EP1534443A1 - Verfahren zur herstellung von strukturbauteilen aus einem strangpressprofil - Google Patents

Verfahren zur herstellung von strukturbauteilen aus einem strangpressprofil

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EP1534443A1
EP1534443A1 EP03702561A EP03702561A EP1534443A1 EP 1534443 A1 EP1534443 A1 EP 1534443A1 EP 03702561 A EP03702561 A EP 03702561A EP 03702561 A EP03702561 A EP 03702561A EP 1534443 A1 EP1534443 A1 EP 1534443A1
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EP
European Patent Office
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production
hot
extruded profile
profile
structural components
Prior art date
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EP03702561A
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English (en)
French (fr)
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EP1534443B1 (de
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Karl-Heinz Lindner
Alf Birkenstock
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WKW AG
Original Assignee
Erbsloeh AG
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Publication date
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Publication of EP1534443B1 publication Critical patent/EP1534443B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/02—Making uncoated products
    • B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
    • B21C23/08—Making wire, bars, tubes
    • B21C23/12—Extruding bent tubes or rods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C35/00—Removing work or waste from extruding presses; Drawing-off extruded work; Cleaning dies, ducts, containers, or mandrels
    • B21C35/02—Removing or drawing-off work
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49616—Structural member making
    • Y10T29/49622—Vehicular structural member making

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of structural components from an extruded profile, in particular consisting of aluminum (Al), magnesium (Mg), or their alloys, which after emerging from the die of the extrusion press for the purpose of forming it as a straight or curved (rounded) Profile is guided by one or more guide tools, after which an end section is cut off with a cutting tool and fed to one or more further processing stations in succession.
  • an extruded profile in particular consisting of aluminum (Al), magnesium (Mg), or their alloys
  • an essential proposal according to the present invention is that after a section of the extruded profile has been cut off by means of a separating tool, the extruded profile in the hot state is fed to a hot-forming process by means of gripping tools. This step ensures that the heat of the hot strand is retained for the downstream hot-forming process, components which are ready for installation being able to be produced as a result of this hot-forming process.
  • the working window that is suitable for the forming temperature can be realized with optimal forming capacity for aluminum or magnesium or for aluminum / magnesium alloys without additional energy expenditure or without great energy expenditure, for example by cooling the workpiece.
  • a particular advantage of the method according to the invention is that it offers the possibility of accepting lower accuracy requirements with regard to the contour of the extruded profile, since the hot-forming step can simultaneously be used for calibration in order to achieve the exact shape of the finished structural component.
  • An additional advantage of the method according to the invention is that by including the Process step of hot forming an increase in added value is made possible by the fact that in the same process step further design features of the end product can be realized such as the introduction of holes, the creation of small shapes or the like.
  • the extrusion speed can be increased, making it possible to use the extrusion system, which is expensive to purchase.
  • Al and Mg semi-finished parts are connected to one another by means of friction stir welding to form new structural components. This can expediently take place in a welding and machining center, which is arranged after the hot curing process that follows the hot-forming process.
  • the joining of Al and Mg components by gluing can be considered. It should be noted here that the adhesive components after hot forming process are applied so that the final strength is achieved in the subsequent heat curing.
  • the forming process is that the extruded profiles are processed further in an IHU step (hydroforming).
  • the associated high tool costs often speak against the use of the IHU process, which is desirable because of its accuracy.
  • the IHU is always designed as a cold forming process for calibrating AI components; Mg components, on the other hand, are advantageously a hot-forming process. In this way, the formation of an unfavorable hexagonal metal grid structure is avoided for the first time.
  • Forging should be considered as a much cheaper forming process; a hot stamping step is also possible, which is more accurate than forging. A sequential sequence of both methods may also be advantageous.
  • the hot forming process also includes a calibration step which, for example, follows the forging.
  • the hot forming temperature or, before other processing stations the processing temperature is set by cooling the workpiece to the optimum temperature for the respective alloy of the workpiece to be produced.
  • this advantageously means the setting of a hot forming temperature of 180 ° C to 400 ° C. preferably 225 ° to 280 ° C.
  • a suitable temperature for hot forming after extrusion is below 200 ° C.
  • the cooling of the extruded profile is expediently to be carried out in such a abrupt manner that there are no Mg 2 Si precipitates in a temperature range from 520 ° C. to 200 ° C.
  • the subsequent hot-forming step must then be carried out in the shortest possible time in order to utilize the full formability of this material here, too, before the material is hardened by Mg 2 Si precipitates.
  • the hot forming temperature between 300 ° C and 600 ° C, preferably between 400 ° C and set 520 ° C; If an embossing step is provided, it is expedient to set the forming temperature rather at the upper limit of the temperature range mentioned, that is to say close to 600 ° C.
  • further processing stations can be connected to the hot forming process in the processing of Al and Mg structural components, preferably hot curing in the heating furnace and then various mechanical processing stations, the workpiece being able to be cooled in an upstream cooling zone before the hot curing.
  • the cooling zone can also be provided before the hot forming process. This applies in particular to the processing of hardenable wrought aluminum alloys. As already expressed above, this is about avoiding undesirable structural hardening by Mg 2 Si precipitates.
  • the guiding robots have a guiding device which is movable in a plane perpendicular to the pressing plane and / or rotatable about its longitudinal axis. It is used to deform the extruded profile within a plane with a constant or variable radius and to twist the profile around its longitudinal axis.
  • the cycle times with which the process and processing steps follow one another are significantly adapted to the respective extrusion speed. Accordingly, the invention provides that for the production of Al structural components after extrusion, a multiplication, e.g. a doubling of the manufacturing chain required for Mg structural components is established. This results as a result of significantly higher extrusion speeds for aluminum components (up to 25 m / min) compared to magnesium components (up to 1.5 m / min).
  • the invention provides that at least one guide robot is path-controlled depending on the press path of the extruded profile and the respective curvature profile, the press path being attached directly to the emerging strand by means of a robot on the guide robot Sensor device can be measured.
  • the extruded profile is deformed by the guide robot and expediently supported by a handling robot in order to be finally cut to length by a cutting robot.
  • an outlet table can also be sufficient for support.
  • only one guide robot may be required for the manufacturing process according to the invention, which takes over the rounding of the extrusion profile emerging straight from the extrusion press and simultaneously supports it.
  • straight as well as arbitrarily curved components can be produced.
  • at least two guide robots are useful.
  • Robot technology requires a particularly large effort for the production of spatially rounded extruded profiles with variable curvature.
  • at least two spatial axes and the angle of rotation must be numerically controlled.
  • the three-dimensionally curved extruded profile can no longer be placed on an outlet table, but must be supported in the room by two or more handling robots in such a way that undesired deformation of the still soft extruded profile is avoided.
  • Two exemplary embodiments of the production chain proposed according to the invention are described below.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a production chain for an AI structural component
  • Fig. 2 shows a block diagram of a manufacturing chain for a Mg structural component.
  • an extrusion press 1 is followed by one or more guide robots 2, which are controlled by means of a path controller 4.
  • the guide robots 2 have guide devices, e.g. in the form of roller cages which guide or support the extruded profile extruded from the extruder 1 and - in the case of a rounded profile - deform with a constant or variable curvature in one plane or in space.
  • guide devices e.g. in the form of roller cages which guide or support the extruded profile extruded from the extruder 1 and - in the case of a rounded profile - deform with a constant or variable curvature in one plane or in space.
  • up to three handling robots 3 may be required, which grasp the profile, support it, and finally on one, without exerting any deformation forces pass on the subsequent cutting robot 5, which is provided with a cutting tool, for example in the form of a circular saw, which cuts the extrusion profile during a brief interruption of the extrusion process.
  • a cutting tool for example in the form of a circular saw, which cuts the extrusion profile during a brief interruption of the extrusion process.
  • a flying saw that cuts the extrusion profile without interrupting the extrusion process, by moving it together with the separating robot to which it is attached, with the extrusion profile.
  • a plurality of moving handling robots 3 are required, which are controlled in such a way that they can be returned to a starting position when an end position is reached, so that preferably two handling robots 3 always attack the extrusion profile, while a third handling robot 3 is implemented.
  • the separated extrusion profile is taken over by a handling robot 3, which either either directly processes the hot-forming process 8 or upstream of it.
  • th cooling zone 9 supplies Fig. 1).
  • the finished molded structural component is in turn subjected to the process step of heat curing 10 via handling robots 3 or another transport device before it is fed to a downstream processing center, for example by means of further handling robots 3.
  • AI structural component according to FIG. 1 is to be connected to further Mg modules, this is done either by gluing 7 before the heat curing 10 or in a welding and processing center 11 for friction stir welding of Al-Mg modules. Another machining operation can take place in a conventional machining center 12. Only then can the finished structural component be delivered to the dispatch 13.
  • the cooling zone 9 shown in dashed lines in FIG. 1 is only required for special materials in which abrupt cooling before the hot-forming process 8 is unavoidable, as is the case, for example, with hardenable wrought aluminum alloys (Al-Mg-Si alloys). With these alloys, it is important to avoid hardening by Mg 2 Si precipitates in a temperature range from 520 ° to 200 ° C.
  • the inert gas atmosphere comprises all manufacturing steps vo exit from the extrusion press 1 to the entrance to the hot forming process 8.
  • a cooling zone 9 can be connected to the hot forming process 8, which serves to accelerate the process sequence, i.e. enables a faster feeding of the extruded profile to the subsequent curing in the heating furnace 10.
  • Such a cooling zone 9 is of course also conceivable in connection with the process control according to FIG. 1.
  • the component can be connected to other components or modules by gluing 7 before the thermosetting 10.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Extrusion Of Metal (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung von Strukturbauteilen aus einem Strangpressprofil, insbesondere bestehen aus A1, Mg oder deren Legierungen, welches nach dem Austreten aus der Matrize der Strangpresse (1) zum Zwecke seiner Ausformung als gerades oder bogenförmiges (gerundetes) Profil von einem oder mehreren Führungswerkzeugen (2) geführt wird, wird ein Endabschnitt mit einem Trennwerkzeug abgetrennt und im heissen Zustand mittels Greifwerkzeugen einem Warmumformprozess (8) und einer oder mehreren weiteren Bearbeitungsstationen nacheinander zugeführt.

Description

Verfahren zur Herstellung von Strukturbauteilen aus einem Strangpreßprofil
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Strukturbauteilen aus einem Strangpreßprofil, insbesondere bestehend aus Aluminium (AI) , Magnesium (Mg) , oder deren Legierungen, welches nach dem Austreten aus der Matrize der Strangpresse zum Zwecke seiner Ausformung als gerades oder bogenförmiges (gerundetes) Profil von einem oder mehreren Führungswerkzeugen geführt wird, wonach ein Endabschnitt mit einem Trennwerkzeug abgetrennt und einer oder mehreren weiteren Bearbeitungsstationen nacheinander zugeführt wird.
Ein derartiges Verfahren ist in der Fachwelt, z.B. auf dem Gebiet der PKW-Herstellung, bekannt. Das im Automobilbau bekannte Space-Frame-Konzept verwendet derartige Strangpreßprofile aus Aluminium sowohl als gerade Profile als auch in Form gerundeter Profile. Ein Herstellungsverfahren hierfür ist beispielsweise in der europäische Patentschrift EP 0706843 Bl beschrieben.
Mit wachsender Bedeutung des Leichtbaus bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugen werden neben Aluminiumprofilen zunehmend auch solche aus dem Werkstoff Magnesium oder aus Legierungen der beiden Werkstoffe, z.B. AlMgSi, AlZnMg, MgAl3Znl (AZ 31) oder MgMn2 (AM 503) eingesetzt. Bei der Herstellung von Strukturbauteilen aus den genannten Werkstoffen treten nicht unerhebliche Probleme auf, die insbesondere zu tun haben mit den herstellungsbedingten Querschnittsdeformationen bei gebogenen Strangpreßprofilen sowie deren Rückfederung, die schwer beherrschbar ist und daher bei der Weiterverarbeitung zusätzliche Kosten verur- sacht, z.B. wenn eine automatisierte Fertigung angestrebt wird. Bei nachfolgenden Bearbeitungsvorgängen, wie Spanen oder Fügen, werden häufig Eigenspannungen derartiger Strangpreßprofile freigesetzt, die nur schwer beherrschbar sind und die Einhaltung der erforderlichen Genauigkeit in Frage stellen.
Gesucht ist daher ein neues Fertigungskonzept, bei welchem ausgehend vom Strangpreßverfahren Strukturbauteile mit besonders hoher Genauigkeit hinsichtlich der Abmessung des Profilquerschnitts und ggf. ihrer Krümmung bei gleichzeitiger Absenkung der Kosten bzw. vertretbar niedriger Kostensteigerung herstellbar sind.
Um den technischen Anforderungen zu genügen wurde bereits vorgeschlagen, eine Kalibrierung der Kontur und des Querschnitts mittels Innenhochdruckumformung (IHU) des Strangpreßprofils vorzunehmen. Nachteilig sind hierbei allerdings die extrem hohen Werkzeugkosten.
Andererseits ist es schwierig oder sogar unmöglich, zumindest aber mit unvertretbar hohem Aufwand verbunden, Strangpreßprofile mit der für das Endprodukt erforderlichen Genauigkeit direkt, d.h. als unmittelbares Ergebnis des Strangpreßprozesses herzustellen.
Auch nach dem bekannten Verfahren der direkten Rundung des Strangpreßprofils beim Austritt aus der Matrize durch Ausüben einer gesteuerten Querkraft zum Biegen des Profils bereitet die Erzielung der erforderlichen Konturtreue besonders bei dreidimensionalen Profilen mit variabler Krümmung kaum überwindbare technische Schwierigkeiten. Demgegenüber besteht ein wesentlicher Vorschlag gemäß der vorliegenden Erfindung darin, daß nach dem Abtrennen eines Abschnitts des Strangpreßprofils mittels eines Trennwerkzeugs das Strangpreßprofil im heißen Zustand mittels Greifwerkzeugen einem Warmumformprozeß zugeführt wird. Mit diesem Schritt wird erreicht, daß die Wärme des heißen Stranges für den nachgeschalteten Warmumformprozeß erhalten bleibt, wobei als Ergebnis dieses Warmumformprozesses einbaufertige Komponenten herstellbar sind. Dabei kann das je nach Werkstoff geeignete Arbeitsfenster in Bezug auf die Umformtemperatur bei optimalem Umformvermδgen für Aluminium oder Magnesium oder für Aluminium/Magnesium-Legierungen ohne zusätzlichen Energieaufwand oder ohne großen Energieaufwand, z.B. durch Kühlen des Werkstücks verwirklicht werden.
Im Interesse der Herstellung verkaufsfähiger Produkte kommen anstelle eines aufwendigen Umformprozesses, bspw. in der Ausgestaltung der Innenhochdruckumformung, bevorzugt wirtschaftlich günstige Warmumformprozesse wie beispielsweise Schmieden oder Prägen in Frage .
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es die Möglichkeit bietet, geringere Genauigkeitsanforderungen hinsichtlich der Kontur des Strangpreßprofils in Kauf zu nehmen, da der Warmumformschritt gleichzeitig zum Kalibrieren zwecks Erzielung der genauen Gestalt des fertigen Strukturbauteils genutzt werden kann.
Ein zusätzlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß durch dessen Einbeziehung des Prozeßschrittes der Warmumformung eine Erhöhung der Wertschöpfung dadurch ermöglicht wird, daß im selben Prozeßschritt weitere Gestaltungsmerkmale des Endprodukts verwirklicht werden können wie das Einbringen von Löchern, das Erzeugen kleiner Ausformungen oder dergleichen.
Infolge der geringeren Genauigkeitsanforderungen an das Strangpreßprofil kann die Strangpreßgeschwindigkeit erhöht werden, womit eine wirtschaftlichere Nutzung der in ihrer Anschaffung mit hohen Kosten verbundenen Strangpreßanlage möglich wird.
Bei der Herstellung von Strukturbauteilen aus Magnesium oder Magnesium-Legierungen ist es zur Erhaltung des Gefüges zweckmäßig, daß die Fertigungskette ganz oder teilweise in Schutzgas gehüllt ist, nämlich von der Strangpresse bis hin zum Warmumformprozeß. In diesem Zusammenhang wurde bereits vorgeschlagen, auch den der Strangpresse vorgeschalteten Gießprozeß ebenfalls in einer inerten Atmosphäre durchzuführen.
Gemäß einem weiteren Erfindungsvorschlag ist vorgesehen, daß AI- und Mg-Halbfertigteile mittels Reibrührschweißens zu neuen Strukturbauteilen miteinander verbunden werden. Dies kann zweckmäßig in einem Schweiß- und Bearbeitungszentrum geschehen, welches der an den Warmumformprozeß anschließenden Warmaushärtung nachgeordnet ist .
Alternativ dazu kommt das Verbinden von AI- und Mg- Bauteilen durch Kleben in Frage. Hierbei ist zu beachten, daß die Klebstoffkomponenten nach dem Warmumform- prozeß aufgetragen werden, so daß in der nachfolgenden Warmaushärtung die Endfestigkeit erzielt wird.
Eine mögliche Ausgestaltung des Umformprozesses besteht darin, daß die Strangpreßprofile in einem IHU- Schritt (Innenhochdruckumformung) weiterverarbeitet werden. Die damit verbundenen hohen Werkzeugkosten sprechen jedoch vielfach gegen den Einsatz des wegen seiner Genauigkeit an sich wünschenswerten IHU-Ver- fahrens . Zum Kalibrieren von AI-Bauteilen ist die IHU wie üblich stets als Kaltumformung ausgestaltet; bei Mg-Bauteilen handelt es sich hingegen vorteilhaft um einen Warmumformprozeß. Auf diese Weise wird erstmals die Ausbildung einer ungünstigen hexagonalen Metall- gitterstruktur vermieden.
Als wesentlich günstigeres Umformverfahren ist das Schmieden in Betracht zu ziehen; möglich ist auch ein als Warmumformung ausgeführter Prägeschritt, dem gegenüber dem Schmieden eine höhere Genauigkeit zukommt . Auch eine sequentielle Abfolge beider Verfahren kann ggfs. vorteilhaft sein.
Um beispielsweise in einem Warmumformprozeß durch Schmieden hergestellte Strukturbauteile mit einer gewünschten hohen Formgenauigkeit zu erhalten, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, daß der Warmumformprozeß auch einen Kalibrierschritt umfaßt, welcher beispielsweise an das Schmieden anschließt.
Allen Verfahrenschritten ist gemeinsam, daß sie zu ihrer Optimierung eine genaue Temperatursteuerung erfordern. Ausgehend von der Wärme des heißen Stranges aus der Strangpresse geht es darum, diese für den an- schließenden Warmumformprozeß auszunutzen, d.h. für die Warmumformung denjenigen Temperaturbereich sicherzustellen, innerhalb welchem in Anpassung an den verarbeiteten Werkstoff ein optimales Umformergebnis zu erwarten ist.
In diesem Sinne ist nach einem weiteren erfindungsgemäßen Vorschlag vorgesehen, daß im Warmumformprozeß die Warmumformtemperatur oder vor anderen Bearbeitungsstationen die Bearbeitungstemperatur durch Kühlen des Werkstücks auf die für die jeweilige Legierung des herzustellenden Werkstücks optimale Temperatur eingestellt wird.
Für die Herstellung von Mg-Strukturbauteilen bedeutet dies vorteilhafterweise die Einstellung einer Warmumformtemperatur von 180°C bis 400°C,. vorzugsweise 225° bis 280°C.
Bei einer sog. aushärtbaren Aluminium-Knetlegierung (Al-Mg-Si-Legierungen) liegt eine geeignete Temperatur für die Warmumformung nach dem Strangpressen unter 200°C. Hierbei hat die Abkühlung des stranggepreßten Profils zweckmäßigerweise derart schroff zu erfolgen, daß es nicht zu Mg2Si-Ausscheidungen in einem Temperaturbereich von 520°C bis 200°C kommt. Der anschließende Warmumformschritt ist dann in möglichst kurzer Zeit durchzuführen, um auch hier das volle Umformvermögen dieses Werkstoffes auszunützen, bevor es zur Materialhärtung durch Mg2Si-Ausscheidungen kommt.
Für die Herstellung von AI-Strukturbauteilen ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, die Warmumformtemperatur zwischen 300°C und 600°C, vorzugsweise zwischen 400°C und 520°C einzustellen; ist ein Prägeschritt vorgesehen, so ist es zweckmäßig, die Umformtemperatur eher an der Obergrenze des genannten Temperaturbereichs, also nahe 600°C einzustellen.
Im Rahmen der Erfindung können sich bei der Verarbeitung von AI- und Mg-Strukturbauteilen an den Warmumformprozeß weitere Bearbeitungsstationen anschließen, bevorzugt die Warmaushärtung im Wärmeofen und danach verschiedene mechanische Bearbeitungsstationen, wobei das Werkstück vor der Warmaushärtung in einer vorgeschalteten Kühlzone gekühlt werden kann. Die Kühlzone kann aber auch vor dem Warmumformprozeß vorgesehen sein. Dies trifft insbesondere auf die Verarbeitung von aushärtbaren Al-Knetlegierungen zu. Wie bereits vorstehend zum Ausdruck gebracht, geht es dabei um die Vermeidung einer unerwünschten Gefügehärtung durch Mg2Si-Ausscheidungen.
Um eine optimierte Verkettung des gesamten Fertigprozesses zu verwirklichen, ist - schon aufgrund der hohen Prozeßtemperaturen - eine weitgehende Automatisierung vorteilhaft. Insbesondere kann man dadurch das Zwischenlagern von Halbfertigteilen vermeiden.
Diesem Ziel dienen weitere Ausgestaltungen der Erfindung, wonach das Werkstück zwischen den Bearbeitungs- Stationen von Greifwerkzeugen in Art von Handling- Robotern übergeben wird und ferner, daß Führungs- und Trennwerkzeuge ebenfalls jeweils in Art von Robotern ausgebildet sind, nämlich als Führungs- und Trennroboter. Während die Führungsroboter außerhalb des Strangs raumfest abgestützt sind, um Verformungskräfte übernehmen zu können, ermöglichen die Trennroboter deren Bewegung mit dem Strang, indem sie auf dem austretenden Strang im Bereich der Trennstelle fixiert sind, zumindest solange die Trenneinrichtung des Trennroboters arbeitet .
Die Führungsroboter besitzen eine Führungseinrichtung, die in einer zur Preßebene senkrechten Ebene bewegbar und/oder um seine Längsachse drehbar ist. Sie dient zum Verformen des Strangpreßprofils innerhalb einer Ebene mit konstantem oder variablem Radius und zum Tordieren des Profils um seine Längsachse.
Ferner ist vorteilhaft, daß die Taktzeiten, mit welcher die Prozeß- und Bearbeitungsschritte aufeinanderfolgen, maßgeblich an die jeweilige Strangpreßgeschwindigkeit angepaßt werden. Dementsprechend ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß für die Herstellung von AI-Strukturbauteilen nach dem Strangpressen eine Vervielfachung, z.B. eine Verdoppelung der für Mg- Strukturbauteile erforderlichen Herstellungskette eingerichtet wird. Dies ergibt sich als Folge deutlich höherer Strangpreßgeschwindigkeiten bei Aluminium- Komponenten (bis 25 m/min) gegenüber Magnesium-Komponenten (bis 1,5 m/min).
Bei der Herstellung von Strukturbauteilen aus gerundeten Strangpreßprofilen, welche besonders häufig im Karosseriebau vorkommen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß wenigstens ein Führungsroboter abhängig vom Preßweg des Strangpreßprofils sowie vom jeweiligen Krümmungsverlauf Weg-gesteuert wird, wobei der Preßweg direkt am austretenden Strang mittels einer am Führungsroboter befestigten Sensoreinrichtung gemessen werden kann. Das Strangpreßprofil wird dabei von dem Führungsroboter verformt und zweckmäßig durch einen Handlingroboter gestützt, um schließlich von einem Trennroboter abgelängt zu werden. Bei einfacher Geometrie des Bauteils kann zur Abstützung auch ein Auslauftisch genügen.
In der Minimalausstattung kann für das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren neben dem Treήnroboter und einem Handlingroboter, der das abgetrennte Bauteil aufnimmt und dem Warmumformprozeß zuführt, ggf. nur ein Führungsroboter erforderlich sein, der das Runden des geradlinig aus der Strangpresse austretenden Strangpreßprofils übernimmt und dieses gleichzeitig unterstützt. Unter bestimmten geometrischen Voraussetzungen können damit sowohl gerade als auch beliebig gekrümmte Bauteile hergestellt werden. Für besonders komplexe Bauteile, die z.B. mit variablen Radien gerundet und auch noch durch Tordieren verformt werden, sind wenigstens zwei Führungsroboter zweckmäßig.
Die Robotertechnik erfordert einen besonders großen Aufwand für die Herstellung räumlich gerundeter Strangpreßprofile mit variabler Krümmung. Bei der Verwirklichung derartiger Konturen sind neben einem Weg- Sensor mindestens zwei Raumachsen und der Verdrehwinkel numerisch zu steuern. Dabei kann das dreidimensional gekrümmte Strangpreßprofil nicht mehr auf einem Auslauftisch abgesetzt werden, sondern muß im Raum von zwei oder mehreren Handlingrobotern derart unterstützt werden, daß eine unerwünschte Deformation des noch weichen Strangpreßprofils vermieden wird. Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemäß vorgeschlagene Fertigungskette beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm zu einer Fertigungskette für ein AI-Strukturbauteil ;
Fig.. 2 zeigt ein Blockdiagramm zu einer Fertigungskette für ein Mg-Strukturbauteil .
Soweit die beiden Fertigungsketten gemäß den Fig. 1 und 2 übereinstimmen, werden die gleichen Bezugsziffern verwendet .
Gemäß Fig. 1 sind einer Strangpresse 1, ein oder mehrere Führungsroboter 2 nachgeschaltet, die mittels einer Weg-Steuerung 4 gesteuert sind. Die Führungsroboter 2 besitzen Führungseinrichtungen, z.B. in Form von Rollenkäfigen, welche das aus der Strangpresse 1 extrudierte Strangpreßprofil führen bzw. stützen und - im Falle eines gerundeten Profils - mit konstanter oder variabler Krümmung in einer Ebene oder im Raum verformen. Dazu ist es erforderlich, den Weg des die Presse verlassenden Strangpreßprofils exakt zu messen, was vorteilhaft mit einem berührungslosen Weg-Sensor einer Weg-Steuerung 4 geschieht, sowie die Krümmung zu messen, was vorzugsweise durch drei berührungsfrei arbeitende optische Sensoren geschieht, die quer zum Profil verfahrbar auf Schienen angeordnet sind.
Je nach Komplexität der Kontur des Strangpreßprofils und abhängig von dessen Formstabilität im heißen Zustand können bis zu drei Handlingroboter 3 erforderlich sein, welche ohne Ausübung von Verformungskräften das Profil fassen, stützen und schließlich an einen nachfolgenden Trennroboter 5 weitergeben, der mit einem Trennwerkzeug, beispielsweise in Form einer Kreissäge versehen ist, die während einer kurzen Unterbrechung des Strangpreßvorgangs das Strangpreßprofil durchtrennt. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, eine fliegende Säge einzusetzen, die ohne Unterbrechung des Strangpreßvorgangs das Strangpreßprofil durchtrennt, indem sie zusammen mit dem Trennroboter, an dem sie befestigt ist, mit dem Strangpreßprofil mitbewegt wird.
Im Falle einer dreidimensionalen Kontur des gerundeten Strangpreßprofils sind eine Mehrzahl mitlaufender Handlingroboter 3 erforderlich, welche so gesteuert sind, daß sie beim Erreichen einer Endposition in eine Startposition zurückgeführt werden können, so daß vorzugsweise stets zwei Handlingroboter 3 am Strangpreßprofil angreifen, während ein dritter Handlingroboter 3 umgesetzt wird. Bei dreidimensional gerundeten bzw. gekrümmten Bauteilen kann es vorteilhaft sein, anstatt eines Führungsroboters 3 mit einem Rollenkäfig, durch den sich der austretende Strang hindurchbewegt, mindestens zwei Führungsroboter einzusetzen, die mit einem Greifersystem versehen sind, welches in der Lage ist, das Strangpreßprofil fest zu fassen, um auch Momente auf dieses übertragen zu können, so daß die jeweils gewünschte dreidimensionale Kontur des Strangpreßpro- f-ils bestehend aus Krümmungen und Verdrehungen erziel- bar ist. In diesem Fall übernehmen die Führungsroboter 2 jeweils auch die Aufgabe eines Handlingroboters 3.
Das abgetrennte Strangpreßprofil wird von einem Handlingroboter 3 übernommen, welcher es entweder direkt dem Warmumformprozeß 8 oder einer diesem vorgeschalte- ten Kühlzone 9 zuführt (Fig. 1) . Nach Durchlaufen des Warmumformprozesses 8, z.B. in einem Schmiedegesenk, wird das fertiggeformte Strukturbauteil wiederum über Handlingroboter 3 oder eine andere Transporteinrichtung dem Prozeßschritt der Warmaushärtung 10 unterworfen, bevor es z.B. mittels weiterer Handlingroboter 3 einem nachgeschalteten Bearbeitungszentrum zugeführt wird.
Falls das AI-Strukturbauteil gemäß Fig. 1 mit weiteren Mg-Modulen zu verbinden ist, erfolgt dies entweder durch Kleben 7 vor der Warmaushärtung 10 oder in einem Schweiß- und BearbeitungsZentrum 11 für Reibrührschweißen von AI-Mg-Modulen. Eine weitere spanabhebende Bearbeitung kann in einem herkömmlichen Bearbeitungszentrum 12 erfolgen. Erst danach kann das fertige Strukturbauteil an den Versand 13 abgegeben werden.
Die in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnete Kühlzone 9 ist nur für spezielle Werkstoffe erforderlich, bei denen eine schroffe Abkühlung vor dem Warmumformprozeß 8 unumgänglich ist, wie dies beispielsweise auf aushärtbare Aluminium-Knetlegierungen (AI-Mg-Si-Legierungen) zutrifft. Bei diesen Legierungen kommt es darauf an, in einem Temperaturbereich von 520° bis 200°C eine Härtung durch Mg2Si-Ausscheidungen zu vermeiden.
Fig. 2 betrifft die Herstellung von Strukturbaukomponenten aus Mg oder Mg-Legierungen. Dort ist eine durch einen gestrichelten Rahmen 14 angedeutete Inertgasatmosphäre erforderlich, um die unveränderte Gefüge- Struktur des verarbeiteten Werkstoffs sicherzustellen. Die Inertgasatmosphäre umfaßt alle Fertigungsschritte vo Ausgang aus der Strangpresse 1 bis zum Eingang in den Warmumformprozeß 8.
An den Warmumformprozeß 8 kann sich eine Kühlzone 9 anschließen, welche einer Beschleunigung des Verfahrensablaufs dient, d.h. eine raschere Zuführung des Strangpreßprofils an die nachfolgende Aushärtung im Wärmeofen 10 ermöglicht. Eine derartige Kühlzone 9 ist selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der Prozeßführung gemäß Fig. 1 denkbar. Ggfs. kann das Bauteil vor der Warmaushärtung 10 mit weiteren Komponenten oder Modulen durch Kleben 7 verbunden werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Strukturbauteilen aus einem Strangpreßprofil, insbesondere bestehend aus AI, Mg oder deren Legierungen, welches nach dem Austreten aus der Matrize der Strangpresse (1) zum Zwecke seiner Ausformung als gerades oder bogenförmiges (gerundetes) Profil von einem oder mehreren Führungswerkzeugen (2) geführt wird, wonach ein Endabschnitt mit einem Trennwerkzeug abgetrennt und im heißen Zustand mittels Greifwerkzeugen einem Warmumformprozeß (8) und einer oder mehreren weiteren Bearbeitungsstationen nacheinander zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Mg- Strukturbauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigungskette ganz oder teilweise in
Schutzgas gehüllt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Werkstücken aus AI- und Mg-Strukturbauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß diese mittels Reibrührschweißens (11) oder Kleben (7) miteinander verbunden werden.
4-. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmumformprozeß (8) als Innenhochdruckumformung, Schmieden oder Prägen ausgestaltet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmumformprozeß (8) einen Kalibrierschritt umfaßt .
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Warmumformprozeß (8) die Warmumformtemperatur oder vor anderen Bearbeitungsstationen die Bearbeitungstemperatur durch Kühlen des Werkstücks auf die optimale Prozeßtemperatur eingestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung von Mg-Strukturbauteilen die Warmumformtemperatur zwischen 180°C und 400°C, vorzugsweise 225°C bis 280°C, beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung von AI-Strukturbauteilen die Warmumformtemperatur zwischen 300 °C und 600°C, vorzugsweise 400 bis 520°C beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Bearbeitungsstationen nach dem Warmumformprozeß (8) die Warmaushärtung (10) und danach die mechanische Bearbeitung folgen, wobei das Bauteil vor der Warmaushärtung (10) in einer vorgeschalteten Kühlzone (9) gekühlt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück zwischen den Bearbeitungsstationen von Greifwerkzeugen in Art von Handlingrobotern (3) , welche dem Strangpreßprofil folgen, übergeben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Führungs- und Trennwerkzeuge jeweils in Art von Robotern, nämlich als Führungs- (2) und Trennroboter (5) ausgebildet sind.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Führungsroboter (2) jeweils außerhalb des Strangpreßprofils raumfest abgestützt und mit einer Führungseinrichtung versehen sind, die in einer zur Preßebene senkrechten Ebene bewegbar und/oder um seine Längsachse drehbar ist .
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Trennroboter (5) jeweils in Reichweite einer Trennstelle fest mit dem Strangpreßprofil verbunden sind, zumindest während die Trenneinrichtung arbeitet .
14. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Strukturbauteilen mit variabler Krümmung, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein das Strangpreßprofil greifender Führungsroboter (2) abhängig vom Preßweg sowie vom Krümmungsverlauf des Strangpreßprofils Weggesteuert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßweg direkt am austretenden Strang mittels einer am Führungsroboter (2) befestigten Sensoreinrichtung gemessen wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Strangpreßprofil zu seiner Ausformung durch mehrere rückfuhrbar gesteuerte Führungsroboter (2) geführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktzeiten, mit welcher die Prozeß- und Bearbeitungsschritte aufeinander folgen, maßgeblich an die Strangpreßgeschwindigkeit angepaßt werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung von Al-Strukturbauteilen nach dem Strangpressen mindestens eine Verdoppelung der für Mg-Strukturbauteile erforderlichen Herstellungskette eingerichtet wird.
19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Strangpreßprofil von mindestens einem Führungsroboter (2) verformt wird, wobei wenigstens zwei Handlingroboter (3) abwechselnd an den Stranganfang zurückgeführt werden und das austretende Strangpreßprofil unterstützen.
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