DE19632238A1

DE19632238A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verformen von Leichtmetallnieten

Info

Publication number: DE19632238A1
Application number: DE19632238A
Authority: DE
Inventors: Helmut Thurner
Original assignee: Magna BDW Technologies GmbH
Current assignee: Magna BDW Technologies GmbH
Priority date: 1996-08-09
Filing date: 1996-08-09
Publication date: 1998-02-12
Anticipated expiration: 2016-08-10
Also published as: DE19632238C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zum Verformen von Leichtmetallnieten. Die Verwendung von Leicht metall im Fahrzeug- und Motorenbau führt zu einem erhöhten Einsatz von Druckgußteilen aus diesem Material. Hierbei bietet es sich an, in der Gußform einstückig mit dem Druckguß Nieten anzuformen, die der späteren Montage dienen. So können Zylin derkopfabdeckungen für Brennkraftmaschinen innen Befestigungs nieten miteingegossen erhalten, die später ein Abdeckblech unterhalb der Öleinfüllöffnung aufnehmen.

Der überstehende Teil derartiger Nieten wird in dem genannten Beispiel nach dem Aufsetzen des mit den Nieten zu befestigen den Blechs mit einem Taumelnietwerkzeug zu einem Schließkopf verformt. Für normale Aluminiumlegierungen reicht hierbei die Reibwärme aus, um ein sicheres, dauerhaftes und festes Schlie ßen des Nietkopfes zu erreichen.

Um noch mehr Gewicht zu sparen, werden zunehmend Magnesium legierungen verwendet. Die DE 43 39 249 A1 (Leicht et al.) offenbart ein Verfahren zum Formen des Kopfes eines Magnesium nietes mit einem mit hoher Drehzahl rotierenden Stempel. Mag nesium läßt sich jedoch nicht durch Reibung zu einem sicheren Befestigungskopf verformen. Die DE 39 32 294 C1 (Burlein et al.) beschreibt einen durch elektrische Induktion beheizten Nietdöpper mit einer Kühleinrichtung als Einzelwerkzeug für Nieten aus induktiv beheizbarem Material, also magnetischen Werkstoffen. Eine ähnliche Einzelstation ist auch in der US-PS 2 405 033 beschrieben. Für Kunststoffmaterialien ist ähnliches aus der US-PS 2 458 152 bekannt.

Es besteht demgegenüber die Aufgabe, auch für stark magnesium haltige Leichtmetalle ein Nietverfahren zu finden, das den Mangel des Verschmierens des Magnesiums vermeidet und sichere Nietverbindungen schafft.

Erfindungsgemäß geschieht dies durch Verwendung eines aufge heizten Nietdöppers in Form eines mehrfach ausgelegten Werk zeuges.

Das Erwärmen von Nieten ist eine alte Technik. Im schweren Stahlbau werden Nieten im Schmiedefeuer erhitzt, glühend in die Nietlöcher eingesetzt und der durchgesteckte Rohniet mit Schlägen auf einem Schließdöpper zu einem Schließkopf ver formt.

Im Maschinen- und Apparatebau hat sich aber für die Verformung von Leichtmetallnieten das Taumelnieten und damit die Erzeu gung von Wärme durch Reibung durchgesetzt, so daß jede andere Art der Ausformung von Nietköpfen in diesem Bereich verdrängt worden ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Wärme zum Ausbilden eines Schließkopfes auf das Nietmaterial aus Aluminium und insbesondere aus Magnesium über ein Werkzeug mit mehreren Schließkopfdöppern auf den jeweiligen rohen Nietschaft über tragen und die Verformung erfolgt danach durch Druck ohne Reibung. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist es, ein Werkzeug verfügbar zu machen, mit dem gleichzeitig mehrere Nietköpfe gebildet werden können, auch wenn diese in verschie denen Ebenen liegen.

Die Erwärmung des Döppers kann auf ganz verschiedene Arten erfolgen, entweder mit einer offenen Flamme, etwa einer Gas flamme, oder elektrisch durch Induktion oder durch eine Wider standsheizung.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestell ten Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Perspektive einen Zylinder kopfdeckel, in dem ein Blech einzunieten ist,

Fig. 2 in gleicher schematischer Perspektive den Ein satz eines neuen Nietwerkzeuges,

Fig. 3 einen schematischen Aufriß eines einzelnen Döp pers des Nietwerkzeuges vor dem Aufsetzen,

Fig. 4 einen gleichen Aufriß des Döppers nach dem Auf setzen und

Fig. 5 in schematischer Darstellung das Mehrfachwerk zeug.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf das An bringen eines Innenbleches 12 unter einer Öleinfüllöffnung 14 in einem Zylinderkopfdeckel 10. Das Blech 12 ist mit Öffnungen 16 versehen, die mit Nietschäften 18 fluchten, welche im Kopf deckel 10 aus dem Material mitgegossen werden, das nachstehend näher beschrieben wird. Diese Schäfte 18 stehen über Auflage flächen 20 aus dem Material des Deckels 10 hervor, auf den das Blech 12 aufgelegt wird.

In Fig. 2 ist dargestellt, wie das Blech 12 so ein- und aufge legt ist, daß die Schäfte 18 als Rohnieten durch die Öffnungen 16 ragen. Zum Verformen der Schäfte 18 zu Schließköpfen 50 (Fig. 4) wird ein schematisch dargestelltes Werkzeug 24 mit in diesem Beispiel vier Schließkopfdöppern 26 auf die Schäfte 18 aufgesetzt. Jede andere Anzahl ist möglich und die Schäfte 18 können sich in verschiedenen Ebenen befinden.

Für jedes einzelne Niet erfolgt der schematisch aus den Fig. 3 und 4 ersichtliche Vorgang. Die Schließkopfdöpper 26 sind fest mit Stößeln 28 aus gut wärmeleitfähigem Metall verbunden. Im dargestellten Beispiel wird dieser Stößel 28 und der Schließ kopfdöpper 26 elektrisch durch Induktion aufgeheizt. Hierfür durchfließt ein Strom eine Spule 30. Ebensogut könnte der Stößel 28 selbst mit einem Strom durchflossen sein und dabei eine Widerstandsheizung bilden oder im Inneren eine Wider standsheizung ähnlich einer Glühkerze im Dieselmotor aufwei sen. Eine weitere Möglichkeit besteht durch Aufheizen mit einem auf den Stößel 28 gerichteten Flammstrahl, beispiels weise einer Gasflamme, wie sie in der Glasverformungstechnik verwendet wird.

Der Stößel 28 ist in einem Kolbenendstück 32 gehaltert, wel ches mit einer Kolbenstange 34 einer mediumsbeaufschlagten Kolben-Zylindereinheit 36 verbunden ist. Um eine Wärmeüber tragung auf die Einheit 36 zu verhindern und statt dessen auf den Kopf 26 zu konzentrieren, sind ein isolierender Zylinder 38 und ein isolierender axialer Puffer 40 zwischen Endstück 32 und Stößel 28 zwischengefügt.

Wird in der Einheit 36 ein Kolben 42 über eine Mediumsleitung 44 mit einem Druckmedium hydraulisch oder pneumatisch beauf schlagt, fährt der Kolben 42 den aufgeheizten Döpper 26 gegen den Schaft 18 und formt hierbei gemäß Fig. 4 diesen Schaft 18 zu dem Schließkopf 50 um. Damit die mechanische Formarbeit des Kolbens 42 in der Einheit 36 nicht unkontrolliert erfolgt, kann ein Gegendruck in einer Mediumsleitung 46 nicht nur zum Rückfahren des Kolbens 42, sondern auch zur exakt kontrollier ten Formbewegung des Döppers 26 herangezogen werden.

In Fig. 5 ist ein Mehrfachwerkzeug 24 schematisch gezeigt, um zu verdeutlichen, daß mehrere Schäfte 18 selbst in verschiede nen Ebenen gleichzeitig zu Schließköpfen 50 von mehreren auf geheizten Döppern 26 verformt werden können. Das Blech 12 und die Auflagen 20 haben hier eine andere Form. Die Stößel 28 enden oben in einem Teller 52, gegen den eine Feder 54 gesetzt ist, um unterschiedliche Verformungszeiten bei der Herstellung der einzelnen Schließköpfe 50 auszugleichen, wenn eine einzel ne Kolbenstange 34 die Einheit herunterfährt.

Nicht nur die als Ausführungsbeispiel gewählte Zylinderkopf haube, sondern viele Teile im Fahrzeug- und Motorenbau werden aus Gewichtsgründen vermehrt aus Magnesiumverbindungen im Druckgußverfahren hergestellt. Dabei wird der Vorteil des Druckgießens genutzt, Ansätze oder Schäfte integriert mit dem jeweiligen Teil mitzugießen, die der weiteren Verwendung oder Montage dienen. Für diesen Zweck müssen sich diese Schäfte je doch beispielsweise als Nieten weiter verformen lassen.

Hierbei läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch mit Er folg für herkömmliche Aluminiumlegierungen, wie beispielsweise der Legierung AlSi12 (Cu) verwenden. Dies hat sich in Versuchen erwiesen. Hierbei wurde bei einer Döppertemperatur von 750°C und einer Nietzeit von etwa 5 sec. ein Schließkopf ausgebil det. Der Porenanteil im Niet ist klein.

Während für die Legierung AlSi12 (Cu) die Verwendung des erfin dungsgemäßen Verfahrens mit erhitztem Döpper nicht unbedingt erforderlich ist, hat sich jedoch gezeigt, daß das neue Ver fahren ebensogut für Aluminiumlegierungen eingesetzt werden kann, was bei Serienarbeiten mit wechselnden Materialien von Vorteil ist, wenn auf dem Verformungsplatz nacheinander sowohl Aluminium- als auch Magnesiumnieten verarbeitet werden.

Für beispielsweise die Magnesiumlegierung MgAl3Zn1 mit der Kurzbezeichnung AZ91 mit 9% Al, 0,7% Zn und einer Dichte von 1,81 g/cm³ erwiesen sich die herkömmlichen Taumelnietwerkzeuge als untauglich.

Dagegen ließen sich mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung aus dem AZ91-Material bei einer Döppertemperatur von 500°C und Nietzeiten zwischen 3 bis 7 sec. gute Ergebnisse erzielen. Der Nietzapfenbereich bleibt weitgehend porenfrei. Das Mikrogefüge ist sehr fein, im Randbereich sogar noch feiner als im Kern. Es sind keine Verformungsstrukturen er kennbar, die auf eine Kaltverformung hindeuten würden. Es kann davon ausgegangen werden, daß das Material während bzw. un mittelbar nach der Warmverformung rekristallisiert. Das Gefüge mit feinverteilten intermetallischen Phasen nach der Bildung des Schließkopfes entspricht dem feinen Gefüge im unverformten Nietzapfen. Das ermöglicht feste und dauerhafte Verbindungen mit dem neuen Nietverfahren.

Claims

1. Anordnung zum Ausbilden von Nietschließköpfen (50) aus Nietschäften (18), die im Leichtmetall-Druckgußverfahren als integrierter Bestandteil eines Druckgußteiles (10) mitgegossen wurden, durch Verwendung eines aufgeheizten Nietdöppers (26), dadurch gekennzeichnet, daß der Döpper (26) Teil eines mehrfach ausgelegten Werk zeugs (24) ist, wobei jeder Stößel (28) über eine Feder (54) in dem Werkzeug (24) gelagert ist und die Einheit von einer Kolbenzylindereinheit (36) beweglich ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nietdöpper (26) in verschiedenen Ebenen angeord net sind.

3. Anwendung der Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leichtmetall-Druckgußteil (10) aus einer Alumi niumlegierung AlSi12 (Cu) besteht.

4. Anwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Leichtmetall-Druckgußteil (10) aus einer Magne siumlegierung besteht.

5. Anwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesiumlegierung MgAl3Zn1 (Kurzbezeichnung AZ91) mit 9% Al, 0,7% Zn und einer Dichte von 1,81 g/ cm³ ist.

6. Anwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesiumlegierung MgAl5Mn0 (Kurzbezeichnung AM50) mit 5% Al, 0,2% Mn und einer Dichte von 1,77 g/ cm³ ist.

7. Anwendung nach Ansprüchen 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nietdöpper (26) auf ca. 750°C aufgeheizt wird und daß die Nietzeit ca. 5 sec. beträgt.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nietdöpper (26) auf ca. 500°C aufgeheizt wird und die Nietzeit zwischen 3 bis 7 sec. liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufheizen des Nietdöppers (26) mittels offener Flamme erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufheizen des Nietdöppers (26) mittels elektri scher Heizung erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizung eine Induktionsheizung ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizung eine Widerstandsheizung ist.

13. Anordnung nach Ansprüchen 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Döpper (26) mit einem beheizbaren Stößel (28) und dieser wärmeisoliert mit einem Kolben (42) einer mediumsbeaufschlagten Kolbenzylindereinheit (36) ver bunden ist.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (28) in einer Kolbenstange (34, 32) über einem isolierenden Mantel (38) radial und einem isolie renden Puffer elastisch axial gelagert ist.

15. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (28) mit einer Spule (30) einer elektri schen Induktionsheizung umwickelt ist.

16. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (28) als Widerstandsheizung stromdurch flossen ist.