DE3304881A1

DE3304881A1 - Verfahren zur herstellung von halbzeugen und fertigteilen

Info

Publication number: DE3304881A1
Application number: DE19833304881
Authority: DE
Inventors: Gerhard 6701 Altrip Grimm; Karl Dipl.-Ing. Dr. 6701 Friedelsheim Hagen; Gerhard Dipl.-Ing. 6719 Bissersheim Kautz; Karl Heinz Dipl.-Ing. Dr. 6715 Lambsheim Scholl
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1982-02-16
Filing date: 1983-02-12
Publication date: 1983-08-25

Description

Verfahren zur Herstellung von Halbzeugen und Fertigteilen
Bei der Herstellung von Halbzeugen und Fertigteilen hatten Metall-Kunststoffverbunde bisher nur insoweit Bedeutung, als der Kunststoff dem Schutz der Metallteile diente.
Bei kunststoffummantelten Rohren zum Beispiel wird der Kunststoffmantel als Korrosionsschutz aufgebracht. Die mechanische Beanspruchung dieser Rohre wird nach wie vor vom Metall aufgenommen.
Andererseits werden auch schon Halbzeuge und Fertigteile fast ausschließlich aus Kunststoff hergestellt, indem - wie in der DE-PS 2 436 874 beschrieben - thermoplastische Polymere mit der Verstärkung dienenden Aluminiumnadeln vermischt und das Gemisch zu Drähten oder Profilen extruaiert wird, die durch anschließende Kaltverformung verfertigt werden. Die solcherart hergrstellten Teile können dann entweder direkt ihrer Verwendung oder einer Weiterverarbeitung, beispielsweise zu Schrauben, Bolzen oder Profilen, zugernrt werden. Die Verarbeitungseigenschaften von Metallen sind dabei aber nicht erreicht.
Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Halbzeugen und Fertigteilen in Form von Metall-Kunststoffvertunden zu entwickeln, so daß die Eigenschaften der thermoplastlscnen Kunststoffe in Verwindung mit den Verarbeitungsmöglichkeiten für metallische Werkstoffe genutzt werden können.
Zur Lcsune dieser Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, wie es in den Patentansprüehen beschrieben ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Verff:rens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
In einen Metallmantel, der als Rohr oder Hohlprofil vorliegt und aus kaltverformbaren Nichteisenmetallen, Edelmetall oder kaltverformbaren Stählen oder deren Legierungen, wie rostfreien Chrom-Nickel-Stählen besteht, wird ein mit geringem Untermaß gefertigter Kern aus Kunststoff eingeschoben.
Das Verhältnis von Wandstärke zu Außendurchmesser des Metallmanteis liegt zweckmäßig zwischen 1 : 3 und 1 : 20. Geeignete Werkstoffe für den Kunststofficern sind prinzipiell sämtliche thermoplastische Kunststoffe, wie Polyolefine, Polyamide, Polycarbonate usw. Besonders geeignet sind die teilkristallinen Polyamide, wie Nylon 6, Nylon 6.6, Nylon 6.10 und Nylon 12 sowie die hochmoiekularen Polyolefine, wie Polyethylen, ebenso Polyetnylenterephthalat und Polysulfone. Der E-Modul sollte zwischen 100 und 200 N/=2 und die Dichte zwischen 0,9 und 1,5 s/cm3 liegen.
Der mit dem Kunststoffkern versehene Metallmantel wird durch eine oder mehrere Ziehvorgänge bei Raumtemperatur bzw. bei Temperaturen unterhalb des Kristallitschmelzpunktes oder unterhalb der Erweichungstemperatur der eingesetzten Kunststoffe mittels Ziehmatrizen unter Querschnittsverminderung auf ein Vielfaches der Aus gangs länge gebracht, wobei der Kunststoffkern eine innige Verpressung mit dem Metallmantel erfährt. Dabei ersetzt der Kunststoffkern den beim Ziehen dünner Profile üblichen Innenziehdorn.
An den Kunststoffkern werden besondere Anforderungen in der Form gestellt, daß die Rückdeformation des Kerns nach dem oder den Ziehvorgängen in Grenzen gehalten wird und nicht zur Zerstörung oder Deformation des Metallmantels führt. Ferner soll nach einem Stauchvor- gang der Kern nicht in seine ursprüngliche Form zurückfedern, so daß eine Querschnittsverminderung eintritt, die zum Verlust der gewUnschten Verpressung des Kerns mit dem Rohr fuhren würde. Diese unerwünschten Effekte können weitgehendst vermieden werden, wenn in den Kern Metallkotnponenten, vorzugsweise Aluminiumnadeln, eingelagert werden, wie in der oben angeführten Patentschrift beschrieben.
Derart hergestellte Metall-Kunststoff-Verbundhalb zeuge können mit den in der Metallverarbeitung bekannten Umformverfahren zu Fertigteilen weiterverarbeltet werden. Vorteilhaft sind Kaltumformverfahren, wie Walzen, Rollen, Stauchen oder Biegen, da diese zu einer weiteren Figenschaftsverbesserung der Verbundes für mechanische Beanspruchungen rühren.
Als Fertigteile kommen vorzugsweise bolzens Schrauben, Gewinderohre, Leisten und Maschinenelemente, wie Zahnräder, in Frage.
nachfolgend ist als Ausführungsbeispiel die Herstellung einer Zylinderkopfschraube gernäß DIN 84 nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren dargestellt: In einen Nessingrohrabschnitt mit 7,0 mm Außendurchmesser und einer Vandstärke von 1,0 mm wird ein kaltgezogener Kunststoffkern aus Polyamid 6, vermischt mit ca. 10 % Alunadeln, mit einem Durchmesser von 4,90 bis 4,95 mm eingeführt, Der Verbund wird in zwei ogestuften Zügen über Matrizen af das Endmaß von 5,28 mm Außendurchmesser abgezogen. Dabei vervielfacht sich die Länge des Abschnittes.
Durch den Ziehproze wird eine Verfestigung des Messingmantels sowie des Kunststoffkerns erreicht. Bei richtiger Abstimmung können die Festlgkeitseigenschaften sowie die Dehnung der beien Komponenten einander angenähert Gleichzeitig wird durch den Ziehprozeß die Verankerung der beiden Komponenten bewirkt.
Anschließend werden bei der Schraubenfertigung aus dem Verbunddraht in einer Presse Rohlinge abgelängt, sodann jeweils der Schraubenkopf angestaucht und der Schlitz M r einen Schraubendreher angefräst. Das Gewinde wird aufgerollt und damit im Schraubenprofil sowie im Untergrund eine weitere Verfestigung erzielt. Die erzielten Festigkeitswerte liegen in einem Bereich zwischen dem von Kunststoff- und Messingschrauben. Das Gewicht der Verbundschraube beträgt 53 % einer Vollmessingschrause. Gewichtsmäßig ersetzt der Kunststoff etwa 47 % des Messinganteils. Die erzielbaren Spannungswerte der Schrauben sind in der folgenden Tabelle dargestellt.
Spannungswerte von Messing-Rohren (ME-Rohr) mit und ohne Füllung und daraus hergestellten Schrauben M6 x 25 DIN 84 Halbzeug MS-Rohr ohne Füllung MS-Rohr mit Füllung 1 mal gezogen # A = 6 mm (Ausendurchmesser) # A = 5,4 mm # I = 4 mm (Innendurchmesser # I = 3,4 mm # = 483 N/mm² # = 651 N/mm² bezogen aus MS-Mantel Reißkraft = 7600 N Reißkraft = 9000 N bezogen auf Gesamtquerschnitt bezogen auf Gesamtquerschnitt # = 268 N/mm² # = 393 N/mm² Schrauben # K = 4,7 mm (Schrauben-Kerndurch- # K = 4,7 mm messer) # I = 3,4 mm Reißkraft = 9700 N Reißkraft = 5300 N # = 580 N/mm² # = 311 N/mm² Reißkraft des Kunststoffkerns für die Füllung R = 1700 N # = 130 N/mm²

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung von Halbzeugen und Fertigteilen in Form von Metall-Kunststoffverbunden, dadurch gakennzeichnet, daß ein Metallmantel aus einem kaltverformbaren Nichteisenmetall mit reinem oder verstärktem Kunststoff gefüllt wird, dieser Metall-Kunststoffverbund durch Verstrecken und Kaltverformung seine Halbzeuggeoinetrie erhält und dabei zwischen Metallmantel und Kunststoffüllung eine kraft- oder formschlüssige Verbindung hergestellt wird, so daß das entstandene Halbzeug den für uie Metallhalbzeuge üblichen Weiterverarbeitungen zugeführt werden kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnverhalten der KunststoffÜllung durch diese beigemischten Metailnadeln dem des Metallmantels angenähert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeit von Metallmantel und Kunststoffüllung durch vorangehendes Kalt ziehen der Kunststoffüllung aufeinander angepaßt werden.