DE19531035A1 - Verfahren zum Umformen von flachen Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen von flachen Werkstücken, z. B. Blechen aus Aluminium oder Aluminium­ legierungen, bei welchen das umzuformende Werkstück in eine für das Umformen geeignete Form eingelegt und anschließend ein in die Form eingeleitetes flüssiges oder gasförmiges Druckmedium derart auf das Werkstück in der Form zur Einwirkung gebracht wird, daß durch den Druck des Druck­ mediums das Werkstück umgeformt wird, wobei es an der Innen­ wand der Form zur Anlage gelangen kann.

Es sind Verfahren zur Herstellung von sogenannten Rohr- oder Kanalblechen, d. h. mit Rohren oder Rohrschlangen durchzogenen Blechen, bekannt, bei welchen die zwei aufeinanderliegenden flachen Aluminiumbleche stellenweise miteinander fest verbunden und die dazwischen befindlichen, nicht miteinander verbundenen Blechbereiche in einer Form durch Einleiten eines Druckmediums zur Bildung von Kanälen zwischen den Blechen auseinandergewölbt werden. Ferner sind Verfahren zum Umformen von einlagigen Blechen in einer Form durch einseitige Beaufschlagung mit dem Druck eines flüssigen oder gasförmigen Druckmediums und Streckziehen in den Hohlraum der Form hinein bekannt (EP 0 581 458 A2 und AST Speciality Handbook, Aluminum and Aluminum Alloys, The Materials Information Society, 1993, S. 245).

Diese bekannten Verfahren sind nicht immer zufriedenstellend, vor allem dann nicht, wenn Werk­ stücke beim Umformen einer relativ starken Formänderung unterworfen werden sollen, beispielsweise in Fällen, wo eine starke Aufweitung von Rohrkörpern oder Strangpreßprofilen erreicht werden soll. Dies deshalb, weil Aluminium und Aluminiumlegierungen nicht so gut wie Stahl verformbar sind.

Größere Umformungen von Werkstücken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen können daher mit den bekannten Verfahren nicht durchgeführt werden. Man hat zwar versucht, diese Nach­ teile durch Anwendung von Ziehfolien oder Ziehlacken an der Oberfläche des umzuformenden Werkstücks zu vermeiden. Dieser zusätzliche Aufwand schafft jedoch auch nur begrenzt Abhilfe.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem flache Werkstücke, wie Bleche aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, problemlos und ohne schädliche oder unerwünschte Folgen, einer starken Umformung unterworfen werden können. Dies wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren, bei welchem das umzuformende Werkstück in eine Form eingelegt und durch ein in die Form zur Einwirkung auf das Werkstück eingeleitetes flüssiges oder gasförmiges Druckmedium umgeformt wird, dadurch erreicht, daß das Druck­ medium vor dem Einleiten in die Form erhitzt wird. Als erhitztes Druckmedium kann dabei vorzugsweise Öl verwendet werden, das auf mindestens 150°C erhitzt werden sollte. Dabei kann das umzuformende flache Werkstück, z. B. ein Blechzu­ schnitt, so in eine zweiteilige Form eingelegt werden, daß die untere Formhälfte nur als Gegendruckfläche für das in die Form einzubringende heiße Druckmedium dient und lediglich die obere Formhälfte einen Formhohlraum zur Formgebung für das Werkstück enthält. Mit dieser Verfahrensweise können Werk­ stücke aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen problemlos einer starken Umformung unterworfen werden, ohne daß es dazu Ziehfolien oder Ziehlacke bedarf und ohne daß die Oberfläche des Aluminiumwerkstücks wesentliche Beeinträchtigungen erfährt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders gut anwendbar zur Herstellung von großen Hohlkörpern, wie beispielsweise Tanks für Kraftfahrzeuge, Flugzeuge, Schiffe oder der­ gleichen. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung solcher Hohlkörper können zwei aufeinander­ liegende flache Blechzuschnitte an den Rändern oder ander­ weitig stellenweise miteinander, z. B. durch Löten, fest mit­ einander verbunden und dann in eine zum Umformen geeignete Form eingelegt werden, in der dann ein flüssiges oder gas­ förmiges Druckmedium zwischen die nicht miteinander verbundenen Bereiche der Blechzuschnitte eingeleitet wird, durch welches die Aufweitung der Blechzuschnitte bis zur Anlage an die Wand des Formhohlraumes erfolgt. Auf der Außen­ seite oder Innenseite von miteinander verbundenen, auseinanderzuwölbenden Blechzuschnitten können weitere Blech­ teile entlang einer Naht oder ganz flächig aufgelötet werden, mit dem Ziel, eine örtliche Materialverdickung zur Steuerung des Umformverhaltens zu erreichen oder zusätzliche Wandteile zu erhalten.

Derartige größere Hohlkörper aus Aluminium oder Aluminium­ legierungen wurden bisher aus mehreren tiefgezogenen Teilen, beispielsweise Halbschalen, durch Verlöten oder Verschweißen hergestellt. Als schwierig erwies sich dabei die industrielle Verlötung der Teile, da Naht- oder Punktlöten, insbesondere wegen der hohen Leitfähigkeit von Aluminium, problematisch ist. Die übliche Ofenlötung erfordert bei der Herstellung von größeren Hohlkörpern, wie Tanks oder dergleichen, sehr große Ofenanlagen, die hohe Investitionen erfordern. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind nunmehr diese Probleme gelöst, da keine tiefgezogenen Aluminiumteile, sondern flache Aluminiumbleche miteinander durch Löten oder dergleichen verbunden werden, die dann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einer entsprechend starken Umformung, beispielsweise bei der Herstellung von größeren Hohlkörpern einer entsprechend starken Aufweitung unterworfen werden.

Mit der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können daher die bisher bei der Herstellung von größeren Hohlkörpern aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bestehenden Nachteile vermieden werden und solche Werkstücke in kostengünstiger Weise industriell hergestellt werden.

Nach dem Handbuch der Fertigungstechnik, Band 2/3, "Umformen und Zerteilen", von Prof. Dr. Günther Spur und Prof. Dr. Dieter Schmöckel, Seite 1169, ist zwar bei sehr geringen Stückzahlen für schwierige Werkstücke eine vorhergehende Erwärmung des Werkstoffs zur Erzielung einer Umformung im superplastischen Bereich denkbar. Auch ist im Aluminium- Taschenbuch, 14. Auflage, 1983, als bekannt angegeben, zwei aufeinandergelegte Aluminiumbleche in einer beheizten Form mit einem Druckmedium aufzuweiten. Eine Vorwärmung der Form und der Werkstücke ist jedoch nur bedingt wirksam, da einerseits die Form ihre Wärme an das Werkstück nur bei dessen unmittelbarer flächiger Anlage an der Formwandung abgibt, die erst nach dem Umformen des Werkstückes gegeben ist, und da andererseits die Wärmekapazität von Blechteilen gering ist, so daß deren Temperatur sehr schnell abfällt, sobald sie aus einem Vorwärmofen entnommen werden. Diese bekannten Vorschläge haben daher keine nennenswerte Verbesserung der Umformbarkeit von Werkstücken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen ergeben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Verfahrens bei seiner Anwendung zur Herstellung von Kraftstofftanks dargestellt, das im folgenden in ihren einzelnen Schritten näher beschrieben wird.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch die miteinander verbundenen, flachen Aluminiumbleche, die zur Herstellung des Kraftstofftankes dienen;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Form, in welche die in Fig. 1 dargestellten Bleche eingelegt und in der diese in einem ersten Schritt aufgeweitet sind;

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Form, in welcher die Bleche in einem zweiten Schritt ihre endgültige Umformung erfahren haben;

Fig. 4 zeigt im Schnitt das anschließende Einbringen einer Drainageöffnung im Boden des hergestellten Tanks;

Fig. 5 zeigt in Schrägansicht einen nach dem erfindungs­ gemäßen Verfahren hergestellten Kraftstofftank komplizierter Formgebung;

Fig. 6 veranschaulicht einen Querschnitt durch zwei zur Herstellung des Tanks nach Fig. 5 dienende, miteinander verlötete, flache Aluminiumbleche vor ihrer Umformung, abgebrochen dargestellt;

Fig. 7 bis 10 zeigen Querschnitte durch diese Bleche nach Linien VII-VII bis X-X in Fig. 5 nach ihrer Umformung;

Fig. 11 bis 13 zeigen weitere Arten der Lötverbindung zwischen zwei flach aufeinanderliegenden Blechen im Querschnitt.

Bei dem in Fig. 1 bis 4 dargestellten Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftanks wird beispielsweise wie folgt vorgegangen: Zunächst werden einzelne Aluminiumbleche 1, 2, 3, 6, und 7, die den Oberteil und den Unterteil des Tanks sowie eine Trennwand bilden sollen, zugeschnitten und in der in Fig. 1 gezeigten Weise aufeinandergelegt. Die Blechzuschnitte 3 und 6 überdecken Ausschnitte 4 und 5 in den Blechzuschnitten 1 und 2. Ferner werden auf dem den Ausschnitt 4 überdeckenden, oberen Blechzuschnitt 3 gelochte Ösenbleche 8 aufgelegt, die später Halteösen oder Befestigungslaschen des herzustellenden Tankes bilden sollen. Sodann werden diese Blechzuschnitte an ihren Rändern oder einem ihrer Ränder durch Lötnähte 9 miteinander fest verbunden. Zwischen den Blechausschnitten 1 und 2 wird dabei ein Rohrstutzen 10 dicht eingelötet. Das Verlöten kann unter Verwendung des Nokolok-Lötverfahrens in einem Durchlaufofen erfolgen, bei welchem Kaliumfluoraluminat als Flußmittel verwendet wird. Neben dem Rohrstutzen 10 können an anderen Randstellen der Blechlagen noch weitere Rohre, beispielsweise für Entlüftungsleitungen eingelötet werden.

Anschließend werden die so miteinander verlöteten Blechzu­ schnitte in eine aus zwei Formhälften 11, 12 bestehende Form eingelegt, deren Formhohlraum der Außenform des herzu­ stellenden Tankes entspricht. Dabei sind die Formhälften so beschaffen, daß die miteinander verlöteten Außenränder der äußeren Aluminiumbleche 1 und 2 im Bereich ihrer Löt­ verbindung beim Schließen der Form zwischen die beiden Form­ hälften 11, 12 eingeklemmt werden.

Nach dem Schließen der Form wird über den Rohrstutzen 10 heißes, flüssiges Druckmedium, beispielsweise ein auf 200°C erhitztes Öl, zwischen die aufeinanderliegenden Blechzu­ schnitte eingeleitet, mit einem Druck, der hoch genug ist, die oberen und unteren Blechzuschnitte voneinander zu entfernen und an der Wand des Formhohlraumes zur Anlage zu bringen. Dies geschieht in dem dargestellten Beispielsfalle in zwei Schritten. Zunächst werden die Blechzuschnitte 1 und 2 so auseinandergewölbt, daß sie an den benachbarten Wänden des Hohlraumes zur Anlage gelangen, während die Blech­ zuschnitte 3 und 6 sich noch über die Hohlraumerweiterungen 11a, 12a in der oberen und der unteren Formhälfte 11, 12 hinwegerstrecken. Diese beiden Blechzuschnitte werden in einem weiteren Schritt durch Steigerung des Druckes des in die Form eingebrachten Druckmediums an die Wand der Hohlraum­ erweiterungen 11a, 12a in den Formhälften 11, 12 zu Anlage gebracht, so daß die gewünschte Außenform des herzustellenden Kraftstofftankes erreicht ist. Dabei wird das stufenweise Eintreten der verschiedenen Blechabschnitte in die Verformung kann durch geeignete Wahl der Dicke und Materialqualität der Blechzuschnitte gesteuert werden.

Nunmehr kann das heiße Hydraulikmedium entweder durch den Einfüllstutzen 10 oder eventuell nach Einstanzen einer weiteren Öffnung aus dem Hohlkörper abgelassen und der Tank nach Öffnen der Form aus dieser entnommen werden. Hierauf können im Tank weitere Öffnungen, z. B. eine Einfüllöffnung 18 im Tankdom 13 oder eine Ablaßöffnung oder Entnahmeöffnung 15 in der Bodensenke 14 eingebracht werden und durch eine dieser Öffnungen hindurch z. B. mit mechanischen Mitteln das Blechteil 7 so umgebogen werden, daß es als Trennwand etwa senkrecht in den Tankinnenraum hineinragt. Anschließend kann das Ösenblech 8 an seiner Lötbefestigung 9 senkrecht hochgebogen werden, so daß es als Halte- oder Befestigungs­ lasche dienen kann.

Fig. 5 zeigt in Schrägansicht einen Kraftstofftank in relativ komplizierter Ausführung. Dieser Kraftstofftank besitzt zahl­ reiche unterschiedlich ausgerichtete Wände 16 sowie in einer Wand zahlreiche Mulden 17, die durch entsprechende Ausgestaltung des zur Herstellung dieses Tanks dienenden Formhohlraumes ausgebildet wurden. An der Oberseite des Tank­ domes befindet sich eine nach den Formen des Tankes angebrachte Montageöffnung 18, während sich am hinteren Ende des Tankes der Füllstutzen 19 befindet, durch welchen hin­ durch das heiße Druckmedium zum Umformen der zur Herstellung des Tankes dienenden Blechzuschnitte in die Form eingebracht wurde.

In Fig. 6 ist die Lötverbindung 21 zwischen zwei zur Herstel­ lung des Tankes dienenden aufeinandergelegten Blechzu­ schnitten 22, 23 vor der Umformung gezeigt. Der Überstand 24 des oberen Blechzuschnittes 22 ist zum Einklemmen in die Form vorgesehen.

Fig. 7, 8, 9 und 10 zeigen Schnitte durch Lötverbindungen zweier Wandbleche 22, 23 nach Linien VII-VII, VIII-VIII, IX-IX und X-X in Fig. 5.

Fig. 7 zeigt im Querschnitt nach Linie VII-VII, daß bei der Umformung das Blech 23 aus seiner in Fig. 6 gezeigten Lage um 90° aufgebogen, d. h. vom Blechzuschnitt 22 weggebogen worden ist, wobei gleichzeitig der Blechzuschnitt 22 so an die Wand des Formhohlraumes gedrückt wurde, daß sich die in Fig. 5 gezeigte Mulde 17 ergibt. Der Überstand 24 des Bleches 22 wird nach dem Entnehmen des Tankes, also nach Umformen der miteinander verlöteten Blechzuschnitte, abgetrennt.

Fig. 8 zeigt einen Querschnitt nach Linie VIII-VIII und ver­ anschaulicht die Lage der miteinader verlöteten Blechzuschnitte 22 und 23 nach ihrer Umformung. Bei dieser Umformung ist der Blechzuschnitt 22 im geringen Abstand von der Lötverbindung senkrecht nach oben gebogen worden, während der Blechzuschnitt 23 um 90° von dem Blechzuschnitt 22 weggebogen wurde. Der Überstand 24 des Blechzuschnittes 22 ist nach Umformung abgetrennt worden.

Fig. 9 zeigt einen Querschnitt nach Linie IX-IX. Daraus wird die Umformung der durch die Lötverbindung 21 miteinander verbundenen Blechzuschnitte 22 und 23 in diesem Tankbereich ersichtlich. Bei dieser Umformung ist der obere Blechzu­ schnitt 22 durch das in die Form eingeleitete heiße Druck­ medium schräg nach oben gebogen worden, während der untere Blechzuschnitt 23 von dem Blechzuschnitt 22 in einem Winkel von 90° nach unten weggebogen und anschließend weiter umgebogen worden ist. Der Überstand 24 des Blechzuschnittes 22 ist an den umgeformten Blechzuschnitt 23 herangebogen worden.

Fig. 10 zeigt einen Querschnitt nach Linie X-X und veran­ schaulicht die Lage und Ausrichtung der in Fig. 6 gezeigten aufeinanderliegenden Blechzuschnitte 22, 23 nach ihrer Umformung. Dabei ist der obere Blechzuschnitt 22 aus seiner horizontalen Lage mit der Lötverbindung 21 um einen Winkel von 90° nach oben gebogen worden, während der untere Blechzu­ schnitt 23 von der Lötverbindung 21 an um einen Winkel von 90° nach unten gebogen wurde. Anschließend ist der Überstand 24 des Blechzuschnittes 22 an den umgebogenen Blechzuschnitt 23 herangebogen worden.

Die Fig. 11, 12 und 13 zeigen im Querschnitt weitere Lötver­ bindungen 25 zweier flacher, aufeinander gelegter Aluminium­ bleche 26, 27, die anstelle der in Fig. 6 gezeigten Löt­ verbindung angewendet werden können.

Claims (17)

1. Verfahren zum Umformen von flachen oder im wesentlichen flachen Werkstücken, z. B. Blechen, aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, bei welchen das umzuformende Werkstück in eine Form eingelegt und ein anschließend in die Form eingeleitetes flüssiges oder gasförmiges Druckmedium derart auf das Werkstück zur Einwirkung gebracht wird, daß durch den Druck des Druckmediums das Werkstück umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium vor dem Einleiten in die Form erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel auf mindestens 150°C erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel auf ca. 250°C erhitzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück in die Form eingespannt wird.

5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Herstellung von Hohlkörpern, bei welchen zunächst zwei aufeinanderliegende flache Blechzuschnitte stellenweise miteinander verbunden und dann in eine zum Umformen geeignete Form eingelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Blechzuschnitte durch Einbringen des erhitzten Druckmediums zwischen diese Blechzuschnitte zur Bildung des Hohlkörpers auseinandergewölbt werden.

6. Anwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechzuschnitte bis zur Anlage an der Wand des Formhohlraumes auseinandergewölbt werden.

7. Anwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der aufeinanderliegenden Blechzuschnitte durch Löten erfolgt.

8. Anwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderliegende Blechzuschnitte an ihren Rändern miteinander verbunden werden.

9. Anwendung nach Anspruch 5 unter Anwendung einer mehrteiligen Form, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schließen des Formhohlraumes die eingelegten Blechzuschnitte zwischen die Formteile eingeklemmt werden.

10. Anwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechzuschnitte in ihren miteinander verbundenen Bereichen zwischen die Formteile eingeklemmt werden.

11. Anwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechzuschnitte außerhalb ihrer miteinander verbundenen Ränder eingeklemmt werden.

12. Anwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einbringen der Blechzuschnitte in die Form an den Rändern der Blechzuschnitte zwischen diese hineinragende Leitungen oder Rohrstutzen dicht eingefügt werden.

13. Anwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stutzen bzw. Leitungen oder Rohrstutzen durch Löten mit den Blechzuschnitten verbunden werden.

14. Anwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zusammenfügen und Verbinden der auseinanderzuwölbenden bzw. zu verformenden Blechzuschnitte mindestens ein weiteres an einem dieser Zuschnitte flach anliegendes Metallteil mit seinem Rand an diesem Blechzuschnitt befestigt wird, das nach dem Auseinanderwölben der Bleche von dem ihn tragenden Blechzuschnitt zur Bildung einer Zwischenwand oder dergleichen weggebogen wird.

15. Anwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem dichten Verbinden der auseinanderzuwölbenden Blechzuschnitte an der Außenseite mindestens eines Blechzuschnittes mindestens ein weiteres Metallteil flach am Blechzuschnitt anliegend befestigt und nach dem Auseinanderwölben der Blechzuschnitte zur Bildung von Halteösen, Befestigungslaschen, Anschlägen oder dergleichen durch Umbiegen von dem ihn tragenden Blechzuschnitt weggebogen wird.

16. Anwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einem der miteinander verbundenen Blechzuschnitte mindestens ein weiterer Blechzuschnitt zur Bildung einer Material- oder Wandverdickung flächig angelötet wird.

17. Anwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der miteinander verbundenen Blechzuschnitte eine Aussparung aufweist, in deren Bereich auf den Blechzuschnitt ein weiterer eine Volumenvergrößerung des Hohlkörpers beim Auseinanderwölben der aufeinanderliegenden flachen Blechzuschnitte ermöglichender Blechzuschnitt entlang den Aussparungsrändern aufgelötet wird.