EP3122490B1 - Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten von stranggepressten profilabschnitten aus magnesium oder magnesiumlegierungen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten von stranggepressten profilabschnitten aus magnesium oder magnesiumlegierungen Download PDF

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EP3122490B1
EP3122490B1 EP15714395.9A EP15714395A EP3122490B1 EP 3122490 B1 EP3122490 B1 EP 3122490B1 EP 15714395 A EP15714395 A EP 15714395A EP 3122490 B1 EP3122490 B1 EP 3122490B1
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tool
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hollow
hollow chamber
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    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/06—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of magnesium or alloys based thereon
    • 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
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    • B21C23/002—Extruding materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special extruding methods of sequences
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
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    • B21C35/023—Work treatment directly following extrusion, e.g. further deformation or surface treatment
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    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
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    • B21D22/022—Stamping using rigid devices or tools by heating the blank or stamping associated with heat treatment
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B21J1/06—Heating or cooling methods or arrangements specially adapted for performing forging or pressing operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/02—Die forging; Trimming by making use of special dies ; Punching during forging
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C23/00—Alloys based on magnesium

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for processing extruded hollow chamber profile sections made of magnesium or magnesium alloys with regard to their outer contour by hot calibration, possibly in combination with hot stamping and / or cutting and / or punching operations for the subsequent joining processes, from which the following assemblies (lightweight components) should be joined.
  • the DE 2 105 537 C3 describes a device for the hot calibration of rod-shaped rolling stock during hot rolling in the production flow of a continuous rolling mill, in which a die is arranged behind the finishing rolling stand and the hot-calibrating rod-shaped rolling stock is pushed through the die by the rollers of the finishing rolling stand, the die being designed as a closed ring die and the ring die, which can be heated to rolling temperature, consists of a highly heat-resistant material and that in front of the ring die there is a nozzle ring with an opening for the addition of thermally stable lubricants such as colloidal graphite, low-melting glass, soda, burnt lime or salts, and two labyrinths in front of the nozzle ring -Ring chambers are arranged and that the ring die is axially sprung in both directions.
  • thermally stable lubricants such as colloidal graphite, low-melting glass, soda, burnt lime or salts
  • the lightweight construction element consists of several extruded hollow profiles joined together in a flat arrangement.
  • the associated method comprises the steps of a) extrusion of hollow profiles with a wall thickness of a maximum of 0.5% of the diameter of the circumscribed circle of the lightweight construction element made therefrom, and b) joining of several hollow profiles in a flat arrangement to form a lightweight construction element, which has a circumscribed circle of has at least 300 mm.
  • the hollow profiles are joined by friction welding or gluing.
  • Extruded profiles in particular multi-chamber extruded profiles, distort when they exit the die of the extrusion press. This leads to problems in a subsequent joining process in which flat assemblies are to be assembled from the extruded profile sections.
  • light metals Compared to the steel materials most commonly used today, light metals have the advantage that they have a significantly lower density.
  • the lightest of these metals is magnesium; it is around 35% lighter than aluminum.
  • Today's new magnesium alloys have very good properties, such as corrosion resistance and good deformation properties, so that they can be used for extrusion.
  • a disadvantage of extrusion is that the size of the extruded profiles that can be produced is limited, so that one is forced to join assemblies from individual extruded profile sections.
  • the object of the invention is to provide a method and a device for processing extruded hollow-chamber profile sections made of magnesium or magnesium alloys, whereby the hollow-chamber profile sections with regard to their outer contour by hot calibration, possibly in combination with hot stamping and / or cutting or punching operations for subsequent joining processes are directed and fixed to a uniform product size.
  • Another object is to create a lightweight construction element made from the machined hollow-chamber profile sections, which is made from individual extruded profile sections by joining, whereby virtually any size lightweight construction element can be realized.
  • this object is achieved in that, by means of the method, the extruded hollow chamber profile sections made of magnesium or magnesium alloys are brought to a dimensional accuracy with regard to their outer contour by hot calibration for the subsequent joining process in order to simplify the joining process. At the same time, it is possible to carry out stamping operations, cutting and / or punching operations together with hot calibration.
  • the hot calibration is preferably carried out in the production flow following the extrusion. This has the advantage that the profile emerging from the die already has a temperature in the range of 250-450 ° C and does not have to be additionally heated.
  • the profile sections calibrated in this way can be joined to lightweight construction elements without great effort.
  • lightweight construction elements in vehicle construction can, for example, be support structures in the form of floor assemblies.
  • the Associated Figure 1 shows a device for performing the method for hot calibration of extruded hollow chamber profile sections.
  • the method according to the invention comprises the steps of placing the hollow-chamber profile sections 1 heated to a temperature in the range of 250 to 450 ° C in a two-part calibration tool 2 preheated to a temperature in the range of 300 to 600 ° C and applying pressure to the calibration tool 2 by means of one or more press cylinders 3 of a press 4 .
  • insert elements are inserted into the end faces of the cut profile sections 1 .
  • the insert elements can have peg-like extensions, the cross-sections of which are adapted to the inner cross-sections of the hollow-chamber profile sections 1 .
  • the Figure 1 shows a schematic diagram of the device for performing the method.
  • the device consists essentially of a press 4 and a calibration tool 2.
  • the calibration tool 2 is designed in two parts and accordingly consists of two tool halves I, II which can be moved relative to one another, between which the hollow-chamber profile section 1 is inserted, whereby the tool halves are adapted to the cross-section of the profile to be calibrated.
  • the tool halves are moved towards one another and the profile section is calibrated, ie the hollow-chamber profile sections are brought to a uniform size and aligned at the same time.
  • the tool halves I, II have bores 5 into which the corresponding heating cartridges are inserted in order to heat the tool halves I, II or to keep them at temperature.
  • one or more stamping dies can be arranged in one or both tool halves I, II, with the aid of which a surface stamping of the hollow-chamber profile sections can be carried out on one or both sides during the calibration process.
  • cutting or punching tools are integrated into the tool halves I, II in order to carry out cutting or punching operations in the hollow-chamber profile sections 1 at the same time during the calibration process.
  • the calibrated and / or embossed and / or perforated hollow chamber profile sections can be joined to form a lightweight construction element.
  • the lightweight construction element can be designed, for example, as a support structure for a land, air or water vehicle, the individual heat-calibrated hollow chamber profile sections 1 forming the lightweight construction element being connected to one another by a permanent connection. This can preferably be done by friction stir welding, which results in short welding times and high economic efficiency in the joining process.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten von stranggepressten Hohlkammer-Profilabschnitten aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen hinsichtlich ihrer Außenkontur durch Warmkalibrieren gegebenenfalls in Kombination mit Warmprägen und / oder Schnitt- und / oder Lochoperationen für die nachfolgenden Fügeprozesse, aus denen nachfolgend Baugruppen (Leichtbauelemente) gefügt werden sollen.
  • Bekannt ist aus der DE 101 50 021 A1 ein Verfahren und eine Anordnung zur Herstellung von Profilen oder Blechformteilen. Mit diesem Verfahren ist es möglich, Profile oder Blechformteile aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen unmittelbar im Anschluß an den Gießprozess durch eine kontinuierliche Warmumformung herzustellen. Ausgehend von der flüssigen Schmelze wird diese in eine Stranggieß- oder Strangpresseinrichtung eingebracht und vorzugsweise durch einen Walzprozeß in Längsrichtung und wahlweises Auswalzen in alle Richtungen ein Magnesiumblech vorbestimmter Dicke hergestellt.
  • Bekannt ist aus der DE 10 2008 045 441 B3 ein Verfahren zum Herstellen eines Strangpressprofilabschnittes aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung, bei dem nach dem Pressen des Profils und Ablängen der Profilabschnitte ein Innendruck-Umformschnitt zum Kalibrieren der Außenkontur eines Profilabschnittes durchgeführt wird, wenn sich der Profilabschnitt in seinem lösungsgeglühten oder einem lösungsgeglüht-ähnlichen Zustand befindet, wobei der Innendruck-Umformschnitt zum Kalibrieren der Außenkontur des Profilabschnitts nach Abkühlen des Profilabschnittes auf Umgebungstemperatur durchgeführt wird, bevor der Kaltaushärtungsprozess zu mehr als 20 % abgeschlossen ist.
  • Bekannt ist aus der DE 19725300 C2 ein Werkzeug zum Warmkalibrieren und Warmlochen von Werkstücken, mit dem es schnell und einfach möglich ist, entsprechende Werkstücke zu kalibrieren und zu lochen. Dazu wird das Werkstück lagerichtig auf das Aufnahmewerkzeug gelegt. Für den Kalibriervorgang wird das Kalibrierwerkzeug in Richtung auf das Aufnahmewerkzeug bewegt und gegen dieses gepresst, wobei durch die Wandungsteile, die das Werkzeug außen umgreifen, sowie das Teil, welches zwischen die Wandungsteile greift, die Warmkalibrierung erfolgt. Die Kalibrierung erfolgt dabei nicht auf Fertigmaß, sondern die entsprechenden Werkstücke werden nachträglich mechanisch bearbeitet und auf Fertigmaß fertiggestellt.
  • Die DE 2 105 537 C3 beschreibt eine Vorrichtung zum Warmkalibrieren von stabförmigem Walzgut beim Warmwalzen im Fertigungsfluss einer kontinuierlichen Walzenstraße, bei der hinter dem Fertigwalzgerüst eine Matrize angeordnet ist und das warmzukalibrierende, stabförmige Walzgut von den Walzen des Fertigwalzgerüstes durch die Matrize hindurchgestoßen wird, wobei die Matrize als geschlossene Ringmatrize ausgebildet ist und die auf Walztemperatur aufheizbare Ringmatrize aus einem hochwarmfesten Werkstoff besteht und dass vor der Ringmatrize ein Düsenring mit einer Öffnung für die Zugabe von thermisch stabilen Schmierstoffen, wie kolloidaler Graphit, niedrig schmelzendes Glas, Soda, gebrannter Kalk oder Salze, sowie vor dem Düsenring zwei Labyrinth-Ringkammern angeordnet sind und dass die Ringmatrize axial in beiden Richtungen abgefedert ist.
  • Aus der DE 10224198C1 ist ein Leichtbauelement und ein Herstellungsverfahren bekannt, bei dem das Leichtbauelement aus mehreren miteinander in einer flächigen Anordnung gefügten, stranggepressten Hohlprofilen besteht. Das dazugehörige Verfahren umfasst die Schritte a) Strangpressen von Hohlprofilen mit einer Wandstärke von maximal 0,5 % des Durchmessers des umschriebenen Kreises des daraus gefertigten Leichtbauelements, und b) Fügen von mehreren Hohlprofilen in einer flächigen Anordnung zu einem Leichtbauelement, welches einen umschriebenen Kreis von wenigsten 300 mm aufweist. Das Fügen der Hohlprofile erfolgt durch Reibschweißen oder Kleben.
  • Strangpressprofile, insbesondere Mehrkammer-Strangpressprofile, verziehen sich beim Austreten aus der Matrize der Strangpresse. Das führt gerade bei einem nachfolgenden Fügeprozess, bei dem aus den Strangpressprofilabschnitten flächige Baugruppen zusammengesetzt werden sollen, zu Problemen.
  • Eine der größten Herausforderungen in der heutigen Zeit beim Bau von Fahrzeugen, insbesondere Automobilen, ist die Minimierung von Gewicht als eine der wirkungsvollsten Möglichkeit zur Einsparung von Kraftstoff.
  • Bei einem Kosten-Nutzen-Vergleich unterschiedlicher Leichtmetalle zeigt sich, dass mit immer weiter fortschreitender Gewichtseinsparung die Fertigungskosten immer höher werden. Dies bedeutet, dass sich der Leichtbau nur dann wirtschaftlich realisieren lässt, wenn es gelingt, die damit verbundenen Fertigungskosten durch höhere Produktivität und vor allem durch einen sparsamen Materialeinsatz zu senken.
  • Leichtmetalle besitzen gegenüber den heute meist eingesetzten Stahlwerkstoffen den Vorteil, dass sie eine wesentlich geringere Dichte aufweisen. Das leichteste dieser Metalle ist Magnesium, es ist rund 35 % leichter als Aluminium. Die heutigen neuen Magnesiumlegierungen weisen sehr gute Eigenschaften, wie Korrosionsbeständigkeit und gute Verformungseigenschaften auf, so dass diese für das Strangpressen einsetzbar sind.
  • Ein Nachteil beim Strangpressen besteht darin, dass die Größe der herstellbaren Strangpressprofile begrenzt ist, so dass man gezwungen ist, Baugruppen aus einzelnen Strangpressprofilabschnitten zu fügen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten von stranggepressten Hohlkammer-Profilabschnitten aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen zur Verfügung zu stellen, wodurch die Hohlkammer-Profilabschnitte hinsichtlich ihrer Außenkontur durch Warmkalibrieren gegebenenfalls in Kombination mit Warmprägen und / oder Schnitt- oder Lochoperationen für nachfolgende Fügeprozesse gerichtet und auf ein einheitliches Produktmaß fixiert werden.
  • Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein aus den bearbeiteten Hohlkammer-Profilabschnitten hergestelltes Leichtbauelement zu schaffen, dass aus einzelnen Strangpressprofilabschnitten durch Fügen hergestellt wird, wodurch praktisch ein beliebig großes Leichtbauelement realisiert werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass mittels des Verfahrens die stranggepressten Hohlkammer-Profilabschnitte aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen hinsichtlich ihrer Außenkontur durch Warmkalibrieren für den nachfolgenden Fügeprozess auf eine Maßgenauigkeit gebracht werden, um den Fügeprozess zu vereinfachen. Gleichzeitig ist es möglich, zusammen mit dem Warmkalibrieren, Prägeoperationen, Schnitt und/oder Lochoperationen durchzuführen. Vorzugsweise wird das Warmkalibrieren im Fertigungsfluss im Anschluss an das Strangpressen durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass das aus der Matrize austretende Profil bereits eine Temperatur im Bereich von 250 - 450°C aufweist und nicht zusätzlich aufgeheizt werden muss.
  • Dies ist gegenüber einer Kalibrierung nach dem IHU-Verfahren (Innen-Hochdruck-Umformung) wesentlich effektiver und aufgrund der extrem teuren IHU-Werkzeuge wesentlich kostengünstiger.
  • Die so kalibrierten Profilabschnitte lassen sich ohne großen Aufwand zu Leichtbauelementen fügen. Solche Leichtbauelemente im Fahrzeugbau können beispielsweise Tragstrukturen in Form von Bodengruppen sein.
  • Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher beschrieben werden.
  • Die dazugehörige Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Warmkalibrieren von stranggepressten Hohlkammer-Profilabschnitten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte - Einlegen der auf eine Temperatur im Bereich von 250 bis 450°C erwärmten Hohlkammer-Profilabschnitte 1 in ein zweigeteiltes auf eine Temperatur im Bereich von 300 bis 600°C vorgewärmtes Kalibrierwerkzeug 2 - und - Druckbeaufschlagung des Kalibrierwerkzeuges 2 mittels eines oder mehreren Presszylindern 3 einer Presse 4. Zusätzlich werden Einschubelemente in die Stirnseiten der abgelängten Profilabschnitte 1 eingesetzt.
  • Die Einschubelemente können zapfenartige Ansätze, dessen Querschnitte den inneren Querschnitten der Hohlkammer-Profilabschnitte 1 angepasst sind, aufweisen.
  • Von Vorteil ist, wenn die Verfahrensschritte zum Warmkalibrieren im Anschluss an den Strangpressprozess stattfinden, da sich dann ein Aufheizen / Erwärmen der stranggepressten Hohlkammer-Profilabschnitte erübrigt.
  • Die Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einer Presse 4 und einem Kalibrierwerkzeug 2. Das Kalibrierwerkzeug 2 ist zweigeteilt ausgeführt und besteht demnach aus zwei zueinander verfahrbaren Werkzeughälften I, II, zwischen denen der Hohlkammer-Profilabschnitt 1 eingelegt wird, wobei die Werkzeughälften dem Querschnitt des zu kalibrierenden Profils angepasst sind.
  • Durch Druckbeaufschlagung mindestens einer der beiden Werkzeughälften I, II über einen Presszylinder 3 der Presse 4 werden die Werkzeughälften aufeinander zugefahren und der Profilabschnitt kalibriert, d. h., die Hohlkammer-Profilabschnitte werden auf ein einheitliches Maß gebracht und gleichzeitig gerichtet.
  • Die Werkzeughälften I, II weisen Bohrungen 5 auf, in die entsprechende Heizpatronen eingesetzt sind, um die Werkzeughälften I, II zu erwärmen bzw. auf Temperatur zu halten.
  • Bei Bedarf können in eine oder beiden Werkzeughälften I, II eine oder mehrere Prägematrizen angeordnet werden, mit deren Hilfe gleichzeitig während des Kalibriervorgangs eine Oberflächenprägung der Hohlkammer-Profilabschnitte auf einer oder auf beiden Seiten vorgenommen werden kann.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass in die Werkzeughälften I, II Schnitt- oder Lochwerkzeuge integriert werden, um während des Kalibriervorganges gleichzeitig Schnitt- oder Lochoperationen in den Hohlkammer-Profilabschnitten 1 vorzunehmen.
  • Im Anschluss an den Warmkalibriervorgang können die kalibrierten und / oder geprägten und / oder gelochten Hohlkammer-Profilabschnitte zu einem Leichtbauelement gefügt werden.
  • Das Leichtbauelement kann beispielsweise als Tragstruktur für ein Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug ausgebildet sein, dessen einzelne das Leichtbauelement bildende warmkalibrierten Hohlkammer-Profilabschnitte 1 durch eine unlösbare Verbindung miteinander verbunden sind. Vorzugsweise kann dies durch das Reibrührschweißen erfolgen, wodurch geringe Schweißzeiten und eine hohe Wirtschaftlichkeit beim Fügeprozess erreicht werden.
    • Bezugszeichenaufstellung
    • 1
    - Hohlkammer-Profilabschnitte
    2
    - Kalibrierwerkzeug
    3
    - Presszylinder
    4
    - Presse
    5
    - Bohrungen
    I
    - Werkzeughälfte
    II
    - Werkzeughälfte

Claims (6)

  1. Verfahren zum Bearbeiten von stranggepressten Hohlkammer-Profilabschnitten aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen hinsichtlich ihrer Außenkontur durch Warmkalibrieren gegebenenfalls in Kombination mit Warmprägen und/oder Schnitt- und/oder Lochoperationen, wobei die Hohlkammer-Profilabschnitte auf eine Temperatur im Bereich von 250 bis 450 °C erwärmt sind, wobei die erwärmten Hohlkammer-Profilabschnitte (1) in einem ersten Schritt in ein zweigeteiltes auf eine Temperatur im Bereich von 300°C bis 600°C vorgewärmtes Kalibrierwerkzeug (2) eingelegt und in die Stirnseiten der abgelängten Hohlkammer-Profilabschnitte (1) Einschubelemente eingesetzt werden und in einem zweiten Schritt mittels einem Kalibrierwerkzeug (2), welches durch einen oder mehrere Presszylinder (3) einer Presse (4) druckbeaufschlagt wird, auf ein einheitliches Maß bei gleichzeitigem Richten gebracht werden.
  2. Verfahren zum Herstellen eines Leichtbauelementes aus mehreren gemäß des Verfahrens nach Anspruch 1 hergestellten, miteinander in einer flächigen Anordnung gefügten, stranggepressten Hohlkammer-Profilabschnitten, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtbauelement als Tragstruktur für ein Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug ausgebildet ist und die einzelnen das Leichtbauelement, bildenden warmkalibrierten Profilabschnitte (1) durch eine unlösbare Verbindung miteinander verbunden sind.
  3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vorrichtung aus einer Presse (4), Einschubelementen und einem Kalibrierwerkzeug (2) besteht, wobei das Kalibrierwerkzeug (2) aus zwei zueinander verfahrbaren Werkzeughälften (I,II), zwischen denen der Hohlkammer-Profilabschnitt (1) eingelegt wird, besteht.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens eine der Werkzeughälften (I,II) entsprechend dem Querschnitt des zu kalibrierenden Hohlkammer-Profilabschnittes (1) angepasst ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
    in wenigstens einer der Werkzeughälften (I,II) auf der dem Hohlkammer-Profilabschnitt (1) zugewandten Seite Prägematrizen angeordnet sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
    in den Werkzeughälften (I,II) des Kalibrierwerkzeuges (2) Bohrungen (5) zur Aufnahme von Heizpatronen vorgesehen sind.
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