DE19851326C1

DE19851326C1 - Hohlprofil od. dgl. Werkstück zum Umformen durch Innenhochdruck, Verfahren zum Herstellen eines Profils aus Leichtmetall und Vorrichtung dafür

Info

Publication number: DE19851326C1
Application number: DE1998151326
Authority: DE
Inventors: Joerg Hein; Lutz Kampmann
Original assignee: Alusuisse Lonza Services Ltd; Alusuisse Technology and Management Ltd
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2000-02-10
Anticipated expiration: 2018-11-07

Abstract

Bei einem Hohlprofil o. dgl. Werkstück aus einer Metallegierung mit Eckbereiche bildenden Stirn- und Seitenwänden unterschiedlicher Dicke, das durch in seinem Profilraum mittels eines strömbaren Wirkmediums erzeugten Innenhochdruck behandelt wird, schließt an die dickere Wandung der die Ecke bildenden Paarung aus Stirnwand und Seitenwand ein von der Ecke ausgehender Endabschnitt der dünneren Wandung an, dessen Dicke jener der dickeren Wandung etwa entspricht. Die Länge des Endabschnittes der dünneren Wandung beträgt etwa 10 bis 30 mm, bevorzugt 12 bis 20 mm, und die Dicke des Endabschnittes ist konstant; letzterer geht an einer Innenstufe in den dünneren Bereich der dünneren Wandung über.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hohlprofil od. dgl. Werkstück aus einer Metallegierung mit Eckbereiche bildenden Stirn- und Seitenwänden unterschiedlicher Dicke, das durch in sei nem Profilraum mittels eines strömbaren Wirkmediums erzeug ten Innenhochdruck behandelt wird. Zudem erfasst die Erfin dung ein Verfahren zum Herstellen eines Profils aus Leicht metall sowie eine Vorrichtung dafür.

Beim sog. Innenhochdruck-Umformen (IHU-Verfahren) wird das Hohlprofil durch Innendruck ausgedehnt. Zusätzlich kann das Hohlprofil mittels wenigstens eines Stempels nachgeschoben werden, der am Werkstück stirnseitig angreift. Auf diese Weise kann letzteres aufgeweitet, gestaucht bzw. expandiert werden.

Die DE 35 32 499 C1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum hydraulischen Aufweiten eines Rohrabschnitts mittels einer in das Rohr einführbaren zapfenartigen zylindrischen Sonde, die dank im Abstand voneinander befindlicher Dichtringe mit dem aufzuweitenden Rohrabschnitt einen Ringraum bildet; dieser wird zum Aufweiten mit Druckmittel gefüllt. Die beiden Dichtringe sind jeweils in einer ringförmigen Aufnahmenut U-förmigen Querschnitts in der Sonde angeordnet und haben im Ausgangzustand beim Einführen der Sonde in das Rohr einen höchstens dem Außendurchmesser der Sonde entsprechenden Außendurchmesser. Vor Beginn des Aufweitungsvorganges werden sie zur Abdichtung des entstandenen Ringspaltes zwischen Sonde und Rohr mit Druckmittel beaufschlagt, das den Aufnahmenuten durch eine Druckmittelzuführung mit angeschlossener Verbindungsleitung zugeführt wird. Die Druckmittelzufuhr zum Ringraum geschieht ausschließlich über zumindest eine der Aufnahmenuten und wird durch einen als Ventilkörper dienenden Dichtring gesteuert, der eine zwischen Aufnahmenut und Ringraum befindliche Öffnung so lange verschließt, bis er durch elastisches Aufweiten seine Dichtwirkung erreicht hat. Jene Aufnahmenut ist in ihrem dem Ringraum benachbarten Rand mit wenigstens einem schrägen Einschnitt versehen. Wird der Druck im Ringraum zwischen den beiden Dichtungen erhöht, beginnt sich die Rohrwand in diesem Bereich zu weiten.

Beim Kalibrieren führen Ecken oder plötzliche Wanddickenän derungen im Werkstück zu ungleichmäßiger Verformung. Auch dehnen sich Wandungen unterschiedlicher Dicke beim Innen hochdruck-Umformen ungleichmäßig aus. Gehen von einer Ecke zwei solch unterschiedliche Wandungen aus, so werden beide Wandungen durch den Innendruck an das Werkzeug gedrückt. Die dickere Wandung bleibt dort fast stehen, während die dünnere Wandung - geringeren Widerstandsmomentes - in die Ecke gezogen wird. Dies führt zu einer Verjüngung der dün neren Wandung zum Eckbereich hin.

In Kenntnis dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, die oben beschriebenen Nachteile des Innen hochdruck-Umformens zu beheben, um eine durch die Bauteil schwächung entstehende Rissgefahr zu unterbinden sowie eine konstante Wanddicke für thermische Verbindung zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Patentanspruches; die Unteransprüche geben günstige Weiter bildungen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale.

Erfindungsgemäß schließt an die dickere Wandung der die Ecke bildenden Paarung aus Stirnwand und Seitenwand ein von der Ecke ausgehender Endabschnitt der dünneren Wandung an, dessen Dicke etwa jener der dickeren Wandung entspricht.

Wird das Wirkmedium in den abgedichteten Profilraum einge leitet, kann in letzteren ein Überdruck erzeugt werden, ohne dass eine Verjüngung der dünneren Wandung zum Eckbe reich hin erfolgen würde.

Da im Einflussbereich der Ecke die dünnere Wandung etwa ge nauso dick ausgebildet ist wie die dickere Wandung, kommt es zu keiner Ausdünnung. In weiterer Entfernung der Ecke ist die Reibung zwischen Werkzeugwand und Werkstück groß genug, so dass sich die Verjüngung nicht dorthin verlagern kann.

Versuche haben bestätigt, dass eine Verstärkung einer Länge von 10 bis 20 mm ausreicht, d. h. die Länge des Endab schnittes der dünneren Wandung beträgt erfindungsgemäß etwa 8 bis 30 mm, bevorzugt 10 bis 20 mm.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Dicke des Endabschnittes konstant, und dieser geht an einer Innen stufe in den dünneren Bereich der dünnen Wandung über. Bei einer anderen Ausgestaltung ist ein sich querschnittlich von der dickeren Wandung weg verjüngender Endabschnitt vor gesehen.

Auch ist erfindungsgemäß ein querschnittlich zwischen der dickeren Wandung und der dünneren Wandung gekrümmter Endab schnitt möglich, der dann bevorzugt eine teilkreisförmige Innenkontur jenes Querschnittes oder eine parabelartige In nenkontur aufweist.

Wenn es sich nicht um komplizierte Formen handelt, werden Aluminiumhohlprofile in der IHU-Anlage auf Endmaß expan diert. Bisher werden auf diese Weise die Ausgangsprofile mit 1 bis 2% Untermaß verarbeitet. Die Erfindung erfasst auch eine neue Berechnung, die dem Anspruch 8 zu entnehmen ist; die Dimensionierung des Ausgangsprofils kann durch folgende Gleichungen erfolgen:

Ausgangsprofil = Endmaß - elastische Dehnung - obere Toleranz (1)

L_end . 0,990 - Tol_oT ≦ L ≦ L_end . 0,999 - Tol_oT (2)

Durch die Auswahl eines nach dieser Rechnung - bevorzugt mit der Vorrichtung nach Anspruch 9 - vorgefertigen Werk stücks werden folgende Vorteile erzielt:

1. Eckradien werden besser ausgeformt;
2. die Rissanfälligkeit wird geringer;
3. es wird weniger Innendruck zum Ausformen benötigt; dies führt zu
- 1. einer kleineren Presse,
- 2. Energieersparnis,
- 3. geringeren Zuhaltekräften.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

Fig. 1: einen Querschnitt durch ein Hohlprofil;

Fig. 2: einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1;

Fig. 3, 4: weitere Ausgestaltungen des in Fig. 2. darge stellten Querschnitts.

Beim sogenannten Innenhochdruck-Umformen (IHU) wird ein - aus einer Aluminiumlegierung auf dem Wege des Strangpres sens erzeugtes - Hohlprofil 10 durch einen in seinem Pro filraum 12 eingestellten Innendruck aufgeweitet. Das Hohl profil 10 weist zwei Stirnwände 14, 14 _a einer Wanddicke a von 2 ± 0,2 mm auf, die in einem äußeren Abstand b von hier etwa 74 mm an eine zu ihnen rechtwinkelig verlaufende Sei tenwand 16 angeformt sind. Die Gesamtlänge e dieser einends mittels einer Außenrippe 18 verlängerten Seitenwand 16 mißt hier etwa 95 mm.

Die Stirnwände 14 und 14 _a sind von unterschiedlicher Länge f (etwa 51 mm) und f₁ (etwa 58 mm), so dass die zweite Sei tenwand 16 _a des Hohlprofils 10 in einem Außenwinkel w von etwa 85° zur Ebene der kürzeren Stirnwand 14 geneigt ist. In den an die Stirnwände 14, 14 _a anschließenden Endab schnitt 20 einer Länge h von 15 mm der Seitenwände 16, 16 _a beträgt deren Wanddicke i 1,8 ± 0,2 mm und geht dann an ei ner Innenstufe 22 auf eine Wanddicke n von 1,5 ± 0,2 mm zu rück. Der Übergang zwischen den Endabschnitten 20 der Sei tenwände 16, 16 _a und den Stirnwänden 14, 14 _a ist jeweils ge rundet.

Fig. 2 verdeutlicht eine Ecke 22 des Hohlprofils 10, die von der Stirnwand 14 _a und dem angrenzenden Endabschnitt 20 konstanter Wanddicke i der Seitenwand 16 gebildet wird, wo bei letzterer bei der Innenstufe 24 in den dünneren Ab schnitt der Seitenwand 16 übergeht.

Die Ecke der Fig. 3 zeigt einen sich von der Stirnwand 14 _a weg konisch verjüngenden Endabschnitt 20 _a der Länge h₁, Fig. 4 einen innenseitig gekrümmt in die Stirnwand 14 _a übergehenden Endabschnitt 20 _b parabelähnlicher Kontur.

Claims

1. Hohlprofil od. dgl. Werkstück aus einer Metallegierung mit Eckbereiche bildenden Stirn- und Seitenwänden un terschiedlicher Dicke, das durch in seinem Profilraum mittels eines strömbaren Wirkmedium erzeugten Innen hochdruck behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass an die dickere Wandung (Dicke a) der die Ecke (22) bildenden Paarung aus Stirnwand (14, 14 _a) und Sei tenwand (16, 16 _a) ein von der Ecke ausgehender Endab schnitt (20, 20 _a, 20 _b) der dünneren Wandung (Dicke n) anschließt, dessen Dicke (i) jener der dickeren Wan dung etwa entspricht.

2. Hohlprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (h, h1) des Endabschnittes (20, 20 _a, 20 _b) der dünneren Wandung (16, 16 _a) etwa 10 bis 30 mm, bevorzugt 12 bis 20 mm, beträgt.

3. Hohlprofil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Dicke (i) des Endabschnittes (20) konstant ist und dieser an einer Innenstufe (24) in den dünneren Bereich der dünneren Wandung (16, 16 _a) übergeht.

4. Hohlprofil nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein sich querschnittlich von der dickeren Wan dung (14, 14 _a) weg verjüngenden Endabschnitt (20 _a).

5. Hohlprofil nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen querschnittlich zwischen der dickeren Wan dung (14, 14 _a) und der dünneren Wandung (16, 16 _a) ge krümmten Endabschnitt (20 _b).

6. Hohlprofil nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine teilkreisförmige Innenkontur des Querschnittes.

7. Hohlprofil nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine parabelartige Innenkontur des Querschnittes.

8. Verfahren zum Herstellen eines Profiles aus Leichtme tall, vor allem aus einer Aluminiumlegierung, bei dem ein Maß eines Ausgangsprofils ermittelt und dieses Ausgangsprofil hergestellt sowie dieses durch Innenhochdruck-Umformen zu einem ein Endmaß aufweisenden Endprofil verformt wird, insbesondere Verfahren zum Herstellen eines Profils nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaß des Ausgangsprofils mittels der Formel
L_end . 0,990 - Tol_oT ≦ L ≦ L_end . 0,999 - Tol_oT
ermittelt wird,
worin:
L das Ausgangsmaß,
L_end das Endmaß,
Tol_oT das obere Toleranzmaß.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch

1. Mittel zum Bestimmen eines Ausgangsmaßes eines Ausgangsprofils,
2. Mittel zum Herstellen des Ausgangsprofils,
3. Mittel für das Expandieren des Ausgangsprofils, insbesondere für das Innenhochdruckumformen,

wobei die Mittel zum Bestimmen des Ausgangsmaßes des Ausgangsprofils zum Ermitteln einer Längendimension ausgebildet sind.