DE102019102381A1

DE102019102381A1 - Hydroformung von fensterextrusionen mit nicht gleichwinkligen nähten

Info

Publication number: DE102019102381A1
Application number: DE102019102381.5A
Authority: DE
Inventors: Andrey Ilinich; Stephen Kernosky; Mark Salmonowicz; S. George Luckey
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2019-08-01
Also published as: US11911817B2; CN110090872A; US20210291250A1; US11052445B2; US20190232354A1

Abstract

Diese Offenbarung stellt Hydroformung von Fensterextrusionen mit nicht gleichwinkligen Nähten bereit. Ein Verfahren zum Bilden eines Bauteils beinhaltet Extrudieren eines Strangs durch eine Matrize, Bilden eines Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie aus dem Strang und Hydroformen des Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie. Die Extrusionsmatrize enthält eine Öffnung mit einem zentralen Dorn, eine Vielzahl von Brücken und eine entsprechende Vielzahl von Fenstern zwischen den Brücken. Eine Beabstandung der Brücken um den zentralen Dorn ist nicht gleichwinklig. Infolgedessen weist das Rohr mit runder, geschlossener Geometrie nach Austritt aus der Matrize nicht gleichwinklige Schweißnähte auf.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein extrudiertes Aluminiumrohr für Anwendungen in Kraftfahrzeugen.
STAND DER TECHNIK
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit und stellen unter Umständen nicht den Stand der Technik dar.
Fahrzeughersteller wenden leichtere, festere Materialien an, wie etwa Aluminiumlegierungen, um Emissionsreduktionsziele zu erreichen, Kraftstoffeffizienzziele zu erreichen, Herstellungskosten zu reduzieren und das Fahrzeuggewicht zu reduzieren. Stetig steigende Sicherheitsstandards müssen bei gleichzeitiger Reduzierung des Fahrzeuggewichts erfüllt werden. Ein Ansatz zum Erreichen dieser gegensätzlichen Interessen und Aufgaben besteht darin, hochfeste rohrförmige Rohlinge aus Aluminiumlegierung mittels Hydroformung zu festen, leichten Bauteilen zu formen.
Dafür vorgesehene Aluminiumrohre beinhalten extrudierte nahtlose Rohre und extrudierte strukturelle Rohre. Extrudierte nahtlose Rohre sind relativ teuer, während extrudierte strukturelle Rohre niedrigere Kosten aufgrund der erhöhten Leistung des strukturellen Extrusionsprozesses aufweisen, bei dem mehrere Profile gleichzeitig extrudiert werden können.
Extrudierte strukturelle Rohre werden gebildet, indem ein Aluminiumstrang durch eine Extrusionsmatrize bei einer hohen Temperatur und einem hohen Druck extrudiert wird. Unterbrechungen beim Materialfluss über den Abschnitt der Form treten auf, wenn das fließende Aluminium an einer Dornscheibe auseinanderläuft und in einem Kappenbereich wieder zusammenläuft. Eine Schweißlinie oder Verbindungslinie wird dort erzeugt, wo das fließende Aluminium wieder zusammenläuft, um die extrudierte Form zu bilden. Extrudierte strukturelle (auch bekannt als Fenster) Rohre können zwei oder mehr Schweißlinien aufweisen, die ein Ergebnis des Extrusionsprozesses sind.
Diese extrudierten strukturellen Rohre können anschließend einer Reihe von Verarbeitungsvorgängen, wie etwa Biegen, Vorformen, Hydroformen, Stanzen und Abspanen, unterzogen werden, um zu gewünschten komplex geformten Bauteilen gebildet zu werden. Die Schweißlinien in den extrudierten strukturellen Rohren weisen eine relativ geringe Duktilität auf und können eine relativ niedrige Spannung/Belastung aushalten. Die extrudierten strukturellen Rohre können während der Reihe von Verarbeitungsvorgängen an den Schweißlinien brechen.
Diese Probleme der Rissbildung bei strukturellen Rohren bei Hydroformungsvorgängen und bei anderen Rohrbildungsvorgängen werden durch die vorliegende Offenbarung behoben.
KURZDARSTELLUNG
In einer Form wird ein Verfahren zum Bilden eines Bauteils bereitgestellt, welches Extrudieren eines Materials durch eine Matrize, Bilden eines Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie aus dem Material, Formen des Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie zu einer Zwischenform und Hydroformen der Zwischenform zu dem Bauteil beinhaltet. Die Matrize enthält eine Öffnung mit einem zentralen Dorn, eine Vielzahl von Brücken und eine entsprechende Vielzahl von Fenstern zwischen den Brücken. Eine Beabstandung zwischen den Brücken um den zentralen Dorn ist nicht gleichwinklig. Infolgedessen weist das Rohr mit runder, geschlossener Geometrie nach Austritt aus der Matrize nicht gleichwinklige Schweißnähte auf.
In anderen Funktionstypen beinhaltet die Matrize eine Vielzahl von Öffnungen, wobei jede Öffnung einen zentralen Dorn, eine Vielzahl von Brücken und eine entsprechende Vielzahl von Fenstern zwischen den Brücken aufweist. Eine Beabstandung zwischen den Brücken um den zentralen Dorn ist nicht gleichwinklig. Die Positionen der Brücken und Fenster jeder der Öffnungen können identisch oder zwischen benachbarten Öffnungen gespiegelt sein. Das Verfahren beinhaltet ferner optionale Schritte des Ausrichtens des Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie vor dem Schritt des Formens und den Schritt des Verifizierens der vorbestimmten Position der nicht gleichwinkligen Schweißnähte nach dem Schritt des Hydroformens. Bei dem Bauteil kann es sich um eine A-Säulen-Dachschiene einer Fahrzeugstruktur handeln.
In einer Form wird ein Verfahren zum Bilden eines Bauteils bereitgestellt, welches Extrudieren eines Materials durch eine Matrize und Bilden eines Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie aus dem Material beinhaltet. Die Matrize enthält eine Öffnung mit einem zentralen Dorn, eine Vielzahl von Brücken und eine entsprechende Vielzahl von Fenstern zwischen den Brücken. Eine Beabstandung zwischen den Brücken um den zentralen Dorn ist nicht gleichwinklig. Das Rohr mit runder, geschlossener Geometrie weist nach Austritt aus der Matrize nicht gleichwinklige Schweißnähte auf.
In noch einer anderen Form wird eine Vorrichtung zum Bilden eines Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie bereitgestellt, die eine Matrize beinhaltet. Die Matrize weist eine runde Öffnung, einen innerhalb der runden Öffnung angeordneten zentralen Dorn und eine Vielzahl von Brücken und eine entsprechende Vielzahl von Fenstern zwischen den Brücken auf. Die Brücken und Fenster erstrecken sich um den zentralen Dorn. Eine Beabstandung zwischen den Brücken um den Dorn ist nicht gleichwinklig.
In anderen Funktionstypen beinhaltet die Matrize eine Vielzahl von runden Öffnungen, eine Vielzahl von innerhalb jeder der runden Öffnungen angeordneten zentralen Dornen und Sätze von Brücken und entsprechenden Fenstern zwischen den Brücken, wobei sich jeder der Sätze von Brücken und Fenstern um jeden der zentralen Dorne erstreckt. Die Beabstandung zwischen den Brücken und Fenstern jeder der Vielzahl von runden Öffnungen kann identisch oder zwischen benachbarten runden Öffnungen gespiegelt sein. Die Vorrichtung kann ferner eine Formungsvorrichtung beinhalten, die dazu ausgelegt ist, das Rohr mit runder, geschlossener Geometrie zur weiteren Verarbeitung aufzunehmen.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die konkreten Beispiele lediglich der Veranschaulichung dienen und den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen verständlicher, wobei:

1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Fensterextrusionsvorrichtung ist, einschließlich einer Matrize, die gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist;
2 eine Seitenquerschnittsansicht der Fensterextrusionsvorrichtung aus 1 gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung ist;
3 eine Vorderquerschnittsansicht eines Rohrs ist, das durch die Matrize aus 1 extrudiert wurde, wobei vier Schweißnähte an nicht gleichwinkligen Positionen gezeigt sind;
4 eine schematische Ansicht eines Rohrs ist, die drei Schweißnähte an nicht gleichwinkligen Positionen zeigt;
5 eine schematische Ansicht ist, die ein Material/einen Strang abbildet, das/der durch die Matrize der Fensterextrusionsvorrichtung aus 1 zu einem Rohr extrudiert wird;
6 eine schematische Ansicht ist, die ein Material/einen Strang abbildet, das/der durch eine modifizierte Matrize der Fensterextrusionsvorrichtung aus 1 zu zwei Rohren mit Schweißnähten an identischen Positionen extrudiert wird;
7 eine schematische Ansicht ist, die ein Material/einen Strang abbildet, das/der durch eine modifizierte Matrize der Fensterextrusionsvorrichtung aus 1 zu zwei Rohren mit Schweißnähten an gespiegelten Positionen extrudiert wird;
8 eine schematische Ansicht eines Materials/Strangs ist, das/der durch eine modifizierte Matrize der Fensterextrusionsvorrichtung aus 1 zu zwei Rohren mit Schweißnähten extrudiert wird, welche die gleiche nicht gleichwinklige Beabstandung aufweisen, jedoch zueinander winkelversetzt sind, und
9 eine schematische Ansicht eines Drehzugbiegewerkzeugs zum Biegen eines Rohrs, das durch die Matrize der Fensterextrusionsvorrichtung aus 1 extrudiert wurde.

Entsprechende Bezugszeichen geben entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen an.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder die Verwendungen nicht einschränken.
Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet eine Fensterextrusionsvorrichtung 8, die gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist, eine Matrize 10 und einen Behälter 12, der die Matrize 10 darin aufnimmt. Die Matrize 10 ist dazu konfiguriert, ein Rohr mit runder, geschlossener Geometrie, wie etwa ein Rohr 44, aus einem Material 40 zu bilden, bei dem es sich in einer Form um einen Strang handeln kann. Die Matrize 10 beinhaltet eine Scheibe 18, einen zentralen Dorn 22 und eine Kappe 30. Der Behälter 12 beinhaltet einen Aufnahmeraum 14 mit einer Innenfläche 16. Die Scheibe 18, der zentrale Dorn 22 und die Kappe 30 sind in dem Aufnahmeraum 14 des Behälters 12 angeordnet. Die Scheibe 18 und die Kappe 30 weisen Außenflächen gegen die Innenflächen 16 des Behälters 12 auf. Der zentrale Dorn 22 ist mit der Scheibe 18 verbunden und erstreckt sich axial von der Scheibe 18 in stromabwärtiger Richtung.
Die Scheibe 18 beinhaltet einen Außenring 20, der gegen die Innenfläche 16 angeordnet ist, eine Vielzahl von Brücken 24, die sich in einer radialen Richtung des Außenrings 20 erstrecken, und eine Vielzahl von zwischen der Vielzahl von Brücken 24 angeordneten Fenstern 26. Die Vielzahl von Brücken 24 verbindet den Außenring 20 mit dem zentralen Dorn 22 und ist entlang der radialen Richtung mit einer Beabstandung beabstandet, die nicht gleichwinklig ist. Die Fenster 26 sind zwischen benachbarten der Brücken 24 angeordnet. In dem veranschaulichenden Beispiel aus 1 sind vier Brücken 24 und vier Fenster 26 gezeigt. Es versteht sich, dass eine beliebige Anzahl von Brücken 24 und Fenstern 26 in der Scheibe 18 gebildet sein kann.
Die Kappe 30 ist in dem Aufnahmeraum 14 des Behälters 12 und stromabwärts von der Scheibe 18 angeordnet. Die Kappe 30 definiert eine Öffnung 32 und umgibt den zentralen Dorn 22, um dort dazwischen eine kreisförmige oder runde Öffnung 33 zu definieren, durch die das extrudierte Rohr 44 aus der Matrize 10 austritt.
Unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet die Fensterextrusionsvorrichtung 8 ferner einen Rammzapfen 54, der stromaufwärts von der Matrize 10, dem Behälter 12 und dem Strang 40 angeordnet ist. Um den Strang 40 zu einem Rohr 44 zu extrudieren, wird der Strang 40 in den Behälter 12 eingeführt und von dem Rammzapfen 54 gepresst. Bei dem Strang 40 handelt es sich in einer Form um eine Aluminiumlegierung und er wird bei einer hohen Temperatur und einem hohen Druck durch die Matrize 10 extrudiert. In einer ersten Stufe wird der Strang 40 durch die Fenster 26 der Scheibe 18 extrudiert, um eine Vielzahl von Rohrabschnitten 42 (gezeigt in 1) zu bilden. Während der Strang 40 und die Rohrabschnitte 42 weiter von dem Rammzapfen 54 gepresst werden, laufen die Rohrabschnitte 42 in einer zweiten Stufe wieder zusammen und passieren dann die ringförmige Öffnung 33 zwischen dem zentralen Dorn 22 und der Kappe 30, um aufgrund des Drucks und der Wärme innerhalb der Matrize 10 ein geschlossenes, rundes Rohr 44 zu bilden.
Die gestrichelten Pfeile F in 2 geben die Fließrichtung des Aluminiummaterials an, das anfangs in Form eines Strangs 40 vorliegt, an der Scheibe 18 in mehrere Flüsse geteilt wird, vor der ringförmigen Öffnung 33 zwischen dem zentralen Dorn 22 und der Kappe 30 wieder zusammengeführt wird und dann aus der Matrize 10 in Form eines geschlossenen Rohrs 44 austritt. Das Wiederzusammenlaufen der Rohrabschnitte 42 erzeugt dort Schweißnähte 48, wo die Rohrabschnitte 42 miteinander verbunden werden. Die Schweißnähte 48 erstrecken sich in Längsrichtung entlang der Länge des Rohrs 44. Bei den Schweißnähten 48 handelt es sich nicht um Schweißnähe im herkömmlichen Sinn, sondern vielmehr um Nähte, an denen die Rohrabschnitte 42 durch Druck und Wärme miteinander verbunden werden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 kann der zentrale Dorn 22 optional ein Markierungselement 28 beinhalten, bei dem es sich um ein erhöhtes oder vertieftes Strukturmerkmal an einer Außenfläche des zentralen Dorns 22 handeln kann. Wenn die Rohrabschnitte 42 vor der ringförmigen Öffnung 33 zwischen dem zentralen Dorn 22 und der Kappe 30 wieder zusammenlaufen, verursacht das Markierungselement 28 die Bildung eines Zahns 52 entlang der Länge des Rohrs 44. Das Markierungselement 28 erzeugt einen Zahn 52 in dem Aluminiumrohr, der zeitnah zu der Bildung der Schweißnähte 48 gebildet wird und sich an einer festen Position relativ zu den Schweißnähten 48 befindet. Bei dem Zahn 52 handelt es sich um ein Positionierungsmerkmal, dass einer Person oder einer Maschine ermöglicht, die Position einer Schweißnaht zu bestimmen. Das Verfahren zum Bilden eines extrudierten Rohrs mit Positionierungsmerkmal wurde in der Schrift US 9.533.343 mit dem Titel „Aluminum Porthole Extruded Tubing with Locating Feature“ offenbart, welche gemeinsam dem Bevollmächtigen der vorliegenden Anmeldung übertragen ist und deren Inhalt durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit in diese Schrift aufgenommen ist.
Unter Bezugnahme auf 3 ist das durch die Matrize 10 der Fensterextrusionsvorrichtung 8 extrudierte Rohr 44 derart gezeigt, dass es sich um ein rundes Rohr handelt, das eine Vielzahl von Schweißnähten 48 aufweist, welche sich in Längsrichtung entlang der Länge des Rohrs 44 und vollständig durch die Seitenwand 46 des Rohrs 44 erstrecken. Es versteht sich, dass die Schweißnähte 48 zwar vorhanden, jedoch unter Umständen in dem extrudierten Rohr 44 nicht sichtbar sind. Die Anzahl der Schweißnähte 48 entspricht der Anzahl der Fenster 26 und der Anzahl der Brücken 24 der Scheibe 18. Die Brücken 24 sind derart angeordnet, dass sie eine nicht gleichwinklige Beabstandung dazwischen aufweisen. Daher befinden sich die Schweißnähte 48 an nicht gleichwinkligen Positionen, sodass die Seitenwand 46 des Rohrs 44 durch die Schweißnähte 48 in eine Vielzahl von gekrümmten Abschnitten von unterschiedlicher Größe geteilt wird.
In dem veranschaulichenden Beispiel aus 3 sind vier Schweißnähte 48 in dem Rohr 44 gebildet, um das Rohr 44 in vier gekrümmte Abschnitte zu teilen, einschließlich eines ersten gekrümmten Abschnitts 70 mit einem Bogenwinkel von mehr als 90°, eines zweiten gekrümmten Abschnitts 71 mit einem Bogenwinkel von weniger als 90° und zwei dritter gekrümmter Abschnitte 74 mit einem Bogenwinkel von 90°. Indem eine Schweißnaht 48 von ihrer gleichwinkligen Position versetzt wird, wird einer der gekrümmten Abschnitte vergrößert. Die vergrößerte Bogenlänge des ersten gekrümmten Abschnitts 70 in dem Rohr 44 hilft dabei, die Schweißnähte 48 entfernt von einem Bereich mit hoher Spannung/Belastung während eines folgenden Bildungsprozesses zu positionieren, was nachstehend detaillierter beschrieben wird.
Unter Bezugnahme auf 4 kann die Matrize 10 alternativ dazu eine Scheibe 18 mit drei Brücken 24 und drei Fenstern 26 beinhalten. Daher kann das durch die Matrize 10 extrudierte Rohr 44 drei Schweißnähte 48 beinhalten, die das Rohr 44 in einen ersten gekrümmten Abschnitt 80, einen zweiten gekrümmten Abschnitt 82 und einen dritten gekrümmten Abschnitt 84 teilen. Eine der Schweißnähte 48 kann von ihrer gleichwinkligen Position A um einen vorbestimmten Winkel θ versetzt sein, sodass der erste gekrümmte Abschnitt 80 einen Bogenwinkel von mehr als 120° (d. h. 120° + 0°) aufweist, der zweite gekrümmte Abschnitt 82 einen Bogenwinkel von weniger als 120° (d. h. 120° - θ°) aufweist und der dritte gekrümmte Abschnitt 84 einen Bogenwinkel von 120° aufweist. Der erste gekrümmte Abschnitt 80 ist größer als der zweite gekrümmte Abschnitt 82 und der dritte gekrümmte Abschnitt 84.
Unter Bezugnahme auf 5-7 kann die Matrize 10 dazu konfiguriert sein, ein extrudiertes Rohr (5) oder zwei extrudierte Rohre (6 und 7) oder mehrere extrudierte Rohre gleichzeitig zu extrudieren. Wie in 5 gezeigt, kann die Matrize 10 der Fensterextrusionsvorrichtung 8 eine Öffnung 33 (gezeigt in 2) zum Extrudieren eines extrudierten Rohrs 44 aus einem Strang 40 beinhalten. Die Scheibe 18 der Matrize 10 ist dazu konfiguriert, drei Brücken 24 und drei Fenster 26 zu beinhalten, wodurch ein extrudiertes Rohr mit drei Schweißnähten 48 erzeugt wird. Ebenso ist eine Beabstandung der Brücken 24 nicht gleichwinklig, sodass sich die Schweißnähte 48 an nicht gleichwinkligen Positionen befinden.
Unter Bezugnahme auf 6 kann alternativ dazu die Matrize 10 der Fensterextrusionsvorrichtung 8 dazu konfiguriert sein, zwei Öffnungen 33 zum gleichzeitigen Extrudieren von zwei extrudierten Rohren 44 aus einem Strang 40 zu beinhalten. Jede Öffnung 33 entspricht einem zentralen Dorn 22, einer Vielzahl von Brücken 24 und einer entsprechenden Vielzahl von Fenstern 26 zwischen den Brücken 24. Die Vielzahl von Brücken 24 und Fenstern 26 für die zwei Öffnungen 33 kann in einer Scheibe 18 gebildet sein. Anders ausgedrückt beinhaltet die Matrize 10 eine Scheibe 18 mit zwei Sätzen von Brücken 24 und Fenstern 26, zwei zentrale Dorne 22 und eine Kappe 30, die zwei Öffnungen 32 definiert. Die zwei zentralen Dorne 22 werden in die zwei Öffnungen 32 der Kappe 30 eingeführt, um zwei Öffnungen 33 zu definieren. Eine Beabstandung der Brücken 24 um jeden der zentralen Dorne 22 ist nicht gleichwinklig. Die Brücken 24 können derart angeordnet sein, dass die Beabstandung zwischen den Brücken 24 und den Fenstern 26 jeder der Öffnungen 33 identisch ist. Daher weisen die zwei extrudierten Rohre 44, die aus den zwei Öffnungen 33 der gleichen Matrize 10 extrudiert werden, Schweißnähte 48 mit identischen Beabstandungen auf. Wenngleich drei Schweißnähte 48 in 6 gezeigt sind, versteht es sich, dass jeder Satz von Brücken 24 und Fenstern 26 für jede Öffnung 33 eine beliebige Anzahl von Brücken 24 und Fenstern 26 aufweisen kann, um ein Rohr mit einer entsprechenden Anzahl von Schweißnähten 48 zu bilden.
Wenngleich nicht in den Figuren gezeigt, versteht es sich, dass die Matrize dazu konfiguriert sein kann, eine Vielzahl von zentralen Dornen 22, eine Scheibe 18 einschließlich einer Vielzahl von Sätzen von Brücken 24 und Fenstern 26 um die Vielzahl von zentralen Dornen 22 und eine Kappe 30 aufzuweisen, die gemeinsam mit der Vielzahl von zentralen Dornen 22 eine Vielzahl von Öffnungen 33 definiert Die Anzahl der Sätze von Brücken 24 und Fenstern 26 und die Anzahl der zentralen Dorne 22 kann eins, zwei oder mehr betragen.
Unter Bezugnahme auf 7 kann die Matrize 10 der Fensterextrusionsvorrichtung ähnlich wie in 6 dazu konfiguriert sein, zwei Öffnungen 33 zum gleichzeitigen Extrudieren von zwei extrudierten Rohren 44 aus einem Strang 40 zu beinhalten. Jedoch können die Brücken 24 und die Fenster 26 der Scheibe 18 derart angeordnet sein, dass die Beabstandung zwischen den Brücken 24 und den Fenstern 26 für jede der Öffnungen 33 zwischen benachbarten Öffnungen 33 gespiegelt ist. Infolgedessen weisen die zwei extrudierten Rohre 44, die aus den zwei Öffnungen 33 extrudiert werden, Schweißnähte 48 mit gespiegelten Beabstandungen auf, während sie aus der Matrize 10 der Fensterextrusionsvorrichtung 8 austreten.
Unter Bezugnahme auf 8 sind in einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung die Brücken 24 und die Fenster 26 der Scheibe 18 für die zwei Öffnungen 33 derart angeordnet, dass sie zwar eine identische nicht gleichwinklige Beabstandung aufweisen, jedoch die Brücken 24 und die Fenster 26 für eine Öffnung 33 relativ zu den Brücken 24 und den Fenstern 26 der anderen Öffnung 33 winkelversetzt sind, sodass die Schweißnähte der resultierenden zwei extrudierten Rohre relativ zueinander winkelversetzt sind.
Nach der Extrusion des Rohrs 44 durch die Matrize 10 der Fensterextrusionsvorrichtung wird das Rohr 44 einem Hydroformungsprozess unterzogen, um es zu einem fertigen Bauteil mit einer gewünschten endgültigen Form zu bilden. Vor dem Hydroformen kann das Rohr 44 eine Reihe von Prozessen durchlaufen, wie etwa Biegen, Vorformen und Schneiden.
Unter Bezugnahme auf 9 kann ein Drehzugbiegewerkzeug 62 dazu verwendet werden, das Rohr 44 zu biegen, um das extrudierte Rohr 44 vor dem Hydroformungsprozess grob in eine Zwischenform zu bringen, sodass das Rohr 44 in die Matrize für den Hydroformungsprozess passt. Die Schweißnähte 48 des Rohrs 44 weisen geringfügig andere Materialeigenschaften als der Rest des Rohrs 44 auf, was zu einer frühen Belastungslokalisierung während eines folgenden Hydroformungsvorgangs führen kann, bei dem das Rohr 44 unter Umständen versagt, wenn es in Umfangsrichtung gedehnt oder gebogen wird.
Um die Wahrscheinlichkeit zu reduzieren, dass das Rohr 44 an oder benachbart zu den Schweißnähten 48 Risse bekommt, kann das Rohr 44 in dem Drehzugbiegewerkzeug 62 bei einer vorbestimmten Position richtig ausgerichtet werden, sodass die nicht gleichwinkligen Schweißnähte 48 entfernt von den Bereichen mit hohem Risiko angeordnet sind. Beispiele für Bereiche mit hohem Risiko beinhalten Hydroformungsmatrizenecken, Hydroformungsmatrizentrennlinie, Bereiche der lokalen Dehnung in Umfangsrichtung und alle Bereiche, in denen in Experimenten Risse beobachtet wurden. Bereiche mit hohem Risiko können im Voraus durch eine finite Elementsimulation der Bildungsprozesssequenz vorhergesagt werden. Eine nicht gleichwinklige Beabstandung zwischen den Schweißnähten verleiht eine größere Flexibilität bei der Platzierung der Schweißnähte fernab der Bereiche mit hohem Risiko. Relativ zu einer herkömmlichen gleichwinkligen Schweißnahtbeabstandung führt die nicht gleichwinklige Beabstandung typischerweise zu einem wesentlich reduzierten Ausfallrisiko aufgrund der frühen Belastungslokalisierung an oder benachbart zu den Schweißnähten.
Nach dem Biegen des Rohrs 44 kann das Rohr 44 einen Hydroformungsprozess durchlaufen, um zu einem fertigen Bauteil mit einer komplexen Form, wie etwa einer A-Säulen-Dachschiene für eine Fahrzeugstruktur, gebildet zu werden. Während des Hydroformungsprozesses werden die Schweißnähte 48 richtig positioniert, um sich entfernt von hochbelasteten Bereichen des zu bildenden fertigen Bauteils zu befinden. Nach dem Hydroformungsprozess kann die vorbestimmte Position der nicht gleichwinkligen Schweißnähte verifiziert werden.
In einem Verfahren zum Bilden eines Bauteils gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Aluminiumstrang durch eine Matrize extrudiert, um ein Rohr mit runder, geschlossener Geometrie zu bilden. In einer Form enthält die Matrize eine Öffnung mit einem zentralen Dorn, eine Vielzahl von Brücken und eine entsprechende Vielzahl von Fenstern zwischen den Brücken. In einer anderen Form enthält die Matrize eine Vielzahl von Öffnungen, von denen jede einen zentralen Dorn, eine Vielzahl von Brücken und eine entsprechende Vielzahl von Fenstern zwischen den Brücken beinhaltet. Eine Beabstandung der Brücken um den zentralen Dorn ist nicht gleichwinklig. Infolgedessen weist ein aus dem Strang gebildetes Rohr mit runder, geschlossener Geometrie nach Austritt aus der Matrize nicht gleichwinklige Schweißnähte auf. Das Rohr 44 wird in einem durchgängigen Vorgang extrudiert. Das Rohr 44 kann nach der Extrusion gestreckt werden. Das extrudierte strukturelle Rohr 44 wird auf gewünschte Längen zugeschnitten. Später werden die Rohre 44 in einem Biegewerkzeug 62 angeordnet und derart ausgerichtet, dass die Schweißnähte 48 an einer vorbestimmten Position platziert werden, an der das Rohr während folgender Bildungsschritte weniger Spannung/Belastung erfährt. Schließlich wird das gebogene Rohr einem Hydroformungsprozess unterzogen, um zu einem fertigen Bauteil mit einer gewünschten Form gebildet zu werden. Bei dem fertigen Bauteil kann es sich um eine A-Säulen-Dachschiene für eine Fahrzeugstruktur handeln.
Es ist anzumerken, dass die Offenbarung nicht auf die als Beispiele beschriebenen und veranschaulichten Ausführungsformen beschränkt ist. Eine große Vielfalt von Modifikationen wurde beschrieben und mehr sind Teil des Wissens des Fachmanns. Diese und weitere Modifikationen sowie beliebige Ersetzungen durch technische Äquivalente können zu der Beschreibung und den Figuren hinzugefügt werden, ohne den Schutzumfang der Offenbarung und des vorliegenden Patents zu verlassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bilden eines Bauteils bereitgestellt durch: Extrudieren eines Materials durch eine Matrize, die eine Öffnung mit einem zentralen Dorn, eine Vielzahl von Brücken und eine entsprechende Vielzahl von Fenstern zwischen den Brücken enthält, wobei eine Beabstandung zwischen den Brücken um den zentralen Dorn nicht gleichwinklig ist; Bilden eines Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie aus dem Material, wobei das Rohr mit runder, geschlossener Geometrie nach Austritt aus der Matrize nicht gleichwinklige Schweißnähte aufweist; Formen des Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie zu einer Zwischenform; und Hydroformen der Zwischenform zu dem Bauteil.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Matrize eine Vielzahl von Öffnungen, wobei jede Öffnung einen zentralen Dorn, eine Vielzahl von Brücken und eine entsprechende Vielzahl von Fenstern zwischen den Brücken aufweist, wobei eine Beabstandung der Brücken um jeden der zentralen Dorne nicht gleichwinklig ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Beabstandung zwischen den Brücken und Fenstern jeder der Öffnungen identisch ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Beabstandung zwischen den Brücken und Fenstern jeder der Öffnungen zwischen benachbarten Öffnungen gespiegelt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Ausrichtens des Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie derart, dass sich die nicht gleichwinkligen Schweißnähte vor dem Schritt des Formens an einer vorbestimmten Position befinden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Verifizierens der vorbestimmten Position der nicht gleichwinkligen Schweißnähte nach dem Schritt des Hydroformens.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Formens des Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie Biegen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Vorformens der Zwischenform nach dem Biegen und vor dem Hydroformen.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Material um eine Aluminiumlegierung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bilden eines Bauteils bereitgestellt durch: Extrudieren eines Materials durch eine Matrize, die eine Öffnung mit einem zentralen Dorn, eine Vielzahl von Brücken und eine entsprechende Vielzahl von Fenstern zwischen den Brücken enthält, wobei eine Beabstandung der Brücken um den Dorn nicht gleichwinklig ist; Bilden eines Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie aus dem Material, wobei das Rohr mit runder, geschlossener Geometrie nach Austritt aus der Matrize und dem Wiederzusammenlaufen nicht gleichwinklige Schweißnähte aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Biegen des Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie zu einer Zwischenform; Vorformen der Zwischenform; und Hydroformen der Zwischenform zu dem Bauteil.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Ausrichtens des Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie derart, dass sich die nicht gleichwinkligen Schweißnähte vor dem Schritt des Biegens an einer vorbestimmten Position befinden.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Bauteil gebildet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Bilden eines Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie bereitgestellt durch: eine Matrize mit: einer runden Öffnung; einem zentralen Dorn, der innerhalb der runden Öffnung angeordnet ist; und einer Vielzahl von Brücken und einer entsprechenden Vielzahl von Fenstern zwischen den Brücken, wobei sich die Brücken und Fenster um den zentralen Dorn erstrecken, wobei eine Beabstandung der Brücken um den Dorn nicht gleichwinklig ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch eine Vielzahl von runden Öffnungen, eine Vielzahl von innerhalb jeder der runden Öffnungen angeordneten zentralen Dornen; und Sätze von Brücken und entsprechenden Fenstern zwischen den Brücken, wobei sich jeder der Sätze von Brücken und Fenstern um jeden der zentralen Dorne erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Beabstandung zwischen den Brücken und Fenstern jeder der Vielzahl von runden Öffnungen identisch.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Beabstandung zwischen den Brücken und Fenstern jeder der Vielzahl von runden Öffnungen zwischen benachbarten runden Öffnungen gespiegelt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr mit runder, geschlossener Geometrie nicht gleichwinklige Schweißnähte aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung gekennzeichnet durch eine Formungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, das Rohr mit runder, geschlossener Geometrie zur weiteren Verarbeitung aufzunehmen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nicht gleichwinklige Schweißnähte aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9533343 [0022]

Claims

Verfahren zum Bilden eines Bauteils, umfassend: Extrudieren eines Materials durch eine Matrize, die eine Öffnung mit einem zentralen Dorn, eine Vielzahl von Brücken und eine entsprechende Vielzahl von Fenstern zwischen den Brücken enthält, wobei eine Beabstandung zwischen den Brücken um den zentralen Dorn nicht gleichwinklig ist; und Bilden eines Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie aus dem Material, wobei das Rohr mit runder, geschlossener Geometrie nach Austritt aus der Matrize nicht gleichwinklige Schweißnähte aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die folgenden Schritte: Formen des Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie zu einer Zwischenform; und Hydroformen der Zwischenform zu dem Bauteil.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend Vorformen der Zwischenform vor dem Hydroformen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Matrize eine Vielzahl von Öffnungen umfasst, wobei jede Öffnung einen zentralen Dorn, eine Vielzahl von Brücken und eine entsprechende Vielzahl von Fenstern zwischen den Brücken aufweist, wobei eine Beabstandung der Brücken um jeden der zentralen Dorne nicht gleichwinklig ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Beabstandung zwischen den Brücken und Fenstern jeder der Öffnungen identisch ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Beabstandung zwischen den Brücken und Fenstern jeder der Öffnungen zwischen benachbarten Öffnungen gespiegelt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt des Ausrichtens des Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie derart, dass sich die nicht gleichwinkligen Schweißnähte vor dem Schritt des Formens an einer vorbestimmten Position befinden.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend den Schritt des Verifizierens der vorbestimmten Position der nicht gleichwinkligen Schweißnähte nach dem Schritt des Bildens.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Formens des Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie Biegen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend den Schritt des Vorformens der Zwischenform nach dem Biegen und vor dem Hydroformen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Material um eine Aluminiumlegierung handelt.
Vorrichtung zum Bilden eines Rohrs mit runder, geschlossener Geometrie, umfassend: eine Matrize mit: einer runden Öffnung; einem innerhalb der runden Öffnung angeordneten zentralen Dorn; und einer Vielzahl von Brücken und einer entsprechenden Vielzahl von Fenstern zwischen den Brücken, wobei sich die Brücken und Fenster um den zentralen Dorn erstrecken; wobei eine Beabstandung der Brücken um den zentralen Dorn nicht gleichwinklig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Matrize Folgendes umfasst: eine Vielzahl von runden Öffnungen, eine Vielzahl von innerhalb jeder der runden Öffnungen angeordneten zentralen Dornen; und Sätze von Brücken und entsprechenden Fenstern zwischen den Brücken, wobei sich jeder der Sätze von Brücken und Fenstern um jeden der zentralen Dorne erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Beabstandung zwischen den Brücken und Fenstern jeder der Vielzahl von runden Öffnungen identisch ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Beabstandung zwischen den Brücken und Fenstern jeder der Vielzahl von runden Öffnungen zwischen benachbarten runden Öffnungen gespiegelt ist.