DE19709947A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verformen von Gußaluminium und ähnlichen Materialien - Google Patents

Description

Auf vielen Gebieten werden zur Gewichtseinsparung Eisenwerk­ stoffe durch Aluminiumwerkstoffe ersetzt. Dies gilt insbesondere im Fahrzeugbau. Hier werden anstelle von Blechteilen zunehmend Aluminiumwerkstücke verwendet. Die Weiterverarbeitung und insbe­ sondere die Verformung von aus Gußaluminium hergestellten Werk­ stücken wirft jedoch viele Probleme auf. Während die Biege­ festigkeit von beispielsweise Blech gute Verformbarkeit ermög­ licht und die Verformung dieses Materials auch hohe Verformungs­ geschwindigkeiten gestattet, würden Aluminiumwerkstücke unter vergleichbaren Verformungstechniken zu Verformungsbrüchen füh­ ren. Während sich Aluminiumknetlegierungen verhältnismäßig leicht verarbeiten lassen, sind bei der Verarbeitung von bereits aus Aluminiumgußlegierungen hergestellten Bauteilen diese wegen der geringen Bruchdehnung nicht ohne weiteres mit den Techniken weiterverarbeitbar, die aus der Blechverformung bekannt sind.

Im vorliegenden Fall besteht die Aufgabe, ein im Aluminiumdruck­ gußverfahren hergestelltes, im wesentlichen zylindrisches Bau­ teil großer Festigkeit an einem Zylinderrand umzubiegen, wobei die Aufgabe dadurch erschwert wird, daß die Forderung besteht, daß der angestrebte Biegerand verhältnismäßig großen Axialkräf­ ten standhalten soll.

Erfindungsgemäß wird das Problem dadurch gelöst, daß bei einem im wesentlichen zylindrischen Aluminiumdruckgußteil großer Festigkeit und mit niedriger Streckgrenze und niedriger Bruch­ dehnung der einzuziehende Rand durch langsam sich erhöhenden dynamischen Druck zum Schließen gebracht wird.

Der dynamische Druck wird erfindungsgemäß durch Profilrollen oder Profilräder auf den Rand ausgeübt. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung geschieht das langsame Erhöhen des Drucks mit einem rotierenden Werkzeug, das axial beweglich auf das Werkstück langsam aufgesetzt wird.

Schließlich wird erfindungsgemäß neu vorgeschlagen, die Profil­ rollen oder Räder aufzuheizen, um beispielsweise auch Magnesium­ teile gemäß der Erfindung bearbeiten zu können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Er­ findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem eingezeichneten Werk­ stück ebenfalls im Schnitt und

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Schnittlinie II-II in Fig. 1.

In Fig. 1 ist unten beispielhaft als allgemeinster Anwendungs­ fall ein zylindrisches Rohr für beliebige Zwecke dargestellt, welches im Druckgußverfahren aus einer Gußaluminiumlegierung hergestellt worden ist. Dieses Rohr kann verschiedenen Zwecken dienen und es wird der erfindungsgemäßen Behandlungsweise unter­ worfen, falls sich bei der Weiterverarbeitung dieses zylindri­ schen Rohres eine entsprechende Aufgabe stellt.

Im speziellen handelt es sich aber bei dem hier dargestellten Beispiel um einen aus Druckgußaluminium hergestellten zylin­ drischen Kopf eines Stoßdämpfers, welcher gemäß der heute übli­ chen Technik aus Blech hergestellt wird. In diesem Fall würde das zylindrische Teil axial relativ kurz sein und in der Dar­ stellung in Fig. 1 nach unten mit einem Boden 18 abgeschlossen sein. Auf alle Fälle hat auch dieses Ausführungsbeispiel einen Mantel 20 aus Druckgußaluminium, der beispielsweise eine Wand­ stärke von 2 mm hat.

Zur Befestigung des Kopfes können Flansche 16 mitangegossen sein oder als Ring in einem besonderen Arbeitsvorgang auf die Außen­ fläche des Mantels 20 aufgebracht sein.

In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Aufgabe, einen Deckel 12 aufzusetzen und in einfacher Weise axial auch gegen große axiale Kräfte zu sichern.

Der ebenfalls im vorliegenden Beispiel 2 mm starke überstehende Mantelrand 14 muß zu diesem Zweck auf die radiale äußere Ober­ fläche des Deckels 12 umgebogen werden.

Aus den in der Einleitung beschriebenen Gründen eignet sich das Druckgußaluminiummaterial nicht zum einfachen Umbiegen. Es würde brechen.

Bevor das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwindung dieses Problems nachstehend näher erläutert wird, seien weitere Einzel­ heiten des vorliegenden sehr speziellen Beispiels erläutert, so­ weit es in der Zeichnung dargestellt ist. Zwischen Boden 18 und Deckel 12 ist ein elastisches Element einzusetzen, das zwischen Boden 18 und Deckel 12 zu haltern ist. Dieses elastische Element besteht aus einem Ring aus elastischem Material 20, welches ein zentrisches Führungslager 24 aufweist, um eine Kolbenstange 26 eines Stoßdämpfers bei dem hier beschriebenen Vorgang mitzuzen­ trieren oder zum Zentrieren mitheranzuziehen.

Diese Kolbenstange 26 wird von einer unteren zentrischen Ausneh­ mung eines drehbar gelagerten Stößels 30 aufgenommen.

Dieser Stößel 30 ist bereits Teil eines erfindungsgemäß verwen­ deten Werkzeugs und der Stößel ist über Lager 32 in einem Werk­ zeugschaft 40 so angeordnet, daß eine axiale Abfederung durch eine Tellerfeder 34 erfolgt. Der untere. Rand des Stößels 30 sitzt nämlich auf dem Deckel 12 auf, und zwar lediglich, um den Deckel in der richtig zentrierten Position zu halten, und es sei vorausgeschickt, daß später bei der Anwendung des erfindungsge­ mäßen Werkzeugs eine sich steigernde Kraft 70 auf den Rand 14 des Deckels 12 auswirkt. Damit diese axiale Bewegung nicht zu­ sätzlich die Fixierung und Halterung des Deckels 12 belastet, ist die Tellerfeder 34 vorgesehen. In einem radial unten am Werkzeugschaft erweiterten runden Lagerblock 42 befindet sich eine Lagerung 44 für eine Welle. In dem hier dargestellten Bei­ spiel handelt es sich um ein dreifach ausgelegtes Werkzeug, bei dem drei Lagerpaare 44 drei um 120° jeweils zueinander versetzte Wellen 46 tragen, siehe Fig. 2.

Jede Welle trägt radial innen ein auf den Rand 14 ausgerichtetes profiliertes Rad 50 aus gehärtetem Stahl, welches sich frei dre­ hen kann, so daß, wenn bei der Bearbeitung eine Rotationsbe­ wegung im Sinne des in Fig. 1 oben eingezeichneten kreisförmi­ gen Pfeils einsetzt, das Rad 50 auf dem Rand 14 abrollen kann.

Das Rad 50 ist profiliert mit einer kurzen abgeschrägten, etwas kegeligen Ringfläche 52, die radial außen von einem Kranz 54 begrenzt wird, der den Rand 14 radial außen übergreift. Radial nach innen ist ein weiter abgeschrägter Rand an jedem Rad 50 vorhanden. Wird dieses vorstehend beschriebene Werkzeug von einem Antrieb in Drehung versetzt und langsam die axiale Kraft 70 erhöht, dann beginnt infolge der Druckausübung und Rotation der Rand 14 zu fließen. Die Profilierung des Rades 50 sorgt hierbei dafür, daß ein sauberer Verschlußrand entsteht. Während dieser Bearbeitung verringert sich die Wandstärke des Randes 14 von im vorliegenden Beispiel angenommenen 2 mm auf 1,5 mm, die in radialer Richtung nach innen vom Mantel 20 aus gesehen den Deckel 12 festhalten.

Dieser Bearbeitungsvorgang dauert nur kurze Zeit. Mit diesem Schritt wurde das Vorurteil überwunden, daß man Aluminium wegen der geringen Streckgrenze dieses Materials nicht unmittelbar zum Verschließen eines zylindrischen Bauteils verwenden kann.

Um noch leichtere Materialien, wie beispielsweise Magnesium, in derselben Weise verarbeiten zu können, ist erfindungsgemäß vor­ gesehen, daß die Räder 50 zusätzlich aufheizbar sind. Während bei normalen Gußaluminiumlegierungen der langsam erhöhte Druck das Material zum Fließen und damit zum gewünschten Verformen bringt, kann es erforderlich sein, daß Materialien mit in dieser Beziehung noch schlechteren Materialwerten, wie z. B. Magnesium, eine zusätzliche Wärmeeinwirkung brauchen, um in den Fließzu­ stand gebracht zu werden. Im in Fig. 1 eingezeichneten Beispiel wird jedes Rad von einer elektrischen Induktionsheizung 60 auf­ geheizt, wobei das Rad 50 über die oben im Lagerblock 42 ange­ ordneten Heizspulen beim Durchlaufen die genügende Wärme aufneh­ men können. Nach einer besonderen Ausführungsform kann es sich auch um eine Hochfrequenzspule handeln, die die Stahlräder 50 auf die gewünschte Temperatur bringt.

Claims (12)

1. Verfahren zum Kanten von Rändern von aus Gußaluminium oder aus ähnlichen Materialien im Druckgußverfahren hergestell­ ten, im wesentlichen zylindrischen Bauteilen, wobei bei dem für Biegen ungeeigneten Material durch sich langsam er­ höhenden Druck auf einen zu verformenden Rand, dieser Rand so weit zum Fließen gebracht wird, daß eine dem Kanten ent­ sprechende Verformung dauerhaft stattfindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sich langsam erhöhende Druck (70) durch ein oder mehrere profilierte(s) Rad bzw. Räder (50) auf den Rand (14) ausgeübt wird, wobei die Räder (50) auf dem Rand (14) geführt und angetrieben abrollen.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierten Räder (50) aufgeheizt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung durch elektrische Induktion (60) er­ folgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hochfrequenzaufheizung verwendet wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden An­ sprüche zum Verbinden eines Deckels (12) in den Rand (14) eines aus Gußaluminium im Druckgußverfahren hergestellten Rohres (10) oder Rohrabschnittes (10), dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (12) innerhalb des Rohres (10) oder Rohrab­ schnitts (10) axial und lagefixiert abgestützt ist und ein über die Oberfläche des Deckels (12) überstehender Rand (14) eines eine bestimmte Dicke aufweisenden Mantels (20) durch den Druck des oder der profilierten Räder (50) zum Fließen und festen Auflegen auf den Rand des Deckels (12) gebracht wird, wobei sich die Materialstärke verringert.

7. Verfahren nach Anspruch 6 zum axialen Abschließen eines Stoßdämpferkopfes aus Gußaluminium mit einem Boden (18) mit Mittelöffnung und einer elastischen Lagerung (22, 24) mit Mittellagerung und auf dem Boden (18) abgestützt, sowie un­ mittelbar unterhalb des Deckels (12) mit Mittelöffnung an­ geordnet, wobei durch die mittlere Öffnung eine Kolben­ stange (26) des Stoßdämpfers ragt, der mit seiner über den Deckel (12) ragenden Spitze in einem im Werkzeug (40) abge­ federten (34) Stößel (30) aufgenommen und zentriert ist und wobei der Stößel (30) zugleich den Deckel (12) lage­ fixiert.

8. Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem drehbar angetriebenen Werkzeugschaft (40) in einem fest mit dem Schaft (40) verbundenen Kopf (42) zu­ mindest ein zum freien Abrollen radial gelagertes profi­ liertes Rad (50) durch eine axiale Beweglichkeit des Schaf­ tes (40) auf den zu verformenden Rand (14) aufsetzbar ist, wobei mit der axialen Beweglichkeit eine langsame Druck­ erhöhung auf dem Rand (14) verbunden ist.

9. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß drei zueinander um 12° ihrer Achsen versetzte Räder (50) angeordnet sind.

10. Werkzeug nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Werkzeugschaft (40) ein abgefederter Stößel (30) angeordnet ist, der auf dem Deckel (12) axial aufsitzt.

11. Werkzeug nach einem oder mehreren der vorausgehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung des Rades (50) zumindest aus einem radial über den Mantel (20) des Werkstücks (10) übergrei­ fenden Kranz (54) und einem in axialer Projektion des Mantels (20) angeordneten Schrägring (52) besteht.

12. Werkzeug nach einem oder mehreren der vorausgehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad (50) aufheizbar ist.