EP2527057A1

EP2527057A1 - Verfahren zum Umformen von Halbzeugen

Info

Publication number: EP2527057A1
Application number: EP12003750A
Authority: EP
Inventors: Thomas Dr. Meichsner; Bernd Dr. Hachmann; Erich Hoch; Karl-Heinz Grimm
Original assignee: Fw Brokelmann Aluminiumwerk & Co KG GmbH
Current assignee: Fw Brokelmann Aluminiumwerk & Co KG GmbH
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2012-11-28
Also published as: DE102011106287A1

Abstract

Beschrieben und dargestellt ist ein Verfahren (1) zur Bearbeitung eines Halbzeugs (2), wobei das Halbzeug (2) in einem ersten Verfahrensschritt (3) mittels einer ersten Umformvorrichtung durch Warmumformung hergestellt wird und nach der Warmumformung kontinuierlich aus der ersten Umformvorrichtung heraustritt. Ein Verfahren (1) zur Bearbeitung eines Halbzeugs (2), mit dem die Anzahl der Bearbeitungsschritte zur Herstellung eines Halbzeugs (2) mit definierten Eigenschaften reduziert wird, wird realisiert, indem das Halbzeug (2) in einem zweiten Verfahrensschritt (4) mittels einer zweiten Umformvorrichtung unmittelbar nach dem Heraustreten aus der ersten Umformvorrichtung einer weiteren Umformung unterzogen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Halbzeugs, wobei das Halbzeug in einem ersten Verfahrensschritt mittels einer ersten Umformvorrichtung durch Warmumformung hergestellt wird und nach der Warmumformung kontinuierlich aus der ersten Umformvorrichtung heraustritt.
Verfahren zum Umformen von Werkstoffen, insbesondere von metallischen Werkstoffen, sind im Stand der Technik in einer Vielzahl von Ausgestaltungen bekannt. Beim Umformen wird ein Halbzeug oder ein Werkstück aus einem urgeformten Grundmaterial hergestellt, indem das Grundmaterial einer definierten plastischen Formänderung unterzogen wird. Umformverfahren sind anhand der Einflussparameter in verschiedene Gruppen eingeteilt, wobei zwischen Druckumformen, Zugdruckumformen, Zugumformen, Biegeumformen und Schubumformen unterschieden wird. Ein weiteres Unterscheidungskriterium für Umformverfahren ist die Temperatur, bei der die Umformung erfolgt, da diese einen maßgeblichen Einfluss auf die Eigenschaften des Werkstoffes hat, die unter Umständen durch die Umformung verändert werden. Während bei einer Umformung von metallischen Werkstoffen unterhalb der jeweiligen Rekristallisationstemperatur Verfestigungsmechanismen zu einer Versprödung des Werkstoffes führen, erfolgt bei Umformtemperaturen oberhalb der jeweiligen Rekristallisationstemperatur stets eine Anpassung des Kristallgitters, die einer Verfestigung entgegenwirkt.
Die mittels Umformen hergestellten Halbzeuge werden für ganz unterschiedliche Anwendungen verwendet und weiterverarbeitet. Dazu werden die Halbzeuge, insbesondere wenn es sich um universell verwendbare Halbzeuge handelt, üblicherweise vor einer Weiterverarbeitung zunächst abgekühlt und zwischengelagert, wodurch für eine Nachbearbeitung zur Herstellung eines Halbzeugs mit vordefinierten Eigenschaften eine Vielzahl von zusätzlichen Bearbeitungsschritten erforderlich ist.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bearbeitung eines Halbzeugs anzugeben, mit dem die Anzahl der Bearbeitungsschritte zur Herstellung eines Halbzeugs mit definierten Eigenschaften reduziert wird.
Die vorgenannte Aufgabe ist bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass das Halbzeug in einem zweiten Verfahrensschritt mittels einer zweiten Umformvorrichtung unmittelbar nach dem Heraustreten aus der ersten Umformvorrichtung einer weiteren Umformung unterzogen wird.
Das Halbzeug tritt folglich nach der ersten formgebenden Umformung kontinuierlich aus der ersten Umformvorrichtung heraus und wird unmittelbar nach dem Austritt aus dem Werkzeugmaul der ersten Umformvorrichtung einer weiteren Umformung durch die zweite Umformvorrichtung unterzogen. Dieses Verfahren hat gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren den Vorteil, dass das Halbzeug unmittelbar nach dem Austritt aus der ersten Umformvorrichtung weiterhin eine Temperatur aufweist, die etwa der Umformtemperatur entspricht, so dass die zweite Umformung im zweiten Verfahrensschritt auf einfache Weise erfolgen kann, ohne dass unerwünschte Verfestigungen im Material entstehen. Ferner weist dieses Verfahren den Vorteil auf, dass das Halbzeug für die weitere Umformung nicht erneut erwärmt werden muss, wodurch eine Energieeinsparung im Vergleich zu üblichen Verfahren der Weiterverarbeitung realisiert ist.
Der zweite Verfahrensschritt erfolgt vorteilhaft unmittelbar nach Austritt des Halbzeugs aus dem Werkzeugmaul der ersten Umformvorrichtung, da sich das Halbzeug hier noch auf Umformtemperatur befindet. Mit "unmittelbar" ist folglich gemeint, dass der zweite Verfahrensschritt jedenfalls in einem solchen räumlichen und/oder auch zeitlichen Abstand zur ersten Umformvorrichtung/zur ersten Umformung erfolgt, dass sich das Halbzeug im Wesentlichen noch auf Umformtemperatur befindet. Besonders bevorzugt ist, wenn die Abweichung von der Umformtemperatur weniger als 20 % beträgt, besonders bevorzugt weniger als 10 % beträgt.
Wenn hier im Bezug auf den zweiten Verfahrensschritt die Rede von einer weiteren Umformung ist, dann ist damit vorzugsweise nicht die vollständige Änderung der durch die erste Umformung erzeugten Form des Halbzeugs gemeint, sondern lediglich geringfügige Änderungen am oder im Querschnitt des Halbzeugs oder beispielsweise eine Veränderung der Oberflächenkontur des Halbzeugs. Bei der Umformung im zweiten Verfahrensschritt bleibt vorzugsweise die Hauptachse des Halbzeugs erhalten und wird nicht verändert. Das Halbzeug liegt vorteilhaft in Form eines Profilstrangs vor, der eine gerade Hauptachse aufweist, so dass diese Hauptachse durch die zweite Umformung nicht verändert wird und in geradem Zustand belassen wird.
Das durch den ersten Umformvorgang gefertigte Halbzeug tritt kontinuierlich aus der ersten Umformvorrichtung heraus, wobei "kontinuierlich" hier nicht als vollständig - in Bezug auf jedes Zeitintervall - stetiger Vorgang zu verstehen ist, sondern das Herstellen eines Halbzeugs auch batchweise erfolgen kann, nämlich das Halbzeug so lange kontinuierlich aus der ersten Umformvorrichtung heraustritt, so lange Rohmaterial zur Herstellung des Halbzeugs in der ersten Umformvorrichtung vorhanden ist. Das Rohmaterial wird der ersten Umformvorrichtung dann folglich batchweise zugeführt.
Der erste Umformvorgang erfolgt vorzugsweise bei 50 % bis 75 % der Schmelztemperatur des jeweils verwendeten Materials, wobei vorzugsweise Aluminium und Aluminiumlegierungen verwendet werden, so dass die Umformtemperaturen vorzugsweise zwischen 350° C und 650° C liegen.
Gemäß einer ersten vorteilhaften und besonders bedeutungsvollen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die mittels der ersten Umformvorrichtung vollzogene Warmumformung als Strangpressen ausgestaltet ist, und dass die erste Umformvorrichtung eine Strangpressvorrichtung ist. Im Rahmen des ersten Verfahrensschritts werden folglich Stangen, Rohre, Voll- oder Hohlprofile durch Strangpressen hergestellt. Dabei werden wahlweise das direkte, das indirekte und das hydrostatische Strangpressverfahren eingesetzt, wobei sich das direkte Strangpressen, insbesondere bei Aluminium und Aluminiumlegierungen, als besonders vorteilhaft herausgestellt hat.
Ein Block aus Rohrmaterial wird folglich innerhalb eines Rezipienten mittels eines Stempels durch eine Matrize gepresst, wodurch ein Halbzeug mit einem definierten Querschnitt hergestellt wird. Unmittelbar nachfolgend auf den Austritt des so erzeugten Halbzeugs aus der Strangpressvorrichtung, insbesondere aus der Matrize bzw. aus dem Druckring, erfolgt folglich die weitere Umformung des Halbzeugs im Rahmen des zweiten Verfahrensschritts, bei dem eine Umformung der äußeren Form des Halbzeugs selbst oder bevorzugt nur der Oberfläche des Halbzeugs erfolgt. Da vorzugsweise Aluminium als Werkstoff für das Halbzeug verwendet wird, erfolgt das Strangpressen vorzugsweise bei Drücken zwischen 10 MPa und 150 MPa und Temperaturen zwischen 300° C und 550° C. Das Halbzeug befindet sich nach dem Austritt aus der Strangpressvorrichtung im Wesentlichen auf der vorgenannten Umformtemperatur, so dass die weitere Umformung im Rahmen des zweiten Verfahrensschritts erfolgen kann, ohne dass eine Verfestigung des Halbzeugs durch die Umformung erfolgt.
Als ganz besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung die weitere Umformung im zweiten Verfahrenschritt als Druckumformen ausgestaltet ist, wobei die zweite Umformvorrichtung zumindest derart auf mindestens eine Fläche des Halbzeugs einwirkt, dass die Fläche eine Profilierung erhält. Im zweiten Verfahrensschritt wird folglich durch die Umformvorrichtung eine Druckbeanspruchung auf mindestens eine Fläche des Halbzeugs ausgeübt. Durch diese Druckbeanspruchung wird das Material der beanspruchte Fläche des Halbzeugs umgeformt, so dass die beanspruchte Fläche eine Profilierung erhält. Der Begriff "Profilierung" umfasst jegliche Änderung der Oberflächenbeschaffenheit bzw. der Fläche des Halbzeugs insgesamt, so dass sowohl Dessinierungen und Reliefs in der Oberfläche, als auch formgebende Veränderung der Oberfläche selbst vorgesehen sind.
Dessinierungen sind Profilierungen, die nur in die Oberfläche einer Fläche des Halbzeugs eingeprägt sind und lediglich der optischen Gestaltung des Halbzeugs dienen, wobei im Gegensatz dazu andere Profilierungen durch eine tiefere Einprägung in die Fläche des Halbzeuges die Verformungs- und Stabilitätseigenschaften des Halbzeugs maßgeblich verändern. Dabei wird je nach Art der Profilierung das Energieabsorptionsvermögen eines Halbzeugs, insbesondere bei plötzlicher Verformung, z. B. dem Crash eines Autos, verändert, indem beispielsweise durch die Profilierung eine gezielte Überlagerung von Scher- und Torsionskräften verursacht wird.
In Abhängigkeit auf welcher Fläche oder auf welchen Flächen des Halbzeugs eine Profilierung erwünscht ist, kann diese oder können diese durch die zweite Umformvorrichtung auch unabhängig voneinander realisiert werden. Beispielsweise bei einem rechteckigen Halbzeug kann auf allen vier Flächen - gemeint sind hier die Außenflächen - eine Profilierung durch die zweite Umformvorrichtung über die gesamte Länge oder nur in definierten Abschnitten eingebracht sein.
Wahlweise können auch auf einer Fläche eines Halbzeugs eine Dessinierung und auf einer anderen Fläche eine andere Profilierung vorgesehen sein, wobei, wie bereits angesprochen, die Dessinierung lediglich der optischen Gestaltung des Halbzeugs dient, während eine andere Profilierung auch Einfluss auf die Stabilitäts- und Verformungseigenschaften des Halbzeugs unter Beanspruchung hat. In Abhängigkeit von der Verwendung des Halbzeugs kann die Profilierung in dem Halbzeug auch eine definierte Ausrichtung in Bezug auf eine mögliche Beanspruchung des Halbzeugs aufweisen, so dass im Beanspruchungsfall des Halbzeugs die Verformung durch Kraftabtragung erfolgt, die durch die Profilierung gelenkt und beeinflusst wird. Dies kann beispielsweise auch dadurch erfolgen, dass das Halbzeug durch die Profilierung gezielt zumindest in einem Abschnitt bezüglich seiner Stabilität geschwächt wird.
Die Profilierung lässt sich vorteilhaft gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens erzeugen, indem die zweite Umformvorrichtung im zweiten Verfahrensschritt wenigstens eine Walze an mindestens eine Fläche des aus der ersten Umformvorrichtung heraustretenden Halbzeugs anlegt. Die Walze wird mit einer definierten Anpresskraft derart an mindestens eine Fläche angelegt, dass das auf der Walzenoberfläche befindliche Profil eine Profilierung in der Oberfläche des noch auf Umformtemperatur befindlichen Halbzeugs hinterlässt. Dadurch, dass die Walze auf dem aus der ersten Umformvorrichtung heraustretenden Halbzeug abrollt, kann der Vorgang kontinuierlich erfolgen.
Das Profil der Walze bestimmt die Form der Profilierung, wobei unterschiedliche Formen einer Profilierung und unterschiedliche Profiltiefen realisierbar sind. Bevorzugte Profilierungen weisen eine Profiltiefe zwischen 5% und 30% der Wandstärke der Fläche des Halbzeugs auf, in die die Profilierung eingebracht wird. Es sind ferner beispielsweise kontinuierliche Profilierungen denkbar, die sich exakt parallel zur Längserstreckung des Halbzeugs erstrecken oder diskontinuierliche Profilierungen, die sich beispielsweise als vordefinierte Form in einem Winkel zur Längserstreckung des Halbzeugs erstrecken, so dass eine Mehrzahl von Einprägungen der Profilierung nebeneinander auf dem Halbzeug angeordnet ist.
Zum Erzeugen der Profilierung wird die Walze mit einer definierten Kraft an das Halbzeug angelegt, wobei durch das Halbzeug zur Erzeugung der Profilierung der Walze bzw. der zweiten Umformvorrichtung ein Gegendruck entgegengebracht werden muss, damit sich das Halbzeug nicht undefiniert verformt. Als besonders vorteilhaft zur Steigerung der Stabilität des Halbzeugs hat sich herausgestellt, wenn während des zweiten Verfahrensschritts ein Gasdruck innerhalb eines Volumens des Halbzeugs erzeugt wird. Diese Verfahrensvariante eignet sich insbesondere für Halbzeuge, die einen geschlossenen Querschnitt aufweisen, so dass innerhalb des Halbzeugs auf einfache Weise ein geschlossenes Volumen definierbar ist, beispielsweise indem das offene Ende des Halbzeugs temporär mit einem Verschlussmittel verschlossen wird. In diesem Volumen wird durch einbringen eines Gases ein Gasdruck erzeugt, wobei der Gasdruck das Halbzeug stabilisiert, so dass Profilierung in das Halbzeug eingebracht werden kann, ohne dass das Halbzeug undefiniert verformt wird. Zum Aufbringen des Gasdrucks wird das Volumen innerhalb des Halbzeugs mit einem Gas gefüllt, wobei das Gas in Bezug auf das verwendete Material und in Bezug auf die hohen Oberflächentemperaturen inerte Eigenschaften aufweisen sollte; als vorteilhaft hat sich hier Stickstoff erwiesen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Gasruck durch eine innerhalb des Halbzeugs mitfahrende Drucklanze realisiert wird. Die Drucklanze ist beispielsweise an der ersten Umformvorrichtung befestigt und bewegt sich kontinuierlich parallel zu dem aus der ersten Umformvorrichtung austretenden Halbzeug. Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Lanze starr und ragt von der ersten Umformvorrichtung ausgehend in das Halbzeug. Je nach Ausgestaltung weist die Drucklanze an beiden Enden des Halbzeugs oder nur an einem Ende des Halbzeugs ein Verschlussmittel auf, dass das Profil des Halbzeugs verschließt, so dass das Volumen innerhalb des Halbzeugs definiert wird. Zusätzlich ist mit der Drucklanze das Gas in das Volumen des Halbzeugs einbringbar. Der innerhalb des Halbzeugs erzeugte Druck ist abhängig von der Temperatur und dem Material des Halbzeugs. Als besonders vorteilhaft, insbesondere für Aluminiumlegierungen, hat sich ein Gasdruck von etwa 80 bar herausgestellt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht des Weiteren vor, dass zur Steigerung der Stabilität des Halbzeugs während des zweiten Verfahrensschritts von der zweiten Umformvorrichtung eine Walze gegen wenigstens eine Innenwand des Halbzeugs gedrückt wird. Durch die Walze an wenigstens einer Innenwand des Halbzeugs wird ein Gegendruck zu dem die Profilierung erzeugenden Werkzeug der zweiten Umformvorrichtung aufgebaut, wodurch folglich das Halbzeug beim Profilieren gestützt wird. Die Walze auf der Innenseite weist vorzugsweise keine Profilierung auf, da sie lediglich eine stützende Funktion hat. Falls eine Mehrzahl an Flächen des Halbzeugs mit einer Profilierung versehen werden, sind vorzugsweise auch eine Mehrzahl an Walzen innerhalb des Halbzeugs vorgesehen, die das Halbzeug an den Innenflächen stützen. Eine Mehrzahl an Walzen innerhalb des Halbzeugs ist vorzugsweise nebeneinander angeordnet. Alternativ dazu können die Walzen - sowohl die Walzen im Halbzeug, als auch die Walzen auf den Außenflächen des Halbzeugs - hintereinander angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Walze mit einer Zugstange an der ersten Umformvorrichtung befestigt ist. Die Walze stützt sich folglich mit der Zugstange an der ersten Umformvorrichtung ab, so dass die zur Stabilisierung des Halbzeugs erforderlichen Kräfte über die erste Uinformvorrichtung abgetragen werden. Vorzugsweise ist die Anpresskraft, mit der die Walze auf mindestens eine Innenwand des Halbzeugs gedrückt wird mittels der Zugstange einstellbar, so dass verschiedene Stabilisierungsmodi mit der Zugstange und der daran befestigten Walze bzw. den daran befestigten Walzen erzeugbar sind.
Des Weiteren lässt sich das Halbzeug gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens dadurch stabilisieren, dass das Halbzeug durch die erste Umformung mindestens eine innere Schale und eine äußere Schale erhält, und dass die Temperatur der inneren Schale während des zweiten Verfahrensschritts durch Abkühlung reduziert wird, wobei die Stabilität des Halbzeugs durch die Abkühlung der inneren Schale gesteigert wird. Während die Temperatur der inneren Schale durch Abkühlung reduziert wird, bleibt die Temperatur der äußeren Schale im Wesentlichen auf Umformtemperatur, so dass auf einfache Weise eine Profilierung in die äußere Schale bzw. in die Oberfläche der äußeren Schale eingebracht werden kann. Die durch die Abkühlung nunmehr im Vergleich zur äußeren Schale festere innere Schale stützt dabei die äußere Schale und erzeugt eine Gegenkraft die dem Werkzeug, dass die Profilierung einbringt, entgegenwirkt. Die innere Schale ist mit der äußeren Schale verbunden, vorzugsweise über längs verlaufende Stege, so dass die von der inneren Schale ausgehende Stützkraft auf die äußere Schale übertragen werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die innere Schale mit einem Gas gekühlt wird, insbesondere mit Stickstoff. Zur Kühlung der inneren Schale wird ein Gas in die innere Schale eingeleitet, das die Temperatur der inneren Schale - ausgehend von der Umformtemperatur - maßgeblich reduziert, so dass die innere Schale eine erhöhte Stabilität im Vergleich zu der äußeren Schale aufweist, wodurch sich die äußere Schale leichter umformen lässt, gleichzeitig aber eine ausreichende Stabilität aufweist. Als Gas zur Kühlung hat sich insbesondere Stickstoff als vorteilhaft herausgestellt, da es gegenüber den üblicherweise verwendeten Materialien für die Halbzeuge inerte Eigenschaften aufweist und bei sehr niedrigen Temperaturen verfügbar ist.
Als vorteilhaft hat sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung herausgestellt, wenn das Gas zur Kühlung durch die erste Umformvorrichtung hindurch in das Halbzeug geleitet wird. Stickstoff wird häufig bei Strangpressvorrichtungen zur Kühlung der Matrize verwendet, so dass eine zusätzliche Verwendung des Stickstoffs zur Kühlung der inneren Schale vorgesehen ist. Das Halbzeug ist nach dem Austritt aus der ersten Umformvorrichtung über das Werkzeugmaul mit der ersten Umformvorrichtung weiterhin verbunden, so dass im Bereich des Werkzeugmauls der ersten Umformvorrichtung eine Austrittsdüse für das Kühlgas vorgesehen ist, die das Gas in ein Volumen des Halbzeugs, insbesondere der inneren Schale, einleitet, wodurch die innere Schale des Halbzeugs gekühlt wird, so dass die stabilisierte innere Schale eine Gegenkraft für das Profilieren einer äußeren Oberfläche des Halbzeugs, nämlich der äußeren Schale, aufbringt.
In Abhängigkeit der Verwendung des Halbzeugs sind unterschiedliche Arten der Profilierung möglich, wobei gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen ist, dass die Profilierung in Längs- und/oder Querrichtung des Halbzeugs eingebracht wird. Je nach Ausrichtung der Profilierung und insbesondere Tiefe der Profilierung verändert die Profilierung die Verformungseigenschaften des Halbzeugs. Insbesondere bei Profilierungen in Querrichtung kann eine Kraftabtragung bei Belastung des Halbzeugs in Richtung der in Querrichtung orientierten Profilierung erfolgen. Eine Orientierung der Profilierung in Längsrichtung hingegen stabilisiert das Halbzeug, insbesondere gegen Knicken bei Belastung in Längsrichtung. Gleichzeitig wird aber auch der Widerstand gegen eine Verformung bei orthogonaler Belastung des in Längsrichtung profilierten Halbzeugs erhöht.
Insbesondere für die optische Gestaltung der Oberfläche des Halbzeugs ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass die Profilierung lediglich in die Oberfläche des Materials des Halbzeugs eingebracht wird. Die strukturellen Eigenschaften des Halbzeugs insbesondere in Bezug auf die Verformungseigenschaften werden somit durch die Profilierung nicht verändert, so dass die Profilierung lediglich einen Einfluss auf die äußere Erscheinung des Halbzeugs hat.
Eine definierte Veränderung der Struktur, insbesondere in Bezug auf die Stabilität des Halbzeugs, erfolgt gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens dadurch, dass eine Durchprägung erfolgt, so dass das Negativ der Profilierung der Fläche des Strangpressprofils auf der gegenüberliegenden Innenfläche des Halbzeugs erkennbar ist. Die Durchprägung eignet sich insbesondere bei Halbzeugen mit geringen Wandstärken, da bei geringen Wandstärken eine Profilierung in der Oberfläche auf einfache Weise auf der jeweiligen Innenfläche durchgeprägt wird. Die Profilierung wird dabei derart tief in eine Fläche des Halbzeugs eingebracht, dass sich der Querschnitt des Halbzeugs insoweit verändert, dass die Profilierung auf der Innenfläche des Halbzeugs als Negativ sichtbar wird.
Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und auf die nachfolgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: ein Ablaufschema eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2: ein Ablaufschema eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 3a: ein Ausführungsbeispiel eines Querschnitts eines mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbzeugs,
Fig. 3b: das Ausführungsbeispiel eines mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbzeugs gemäß Fig. 3a in perspektivischer Ansicht,
Fig. 4a: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Querschnitts eines mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbzeugs,
Fig. 4b: das Ausführungsbeispiel eines mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbzeugs gemäß Fig. 4a in perspektivischer Ansicht,
Fig. 5: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Querschnitts eines mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbzeugs, und
Fig. 6: ein Ausführungsbeispiel eines mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbzeugs in perspektivischer Ansicht.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 1 zur Bearbeitung eines in den Fig. 3 bis 6 dargestellten Halbzeugs 2, wobei das Halbzeug 2 in einem ersten Verfahrensschritt 3 mittels Strangpressen in einer - nicht dargestellten - Strangpressvorrichtung hergestellt wird. Das Halbzeug 2 befindet sich nach dem Strangpressen im Wesentlichen noch auf der Umformtemperatur und tritt kontinuierlich aus der Strangpressvorrichtung heraus. Anschließend wird das Halbzeug 2 in einem zweiten Verfahrensschritt 4 mit einer - nicht dargestellten - zweiten Umformvorrichtung unmittelbar nach dem Heraustreten aus der Strangpressvorrichtung einer weiteren Umformung unterzogen, so dass sämtliche äußeren Oberflächen des Halbzeugs 2 eine Profilierung 5 erhalten. Dazu wirkt die zweite Umformvorrichtung von außen auf die Flächen des Halbzeugs 2 ein.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 1, wobei zunächst in einem ersten Verfahrensschritt 3 ein Halbzeug mittels Strangpressen bei einer Umformtemperatur hergestellt wird. In einem zweiten Verfahrensschritt 4 wird zunächst die Stabilität des Halbzeugs 2 gesteigert 4a, was beispielsweise durch einen Gasdruck innerhalb des Halbzeugs 2 erfolgt. Anschließend erfolgt im Rahmen des zweiten Verfahrensschritts 4 das Profilieren 4b des Halbzeugs 2 indem die zweite Umformvorrichtung von außen auf die Flächen des Halbzeugs 2 einwirkt. Sowohl die Steigerung der Stabilität 4a als auch das Profilieren 4b erfolgen im Rahmen des zweiten Verfahrensschritts 4 unmittelbar nach dem Austritt des Halbzeugs 2 aus der ersten Umformvorrichtung.
Fig. 3a zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Querschnitts eines Halbzeugs 2, dessen vier äußere Oberflächen mit einer Profilierung 5 versehen sind. Fig. 3b zeigt das Ausführungsbeispiel eines Halbzeugs 2 gemäß Fig. 3a in einer perspektivischen Ansicht. Die Profilierung 5 befindet sich gemäß den Fig. 3a und 3b lediglich in den äußeren Flächen des Halbzeugs 2, so dass die Profilierung 5 nicht auf den Innenflächen 7 des Halbzeugs 2 sichtbar ist und diese vollständig glatt sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Profilierung 5 als gleichmäßiges Wellenrelief vorgesehen, dass sich parallel zur Längsachse des Halbzeugs 2 erstreckt. Diese Profilierung 5 in Form eines Wellenreliefs steigert die Stabilität des Halbzeugs 2 gegen Knicken durch Belastung in Längsrichtung und auch gegen Knicken durch Belastung orthogonal zur Längsrichtung. Während des in den Fig. 1 und 2 gezeigten zweiten Verfahrensschritts 4 ist das Volumen 6 innerhalb des Halbzeugs 2 mit einem Gas gefüllt worden, so dass an den Innenflächen 7 des Halbzeugs 2 ein Gasdruck angelegen hat, der das auf Umformtemperatur befindliche Halbzeug 2 von innen gestützt hat, während mit der zweiten Umformvorrichtung in die äußeren Flächen des Halbzeugs 2 die Profilierung 5 eingebracht worden ist. Das Einbringen der Profilierung 5 erfolgte unmittelbar nach dem Austritt des Halbzeugs 2 aus dem Werkzeugmaul der - nicht dargestellten - Strangpressvorrichtung.
Fig. 4a und 4b zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Halbzeugs 2 mit einem Querschnitt mit einer gleichmäßigen rechteckigen Profilierung 5, wobei die Profilierung 5 auch hier nur derart die Flächen des Halbzeugs 2 eingebracht sind, dass die Innenflächen 7 des Halbzeugs 2 von der Profilierung 5 unbeeinflusst bleiben. Die Profilierung 5 ist bei diesem Ausführungsbeispiel exakt parallel zur Längsrichtung des Halbzeugs 2 orientiert. Innerhalb des Volumens 6 des Halbzeugs 2 war während des zweiten Verfahrensschritts 4 eine Zugstange mit vier Walzen positioniert, die die Innenfläche 7 von innen gestützt haben und so das Halbzeug 2 zum Einbringen der Profilierung 5 stabilisiert haben. Die bei diesem Ausführungsbeispiel längs erstreckte Profilierung 5 stabilisiert das Halbzeug 2 insoweit, als dass der Widerstand des Halbzeugs 2 gegen eine Verformung bei orthogonaler Belastung, also einer Belastung orthogonal zur Längserstreckung, gesteigert wird, wobei zusätzlich die Steifigkeit des Halbzeugs 2 gegen Knicken bei Belastung in Längsrichtung gesteigert wird.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Halbzeugs 2, das eine Profilierung 5 aufweist, die im Rahmen einer Durchprägung hergestellt worden ist, nämlich derart, dass die Profilierung 5 als Negativ auf den Innenflächen 7 des Halbzeugs 2 erkennbar ist. Die Profilierung 5 ist dazu als gleichmäßiges Wellenprofil besonders tief in die Flächen des Halbzeugs 2 eingebracht worden. Durch eine derartig durchgeprägte Profilierung 5 wird das Halbzeug 2 versteift und die Verformungseigenschaften des Halbzeugs 2 maßgeblich verändert.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Halbzeugs 2 mit einer in die Oberflächen eingebrachten diskontinuierlichen Profilierung 5. Die Profilierung 5 erstreckt sich in einem Winkel zur Längserstreckung des Halbzeugs 2 und besteht aus nebeneinander angeordneten und voneinander unabhängigen länglichen Einprägungen. Das Halbzeug 2 weist ferner eine äußere Schale 8 und eine innere Schale 9 auf, wobei die innere Schale 9 über Stege 10 mit der äußeren Schale 8 verbunden ist. Zur Stabilisierung des Halbzeugs 2 während des zweiten Verfahrensschritts 4 wird beispielsweise ein Gas in das Volumen 11 der inneren Schale 9 geleitet, so dass die innere Schale 9 gegenüber der auf Umgebungstemperatur befindlichen äußeren Schale 8 abgekühlt ist und insoweit eine größere Stabilität aufweist, so dass die äußere Schale 8 durch die kühlere innere Schale 9 während des zweiten Verfahrensschritts 4stabilisiert ist.

Claims

Verfahren (1) zur Bearbeitung eines Halbzeugs (2), wobei das Halbzeug (2) in einem ersten Verfahrensschritt (3) mittels einer ersten Umformvorrichtung durch Warmumformung hergestellt wird und nach der Warmumformung kontinuierlich aus der ersten Umformvorrichtung heraustritt,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Halbzeug (2) in einem zweiten Verfahrensschritt (4) mittels einer zweiten Umformvorrichtung unmittelbar nach dem Heraustreten aus der ersten Umformvorrichtung einer weiteren Umformung unterzogen wird.
Verfahren (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der ersten Umformvorrichtung vollzogene Warmumformung als Strangpressen ausgestaltet ist, und dass die erste Umformvorrichtung eine Strangpressvorrichtung ist.
Verfahren (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Umformung im zweiten Verfahrensschritt (4) als Druckumformen ausgestaltet ist, wobei die zweite Umformvorrichtung zumindest derart auf mindestens eine Fläche des Halbzeugs (2) einwirkt, dass die Fläche eine Profilierung (5) erhält.
Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Umformvorrichtung im zweiten Verfahrensschritt (4) wenigstens eine Walze an mindestens eine Fläche des aus der ersten Umformvorrichtung heraustretenden Halbzeugs (2) anlegt.
Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steigerung der Stabilität (4a) des Halbzeugs (2) während des zweiten Verfahrensschritts (4) ein Gasdruck innerhalb eines Volumens (6) des Halbzeugs (2) erzeugt wird.
Verfahren (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck durch eine innerhalb des Halbzeugs (2) mitfahrende Drucklanze realisiert wird.
Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steigerung der Stabilität (4a) des Halbzeugs (2) während des zweiten Verfahrensschritts (4) von der zweiten Umformvorrichtung eine Walze gegen wenigstens eine Innenfläche (7) des Halbzeugs (2) gedrückt wird.
Verfahren (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze mit einer Zugstange an der ersten Umformvorrichtung befestigt ist.
Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (2) durch die ersten Umformung mindestens eine innere Schale (8) und eine äußere Schale (9) erhält, und dass die Temperatur der inneren Schale (9) während des zweiten Verfahrensschritts (4) durch Abkühlung reduziert wird, wobei die Stabilität des Halbzeugs (2) durch die Abkühlung der inneren Schale (9) gesteigert wird.
Verfahren (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schale (9) mit einem Gas gekühlt wird, insbesondere mit Stickstoff.
Verfahren (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas durch die erste Umformvorrichtung hindurch in das Halbzeug (2) geleitet wird.
Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (5) in Längs- und/oder Querrichtung des Halbzeugs (2) eingebracht wird.
Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (5) lediglich in die Oberfläche des Materials des Halbzeugs (2) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchprägung erfolgt, so dass das Negativ der Profilierung (5) der Fläche des Halbzeugs (2) auf der Innenfläche (7) des Halbzeugs (2) erkennbar ist.