DE19916590A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Halbzeugs - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs durch das Stauchen eines Profilrohlings (16) aus einem Strangpreßprofil, wobei der Profilrohling im Querschnitt gesehen mindestens eine Querschnittsverringerung (20) oder -erweiterung aufweist, die im Zusammenwirken mit einer korrespondierend geformten Ausbuchtung (22) oder Vertiefung in der formgebenden Gravur (10) den Profilrohling fixiert, umfaßt das Stauchen mit einem oder mehreren Längsschiebern, das mindestens in zwei Richtungen erfolgt. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt eine Gravur mit einem Unterwerkzeug (12) und Oberwerkzeug (14) sowie eine Führung für Längsschieber. Das Unterwerkzeug (12) und/oder das Oberwerkzeug (14) besitzt mindestens eine Ausbuchtung (22) oder Vertiefung zum formschlüssigen Einlegen eines Profilrohlings.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs durch das Stauchen eines Profilrohlings aus einem Strangpreßprofil sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Die aus einem Profilrohling hergestellten Halbzeuge können später durch Schmieden, Pressen, Walzen oder aber auch spanend weiter bearbeitet werden. Bei der Herstellung von Schmiedehalbzeug werden Gesenkschmiedestücke durch das Umformen im Gesenk aus Profilabschnitten hergestellt. Hierbei wird das Metall durch Schlag oder Druck in einem den Werkstoff bis auf eine Gratfuge allseitig umschließenden Gesenk solange umgeformt, bis der Formhohlraum vollständig ausgefüllt ist.

Stand der Technik

In der Technik werden zunehmend Halbzeugteile mit großen Massenunterschieden über dem Halbzeugquerschnitt gesehen benötigt. Hierbei kommt es wesentlich auf eine wirtschaftliche Vordosierung des Rohlings an, d. h. man ist bestrebt, daß beim eigentlichen Fertigbearbeiten des erzeugten Halbzeuges das Verhältnis von Materialeinsatz zur Ausbringungsmenge verbessert wird.

Bei herzustellenden Fertigteilen mit extremen Massenverteilungen kommt somit denjenigen Verfahren und Vorrichtungen wesentliche Bedeutung zu, mit denen sich eine möglichst hohe Querschnittsvergrößerung erzielen läßt.

Es ist in der Technik bekannt, den Profilrohling in der geteilten Gesenkform zu stützen und dann den Stauchvorgang unter Formänderung des Profilrohlings bis zur vollständigen Formfüllung durchzuführen. Da die Abstützung an den Kopfenden des Profilrohlings erfolgt, ist allerdings nur ein exzentrisches, einseitiges Stauchen möglich. Hierdurch ist sowohl in bezug auf die erzeugbaren Geometrien wie auch das technisch mögliche Stauchverhältnis entsprechend einer Querschnittsvergrößerung um den Faktor 2 bis 2,5 eine Grenze gesetzt.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Halbzeugs vorzuschlagen, mit denen ein Stauchen in mehreren Ebenen ermöglicht wird und zudem höhere Stauchverhältnisse erzielt werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist durch die Merkmale des Anspruchs 5 gekennzeichnet.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß ein Stauchen in mehreren Ebenen möglich ist, indem ein Profilrohling eingesetzt wird, dessen Geometrie im Zusammenwirken mit dem Gesenk eine Fixierung des Profilrohlings bewirkt. Es muß somit darauf geachtet werden, daß zur Fixierung des Profilrohlings im Werkzeug dieses so ausgelegt wird, daß es an einer oder mehreren Stellen beim Schließen des Gesenks eine Art Klemmung des Rohlings vor dem Stauchprozeß bewirkt. Hierzu besitzt der Profilrohling im Querschnitt gesehen mindestens eine Querschnittsverengung oder -erweiterung, die im Zusammenwirken mit einer korrespondierend geformten Ausbuchtung oder Vertiefung in der formgebenden Gravur des Gesenks die Fixierung des Profilrohlings bewirkt.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die übrigen Ansprüche gekennzeichnet.

So besteht nach einer bevorzugten Ausführungsform der Profilrohling aus einer Aluminium-Knetlegierung. Aluminium- Knetlegierungen können gewalzt, gezogen, gepreßt, geschmiedet und geschweißt werden. Darüber hinaus weisen wichtige Gruppen von Aluminium-Knetlegierungen wie Al-Cu-Mg-Legierung eine besonders hohe Festigkeit, gute Zerspanbarkeit, aber einen geringen Korrosionswiderstand auf. Al-Mg-Si-Legierungen werden aufgrund des hohen Korrosionswiderstandes bevorzugt im Fahrzeugbau eingesetzt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt der Profilrohling den Querschnitt der Zahl Acht. Diese Geometrie stellt selbstverständlich nur eine von vielen Möglichkeiten zur Ausgestaltung des Querschnitts des Strangpreßprofiles dar, doch besitzt diese Geometrie in Form der Zahl Acht den Vorteil, daß die Strangpreßprofile günstig bezogen werden können und darüber hinaus diese Profile Vorteile in bezug auf die Entformbarkeit besitzen.

Nach einer bevorzugten Verfahrensvariante wird der Profilrohling vor dem Stauchverfahren einer Wärmebehandlung, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 400°C und 500°C. unterworfen. Hierdurch läßt sich der Umformgrad erhöhen.

Kurze Beschreibung der Figuren

Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Gesenks mit einem darin formschlüssig eingelegten, zu stauchenden Profilrohling gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Ansicht entsprechend der Darstellung in Fig. 1 zeigt, die eine alternative Ausgestaltung der Formgebung eines Profilrohlings sowie einer formgebenden Gravur darstellt;

Fig. 3 eine Ansicht entsprechend der Darstellung in Fig. 1 zeigt, die eine weitere alternative Ausgestaltung der Formgebung eines Profilrohlings sowie einer formgebenden Gravur darstellt; und

Fig. 4 eine Ansicht entsprechend der Darstellung in Fig. 1 zeigt, die eine weitere alternative Ausgestaltung der Formgebung eines Profilrohlings sowie einer formgebenden Gravur darstellt;

Wege zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines Halbzeugs aus einem Profilrohling, wobei die Ansicht einen Schnitt durch ein Gesenk 10 zeigt, das aus einem Unterwerkzeug 12 sowie Oberwerkzeug 14 besteht. Die grundlegende Geometrie und Funktion des Unterwerkzeugs wie Oberwerkzeugs entsprechen den im Stand der Technik bekannten Gesenken.

In dem Gesenk ist ein noch nicht gestauchter Profilrohling 16 eingelegt. Der Profilrohling besteht vorzugsweise aus einer Aluminium-Knetlegierung, wie z. B. einer Al-Cu-Mg-Legierung, Al-Mg-Si-Legierung, Al-Mg-Legierung, Al-Mg-Mn-Legierung oder aber Al-Mn-Legierung. Aluminium-Knetlegierungen können gewalzt, gezogen, gepreßt, geschmiedet und geschweißt werden und besitzen, je nach gewählter Legierung, eine hohe Festigkeit, gute Zerspanbarkeit, aber einen geringen Korrosionswiderstand. Somit eignet sich dieses Material sehr gut zur Herstellung eines Halbzeuges, das später durch Schmieden, Pressen, Walzen oder aber durch eine spanende Fertigung weiter bearbeitet werden soll.

Wie sich aus der Anordnung der Expansionsräume 18a und 18b ergibt, soll im vorliegenden Fall ein Stauchen in zwei Richtungen A und B erfolgen, um die Expansionsräume 18a und 18b beim Stauchen mit dem umgeformten Profilrohling zu füllen.

Der Stauchvorgang selbst erfolgt durch das Pressen von Schiebern gegen den Profilrohling, wobei die von den Schiebern durchgeführte beidseitige Stauchbewegung in entgegengesetzten Richtungen und senkrecht zu der Zeichenebene in den Fig. 1 bis 4 erfolgt.

Damit ein Stauchen in zwei unterschiedlichen Richtungen A und B möglich ist, wird der Profilrohling so zwischen das Unterwerkzeug 12 sowie Oberwerkzeug 14 eingelegt, daß nach dem Schließen des Gesenks 10 eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Profilrohling 16 und der Geometrie der Gravur des Gesenks entsteht. Hierzu ist der Profilrohling mit einem Querschnitt versehen, der dem Querschnitt der Zahl Acht entspricht, d. h. aus zwei Kreisen besteht, die in einer zueinander überlappenden Weise angeordnet sind. Der Profilrohling 16 weist Querschnittsverringerungen 20 auf, die jeweils eine Rinne entlang des Profilrohlings, d. h. senkrecht zur Zeichenebene in den Fig. 1 bis 3, bilden.

Das Unterwerkzeug 12 und das Oberwerkzeug 14 sind jeweils mit einer korrespondierend geformten Ausbuchtung 22 versehen, die jeweils so ausgebildet ist, daß sie mit der Querschnittsverringerung 20 des Profilrohlings in formschlüssigen Kontakt tritt.

In den nachfolgend dargestellten, schematischen Beispielen liegt jeweils eine Querschnittsverringerung des Profilrohlings vor, die mit einer korrespondierend geformten Ausbuchtung in den Werkzeugen des Gesenks zusammenwirkt. In gleicher Weise kann aber der Profilrohling auch eine oder mehrere Querschnittserweiterungen aufweisen, die mit einer oder mehreren entsprechenden Vertiefungen in der formgebenden Gravur zusammenwirken.

In gleicher Weise ist in den dargestellten Beispielen jeweils eine sehr große Formschlußfläche zwischen dem Profilrohling und den Werkzeugen des Gesenks dargestellt. Es sollte jedoch deutlich sein, daß die geometrische Beziehung zwischen dem Profilrohling und den Werkzeugen des Gesenks lediglich so ausgebildet sein muß, daß ein sicheres Verkrallen bzw. Festhaken des Profilrohlings im Werkzeug und somit eine Lagefixierung des Profilrohlings erreicht wird. Sollte daher der Profilrohling im Gesenk mit einem geringen Spiel, d. h. bezogen auf die Darstellung in Fig. 1 mit einer geringen Bewegungsfähigkeit in den Pfeilrichtungen A und B versehen sein, so ist dies unschädlich, da der Materialfluß während des Stauchens nicht in einer vollständig symmetrischen Weise zu erfolgen hat. Dies wird auch aus der Darstellung in Fig. 1 ersichtlich, bei der ein größerer Materialfluß während des Stauchens in Pfeilrichtung A in den Expansionsraum 18a erfolgt als in Pfeilrichtung B in den Expansionsraum 18b.

Somit tritt durch die Form des Strangpreßprofils und der hieraus gebildeten Profilrohlinge wie auch der Werkzeuggeometrie eine Verkrallung zwischen dem Werkzeug und dem Profilrohling auf, die ohne die Verwendung eines in der Technik bekannten Seitenschiebers bewirkt werden kann. Darüber hinaus ist ein Strangpreßprofil mit der in Fig. 1 dargestellten Geometrie kostengünstiger als ein Strangpreßprofil mit Rechteckquerschnitt, das in der Technik vorzugsweise eingesetzt wird.

Durch das Vorsehen eines beidseitigen Stauchens lassen sich sehr hohe Stauchverhältnisse von bis zu 1 : 5 realisieren, so daß eine große Gesamtbreite des Stauchrohlings erzielt werden kann. Dies macht das im dargestellten Stauchverfahren erzeugte Halbzeug für komplexe Schmiedeteile einsetzbar, wobei ein zusätzlicher Materialquerfluß im Vor- und Fertiggesenk vermieden wird.

Schließlich besitzt die in Fig. 1 dargestellte Geometrie des Profilrohlings auch den Vorteil, daß eine gute Entformbarkeit gegeben ist. Ein Profil mit einem Rechteckquerschnitt, das eine sehr geringe Formschräge von maximal 1° besitzt, läßt sich im Werkzeug nicht ohne das Aufbringen von Kraft entformen. Das in Fig. 1 dargestellte Profil bedarf hingegen keiner Formschräge, da dieses nur aus Radien besteht und daher ein Aufschrumpfen des Stauchrohlings auf dem Unterwerkzeug der Stauchgravur nahezu unmöglich ist.

In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, die sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform lediglich im Hinblick auf die gewählten Geometrien des Profilrohlings 16b und der Geometrie der Expansionsräume unterscheidet. Das in Fig. 2 dargestellte Beispiel ist rotationssymmetrisch, so daß beim Stauchvorgang keine Massenverschiebungen über die Symmetrieachse 24 erfolgen.

Auch bei den in Fig. 2 dargestellten Geometrien kommt es zu einem formschlüssigen Kontakt zwischen den Ausbuchtungen 22 im Oberwerkzeug 14 sowie Unterwerkzeug 12 und dem Profilrohling. Der Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt darin, daß zusätzlich zu den Stauchrichtungen A und B noch weitere Richtungskomponenten C und D realisiert werden können, die senkrecht zu den Stauchrichtungen A und B liegen. Somit findet ein Stauchen in vier Richtungen statt.

Eine weitere Alternative ist in Fig. 3 gezeigt, bei der nicht nur im Bereich der Querschnittsverringerung 20 und der korrespondierend hierzu geformten Ausbuchtung 22 im Oberwerkzeug 14 wie auch Unterwerkzeug 12 ein formschlüssiger Kontakt zwischen dem Profilrohling 16 und den Gesenkwerkzeugen vorliegt, sondern auch über diesen Bereich hinaus. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel erfolgt beim Stauchen ein Materialfluß in mehreren Richtungen, wobei diese in den Expansionsraum 18a in einer unidirektionalen Weise (Richtung B) erfolgt und in den Expansionsraum 18b in drei Richtungen erfolgt. Auch bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch der wesentliche Gesichtspunkt der, daß durch die Formgebung des Gesenks 10 im Zusammenwirken mit dem Profilrohling 16 eine Lagefixierung des Profilrohlings vor dem eigentlichen Stauchvorgang stattfindet und somit ein Stauchen in mehreren Richtungen gleichzeitig erfolgen kann.

Um die mögliche Vielfalt von Geometrien aufzuzeigen, die sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der zur Verwendung gelangenden Vorrichtung realisieren lassen, zeigt Fig. 4 ein alternatives Ausführungsbeispiel, bei dem vier unterschiedliche Expansionsräume 18a, 18b, 18c und 18d vorgesehen sind. Der Profilrohling ist wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen aus einem Strangpreßprofil gebildet, das im vorliegenden Beispiel die Geometrie von drei Kreiszylindern besitzt, deren Längsachsen in gleichem Abstand zueinander jeweils auf einer Geraden liegen und die miteinander in einer überlappenden Weise angeordnet sind. Der resultierende Querschnitt, der aus Fig. 4 ersichtlich ist, besitzt vier Querschnittsverringerungen 20a, 20b, die mit Ausbuchtungen 22a, 22b des Unterwerkzeugs 12 wie auch Oberwerkzeugs 14 des Gesenks in einen formschlüssigen Kontakt treten. Bei dem Stauchvorgang findet ein Materialfluß in vier völlig unterschiedlichen Richtungen statt, wodurch je nach der Geometrie des gewünschten, fertig bearbeiteten Werkstücks eine in bestmöglicher Weise angepaßte Vordosierung des Materials erfolgen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die zur Verwendung gelangende Vorrichtung zeichnen sich dadurch aus, daß sehr hohe Stauchverhältnisse von mindestens 1 : 4 ohne Probleme und ohne den vorgeschalteten Einsatz von Seitenschiebern realisiert werden können. Bei speziellen Geometrievarianten, wie sie beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist, sind Stauchverhältnisse bis 1 : 5 möglich.

Das gesamte Stauchverfahren läßt sich beschleunigen, indem nach dem Schließen des Gesenks bereits eine formschlüssige Verbindung zwischen dem zu bearbeitenden Profilrohling und dem Gesenk vorliegt. Beim Füllen des Profilrohlings in die Stauchgravur tritt bereits eine Zentrierung des Profilrohlings innerhalb der Stauchgravur auf, so daß kein vorgeschalteter Schritt zur genauen Positionierung des Profilrohlings innerhalb der Gravur erforderlich ist. Nach dem Füllen der Stauchgravur kann somit sofort das eigentliche Stauchverfahren stattfinden, so daß neben den oben erwähnten Vorteilen in bezug auf eine optimierte Vormaterialdosierung auch eine besonders schnelle Bearbeitungsabfolge realisiert werden kann.

Durch die prinzipielle Möglichkeit, in mehreren Richtungen zu stauchen, wobei die in Fig. 4 dargestellte Variante mit vier Richtungen nicht die maximal mögliche Anzahl von Stauchrichtungen darstellt, läßt sich im Hinblick auf die Anforderungen an immer komplexere Geometrien von Werkstücken ein Halbzeug schaffen, dessen Weiterbearbeitung sich möglichst einfach und somit schnell gestaltet, da eine optimierte Vormaterialdosierung ermöglicht wurde.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs durch das Stauchen eines Profilrohlings (16) aus einem Strangpreßprofil, wobei

• - der Profilrohling (16) im Querschnitt gesehen mindestens eine Querschnittsverringerung (20; 20a, 20b) oder -erweiterung aufweist, die im Zusammenwirken mit einer korrespondierend geformten Ausbuchtung (22; 22a, 22b) oder Vertiefung in der formgebenden Gravur (12, 14) den Profilrohling (16) fixiert; und
• - das Stauchen mit einem oder mehreren Längsschiebern mindestens in zwei Richtungen (A, B, C, D) erfolgt.

2. Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilrohling (16) aus einer Aluminium-Knetlegierung besteht.

3. Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilrohling (16) den Querschnitt der Zahl Acht besitzt.

4. Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilrohling (16) vor dem Stauchen einer Wärmebehandlung, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 400°C und 500°C, unterworfen wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend:

• - ein Gesenk (10) mit Unterwerkzeug (12) und Oberwerkzeug (14); und
• - eine Führung für Längsschieber; wobei das Unterwerkzeug (12) oder Oberwerkzeug (24) mindestens eine Ausbuchtung (22) oder Vertiefung zum formschlüssigen Einlegen eines Profilrohlings besitzt.