EP3579993B1 - Verfahren zur bildung eines formteils und formteil - Google Patents
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- EP3579993B1 EP3579993B1 EP18702241.3A EP18702241A EP3579993B1 EP 3579993 B1 EP3579993 B1 EP 3579993B1 EP 18702241 A EP18702241 A EP 18702241A EP 3579993 B1 EP3579993 B1 EP 3579993B1
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Definitions
- the invention relates to a method for forming a molded part from a light metal or a light metal alloy by extrusion of a slug along a pressing axis, as well as molded parts produced therewith and combination components formed therefrom.
- Impact extrusion is a well-known solid forming process in which the material to be formed in the form of a slug is made to flow in an extrusion press under the action of high pressure and is shaped by the extrusion press into the shape that determines the molded part.
- forming can also take place at room temperature (cold extrusion), ie the slugs do not necessarily have to be brought to temperatures of between 200° and 800°, for example, depending on the material, before the pressing process.
- Impact extrusion is best used to produce molded parts with a basic shape that is rotationally symmetrical with respect to the extrusion axis.
- One of the main problems in the production of molded parts using impact extrusion is the limited geometric design options if sufficiently good mechanical material properties are to be achieved over the entire cross section of individual parts, such as wall parts. Any problems that may arise, for example for load-bearing and/or intensively mechanically stressed parts, can be seen in impairments of the microstructure of the material, for example in the form of grooves or depressions on the surface, which can lead to fatigue fractures, especially with changing tensile stresses.
- CN103691751 discloses a method for forming a molded part, which is rotationally symmetrical with respect to the pressing axis, from a light metal by extrusion of a slug.
- the object of the invention is to use such a method to produce molded parts with greater variability in terms of their basic shape while still having a satisfactory material quality.
- this object is achieved by a further development of a method of the type mentioned at the beginning, which is characterized in that the molded part is formed in at least one area with a deviation from a basic shape that is rotationally symmetrical with respect to the pressing axis, this area deviating from symmetry extends over a wall section of the molded part formed by reverse cup extrusion or reverse hollow extrusion with a normal vector running predominantly orthogonally to the pressing axis, and in the same extrusion process on a flat surface adjacent to the wall section Base of the molded part with normal vector running predominantly in the direction of the pressing axis on its side opposite the wall section by forward cup extrusion or forward hollow extrusion forming a structure surrounding the pressing axis, wherein in an area of the smallest wall thickness of the wall section at the transition to the base the quotient of this wall thickness in [mm] and an average curvature in [mm] formed at the transition -1 ] is greater than 0.03, preferably greater than 0.1, more preferably
- this quotient of wall thickness and average curvature is greater than 1/10000 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 area with a length of at least 0.2 mm, preferably at least 1 mm, in particular at least 2 mm. In this way, the formation of notches on the surface can be largely avoided, and the molded part becomes more resistant to material fatigue and the formation of cracks, even under changing mechanical stress.
- the wall section is part of a wall structure surrounding the pressing axis. This enables 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 between the wall height of the molded part immediately after extrusion and the target geometry of the molded part to be achieved after processing is less than 3 mm, in particular less than 2 mm. This avoids excessive earing and material can also be saved.
- the contour of the wall structure deviates predominantly and in particular completely from a basic shape that is rotationally symmetrical with respect to the pressing axis and is in particular of a polygonal shape.
- This variant which is rather unsuitable for reasons of extrusion technology due to the rotational symmetry deviation, however, allows greater variability for the application situations 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 axes of symmetry. This enables a good compromise in terms of intrinsic impact extrusion advantages and the above-mentioned variability in the application of the molded parts.
- the basic shape of the slug essentially corresponds to the basic shape of the base.
- the shape adapted to the basic shape of the base provides advantages in the flow behavior of the extruded slug, which outweigh the additional effort required to provide it.
- a coherent surface area is formed on the side of the base in the forward flow direction, which extends over at least 70%, preferably at least 80% of the base area minus the area of the surrounding structure and in which a relative surface unevenness in the form of a difference in the height level of the surface is less than 20%, preferably less than 10%.
- the wall thickness of the wall structure over at least 80% of the revolution is less than 8%, preferably less than 4%, in particular less than 2%, relative deviation from one another and/or the quotient of maximum wall thickness and minimum wall thickness over the revolution is less than 3.6, preferably less than 3.2, in particular less than 2.8.
- one or more mechanical properties from 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 mold that is closed on one side, in particular on two sides is used.
- this requires very precise coordination of the slug volume used with the intended end shape, but there are advantages in terms of savings in possible subsequent machining of the molded part.
- one or more in particular pin-like shaped elements are formed on the base on the side of the wall section by reverse full extrusion, in particular removed decentrally from the center of the base.
- the form elements allow the interior space occupied by the wall structure to be designed with regard to intended technical functionalities and thus increases the flexibility in the use of the manufactured molded parts.
- the pin-like shaped 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 can in particular also lie in a connection with further molded parts and/or other structures.
- the slug and/or working surfaces of the extrusion press carrying out the extrusion are expediently provided with lubricants. It can be zinc fat soaps. This simplifies forming and also increases the service life of the extrusion press due to reduced-friction flow.
- molded parts of the same type are produced at intervals of less than 2 s, in particular less than 1.3 s, in particular less than 0.7 s. In this way, a large number of identical molded parts can be produced in a comparatively short time.
- An extrusion press of the toggle press type is preferably used, and a cold extrusion press is also preferably used.
- the wall structure and the surrounding structure are aligned with one another as seen in the pressing axis direction. This allows the parts to be coupled with each other or with similar molded parts according to the modular principle.
- the molded part should have liquid structural elements that can be achieved particularly easily by post-processing, for example post-processing by milling and/or drilling.
- any undesired remaining ear formations can be removed there in a suitable manner.
- the invention is used particularly advantageously for base areas in the range from (10 mm) 2 to (100 mm) 2 .
- a wall thickness of the wall section or of the wall structure is preferably in the greater range 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 in the impact extrusion process. That is, the material flowing under pressure in the cavities formed between hinge parts of the forming tool is deformed below the local crack initiation stresses, which are 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 molded parts, in particular made of the same light metal or the same light metal alloy, in which a first molded part is formed using a method according to the aspects mentioned above and a second molded part, which differs in shape from the first molded part in particular, is also formed using a method according to the aspects explained above, and in which the first and the second molded part are designed for mutual coupling arranged one behind the other in the pressing axis direction.
- This makes it possible to "close" molded parts by having the other molded part act like a lid, for example.
- they can preferably be welded and, for this purpose, each have coupling areas designed to be weldable.
- gas-tight containers can also be formed from the two molded parts.
- the first and second molded part delimit a cavity in the coupled state and the cavity is sealed tightly, in particular gas-tightly, apart from the access points provided. Access can be made, for example, by drilling into the wall structure or base.
- Extruded molded parts made of a light metal or a light metal alloy are also protected by the invention, which are characterized in that the molded part is formed in at least one area with a deviation from a basic shape that is rotationally symmetrical with respect to the pressing axis, this area deviating from symmetry extends over a wall section of the molded part formed by reverse cup extrusion or reverse hollow extrusion with a normal vector running predominantly orthogonally to the pressing axis, and on a flat base of the molded part adjoining the wall section with a normal vector running predominantly in the direction of the pressing axis on its side opposite the wall section, a structure formed by forward cup extrusion or hollow forward extrusion and encircling the pressing axis is formed, with the quotient of this wall thickness in [mm] and an average curvature in [mm -1 ] formed at the transition being greater than in an area of the lowest wall thickness of the wall section at the transition to the base 0.03, preferably greater than 0.1, more preferably greater than
- the molded part has one or more shape features as defined in claim 14.
- a combination component is protected, in particular produced according to one of the above-mentioned aspects of the method 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, wherein a first molded part is designed according to one of the above-mentioned aspects and a second molded part differs in particular in its shape from the first molded part and in particular is also designed like a molded part according to the above-mentioned aspects, the first and second molded part being designed for mutual coupling arranged one behind the other in the pressing axis direction are.
- a base 5 which has a polygonal shape, here the shape of a pentagon, and is also referred to below as the base, can be seen at about halfway up in the direction of the press axis.
- other shapes could be used instead of the pentagonal shape, particularly those having axes of symmetry.
- the structure located above the floor 5 is formed by reverse cup extrusion and comprises a wall section 6.1, and in this embodiment further wall sections 6.2, 6.3, 6.4 and 6.5, which together form a top wall structure 6.
- a peripheral structure 7 which in the present exemplary embodiment has the shape of the wall structure 6 corresponds.
- the bottom 5 is approximately halfway up the shaped part 10, but its position could also be asymmetrical, i.e. higher or lower than in FIG 1 shown.
- a pin part 8 which is formed by reverse full extrusion, extends decentrally from the bottom 5 in an upward direction.
- the pin 8 and possibly other pins that can be provided are an example of the design of a structure within the cavity enclosed by the wall structure 6 .
- the upper edge 9 is at the upper edge 9 a relative height difference, albeit a small one, ie a small ear formation in the form of a higher wall height in the middle of the respective wall sections 6.i, which exists immediately after extrusion. Rather, the upper edge 9 is shown at the same height, for example produced by a milling process downstream of the impact extrusion process.
- further structures can be incorporated into the in 1 molded part shown are incorporated, such as grooves, holes, steps and through holes.
- the surface on the underside of the floor 5 is flat in this exemplary embodiment according to a preferred embodiment and, apart from the surrounding wall structure, represents a flat surface.
- the wall structure 6 and the surrounding structure 7 are aligned with one another in the viewing direction of the extrusion axis.
- This in 1 The molding shown is thus suitable with a similar molding to be assembled into a combination component.
- a welded connection can be produced 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.
- the interior of the container thus formed can thus also be sealed, in particular gas-tight.
- the wall thickness w is selected to be smaller than the base thickness b.
- the invention is not limited to the embodiment shown in the example explained above.
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Description
- 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.
-
CN103691751 offenbart ein Verfahren zur Bildung eines bezüglich der Pressachse drehsymmetrischen Formteils aus einem Leichtmetall durch Fließpressen eines Butzens. - 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 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-Napffließpressen 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-Hohlfließpressen 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,
- 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
- In einer weiter spezifizierten Gestaltung des Verfahrens ist dieser Quotient aus Wandstärke und mittlerer Krümmung größer als1/10000 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 bezüglich 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 Vorwärtsfließrichtung 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 Innenraumes 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 Butzen und/oder Arbeitsflächen der das Fließpressen ausführenden Fließpresse 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 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-Hohlfließpressen 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, wie in Anspruch 14 definiert.
- Des Weiteren wird unter Schutz gestellt 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.
- 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 Formteils10, seine Lage könnte jedoch ebenso asymmetrisch sein, also höher oder tiefer als inFig. 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 inFig. 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 Übergang 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 1Ir 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.
Claims (15)
- 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 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 (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 undloder in einem in Umfangsrichtung gesehen wenigstens überwiegenden Bereich des Basis-Wand-Übergangs das Verhältnis von Wandstärke zu Basisstärke (b) kleiner ist als 1,0, bevorzugt kleiner als 0,85, insbesondere kleiner als 0,7. - Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Quotient größer ist als 1110000 der in [mm2] gemessenen Fläche des Basisbereichs, bevorzugt größer ist als 1/4000 dieser Fläche, insbesondere als 1/1000 dieser Fläche.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Wandabschnitt Teil einer die Pressachse umlaufenden Wandstruktur (6) ist.
- 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.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Grundform des Butzens im Wesentlichen mit der Grundform der Basis übereinstimmt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, 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.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem ein einseitig, insbesondere zweiseitig geschlossenes Formwerkzeug herangezogen wird.
- 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.
- 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.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Wandstruktur und die umlaufende Struktur in Pressachsrichtung gesehen miteinander fluchten.
- 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 10 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 10 bildet, und bei dem das erste und zweite Formteil für eine in Pressachsrichtung hintereinander angeordnete gegenseitige Kopplung ausgelegt werden.
- Verfahren nach Anspruch 11, 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.
- 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 Wandabschnitt 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 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. - Formteil nach Anspruch 13, das eines oder mehrere Merkmale aus der nachfolgend aufgelisteten Gruppe von Merkmalen aufweist:- wobei 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,- wobei der Wandabschnitt Teil einer die Pressachse umlaufenden Wandstruktur (6) ist,- wobei die Kontur der Wandstruktur überwiegend und insbesondere gänzlich von einer bezüglich der Pressache drehsymmetrischen Grundform abweicht und insbesondere von polygonaler Form ist,- wobei die Grundform der Basis und/oder der Kontur der Wandstrukur symmetrisch bezüglich wenigstens einer, bevorzugt wenigstens zweier, insbesondere wenigstens vierer Symmtrieachsen ist/sind,- wobei 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,- wobei an der Basis insbesondere auf Seite des Wandabschnitts ein oder mehrere insbesondere stiftartige, durch Vollfließpressen gebildete Formelemente angeordnet sind, insbesondere dezentral von der Basismitte entfernt,- wobei die Wandstruktur und die umlaufende Strukur in Pressachsrichtung gesehen miteinander fluchten.
- Kombinationsbauteil, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 12, gebildet aus zwei Formteilen, welche insbesondere aus dem gleichen Leichtmetall oder der gleichen Leichtmetall-Legierung bestehen, wobei ein erstes Formteil gemäß Anspruch 13 oder 14 ausgebildet ist und ein zweites Formteil insbesondere in seiner Form von dem ersten Formteil abweicht und insbesondere ebenfalls nach Anspruch 13 oder 14 ausgebildet ist, wobei das erste und zweite Formteil für eine in Pressachsrichtung hintereinander angeordnete gegenseitige Kopplung ausgelegt sind.
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