EP3122490A1 - Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten von stranggepressten profilabschnitten aus magnesium oder magnesiumlegierungen und ein daraus hergestelltes leichtbauelement - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten von stranggepressten profilabschnitten aus magnesium oder magnesiumlegierungen und ein daraus hergestelltes leichtbauelement

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EP3122490A1
EP3122490A1 EP15714395.9A EP15714395A EP3122490A1 EP 3122490 A1 EP3122490 A1 EP 3122490A1 EP 15714395 A EP15714395 A EP 15714395A EP 3122490 A1 EP3122490 A1 EP 3122490A1
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calibration
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method and apparatus for processing extruded profile sections of magnesium or magnesium alloys with respect to their outer contour by hot calibration and / or hot stamping and / or cutting and / or hole operations for subsequent joining processes.
  • the invention relates in particular to extruded hollow chamber profiles from which subsequent assemblies (lightweight component) are to be joined.
  • DE 2 105 537 C3 describes an apparatus for hot calibration of rod-shaped rolling during hot rolling in the production flow of a continuous roll train, in which behind the finishing stand a die is arranged and the warmzukalibrierende, rod-shaped rolling stock is pushed by the rolls of the finishing stand through the die wherein the die is formed as a closed ring die and the ring die heatable to rolling temperature consists of a highly heat-resistant material and in front of the ring die a nozzle ring with an opening for the addition of thermally stable lubricants, such as colloidal graphite, low-melting glass, soda, quicklime or salts, as well as in front of the nozzle ring two labyrinth ring chambers are arranged and that the ring die is cushioned axially in both directions.
  • thermally stable lubricants such as colloidal graphite, low-melting glass, soda, quicklime or salts
  • a lightweight component and a manufacturing method in which the lightweight component consists of several together in a flat arrangement joined, extruded hollow sections.
  • the associated method comprises the steps of a) extruding hollow profiles with a wall thickness of at most 0.5% of the diameter of the circumscribed circle of the lightweight component made therefrom, b) joining a plurality of hollow profiles in a planar arrangement to form a lightweight component which has a circumscribed circle of at least 300 mm.
  • the joining of the hollow profiles is carried out by friction welding or gluing.
  • Extruded profiles in particular multi-chamber extruded profiles, warp on emergence from the die of the extruder. This leads straight to problems in a subsequent joining process in which flat assemblies are to be assembled from the extruded profile sections.
  • Light metals have the advantage over the steel materials most commonly used today that they have a much lower density.
  • the lightest of these metals is magnesium, about 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 producible extruded profiles is limited, so that one is forced to add assemblies of individual extruded profile sections.
  • the object of the invention is to provide a method and an apparatus for processing extruded profile sections made of magnesium or magnesium alloys, with which the aforementioned disadvantages are eliminated.
  • Another object is to provide a lightweight component produced therefrom that is made of individual extruded profile sections by joining, whereby virtually any arbitrary large lightweight element can be realized.
  • this object is achieved in that by means of the method, the extruded profile sections made of magnesium or magnesium alloys are brought in terms of their outer contour by hot calibration for the subsequent joining process to a dimensional accuracy in order to simplify the joining process. At the same time it is possible, together with the warm calibration, to carry out embossing operations, cutting and / or punching operations.
  • the hot calibration is performed in the production flow following 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.
  • Such lightweight construction elements in vehicle construction can be, for example, support structures in the form of floor groups.
  • the accompanying Figure 1 shows an apparatus for carrying out the method for hot calibration of extruded profile sections.
  • the inventive method comprises the steps - inserting the heated to a temperature in the range of 250 to 450 ° C profile sections 1 in a two-part preheated to a temperature in the range of 300 to 600 ° C calibration 2 - and - pressurization of the calibration 2
  • insertion elements can be inserted into the end faces of the cut-to-length profile sections 1 by means of one or more press cylinders 3.
  • the insertion elements may have pin-like projections whose cross sections are adapted to the inner cross sections of the profile sections 1, have.
  • the device consists essentially of a press 4 and a calibration 2.
  • the calibration tool 2 is designed in two parts and therefore consists of two mutually movable tool halves I, II, between which the profile section 1 is inserted, wherein the tool halves adapted to the cross section of the profile to be calibrated are.
  • the tool halves I, II have holes in the corresponding heating cartridges are used to heat the tool halves I, II and to keep it at temperature.
  • one or more embossing dies can be arranged in one or both tool halves I, II, with the help of which at the same time a surface embossing of the profile sections can be made on one or both sides during the calibration process.
  • the calibrated and / or embossed and / or perforated profile sections can be joined to form a lightweight component.
  • the lightweight construction element may be formed, for example, as a support structure for a land vehicle, aircraft or watercraft, the individual of which the lightweight component forming hot-calibrated profile sections 1 are connected by a non-detachable connection. Preferably, this can be done by the friction stir welding, whereby low welding times and high efficiency in the joining process can be achieved.

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Abstract

Die Erfindung zum Bearbeiten von stranggepressten Profilabschnitten hinsichtlich ihrer Außenkontur durch Warmkalibrieren und / oder Warmprägen und / oder Schnitt- und / oder Lochoperationen umfasst die Verfahrensschritte - Einlegen der auf eine Temperatur im Bereich on 250 bis 450°C erwärmten Profilabschnitte (1) in ein zweigeteiltes auf eine Temperatur von 300 bis 600°C vorgewärmtes Kalibrierwerkzeug (2) - und - Druckbeaufschlagung des Kalibrierwerkzeuges (2) mittels eines oder mehreren Presszylindern (3) einer Presse (4). Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer Presse (4) und einem Kalibrierwerkzeug, wobei das Kalibrierwerkzeug (2) aus zwei zueinander verfahrbaren Werkzeughälften I, II, zwischen deren der Profilabschnitt (1) eingelegt wird, gebildet wird.

Description

"Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von stranggepressten Profilabschnitten aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen und ein daraus hergestelltes Leichtbauelement"
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten von stranggepressten Profilabschnitten aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen hinsichtlich ihrer Außenkontur durch Warmkalibrieren und / oder Warmprägen und / oder Schnitt- und / oder Lochoperationen für die nachfolgenden Fügeprozesse.
[0002] Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf stranggepresste Hohlkammerprofile, aus denen nachfolgend Baugruppen (Leichtbauelement) gefügt werden sollen.
[0003] 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.
[0004] 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. [0005] Die DE 2 105 537 C3 beschreibt eine Vorrichtung zum Warmkalibrieren von stabförmigen 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.
[0006] 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, 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.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] 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. [0010] 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.
[0011] 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.
[0012] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten von stranggepressten Profilabschnitten aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen zur Verfügung zu stellen, mit dem die vorgenannten Nachteile beseitigt werden.
[0013] Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein daraus hergestelltes Leichtbauelement zu schaffen, dass aus einzelnen Strangpressprofilabschnitten durch Fügen hergestellt wird, wodurch praktisch ein beliebig großes Leichtbauelement realisiert werden kann.
[0014] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass mittels des Verfahrens die stranggepressten 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.
[0015] Dies ist gegenüber einer Kalibrierung nach dem IHU-Verfahren (Innen-Hochdruck- Umformung) wesentlich effektiver und aufgrund der extrem teuren IHU-Werkzeuge wesentlich kostengünstiger. [0016] Die so kalibrierten Profilabschnitte lassen sich ohne großen Aufwand zu Leichtbauelementen fugen. Solche Leichtbauelemente im Fahrzeugbau können beispielsweise Tragstrukturen in Form von Bodengruppen sein.
[0017] Anhand eines Ausfuhrungsbeispiels soll die Erfindung näher beschrieben werden.
[0018] Die dazugehörige Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens zum Warmkalibrieren von Strangpressprofilabschnitten.
[0019] Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte - Einlegen der auf eine Temperatur im Bereich von 250 bis 450°C erwärmten 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 können bei Bedarf Einschubelemente in die Stirnseiten der abgelängten Profilabschnitte 1 eingesetzt werden.
[0020] Die Einschubelemente können zapfenartige Ansätze, dessen Querschnitte den inneren Querschnitten der Profilabschnitte 1 angepasst sind, aufweisen.
[0021] Von Vorteil ist, wenn die Verfahrens schritte zum Warmkalibrieren im Anschluss den Strangpressprozess stattfinden, da sich dann ein Aufheizen / Erwärmen Strangpressprofilabschnitte erübrigt.
[0022] Die Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung der Vorrichtung zur Durchfuhrung 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 Profilabschnitt 1 eingelegt wird, wobei die Werkzeughälften dem Querschnitt des zu kalibrierenden Profils angepasst sind. [0023] 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 Profilabschnitte werden auf ein einheitliches Maß gebracht und gleichzeitig gerichtet.
[0024] Die Werkzeughälften I, II weisen Bohrungen auf, in die entsprechende Heizpatronen eingesetzt sind, um die Werkzeughälften I, II zu erwärmen bzw. auf Temperatur zu halten.
[0025] 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 Profilabschnitte auf einer oder auf beiden Seiten vorgenommen werden kann.
[0026] Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass in die Werkzeughälften I, II Schnitt- oder Lochwerkzeuge integriert werden, um während des Kalibriervorganges gleichzeitig Schnittoder Lochoperationen in den Profilabschnitten 1 vorzunehmen.
[0027] Im Anschluss an den Warmkalibriervorgang können die kalibrierten und / oder geprägten und / oder gelochten Profilabschnitte zu einem Leichtbauelement gefügt werden.
[0028] Das Leichtbauelement kann beispielsweise als Tragstruktur für ein Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug ausgebildet sein, dessen einzelne das Leichtbauelement bildende warmkalibrierten 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
Profilabschnitte
Kalibrierwerkzeug
Presszylinder
Presse
Bohrungen
I Werkzeughälfte II Werkzeughälfte

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bearbeiten von stranggepressten Profilabschnitten aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen hinsichtlich ihrer Außenkontur durch Warmkalibrieren und/oder Warmprägen und/oder Schnitt- und/oder Lochoperationen gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
Einlegen der auf eine Temperatur im Bereich von 250 bis 450 °C erwärmten Profilabschnitte (1) in ein zweigeteiltes auf eine Temperatur im Bereich von 300 bis 600 °C vorgewärmtes Kalibrierwerkzeug (2)
Druckbeaufschlagung des Kalibrierwerkzeuges (2) mittels eines oder mehreren Presszylindern (3) einer Presse (4).
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
zusätzlich bei Bedarf Einschubelemente in die Stirnseiten der abgelängten Profilabschnitte (1 ) eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verfahrensschritte im Fertigungsfluss im Anschluss an das Strangpressen durchgeführt werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 und mindestens einem der Ansprüche 2 und 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung aus einer Presse (4) und einem Kalibrierwerkzeug (2) besteht, wobei das Kalibrierwerkzeug (2) aus zwei zueinander verfahrbaren Werkzeughälften (1,11), zwischen denen der Profilabschnitt (1 ) eingelegt wird, besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine der Werkzeughälften (1,11) entsprechend dem Querschnitt des zu kalibrierenden Profilabschnittes (1) angepasst ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
in wenigstens einer der Werkzeughälften (1,11) auf der dem Profilabschnitt (1) zugewandten Seite Prägematrizen angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
in den Werkzeughälften (1,11) des Kalibrierwerkzeuges (2) Bohrungen (5) zur Aufnahme von Heizpatronen vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Einschubelemente zapfenartige Ansätze, dessen Querschnitte den inneren Querschnitten des Profilabschnittes (1) angepasst sind, aufweisen.
9. Leichtbauelement, welches aus mehreren miteinander in einer flächigen Anordnung gefügten stranggepressten Profilabschnitten, die gemäß des Verfahrens nach Anspruch 1 und mindestens einem der Ansprüche 2 und 3 hergestellt sind, besteht,
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.
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