DE68912874T4

DE68912874T4 - Verfahren zum Fliessdrücken, Fliessdrückvorrichtung, Fliessdrücken von Rohmaterial, Fliessdrückverfahren und -vorrichtung für ein Fahrzeugrad.

Info

Publication number: DE68912874T4
Application number: DE68912874T
Authority: DE
Inventors: Takashi Kato; Masaru Kurebayashi; Kimio Ochiai
Original assignee: Asahi Tec Corp
Current assignee: Asahi Tec Corp
Priority date: 1988-10-24
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1995-08-31
Anticipated expiration: 2009-10-24
Also published as: DE68912874T2; AU1609692A; AU657411B2; KR930010312B1; KR900006039A; AU639674B2; AU651197B2; EP0366049A3; EP0366049B1; KR930010314B1; DE68912874D1; EP0366049A2; AU3982493A; AU4360689A; US5092040A; CA2001372A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fließdrückverfahren für die Herstellung eines Fahrzeugrades gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise aus US-A-3672021 bekannt ist.

(Kurzbeschreibung des Standes der Technik)

Zur Herstellung eines Fahrzeugrades ist ein Verfahren bekannt, bei dem sich an das Fließdrückverfahren eine Wärmebehandlung anschließt. Bei diesem Herstellungsverfahren wird ein Randbereich, der das Felgenborn bildet, erheblich deformiert, wenn ihm während der Wärmebehandlung Wärme zugeführt wird und es ist durch besondere Maßnahmen sicherzustellen, daß ein montierter Luftreifen luftdicht am Felgenborn anliegt. Im Hinblick auf diese Problematik wird während des Fließdrückens das gesamte Felgenbett 3 gemäß Fig. 23 mit größerer Dicke ausgeführt, als es mit Rücksicht auf das Fertigmaß notwendig ist; in Fig. 23 ist die Endkontur des Felgenbettes durch einen Strich- Punkt-Linienzug dargestellt. Nach Durchführung der Wärmebehandlung wird das Felgenbett durch spanabhebende Bearbeitung auf ein Endmaß gebracht.
Das vorerwähnte übliche Herstellungsverfahren für Fahrzeugräder hat demzufolge als erste Unzulänglichkeit die Notwendigkeit der anfänglichen Herstellung des Felgenbettes mit größerer Dicke als es dem Fertigmaß entspricht und daß das Übermaß des Felgenbettes in aufwendiger Nacharbeit beseitigt werden muß, was zusätzlichen Zeit- und Kostenaufwand verursacht und demzufolge die Herstellung von Fahrzeugrädern verteuert und die Materialausnutzung verringert.
Desweiteren ist es bei der Herstellung eines Fahrzeugrades im Fließdrückverfahren nach bekannten Methoden notwendig, das Roh- oder Ausgangsmaterial des Fahrzeugrades auf dem Umfang einer Fließdrückform zu positionieren und das Rohmaterial entlang der Form zu ziehen, indem während Form und Rohmaterial um die Längsachse der Form gedreht werden, das Rohmaterial entlang der Formumfangsfläche gedrückt wird.
Das hat zur Folge, daß unterschiedliche Formen hergestellt, vorrätig gehalten und benutzt werden müssen, wenn Fahrzeugräder mit unterschiedlich breitem Felgenbett hergestellt werden sollen.
Durch die Notwendigkeit, unterschiedliche Formen herstellen, vorrätig halten und zum Einsatz bringen zu müssen, werden, als ein weiterer mit dem Stand der Technik verbundener Nachteil, die Kosten der Herstellung von Fahrzeugrädern nochmals erhöht und war durch die von den Formen selbst verursachten Zusatzkosten, als auch durch die Kosten, die mit dem Übergang von einer zur anderen Form als Zusatzkosten verursacht werden.
Desweiteren muß beim Stand der Technik bei Anwendung des Fließdrückverfahrens zunächst das Roh- bzw. Ausgangsmaterial gegossen und das so gewonnene Roh- bzw. Ausgangsmaterial muß dann im Fließdrückverfahren weiterbehandelt werden. In einem solchen Fall gemäß dem Stand der Technik werden als Gußmaterial sogenannte 4-C-Komponentenmaterialien verwendet (beispielsweise: C 0,006 Gew%; Mg 0,33 Gew%; Fe 0,12 Gew%; Mn 0,006 Gew%; Ti 0,115 Gew%; Sb 0,112 Gew% und Al als Restbestandteil). In Verbindung mit einem solchen Material wird ein Rohling gegossen und auf diesen Rohling als Roh- oder Ausgangsmaterial wird dann das Fließdrückverfahren zur Anwendung gebracht.
Ein daraus resultierender Gesichtspunkt aus der Verwendung des o.g. Materials bei üblichen Verfahren und der Anwendung des Fließdrückverfahrens unter Verwendung eines Rohlings bzw. Roh- oder Ausgangsmaterials ist als weiterer Nachteil die geringe Materialverformbarkeit wegen der geringen Expandierbarkeit des Materials zu nennen.
Desweiteren wird beim Stand der Technik bei der Herstellung eines Fahrzeugrades ein Rohling 1 mit einem Scheibenteil D und einem zylindrischen Felgenrohling 3 gemäß Fig. 24 verwendet, auf dessen Außenumfang im Bereich des Felgenbettes in dessen Rohzustand ein Drückwerkzeug 2 einwirkt, während gleichzeitig der Rohling über die Innenform bzw. den Dorn 12 gezogen wird, wie es durch den Pfeil über dem Bezugszeichen 126 angedeutet ist, so daß durch das Zusammenwirken von Dorn 12, Drückwerkzeug 2 und Rohling 1 mit dem Scheibenteil D und dem Felgenrohling 3 der Felgenteil 31 geformt wird, dessen Kontur durch die Außenkontur 126 des Dorns 12 bestimmt ist (japanische Offenlegungsschrift Sho 61-115 640).
Bei einem üblichen Fließdrückverfahren, wie oben beschrieben, kann es jedoch beim Anformen des Felgenrohlings 3 an die Außenkontur 126 des Dorns 12 vorkommen, daß das Material des Felgenrohlings an dem Material der Außenkontur 126 des Dorns 12 anbackt.
Das Ziehen des Felgenrohlings 3 über die Außenkontur 126 des Dorns wird durch Umlaufen des Druckwerkzeugs um die Längsachse des Dorns 12 bewirkt und ist demzufolge ein Drücken und es wird eine erhebliche Reibkraft zwischen Felgenbett 31 und Dorn 12 bzw. dessen Außenseite 126 vorliegen, was das Abziehen des fertig konturierten Radkörpers vom Dorn 12 erheblich erschwert, einen zusätzlichen Aufwand an Arbeit und Zeit zur Folge hat und ein weiterer Nachteil bekannter Verfahren ist.
Ferner wird bei einem Fließdrückverfahren der bekannten Art das Felgenbettausgangsmaterial 3 zum Umfangsrand des Felgenborns hin während des Fließdrückverfahrens dünner, was als weiteren, insgesamt fünften Nachteil zur Folge hat, daß es schwierig ist, die genaue Dicke des zum Felgenborn 311 hin ansteigenden Teiles des Felgenbettes 31 abschließend zu bestimmen.
Wegen der großen Dicke im Verbindungsteil zwischen dem zylindrischen Felgenrohling 3 und dem Scheibenteil D ergibt sich als weiteren, sechsten Nachteil des oben beschriebenen üblichen Verfahrens zum Herstellen eines Fahrzeugrades durch Fließdrücken, daß beim Gießen des Rohlings 1 sich ein Dickensprung im Bereich des Übergangs vom Scheibenteil D in den Felgenbereich 3 des Rohlings ergibt, was es schwierig macht, dem im Fließdrückverfahren hergestellten fertigen Radkörper die gewollte Festigkeit zu vermitteln.
Darüber hinaus wird bei einem konventionellen Fließdrückverfahren, wie es vorstehend beschrieben ist, das zu verformende zylindrische Rohmaterial (zylindrisches Felgenbettrohmaterial) 3 auf dem Formdorn (dessen zum Ausformen des Felgenbettes bestimmter Teil) 12 so stark angedrückt, es entsteht eine so intensive Verbindung bzw. hohe Reibkraft zwischen dem be-reits in die Endform gebrachten Material und dem Dorn bzw. dessen Oberfläche 126 unter dem Einfluß des Formwerkzeuges 2, daß es als weiteren, siebten Nachteil der konventionellen Verfahren angesehen werden muß, daß es erheblichen Arbeits-, Energie- und Zeitaufwandsbedarf, um anschließend an die bereits erfolgte Verformung eines Teils des Rohmaterials diesen in die endgültige Gesamtform zu bringen. Es wird dem fortschreitenden Verformen des Rohmaterials ein zunehmender Verformungswiderstand entgegengesetzt.
Ferner muß bei der Herstellung eines Fahrzeugrades in einem bekannten Fließdrückverfahren das Radrohmaterial dem Formdorn zugeordnet werden und mittels eines Drückgliedes über dem Formdorn geschoben werden, während sich der Dorn um seine Längsachse dreht.
Bei bekannten oben beschriebenen Verfahren muß der Verbindungsbereich zwischen einem Speichenteil eines Fahr zeugrades und einem Randteil notwendigerweise groß sein im Hinblick auf die Notwendigkeit, einen Zuggradienten auf den Dorn aufzubringen. Als achter Nachteil resultiert hieraus ,daß ein solcherart hergestelltes Fahrzeugrad sehr schnell ein zu hohes Gewicht haben wird.
Ebenfalls bei einem konventionellen Fließdrückverfahren wird zu verformendes Rohmaterial einem Dorn zugeordnet, und dieses Rohmaterial wird entlang dem Dorn in eine vorbestimmte Kontur gebracht, während das zu formende Rohmaterial zusammen mit dem Dorn um dessen Längsachse gedreht wird und auf das Rohmaterial ein Preßspatel einwirkt.
Dabei handelt es sich jedoch um ein Fließdrückverfahren, das die Dehnbarkeit des zu verformenden Rohmaterials nutzt, so daß dieses bekannte Verfahren als neunten Nachteil aufweist, daß, wenn das zu verformende Rohmaterial bei rascher maschineller Verformung in eine komplizierte Kontur gebracht werden soll, im Material sich Risse als Materialfehler ergeben können.
Auch wird bei einer Fließdrückvorrichtung das zu verformende Rohmaterial vom Preßwerkzeug entlang der formgegenden Oberfläche des Dorns gedrückt, während das zu verformende Rohmaterial zwischen drehendem Dorn und einem Schiebe- und Klemmstück eingespannt ist. In diesem Fall wird das Rohmaterial mit seiner dem Schiebe- oder Klemmstück zugekehrten Oberfläche auch in intensiven Kontakt mit dem Schiebe- oder Klemmstück kommen, was das Ausrichten des Rohmaterials für den Verformungsvorgang erschwert, indem auch Rohmaterial und Schiebe- oder Klemmstück wie Rohmaterial und Dorn exakt zueinander ausgerichtet werden müssen.
Da bei einem solchen bekannten Fließdrückverfahren Schiebe- oder Klemmstück einerseits und Dorn andererseits unabhängig voneinander drehen können, wenn das zu verformende Rohmaterial festgelegt werden soll, kann eine korrekte Position (das ist die Position, in der die Kontaktfläche des Schiebe- oder Klemmstückes in direktem Kontakt mit dem Kontaktbereich des zu verformenden Rohmaterials kommt) durch Drehen des Schiebe- oder Kontaktstückes erst erwirkt werden, nachdem das Rohmaterial, das verformt werden soll, auf dem Dorn positioniert worden ist. Es erweist sich demnach als zehnter Nachteil, daß bei Durchführung des Fließdrückverfahrens es einen hohen Zeit- und Arbeitsaufwandes bedarf, um das zu verformende Rohmaterial für die Verformung korrekt festzulegen.
Aus dem genannten Grund kann es sich auch als notwendig erweisen, beim vorbekannten Verfahren Daten, die für die Durchführung des Verfahrens notwendig sind, als Markierungen auf dem Rohling des herzustellenden Fahrzeugrades anzubringen.
In diesem Fall kann es notwendig sein, die vorgenannten Markierungen (diese können beispielsweise eingeprägte Stempelungen sein) nach Herstellen des Rohlings im Gießverfahren diesern Rohling zuzuordnen, ehe dieser im Fließdrückverfahren bearbeitet wird.
Diese Art der Anbringung von Fabrikationsmarkierungen auf dein Rohling ist jedoch ein separater Arbeitsvorgang, der zwischen die beiden Arbeitsstufen eines zweistufigen Herstellungsprozesses eines Fahrzeugrades eingeschaltet werden muß. Das ist ein elfter Nachteil des vorbekannten Verfahrens, durch den die Effizienz des Verfahrens verringert wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die durch die vorliegende Erfindung gelöst werden soll, ist die Vermeidung der vorgenannten Nachteile des Standes der Technik.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe ist davon auszugehen, daß es aus US-A-367021 bekannt ist, Räder, insbesondere Kraftfahrzeugräder in der Weise zu fertigen, daß ein scheibenförmiger Rohling gefertigt wird, dieser im Schmiedeverfahren in ein halbfertiges Fahrzeugrad, also ein Halbzeug umgebildet wird, das eine Nabe, eine die Nabe umgebende Scheibe und eine wiederum die Scheibe umschließende Umfangskantenfläche aufweist und daß dieses halbfertige Fahrzeugrad einer Bearbeitungsmaschine zugeordnet wird. Auf die Umfangskantenfläche wirkt dann zumindest eine Druckrolle ein, die auf die Fläche einen radial nach innen gerichteten Druck ausübt, wodurch die Fläche aufgespalten wird und zwei unfertige Flanschteile entstehen. Auf die unfertigen Flanschteile werden nun in Längsrichtung der Nabe zwei einander entgegengerichtete Druckkräfte aufgebracht, um die gewollte Endform herbeizuführen.

Zusammenfassende Definition der Erfindung

Es ist demzufolge Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das der Herstellung eines Fahrzeugrades dient und folgende Verfahrensschritte einschließt: Aufbereitung eines Radrohlings, bei dem ein Rand des Rohlings einstückig als Umfangskante eines Scheibenteiles durch Fließdrücken gebildet wird, während der Rohling um die zentrale Achse des Radrohlings bzw. dessen Scheibenteils gedreht wird, worauf der auf diese Weise einem Fließdrückverfahren unterworfene Rohling einer Wärmebehandlung unterzogen wird und anschließend der Rohling beschnitten wird und das durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist: das Verfahren schließt weiter einen Verfahrensschritt derart ein, daß die Dicke nur beider Ränder des Felgenbettes größer als die Endabmessung ist, wobei die beiden Ränder des Felgenbettes höckerförmig sind und einen Flanschbereich begrenzen, wobei sich weiter die kennzeichnenden Merkmale aus dem Anspruch 1 ergeben.
Vorzugsweise wird eine Fließdrückvorrichtung für die Herstellung eines Fahrzeugrades verwendet, die einen Formstempel aufweist, dessen Umfang ein Radrohling bzw. Radrohmaterial zugeordnet wird, wobei als weitere Teilvorrichtung eine drehende Drückeinrichtung vorgesehen und dazu bestimmt ist, den Radrohling zusammen mit dem Formstempel zu drehen und wobei weiter die Form in einem mittleren Bereich quergeteilt ist, wobei die Längsachse die Teilungsebene durchdringt und in der Schnittebene eine Hilfsform angeordnet ist.
Vorzugsweise wird als Material für das Fließdrückverfahren ein Material verwendet, das 3-6 Gew% Si und 0,2-0,5 Gew% Mg enthält.
Das Verfahren schließt ferner einen Verfahrensschritt ein, während dem ein Umfangsteil gebildet wird, der dem zylindrischen Bereich des Rohlings zugehörig ist und sich im höchsten Punkt bzw. Vorsprung der Verformungsfläche des Formdornes befindet, wenn der zylindrische Teil des Rohlings dem Dorn zugeordnet worden ist.
Das Verfahren schließt ferner einen Verfahrensschritt ein, in dem ein gedrehter Umfangsnutabschnitt auf der äußeren Wandfläche eines allgemeinen Verbindungsbereiches zwischen dem zu verformenden zylindrischen Teil des Rohlings und dessen scheibenförmigem, mit der Form zu verbindenden Teils gebildet wird.
Das Verfahren schließt ferner einen Verfahrens schritt vorzugsweise ein, in dem ein Spalt zwischen dem zu verformenden zylindrischen Teil des Rohlings und dem Verformungsdorn gebildet wird, wenn der zylindrische zu verformende Teil dem Verformungsdorn zugeordnet worden ist, wobei der Spalt so ausgebildet ist, daß er sich in der Richtung der Umfangskante des Dorns erweitert. Dabei beträgt der Winkel zwischen dem zu verformenden zylindrischen Teil des Rohlings und der formgebenden Fläche des Formungsdornes etwa 5 bis 30º.
Das erfindungsgemäße Verfahren schließt ferner die Verwendung einer Fließdrückvorrichtung ein, die ihrerseits einschließt einen Dorn, auf dem der zu verformende Rohling angeordnet wird, ein Heizmittel zum Erwärmen des zu verformenden Rohlings, das entsprechend der Drehung des Dorns zu drehen ist und schließlich einen Spatel zum Andrücken des zu verformenden Rohlings, so daß der zu verformende Teil des Rohlings zwischenzeitlich entlang dem Dorn verformt wird, wobei der zu verformende Rohling erwärmt werden kann, mittels des Heizmittels auf etwa 230-400ºC.
Das Verfahren gemäß der Erfindung schließt ferner vorzugsweise die Verwendung einer Fließdrückvorrichtung ein, die ihrerseits einschließt ein Fundament, einen Formungsdorn und ein Widerlager, das derart dem Fundament zugeordnet ist, daß die Achsen von Drehdorn und Widerlager achsgleich angeordnet sind, wobei Drehdorn und Widerlager entlang diesen Achsen in einander entgegengesetzten Richtungen translatorisch verstellbar sind, sowie um die jeweilige Achse drehbar sind, wobei ein Drückglied vorgesehen ist, um den Radrohling, der zu verformen ist und dem Drehdorn zugeordnet ist, entlang der Formgebungsfläche des Drehdornes in die vorbestimmte Kontur zu bringen, während der Drehdorn gedreht wird. Im übrigen ist diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Rückhaltestange einschließt, die in zwei einander entgegengesetzten Richtungen translatorisch verstellbar dem Fundament zugeordnet ist, wobei die Bewegungsrichtung bezüglich der Bewegungsrichtung des Widerlagers bestimmt ist, wobei die Fließdrückvorrichtung ferner einschließt ein Rückhalteteil auf dem Widerlager derart, daß das Widerlager von dem Rückhalteteil zurückgehalten werden kann.
Das Verfahren gemäß der Erfindung schließt ferner vorzugsweise ein die Verwendung einer Fließdrückvorrichtung, die ihrerseits einen Drehdorn aufweist, dem ein zu verformender Radrohling zugeordnet ist und die außerdem ein Drückglied zum Drücken des zu verformenden Rohlings entlang der formgebenden Fläche des Drehdorns, während der Drehdorn um seine Achse gedreht wird, so daß das Material des zu formenden Radrohlings in die vorgesehene Form gebracht wird. Diese Vorrichtung ihrerseits ist im übrigen dadurch gekennzeichnet, daß eine wiedergebbare Unregelmäßigkeit auf der formgebenden Fläche des Drehdorns gebildet ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist ein Teilquerschnitt durch eine Anordnung, wie sie in Verbindung mit der Erfindung verwendbar ist,
Fig. 2 ist ein Teilquerschnitt durch eine andere Anordnung,
Fig. 3 ist eine Graphik, die die Verformbarkeit bei Anwendung der Erfindung erläutert,
Fig. 4 ist eine vergleichsweise Graphik zur Erläuterung der Ausdehnung,
Fig. 5 ist ein Teilquerschnitt einer Anordnung, wobei das Ausgangsmaterial eines Fahrzeugrades, also ein Radrohling, einem Drehdorn zugeordnet ist,
Fig. 6 ist ein Teilquerschnitt einer Anordnung, wobei ein anderer Rohling eines zu formenden Fahrzeugrades einem Drehdorn zugeordnet ist,
Fig. 7 ist eine perspektivische Darstellung um die Außenoberfläche eines Rohlings eines Fahrzeugrades zu zeigen,
Fig. 8 ist in entsprechender Darstellung die Innenoberfläche des Radrohlings,
Fig. 9 ist die Rückansicht des Radrohlings,
Fig. 10 ist ein Schnitt entlang der Linie X-X in Fig. 9,
Fig. 11 ist eine Querschnittsdarstellung eines Rohlings für die Fertigung eines Fahrzeugrades in der Zuordnung zu einem Drehdorn,
Fig. 12 ist ein fertiges, erfindungsgemäß gefertigtes Fahrzeugrad,
Fig. 13 ist eine Querschnittsdarstellung einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung,
Fig. 14-19 sind einzelne Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Rades gemäß der Erfindung,
Fig. 20 ist als Querschnitt eine andere erfindungsgemäße Anordnung,
Fig. 21 ist in größerer Darstellung der in Fig. 20 mit XXI gekennzeichnete Bereich,
Fig. 22 ist in perspektivischer Darstellung ein erfindungsgemäß gefertigtes Fahrzeugrad,
Fig. 23, 24 Teilquerschnittsdarstellungen bekannter Anordnungen.

Einzelbeschreibungen der bevorzugten Ausführungsformen

Eine erste Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.
In Fig. 1 kennzeichnen die Bezugszeichen 11,12 die beiden Drehdorne eines Drehdornpaares, die gemäß dem Pfeil um ihre gemeinsame Längsachse drehbar sind. Entsprechend kennzeichnet das Bezugszeichen L eine drehende Drückeinrichtung, die mit den beiden Drehdornen 11,12 Teil einer Einrichtung ist, die zur Wirkung gebracht wird, wenn in noch näher zu beschreibender Weise aus dem Radrohling 3 durch Fließdrücken ein fertiges Fahrzeugrad gefertigt werden soll. Dieser Radrohling ist für die Formung eines fertigen Fahrzeugrades aus dem Rohling 3 zwischen den beiden Drehdornen 11,12 eingespannt. Der Radrohling 3 ist aus einem Ausgangsmaterial hergestellt, das selbst nicht dargestellt ist, aber zwischen die beiden Drehdorne 11,12 eingelegt und während des Drehens der Drehdorne um ihre gemeinsame Längsachse durch das drehende Drückwerkzeug 2 veranlaßt wurde, sich über die Außenflächen der Drehdorne 11,12 auszubreiten bzw. zu schieben bzw. gedrückt zu werden. Ist der Radrohling 3 auf diese Weise hergestellt worden, so ist die Dicke zweier Felgenhörner 311 und jeweils eines Übergangsabschnittes 312, die zusammen das Felgenbett 31 definieren, größer als sie der Endabmessung entspricht (dargestellt in Fig. 1 als unterbrochener Linienzug). Nach dem Freigeben des Radrohlings 3 durch die Drehdorne 11,12 wird der Radrohling 3 erwärmt und daran anschließend werden die Felgenhörner 311 und die Übergangsbereiche 312 auf ihre Enddicke gebracht.
Wenn ein Herstellungsverfahren für ein Fahrzeugrad gemäß Anspruch 1 bei einem in der vorbeschriebenen Art hergestellten Rohling 3 durchgeführt wird, so haben nur die Umfangskantenbereiche der Randbereiche eine größere Dicke als es dem Endmaß entspricht und eine spanabhebende Bearbeitung im Anschluß an die Wärmebehandlung muß nur im Umfangskantenbereich durchgeführt werden. Entsprechend ist der Teil des zu behandelnden Produktes, der in anschließenden Verfahrensschritten einer spanabhebenden Bearbeitung unterworfen werden muß, kleiner geworden.
Als Folge hiervon wird bei Durchführung eines Herstellungsverfahrens für ein Fahrzeugrad kein großer Zeitaufwand erforderlich sein, ebenso wird kein großer Arbeitsaufwand erforderlich sein für den spanabhebenden Vorgang nach der Wärmebehandlung, wie sie im Anschluß an das Fließdrücken durchgeführt wird; das Fahrzeugrad kann auf relativ einfache Weise gefertigt werden, die Materialausbeute wird verbessert sein.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 eine andere Ausführungsform beschrieben.
In Fig. 2 kennzeichnet das Bezugszeichen 12 einen Fließdrückdorn (im Sinn der Erfindung eine "Bearbeitungsform"), der um seine Längsachse 127 drehbar ist. Innerhalb dieses Fließdrückdornes 12 kennzeichnet das Bezugzeichen 126 einen ansteigenden Felgenformbereich, während 13 einen abfallenden inneren Formbereich kennzeichnet. Der Drehdorn 12 ist in einer zur Drehachse 127 senkrecht verlaufenden Ebene am abfallenden inneren Felgenformbereich 13 in zwei Teile unterteilt, so daß ein äußerer Teil 121 und ein innerer Teil 122 gebildet sind. Das Bezugszeichen 4 kennzeichnet ein Zwischenstück zwischen dem äußeren Teil 121 und dem inneren Teil 122 innerhalb des Drehdorns 12. Die äußere Umfangsfläche des Zwischenstücks 4 verlängert ohne Unterbrechung die die Form des verformten Werkstückes bestimmende Außenfläche des abfallenden inneren Formbereiches 13 des Drehdornes 12 und wirkt als formgebende Fläche während des Fließdrückverfahrens. Das Bezugszeichen 41 kennzeichnet einen Verbindungsbolzen, der innerhalb des Drehdornes 12 das Zwischenstück 4 gegenüber dem inneren Teil 122 und gegenüber dem äußeren Teil 121 festlegt.
Mit einer derart aufgebauten Fließdrückeinrichtung bzw. deren derart aufgebautem Innenteil wird ein Fahrzeugrad wie folgt gefertigt.
Zunächst wird ein Fahrzeugradrohling (nicht dargestellt) dem Drehdorn 12 derart zugeordnet, daß er sich auf der Außenfläche des Drehdorns 12 befindet und in dieser Zuordnung mit dem Dorn 11 gehalten ist. Während der Rohling um die Längsachse der Dornanordnung 11,12 umläuft, wird der Rohling in einfacher Weise mittels der Drückvorrichtung Z über die Oberseite des Drehdorns 12 in dessen Längsrichtung vorgeschoben und ausgebreitet; die Drehung ist in Fig. 2 durch den Pfeil gekennzeichnet. Auf diese Weise wird der Fahrzeugradrohling in das in Fig. 2 dargestellte Fahrzeugrad verformt. In diesem Fall bildet die Umfangsfläche der Teilform 4 Teil der die Form des fertigen Fahrzeugrades W bestimmenden Formfläche.
Ist eine Fließdrückvorrichtung für die Herstellung eines Fahrzeugrades - wie vorstehend erläutert - ausgebildet, so kann die Breite des Felgenbettes des Fahrzeugrades dadurch veränderbar bestimmt werden, daß Teilformen 4 unterschiedlicher Breite zum Einsatzkommen.
Entsprechend können durch Vorrätighalten mehrerer unterschiedlicher Teilformen 4, die sich in der Breite bzw. Länge voneinander unterscheiden und die Auswahl der passenden Teilform aus der Gesamtheit der vorrätig gehaltenen Teilformen 4 Fahrzeugräder mit unterschiedlich breiten Felgenbetten hergestellt werden und dabei die Gesamtheit der Fließdrückform unverändert zum Einsatz kommen, wenn nur gegebenenfalls die Teilform 4 ausgewechselt wird. Es ist demzufolge bei Verwendung einer solchen Fließdrückvorrichtung der beschriebenen Art zur erfindungsgemäßen Herstellung von Fahrzeugrädern nicht notwendig, unterschiedliche Vorrichtungen, insbesondere Drehdorne zum Einsatz zu bringen, wenn Fahrzeugräder mit unterschiedlich breiten Felgenbetten hergestellt werden sollen. Entsprechend ist eine Senkung der Herstellkosten möglich und auch die Kosten für die Bereitstellung entsprechender Fließdrückformen, insbesondere mit Drehdorn, können gesenkt werden, die Handhabung der Fließdrückform bleibt jedoch relativ einfach. Als nächstes ist bezüglich des beim Fließdrücken zum Einsatz kommenden Materials folgendes zu sagen.
(1) Der Gehalt an Si ist auf 3:6 Gew% limitiert, weil bei einem Si-Gehalt unter 3 Gew% die für das Fließdrückverfahren notwendige Fließfähigkeit verringert wird und während des Fließdrückens Einschlüsse unerwünschter Komponenten erfolgen können, während andererseits bei einem Si-Gehalt über 6 % (Gew%) die Expansionsfähigkeit herabgesetzt ist, obwohl eine ausreichende Materialfestigkeit beim fertigen Fahrzeugrad gewährleistet wäre.
(2) Der Geahlt an Mg ist auf 0,2 bis 0,5 Gew% limitiert, weil bei einem Mg-Gehalt von unter 0,2 Gew% die Zugfestigkeit verringert wäre und, wenn der Mg-Gehalt über 0,5 Gew% läge, die Expandiereigenschaft des Fahrzeugrades herabgesetzt wäre.
Diese Kriterien sind durch Fig. 3,4 illustriert und es ist zu ersehen, daß die Grenzwerte nicht innerhalb der bevorzugten Bereiche liegen, die erwähnten Negativfolgen sich bereits bei 3 und 6 Gew% (Si) bzw. 0,2 und 0,5 Gew% (Mg) einstellen würden.
Es würde ein Fahrzeugradrohling aus einem Si-armen Material (Cu: 0,003 Gew%; Si: 4,6 Gew%; Mg: 0,36 Gew%; Fe: 0,12 Gew%; Mn: 0,004 Gew%; Ti:0,10 Gew%; Sb 0,078 Gew%; Rest: Al) hergestellt, um danach im Fließdrückverfahren zu einem fertigen Fahrzeugrad verarbeitet zu werden. Untersuchungsergebnisse bezüglich der Dehnfähigkeit des Fahrzeugrades ergeben sich aus Fig. 3,4. Die Untersuchung wurde in der Weise durchgeführt, daß ein scheibenförmiger Prüfling (Dicke: 10 mm) hergestellt wurde und dieser scheibenförmige Prüfling auf einer Fließdrückmaschine verformt wurde.

[Vergleichsbeispiel (Stand der Technik)]

Ein Fahrzeugradrohling wurde aus einem zur Umformung im Fließdrückverfahren geeigneten 4C-Material (Cu: 0,006 Gew%; Si: 6,9 Gew%; Mg: 0,33Gew%; Fe: 0,12 Gew%; Mn: 0,006 Gew%; Ti: 0,115 Gew%; Sb 0,112 Gew% und Rest Al) gegossen und dieser Rohling wurde im Fließdrückverfahren zu einem Fahrzeugrad umgeformt. Die Ergebnisse einer Untersuchung dieses Fahrzeugrades bezüglich deiner Expansion ergeben sich aus Fig. 3,4. Die Untersuchung wurde in der gleichen Weise - wie beschrieben - durchgeführt.
Da das zum Einsatz kommende Material die vorbeschriebenen Kriterien aufwies, als der Rohling gegossen wurde und dieser gegossene Rohling zum Fertigprodukt im Fließdrückverfahren bearbeitet wurde, war die Verformbarkeit gut, weil die Expansionsfähigkeit ausgezeichnet war, wie aus Fig. 3,4 zu ersehen ist.
Nachfolgend wird eine andere Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben.
In Fig. 5 kennzeichnet der Bezugsbuchstabe D einen Scheibenteil (entsprechend dem zu befestigenden unverformt bleibenden Teil D in einigen der Ansprüche des Fahrzeugradrohlings 1 und das Bezugszeichen 5 kennzeichnet einen äußeren Felgenbereich, der einstückig an die äußere Umfangskante des Scheibenteils D angeformt ist, wobei die Gesamtheit aus den Teilen 3 und D durch Schmieden oder Gießen hergestellt sein kann. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen dem scheibenförmigen Teil D des Rohlings zunehmend abgekehrten zylindrischen Felgenbereich des Radrohlings (in einigen der Ansprüche, insbesondere im Anspruch 3 als "im Fließdrückverfahren zu bearbeitender zylindrischer Radrohling" bezeichnet), der mit dem scheibenförmigen Teil als Radrohling durch Schmieden oder Geißen hergestellt worden ist und zu dem auch der äußere Felgenbereich 5 gehört. Der Felgenbereich 3 hat zunächst eine Übermaßdicke A und eine geringere Länge als es den Endmaßen am Ende des Fließdrückverfahrens entspricht, wobei die Dicke A am Ende des zylindrischen Teils 3 vor dem Fließdrücken auch größer ist als die Dicke B dieses zylindrischen Teils im Bereich der Wurzel des zylindrischen Teils zum scheibenförmigen Teil D. Der Bereich des Rohlings mit der Ausgangsdicke A, der dem Wurzel-oder Stielbereich mit der geringeren Ausgangsdicke B abgekehrt ist, ist in Fig. 5 mit 32 bezeichnet. Die Endkontur des zylindrischen Bereiches 3 nach dem Fließdrücken ist durch das Bezugszeichen 31, dem unterbrochenen Linienzug und das unmittelbare Anliegen an der Außenseite des Teildrehdorns 12 gekennzeichnet. Der Bereich des Übergangs von dem scheibenförmigen Teilbereich D in den zylindrischen Teilbereich 3, der beim Rohling eine Umkehr der Neigung gegenüber der Drehachse 12 der Drehdornanordnung 12 kennzeichnet, ist mit dem Bezugszeichen 316 gekennzeichnet. Der Übergangsbereich 316 verläuft nach der Art einer Umfangsnut zwischen zylindrischem Teil 3 und scheibenförmigem Teil D.
Ein in Fig. 5 durch einen ausgezogenen Linienzug gekennzeichneter Rohling wird nun dem Drehdorn 12 zugeordnet. Es besteht in diesem Fall ein Freiraum S in der Form eines Kegelstumpfes zwischen dem zylindrischen Abschnitt 3 des Rohlings 3 und der diesem gegenüberliegenden Außenseite 123 des Drehdorns 12. Der Neigungswinkel zwischen der Innenseite des zylindrischen Rohlingteils 3 und der Außenfläche 123 des Drehdorns 12 beträgt vorzugsweise etwa 80. Entsprechend ist der radiale Abstand des freien Endes 32 des zylindrischen Radrohlingteiles 3 von der Drehachse 125 des Drehdornes 13 größer als das der Druckplatte 11 abgekehrte Ende des Drehdornes 12 im Bereich des Bezugszeichens 124.
Wird nun der Drehdorn 12 um seine Längsachse 125 gedreht, so wird der zylindrische Rohlingsteil 3 mitgenommen und unter dem Einfluß der drehenden Drückvorrichtung 2 in Richtung des Pfeiles in die Form gedrückt, die durch Strichpunktlinienzüge in mehreren Zwischenformen und in der Endform gezeigt ist, in der das zylindrische Rohlingsteil 3 zur Endform 31 verformt ist und an der Außenseite 123 des Drehdorns anliegt, so daß das Fahrzeugrad W mit dem scheibenförmigen Teil D und dem durch die beiden Felgenkörner 124 und 5 markierten Felgenbett vorliegt.
Das Bezugszeichen 11 kennzeichnet die Preßscheibe bzw. -platte, mit der der Radrohling 1 für die Dauer des Fließdrückverfahrens gegenüber dem Drehdorn 12 festgelegt ist.
Wird das Fließdrückverfahren, wie oben beschrieben durchgeführt, so wird der Radrohling mit seinem zylindrischen Teil über die Formfläche des Drehdorns bis zu dessen äußerem Ende verformt.
Um zum fertigen Fahrzeugrad zu kommen, muß allein der zylindrische Teil des Rohlings unter Zuhilfenahme der formgebenden Fläche des Drehdorns und des Drückwerkzeugs in seine Endkontur gebracht werden. Es muß in insofern einfacher Weise ein Fließdrückverfahren wie beschrieben zur Anwendung kommen.
Das Rohmaterial kann von vornherein so bestimmt werden, daß am Ende des Fließdrückverfahrens ein ordnungsgemäß dimensioniertes Felgenbett vorliegt. Am Ende des Fließdrückverfahrens kann das Fahrzeugrad die geforderte Abmessung einschließlich der Wanddicken haben.
Auch ist in betriebssicherer Weise der scheibenförmige Teil des fertigen Rades mit dem zylindrischen Teil, d.h. also Radscheibe und Felge sind betriebssicher miteinander verbunden. Dieses Ergebnis kann auch dann erreicht werden, wenn die Festlegung des Rohlings gegenüber dem Drehdorn nur im Bereich der relativ dünnwandigen Radscheibe erfolgt. Ein sehr gut brauchbaren Produkt ist mit relativ geringem Einsatz an Betriebsmitteln und Arbeitszeit herstellbar.
Eine andere Ausführungsform wird nachfolgend anhand Fig. 6 beschrieben.
Der Fahrzeugradrohling 1 wird wieder, wie beschrieben, dem Drehdorn 12 zugeordnet. In diesem Fall verbleibt zunächst ein Ringspalt S zwischen dem zylindrischen Rohlingteil 3 und der das Felgenbett formenden Fläche 123 des Drehdorns in der Weise, daß der Ringspalt kegelförmig ist, daß die Ringspaltweite mit zunehmendem axialen Abstand vom Scheibenteil D größer wird. Der Öffnungswinkel zwischen zylindrischem Rohlingsteil 3 und Oberfläche des Drehdornes 12 beträgt vorzugsweise etwa 5 bis 30º. Der Grund für diese Auswahl ist, daß bei einem Winkel unter 5º das auf den zylindrischen Rohlingsteil 3 einwirkende, im einzelnen noch zu beschreibende Drückwerkzeug 2 diesen Rohlingsteil 3 vorzeitig an die Formfläche 123 des Drehdornes 12 anlegt. Als Folge hiervon ist die Auswirkung des Zugdrückens in der Zeiteinheit gering und um den gewollten Endzustand zu erhalten, muß das Zug-Drückverfahren öfter wiederholt werden.
Liegt andererseits der vorgenannte Winkel über 30º, so wird das auf den zylindrischen Rohlingsteil 3 einwirkende, noch im einzelnen zu beschreibende Drückwerkzeug bewirken, daß die Kontaktfläche zwischen dem zylindrischen Rohlingsteil 3 und dem Preßwerkzeug 2 zu groß wird und als Ergebnis hiervon ist die Gefahr, daß der zylindrische Rohlingsbereich 3 zerbricht.
Im übrigen ist der äußere Wandbereich 32 des zylindrischen Rohlingsteils 2 in seinem Durchmesser größer als es dem Außendruchmesser des Drehdorns 12 entspricht.
Der Fließdrückvorgang spielt sich bei dieser Ausführungsform in der vorbeschriebenen Weise ab, so daß das Rohlingsteil 3 zunehmend in der Richtung der Längsachse des Drehdorns 12 diesem gegenüber vorgeschoben und zunehmend an ihn angelegt wird.
Das Rohlingsteil 3 wird so zunehmend in die Kontur gebracht, die für das fertige Fahrzeugrad gewünscht wird.
Wird der Winkel zwischen dem Rohlingsteil 3 in seiner ursprünglichen Form und der Oberfläche des Drehdorns 12 zu etwa 3 bis 30º bestimmt, so wird die Arbeitseffizienz des Fließdrückverfahrens erheblich erhöht.
Nachfolgend wird eine weitere Lösung anhand Fig. 6 beschrieben.
Gemäß Fig. 6 wird das Rohlingsteil 3 in den äußeren Felgenkornteil 31 des Felgenbettes umgeformt, indem wiederum das Fließdrückverfahren zur Anwendung kommt. Im Ausgangszustand ist das Rohlingsteil 3 zum äußeren Ende 32 hin mehrfach geknickt und die Knickwinkel α 1, α 2 und α 3 werden zum äußeren Ende 32 hin zunehmend größer.
Ein derart konturierter Rohling wird dem Drehdorn 12 zugeordnet. Die sich dabei ergebenden Knickwinkel β 1, β 2 und β 3 zur Umfangsfläche 123 des Drehdorns 12 sind kleiner als die vorerwähnten Knickwinkel α 1, α 2 und α 3. Der Spalt S, der sich bei Zuordnung des Rohlings zum Drehdorn 12 zwischen dem Rohlingsteil 3 und der Formgebungsfläche 123 des Drehdorns 12 ergibt, ist zum äußeren Ende 32 des Rohlings mehrfach in sich geknickt.
Wenn ein Fahrzeugradrohling der vorbeschriebenen Art für das Fließdrückverfahren einem Drehdorn 12 zugeordnet werden soll, um an die formende Oberfläche 123 des Drehdorns 12 zunehmend angelegt und diesem gegenüber zunehmend vom Scheibenabschnitt D aus zum freien Ende des Drehdorns hin geschoben zu werden, weisL die formgebende Fläche des Drehdorns 12 mehrere in Längsrichtung des Drehdorns aufeinander folgende Stufen auf.
Demzufolge kann ein zu verformendes zylindrisches Rohmaterial durch Fließdrücken in eine gewünschte Kontur gebracht werden (beispielsweise eines Fahrzeugrades) dem entsprechend der Außenkontur der formgebenden Fläche des Drehdorns eine in mehreren Stufen sich verändernde Querschnittsform des Felgenbettes gegeben werden kann.
Nimmt der Knickwinkel des zylindrischen Rohling, der im Fließdrückverfahren in seine endgültige Form gebracht werden soll, stufenförmig zu, so wird die Leistungsfähigkeit des Fließdrückverfahrens deutlich verbessert.
Die Leistungsfähigkeit des Fließdrückverfahrens wird nochmals dadurch wesentlich verbessert, daß der Knickwinkel im Bereich des zylindrischen Teils des zu verformenden Rohlings größer ist als der jeweilige Knickwinkel der formgebenden Oberbzw. Umfangsfläche des Drehdorns.
Nachfolgend wird eine andere Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 7 bis 12 beschrieben.
Dabei kennzeichnet das Bezugszeichen 1 einen Fahrzeugradrohling (in einigen Ansprüchen als zylindrischer Rohling für ein Fließdrückverfahren gekennzeichnet), der durch Schmieden in die einstückige Form gebracht worden ist, daß das Fließdrückverfahren durchgeführt werden kann. Dieser Rohling 1 ist durch Fließdrücken in ein Fahrzeugrad als Fertig- oder Zwischenprodukt umzuformen.
Der Rohling weist einen scheibenförmigen Teilabschnitt D auf, und die Bezugszeichen 61, 61 .... kennzeichnen speichenförmig ausgebildete Bereiche des scheibenförmigen Teilabschnitts D. Die speichenförmig ausgebildeten Bereiche 61, 61 .... verlaufen radial von der zentrischen Achslageröffnung 111 zum Umfangsrand der Radscheibe, also dem Felgenbett bzw. dem "zylindrischen Körper" in einigen Ansprüchen.
Die Bezugszeichen 621, 621 .... kennzeichnen nutartige Einbuchtungen am inneren Umfang des Felgenbereiches 62, der in entsprechender Weise nach außen geformt ist. Jede dieser Nuten erstreckt sich in der Richtung der Weite des Felgenbettes 62 von den Anschlußstellen der Speichenabschnitte 61.
Jedes der Bezugszeichen 611 kennzeichnet eine Hilfsnut, die an der Rückseite jedes der Speichenteile 61 angeordnet ist. Jede der Hilfsnuten ist mit einer der Nuten 621 des Felgenbereiches 62 verbunden. Fensterartige Durchbrechungen 63 sind bei dieser Lösung markiert, sie sind aber noch keine die Radscheibe durchsetzenden Öffnungen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 11,12 wird nachfolgend ein Fließdrückverfahren beschrieben, bei dem ein Fahrzeugradrohling zur Anwendung kommt.
In Fig. 11 ist mit dem Bezugszeichen 11 eine Fließdrückinnenform in der Form eines um die Achse 127 drehbaren Dorns gekennzeichnet. Der Radrohling 1 sitzt auf der Außenfläche des Drehdorns 12, und er ist in dieser Zuordnung zum Drehdorn 12 mittels der Gegenform 11 gehalten. Dabei sind mehrere mit S gekennzeichnete Schlitze vorgesehen, deren Längen, generell der Tiefe eines Nutabschnitts 621 entsprechen und die zwischen der Bodenfläche des Nutabschnitts im Radrohling und der formgebenden Fläche des Drehdorns ausgebildet sind. Diese Schlitze S erstrecken sich in der Richtung der Länge des Felgenbereiches 62.
In dieser Positionierung des Radrohlings 1 zwischen den Formteilen 11,12 und auf dem Drehdorn 12 als dem einen der beiden Formteile, wird der Drehdorn 12 zur Drehung um die Längs- bzw. Drehachse 127 gebracht, während die Drückeinrichtung 2 zur Einwirkung auf den Felgenbereich etwa in dessen Mitte gebracht wird, so daß der Felgenbereich 62 des Radrohlings 1 veranlaßt wird, sich von diesem mittleren Teil aus in Richtung des in Fig. 11 eingetragenen Pfeiles auf der formgebenden Umfangsfläche des Drehdorns auszubreiten bzw. zu verlängern. Dieses Fließdrücken führt zu der Form des Fahrzeugrades W, wie sie in Fig. 11 durch unterbrochene Linienzüge gekennzeichnet ist.
Gleichzeitig bzw. dabei wird der Aussparungsbereich 7 im Übergangsbereich zwischen Felge und Radscheibe gebildet (d.h. dem Bereich des Überganges zum Speichenbereich 61).
Gemäß Fig. 12 ist durch die ausgezogene Linie gekennzeichnet ein Endprodukt durch spanabhebende Bearbeitung des im Fließdrückverfahrens hergestellten Zwischenprodukts (durch die unterbrochenen Linien gekennzeichnet) zu erhalten. Dabei werden die Durchbrüche 63 als durchgehend offene Berieche zwischen den Speichen hergestellt.
Wenn der im zylindrischen Bereich durch das Fließdrückverfahren zu verformende Radrohling in der oben beschriebenen Weise ausgebildet und dem Drehdorn in der ebenfalls beschriebenen Weise zugeordnet ist, um durch partielle Druckeinwirkung auf den zylindrischen Bereich des Rohlings mittels der drehenden Drückvorrichtung dazu gebracht zu werden, sich entlang der formgebenden Außen- bzw. Umfangsfläche des sich ebenfalls drehenden Drehdorns auszubreiten, kann der Bereich der Vertiefung 7 auf der Innenseite bzw. dem inneren Umfangsbereich des Fahrzeugrades hergestellt werden. Der zylindrische Körper kann dadurch ein relativ geringes Gewicht haben.
Das Fließdrückverfahren ist in der oben beschriebenen Weise also auch ursächlich für die Ausbildung des Vertiefungsbereiches 7.
Entsprechend kann bei Anwendung des Fließdrückverfahrens für die Herstellung der Endkontur des Felgenbereiches im Gegensatz zum Stand der Technik auch der Vertiefungsbereich 7 im Bereich des Übergangs vom inneren zylindrischen Umfangbereichs der Radfelge zur Radscheibe bzw. im Bereich der Felgenwurzel durch das Fließdrücken hergestellt werden. Die im Fließdrückverfahren bewirkte Konturveränderung ist in Fig. 12 durch die ausgezogenen und die unterbrochenen Linien dargestellt.
Eine nochmals andere Ausführungsform wird nachfolgend anhand von Fig. 13 beschrieben.
In Fig. 13 kennzeichnet das Bezugszeichen A1 eine Fließdrückvorrichtung, und deren Welle, um deren Längsachse die Vorrichtung drehbar ist, ist mit 125 gekennzeichnet. Das Bezugszeichen 12 kennzeichnet einen Drehdorn, der lösbar mit der Drehwelle 125 verbunden ist. Die äußere Umfangsfläche des Drehdorns 12 bildet ein Formteil 126 zum Fließdrücken eines Fahrzeugrades W. Das Bezugszeichen 1 kennzeichnet einen im Gußverfahren hergestellten Radrohling (im Zusammenhang mit der Erfindung entsprechend "Gußrohling der zu verformen ist") Der Rad- bzw. Gußrohling besteht aus einem Material mit folgenden Bestandteilen: Si: 5,0-9,0 %; Mg: 0,15-0,4 %; Ti.: 0,2 %; Fe: 0,3 %; Al: Rest oder Si: 0,2 %; Mg: 2,5-5,5 %; Ti: 0,2 %; Mn- 0,6 %; Al: Rest. Es könnte das Gießen aus AC4-Material möglich sein. Der Radrohling 1 wird einer Seite des Drehdorns zugeordnet und mit einem zweiten Formteil 11 auf dem Drehdorn festgelegt. In der bereits mehrfach beschriebenen Weise wird der Drehdorn mit dem darauf befestigten Drehdorn in derselben Umfangsrichtung gedreht. Der Radrohling 1 ist im Gußverfahren hergestellt worden und schließt einen scheibenformigen Teil D ein, mit dem der Rohling zwischen Drehdorn 12 und dem zweiten Formteil 11 gehalten ist. Er schließt ferner den Felgenteil 3 ein (der zunächst die Kontur hat, die durch unterbrochene Linienzüge gekennzeichnet ist). Während der Felgenteil 3 aus seiner Ausgangskontur in Richtung des Pfeiles durch die Einwirkung eines Drückwerkzeuges 2 bei drehenden Drehdorn verformt wird, erfolgt das erfindungsgemäß zur Anwendung kommende Fließdrückverfahren. Das Bezugszeichen 8 kennzeichnet eine Heizquelle (entsprechend "Heizmittel" im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung), die vorgesehen ist, um den Felgenbereich 3 des Rohlings zu erwärmen. Die Heizquelle 8 ist dem Drückwerkzeug 2 zugeordnet und demzufolge mit dem Drückwerkzeug 2 verstellbar. Demzufolge kann der Arbeitsbereich des Drückwerkzeuges partiell erwärmt werden. Wenn der Felgenbereich 31 im Fließdrückverfahren verformt werden soll, so wird der Felgenbereich 3 vorzugsweise durch einen Brenner 8 auf Temperatur von 230-400ºC erwärmt. Der Grund für die Auswahl dieses Temperaturbereiches ist, daß bei einer Temperatur unter 230ºC die Verformbarkeit des Materials unzureichend ist und die Gefahr von Brüchen oder Rißbildung gegeben ist, während bei einer Temperatur von 400ºC und darüber der Scheibenabschnitt (Material der Radscheibe des Fahrzeugrades) D zu weich wird und in unzulässiger Weise verformt wird. Um den Felgenbereich in einen Temperaturbereich von 230-400ºC erwärmen zu können, wird die Temperatur des im Fließdrückverfahren zu bearbeitenden Teils des Fahrzeugrades, also der Felgenbereich des Rohlings 3 durch ein Infrarotthermometer überwacht und abhängig von der von diesem Thermometer ausgehenden Rückmeldungen wird die Heizleistung des Brenners 8 eingestellt. Nach Beginn der Drehung des Drehdornes 12 wird der Brenner 8 gezündet und entsprechend gelöscht, wenn die Drehung des Drehdorns beendet wird.
Um auf diese Weise ein Fahrzeugrad im Fließdrückverfahren herstellen zu können, wird zunächst ein gegossener Radrohling dem Drehdorn 12 zugeordnet. Nach der Zuordnung des Rohlings zum Drehdorn 12 mittels der Teilform 11 wird der Drehdorn mit einer Drehzahl von etwa 300&supmin;¹ gedreht. Gleichzeitig mit dem Beginn der Drehung wird der Brenner 8 gezündet und die Aufheizung des Felgenbereiches 3 beginnt. Hat der Felgenbereich eine vorbestimmte Temperatur im Bereich von 230-400ºC erreicht, so wird der Felgenbereich zu einer Längung und Konturveränderung in Richtung des Pfeiles veranlaßt, was mittels des Drückwerkzeugs 2 geschieht und um das Fahrzeugrad W als Halbzeug zu erhalten. Nachdem das Fahrzeugrad W die Halbzeugkontur erhalten hat, wird der Drehdorn stillgelegt und der Brenner 8 gleichzeitig abgeschaltet.
Außer dem Rohling kann auch der Drehdorn und/oder das Drückwerkzeug erwärmt werden. Wenn das Fließdrückverfahren in der vorbeschriebenen Weise erfolgt, kann es bei guter Verformbarkeit des zu verformenden Rohlings durchgeführt werden. Als Folge davon kann das gegossene und zu verformende Material des Rohlings mit relativ geringem Energieaufwand dem Drehdorn entlang verformt werden. Hieraus folgt wieder, daß das gegossene Material des Rohlings mit relativ geringem Zeitaufwand und gutem Ergebnis auch in eine komplizierte Kontur gebracht werden kann; es muß in keiner Richtung von unangemessen erfüllten Erwartungen ausgegangen werden. Hierzu gehört auch, daß etwaige Materialfehler so gut wie völlig ausgeschlossen werden können.
Es ist wünschenswert, den Rohling zum Verformen auf 230- 400ºC zu erwärmen und dazu geeignete Heizmittel einzusetzen. Der Grund, nicht auf eine Temperatur unter 230ºC zu erwärmen liegt in der unzulänglichen Materialverformbarkeit mit der Möglichkeit der Rißbildung während der Verformung. Liegt die Temperatur jedoch bei 400ºC und insbesondere darüber, wird das Material des zu verformenden Rohlings zu weich und das Material des Rohlings im Scheibenbereich kann durch das Zusammenwirken der beiden Formteile 11,12 ungewollt verformt werden.
Entsprechend kann bei Anwendung einer Vorrichtung, wie sie für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen und vorstehend beschrieben ist, eine Umformung eines Rohlings auch in eine komplizierte Endkontur mit geringem Energie- und Zeitaufwand bewirkt werden.
Nachfolgend wird eine weitere Möglichkeit für die Ausbildung einer geeigneten Vorrichtung unter Bezugnahme auf Fig. 14 bis 19 beschrieben.
In Fig. 14 bis 19 kennzeichnet das Bezugszeichen 12 wiederum einen für das Fließdrückverfahren geeigneten Drehdorn als die eine von zwei Teilformen und das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine Preßscheibe bzw. einen "Reitstock" als die zweite der beiden Teilformen. Die Längsachsen beider Teilformen fluchten miteinander. Das Bezugszeichen 119 kennzeichnet eine Wellendurchgangsöffnung im Drehdorn 12 und das Bezugszeichen 125 kennzeichnet eine erste Betätigungsstange, die in zwei einander entgegengesetzten Richtungen translatorisch verschiebbar in der Wellendurchgangsöffnung 119 gelagert ist. Die erste Betätigungsstange 125 ist mit einer Extrudierplatte 128 versehen, die ihr am einen Ende zugeordnet ist. Die Extrudierplatte 128 dient dem Entformen des Fahrzeugrades W nach der Umformung im Fließdrückverfahren. Ähnlich kennzeichnet das Bezugszeichen 91 eine zweite Betätigungsstange, die in zwei einander entgegengesetzten Richtungen translatorisch verstellbar in einem festen Gestellteil F der Fließdrückmaschine gelagert ist. Am vorderen Ende ist diese zweite Betätigungsstange 91 in der Preßplatte 11 befestigt und sie dient dazu diese Preßplatte 11 in zwei einander entgegengesetzten Richtungen translatorisch zu verstellen. Das Bezugszeichen 112 kennzeichnet eine Aufnahmeöffnung (also ein Aufnahmeteil im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung), die im Bereich des Randes der Teilform 11 vorgesehen ist. Entsprechend kennzeichnet das Bezugszeichen 92 eine Haltestange, die dem festen Gestellteil F in zwei einander entgegengesetzten Richtungen translatorisch verstellbar zugeordnet ist. Durch translatorische Verstellbewegungen kann die Haltestange 92 in die Aufnahmeöffnung 112 der Teilform 11 eingeführt oder aus ihr herausgezogen werden.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise unter Verwendung einer Fließdrückvorrichtung gemäß Fig. 14 bis 19 beschrieben.
In der Funktionsstellung gemäß Fig. 14 befindet sich der Drehdorn 12 in einer zweckgerichteten Ausgangsstellung. Die Preßscheibe 11 befindet sich ebenfalls in ihrer Ausgangsstellung, in der Drehdorn und Preßscheibe am weitesten voneinander entfernt sind. Sie ist mittels der zweiten Betätigungsstange 91 dem Gestellteil weitestgehend angenähert. In diesem Betriebszustand der Maschine bzw. der dargestellten Vorrichtung als Teil der Maschine befindet sich die Haltestange 92 innerhalb der Öffnung 112 der Preßscheibe 11. Das Bezugszeichen 1 kennzeichnet wieder den vorgefertigten Rohling (entsprechend "zu verformendes Ausgangsmaterial" im Sinne der Erfindung), der in einem Spannfutter C gehalten ist und zwischen den beiden Teilformen 11,12 liegt. Das Spannfutter C ist zur Aufnahme des Radrohlings 1 ausgebildet.
In der nächstfolgenden Betriebsstellung entsprechend Fig. 15 wird die zweite Betätigungsstange 91 veranlaßt, die Teilform bzw. Preßscheibe 11 in Richtung auf die Teilform 12 zu verstellen und es wird die erste Betätigungsstange 125 veranlaßt, die Extrudierplatte 128 in Richtung auf die Teilform 11 zu verstellen, und am Ende der beiden Verstellbewegungen von Teilform 11 und Extrudierplatte 128 ist der Radrohling 1 zwischen Teilform 11 und Extrudierplatte 128 mit entsprechendem Druck festgehalten. Zeitgleich mit der Vorwärtsbewegung der Teilform 11 wird zwar auch die Haltestange 92 translatorisch verstellt, verbleibt dabei aber innerhalb der Aufnahmeöffnung 112.
Im Anschluß daran wird entsprechend dem in Fig. 16 dargestellten Betriebszustand, während der Rohling 1 mit zunächst noch geringem Druck zwischen zweiter Teilform 11 und Extrudierplatte 128 gehalten ist, die zweite Teilform 11 unter Beibehaltung der Bewegungsrichtung weiter verstellt und der Rohling 1 kommt in Berührung mit dem Drehdorn 12. In diesem Betriebszustand ist die Haltestange 92 aus der Aufnahmeöffnung 112 der Teilform 11 freigekommen. Bei um seine Längsachse drehendem Drehdorn 12 wird nunmehr unter der Einwirkung des Preßwerkzeuges 2 der Rohling 1 so verformt, daß sich sein zylindrischer Bereich axial auf dem Drehdorn 12 auszubreiten beginnt. Es wird schließlich in Anwendung dieses Fließdrückverfahrens der Endbetriebszustand gemäß Fig. 17 erreicht, in dem das fertige Fahrzeugrad W bzw. das Fahrzeugrad in die am Ende des Fließdrückverfahrens gewollten Endkontur W gebracht worden ist.
Daran anschließend wird gemäß Fig. 18 bei zunächst noch zwischen Extrudierplatte 128 und zweiter Teilform 11 gehaltenem Fahrzeugrad W die Extrudierplatte 128 vorgeschoben, damit das Fahrzeugrad W vom Drehdorn 12 freikommt. Die Führungsstange 92 dringt dabei in die Öffnung 112 der zweiten Teilform 11 wieder ein, aus dem sie vorher (Fig. 16,17) herausgekommen war. Dadurch wird die korrekte Ausrichtung der Teilform 11 gegenüber dem Drehdorn 12 gewährleistet werden, auch wenn beide Teilformen am weitesten voneinander entfernt sind.
Abschließend wird nun gemäß Fig. 19 das bisher zwischen Formteil 11 und Preßplatte 128 gehaltene Fahrzeugrad W von Spannfutter d übernommen, wobei ein weiteres entsprechendes Spannfutter d zum Einsatz kommt, die zweite Betätigungsstange 91 verstellt, um die Teilform 11 zurückzuziehen, die erste Betätigungsstange 125 wird verstellt, um die Extrudierplatte 128 zurückzuziehen, so daß das Fahrzeugrad W sowohl von der Teilform 11 als auch von der Extrudierplatte 128 freigekommen ist. Bei in der Öffnung 112 bleibender Führungsstange 92 wird mit der Teilform 11 auch die Führungsstange 92 zurückgestellt. Die Vorrichtung hat ihre Ausgangsstellung wieder erreicht.
Damit ist der Vorgang zur Herstellung eines Fahrzeugrades unter Verwendung einer bestimmten Vorrichtung bzw. Maschine im Fließdrückverfahren beschrieben, obwohl das erfindungsgemäße Verfahren auch mit anderen Vorrichtungen bzw. Maschinen durchführbar ist.
Bei der beschriebenen Vorrichtung gemäß Fig. 14 bis 19 können sich die einzelnen Bewegungen der Vorrichtungsteile, insbesondere also der Teilform 11 und der Extrudierplatte 128 überschneiden und es kann die Teilform 12 ihre einmal eingenommenen Position beibehalten und es wird allein die Teilform 11 translatorisch verstellt zusammen mit der Gegenbewegung der Extrudierplatte 128. Wenn zeitweise auch die Führungsstange 92 mit der Teilform 11 verstellt wird, so kann auch die Teilform 11 bei feststehend bleibender Führungsstange 92 verstellt werden oder es kann die Führungsstange 92 auch dazu benutzt werden, die notwendigen Bewegungen der Teilform 11 zu bewirken.
Wesentlich bei der beschriebenen Lösung ist, daß in einfacher Weise die korrekte gegenseitige Zuordnung der beiden Teilformen 11,12 gewährleistet ist. Dadurch wiederum ist es möglich, die Zuordnung des Rohlings zur Fließdrückvorrichtung gegenüber dem Stand der Technik wesentlich zu vereinfachen.
Eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung als Teil einer Fließdrückmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird nachfolgend anhand Fig. 20 bis 22 beschrieben.
In Fig. 20 kennzeichnet das Bezugszeichen 12 einen Drehdorn, der um seine Längsachse 127 drehbar und eine erste Teilvorrichtung bildet. Das Bezugszeichen 1 kennzeichnet einen Radrohling (im Zusammenhang mit der Erfindung "zu verformender Radrohling"), der durch eine Druckplatte als zweiter Teilform 11 gegenüber dem Drehdorn 12 für die Durchführung des Fließdrückverfahrens festgelegt ist, und zwar auf der äußeren Umfangsfläche des Drehdorns 12. Der Rohling 1 besteht im wesentlichen aus einem scheibenförmigen Abschnitt D, einem Speichenteil 15 und einem Felgenteil 3. Das Bezugszeichen 126 kennzeichnet die formgebende äußere Umfangsfläche des Drehdorns 12. Diese formgebende äußere Umfangsfläche 126 ist dazu bestimmt, den Felgenteil 31 des Fahrzeugrades W auszubilden. Im besonderen kennzeichnet das Bezeugszeichen 129 ein Felgenhorn, wie es an beiden Rändern des Drehdorns 12 geformt wird. Jedes Felgenhorn 129 bestimmt im wesentlichen eine Ebene vertikal zur Achse 127 des Drehdorns 12. Das Felgenhorn 129 schließt gemäß Fig. 21 einen optisch wahrnehmbaren unregelmäßig ausgebildeten Abschnitt M ein. Diese wahrnehmbare Unregelmäßigkeit kann ein Buchstabe, eine Buchstabengruppe, eine Zahl, eine Zahlengruppe, eine Kombination von Zahlen und Buchstaben oder ganz generell eine kennzeichnungsfähige Markierung sein. Sie kann Angaben, beispielsweise über die Größe des Produkts, das Herstellungsdatum usw. enthalten.
Während der Fertigung des Fahrzeugrades im Fließdrückverfahren wird der Drehdorn 12 um seine Längsachse 127 gedreht und die Drückeinrichtung 2 wirkt auf den Radrohling 3 ein, so daß der Werkstoff des Rohlings in Pfeilrichtung über die formgebende äußere Ringfläche des Drehdorns geschoben wird. Es besteht auf diese Weise durch Anwendung des Fließdrückverfahrens ein zumindest bezüglich dieses Verfahrens fertiges Fahrzeugrad W, dessen Kontur in Fig. 20 durch unterbrochene Linienzüge gekennzeichnet ist. Dabei kann die vorerwähnte Unregelmäßigkeit, beispielsweise eine Produkt bzw. Herstellerkennzeichnung im seitlichen Felgenbereich 311 angebracht werden, wie eine solche in Fig. 22 dargestellt ist.
Wird das Fließdrückverfahren mit einer Vorrichtung bzw. Maschine in der vorbeschriebenen Art durchgeführt, so kann also während des Herstellungsverfahrens und insbesondere wenn der Felgenbereich durch Zusammenwirken von Drückeinrichtung 2 und Drehdorn 12 und durch Schieben des Rohmaterials über den Drehdorn hergestellt wird, eine wahrnehmbare Produktkennzeichnung ohne zusätzliche Maßnahmen angebracht werden. Es ist also nicht mehr, wie beim Stand der Technik notwendig, solche Kennzeichnungen nachträglich durch Stempel oder andere zusätzliche Prägemittel am fertigen Produkt anzubringen. Auch die Anbringung der Kennzeichnungen während des Fließdrückverfahrens ist ein Mittel, wie die Herstellung eines Fahrzeugrades rationeller und effizienter erfolgen kann.
Es soll abschließend noch erwähnt werden, daß durch die im vorstehenden beschriebenen Ausführungsformen die Erfindung erläutert, nicht aber über die sich aus den Ansprüchen ergebende Definition hinaus eingeschränkt werden soll.

Claims

1. Fließdrückverfahren für die Herstellung eines Fahrzeugrades mit den Verfahrensschritten:

vorbereitende Herstellung eines Fahrzeugradrohlings (3), bei dem am Außenumfang einer Radscheibe einstückig das Felgenbett angeformt ist;

Ausformen des Felgenbettes (31) des Rohlings während des Drehens des Fahrzeugrohlings um seine Drehachse (127) und

Wärmebehandlung des auf diese Weise fließgedrückten Rohlings und dessen anschließende spanabhebende Bearbeitung;

gekennzeichnet durch die Ausbildung der Dicke nur der beiden Ränder des Felgenbettes (31) größer als das Fertigmaß, wobei jeder der beiden Ränder des Felgenbettes (31) einen Übergangsabschnitt (312) zwischen eigentlichem Felgenbett und einem Felgenkorn (311), sowie dieses Felgenkorn (311) bildet.

2. Fließdrückverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Fixierung eines zylindrischen Materialrohlings (1) für das Fließdrücken mit der Innenfläche (621) der in Richtung der Breite des Rohlings sich topfförmig erstreckenden Radscheibe auf der Außenseite (123) einer Form (12);

Drehen des Materialrohlings (1) für das Fließdrücken durch Drehen der Form (12) um ihre Achse (125) und

Fließdrücken des zylindrischen Materialrohlings (1) für das Fließdrücken über die Formaußenseite (123), während gleichzeitig auf die Außenseite des zylindrischen Rdhlings für das Fließdrücken mittels einer Drückvorrichtung (2) eine die Fließverformung unterstützende Druckkraft aufgebracht wird.

3. Fließdrückverfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch integrales Ausformen des im Fließdrückverfahren zu bearbeitenden zylindrischen Fahrzeugradrohlings (3) mit den Umfangsrändern (311,312) aus einem scheibenförmigen, unverformt bleibenden Teil (D), wobei der zylindrische Radrohling (3) im Zusammenwirken mit der Außenseite der Form (12) durch Fließdrücken in seine vorbestinmte Kontur gebracht wird.

4. Fließdrückverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Bildung einer Umfangsnut (316) im Bereich des Übergangs zwischen dem unverformt bleibenden Teil (D) und dem zu verformenden zylindrischen Teil des Radrohlings (3) während des Drehens des Radrohlings (3) um seine Achse (125).

5. Fließdrückverfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch den Verbleib eines Ringspaltes (S) zwischen dem zylindrischen Teil des Radrohlings (3) und der Form (12), der der Radrohling (3) zugeordnet ist, wobei die Spaltweite in der Richtung auf die Umfangskante (32) des Radrohlings (3) zunimmt.

6. Fließdrückverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (9) zwischen dem zylindrischen Teil des zu verformenden Radrohlings (3) und der Formaußenseite (123) etwa 5 - 30º beträgt.

7. Fließdrückverfahren nach zumindest einem Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Ausformung eines Umfangsrandes (32) des zylindrischen Teiles des zu verformenden Radrohlings (3) über einer höchsten Erhebung der Formaußenseite (123) der Form (12), wenn der Radrohling (3) der Form (12) zugeordnet ist.

8. Fließdrückverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7 unter Verwendung einer Fließdrückvorrichtung, die gekennzeichnet ist durch eine Form (12), auf deren Außenseite (123) ein Radrohling (3) anzuordnen ist und durch eine Drehpreßvorrichtung (2) für das Fließverformen des Radrohlings (3) entlang der Form (12) während der Radrohling (3) zusammen mit der Form (12) rotiert und die gekennzeichnet ist dadurch, daß die Form (12) in einem mittleren Bereich in einer Ebene zweigeteilt ist, die die Drehachse (127) der Form (12) schneidet, wobei in dem zwischen den beiden Formteilen (121,122) gebildeten Spalt ein Formhilfsteil (4) angeordnet ist.

9. Fließdrückverfahren nach Anspruch 8 mit einem Dorn als Fließform (12), auf dem der zu verformende Radrohling (3) anzuordnen ist;

einem Wärmebehandlungsmittel (8) zur Wärmebehandlung des zu verformenden Materialrohlings (1), das entsprechend der Dornrotation zu drehen ist und

einem Preßspatel als Preßvorrichtung (2) zum Fließdrückverformen des rotierenden zu verformenden Rohlings, so daß dieser während des Drehens entlang dem Dorn fließverformt wird.

10. Fließdrückverfahren nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizmittel (8) zum Beheizen des zu verformenden Rohlings diesen auf eine Temperatur von etwa 230 - 400 ºC aufheizt.

11. Fließdrückverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 10 mit der Anordnung des Dorns (12) zum Fließdrückverformen und einem Widerlagers (11) auf einem Fundament derart, daß die Achsen von Dorn und Widerlager gleichachsig sind und Dorn und Widerlager entlang dieser gemeinsamen Achse (125) in zwei Richtungen translatorisch verstellbar und um diese Achse drehbar sind;

einer Drückvorrichtung (2) zum Fließdrücken des zu verformenden Materialrohlings (1) mittels Dorn und Widerlager entlang einer Formfläche des Dorns in eine vorbestimmte Kontur während der Dorn rotiert und

einer Rückhaltestange (92), die in zwei Richtungen translatorisch verstellbar dem Fundament zugeordnet ist, um bezüglich der Widerlagerbewegungsrichtung verstellbar zu sein und schließlich

mit einem Rückhaltestück, das dem Widerlager so zugeordnet ist, daß das Widerlager von dem Rückhaltestück in einer hinteren Endstellung gehalten wird.

12. Fließdrückverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch die Ausbildung einer markierenden Unstetigkeit auf der Formfläche (126) des Dorns (12).

13. Fließdrückverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7 unter Verwendung eines fließdrückfähigen Materials, das enthält Si:3-6 Gew% und Mg: 0,2-0,5 Gew%.

14. Fließdrückverfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch folgende Bestandteile:

5,0-9,0 % Si; 0,15-0,4 % Mg; ≤ 0,2 % Ti; ≤ 0,3 % Fe; Al als Restgehalt oder

≤ 0,2 % Si; 2,5-5,5 % Mg; ≤ 0 2 % Ti; ≤ 0,6 % Mn und Al als Restgehalt.