DE69826234T2

DE69826234T2 - Ein hydroformierungsverfahren

Info

Publication number: DE69826234T2
Application number: DE69826234T
Authority: DE
Inventors: Peter Amborn; Alexander Mark Telford Duff
Original assignee: GKN Autostructures Ltd
Current assignee: Amborn Peter Dr-Ing 53819 Neunkirchen-Seelsch; Kipry Karl 65193 Wiesbaden De
Priority date: 1997-12-23
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2018-12-23
Also published as: DE69826234D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein fluid-formendes Verfahren.
In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich der Term "fluid-formend" zu dem grundsätzlichen Verfahren eines Deformierens eines Materials, gewöhnlicherweise in der Form eines rohrförmigen "blanks" [im Folgenden Halbzeug], durch die Anwendung eines fluidischen Druckes; das Fluid kann eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein fluidisierter Festkörper sein, beispielsweise feste Partikel, welche kollektiv als ein Fluid wirken (vgl. beispielsweise US-A-5,388,440) sein.
Auf ein fluid-formendes Verfahren, welches eine Flüssigkeit als unter Druck gesetztes Fluid verwendet, wird hierbei Bezug genommen als hydro-formend.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich, ein fluid-formendes Verfahren für eine Herstellung metallischer rohrförmiger struktureller Komponenten für eine Verwendung in der Konstruktion von Kraftfahrzeugen.
Derartige strukturelle Komponenten werden gewöhnlicherweise durch ein hydro-formendes Verfahren hergestellt, welches das Platzieren eines metallischen rohrförmigen Halbzeuges in eine Matrize umfasst, welche die erforderliche Form der fertiggestellten rohrförmigen Komponente hat, und ein Bereitstellen einer unter Druck gesetzten Flüssigkeit innerhalb des Halbzeuges, um dieses radial nach außen zu formen, damit dieses die Form, die durch die Matrize vorgegeben ist, einnimmt.
In dem hydro-formenden Verfahren ist es weiterhin bekannt, entgegengesetzte axiale Kompressionskräfte auf gegenüberliegende axiale Enden des Halbzeuges gleichzeitig mit der Anwendung der unter Druck gesetzten Flüssigkeit auszuüben, um zu unterstützen, dass das Material des Halbzeuges zu größeren radialen Entfernungen fließt. Allerdings tendiert die Reibung zwischen dem rohrförmigen Halbzeug und der Matrize zu einer Restriktion dieser begleitenden Maßnahme auf Bereiche, die benachbart zu den Enden der rohrförmigen Komponente angeordnet sind.
Es ist bekannt, dass die Durchführung des hydro-formenden Verfahrens bei erhöhten Temperaturen den Vorteil hat, dass der Materialfluss vereinfacht wird, und daher sind verschiedenste Vorschläge zur Durchführung des hydro-formenden Verfahrens bei erhöhten Temperaturen entwickelt worden.
Diese Vorschläge entsprechend dem Stand der Technik erfordern die Verwendung von besonders formulierten Flüssigkeiten und erfordern gewöhnlicherweise substantielle Modifikationen des Aufbaus der Matrize, um einen sicheren Betrieb der Matrize bei erhöhten Temperaturen zu ermöglichen.
Zusätzlich gibt es eine praktische Grenze für die maximale Temperatur, welche erhalten werden kann, wenn eine Flüssigkeit als unter Druck gesetztes Fluid verwendet wird. Grundsätzlich beträgt diese maximale Temperatur ungefähr 350°C, wenn besonders formulierte Flüssigkeiten in Form von Ölen verwendet werden.
Ähnlich sind fluid-formende Verfahren bekannt, welche fluidisierte Festkörper als das unter Druck gesetzte Fluid bei erhöhten Temperaturen verwenden, wobei diese aber wieder den Aufbau der Matrize verkomplizieren.
Ein grundsätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein fluid-formendes Verfahren bereitzustellen, welches bei erhöhten Temperaturen in Überschreitung von ungefähr 350°C durchgeführt werden kann, ohne substantielle Modifikationen der Matrize zu erfordern, um gesichert bei erhöhten Temperaturen betrieben zu werden. Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein fluid-formendes Verfahren für ein Formen einer Komponente aus einem verlängerten rohrförmigen Halbzeug mit einem deformierbaren Metall bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet die Merkmale des Anspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Bestimmte Metalle, gewöhnlicherweise als superplastische Metalle bezeichnet, werden bei erhöhten Temperaturen superplastisch, typischerweise bei 0,6–0,7 T_m (wobei T_m ein Schmelzpunkt des Metalls ist). Die Temperatur, bei der derartige Metalle superplastisch werden, wird im Folgenden als die superplastische Temperatur des Metalls bezeichnet. Wenn das Metall, aus welchem das rohrförmige Halbzeug gebildet ist, ein superplastisches Metall ist, dann wird die Deformations-Temperatur größer gewählt als die superplastische Temperatur des Metalls.
Vorzugsweise wird die axiale Kompression an gegenüberliegenden axialen Enden mittels eines Paares von hydraulisch angetriebenen Kolben aufgebracht; die Verschiebung und die Kompressionskraft, welche auf die Kolben aufgebracht werden, sind steuer- oder regelbar.
Vorzugsweise ist das Metall, aus welchem die Komponente gebildet ist, ein Aluminium, eine Aluminium-Legierung oder eine Magnesium-Legierung. In einem derartigen Fall beträgt die Deformations-Temperatur eines solchen Metalls insbesondere zwischen 400 und 600°C, vorzugsweise zwischen 420–500°C.
Für eine Aluminium-Legierung der 5000- und 6000-Serie beträgt die bevorzugte Temperatur ungefähr 450°C.
Vorzugsweise beinhaltet das Verfahren weiterhin den Schritt einer Durchführung eines nachfolgenden hydro-formenden Arbeitsgangs an dem verformten Halbzeug, wobei der nachfolgende hydro-formende Arbeitsgang durchgeführt wird unter Verwendung eines kalten Fluides, vorzugsweise einer Flüssigkeit, um das Halbzeug zu den endgültigen Dimensionen und der Form der Komponente zu deformieren. Vorzugsweise kann das Metall, aus dem das rohrförmige Halbzeug gemacht ist, kaltverfestigt werden.
Der nachfolgende hydro-formende Arbeitsgang kann an dem deformierten Halbzeug in derselben Matrize unmittelbar nach der Deformation durch das unter Druck gesetzte Gas durchgeführt werden.
Alternativ kann der nachfolgende hydro-formende Arbeitsgang in einer anderen Matrize durchgeführt werden, wobei die andere Matrize dieselbe oder eine andere Form hat als die Matrize, in welcher der erste fluid-formende Arbeitsgang durchgeführt wird.
Im Folgenden werden zahlreiche Aspekte der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine diagrammartige Darstellung von einem ersten fluid-formenden Arbeitsgang entsprechend einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine diagrammartige Darstellung von einem nachfolgenden fluid-formenden Arbeitsgang ist, welcher dem in 1 dargestellten Arbeitsgang folgt;
3 zwei Graphen zeigt, wobei Graphen A und B Reibungsverluste und verfügbaren Materialfluss entlang einer rohrförmigen Komponente vergleichen;
4 eine diagrammartige perspektivische Ansicht eines rohrförmigen Halbzeuges ist, welches ein fluid-formendes Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durchläuft;
5 eine diagrammartige geschnittene Ansicht eines rohrförmigen Halbzeuges gemäß 4 ist.
In 1 ist eine hydro-formende Matrize 10 dargestellt, welche eine Ausnehmung 11 in einer gewünschten Form besitzt. Ein rohrförmiges Halbzeug 14 aus einem geeigneten Metall ist innerhalb der Matrize 10 angeordnet.
Das Metall ist vorzugsweise ein Tiefzieh-Metall, d. h. das Metall weist die gewünschten Fließ- und Dehn-Charakteristika auf, um zu einer gewünschten Form gezogen oder gedehnt zu werden. Ein geeignetes Metall ist eine Aluminium-Legierung einer 5000- oder 6000-Serie.
Ein Paar hydraulisch angetriebener Kolben 18, 19 sind an gegenüberliegenden axialen Enden des rohrförmigen Halbzeuges 14 angeordnet, wobei jeder Kolben 18, 19 einen Widerlager-Kopf 20 für ein Angrenzen an die gegenüberliegenden axialen Enden des Halbzeuges 14 besitzt.
Ein Kontakt zwischen den Widerlager-Köpfen 20 und den axialen Enden des Halbzeugs 14 dient zur Abdichtung des Inneren des Halbzeuges 14.
Eine Quelle 30 für ein unter Druck gesetztes, erhitztes Gas wird bereitgestellt. Die Quelle 30 kommuniziert mit der inneren Bohrung 16 des rohrförmigen Halbzeuges 14 über eine Leitung 31, welche beispielsweise durch den Widerlager-Kopf 20 des Kolbens 19 verläuft. Ein Gasfluss entlang Leitung 31 wird beispielsweise durch ein Ventil 32 gesteuert oder geregelt.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Gas um Luft, aber andere geeignete Gase so wie Nitrogen, Helium oder Argon können ebenfalls eingesetzt werden.
Im Betrieb wird das rohrförmige Halbzeug 14 auf eine vorbestimmte Deformations-Temperatur erhitzt und das Gas wird bei einem Druck, welcher vorzugsweise kleiner ist als ungefähr 85 bar, wenn das Metall ein Aluminium, eine Aluminium-Legierung oder eine Magnesium-Legierung ist, in das Innere des rohrförmigen Halbzeuges geliefert. Die Deformations-Temperatur, auf welche das Rohr erhitzt wird, wird derart gewählt, dass sie hoch genug ist, um zu ermöglichen, dass der Druck, welcher durch das Gas ausgeübt wird, Deformationen des metalischen rohrförmigen Halbzeuges hervorruft. Der Gasdruck und Temperaturparameter werden derart gewählt, dass eine Zug- oder Dehn-Deformation des metallischen rohrförmigen Halbzeuges in einer relativen kurzen Zeitperiode, vorzugsweise weniger als 5 Minuten, typischerweise weniger als ungefähr 2 Minuten, auftritt.
Die obere Grenze von ungefähr 85 bar wird aus Sicherheitsgründen gewählt; es ist vorstellbar, dass höhere Gasdrücke verwendet werden können, beispielsweise wenn das rohrförmige Halbzeug aus anderen Metallen so wie Stahl hergestellt ist.
Die Deformationstemperatur für Aluminium, Aluminium-Legierungen oder Magnesium-Legierungen wird zwischen ungefähr 350°C und weniger als die Schmelztemperatur gewählt. Wenn das Material ein superplastisches Metall ist, ist die Deformations-Temperatur vorzugsweise kleiner als die plastische Temperatur des Metalls, aus welchem das Halbzeug gebildet ist.
Für den Fall, dass das Metall ein Aluminium, eine Aluminium-Legierung oder eine Magnesium-Legierung ist, wird die Deformations-Temperatur des Metalls insbesondere innerhalb des Bereiches von 400–600°C gewählt, vorzugsweise zwischen 400–500°C oder zwischen 420 und 500°C. Für eine Aluminium-Legierung der 5000- oder 6000-Serie ist die bevorzugte Deformations-Temperatur ungefähr 450°C.
Der Deformationsdruck des Gases, der in dem Fall, dass das Metall ein Aluminium, eine Aluminium-Legierung oder eine Magnesium-Legierung ist, verwendet wird, beträgt insbesondere zwischen 30 bis 80 bar und vorzugsweise zwischen 30 bis 40 bar. Für eine Aluminium-Legierung der 5000- oder 6000-Serie ist der bevorzugte Deformationsdruck ungefähr 35 bar.
In dem Fall, dass das Metall ein HSLA- (d. h. hohe Festigkeit, niedrige Legierung)-Stahl ist, wird die Deformations-Temperatur zwischen 500–720°C gewählt und der Deformationsdruck des Gases beträgt vorzugsweise ungefähr 100 bar. Für ferritische/perlitische Stähle, beispielsweise Karbon-Mangan-Stähle, beträgt die Temperatur vorzugsweise 500–720°C oder oberhalb ungefähr 900°C.
Während das Gas in das Innere des rohrförmigen Halbzeuges 14 von der Quelle 30 geliefert wird, werden die Kolben 18, 19 vorzugsweise beaufschlagt, um eine gewünschte Kompressionskraft auf die axialen Enden des Halbzeugs 14 aufzubringen. Die Kolben 18, 19 werden gesteuert oder geregelt, um die gewünschte Größe der Kompressionskraft bereitzustellen und um ebenso die Verschiebung der Widerlager-Köpfe 20 in axialer Richtung zu begrenzen.
Während des Deformations-Arbeitsgangs, welcher durch den kombinierten Effekt des unter Druck gesetzten Gases und der Kolben 18, 19 herbeigeführt ist, wird das metallische Halbzeug radial nach außen deformiert mittels ziehender oder dehnender Aktion und deformiert bis in Kontakt mit den umgebenden Wandungen der Matrize 10. Der Betrag, um den die Kolben 18, 19 während des Deformations-Verfahrens verschoben werden, wird gesteuert oder geregelt, um zu gewährleisten, dass ausreichend Metall in die nach außen deformierten Bereiche fließt, um eine gewünschte Wandstärke zu gewährleisten. Beispielsweise kann die Wandstärke derart aufrechterhalten werden, dass diese substantiell dieselbe ist wie die des Restes des rohrförmigen Halbzeuges, welcher keiner radialen Deformation unterzogen wurde, d. h. eine Verringerung der Wandstärke wird vermieden. Wenn ausreichende Kompressionskraft durch die Kolben 18, 19 ausgeübt wird, dann kann die Wandstärke der radial deformierten Bereiche gegenüber den Bereichen, die nicht deformiert werden, vergrößert werden.
Mit einer Vervollständigung des Deformations-Arbeitsgangs wird die Gasversorgung von der Quelle 30 gestoppt.
Ein Vorteil des Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung ist das Vermögen, den axialen mechanischen Druck, der durch die Kolben 18, 19 aufgebracht wird, zu verwenden, um die radiale Deformation des rohrförmigen Halbzeuges 14 bei zentralen Bereichen entlang der Länge des rohrförmigen Halbzeuges 14 zu unterstützen.
Dies ist möglich, da die Reibung zwischen dem rohrförmigen Halbzeug 14 und der Matrize 10 substantiell verringert wird, wenn ein Gas von dem Deformationsdruckmedium bei den Drücken, die für die vorliegende Erfindung definiert sind, verwendet wird.
Dies wird schematisch demonstriert in den Graphen A und B gemäß 3. In beiden Graphen A und B repräsentiert die gestrichelte Linie ein rohrförmiges Halbzeug, welches entsprechend der vorliegenden Erfindung deformiert wird, und die durchgezogene Linie repräsentiert ein rohrförmiges Halbzeug, welches entsprechend einem konventionellen hydro-formenden Verfahren, in dem eine Flüssigkeit als unter Druck gesetztes Medium verwendet wird, deformiert wird. Bei derartigen Prozessen beträgt der Druck der Flüssigkeit typischerweise 400–2000 bar und kann bis zu 6000 bar erreichen.
Ein Mittelpunkt entlang der Achse der Komponente ist dargestellt mittels der vertikalen Geraden M. In Graph A sind die Reibungsverluste über der Länge entlang der Komponenten-Achse dargestellt.
Wie in Graph A ersichtlich sind die Reibungsverluste entlang der Länge des rohrförmigen Halbzeuges 14 substantiell größer in einem konventionellen hydro-formenden Verfahren, welches eine Flüssigkeit verwendet, als die Reibungsverluste, welche mit dem Verfahren entsprechend der Erfindung festgestellt wurden.
Graph B zeigt den Materialfluss (welcher herbeigeführt wird mittels der aufgebrachten axialen Kompression der Kolben 18, 19) über der Länge entlang der Komponentenachse.
Es ist ersichtlich, dass als ein Ergebnis von den Reibungsverlusten, welche in dem konventionellen hydro-formenden Verfahren unter Verwendung einer Flüssigkeit festgestellt wurden, es einen substantiell kleinen oder keinen verfügbaren Materialfluss in der Nähe des Mittelpunktes M entlang der Komponente gibt, während mit der vorliegenden Erfindung eine signifikante Menge von Materialfluss verfügbar ist.
Diese Erhöhung der Verfügbarkeit von Materialfluss, welche verursacht wird durch axial aufgebrachte Kräfte, ermöglicht es, größere radiale Deformationen mit dem Verfahren der Erfindung in den zentralen Bereichen des rohrförmigen Halbzeuges 14 zu erhalten als die Deformationen, die mit konventionellen hydro-formenden Verfahren möglich sind, die eine Flüssigkeit als unter Druck gesetztes Fluid verwenden.
In den 4 und 5 ist der Materialfluss während der ziehenden/dehnenden Deformation des rohrförmigen Halbzeuges diagrammartig dargestellt.
In 4 ist die axiale Kompression mit den Pfeilen AC bezeichnet. Diese axiale Kompression verursacht zusammen mit dem intern aufgebrachten Druck des unter Druck gesetzten Gases, dass das Halbzeug 14 radial nach außen in dem Bereich 114 deformiert wird. Diese Deformation verursacht, dass das Material fließt, und ruft eine Verdünnung/Verdickung der Wandstärke des Bereiches 114 und des Restes des Halbzeuges 14 hervor.
In dieser Hinsicht ruft in Zone 1 die axiale Kompression AC eine einachsige Kompression hervor und gewährleistet so möglicherweise eine Wandungsverdickung.
In der Zone 2 unterläuft das Material einer Dehnung in Umfangsrichtung und einer radialen Fütterung von Material, welches durch die aufgebrachte axiale Kompression AC mitgebracht wird. Dieses ruft möglicherweise eine Materialverdünnung hervor.
In Zone 3 ruft eine fortgesetzte axiale Kompression AC, nachdem das Material seine extreme radiale Position erreicht hat, möglicherweise eine Materialverdickung hervor.
Typischerweise ist die Axialkraft, die von den Kolben 18, 19 aufgebracht wird, für ein Rohr mit einem Durchmesser von ungefähr 70 mm und einer Wandstärke zwischen 2–5 mm kleiner als ungefähr 5 Tonnen. Diese Kraft ist in Überschuss der axialen Gegenkraft, welche durch das unter Druck gesetzte Gas auf die Kolben aufgebracht wird.
Sofern das Deformations-Verfahren bei einer erhöhten Temperatur aufgetreten ist, ist es möglich, dass das deformierte Halbzeug 114, welches nun in einer Form wie durch die Matrize 10 vorgegeben vorliegt, schrumpft, wenn es abkühlt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es vorstellbar, dass ein nachfolgender hydro-formender Arbeitsgang durchgeführt wird, damit das abgekühlte deformierte Halbzeug 114 weiter deformiert wird, um eine gewünschte Form und Dimensionen der endgültigen Komponente zu erhalten. Dieses ist diagrammartig in 2 dargestellt.
In 2 wird angenommen, dass das deformierte Halbzeug 114 mit der Abkühlung geschrumpft ist und noch innerhalb der Matrize 10 angeordnet ist. Eine Quelle 50 einer kalten Flüssigkeit wird bereitgestellt, welche mit dem Inneren des deformierten Halbzeuges 114 kommuniziert, gewöhnlich durch einen Zweig 131 zur Leitung 31. Ein Ventil 134 wird bereitgestellt, um den Fluss der Flüssigkeit entlang des Zweiges 131 zu steuern oder zu regeln.
Kalte Flüssigkeit wird unter Druck zu dem Inneren des deformierten Halbzeuges 114 geliefert und verursacht derart, dass das deformierte Halbzeug 114 in die gewünschte Form und Dimensionen, die durch die Matrize 10 vorgegeben werden, kaltverformt wird. Die Temperatur der kalten Flüssigkeit liegt insbesondere zwischen 10 und 80°C, vorzugsweise beträgt diese ungefähr 20°C.
Vor der Anwendung der kalten Flüssigkeit kann das Innere des deformierten Halbzeuges 114 mit einem kühlenden Fluid gereinigt werden, welche das Halbzeug 114 kühlt. Allerdings kann die kalte, unter Druck gesetzte Flüssigkeit selbst (teilweise oder allein) als kühlendes Fluid wirken.
Es ist weiterhin möglich, dass das deformierte Halbzeug von der Matrize 10 entfernt werden kann und in eine andere Matrize eingesetzt werden kann, in welcher der nachfolgende, hydro-formende Arbeitsgang ausgeführt wird. Die andere Matrize kann dieselbe oder eine andere innere Form aufweisen als die Matrize 10.
Der nachfolgende hydro-formende Arbeitsgang kann verwendet werden, um ein Härten durch Kaltverformung des deformierten metallischen Halbzeuges 114 hervorzurufen.
In dieser Hinsicht kann die Größe der Ausnehmung der Matrize, in welcher der nachfolgende hydro-formende Arbeitsgang auftritt, um eine gewünschte Menge größer gewählt werden als das deformierte Halbzeug, um zu gewährleisten, dass die Menge der Dehnung des deformierten Halbzeuges 114 während des nachfolgenden hydro-formenden Arbeitsgangs ausreichend groß ist, um die gewünschte Menge einer Härtung durch Kaltverformung zu erhalten. Vorzugsweise beträgt die Dehnung, welche das Metall des deformierten Halbzeuges 114 während des nachfolgenden hydro-formenden Arbeitsgangs erfährt, ungefähr 5–15%, insbesondere ungefähr 10–15%.
Die Verwendung eines Gases bei niedrigem Druck entsprechend der vorliegenden Erfindung ist dahingehend vorteilhaft, dass der Zeitzyklus für das fluid-formende Verfahren relativ kurz ist, da das unter Druck gesetzte Gas eine geringe Wärmekapazität hat und daher das Gas schnell erhitzt und abgekühlt werden kann. Daher kann die Matrize für ein Entfernen des deformierten Halbzeuges nach einer kürzeren Zeitspanne geöffnet werden als bei Verfahren, welche erwärmte Fluide verwenden, die eine größere Wärmekapazität haben, wie Fluide oder verflüssigte Festkörper.
Gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann das unter Druck gesetzte Gas auf eine erhöhte Temperatur erwärmt werden und verwendet werden, um das rohrförmige Halbzeug 14 bis auf die Deformations-Temperatur zu erwärmen.
Es ist vorstellbar, dass das rohrförmige Halbzeug 14 durch andere Heizmittel als das unter Druck gesetzte Gas auf seine Deformations-Temperatur erwärmt wird.
Beispielsweise kann die Matrize 10 durch einen elektrischen Heizer oder mittels eines geheizten Fluides erwärmt werden, um das rohrförmige Halbzeug zu erwärmen.
Alternativ kann das rohrförmige Halbzeug 14 in einer Matrize 10 mit einer Ausnehmung mit einem elektrisch und wärmeisolierenden Material, so wie Keramik, angeordnet sein und direkt erwärmt werden mit Erwärmungsmitteln wie elektrische Induktion.
Die Verwendung einer isolierten Matrize ist vorteilhaft, da die Matrize eine geringe oder keine Abkühlung für die Durchführung eines nachfolgenden kalten hydro-formenden Arbeitsgangs erfordert.
Das unter Druck gesetzte Gas, welches zu dem rohrförmigen Halbzeug, welches erwärmt wird mit den anderen Mitteln, die oben beispielhaft angegeben sind, geliefert wird, kann in heißem oder kaltem Zustand geliefert werden. Wenn dieses kalt geliefert wird, hat das Gas einen geringen Kühlungseffekt auf das erwärmte rohrförmige Halbzeug 14 infolge der geringen Wärmekapazität des Gases.
Eine weitere Alternative ist es, das unter Druck gesetzte Gas innerhalb des rohrförmigen Halbzeuges zu generieren. In dieser Hinsicht ist es vorstellbar, dass das Halbzeug 14 zu seiner Deformations-Temperatur innerhalb der Matrize 10 erwärmt wird und abgedichtet wird. Wasser wird in das Innere des rohrförmigen Halbzeuges 14 injiziert und generiert Dampf. Die Menge des in das Innere des Rohres 14 injizierten Wassers wird derart gewählt, dass diese ausreichend ist, um Dampf mit einem gewünschten Deformationsdruck zu erzeugen.

Claims

Ein hydro-formendes Verfahren für das Formen einer Komponente aus einem länglichen rohrförmigen Halbzeug mit einem deformierbaren Metall, welches ein Plazieren des Halbzeuges in einer Matrize und ein Abdichten gegenüberliegender Enden des rohrförmigen Halbzeuges, ein Erwärmen des Halbzeuges auf eine vorbestimmte Deformations-Temperatur, ein Bereitstellen eines Gases bei einem vorbestimmten Druck im Inneren des abgedichteten rohrförmigen Halbzeuges und ein Aufbringen einer axialen Kompression an gegenüberliegenden axialen Enden des rohrförmigen Halbzeuges bei gleichzeitiger Bereitstellung des unter Druck gesetzten Gases, um eine Deformation des rohrförmigen Halbzeuges in vorbestimmten Bereichen hervorzurufen, beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Deformations-Temperatur größer ist als 350°C aber kleiner als der Schmelzpunkt des Metalls und dass der Deformationsdruck des Gases so gewählt wird, dass dieser Reibungsverluste zwischen dem rohrförmigen Halbzeug und der Matrize nicht signifikant erhöht, um die Steuerung oder Regelung der Wandstärke der deformierten Bereiche durch das Aufbringen des axialen Druckes zu ermöglichen, und auch derart gewählt wird, dass eine Deformation durch Ziehen oder Dehnen des Metalls des rohrförmigen Halbzeuges innerhalb einer Zeitspanne von 5 Minuten erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Kompression ausreichend groß ist, um eine Verringerung der Wandstärke des deformierten Bereiches zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Kompression hinreichend groß ist, um eine Vergrößerung der Wandstärke in dem deformierten Bereich zu erzielen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall, aus welchem die Komponente gebildet ist, ein Aluminium, eine Aluminium-Legierung oder eine Magnesium-Legierung ist und dass die Deformations-Temperatur des genannten metallischen Halbzeuges insbesondere in dem Bereich von 400–600°C, vorzugsweise zwischen 400 und 500°C liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Deformationsdruck des Gases kleiner als ungefähr 85 bar gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall, aus welchem die Komponente gebildet ist, Stahl ist und die Deformations-Temperatur des metallischen Halbzeuges zwischen 500–720°C beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Deformationsdruck des Gases kleiner als ungefähr 100 bar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das unter Druck gesetzte Gas Luft, Nitrogen, Argon oder Helium ist, welches zu dem metallischen Halbzeug von einer abgelegenen unter Druck gesetzten Quelle des genannten Gases geliefert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das unter Druck gesetzte Gas Dampf ist, welcher durch Injizierung von Wasser in eine Ausnehmung, welche in dem metallischen Halbzeug gebildet ist, erzeugt wird, wenn dieses auf die Deformations-Temperatur erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall ein superplastisches Metall ist und die Deformations-Temperatur kleiner gewählt wird als die plastische Temperatur des Metalls.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches weiterhin den Schritt eines nachfolgenden hydro-formenden Arbeitsgangs an dem deformierten Halbzeug aufweist, wobei der nachfolgende hydro-formende Arbeitsgang unter Verwendung eines kalten Fluides ausgeführt wird, um das Halbzeug in die endgültigen Dimensionen und Form der Komponente zu verformen.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das kalte Fluid eine Flüssigkeit ist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der nachfolgende hydro-formende Arbeitsgang an dem deformierten Halbzeug in derselben Matrize und unmittelbar nach der Deformation durch das unter Druck gesetzte Gas durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der nachfolgende hydro-formende Arbeitsgang in einer anderen Matrize als die Matrize, in der die Deformation durch das Gas aufgetreten ist, durchgeführt wird, wobei die andere Matrize dieselbe oder eine andere Form hat als die Matrize, in welcher der erste hydro-formende Arbeitsgang durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der nachfolgende hydro-formende Arbeitsgang mit dem deformierten Halbzeug zur Erzielung einer ausreichenden Dehnung durchgeführt wird, um das Metall durch Kaltverformung zu härten.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausmaß der Dehnung zwischen 5–15% liegt.