DE10329697B3

DE10329697B3 - Verfahren zur Herstellung von gekrümmten Werkstücken durch Strangpressen und Runden

Info

Publication number: DE10329697B3
Application number: DE2003129697
Authority: DE
Inventors: Alf Birkenstock
Original assignee: WKW Erbsloeh Automotive GmbH
Current assignee: WKW Engineering GmbH
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2023-07-03
Also published as: WO2005002751A1; CN100371099C; CN1856372A

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung von gekrümmten Werkstücken (2, 3) durch Strangpressen eines wenigstens eines der gekrümmten Werkstücke enthaltenden Strangpressprofils (7) unter Einsatz einer Strangpressvorrichtung, welche ein Strangpresswerkzeug mit einer Strangpressmatrize und einen das Strangpresswerkzeug stützenden Gegenholm (1), durch dessen Öffnungskegel (5) das Strangpressprofil austritt, umfasst, wird das Strangpressprofil gleichzeitig mit oder unmittelbar nach dem formgebenden Strangpressvorgang durch eine quer zur Strangpressrichtung auf das Strangpressprofil einwirkende Kraft gerundet, wobei eine Kraftkomponente als Zug- oder Druckkraft beim formgebenden Strangpressvorgang eine Krümmung des Strangpressprofils bei dessen Austritt aus der Strangpressmatrize bewirkt. Dabei wird das Strangpressprofil mit nichtgekrümmten Abschnitten und/oder mit Abschnitten, die weniger gekrümmt sind als die gekrümmten Werkstücke, versehen, derart, dass der in Lotrichtung auf die Oberfläche des Öffnungskegels des Gegenholms bestimmte Abstand des Strangpressprofils von der Oberfläche des Öffnungskegels des Gegenholms vergrößert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gekrümmten Werkstücken durch Strangpressen eines wenigstens eines der gekrümmten Werkstücke enthaltenden Strangpressprofils nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Als Strangpressprofile kommen insbesondere Voll- oder Hohlprofile aus einem Leichtmetall, wie Aluminium oder Magnesium, oder aus einer Leichtmetalllegierung, wie Aluminium-Silizium-Legierung, in Betracht. Die Strangpressprofile können einen komplexen Hohlprofilquerschnitt haben, worunter insbesondere solche mit großen Wanddickenunterschieden, aber auch solche, die eine geringe Wandstärke bezogen auf den umschreibenden Kreis des Strangpressprofils aufweisen, verstanden werden.

Beispielsweise im Automobilbau werden derartige Werkstücke etwa als Konstruktionselemente im Strukturbau, wie Fensterrahmen und Dachreling, oder als dekorative Bauteile, wie Zierleisten und Blenden, eingesetzt.

In herkömmlicher Weise werden zum Strangpressen von Strangpressprofilen Strangpressvorrichtungen eingesetzt, welche eine in einem Kassettenhalter aufgenommene Strangpresswerkzeughalterung und ein in der Strangpresswerkzeughalterung aufgenommenes Strangpresswerkzeug mit einer Matrize, gegebenenfalls ein der Matrize vorgeschaltetes Dornteil zur Herstellung von Hohlprofilen, und eine dem Matrizenaustritt nachgeschaltete Hinterlage umfassen. Die zum Strangpressen der Strangpressprofile aufgebrachte Presskraft wird hierbei von einem dem Strangpresswerkzeug nachgeschalteten Gegenholm aufgenommen. Der Gegenholm ist mit einem mittigen Durchgang versehen, der in ei nen Öffnungskegel mündet, durch welchen das Profil schließlich aus der Strangpresse austritt.

Um ein gekrümmtes Werkstück herzustellen, kann das Strangpressprofil gebogen oder gerundet werden.

Bei einer herkömmlichen Biegung (i.a. Streckbiegung) wird das Strangpressprofil durch die Einwirkung mechanischer Kräfte, beispielsweise mittels einer Walzenführung, nach dessen Austritt aus dem Öffnungskegel des Gegenholms verformt. Nachteilig beim Biegen von Strangpressprofilen ist insbesondere, dass vor allem bei komplexen Hohlprofilquerschnitten nicht gewährleistet werden kann, dass die Querschnittsflächen im gebogenen Zustand im Vergleich zu den Querschnittsflächen des geraden, nichtgebogenen Strangpressprofils unverändert bleiben.

Zur Vermeidung dieses Nachteils wird ein Runden des Strangpressprofils in Betracht gezogen, bei dem das Strangpressprofil gleichzeitig mit oder unmittelbar nach dem formgebenden Strangpressvorgang durch eine quer zur Strangpressrichtung auf das Profil einwirkende Kraft, welche eine Krümmung des Profils schon beim Austritt aus der Strangpressmatrize bewirkt, gerundet wird. Genauer betrachtet, tritt eine über das Strangpressprofil vermittelte Rückwirkung der einwirkenden Kraft in die formgebende Zone statt, wobei eine Kraftkomponente als Zug- oder Druckkraft eine Krümmung des Strangpressprofils im plastischen Zustand bei dessen Austritt aus der Strangpressmatrize bewirkt. Durch die einwirkende Kraft nimmt der Materialfluss an der Außenseite eines gekrümmten Strangpressprofils zu, während der Materialfluss an der Innenseite des gekrümmten Strangpressprofils abnimmt.

Die durch Runden hergestellten, gekrümmten Werkstücke haben Profilquerschnitte, die identisch zu jenen sind, die beim geraden Strangpressen erzeugt werden. Insbesondere ermöglicht das Runden somit auch eine Krümmung komplexer Hohlprofilquerschnitte.

Das Runden von Werkstücken ist in dem europäischen Patent EP 0 706 843 B1 beschrieben, auf dessen Offenbarung hier in vollem Umfang Bezug genommen wird.

Obgleich durch das Runden der Strangpressprofile in vorteilhafter Weise gekrümmte Werkstücke mit im Vergleich zu geraden Werkstücken unbeeinträchtigten komplexen Hohlprofilquerschnitten hergestellt werden können, hat es sich dennoch als nachteilig erwiesen, dass dem Krümmungsradius der Strangpressprofile durch die geometrischen Verhältnisse des Pressenauslaufes Grenzen auferlegt sind. Der Krümmungsradius eines Werkstücks kann nämlich nur in dem Maße verkleinert werden, wie eine Kollision des Strangpressprofils mit der Aussparung im Gegenholm (Trompete) vermieden werden kann. Insofern ist die Länge des Pressenauslaufes, d. i. die geometrische Länge des Abstands zwischen Matrizenaustritt und Pressenaustritt des Strangpressprofils, die entscheidende Einflussgröße für die Größe des erreichbaren minimalen Krümmungsradius von gekrümmten Werkstücken. Je länger der Pressenauslauf ist, desto kleiner wird der erreichbare minimale Krümmungsradius von Werkstücken, und umgekehrt.

Aus diesem Grund tritt auch das Problem der erreichbaren minimalen Krümmungsradien bei Werkstücken dann verstärkt zutage, je größer die zum Strangpressen des Strangpressprofil erforderliche Presskraft ist, da eine höhere Presskraft stets mit einer größeren konstruktiven Auslegung des Gegenholms einher geht, d. h. die Tiefe des Gegenholms nimmt zu. Ein tieferer Gegenholm bedingt jedoch einen größeren Abstand zwischen Matrizenaustritt und Pressenaustritt, so dass zur Vermeidung einer Kollision zwischen einem gekrümmten Werkstück und dem Gegenholm der erreichbare minimale Krümmungsradius des Strangpressprofils größer wird.

Ersichtlich schränkt der bei einer gegebenen Strangpressvorrichtung erreichbare minimale Krümmungsradius die Produktvielfalt der möglichen gekrümmten Werkstücke stark ein. Insbesondere können aus diesem Grund schwer verpressbare Legierungen nicht mehr mit vergleichsweise geringen Krümmungsradien durch Runden hergestellt werden.

Um dieses Problem zu lösen, wurde in der internationalen Patentanmeldung WO 01/58613 A1 vorgeschlagen, das Strangpressprofil beim Austritt aus der Matrize vor dem Biegen derart abzulenken, dass die Strangaustrittsrichtung schräg nach vorne entgegen der späteren Krümmung des Strangpressprofils verläuft. Hierzu ist bei einer Strangpressvorrichtung zur Herstellung von gekrümmten Werkstücken vorgesehen, dass die den austretenden Strang erzeugenden Führungsflächen von Matrize und/oder Dornteil entsprechend der Strangaustrittsrichtung schräg ausgebildet bzw. angeordnet sind. Auf die Offenbarung der WO 01/58613 A1 wird in vollem Umfang Bezug genommen.

Nachteilig bei dem dargestellten Verfahren ist, dass konstruktive Maßnahmen an der Strangpresse notwendig sind, um die geforderte Aufgabe zu erfüllen.

Demgegenüber ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von gekrümmten Werkstücken anzugeben, durch welches in einfacher Weise, insbesondere ohne die Notwendigkeit von konstruktiven Veränderungen an bestehenden Strangpressvorrichtungen, mit einer herkömmlichen Strangpressvorrichtung gekrümmte Werkstücke hergestellt werden können, deren Krümmungsradius kleiner ist als der für diese Strangpressvorrichtung ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreichbare minimale Krümmungsradius.

Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung von gekrümmten Werkstücken durch Strangpressen eines wenigstens eines der gekrümmten Werkstücke enthaltenden Strangpressprofils unter Einsatz einer Strangpressvorrichtung, welche ein Strangpresswerkzeug mit einer Strangpressmatrize und einen das Strangpresswerkzeug stützenden Gegenholm, durch dessen Öffnungskegel das Strangpressprofil austritt, umfasst, wobei das Strangpressprofil gleichzeitig mit oder unmittelbar nach dem formgebenden Strangpressvorgang durch eine quer zur Strangpressrichtung auf das Strangpressprofil einwirkende Kraft gerundet wird, wobei eine Kraftkomponente als Zug- oder Druckkraft beim formgebenden Strangpressvorgang eine Krümmung des Strangpressprofils bei dessen Austritt aus der Strangpressmatrize bewirkt dadurch gelöst, dass das Strangpressprofil mit nichtgekrümmten Abschnitten und/oder mit Abschnitten, die weniger gekrümmt sind als die gekrümmten Werkstücke, versehen wird, derart, dass der in Lotrichtung auf die Oberfläche des Öffnungskegels des Gegenholms bestimmte Abstand des Strangpressprofils von der Oberfläche des Öffnungskegels des Gegenholms vergrößert wird.

Mit dem Ausdruck "weniger gekrümmt" sind Abschnitte des Strangpressprofils gemeint, die einen größeren Krümmungsradius aufweisen, als die im Strangpressprofil enthaltenen gekrümmten Werkstücke.

In vorteilhafter Weise kann durch das Strangpressen von nichtgekrümmten Abschnitten und/oder von weniger gekrümmten Abschnitten erreicht werden, dass das Strangpressprofil aus dem Bereich der möglichen Kollision des Strangpressprofils mit der Strangpresse ausgelenkt wird. Auf diese Weise können bei einer gegebenen Strangpressvorrichtung gekrümmte Werkstücke mit geringeren Krümmungsradien hergestellt werden, als ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich wäre. Wie Versuche der Anmelderin gezeigt haben, können durch das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich kleinere Krümmungsradien des erreichbaren minimalen Krümmungsradius von gekrümmten Werkstücken erzielt werden.

Ein gekrümmtes Werkstück kann hierzu vorteilhaft an einem oder an beiden Enden mit einem nichtgekrümmten Abschnitt und/oder mit einem weniger gekrümmten Abschnitt versehen werden.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Ablängung eines fertigen gekrümmten Werkstücks, welches sich wenigstens teilweise noch innerhalb des Pressenauslaufs befindet, im Unterschied zu den im Stand der Technik bekannten Verfahren, vermieden werden kann. Vielmehr wird eine Ablängung der fertigen gekrümmten Werkstücke nach Austritt aus der Strangpresse ermöglicht.

Die nichtgekrümmten Abschnitte und/oder weniger gekrümmten Abschnitte des Strangpressprofils können bei der weiteren Bearbeitung der gekrümmten Werkstücke als Verschnitt entfernt wer den. Ebenso ist es jedoch auch möglich, dass diese Abschnitte als Teil eines Werkstücks dienen, beispielsweise zur Herstellung von Stoßstangen im Automobilbereich, welche sich durch zwei stark gekrümmte Endabschnitte und einem geraden Mittelstück auszeichnen.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Werkstücke im kontinuierlichen Pressenfluss stranggepresst. Das heißt, es wird eine Mehrzahl von gekrümmten Werkstücken durch Strangpressen eines einzigen, kontinuierlich stranggepressten Strangpressprofils hergestellt, wobei das Strangpressprofil gemäß dem Verfahren der Erfindung zwischenliegende nichtgekrümmte Abschnitte bzw. Abschnitte mit geringerer Krümmung aufweist. Auf diese Weise können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gekrümmte Werkstück in ökonomischer Weise mit möglichst geringen Verlustzeiten hergestellt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden vorzugsweise gekrümmte Voll- oder Hohlprofile, welche insbesondere aus Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung bestehen, stranggepresst. Insbesondere können dies komplexe Hohlprofilquerschnitte sein.

Obgleich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht die Notwendigkeit besteht, dass konstruktive Maßnahmen an bestehenden Strangpressvorrichtungen vorgenommen werden, kann vorteilhaft eine weitere Verminderung des erreichbaren minimalen Krümmungsradius von Werkstücken erzielt werden, wenn das Strangpressprofil beim Austritt aus der Matrize vor dem Biegen derart abgelenkt wird, dass die Strangaustrittsrichtung schräg nach vorne entgegen der späteren Krümmung eines Werkstücks verläuft. Wie eingangs geschildert, ist eine derartige Ablen kung des Strangpressprofils beim Austritt aus der Matrize in der WO 01/58613 A1 beschrieben.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird.
1 zeigt einen Gegenholm einer herkömmlichen Strangpressvorrichtung im Längsschnitt entlang der Pressenachse, wobei ein Strangpressprofil erfindungsgemäß einen nichtgekrümmten Abschnitt zwischen zwei gekrümmten Werkstücken aufweist (rechte Abbildung) bzw. gemäß dem Stand der Technik keinen solchen nichtgekrümmten Abschnitt aufweist (linke Abbildung).
In 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Gegenholm einer herkömmlichen Strangpressvorrichtung im Längsschnitt entlang der Pressenachse. Die Tiefe des Gegenholms ist mit dem Buchstaben a angegeben. Der Gegenholm 1 ist mit einem mittig angeordneten Durchgang 6, der in einen Öffnungskegel 5 mündet, versehen. Durchgang 6 und Öffnungskegel 5 bilden den einem Matrizenaustritt nachgeschalteten Pressenauslauf. Das Strangpressprofil 7, welches beispielsweise aus Aluminium oder Magnesium besteht, ist unmittelbar ab Matrizenaustritt (nicht dargestellt) gezeigt. Das Strangpressprofil 7 umfasst ein gekrümmtes Werkstück 2 mit unterschiedlichen Krümmungsradien, sowie ein Werkstück 3 mit einem einheitlichen Krümmungsradius. Die Werkstücke 2, 3 werden in einem kontinuierlichen Verfahren innerhalb eines Strangpressprofils 7 stranggepresst.
Wie der linken Abbildung von 1, welche dem Stand der Technik entspricht, zu entnehmen ist, kann das Strangpressprofil 7 nur bis zu einem bestimmten, minimalen Krümmungsradius gerundet werden, da ansonsten eine Kollision des Strangpressprofils 7 mit der Oberfläche des Öffnungskegels 5 des Gegenholms 1 auftritt. Die Kollision des Strangpressprofils 7 mit der Oberfläche des Öffnungskegels 5 des Gegenholms 1 findet in dem umrahmten Kollisionsbereich x statt.
Wie der rechten Abbildung von 1 zu entnehmen ist, umfasst das dortige Strangpressprofil 7 erfindungsgemäß zwischen dem Werkstück 2 und dem Werkstück 3 zusätzlich einen nichtgekrümmten Abschnitt 4. Durch den nichtgekrümmten Abschnitt 4 wird bewirkt, dass das Strangpressprofil 7, insbesondere dessen das Werkstück 2 umfassender Teil, aus dem Kollisionsbereich x ausgelenkt wird, d. h. der in Lotrichtung bestimmte Abstand des Strangpressprofils 7 von der Oberfläche des Öffnungskegels 5 des Gegenholms (Aussparung am Gegenholm (Trompete)) wird vergrößert. Hierdurch wird ermöglicht, dass das im Strangpressprofil 7 enthaltene Werkstück 3 mit einem geringeren Krümmungsradius gekrümmt werden kann, als im Stand der Technik, da durch den nichtgekrümmten Abschnitt 4 zwischen den beiden Werkstücken 2, 3 genügend Abstand des Strangpressprofils 7 von der Oberfläche des Gegenholms 1 für eine weitere Krümmung des Werkstücks 3 geschaffen wird.
Die Werkstücke 2, 3 können anschließend durch Ablängen des Strangpressprofils 7 außerhalb der Strangpresse gewonnen werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung von gekrümmten Werkstücken (2, 3) durch Strangpressen eines wenigstens eines der gekrümmten Werkstücke enthaltenden Strangpressprofils (7) unter Einsatz einer Strangpressvorrichtung, welche – ein Strangpresswerkzeug mit einer Strangpressmatrize und – einen das Strangpresswerkzeug stützenden Gegenholm (1), durch dessen Öffnungskegel (5) das Strangpressprofil austritt, umfasst, wobei das Strangpressprofil gleichzeitig mit oder unmittelbar nach dem formgebenden Strangpressvorgang durch eine quer zur Strangpressrichtung auf das Strangpressprofil einwirkende Kraft gerundet wird, wobei eine Kraftkomponente als Zug- oder Druckkraft beim formgebenden Strangpressvorgang eine Krümmung des Strangpressprofils bei dessen Austritt aus der Strangpressmatrize bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangpressprofil mit nichtgekrümmten Abschnitten und/oder mit Abschnitten, die weniger gekrümmt sind als die gekrümmten Werkstücke, versehen wird, derart, dass der in Lotrichtung auf die Oberfläche des Öffnungskegels des Gegenholms bestimmte Abstand des Strangpressprofils von der Oberfläche des Öffnungskegels des Gegenholms vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gekrümmte Werkstück (2, 3) an einem oder an beiden Enden mit einem nichtgekrümmten Abschnitt und/oder mit einem weniger gekrümmten Abschnitt versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmten Werkstücke (2, 3) im kontinuierlichen Pressenfluss stranggepresst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangpressprofil beim Austritt aus der Matrize vor dem Biegen derart abgelenkt wird, dass die Strangaustrittsrichtung schräg nach vorne entgegen der späteren Krümmung eines gekrümmten Werkstücks verläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Strangpressprofile Voll- oder Hohlprofile, welche insbesondere aus Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung bestehen, stranggepresst werden.