DE60116885T2 - METHOD FOR PRODUCING A CLOSED PROFILE - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a method and device for manufacturing a closed profile in a profile structure and a closed profile manufactured according to the method. The closed profile used and constituted by a metal material of iron, alloyed with chromium, nickel and carbon in predetermined proportions is plastically formed, wherein a strong strain hardening of the closed profile is obtained.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines geschlossenen Profils, beispielsweise in der Form eines Rohres in einer Profilstruktur.The The present invention relates to a process for producing a closed profile, for example in the form of a tube in a profile structure.

Beim Herstellen von Profilstrukturen, bei denen der Querschnitt und/oder die Form des Profils oder das Rohr verändert wurden, wird normalerweise von einem Material ausgegangen, vorzugsweise Stahl oder Aluminium, das gute Formungseigenschaften hat. Während der Formgebung wird eine gewisse Deformations-Aushärtung erhalten, wobei dies nicht der entscheidende Grund für die Wahl des Formgebungs-Verfahrens oder der Strukturform des Produkts ist.At the Producing profile structures in which the cross-section and / or The shape of the profile or the pipe has been changed is usually from assumed a material, preferably steel or aluminum, the has good molding properties. During the shaping becomes a certain deformation hardening This is not the crucial reason for choosing the molding process or the structural shape of the product.

Die US 4,649,728 zeigt eine integrale Formgebung an Verbindungsstellen, von bei der Verformung aushärtendem hochlegierten Rohrwerk. Ein vorgeformtes Rohr wird von der Außenseite unter Verwendung einer Gegenführung innerhalb des Rohrs kaltgeschmiedet oder kaltgewalzt, um die Festigkeit von im Wesentlichen dessen gesamter Länge und im Wesentlichen einheitlich zu erhöhen.The US 4,649,728 shows an integral shape at joints of strain hardening high alloy pipe work. A preformed tube is cold forged or cold rolled from the outside using a counterguide within the tube to increase the strength of substantially its entire length and substantially uniformly.

Überdies wird ein Profilmaterial nicht ausgewählt oder der Herstellungsprozess nicht gesteuert, um insofern jegliche substantielle Vorgehensweisen hinsichtlich von Dickevariationen des Materials des Endprodukts zu erhalten. Ausgehend von einem Profil mit einer gleichmäßigen Wanddicke wird man oft beträchtlich mehr Material benötigen, als dies bei einer Struktur der Fall ist, die im Gewicht optimiert ist.moreover a profile material is not selected or the manufacturing process not controlled, so far as any substantive procedures regarding thickness variations of the material of the final product. Starting from a profile with a uniform wall thickness, one often becomes considerable need more material, as this is the case with a structure that optimizes in weight is.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines geschlossenen Profils in einer Profilstruktur, beispielsweise ein Rohr, vorzusehen, das aus Eisen besteht und legiert ist, um eine hohe Verformungs-Festigkeit während des plastischen Kalt-Verformens in Kombination mit einer Aufrechterhaltung einer guten Duktilität der Legierung zu erhalten, die gleichzeitig mit dem Erhalt einer Streckgrenze des Rohrs von über 1000 MPa im Endprodukt einhergeht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, dass das geschlossene Profil gemäß einem Verfahren durch Hydroformung und/oder mechanische Bearbeitung desselben hergestellt wird, um eine strategische Variation in der Wanddicke axial und/oder im Querschnitt des Profils vorzusehen. Die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung sind im Anspruch 1 aufgezeigt.task The present invention is a process for the preparation a closed profile in a profile structure, for example to provide a pipe which is made of iron and alloyed to one high deformation resistance during cold plastic deformation in combination with maintenance a good ductility the alloy obtained simultaneously with the receipt of a yield strength of the pipe from above 1000 MPa in the final product is associated. Another object of the invention is that the closed profile according to a method by hydroforming and / or mechanical processing thereof is made to a strategic variation in the wall thickness axially and / or in cross section to provide the profile. The characterizing features of the invention are shown in claim 1.

Dank der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines geschlossenen Profils in einer Profilstruktur und ein gemäß dem Verfahren hergestelltes geschlossenes Profil bereitgestellt, die in ausgezeichneter Weise ihre Zwecke erfüllen und gleichzeitig das Herstellungsverfahren sehr viel rationeller machen und unter geringeren Kosten vonstatten laufen lassen. Bei der Formgebung des Profils, das gemäß der Erfindung hergestellt ist, mit variierenden Wanddicken und/oder einem Durchmesser, kann das Gewicht des Profils auf mehr als die Hälfte des Gewichts von Profilen reduziert werden, wie sie bei Lösungen vorbekannter Konstruktionen vorliegen. Beispiele derartiger Lösungen können unterschiedliche Traversen und Rahmenstrukturen in Autos oder anderen Fördereinrichtungen und ebenso andere Bauteile sein, bei denen geschlossene Profile, beispielsweise in der Form von Rohren einbezogen sind.thanks The invention is a method and an apparatus for manufacturing a closed profile in a tread structure and one according to the method prepared closed profile, which in excellent Way to fulfill their purposes and at the same time the manufacturing process is much more efficient and run at lower cost. at the shaping of the profile produced according to the invention is, with varying wall thicknesses and / or a diameter, can the weight of the profile to more than half the weight of profiles be reduced, as with solutions previously known constructions exist. Examples of such solutions may be different Trusses and frame structures in cars or other conveyors and also other components where closed profiles, for example, in the form of pipes.

Die Erfindung wird mit Hilfe der folgenden Ausführungsformen im Detail nachfolgend näher beschrieben.The The invention will be described in detail below with the help of the following embodiments described in more detail.

Gemäß der Erfindung ist das geschlossene Profil beispielsweise in der Form eines Rohrs gebildet, das aus einem Eisen-Metallmaterial hergestellt ist, das mit Chrom, Nickel und Kohlenstoff in vorbestimmten Anteilen legiert wurde. In dem gewählten Beispiel ist das Eisen mit 17% Chrom, 7% Nickel und 0,1% Kohlenstoff legiert, wobei eine hohe Verformungs-Festigkeit erhalten wird, wenn das Profil plastisch kaltverformt wird, wobei in Kombination hiervon eine gute Duktilität der Legierung erhalten bleibt. Das das Profil bildende legierte Metall-Material ist durch eine Hydroformung und/oder durch Ziehverfahren mittels vorzugsweise einer Spindel mit Zylinderform oder einer anderen Form beziehungsweise durch Schrumpfen mittels axialer Elongation durch Ziehen mit oder ohne einer Matrize aus einem Original gebildet, um die Streckgrenze des Metallmaterials von einem ursprünglichen niedrigen Streckwert von ca. 300 MPa auf einen solchen des Endprodukts zu erhöhen, das vollständig oder teilweise eine Streckgrenze von mehr als 1.000 MPa erhält.According to the invention For example, the closed profile is in the form of a tube formed of an iron-metal material, the alloyed with chromium, nickel and carbon in predetermined proportions has been. In the example chosen the iron is alloyed with 17% chromium, 7% nickel and 0.1% carbon, wherein a high deformation strength is obtained when the profile plastically cold formed, in combination of which a good ductility the alloy is retained. The alloy forming the profile Metal material is by hydroforming and / or by drawing by means of preferably a spindle of cylindrical shape or other shape or by shrinking by means of axial elongation Drawing with or without a die made from an original, around the yield strength of the metal material from an original one low stretch value of about 300 MPa to one of the end product to raise that Completely or partially yields a yield strength of more than 1,000 MPa.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei der ein geschlossenes Profil mit einem variierenden Durchmesser hergestellt wird, wird beispielsweise von einem Rohr der oben erwähnten Art mit einem Durchmesser von 40 mm, einer Wanddicke von 2 mm und einer Streckgrenze von 300 MPa ausgegangen. Mittels einer Spindel oder einem internen Flüssigkeitsdruck wird das Rohr auf seiner halben Länge auf einen Durchmesser von 60 mm gestreckt, wobei die Wanddicke des Rohrs auf ca. 1,5 mm entlang dieser Hälfte des Rohrs minimiert wird, und wobei die Streckgrenze des Rohrs auf 1000 MPa oder mehr erhöht werden kann, während gleichzeitig die andere Hälfte des Rohrs unbearbeitet bleibt. Sodann wird eine Zugkraft an den Enden des Rohrs aufgebracht, wobei diejenige Hälfte mit einem Durchmesser von nach wie vor 40 mm, einer Wanddicke von 2 mm und einer Streckgrenze von 300 MPa bei einer bestimmten Durchmesserreduktion gestreckt wird, bis die Wanddicke auf ca. 1,5 mm reduziert ist und die Streckgrenze auf dasselbe Maß entsprechend dem anderen Ende des Rohrs erhöht wurde, wonach der Prozess unterbrochen wird.In an embodiment of the invention in which a closed profile with a varying diameter is produced, it is assumed, for example, of a tube of the type mentioned above with a diameter of 40 mm, a wall thickness of 2 mm and a yield strength of 300 MPa. By means of a spindle or an internal fluid pressure, the tube is stretched to a diameter of 60 mm in its half length, whereby the wall thickness of the tube is minimized to about 1.5 mm along this half of the tube, and the yield strength of the tube is 1000 MPa or more can be increased while at the same time the other half of the tube remains unprocessed. Then a tensile force is applied to the ends of the tube, the half having a diameter of still 40 mm, a wall thickness of 2 mm and a yield strength of 300 MPa being stretched at a certain diameter reduction until the wall thickness reaches approximately 1, 5 mm is reduced and the Yield strength was increased to the same degree as the other end of the pipe, after which the process is interrupted.

Die Wanddicke und/oder der Außenumfang des finalen geschlossenen Profils kann ferner auch axial variiert werden, indem zwei oder mehrere Profile partiell ineinander vorgesehen werden, wobei das kurze Profil extern auf dem längeren Profil ist. Die Wanddicke und/oder der Außenumfang können ferner nach der Formgebung des geschlossenen Profils variiert werden, indem ein Schweißverfahren angewendet wird, um sogenannte „starting Profile" mit Wänden verschiedener Dicke und/oder verschiedenen Durchmessern zu verbinden. Um die Festigkeit des Profils zu optimieren, kann die Wanddicke im selben Querschnitt variiert werden, so dass das Material strategisch just über diejenigen Bereiche platziert wird, an denen ein erwartetes Belastungsmaximum auftritt. Alternativ kann eine schwere verformfeste Legierung mit anderen Legierungen kombiniert werden, um das Endprodukt mit bestimmten Festigkeits-Eigenschaften und/oder einer Kostenoptimierung vorzusehen. Ein Startmaterial für das geschlossene Profil gemäß der Erfindung ist ein Metallmaterial des oben erwähnten Legierungstyps mit einer geringen Festigkeit.The Wall thickness and / or the outer circumference of the final closed profile can also be varied axially, by providing two or more profiles partially together, where the short profile is external on the longer profile. The wall thickness and / or the outer circumference can further be varied according to the shape of the closed profile, by a welding process is applied to so-called "starting profiles" with walls of different Thickness and / or different diameters to connect. To the strength of the Optimize profile, the wall thickness in the same cross-section be varied so that the material is strategically just above ones Areas is placed where an expected maximum load occurs. Alternatively, a heavy deformation resistant alloy with others Alloys are combined to specific the final product Provide strength properties and / or cost optimization. A starting material for the closed profile according to the invention is a metal material of the above-mentioned type of alloy having a low strength.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Material in dem Profil gekühlt oder bei einer kontrollierten Temperatur vor und während des Verformungs-Vorgangs gehalten, um eine kontrollierte, maximale Festigkeit unabhängig vom Deformationsmaß während des Formgebungs-Vorgangs zu erhalten. Beispielsweise beträgt die Temperatur, auf die das Material gekühlt wird oder die während des Formgebungs-Verfahrens aufrecht erhalten wird, –196° ≤ T ≤ 70°C.According to one embodiment the invention, the material is cooled in the profile or at a controlled temperature before and during the deformation process held to a controlled, maximum strength regardless of Deformation measure during the Shaping process to receive. For example, the temperature is on which the material cooled will or during the of the forming process, -196 ° ≤ T ≤ 70 ° C.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Endprodukt gekühlt auf eine Temperatur oder bei einer kontrollierten Temperatur gehalten, um eine kontrollierte maximale Festigkeit unabhängig vom Deformationsmaß während des Formgebungs-Verfahrens zu erhalten. Beispiels weise beträgt die Temperatur, auf die das Endprodukt gekühlt wird oder bei der es während einer begrenzten Zeit nach dem Formgebungsverfahren gehalten wird, –196° ≤ T ≤ 70°C.According to one another embodiment the final product is cooled kept at a temperature or at a controlled temperature, for a controlled maximum strength regardless of the deformation during the To obtain molding process. Example, the temperature is cooled to the end product will or during it during a limited time after the molding process, -196 ° ≤ T ≤ 70 ° C.

Alternativ kann das in der Anmeldung beschriebene und zur Einarbeitung in einer gegenwärtigen Profilstruktur bestimmte Profil durch ein beliebiges geschlossenes Profildesign gebildet sein, das zur Einarbeitung in die gegenwärtige Profilstruktur bestimmt ist.alternative can be described in the application and for incorporation in a current Profile structure specific profile by any closed Profile design that determines to familiarization with the current profile structure is.

Claims (9)

Verfahren zur Herstellung eines geschlossenen Profils, bei dem das ursprünglich benutzte metallene Werkstück aus Eisen besteht, das mit Chrom, Nickel und Kohlenstoff in vorbestimmten Anteilen legiert wurde, mit anschließender plastischer Kaltverformung des geschlossenen Profils, gekennzeichnet durch Kaltverformung mittels Hydroformung und/oder durch Expandieren, insbesondere mittels einer Spindel mit geeigneter Form, oder durch Schrumpfen mittels axialer Elongation mittels Ziehen mit oder ohne einer Matrize, zur Erhöhung der Streckgrenze des metallenen Materials von einer ursprünglich niedrigen Streckgrenze zu einem Endprodukt, das vollständig oder teilweise eine hohe Streckgrenze erhält.Process for making a closed Profils where the original used metal workpiece consists of iron, with chromium, nickel and carbon in predetermined Shares was alloyed, followed by plastic cold deformation of the closed profile, characterized by cold deformation by means of Hydroforming and / or by expanding, in particular by means of a Spindle with suitable shape, or by shrinking by means of axial Elongation by pulling with or without a die, to increase the yield strength of the metal material from an originally low yield point to a final product that completely or partially receives a high yield strength. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das metallene Material aus Eisen in Form eines geschlossenen Profils, das plastisch bearbeitet wurde, mit 17% Chrom, 7% Nickel und 0,1% Kohlenstoff legiert ist.Method according to claim 1, characterized in that that the metallic material of iron in the form of a closed Profiles that have been plastically machined with 17% chromium, 7% nickel and 0.1% carbon is alloyed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ursprünglich niedrige Streckgrenze auf etwa 300 MPa bemisst und die hohe Streckgrenze bevorzugt gleich oder größer ist als 1000 MPa.Method according to claim 1, characterized in that that originally low yield strength to about 300 MPa and the high yield strength preferably equal to or greater as 1000 MPa. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wandstärke des endgültigen geschlossenen Profils axial verändert, indem zwei oder mehrere Profile teilweise ineinander angeordnet werden, indem die kürzeren Profile außerhalb an den längeren Profilen angebracht sind, indem Profile mit unterschiedlichen Wandstärken und/oder unterschiedlichen Durchmessern mittels Schweißen vor der Formbehandlung miteinander verbunden werden oder indem die Wandstärke in demselben Querschnitt verändert wird, um eine strategische Anordnung des profilierten Materials und um eine Optimierung der Festigkeit zu erreichen.Method according to claim 1, characterized in that that is the wall thickness of the final closed Profile changed axially, by arranging two or more profiles partially in one another, by the shorter ones Profiles outside on the longer ones Profiles are attached by profiles with different wall thicknesses and / or different diameters by welding before molding be joined together or by the wall thickness in the same Cross section changed becomes a strategic arrangement of the profiled material and to achieve an optimization of the strength. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Festigkeit des endgültigen Profils in unterschiedlichen Bereichen des Profils verändert wird, indem das Material teilweise mehr oder weniger ausgezogen wird.Method according to claim 1 or 4, characterized that the strength of the final profile in different areas of the profile is changed by the material sometimes more or less undressed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material in dem Profil auf einer geregelten Temperatur gehalten wird oder auf diese abgekühlt wird, bevor oder während der Formung, um eine kontrollierte maximale Festigkeit zu erhalten, unabhängig vom Grad der Deformation während der Formung.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the material in the profile on a regulated Temperature is maintained or cooled to this, before or during the Shaping to get a controlled maximum strength, independently the degree of deformation during the shaping. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur, auf die das Material herabgekühlt wird, oder die Temperatur, die eingehalten wird während der Formung, –196° ≤ T ≤ 70°C ist.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the temperature to which the material is cooled down or the temperature maintained during molding, -196 ° ≤ T ≤ 70 ° C. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das endgültige Produkt auf eine geregelte Temperatur herabgekühlt wird oder auf dieser gehalten wird, um eine kontrollierte maximale Festigkeit zu erreichen, unabhängig vom Grad der Deformation während der Formung.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the final Product is cooled down to a controlled temperature or kept on this In order to achieve a controlled maximum strength, regardless of Degree of deformation during the shaping. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur, auf die das endgültige Produkt heruntergekühlt wird, oder die Temperatur, die während einer limitierten Zeit nach der Formung eingehalten wird, –196° ≤ T ≤ 70°C ist.Method according to claim 8, characterized in that that the temperature to which the final product is cooled down or the temperature during that a limited time after molding is maintained, -196 ° ≤ T ≤ 70 ° C is.
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