminum core), through which particularly good adhesion of the shell material to the core material is achieved. It would also be conceivable, for example, as an alternative or in addition to an adhesion-increasing coating, to make an insulating or otherwise separating coating between the shell material and the core material, for example to influence a heat transfer or electrical contact between the shell material and the core material.
Denkbar ist es auch, dass Aussparungen an Kernmaterial und/oder blechförmigem Rohling für das Hüllmaterial zur Verbesserung des Verbundes zwischen Kernmaterial und Hüllmaterial vorgesehen werden. Für die sichere Verbindung von Kernmaterial und Hüllmaterial des Verbundteils ist es von besonderem Vorteil, wenn in oder an dem tiefgezogenen Hüllmaterial und/oder dem Kernmaterial Formelemente oder Formgebungen, vorzugsweise Hinterschnitte, Falten und/oder Durchbrüche oder dgl. vorgesehen oder beim Tiefziehen des Hüllmaterials erzeugt werden, an denen sich Kernmaterial und Hüllmaterial formschlüssig miteinander verbinden. Neben der reinen kraftschlüssigen Verbindung von Hüllmaterial und Kernmaterial und aufgrund unterschiedlicher Werkstoffelastizitäten kann der Werkstoffverbund durch einen Stoffverbund infolge wirkender Flächenpressungen und Diffusionsvorgänge, durch Hinterschnitte oder Werkstückumfließungen (wofür zum Beispiel das Hüllmaterial mit entsprechenden Durchbrüchen zu versehen ist) passend zu den entsprechenden Anforderungen eingestellt werden. So fließt beispielsweise das beim Fließpressen verformte Kernmaterial in Vertiefungen, Fenster oder dergleichen Öffnungen des Hüllmaterials hinein und verhakt sich dadurch neben einem Kraftschluss auch formschlüssig mit dem Hüllmaterial, wenn entsprechende Vertiefungen, Fenster oder dergleichen Öffnungen in dem Hüllmaterial vorab eingebracht oder auch bei der Tiefziehbearbeitung hergestellt werden.It is also conceivable that recesses are provided on the core material and / or sheet-like blank for the shell material to improve the bond between core material and shell material. For the secure connection of the core material and the shell material of the composite part, it is particularly advantageous if shaped elements or shapes, preferably undercuts, folds and / or openings or the like, are provided in or on the deep-drawn shell material and / or the core material or are produced during deep-drawing of the shell material where the core material and the shell material form a positive fit. In addition to the pure frictional connection of the shell material and core material and due to different material elasticities, the material composite can be adjusted to the corresponding requirements by means of a composite material as a result of surface pressures and diffusion processes, through undercuts or workpiece flows (for which, for example, the shell material has to be provided with appropriate openings). For example, the core material deformed during extrusion flows into depressions, windows or similar openings in the covering material and thereby, in addition to a frictional connection, also hooks positively with the covering material if corresponding depressions, windows or similar openings are made in the covering material beforehand or are also produced during deep-drawing processing will.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt die Zeichnung.A particularly preferred embodiment of the method according to the invention is shown in the drawing.
Es zeigen:
-
1a-1e - eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem massiven Kernmaterial und einem blechförmigen Hüllmaterial als Stadienplan beim Aufweiten und Tiefziehen des blechförmigen Rohlings des Hüllmaterials und anschließendem Vorwärts-Fließpressen, -
2a-2d - eine Variante des Verfahrens gemäß1 zur Umhüllung von zwei aneinander grenzenden Stufen eines wellenförmigen Kernmaterials in Form eines Stadienplans, -
3 - ein Stadium des Verfahrens gemäß1 mit einem formschlüssig ausgebildeten Wellende des Kernmaterials, -
4 - eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß1 unter Verwendung eines Gegenstempels beim Fließpressen zur Beeinflussung der Fließgeschwindigkeiten beim Tiefziehen, -
5 - eine Gestaltung des blechförmigen Rohlings des Hüllmaterials mit einer wulstartigen Erhöhung zur Beeinflussung der Fließgeschwindigkeiten beim Tiefziehen und entsprechende Auspaarung/ umlaufende Nut, in die die Erhöhung/Aufdickung des Hüllmaterials greift, -
6 - eine Variante der Gestaltung des Kernmaterials mit einer Einhausung des Kernmaterials zur Stützung bei der Umformung des Rohlings des Hüllmaterials, -
7 - eine Variante des Verfahrens unter Verwendung einer Tiefzieheinrichtung mit Niederhalter und Ziehring für das Aufweiten und Tiefziehen, -
8 - beispielhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einer Welle mit mehreren Absätzen zur Umhüllung einzelner Absätze mit blechförmigem Material, -
9 - beispielhafte Ausgestaltungen des Kernmaterials und den zugehörigen blechförmigen Rohlings des Hüllmaterials zur Bildung unterschiedliche geformter Verbundteile, -
10 - verschiedene Varianten der Formgebung des blechförmigen Hüllmaterials mit Ausnehmungen und Öffnungen z. B. zur Verbesserung der form- und kraftschlüssigen Verbindung.
-
1a-1e - A first embodiment of the method according to the invention with a solid core material and a sheet-like shell material as a stage plan during the expansion and deep-drawing of the sheet-like blank of the shell material and subsequent forward extrusion, -
2a-2d - a variant of the procedure according to1 for wrapping two adjacent steps of a corrugated core material in the form of a stage plan, -
3 - a stage of the procedure according to1 with a form-fitting shaft end of the core material, -
4th - Another embodiment of the inventive method according to1 using a counter punch during extrusion to influence the flow rates during deep drawing, -
5 - a design of the sheet-like blank of the wrapping material with a bead-like elevation to influence the flow rates during deep drawing and a corresponding mating / circumferential groove in which the increase / thickening of the wrapping material engages, -
6 - a variant of the design of the core material with a housing of the core material to support the reshaping of the blank of the shell material, -
7th - a variant of the method using a deep-drawing device with hold-down device and drawing ring for expanding and deep-drawing, -
8th - Exemplary application of the method according to the invention on a shaft with several paragraphs for wrapping individual paragraphs with sheet-like material, -
9 - Exemplary configurations of the core material and the associated sheet-like blank of the shell material for the formation of different shaped composite parts, -
10 - Different variants of the shape of the sheet-like covering material with recesses and openings z. B. to improve the positive and non-positive connection.
In der
Erreicht der zweite, zu umhüllende Absatz
In der
In der
In der
In der
Die
In der
Die
Die
Die
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1 -1 -
- Rohling HüllmaterialBlank envelope material
- 2 -2 -
- blechförmiges Hüllmaterialsheet-like covering material
- 3 -3 -
- KernmaterialCore material
- 4 -4 -
- AufweittiefziehmatrizeExpansion deep-drawing die
- 5 -5 -
- NiederhalterHold-down
- 6 -6 -
- Durchziehöffnung MatrizePull-through opening die
- 7 -7 -
- Stempelstamp
- 8 -8th -
- erster Absatz Kernmaterialfirst paragraph core material
- 9 -9 -
- Konus AufweittiefziehmatrizeCone expansion die
- 10 -10 -
- GegenhalterCounterholder
- 11 -11 -
- rohrförmiges Hüllmaterialtubular covering material
- 12 -12 -
- FließpressmatrizeExtrusion die
- 13 -13 -
- FließpressformExtrusion mold
- 14 -14 -
- HybridhalbzeugHybrid semi-finished product
- 15 -15 -
- Kraftrichtung StempelDirection of force punch
- 16 -16 -
- zu umhüllender Absatz Kernmaterialparagraph to be wrapped core material
- 17 -17 -
- LochungPerforation
- 18 -18 -
- Wulstbead
- 19 -19 -
- TiefziehringDeep-drawn ring
- 20 -20 -
- WellenabsatzWave heel
- 21 -21 -
- WellenabsatzWave heel
- 22 -22 -
- WellenabsatzWave heel
- 23 -23 -
- WellenendeShaft end
- 24 -24 -
- Beschichtung WellenendeShaft end coating
- 25 -25 -
- Verdickungthickening
- 26 -26 -
- Öffnungopening
- 27 -27 -
- Ansatzapproach
- 28 -28 -
- VerbundbauteilComposite component
- 29 -29 -
- EinhausungEnclosure
- 30 -30 -
- Wellewave
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 2707158 B1 [0005, 0008, 0035]EP 2707158 B1 [0005, 0008, 0035]
Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited
- „Pressure Welding of Corrosion Resistant Metals by Cold Extrusion“ aus Journal of Materials Processing Technology 45 (1994), Seite 275-280 [0003]"Pressure Welding of Corrosion Resistant Metals by Cold Extrusion" from Journal of Materials Processing Technology 45 (1994), pages 275-280 [0003]
- Burgdorf, M. - Das Aufweittiefziehen, ein neues Verfahren der Umformtechnik, Annals of the CIRP, 16, S. 117-122 [0013]Burgdorf, M. - The expansion deep drawing, a new process in forming technology, Annals of the CIRP, 16, pp. 117-122 [0013]
Claims (18)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE102019002851.1A DE102019002851A1 (en) | 2019-04-21 | 2019-04-21 | Process for the production of composite parts through a combination of expanding, deep drawing and subsequent massive forming |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102019002851.1A DE102019002851A1 (en) | 2019-04-21 | 2019-04-21 | Process for the production of composite parts through a combination of expanding, deep drawing and subsequent massive forming |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102019002851A1 true DE102019002851A1 (en) | 2020-10-22 |
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ID=72660336
Family Applications (1)
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DE102019002851.1A Withdrawn DE102019002851A1 (en) | 2019-04-21 | 2019-04-21 | Process for the production of composite parts through a combination of expanding, deep drawing and subsequent massive forming |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102019002851A1 (en) |
Citations (2)
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DE102009032435A1 (en) * | 2009-07-09 | 2011-03-10 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for producing extruded composite body, involves impinging semi-finished products in die cavity with force in direction such that both semi-finished products are deformed together in die cavity in another direction in partial manner |
EP2707158B1 (en) * | 2011-05-07 | 2017-11-29 | Technische Universität Dortmund | Method for producing composite parts by means of a combination of deep drawing and impact extrusion |
-
2019
- 2019-04-21 DE DE102019002851.1A patent/DE102019002851A1/en not_active Withdrawn
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BURGDORF, M.: Das Aufweittiefziehen, ein neues Verfahren der Umformtechnik. In: Annals of the C.I.R.P., Vol. 16, 1968, S. 117-122. - ISSN 0007-8506 * |
WAGENER, H. W. ; HAATS, J.: Pressure welding of corrosion resistant metals by cold extrusion. In: Journal of Materials Processing Technology, Vol. 45, 1994, No. 1-4, S. 275-280. - ISSN 0924-0136 (P); 1873-4774 (E). DOI: 10.1016/0924-0136(94)90352-2 * |
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