EP3579993A1 - Verfahren zur bildung eines formteils und formteil - Google Patents

Verfahren zur bildung eines formteils und formteil

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EP3579993A1
EP3579993A1 EP18702241.3A EP18702241A EP3579993A1 EP 3579993 A1 EP3579993 A1 EP 3579993A1 EP 18702241 A EP18702241 A EP 18702241A EP 3579993 A1 EP3579993 A1 EP 3579993A1
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EP
European Patent Office
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wall
base
less
extrusion
molded part
Prior art date
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EP18702241.3A
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English (en)
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EP3579993C0 (de
Inventor
Johann Willdonner
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Neuman Aluminium Fliesspresswerk GmbH
Original Assignee
Neuman Aluminium Fliesspresswerk GmbH
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    • B21C23/01—Extruding metal; Impact extrusion starting from material of particular form or shape, e.g. mechanically pre-treated

Definitions

  • the invention relates to a method for forming a molded part from a light metal or a light metal alloy by extruding a billet along a pressing axis, as well as moldings produced therefrom and combination components formed therefrom.
  • Extrusion molding is a known massive forming process in which the material to be reshaped is made to flow in the form of a billet in a flow press under the action of high pressure and is brought into the shape determining the molded part by the shape of the flow press.
  • Extrusion molding can best be used for the production of molded parts with a rotationally symmetrical basic shape with respect to the press axis.
  • one of the main problems in the production of molded parts by extrusion is the limited geometric training option, if over the entire cross section of individual parts, such as wall parts, sufficiently good mechanical material properties to be achieved.
  • the invention has for its object to produce moldings with higher variability in terms of their basic form with still satisfactory material quality with such methods.
  • the inventive design facilitates the avoidance of the occurrence of local Rissinitiationshoven the flowing material in the die of the extrusion press, so the occurrence of tensile stresses in the material at which first cracks may occur, and in this way is a substantially homogeneous microstructure and an associated improved material quality of the molding reached.
  • aluminum or an aluminum alloy is preferred.
  • an alloy having the following chemical composition in weight percent can be used:
  • Manganese 0.01 to 0.05 provided, the remainder of aluminum and production-related impurities is formed.
  • this quotient of wall thickness and average curvature is greater than 1 / 10,000 of the area of the base area measured in mm 2 , preferably greater than 1/4000 of this area, in particular 1/1000 of this area. This results in a favorable flow behavior at the transition from the base to the wall section from the force applied by the press ram.
  • a round region with a length of at least 0.2 mm, preferably at least 1 mm, in particular at least 2 mm is formed. In this way, notches on the surface can be largely avoided, and the molding is resistant to material fatigue and cracking even with varying mechanical stress.
  • the wall portion is part of a wall structure surrounding the press axis. This allows the formation of container-shaped moldings.
  • the method is preferably carried out in such a way that a maximum height difference between the lowest and highest distance of the wall height of the molded part immediately after extrusion to the desired geometry of the molded part to be machined is less than 3 mm, in particular less than 2 mm. This avoids excessive earing and also saves material.
  • the contour of the wall structure differs predominantly and in particular entirely from a rotationally symmetrical with respect to the press axis basic shape and is particularly of polygonal shape.
  • this variant which is rather unsuitable for reasons of fluid pressure due to the rotational symmetry deviation, however, allows a higher variability for the situations of use of such molded parts.
  • the basic shape of the base and / or the contour of the wall structure is / are symmetrical with respect to at least one, preferably at least two, in particular at least four symmetry axes. This allows a good compromise with regard to intrinsic extrusion advantages and the above-mentioned variability in the use of the molded parts.
  • the basic shape of the billet substantially matches the basic shape of the base.
  • the shape adapted to the basic shape of the base provides advantages in the flowability of the extruded butts which outweighs the extra effort required to provide it.
  • a contiguous surface area is formed on the side of the base in the forward flow direction that extends over at least 70%, preferably at least 80%, of the base area minus the area of the circumferential structure and in which there is a relative surface unevenness in the form of a difference the level of the surface is less than 20%, preferably less than 10%.
  • a wall thickness of the wall structure over at least 80% of the circulation less than 8%, preferably less than 4%, in particular less than 2% relative deviation from each other and / or is the quotient of maximum wall thickness and minimum wall thickness over the Circulation seen less than 3.6, preferably 3.2, in particular 2.8.
  • one or more mechanical properties of tensile strength, compressive strength, hardness, Density differ by less than 8%, preferably less than 4%, in particular less than 2%. This increases the reliability of the molded parts in use.
  • a one-sided, in particular two-sided, closed molding tool is used.
  • this requires a very precise vote of the occupied Butzenvolumens with the intended final shape, however, there are advantages in terms of savings in possible subsequent machining post-processing of the molding.
  • one or more, in particular pin-like, form elements are formed by reverse full extrusion molding on the base on the side of the wall section, in particular removed in a decentralized manner from the base center.
  • the shaped elements allow a design of the inner wall taken up by the wall structure. with regard to intended technical functionalities and thereby increases the flexibility in the use of the finished molded parts.
  • the pin-like form elements have a ratio of length to diameter of greater than 1.2, in particular greater than 1.6, more preferably greater than 2.0.
  • a technical functionality may in particular also lie in a connection with further molded parts and / or other structures.
  • the flashing and / or working surfaces of the extruder exporting R manpresse be provided with lubricants.
  • lubricants can be zinc grease soaps. This facilitates forming and also increases the service life of the flow press due to friction-reduced flow.
  • the wall structure and the circumferential structure are aligned with one another in the direction of the press axis. This allows couplings of the parts with each other or with similar moldings according to the modular principle.
  • the molding should have liquid structural elements that can be achieved particularly easily by post-processing, for example, a subsequent machining by milling and / or drilling.
  • post-processing for example, a subsequent machining by milling and / or drilling.
  • the invention is particularly advantageous for use with base surfaces in the range of (10 mm) 2 to (100 mm) second
  • a wall thickness of the wall section or the wall structure is preferably greater in the area 0.5 mm, in particular greater than 1.0 mm to 10 mm, preferably only up to 7 mm, in particular only up to 4 mm.
  • the material flows below local crack initiation stresses. That is, the material under pressure in cavities formed between joint parts of the forming tool is deformed below the local crack initiation stresses, defined by the tensile stress in the material at which the first cracks occur.
  • the invention also provides a method for producing a combination component formed from two, in particular from the same light metal or the same light metal alloy moldings, in which one forms a first molded part according to a method according to the above aspects and one in particular in his Form of the first molded part deviating second molded part in particular also according to a method according to the above-explained aspects, and in which the first and the second molded part are designed for a press axis in succession arranged mutual coupling.
  • the first and second molded part in the coupled state delimit a hollow space and the hollow space is sealed, in particular gas-tight, apart from intended accesses, and accesses can be made, for example, by drilling into the wall structure or base.
  • the invention accordingly also provides extruded molded parts made of a light metal or a light metal alloy, which are essentially characterized in that the molded part is formed in at least one area with a deviation from a rotationally symmetrical basic shape with respect to the press axis, this symmetry deviating Extends over a wall portion of the molding formed by backward flow molding or backward flow molding with a normal vector extending predominantly orthogonal to the press axis; and formed on an adjacent to the wall portion planar base of the molding with extending predominantly in the direction of the press axis normal vector on its opposite side of the wall portion formed by forward-cup extrusion or hollow extrusion extrusion, the pressing axis encircling structure is formed, wherein in one Area of least wall thickness of the wall portion at the transition to the base of the quotient of this wall thickness in [mm] and formed at the transition mean curvature in [mm '1 ] is greater than 0.03, preferably greater than 0.1, more preferably is greater than 0.3, in
  • the molded part has one or more shape features resulting from process steps of its production according to a method according to one or more of the above-mentioned method aspects.
  • a combination component in particular produced according to one of the above-explained method aspects for producing a combination component, formed from two molded parts, which consist in particular of the same light metal or the same light metal alloy, is formed, wherein a first molded part according to one of the above Aspects is formed and a second molded part deviates in particular in shape from the first molded part and in particular also designed as a molded part according to the above aspects, wherein the first and second molded part are designed for a Pressachsplatz successively arranged mutual coupling.
  • Fig. 1 shows schematically a molded part produced by extrusion molding
  • Fig. 2 is a schematic representation of a
  • Fig. 3 shows a transition region between a wall portion and a base of a molded part.
  • a molded part 10 is shown in a perspective schematic view, which was produced by extrusion. Recognizable at approximately half the height in the press axis direction is a base 5, which has a polygonal shape, in this case the shape of a pentagon, and hereinafter also referred to as a bottom. However, other shapes could be used instead of the pentagonal shape, especially those having symmetry axes.
  • the structure located above the bottom 5 in FIG. 1 is formed by backward-extrusion extrusion molding and has a wall section 6.1, and in this embodiment further wall sections 6.2, 6.3, 6.4 and 6.5, which together form an upper wall structure 6.
  • Fig. 1 The arrangement formed in Fig. 1 below the bottom 5 is a circumferential structure 7, which in the present embodiment of the shape of the wall structure 6 corresponds.
  • the bottom 5 is approximately halfway up the molded part 10, but its position could also be asymmetrical, that is, higher or lower than shown in FIG.
  • Decentralized extends from the bottom 5 in the upward direction a pin part 8, which is formed by reverse Vollfepressen.
  • the pin 8 and optionally further providable pins are an example of the design of a structure within the enclosed by the wall structure 6 cavity.
  • Fig. 1 Not shown in Fig. 1 is at the upper edge 9, albeit a small, relative height difference, i. a slight earing in the form of a center of the respective wall sections 6.i higher wall height, which exists immediately after the extrusion. Rather, the upper edge 9 is shown at the same height, for example generated by a the extrusion process downstream milling process.
  • further structures can be incorporated into the molding shown in Fig. 1, such as grooves, bores, steps and through holes by the milling or drilling post-processing.
  • the surface on the underside of the bottom 5 is flat in this embodiment according to a preferred embodiment and, apart from the circumferential wall structure is a flat surface.
  • the wall structure 6 and the circumferential structure 7 are aligned.
  • the molding shown in Fig. 1 is thus suitable with a similar molding to be assembled into a combination component.
  • a welded connection between permanently (in the case of identical components), for example, the upper edge 9 of a first component and the lower edge of the other component can be produced.
  • the container interior formed thereby can thus be sealed tight, in particular gas-tight.
  • the wall thickness w is chosen to be smaller than the bottom thickness b. During extrusion of the molding, this results in a more uniformly directed Flow of the material and thus requires a high degree of homogeneity of the wall structure 6 and also the circumferential structure. 7
  • Fig. 3 is still the transition from bottom 8 to wall section 6.1 shown schematically, with a rounding and the radius of curvature r.
  • the ratio of the wall thickness w in [mm], here 2, and the mean curvature 1 / r formed in the transition [mm ' 1 ], here 1 / 0.35, is 0.7 in the example shown.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines Formteils aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung durch entlang einer Pressachse (X) vorgenommenes Fließpressen eines Butzens. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass man das Formteil in wenigstens einem Bereich mit einer Abweichung von einer bezüglich der Pressachse drehsymmetrischen Grundform bildet, sich dieser symmetrieabweichende Bereich über einen durch Rückwärts-Napffließpressen gebildeten Wandabschnitt (6.1) des Formteils mit überwiegend orthogonal zur Pressachse verlaufendem Normalenvektor erstreckt und man im gleichen Fließpressvorgang an einer an den Wandabschnitt angrenzenden flächigen Basis (5) des Formteils mit überwiegend in Richtung der Pressachse verlaufenden Normalenvektor auf ihrer dem Wandabschnitt entgegengesetzten Seite durch Vorwärts-Napffließpressen, Vorwärts-Hohlfließpressen oder Vorwärts-Vollfließpressen eine die Pressachse umgebende, insbesondere umlaufende Struktur (7) bildet, wobei in einem Bereich geringster Wandstärke des Wandabschnitts am Übergang zu der Basis der Quotient aus dieser Wandstärke in [mm] und einer an dem Übergang gebildeten mittleren Krümmung (1/r) in [mm-1] größer ist als 0,03, bevorzugt größer ist als 0,1, weiter bevorzugt größer ist als 0,3, insbesondere größer ist als 0,6 und/oder in einem in Umfangsrichtung gesehen wenigstens überwiegenden Bereich des Basis-Wand-Übergangs das Verhältnis von Wandstärke zu Basisstärke kleiner ist als 1,0, bevorzugt kleiner als 0,85, insbesondere kleiner als 0,7. Die Erfindung betrifft auch ein fliessgepresstes Formteil aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung.

Description

VERFAHREN ZUR BILDUNG EINES FORMTEILS UND FORMTEIL
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung eines Formteils aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung durch entlang einer Pressachse vorgenommenes Fließpressen eines Butzens, sowie damit hergestellte Formteile und daraus gebildete Kombinationsbauteile.
Bei dem Fließpressen handelt es sich um ein bekanntes Massivumformverfahren, bei dem der umzuformende Werkstoff in Form eines Butzens in einer Fließpresse unter Einwirkung von hohem Druck zum Fließen gebracht und durch die Gestalt der Fließpresse in die das Formteil bestimmende Form gebracht wird.
Aufgrund der hohen erreichbaren Drucke kann das Umformen auch bei Raumtemperatur erfolgen (Kaltfließpressen), d.h. die Butzen müssen nicht zwingend vor dem Pressvorgang je nach Werkstoff auf Temperaturen beispielsweise zwischen 200° und 800° gebracht werden. Am besten lässt sich das Fließpressen anwenden zur Herstellung von Formteilen mit bezüglich der Pressachse drehsymmetrischer Grundform. So ist eines der Hauptprobleme bei der Herstellung von Formteilen mittels Fließpressen die limitierte geometrische Ausbildungsmöglichkeit, sofern über den gesamten Querschnitt einzelner Teile, etwa Wandteile, ausreichend gute mechanische Werkstoffeigenschaften erreicht werden sollen. Allfällig anfallende Probleme, beispielsweise für tragende und/oder intensiv mechanisch beanspruchte Teile, sind etwa in Beeinträchtigungen der Mikrostruktur des Werkstoffes zu sehen, etwa in Form von Riefen oder Vertiefungen an der Oberfläche, welche insbesondere bei wechselnden Zugbeanspruchungen zu Dauerbrüchen führen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit derartigen Verfahren Formteile mit höherer Variabilität hinsichtlich ihrer Grundform bei noch zufriedenstellender Werkstoffgüte herzustellen.
Diese Aufgabe wird in verfahrensmäßiger Hinsicht durch eine Weiterbildung eines Verfahrens der eingangs genannten Art erreicht, das im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass man das Formteil in wenigstens einem Bereich mit einer Abweichung von einer bezüglich der Pressachse drehsymmetrischen Grundform bildet, sich dieser symmetrieabweichende Bereich über einen durch Rückwärts-Napffiießpressen oder Rückwärts- Hohlfließpressen gebildeten Wandabschnitt des Formteils mit überwiegend orthogonal zur Pressachse verlaufendem Normalenvektor erstreckt und man im gleichen Fließpressvorgang an einer an den Wandabschnitt angrenzenden flächigen Basis des Formteils mit überwiegend in Richtung der Pressachse verlaufenden Normalenvektor auf ihrer dem Wandabschnitt entgegengesetzten Seite durch Vorwärts-Napffließpressen oder Vorwärts- Hohffließpressen eine die Pressachse umlaufende Struktur bildet, wobei in einem Bereich geringster Wandstärke des Wandabschnitts am Übergang zu der Basis der Quotient aus dieser Wandstärke in [mm] und einer an dem Übergang gebildeten mittleren Krümmung in [mm'1] größer ist als 0,03, bevorzugt größer ist als 0,1 , weiter bevorzugt größer ist als 0,3, insbesondere größer ist als 0,6 und/oder in einem in Umfangsrichtung gesehen wenigstens überwiegenden Bereich des Basis-Wand-Übergangs das Verhältnis von Wandstärke zu Basisstärke kleiner ist als 1 ,0, bevorzugt kleiner als 0,85, insbesondere kleiner als 0,7. Die erfindungsgemäße Verfahrensgestaltung erleichtert die Vermeidung des Auftretens örtlicher Rissinitiationsspannungen des fließenden Werkstoffs im Gesenk der Fließpresse, also das Auftreten von Zugspannungen im Werkstoff, bei welchen erste Anrisse auftreten können, und auf diese Weise wird eine weitgehend homogene Mikrostruktur und eine damit einhergehende verbesserte Werkstoffgüte des Formteils erreicht. Erfindungsgemäß bevorzugt hinsichtlich des Materials ist Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. In einer besonders bevorzugten Gestaltung kann eine Legierung mit der folgenden chemischen Zusammensetzung in Gewichtsprozent herangezogen werden:
Silizium 0.01 bis 1.3
Magnesium 0.01 bis 1.2
Mangan 0.01 bis 1.0, wobei der Rest aus Aluminium und herstellungsbedingten Verunreinigungen gebildet ist.
Es ist auch eine chemische Zusammensetzung von in Gewichtsprozent
Silizium 0.01 bis 0.25
Magnesium 0.01 bis 0.05
Mangan 0.01 bis 0.05 vorgesehen, wobei der Rest aus Aluminium und herstellungsbedingten Verunreinigungen gebildet ist.
In einer weiter spezifizierten Gestaltung des Verfahrens ist dieser Quotient aus Wandstärke und mittlerer Krümmung größer alsl/10000 der in mm2 gemessenen Fläche des Basisbereichs, bevorzugt größer als 1/4000 dieser Fläche, insbesondere als 1/1000 dieser Fläche. Dadurch ergibt sich aus der durch den Pressenstempel aufgebrachten Kraft ein günstiges Fließverhalten an dem Übergang von der Basis zu dem Wandabschnitt.
In absoluten Zahlen wird es bevorzugt, dass in dem Übergangsbereich zwischen Basis und Wandabschnitt bzw. der umlaufenden Struktur, in dem sich im Verfahren eine Fließrichtungsänderung des fließenden Materials abspielt, ein Rundbereich mit einer Länge von wenigstens 0,2 mm, bevorzugt wenigstens 1 mm, insbesondere wenigstens 2 mm gebildet ist. Auf diese Weise können Kerbbildungen an der Oberfläche weitestgehend vermieden werden, und das Formteil wird gegenüber Materialermüdung und Rissentstehung auch bei wechselnder mechanischer Beanspruchung beständiger.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Wandabschnitt Teil einer die Pressachse umlaufenden Wandstruktur. Dies ermöglicht die Bildung behälterförmiger Formteile. Das Verfahren wird dabei bevorzugt derart ausgeführt, dass ein maximaler Höhenunterschied zwischen niedrigstem und höchstem Abstand der Wandhöhe des Formteils unmittelbar nach dem Fließpressen zu der nach Bearbeitung zu erreichenden Sollgeometrie des Formteils weniger als 3 mm beträgt, insbesondere weniger als 2 mm. Dadurch wird eine übermäßige Zipfelbildung vermieden, und es kann zudem Material eingespart werden.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens weicht die Kontur der Wandstruktur überwiegend und insbesondere gänzlich von einer bezüglich der Pressachse drehsymmetrischen Grundform ab und ist insbesondere von polygonaler Form. Diese Variante, die zwar aus fließpresstechnischen Gründen aufgrund der Drehsymmetrieabweichung eher ungeeignet ist, ermöglicht jedoch eine höhere Variabilität für die Einsatzsituationen derartiger Formteile.
In einer möglichen Ausführungsform ist/sind die Grundform der Basis und/oder der Kontur der Wandstruktur symmetrisch bezuglich wenigstens einer, bevorzugt wenigstens zweier, insbesondere wenigstens vierer Symmetrieachsen. Dies ermöglicht einen guten Kompromiss hinsichtlich intrinsischer Fließpressvorteile und der oben genannten Variabilität in der Anwendung der Formteile.
In einer bevorzugten Verfahrensgestaltung stimmt die Grundform des Butzens im Wesentlichen mit der Grundform der Basis überein. Obgleich die einfachste Bereitstellung eines Butzens die drehsymmetrische Scheibe ist, liefert die an die Grundform der Basis angepasste Form Vorteile im Fließverhalten der fließgepressten Butze, die den mit seiner Bereitstellung erforderlichen Mehraufwand überwiegen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist an der Seite der Basis in Vor- wärtsfließrichtung ein zusammenhängender Flächenbereich gebildet, der sich über wenigstens 70 %, bevorzugt wenigstens 80 % der Basisfläche abzüglich der Fläche der umlaufenden Struktur erstreckt und in dem eine relative Oberflächenunebenheit in Form einer Differenz des Höhenniveaus der Oberfläche geringer ist als 20 %, bevorzugt geringer als 10 %.
In einer besonders bevorzugten Verfahrensgestaltung weist eine Wandstärke der Wandstruktur über wenigstens 80% des Umlaufs weniger als 8 %, bevorzugt weniger als 4 %, insbesondere weniger als 2 % relative Abweichung voneinander auf und/oder ist der Quotient aus maximaler Wandstärke und minimaler Wandstärke über den Umlauf gesehen geringer als 3,6, bevorzugt als 3,2, insbesondere als 2,8. Dadurch wird wenigstens überwiegend ein gleichmäßigerer Materialfluss auch in Richtung entgegen der Pressrichtung des Stempels der herangezogenen Fließpresse erreicht Zudem ist vorgesehen, dass über wenigstens 80 % des Umlaufs, bevorzugt über wenigstens 90 % des Umlaufs eine oder mehrere mechanische Eigenschaften aus Zugfestigkeit, Druckfestigkeit, Härte, Dichte sich um weniger als 8 %, bevorzugt weniger als 4 %, insbesondere weniger als 2 % unterscheiden. Dies erhöht die Zuverlässigkeit der Formteile im Einsatz.
In diesem Zusammenhang ist für die Werkstoffhärte auch vorgesehen, dass Werte im Bereich von 30 bis 80 HB über den Querschnitt vorgesehen sind. Diese Werte stellen sich als günstig im Hinblick auf die weitgehend homogene Mikrostruktur heraus, welche wiederum Vorteile in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften mit sich bringt.
In einer möglichen Verfahrensgestaltung wird ein einseitig, insbesondere zweiseitig geschlossenes Formwerkzeug herangezogen. Insbesondere bei letzterer Variante erfordert dies zwar eine sehr genaue Abstimmung des herangezogenen Butzenvolumens mit der beabsichtigten Endform, jedoch ergeben sich Vorteile hinsichtlich Einsparungen bei möglichen späteren spanenden Nachbearbeitungen des Formteils.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden an der Basis auf Seite des Wandabschnitts ein oder mehrere insbesondere stiftartige Formelemente durch Rückwärts- Vollfließpressen gebildet, insbesondere dezentral von der Basismitte entfernt. Die Formelemente erlauben eine Gestaltung des von der Wandstruktur eingenommenen Innenrau- mes hinsichtlich beabsichtigter technischer Funktionalitäten und erhöht dadurch die Flexibilität im Einsatz der gefertigten Formteile. Insbesondere ist vorgesehen, dass die stiftartigen Formelemente ein Verhältnis aus Länge zu Durchmesser von größer als 1,2, insbesondere größer als 1,6, weiter bevorzugt größer als 2,0 aufweisen. Eine technische Funktionalität kann insbesondere auch in einem Verbinden mit weiteren Formteilen und/oderanderen Strukturen liegen.
Zweckmäßig werden der Blitzen und/oder Arbeitsflächen der das Fließpressen ausführenden Rießpresse mit Schmiermitteln versehen. Dabei kann es sich um Zinkfettseifen handeln. Dies erleichtert das Umformen und erhöht zudem aufgrund reibungsgemindertem Fließen die Standzeit der Fließpresse.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden mehrere gleichartige dieser Formteile in Zeitabständen von weniger als 2 s, insbesondere weniger als 1,3 s, insbesondere weniger als 0,7 s hergestellt. Auf diese Weise kann in einer vergleichsweise geringen Zeit eine große Anzahl identischer Formteile hergestellt werden. Bevorzugt kommt dabei eine Fließpresse vom Typ einer Kniehebelpresse zum Einsatz, und ebenfalls bevorzugt eine Kaltfließpresse.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorgesehen, dass die Wandstruktur und die umlaufende Struktur in Pressachsrichtung gesehen miteinander fluchten. Dies erlaubt Kopplungen der Teile untereinander oder mit ähnlichen Formteilen nach Baukastenprinzip.
Für zahlreiche Anwendungen soll das Formteil flüssige Strukturelemente aufweisen, die besonders einfach durch eine Nachbearbeitung erreicht werden können, beispielsweise eine spanende Nachbearbeitung durch Fräsen und/oder Bohren. Zudem lassen sich dort geeignet gegebenenfalls unerwünschte verbleibende Zipfelbildungen beseitigen.
Hinsichtlich der absoluten Größe des Formteils kommt die Erfindung besonders vorteilhaft zum Einsatz bei Basisflächen in dem Bereich von (10 mm)2 bis (100 mm)2. Eine Wandstärke des Wandabschnitts oder der Wandstruktur liegt bevorzugt im Bereich größer 0,5 mm, insbesondere größer 1,0 mm bis 10 mm, bevorzugt nur bis 7 mm, insbesondere nur bis 4 mm.
Wie bereits gesagt, ist vorgesehen, dass bei dem Fließpressverfahren ein Fließen des Werkstoffes unterhalb von örtlichen Rissinitiationsspannungen geführt werden. D.h., der unter Druck fließende Werkstoff im zwischen Gelenkteilen des Formbildungswerkzeugs gebildeten Hohlräumen wird unterhalb der örtlichen Rissinitiationsspannungen umgeformt, wobei diese durch jene Zugspannung im Werkstoff definiert ist, bei welcher die ersten Anrisse auftreten.
Zudem sieht die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines aus zwei, insbesondere aus dem gleichen Leichtmetall oder der gleichen Leichtmetall-Legierung bestehenden Formteilen gebildeten Kombinationsbauteils vor, bei dem man ein erstes Formteil nach einem Verfahren gemäß den oben genannten Aspekten bildet und ein insbesondere in seiner Form von dem ersten Formteil abweichendes zweites Formteil insbesondere ebenfalls nach einem Verfahren gemäß den oben erläuterten Aspekten bildet, und bei dem das erste und das zweite Formteil für eine in Pressachsrichtung hintereinander angeordnete gegenseitige Kopplung ausgelegt werden. Dadurch wird es möglich, Formteile »zu schließen", indem das andere Formteil beispielsweise wie ein Deckel wirkt. Zur Verbindung der Formteile können diese bevorzugt geschweißt werden und dazu jeweilig schweißbar ausgebildete Kopplungsbereiche haben. Dadurch lassen sich auch z.B. gasdichte Behälter aus den beiden Formteilen bilden. So ist bevorzugt vorgesehen, dass das erste und zweite Formteil in gekoppeltem Zustand einen Hohlraum begrenzen und der Hohlraum abgesehen von vorgesehenen Zugängen dicht, insbesondere gasdicht abgeschlossen ist. Zugänge können beispielsweise durch Bohren in die Wandstruktur oder Basis gelegt werden.
Von der Erfindung werden entsprechend auch fließgepresste Formteile aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung unter Schutz gestellt, die im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet sind, dass das Formteil in wenigstens einem Bereich mit einer Abweichung von einer bezüglich der Pressachse drehsymmetrischen Grundform gebildet ist, sich dieser symmetrieabweichende Bereich über einen durch Rückwärts- Napffließpressen oder Rückwärts-Hohffließpressen gebildeten Wandabschnitt des Formteils mit überwiegend orthogonal zur Pressachse verlaufendem Normalenvektor erstreckt, und an einer an den Wandabschnitt angrenzenden flächigen Basis des Formteils mit überwiegend in Richtung der Pressachse verlaufendem Normalenvektor auf ihrer dem Wandabschnitt entgegengesetzten Seite eine durch Vorwärts-Napf-Fließpressen oder Hohl- Vorwärts-Fließpressen gebildete, die Pressachse umlaufende Struktur gebildet ist, wobei in einem Bereich geringster Wandstärke des Wandabschnitts am Übergang zu der Basis der Quotient aus dieser Wandstärke in [mm] und einer an dem Übergang gebildeten mittleren Krümmung in [mm'1] größer ist als 0,03, bevorzugt größer ist als 0,1, weiter bevorzugt größer ist als 0,3, insbesondere größer ist als 0,6 und/oder in einem in Umfangsrichtung gesehen wenigstens überwiegenden Bereich des Basis-Wand-Übergangs des Verhältnisses von Wandstärke zu Basisstärke kleiner ist als 1,0, bevorzugt kleiner als 0,85, insbesondere kleiner als 0,7.
Die Vorteile derartiger Formteile ergeben sich aus der obigen Erläuterung zu den Verfahrensaspekten.
So ist des Weiteren vorgesehen, dass das Formteil ein oder mehrere Formmerkmale aufweist, die aus Verfahrensschritten seiner Herstellung gemäß einem Verfahren nach einem oder mehreren der oben genannten Verfahrensaspekte resultieren.
Des Weiteren wird unter Schutz gesteift ein Kombinationsbauteil, insbesondere hergestellt nach einem der oben erläuterten Verfahrensaspekte zur Herstellung eines Kombinationsbauteils, gebildet aus zwei Formteilen, welche insbesondere aus dem gleichen Leichtmetall oder der gleichen Leichtmetall-Legierung bestehen, wobei ein erstes Formteil gemäß einem der oben genannten Aspekte ausgebildet ist und ein zweites Formteil insbesondere in seiner Form von dem ersten Formteil abweicht und insbesondere ebenfalls wie ein Formteil gemäß den oben genannten Aspekten ausgebildet ist, wobei das erste und zweite Formteil für eine in Pressachsrichtung hintereinander angeordnete gegenseitige Kopplung ausgelegt sind.
Für bestimmte Anwendungen kann es sich als vorteilhaft erweisen, von dem oben erläuterten Verhältnis von Wandstärke zu Basisstärke (< 1,0) abzuweichen und vielmehr dieses Verhältnis wiederum in einem in Umfangsrichtung überwiegenden Bereich anders einzustellen, nämlich als größer als 1,0, bevorzugt als 1,25, auch als 1,5, aber bevorzugt kleiner als 3,0, insbesondere als 2,5. Diese Variante wird insbesondere in Kombination damit als vorteilhaft angesehen, wenn die Höhe des Wandabschnitts, insbesondere der umlaufenden Wandstruktur über der Basis nicht mehr als 3 Mal, bevorzugt nicht mehr als 2,5 Mal, insbesondere nicht mehr als 2 Mal höher ist als dessen/deren Wandstärke. Für diese Gestaltung kann es sich zur Vermeidung von Faltenbildungen als vorteilhaft erweisen, wenn das Faserwerkzeug wenigstens halbseitig geschlossen ist, so dass ein Gegendruck für das fließende Material aufgebaut wird.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren, von denen
Fig. 1 schematisch ein durch Fließpressen hergestelltes Formteil zeigt,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines
Teils eines Axialschnittes durch das in Fig. 1 gezeigte Formteil zeigt, und
Fig. 3 einen Übergangsbereich zwischen einem Wandabschnitt und einer Basis eines Formteils zeigt.
In Fig. 1 ist in einer perspektivischen schematischen Ansicht ein Formteil 10 gezeigt, das durch Fließpressen hergestellt wurde. Auf etwa halber Höhe in Pressachsrichtung erkennbar ist eine Basis 5, die eine polygonale Form aufweist, hier die Form eines Pentagons, und nachstehend auch als Boden bezeichnet wird. Es könnten jedoch auch andere Formen anstelle der pentagonalen Form herangezogen werden, insbesondere solche, die Symmetrieachsen aufweisen.
Die in Fig. 1 oberhalb des Bodens 5 befindliche Struktur ist durch Rückwärts-Napf- Fließpressen gebildet und weist einen Wandabschnitt 6.1 auf, sowie in dieser Ausführungsform weitere Wandabschnitte 6.2, 6.3, 6.4 und 6.5, die gemeinsam eine obere Wandstruktur 6 bilden.
Die in Fig. 1 unterhalb des Bodens 5 gebildete Anordnung ist eine umlaufende Struktur 7, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel von der Form her der Wandstruktur 6 entspricht. In der dargestellten Ausführungsform liegt der Boden 5 etwa auf halber Höhe des FormteilslO, seine Lage könnte jedoch ebenso asymmetrisch sein, also höher oder tiefer als in Fig. 1 dargestellt.
Dezentral erstreckt sich vom Boden 5 in Richtung nach oben ein Stiftteil 8, welches durch Rückwärts-Vollfließpressen gebildet ist. Der Stift 8 sowie gegebenenfalls weitere vorsehbare Stifte sind ein Beispiel für die Gestaltung einer Struktur innerhalb des von der Wandstruktur 6 eingeschlossenen Hohlraums.
Nicht dargestellt in Fig. 1 ist am oberen Rand 9 ein wenn auch geringer, relativer Höhenunterschied, d.h. eine geringe Zipfelbildung in Form einer mittig der jeweiligen Wandabschnitte 6.i höheren Wandhöhe, die unmittelbar nach dem Fließpressen besteht. Vielmehr ist der obere Rand 9 auf gleicher Höhe dargestellt, beispielsweise erzeugt durch einen dem Fließpressvorgang nachgeschalteten Fräsvorgang. Selbstverständlich können durch die fräsende oder bohrende Nachbearbeitung weitere Strukturen in das in Fig. 1 gezeigte Formteil eingearbeitet werden, wie etwa Rillen, Bohrungen, Stufen und Durchgangslöcher. Die Oberfläche an der Unterseite des Bodens 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eben ausgebildet und stellt abgesehen von der umlaufenden Wandstruktur eine ebene Fläche dar.
Man erkennt, dass in Blickrichtung der Fließpressachse die Wandstruktur 6 und die umlaufende Struktur 7 miteinander fluchten. Das in Fig. 1 gezeigte Formteil ist somit mit einem ähnlichen Formteil dazu geeignet, zu einem Kombinationsbauteil zusammengefügt zu werden. Hierzu kann eine Schweißverbindung zwischen dauerhaft (im Falle identischer Bauteile) beispielsweise dem oberen Rand 9 eines ersten Bauteils und dem unteren Rand des anderen Bauteils hergestellt werden. Der dadurch gebildete Behälterinnenraum kann somit auch dicht, insbesondere gasdicht abgeschlossen werden.
In der Ansicht von Fig. 2, in welcher allerdings eine vorgesehene Rundung im Übergangsbereich zwischen Boden 5 und Wandabschnitt 6.1 bzw. der umlaufenden Struktur 7 nicht dargestellt ist, ist erkennbar, dass die Wanddicke w kleiner gewählt ist als die Bodendicke b. Beim Fließpressen des Formteils ergibt sich dadurch ein gleichmäßiger gerichtetes Fließen des Materials und dadurch bedingt eine hohe Homogenität der Wandstruktur 6 und auch der umlaufenden Struktur 7.
In Fig. 3 ist noch der Obergang von Boden 8 zu Wandabschnitt 6.1 schematisch wiedergegeben, mit einer Rundung und deren Krümmungsradius r. Das Verhältnis aus der Wandstärke w in [mm], hier 2, und der am Übergang gebildeten mittleren Krümmung 1/r in [mm'1], hier 1/0,35, beträgt im dargestellten Beispiel 0,7.
Die Erfindung ist nicht auf die in dem vorstehend erläuterten Beispiel gezeigte Ausführungsform eingeschränkt. Vielmehr können die Merkmale der nachfolgenden Ansprüche sowie der vorstehenden Beschreibung für die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Bildung eines Formteils (10) aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung durch entlang einer Pressachse (X) vorgenommenes Fließpressen eines Butzens,
dadurch gekennzeichnet, dass man das Formteil in wenigstens einem Bereich mit einer Abweichung von einer bezüglich der Pressachse drehsymmetrischen Grundform bildet, sich dieser symmetrieabweichende Bereich Ober einen durch Rückwärts- Napffließpressen gebildeten Wandabschnitt (6.1) des Formteils mit überwiegend orthogonal zur Pressachse verlaufendem Normalenvektor erstreckt und man im gleichen Fließpressvorgang an einer an den Wandabschnitt angrenzenden flächigen Basis (5) des Formteils mit überwiegend in Richtung der Pressachse verlaufenden Normalenvektor auf ihrer dem Wandabschnitt entgegengesetzten Seite durch Vorwärts-Napffließpressen, Vorwärts- Hohlfließpressen oder Vorwärts-Vollfließpressen eine die Pressachse umgebende, insbesondere umlaufende Struktur (7) bildet wobei in einem Bereich geringster Wandstärke des Wandabschnitts am Übergang zu der Basis der Quotient aus dieser Wandstärke (w) in
[mm] und einer an dem Übergang gebildeten mittleren Krümmung (1/r) in [mm'1] größer ist als 0,03, bevorzugt größer ist als 0,1, weiter bevorzugt größer ist als 0,3, insbesondere größer ist als 0,6 und/oder in einem in Umfangsrichtung gesehen wenigstens überwiegenden Bereich des Basis-Wand-Obergangs das Verhältnis von Wandstärke zu Basisstärke (b) kleiner ist als 1,0, bevorzugt kleiner als 0,85, insbesondere kleiner als 0,7.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der Quotient größer ist als 1/10000 der in
[mm2] gemessenen Fläche des Basisbereichs, bevorzugt größer ist als 1/4000 dieser Fläche, insbesondere als 1/1000 dieser Fläche.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der Wandabschnitt Teil einer die Pressachse umlaufenden Wandstruktur (6) ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Kontur der Wandstruktur überwiegend und insbesondere gänzlich von einer bezüglich der Pressachse drehsymmetrischen Grundform abweicht und insbesondere von polygonaler Form ist.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Grundform der Basis und/oder der Kontur der Wandstruktur symmetrisch bezüglich wenigstens einer, bevorzugt wenigstens zweier, insbesondere wenigstens vierer Symmetrieachsen ist/sind.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Grundform des But- zens im Wesentlichen mit der Grundform der Basis übereinstimmt
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem über wenigstens 80% des Umlaufs eine Wandstärke der Wandstruktur weniger als 8 %, bevorzugt weniger als 4 %, insbesondere weniger als 2 % relative Abweichung voneinander aufweist und/oder über den Umlauf gesehen der Quotient aus maximaler Wandstärke und minimaler Wandstärke geringer ist als 3,6, bevorzugt als 3,2, insbesondere als 2,8.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem ein einseitig, insbesondere zweiseitig geschlossenes Formwerkzeug herangezogen wird.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem an der Basis insbesondere auf Seite des Wandabschnitts ein oder mehrere insbesondere stiftartige Formelemente (8) durch Vollfließpressen gebildet werden, insbesondere dezentral von der Basismitte entfernt.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Butzen und/oder Arbeitsflächen der das Fließpressen ausführenden Fließpresse mit Schmiermittel versehen werden.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem mehrere gleichartige dieser Formteile in Zeitabständen von weniger als 2 s, insbesondere weniger als 1,3 s, insbesondere weniger als 0,7 s hergestellt werden.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Wandstruktur und die umlaufende Struktur in Pressachsrichtung gesehen miteinander fluchten.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem man anschließend an das Fließpressen eine Nachbearbeitung des Formteils vornimmt, insbesondere eine spanende Nachbearbeitung beispielsweise durch Fräsen und/oder Bohren.
14. Verfahren zur Herstellung eines aus zwei insbesondere aus dem gleichen Leichtmetall oder der gleichen Leichtmetall-Legierung bestehenden Formteilen gebildeten Kombinationsbauteils, bei dem man ein erstes Formteil nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 13 bildet und ein insbesondere in seiner Form von dem ersten Formteil abweichendes zweites Formteil, insbesondere ebenfalls nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 bildet, und bei dem das erste und zweite Formteil für eine in Pressachsrichtung hintereinander angeordnete gegenseitige Kopplung ausgelegt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der jeweilige Kopplungsbereich schweißbar ausgebildet ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem das erste und zweite Formteil in gekoppeltem Zustand einen Hohlraum begrenzen und der Hohlraum abgesehen von vorgesehenen Zugängen dicht, insbesondere gasdicht abgeschlossen ist.
17. Fließgepresstes Formteil aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil in wenigstens einem Bereich mit einer
Abweichung von einer bezüglich der Pressachse drehsymmetrischen Grundform gebildet ist, sich dieser symmetrieabweichende Bereich über einen durch Rückwärts- Napffließpressen oder Rückwärts-Hohlfließpressen gebildeten Wandabschnitt des Formteils mit überwiegend orthogonal zur Pressachse verlaufendem Normalenvektor erstreckt, und an einer an den Wandabschnttt angrenzenden flächigen Basis des Formteils mit überwiegend in Richtung der Pressachse verlaufendem Normalenvektor auf ihrer dem Wandabschnitt entgegengesetzten Seite eine durch Vorwärts-Napffließpressen oder Vorwärts- Hohlfließpressen gebildete, die Pressachse umlaufende Struktur gebildet ist, wobei in einem Bereich geringster Wandstärke des Wandabschnitts am Übergang zu der Basis der Quotient aus dieser Wandstärke in [mm] und einer an dem Übergang gebildeten mittleren Krümmung in [mm'1] größer ist als 0,03, bevorzugt größer ist als 0,1, weiter bevorzugt größer ist als 0,3, insbesondere größer ist als 0,6 und/oder in einem in Umfangsrichtung gese- hen wenigstens überwiegenden Bereich des Basis-Wand-Obergangs das Verhältnis von Wandstärke zu Basisstärke kleiner ist als 1 ,0, bevorzugt kleiner als 0,85, insbesondere kleiner als 0,7.
18. Formteil nach Anspruch 1 , mit weiteren sich aus Verfahrensschritten seiner Herstellung gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 13 resultierenden Formmerkmalen.
19. Kombinationsbauteil, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, gebildet aus zwei Formteilen, welche insbesondere aus dem gleichen Leichtmetall oder der gleichen Leichtmetall-Legierung bestehen, wobei ein erstes Formteil gemäß Anspruch 17 oder 18 ausgebildet ist und ein zweites Formteil insbesondere in seiner Form von dem ersten Formteil abweicht und insbesondere ebenfalls nach Anspruch 17 oder 18 ausgebildet ist, wobei das erste und zweite Formteil für eine in
Pressachsrichtung hintereinander angeordnete gegenseitige Kopplung ausgelegt sind.
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