DE102012023089B4 - Cold forming method and forming apparatus for cold forming - Google Patents

Abstract

Kaltumformverfahren zum Kaltumformen von länglichen Werkstücken (12) mit den Schritten a) Bereitstellen eines länglichen Werkstückes (12) mit einer Längserstreckungsrichtung (A); b) Erzeugen eines Magnetfelddruckimpulses an einer Umformfläche (20) des Werkstückes (12) mit wenigstens einer Spule (16); c) Verschieben (B) des Werkstückes (12) in Längserstreckungsrichtung (A); und d) Wiederholen der Schritte b) und c), dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (16) vor der Formgebung des Werkstückes (12) verformt wird und nach ihrer Verformung beim Abgeben des Magnetfelddruckimpulses starr ist.Cold forming method for cold working elongate workpieces (12) comprising the steps of: a) providing an elongate workpiece (12) having a longitudinal direction (A); b) generating a magnetic field pressure pulse on a forming surface (20) of the workpiece (12) with at least one coil (16); c) displacement (B) of the workpiece (12) in the longitudinal direction (A); and d) repeating steps b) and c), characterized in that the coil (16) is deformed prior to forming the workpiece (12) and is rigid after being deformed upon delivery of the magnetic field pressure pulse.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kaltumformverfahren zum Kaltumformen von länglichen Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine entsprechende Umformvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8. Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Umformvorrichtung sind aus der DE10 2005 017 105 B4 bekannt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung die Verwendung der Umformvorrichtung.The invention relates to a cold forming method for cold forming of elongated workpieces according to the preamble of claim 1 and a corresponding forming device according to the preamble of claim 8. A generic method and a generic forming device are known from DE10 2005 017 105 B4 known. Moreover, the invention relates to the use of the forming device.

Bekannte Verfahren zum Kaltumformen von Werkstücken sind beispielsweise das Walzen oder das Pressen, wobei das Material des zu verformenden Werkstückes, häufig metallisches Material, reißen kann. Umformverfahren unter Einfluss von Wärme, wie beispielsweise das Strangpressen, erfordern dagegen einen hohen apparativen Aufwand. Daher ist es wünschenswert, nach alternativen Umformverfahren und Umformmöglichkeiten zu suchen, um eine Kaltumformung von länglichen Werkstücken zu ermöglichen.Known methods for cold working of workpieces are, for example, rolling or pressing, wherein the material of the workpiece to be deformed, often metallic material, can break. Forming processes under the influence of heat, such as extrusion, on the other hand require a high expenditure on equipment. Therefore, it is desirable to seek alternative forming techniques and forming capabilities to enable cold working of elongate workpieces.

Ein bekanntes Umformverfahren ist die Umformung von beispielsweise metallischen Materialien mittels einem Magnetfeldimpuls.A known forming method is the transformation of, for example, metallic materials by means of a magnetic field pulse.

Weiter ist aus US 3 372 566 bekannt, flächige Werkstücke durch Einfluss eines Magnetimpulses zu verformen. Hierbei wird eine Konzentration des magnetischen Feldes erzeugt, um ohne Zuhilfenahme von aufwändigen Formwerkzeugen das Werkstück an dem gewünschten Verformungspunkt korrekt verformen zu können.Next is out US 3,372,566 known to deform flat workpieces by the influence of a magnetic pulse. In this case, a concentration of the magnetic field is generated in order to be able to deform the workpiece correctly at the desired deformation point without the aid of elaborate shaping tools.

Beim Umformen von Werkstücken mit magnetischen Impulsen ist ein Magnetfeld mit hoher Intensität nötig, um den erforderlichen Umformdruck auf dem Werkstück zu erreichen. Ein hochintensives Magnetfeld kann realistisch nur in einem begrenzten Abmessungsbereich erzielt werden. Dies ist der Grund, weshalb bislang nur Werkstücke mit geringen Abmessungen unter Zuhilfenahme dieses Kaltumformverfahrens umgeformt werden können.When forming workpieces with magnetic pulses, a high intensity magnetic field is required to achieve the required forming pressure on the workpiece. A high-intensity magnetic field can realistically only be achieved in a limited dimensional range. This is the reason why so far only workpieces with small dimensions can be reshaped using this cold forming process.

Aus der DE 10 2005 017 105 B4 ist eine elektromagnetische Abkant- und Falzvorrichtung und ein Verfahren zum Abkanten und Falzen von Metallblechen bekannt. Dabei wird eine Spule mittels eines Roboters oder dergleichen Vorrichtung relativ zu dem umzuformenden Werkstück verfahren, um ein längeres Werkstück mittels Magnetfelddruckimpulsen zu verformen. Demnach offenbart dieses Dokument ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche. Die Spule wird hinsichtlich ihres Aufbaus, der Form und der elektrischen Eigenschaften abhängig von dem spezifischen Flanschmaterial und der spezifischen Flanschgeometrie ausgewählt.From the DE 10 2005 017 105 B4 An electromagnetic folding and folding device and a method for folding and folding metal sheets is known. In this case, a coil is moved by means of a robot or similar device relative to the workpiece to be formed in order to deform a longer workpiece by means of magnetic field pressure pulses. Accordingly, this document discloses a method and an apparatus having the features of the preambles of the independent claims. The coil is selected for its structure, shape and electrical properties depending on the specific flange material and the specific flange geometry.

Aus der DE 10 2007 025 555 B3 ist ein weiteres Kaltumformverfahren zum Kaltumformen von länglichen Werkstücke bekannt, bei dem die zur Standzeitverlängerung starr ausgebildeten Spulen von einem Magnetofluid umgeben sein können.From the DE 10 2007 025 555 B3 Another cold forming method for cold forming of elongate workpieces is known, in which the rigidly designed for life extension coils can be surrounded by a magnetic fluid.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Kaltumformverfahren und eine entsprechende Vorrichtung vorzuschlagen, mit denen auch größere Werkstücke besser verformt werden können.The object of the invention is to propose an improved cold forming method and a corresponding device with which even larger workpieces can be better deformed.

Diese Aufgabe wird mit einem Kaltumformverfahren gemäß dem Anspruch 1 gelöst.This object is achieved with a cold forming process according to claim 1.

Eine Umformvorrichtung zum Kaltumformen von länglichen Werkstücken ist Gegenstand des Nebenanspruches.A forming device for cold forming of elongate workpieces is the subject of the independent claim.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Ein Kaltumformverfahren zum Kaltumformen von länglichen Werkstücken weist die folgenden Schritte auf:
a) Bereitstellen eines länglichen Werkstückes mit einer Längserstreckungsrichtung;
b) Erzeugen eines Magnetfelddruckimpulses an einer Umformfläche des Werkstückes mittels wenigstens einer Spule;
c) Verschieben des Werkstückes in Längserstreckungsrichtung; und
d) Wiederholen der Schritte b) und c).A cold forming process for cold working elongate workpieces includes the following steps:
a) providing an elongated workpiece with a longitudinal direction;
b) generating a magnetic field pressure pulse at a forming surface of the workpiece by means of at least one coil;
c) displacement of the workpiece in the longitudinal direction; and
d) repeating steps b) and c).

Mit einem solchen Kaltumformverfahren werden die Vorteile eines Magnetimpulsverformens genutzt. Bevorzugt werden bei dem Magnetimpulsverformen durch eine durch eine kurze Pulslänge von etwa 5 Hz bis 13 Hz bestimmte ultrakurze Prozesszeit und die dadurch ausgeübte Druckwelle mit einer Leistung zwischen 1000 J und 5000 J Werkstücke verformt, ohne dabei zu reißen. Um mit herkömmlichen Magnetfelderzeugungseinrichtungen ein längliches Werkstück über seine gesamte Längserstreckung verformen zu können, wird zunächst an einem begrenzten Bereich der Umformfläche des Werkstückes ein Magnetfelddruckimpuls erzeugt, der diesen begrenzten Bereich verformt. Danach wird das Werkstück in Längserstreckungsrichtung verschoben und an einem weiteren begrenzten Bereich der Umformfläche wieder ein Magnetfelddruckimpuls erzeugt, der dann nur diesen zweiten begrenzten Bereich umformt. Unter Verschieben des Werkstücks in Längserstreckungsrichtung soll auch die Möglichkeit verstanden werden, die den Magnetfelddruckimpuls erzeugende Quelle in Längserstreckungsrichtung des Werkstücks zu verschieben, während das Werkstück ortsfest verbleibt. Dieses Verfahren kann so lange wiederholt werden, bis das Werkstück über seine gesamte Längserstreckung die gewünschte Verformung aufweist.With such a cold forming process, the advantages of a Magnetimpulsverformens be used. In the case of magnetic pulse deformation, workpieces are preferably deformed by an ultrashort process time determined by a short pulse length of about 5 Hz to 13 Hz and the pressure wave exerted thereby with a power of between 1000 J and 5000 J, without tearing. In order to be able to deform an elongated workpiece over its entire longitudinal extension with conventional magnetic field generating devices, a magnetic field pressure pulse is initially generated at a limited area of the forming surface of the workpiece, which deforms this limited area. Thereafter, the workpiece is displaced in the longitudinal direction of extension and again generates a magnetic field pressure pulse at a further limited region of the forming surface, which then converts only this second limited region. Moving the workpiece in the longitudinal direction should also be understood as the possibility of displacing the magnetic field pressure pulse generating source in the direction of longitudinal extension of the workpiece while the workpiece remains stationary. This process can be repeated until the workpiece has the desired deformation over its entire longitudinal extent.

Ein besonderer Vorteil des Magnetumformverfahrens besteht darin, dass das verformte Werkstück im Gegensatz zu herkömmlichen Kaltumformverfahren nicht in Richtung seine ursprüngliche Form zurückfedert. A particular advantage of Magnetumformverfahrens is that the deformed workpiece, in contrast to conventional cold forming process does not spring back in the direction of its original shape.

Bevorzugt wird in Schritt b) eine Spuleneinrichtung, insbesondere mit einer Spule, die eine Windung aufweist, in Kontakt mit der Umformfläche des Werstückes gebracht. So wird vorteilhaft ein Überschlag durch Beabstandung von Spuleneinrichtung und Werkstück und damit eine Hitzebeanspruchung von Spuleneinrichtung und Werkstück vermieden.Preferably, in step b) a coil device, in particular with a coil having a turn, brought into contact with the forming surface of the Werstückes. Thus, a rollover is advantageously avoided by spacing the coil device and the workpiece and thus a heat stress on the coil device and the workpiece.

Insbesondere wird eine Spule verwendet, die eine Windung hat, die in Längserstreckungsrichtung des zu verformenden Werkstückes ausgerichtet ist. Mit einem solchen Spulendesign kann dann vorteilhaft der Magnetfelddruckimpuls über einen Längsbereich des Werkstückes aufgebracht werden, wobei die lediglich eine Windung im Vergleich zu üblichen Schneckenwindungen vorzugsweise eine größere Energiemenge freisetzen und somit vorteilhaft eine effektvollere Umformung des Werkstückes erzielen kann.In particular, a coil is used which has a turn which is aligned in the longitudinal direction of the workpiece to be deformed. With such a coil design, the magnetic field pressure pulse can then advantageously be applied over a longitudinal region of the workpiece, the one turn preferably releasing a larger amount of energy compared to conventional worm turns and thus advantageously achieving a more effective shaping of the workpiece.

Erfindungsgemäß wird die Form der wenigstens einen Spule vor Schritt b) verändert. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass die Spuleneinrichtung verformt wird. So ist es möglich, vorteilhaft verschiedene Verformungsdesigns des Werkstückes zu erzielen, beispielsweise eine L-förmige, eine J-förmige, eine U-förmige und/oder eine Z-förmige Verformung je nach Spulendesign. Eine Verformung ist dabei vorzugsweise in Breitenerstreckung und/oder in Längserstreckung des Werkstücks möglich.According to the invention, the shape of the at least one coil is changed before step b). This is done, for example, in that the coil device is deformed. Thus, it is possible to advantageously achieve various deformation designs of the workpiece, for example an L-shaped, a J-shaped, a U-shaped and / or a Z-shaped deformation depending on the coil design. A deformation is preferably possible in widthwise extension and / or in the longitudinal extension of the workpiece.

Die Spuleneinrichtung kann dabei vorteilhaft durch verschiedene Aktoren verformt werden. Zum Beispiel werden Stempel eingesetzt. Alternativ ist es auch möglich, die Spuleneinrichtung mit einem elektrorheologischen oder magnetorheologischen Fluid zu umgeben oder zumindest in einem die Spule umgebenden Harz Kanäle mit solchen Fluiden vorzusehen, um durch elektrischen oder magnetischen Einfluss die Viskosität des Fluides zu verändern und durch diese Veränderung vorteilhaft die Spule umzuformen. Eine weitere denkbare Alternative ist die Verwendung eines Sandbettes oder das Einbetten der Spuleneinrichtung in eine Gummimatte, die dann ihrerseits beispielsweise durch Stempel verformt wird.The coil device can be advantageously deformed by various actuators. For example, stamps are used. Alternatively, it is also possible to surround the coil device with an electrorheological or magnetorheological fluid or to provide at least in a resin surrounding the coil channels with such fluids in order to change the viscosity of the fluid by electrical or magnetic influence and advantageously transform the coil by this change , Another conceivable alternative is the use of a sand bed or embedding the coil means in a rubber mat, which in turn is then deformed for example by stamp.

In bevorzugter Ausgestaltung wird Schritt b) mehrfach hintereinander durchgeführt. Somit kann an einem ersten begrenzten Bereich der Umformfläche schrittweise durch sich wiederholende Beaufschlagung mit einem Magnetfelddruckimpuls vorteilhaft eine starke Umformung des Werkstückes erzielt werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Spuleneinrichtung verformt werden kann und nach jedem Magnetfelddruckimpuls an die erzielte Form des Werkstückes angepasst werden kann, um so vorzugsweise in Kontakt mit der Umformfläche des Werkstückes gebracht werden zu können.In a preferred embodiment, step b) is carried out several times in succession. Thus, at a first limited area of the forming surface, it is advantageously possible to achieve a high degree of deformation of the workpiece step by step by repeated application of a magnetic field pressure pulse. It is particularly advantageous if the coil means can be deformed and after each magnetic field pressure pulse can be adapted to the scored shape of the workpiece so as to be preferably brought into contact with the forming surface of the workpiece can.

Vorteilhaft wird eine Spuleneinrichtung mit mehreren Spulen bereitgestellt, die besonders bevorzugt unterschiedliche Geometrien aufweisen. Vorzugsweise werden die mehreren Spulen dabei nebeneinander in Längserstreckungsrichtung des Werkstücks angeordnet. So ist es vorteilhaft möglich, eine Verformung über eine größere Länge als mit nur einer Spule zu erreichen, wobei insbesondere bei Vorsehen von Spulen mit unterschiedlichen Geometrien vorzugsweise auch unterschiedliche Verformungsgeometrien des Werkstückes erzielt werden können.Advantageously, a coil device is provided with a plurality of coils, which particularly preferably have different geometries. Preferably, the plurality of coils are arranged side by side in the longitudinal direction of the workpiece. Thus, it is advantageously possible to achieve a deformation over a greater length than with only one coil, wherein, in particular when providing coils with different geometries, preferably also different deformation geometries of the workpiece can be achieved.

Alternativ ist es auch möglich, die Geometrien der nebeneinander angeordneten Spulen so auszubilden, dass sie sich vorteilhaft exakt der Werkstückoberfläche anpassen, wenn das Werkstück oder alternativ die Spulen in Längserstreckungsrichtung verschoben werden. Das heißt, ist bereits eine Verformung durch eine erste Spule erzielt worden, und das Werkstück bzw. die Spulen werden in Längserstreckungsrichtung weitergeschoben, kann die nächste darauffolgende Spule in ihrer Geometrie vorzugsweise genau auf die bereits erzielte Umformung des Werkstückes angepasst sein und vorteilhaft mit einem weiteren Magnetfelddruckimpuls eine tiefere Umformung im gleichen Bereich erzielen.Alternatively, it is also possible to design the geometries of the juxtaposed coils in such a way that they advantageously adapt exactly to the workpiece surface when the workpiece or alternatively the coils are displaced in the longitudinal direction of extension. That is, a deformation has already been achieved by a first coil, and the workpiece or the coils are pushed in the longitudinal direction, the next succeeding coil in its geometry may be preferably adapted exactly to the already achieved deformation of the workpiece and advantageous with another Magnetic field pressure pulse to achieve a deeper deformation in the same range.

Vorteilhaft wird auf einer der Spuleneinrichtung gegenüberliegenden Seite des Werkstückes ein Formkörper zum Formen des Werkstückes bereitgestellt. Formkörper können vorzugsweise das Umformen des Werkstückes unterstützen, indem sie eine gewünschte Form bereits vorgeben.Advantageously, a shaped body for forming the workpiece is provided on a side of the workpiece opposite the coil device. Shaped bodies can preferably support the forming of the workpiece by already specifying a desired shape.

Bevorzugt wird ein Werkstück mit einer Länge von 1 m bis 20 m, insbesondere mit einer Länge von 8 m bis 10 m, bereitgestellt. Solche Werkstücke können beispielsweise als sogenannte Stringer im Flugzeugbau eingesetzt werden. Besonders bevorzugt werden Werkstücke bereitgestellt, die eine Dicke von 1 mm bis 5 mm aufweisen.Preferably, a workpiece is provided with a length of 1 m to 20 m, in particular with a length of 8 m to 10 m. Such workpieces can be used for example as so-called stringers in aircraft. Particularly preferably, workpieces are provided which have a thickness of 1 mm to 5 mm.

Es ist bevorzugt, das Kaltumformverfahren bei Werkstücken anzuwenden, bei denen bislang keine geeignete Möglichkeit zum Kaltumformen bekannt ist, insbesondere Werkstücke, die zur Verwendung im Flugzeugbau gedacht sind und daher eine längliche Form aufweisen. Als Beispiele können Legierungs-Werkstücke, Mg-Werkstücke und/oder Ti-Werkstücke genannt werden.It is preferable to apply the cold forming method to workpieces in which no suitable cold forming capability has hitherto been known, in particular workpieces intended for use in aircraft construction and therefore having an elongate shape. As examples, alloy workpieces, Mg workpieces and / or Ti workpieces may be cited.

Eine Umformvorrichtung zum Kaltumformen von länglichen Werkstücken weist eine Spuleneinrichtung mit wenigstens einer Spule zum Erzeugen eines Magnetfelddruckimpulses und eine Positioniereinrichtung zum Positionieren des länglichen Werkstückes relativ zu der Spuleneinrichtung auf. Dabei ist die Positioniereinrichtung derart ausgebildet, dass sie die Spuleneinrichtung mit dem Werkstück in Kontakt bringen kann und die Relativposition des Werkstückes und der Spuleneinrichtung zueinander in Längserstreckungsrichtung des Werkstückes verändern kann.A forming apparatus for cold working elongate workpieces includes a coil means having at least one coil for generating a magnetic field pressure pulse and a positioning device for positioning the elongate workpiece relative to the coil means. In this case, the positioning device is designed such that it can bring the coil device in contact with the workpiece and can change the relative position of the workpiece and the coil device relative to one another in the longitudinal extension direction of the workpiece.

Bevorzugt weist die wenigstens eine Spule eine Windung, insbesondere eine in Längserstreckungsrichtung des Werkstückes ausgerichtete Windung, auf.The at least one coil preferably has a turn, in particular a turn oriented in the longitudinal direction of extension of the work piece.

Vorteilhaft ist eine Verformungseinrichtung zum Verformen der Spuleneinrichtung vorgesehen.Advantageously, a deformation device is provided for deforming the coil device.

Diese Verformungseinrichtung kann aus verschiedenen Aktoren gebildet sein. Wie bereits erläutert, können z. B. elektro- und/oder magnetorheologische Fluide vorgesehen sein, die beispielsweise in Kanälen in einem die Spule umgebenden Harz angeordnet sind. Diese Fluide können jedoch auch alternativ außerhalb angeordnet sein und beispielsweise durch Veränderung ihrer Viskosität auf eine Matte aus flexiblem oder elastomerem Material, z. B. Gummimatte, drücken, in die die Spule eingebettet ist. Diese Funktion können beispielsweise auch Stempel übernehmen oder ein Sandbett, das die Spule und/oder eine entsprechende flexible Matte, z. B. Gummimatte, umgibt. Es können alle genannten Aktoren einzeln oder in Kombination vorliegen und es können auch andere Aktoren verwendet werden.This deformation device can be formed of different actuators. As already explained, z. As electro-and / or magnetorheological fluids may be provided, which are arranged for example in channels in a resin surrounding the coil. However, these fluids may alternatively be arranged outside and, for example, by changing their viscosity on a mat of flexible or elastomeric material, for. B. rubber mat, press, in which the coil is embedded. This function can for example also take over stamp or a sand bed, the coil and / or a corresponding flexible mat, z. B. rubber mat surrounds. All of the mentioned actuators can be present individually or in combination, and other actuators can also be used.

Dabei ist die Anordnung eines Sandbettes besonders bevorzugt, da das Sandbett wegen seiner Massenträgheit seine formgebende Form vorteilhaft auch während des Magnetfelddruckimpulses beibehält.In this case, the arrangement of a sand bed is particularly preferred because the sand bed retains its shape due to its inertia advantageous even during the magnetic field pressure pulse.

Vorzugsweise weist die Spuleneinrichtung mehrere Spulen auf, insbesondere Spulen mit unterschiedlichen Geometrien, die nebeneinander angeordnet sind.Preferably, the coil means comprises a plurality of coils, in particular coils with different geometries, which are arranged side by side.

Vorteilhaft ist ein Formkörper zum Formen des Werkstückes auf einer Seite gegenüberliegend der Spuleneinrichtung angeordnet.Advantageously, a shaped body for forming the workpiece is arranged on one side opposite the coil device.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, die die Positioniereinrichtung und/oder die Spuleneinrichtung und/oder die Verformungseinrichtung ansteuern kann. So ist es möglich, das Werkstück vorzugsweise automatisch in Position zu bringen, d. h. zum einen entlang seiner Längserstreckungsrichtung zu verschieben und zum anderen in direkten Kontakt mit der Spuleneinrichtung zu bringen und danach durch Ansteuerung der Spuleneinrichtung direkt den Magnetfelddruckimpuls auszuüben, sobald das Werkstück seine gewünschte Position erreicht hat. Steuert die Steuerungseinrichtung weiter vorteilhaft auch die Verformungseinrichtung an, so dass vorzugsweise vor Positionieren des Werkstückes die gewünschte Geometrie der Spuleneinrichtung erzielt wird, kann das oben beschriebene Kaltumformverfahren vorteilhaft voll automatisch durchgeführt werden.In a particularly preferred embodiment, a control device is provided which can control the positioning device and / or the coil device and / or the deformation device. So it is possible to bring the workpiece preferably automatically in position, d. H. on the one hand to move along its longitudinal direction and on the other to bring in direct contact with the coil means and then to exert by driving the coil means directly the magnetic field pressure pulse as soon as the workpiece has reached its desired position. If the control device further advantageously also controls the deformation device, so that preferably before positioning the workpiece, the desired geometry of the coil device is achieved, the cold forming method described above can advantageously be carried out fully automatically.

Vorteilhaft wird die beschriebene Umformvorrichtung zum Kaltumformen von Werkstücken aus Legierungen, insbesondere AlMgSc, und/oder aus Mg und/oder aus Ti verwendet.Advantageously, the described shaping device is used for the cold forming of workpieces made of alloys, in particular AlMgSc, and / or of Mg and / or of Ti.

Weiter bevorzugt wird die Umformvorrichtung verwendet, um Werkstücke mit einer Länge von 1 m bis 20 m, insbesondere 8 m bis 10 m und/oder einer Dicke von 1 mm bis 5 mm umzuformen.More preferably, the forming device is used to reshape workpieces with a length of 1 m to 20 m, in particular 8 m to 10 m and / or a thickness of 1 mm to 5 mm.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Showing:

1 eine Umformvorrichtung zum Kaltumformen von länglichen Werkstücken mit einer Spuleneinrichtung, wobei auch ein Ablauf eines Umformverfahrens angedeutet ist; 1 a forming device for cold forming elongated workpieces with a coil means, wherein also a sequence of a forming process is indicated;

2 eine verformbare Spule in einer ersten Ausführungsform; 2 a deformable coil in a first embodiment;

3 eine verformbare Spule in einer zweiten Ausführungsform; 3 a deformable coil in a second embodiment;

4 eine verformbare Spule in einer dritten Ausführungsform; 4 a deformable coil in a third embodiment;

5 eine verformbare Spule in einer vierten Ausführungsform; 5 a deformable coil in a fourth embodiment;

6 eine L-förmige Verformung eines Werkstücks; 6 an L-shaped deformation of a workpiece;

7 eine J-förmige Verformung eines Werkstücks; 7 a J-shaped deformation of a workpiece;

8 eine U-förmige Verformung eines Werkstücks; und 8th a U-shaped deformation of a workpiece; and

9 eine Z-förmige Verformung eines Werkstücks. 9 a Z-shaped deformation of a workpiece.

1 zeigt eine Umformvorrichtung 10, auf der längliche Werkstücke 12 umgeformt werden. Die Umformvorrichtung 10 weist eine Spuleneinrichtung 14 mit mehreren Spulen 16 und eine Positioniereinrichtung 18 zum Positionieren der länglichen Werkstücke 12 auf. 1 shows a forming device 10 , on the elongated workpieces 12 be transformed. The forming device 10 has a coil device 14 with several coils 16 and a positioning device 18 for positioning the elongate workpieces 12 on.

Die Positioniereinrichtung 18 kann die länglichen Werkstücke 12 entlang ihrer durch den Pfeil angedeuteten Längserstreckungsrichtung A verschieben und außerdem ihre Position so verändern, dass eine Umformfläche 20 der Werkstücke 12 in direkten Kontakt mit der Spuleneinrichtung 14, insbesondere mit allen darin angeordneten Spulen 16, kommt. In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist auch denkbar, dass die Positioniereinrichtung 18 die Spuleneinrichtung 14 in Längserstreckungsrichtung A verschieben kann. The positioning device 18 can the elongated workpieces 12 move along their direction indicated by the arrow longitudinal direction A and also change their position so that a forming surface 20 the workpieces 12 in direct contact with the coil device 14 , in particular with all coils arranged therein 16 , comes. In an alternative, not shown embodiment is also conceivable that the positioning 18 the coil device 14 in the longitudinal direction A can move.

In der Spuleneinrichtung 14 sind mehrere Spulen 16 in Längserstreckungsrichtung A des Werkstückes 12 nebeneinander angeordnet. Gegenüberliegend befindet sich ein Formkörper 22, mit dessen Hilfe bei Ausüben eines Magnetfelddruckimpulses von der Spuleneinrichtung 14 das Werkstück 12 in der vorliegenden Ausführungsform zu einer L-Form 24a verformt werden kann.In the coil device 14 are several coils 16 in the longitudinal direction A of the workpiece 12 arranged side by side. Opposite is a shaped body 22 , with the aid of which when exerting a magnetic field pressure pulse from the coil means 14 the workpiece 12 in the present embodiment, to an L-shape 24a can be deformed.

Um diese L-Form 24a zu erzeugen, weisen die Spulen 16 jeweils nur eine Windung 26 auf, die in Längserstreckungsrichtung A des Werkstückes 12 ausgerichtet ist.To this L shape 24a to generate, assign the coils 16 only one turn at a time 26 on, in the longitudinal direction A of the workpiece 12 is aligned.

Wird nun das längliche Werkstück 12 in dem Bereich 28 zwischen Formkörper 22 und Spuleneinrichtung 14 positioniert, in direkten Kontakt mit den Spulen 16 gebracht und danach ein Magnetfelddruckimpuls ausgeübt, verformt sich das Werkstück 12 zu der L-Form 24a, und zwar über die gesamte Länge des Werkstücks 12, an der die Spulen 16 angeordnet sind.Will now be the elongated workpiece 12 in that area 28 between moldings 22 and coil means 14 positioned in direct contact with the coils 16 brought and then applied a magnetic field pressure pulse, the workpiece deforms 12 to the L-shape 24a , over the entire length of the workpiece 12 at which the coils 16 are arranged.

In 1 ist ein Ablauf des Umformverfahrens gezeigt, wobei das Werkstück 12 nach einem ersten Umformschritt entlang des Pfeiles B verschoben wird und dann weiter verformt wird.In 1 is shown a sequence of the forming process, wherein the workpiece 12 is moved after a first forming step along the arrow B and then further deformed.

Alternativ ist es auch möglich, lediglich eine Spule 16 vorzusehen und das Werkstück 12 sukzessive nach jedem ausgeübten Magnetfelddruckimpuls in Längserstreckungsrichtung A an der Spule 16 vorbeizuführen, um so über die gesamte Länge des Werkstückes 12 die L-Form 24a zu erreichen.Alternatively, it is also possible to have only one coil 16 provide and the workpiece 12 successively after each applied magnetic field pressure pulse in the longitudinal direction A on the coil 16 To pass over so over the entire length of the workpiece 12 the L shape 24a to reach.

Die hintereinander angeordneten Spulen 16 können unterschiedliche Geometrien aufweisen, um so auch an unterschiedlichen Umformoberflächenbereichen 30 unterschiedliche Verformungen zu erzielen.The coils arranged one behind the other 16 may have different geometries, including at different forming surface areas 30 to achieve different deformations.

Die Geometrie der Spulen 16 in 1 ist veränderbar, indem an der jeweiligen Spule 16 Aktoren 32 als Verformungseinrichtung 34 vorgesehen sind, die die Geometrie der Spulen 16 verändern können. Verschiedene Ausführungsformen der Verformungseinrichtungen 34 sind in 2 bis 4 gezeigt und werden später erläutert.The geometry of the coils 16 in 1 is changeable by adding to the respective coil 16 actuators 32 as a deformation device 34 provided are the geometry of the coils 16 can change. Various embodiments of the deformation devices 34 are in 2 to 4 shown and will be explained later.

Die Umformvorrichtung 10 weist weiter eine Steuereinrichtung 36 auf, die die Positioniereinrichtung 18 sowie die Spuleneinrichtung 14 ansteuert. Weiter steuert die Steuereinrichtung 36 auch die Aktoren 32 an.The forming device 10 further includes a controller 36 on that the positioning device 18 and the coil device 14 controls. Next controls the controller 36 also the actors 32 at.

2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Verformungseinrichtung 34, wobei eine Spule 16 in einem Harz 38 eingebettet ist und sich in diesem Harz 38 Kanäle 40 befinden, die mit einem elektrorheologischen oder einem magnetorheologischen Fluid 42 gefüllt sind. Wird nun ein elektrisches oder magnetisches Feld auf die in 2 gezeigte Verformungseinrichtung 34 ausgeübt, verändert sich die Viskosität des in den Kanälen 40 befindlichen Fluides 42 und die Spule 16 kann so verformt werden. 2 shows a first embodiment of a deformation device 34 where a coil 16 in a resin 38 is embedded and in this resin 38 channels 40 located with an electrorheological or a magnetorheological fluid 42 are filled. Now an electric or magnetic field on the in 2 shown deformation device 34 exercised, the viscosity of the changes in the channels 40 located fluid 42 and the coil 16 can be deformed like this.

Eine zweite Ausführungsform einer Verformungseinrichtung 34 ist in 3 gezeigt. Hierbei ist die Spule 16 vollständig in einem elektro- und/oder magnetorheologischen Fluid 42 eingebettet, so dass durch Beeinflussung des Fluides 42 bzw. dessen Viskositätsänderung auch die Form der Spule 16 verändert werden kann.A second embodiment of a deformation device 34 is in 3 shown. Here is the coil 16 completely in an electro- and / or magnetorheological fluid 42 embedded, so by influencing the fluid 42 or its viscosity change and the shape of the coil 16 can be changed.

Alternativ ist es auch möglich, statt des Fluides 42 ein Sandbett 44 zu verwenden, das ebenfalls dazu geeignet ist, die Geometrie der Spule 16 zu verändern, jedoch den Vorteil hat, dass es auch bei Ausüben des Magnetfelddruckimpulses weitgehend seine Form beibehält.Alternatively, it is also possible instead of the fluid 42 a sand bed 44 to use, which is also suitable, the geometry of the coil 16 to change, however, has the advantage that it largely retains its shape even when exerting the magnetic field pressure pulse.

4 zeigt eine dritte Ausführungsform der Verformungseinrichtung 34. Hierbei ist die Spule 16 in einer Gummimatte 46 angeordnet, wobei Spule 16 und Gummimatte 46 gemeinsam durch Stempel 48 verformt werden können. 4 shows a third embodiment of the deformation device 34 , Here is the coil 16 in a rubber mat 46 arranged, being coil 16 and rubber mat 46 together by stamp 48 can be deformed.

5 zeigt eine vierte Ausführungsform einer Verformungseinrichtung 34, wobei die Spule 16 wieder in einer Gummimatte 46 angeordnet ist, die Verformung jedoch nicht durch Beaufschlagung mit Stempeln 48 erfolgt, sondern durch Vorsehen entweder eines elektro- und/oder magnetorheologischen Fluides 42 oder eines Sandbettes 44 um die Gummimatte 46 herum. 5 shows a fourth embodiment of a deformation device 34 where the coil 16 again in a rubber mat 46 is arranged, the deformation but not by applying stamping 48 takes place, but by providing either an electro- and / or magnetorheological fluid 42 or a sand bed 44 around the rubber mat 46 around.

Mit der beschriebenen Umformvorrichtung 10 ist nun Folgendes möglich:
Ein Werkstück 12, beispielsweise ein AlMgSc-Werkstück 50 oder ein Mg-Werkstück 52 oder alternativ ein Ti-Werkstück 54 wird durch die Positioniereinrichtung 18 in Kontakt mit der Spuleneinrichtung 14 gebracht. Es wird ein erster Magnetfelddruckimpuls ausgeübt, wodurch sich das Werkstück 12 verformt. Dann verschiebt die Positioniereinrichtung 18 das Werkstück derart in Längserstreckungsrichtung A, durch den Pfeil B angedeutet, dass die jeweils nachfolgende Spule 16 in Kontakt mit dem Umformoberflächenbereich 30 kommt, der von der vorhergehenden Spule 16 bereits umgeformt worden ist. Die beiden in Längserstreckungsrichtung A aufeinanderfolgenden Spulen 16 weisen dabei unterschiedliche Geometrien auf, so dass sie vollständig in Kontakt mit dem jeweiligen Umformoberflächenbereich 30 gelangen können. Es wird ein weiterer Magnetfelddruckimpuls ausgeübt und diese Schritte so lange wiederholt, bis das Werkstück 12 über seine gesamte Länge in der gewünschten Stärke umgeformt ist.With the described forming device 10 the following is now possible:
A workpiece 12 , for example, an AlMgSc workpiece 50 or a Mg workpiece 52 or alternatively a Ti workpiece 54 is through the positioning 18 in contact with the coil means 14 brought. There is a first magnetic field pressure pulse applied, causing the workpiece 12 deformed. Then the positioning device shifts 18 the workpiece in the longitudinal direction A, indicated by the arrow B, that the respective subsequent coil 16 in contact with the forming surface area 30 that comes from the previous coil 16 has already been reshaped. The two successive in the longitudinal direction A coils 16 have different geometries, so that they are completely in contact with the respective Umformoberflächenbereich 30 can reach. Another magnetic field pressure pulse is applied and these steps are repeated until the workpiece 12 is formed over its entire length in the desired strength.

Alternativ ist es auch möglich, nur eine Spule 16 vorzusehen, die an einem Umformoberflächenbereich 30 mehrfach hintereinander Magnetfelddruckimpulse erzeugt und zwischen diesen einzelnen Magnetfelddruckimpulsen immer wieder von der Verformungseinrichtung 34 verformt wird, so dass sie exakt mit der bereits umgeformten Umformfläche 20 des Werkstückes 12 zusammenpasst und in Kontakt geraten kann.Alternatively, it is also possible to use only one coil 16 provided on a Umformoberflächenbereich 30 repeatedly generates magnetic field pressure pulses and between these individual magnetic field pressure pulses repeatedly from the deformation device 34 is deformed so that it fits exactly with the already formed forming surface 20 of the workpiece 12 can fit together and get in touch.

Weiter ist es auch möglich, Spulen 16 vorzusehen, die derart unterschiedliche Geometrien aufweisen, dass unterschiedliche Verformungsgeometrien des Werkstückes 12 an unterschiedlichen Umformoberflächenbereichen 30 erzielt werden können.It is also possible to coil 16 provide that have such different geometries that different deformation geometries of the workpiece 12 at different forming surface areas 30 can be achieved.

6 bis 9 zeigen verschiedene Geometrien des Werkstücks 12 nach Umformung je nach Geometrie der Spulen 16. 6 zeigt dabei eine erzeugte L-Form 24a, 7 eine erzeugte J-Form 24b, 9 eine erzeugte U-Form 24c und 9 eine erzeugte Z-Form 24d. Es ist möglich, sowohl Verformungen in Breitenerstreckung als auch in Längserstreckung des Werkstücks als auch beides gleichzeitig zu erzielen. 6 to 9 show different geometries of the workpiece 12 after forming depending on the geometry of the coils 16 , 6 shows a generated L-shape 24a . 7 a generated J-shape 24b . 9 a generated U-shape 24c and 9 a generated Z-shape 24d , It is possible to achieve both deformations in width extension as well as in the longitudinal extent of the workpiece as well as both at the same time.

Es können Werkstücke 12 umgeformt werden, die eine Längenerstreckung von 1 m bis 20 m, insbesondere von 8 m bis 10 m, aufweisen.It can be workpieces 12 be transformed, which have a length of 1 m to 20 m, in particular from 8 m to 10 m.

Die existierenden Verformungsverfahren für Mg, Ti und Legierungen wie beispielsweise Aluminium-Legierungen, z. B. AlMgSc, zeigen deutliche Nachteile wie Verformungsbegrenzungen oder Verfahrenszeiten bzw. verschlechterte Materialeigenschaften nach der Verformung. Daher ist es gewünscht, Materialeigenschaften nach der Verformung zu erreichen, die vorzugsweise identisch sind zu denen des Basismaterials.Existing deformation processes for Mg, Ti and alloys such as aluminum alloys, e.g. B. AlMgSc, show significant disadvantages such as deformation limitations or process times or deteriorated material properties after deformation. Therefore, it is desired to achieve post-deformation material properties which are preferably identical to those of the base material.

Alternative und bekannte Verformungsverfahren für die oben genannten Materialien sind hauptsächlich Extrusionsverfahren oder Kalt- oder Warmrollumformverfahren. Dieses Verfahren benötigt jedoch individuell ausgestaltete und daher relativ teure Werkzeuge. Weiter resultiert das Extrudierverfahren in einer signifikanten Verschlechterung der Materialeigenschaften. Dieser Effekt kann durch Nachbearbeitungsschritte wieder aufgehoben werden. Die Verwendung von innovativen leichtgewichtigen Legierungen mit hoher Beanspruchbarkeit zeigt ein metallurgisch unterschiedliches Verhalten, verglichen mit konventionellen Legierungssystemen, und ist verbunden mit der Möglichkeit, neue Verformungstechnologien wie das Magnetimpulsverfahren anzuwenden. Dieses Verfahren kann die oben genannten Probleme bezüglich des Verformungsaspektes überwinden, um bei neuen Materialanwendungen verwendet werden zu können.Alternative and known deformation processes for the above-mentioned materials are mainly extrusion processes or cold or hot roll forming processes. However, this method requires individually designed and therefore relatively expensive tools. Furthermore, the extrusion process results in a significant deterioration of the material properties. This effect can be reversed by post-processing steps. The use of innovative high performance lightweight alloys shows a metallurgically different behavior compared to conventional alloy systems, and is associated with the ability to apply new strain technologies such as the magnetic pulse technique. This method can overcome the above-mentioned problems in terms of the deformation aspect in order to be used in new material applications.

Das Verfahren kann bei hochbeanspruchten Materialien für die Luftfahrt angewendet werden und reduziert vorteilhaft die Menge des benötigten Materials, das zum Verformen des Metalles benötigt wird. Daher können Teile, bei denen normalerweise mehrere Schritte nötig waren, um sie zu verformen, mit einem einzigen Werkzeugsatz bearbeitet werden, was eine signifikante Kostenersparnis zur Folge hat.The method can be applied to highly stressed aerospace materials and advantageously reduces the amount of material needed to deform the metal. Therefore, parts that normally took several steps to deform them can be machined with a single set of tools, resulting in significant cost savings.

Das Umformen mit Magnetimpulsen hat eine ultrakurze Prozesszeit in Form einer Schockwelle, weshalb vorzugsweise keine Materialerkennung erfolgt. Das Verfahren ist außerdem hinsichtlich der zu erreichenden Geometrien hochflexibel. Es werden nur etwa die Hälfte der Werkzeuge benötigt, da vorzugsweise nur eine Seite des zu verformenden Werkstückes 12 durch einen Formkörper 22 bedeckt werden muss. Große Blechmetallkomponenten können normalerweise durch dieses Verfahren nicht verformt werden, da es aufgrund der Designs sehr großer Spulen Strombegrenzungen gibt. Dieser Nachteil des Verfahrens kann dadurch überwunden werden, dass mehrfache Schockwellen für lineare oder größere Bereiche verwendet werden. Die Verwendung des Magnetimpulsverfahrens als ein einzelnes Verfahren benötigt vorteilhaft keine Nachbearbeitung der Werkstücke 12. Es werden individuelle Spulendesigns für jede Geometrie bereitgestellt. Dabei wird ein flexibles Spulenkonzept vorgeschlagen, womit unterschiedliche Geometrien mit einem Spulendesign erreicht werden können.The forming with magnetic pulses has an ultra-short process time in the form of a shock wave, which is why preferably no material recognition takes place. The method is also highly flexible with respect to the geometries to be achieved. Only about half of the tools are needed because preferably only one side of the workpiece to be deformed 12 through a shaped body 22 must be covered. Large metal sheet metal components usually can not be deformed by this process because of the current limiting design limitations of very large coils. This disadvantage of the method can be overcome by using multiple shock waves for linear or larger areas. The use of the magnetic pulse method as a single method advantageously requires no reworking of the workpieces 12 , Individual coil designs are provided for each geometry. In this case, a flexible coil concept is proposed, whereby different geometries can be achieved with a coil design.

Es ist demnach gewünscht, Materialeigenschaften nach dem Verformen zu erzielen, die vorzugsweise identisch sind zu denen des Basismaterials. Effekte wie Plastifizierung oder Kaltbeanspruchung werden vermieden, um so bezüglich Ermüdungserscheinungen das Material nicht zu verschlechtern. Elektromagnetisches Verformen ist ein Hochgeschwindigkeitskaltverformungsprozess. Zukünftige Bauteile können durch gepulste Magnetfelder mit hoher Intensität geformt und umgeformt werden, wobei ein Strom und ein entsprechendes repulsives Magnetfeld in dem Bauteil induziert wird, wobei sehr schnell Teile des Werkstückes 12 abgestoßen werden.It is therefore desired to achieve material properties after deformation, which are preferably identical to those of the base material. Effects such as plasticization or cold stress are avoided, so as not to worsen the material with regard to fatigue phenomena. Electromagnetic deformation is a high speed cold deformation process. Future components may be shaped and reshaped by high intensity pulsed magnetic fields, inducing current and a corresponding repulsive magnetic field in the device, rapidly moving parts of the workpiece 12 be repelled.

Durch elektromagnetisches Verformen werden folgende Vorteile im Vergleich zu konventionellen mechanischen Verformungstechniken erzielt:

• 1. verbesserte Verformbarkeit (die Menge der Verformung, ohne dass das Werkstück 12 dabei reißt);
• 2. Faltenbildung kann sehr stark unterdrückt werden;
• 3. die Verformung kann mit Fügeverfahren und Aufbauverfahren mit nicht ähnlichen Bauteilen, wie beispielsweise Plastikbauteilen, Verbundwerkstoffen, plattiertem oder beschichtetem Metall, kombiniert werden;
• 4. es können enge Toleranzbereiche eingehalten werden, da Rückverformungen signifikant reduziert werden können;
• 5. einseitige Formkörper 22 reichen aus, wodurch Werkzeugkosten eingespart werden können;
• 6. Schmierstoffe sind nicht nötig;
• 7. ein beanspruchender mechanischer Kontakt mit dem Werkstück 12 ist nicht nötig, wodurch Oberflächenverunreinigungen und Abdrücke durch das Formwerkzeug vermieden werden können. Daher kann ein Oberflächenfinish direkt auf das Werkstück 12 vor dem Verformen aufgetragen werden;
• 8. die Prozessenergie und Kosten generell bei Kaltumformtechnologien sind effizient und damit niedrig.

Electromagnetic deformation provides the following advantages over conventional mechanical deformation techniques:

• 1. improved ductility (the amount of deformation without affecting the workpiece 12 thereby tearing);
• 2. wrinkling can be greatly suppressed;
• 3. the deformation can be combined with joining processes and assembly processes with dissimilar components, such as plastic components, composites, clad or coated metal;
• 4. Narrow tolerances can be maintained as rebounding can be significantly reduced;
• 5. one-sided molded body 22 are sufficient, which can save on tool costs;
• 6. Lubricants are not necessary;
• 7. a demanding mechanical contact with the workpiece 12 is not necessary, which surface contamination and imprints can be avoided by the mold. Therefore, a surface finish can be applied directly to the workpiece 12 be applied before deformation;
• 8. The process energy and costs generally in cold forming technologies are efficient and therefore low.

Derzeit werden L-Stringer von etwa 12 m Länge durch Walzen oder Warmpressen, wie beispielsweise dem Strangpressen, gefertigt. Oft reißt das Material dabei. Stringer werden daher nun durch Magnetimpulsumformen geformt. Für Stringer mit etwa 1 m Länge wird eine Spule 16 mit einer Windung 26 verwendet, wobei die Umformung entlang einer Linie stattfindet. Bei Stringern mit etwa 12 m Länge ist die Kapazität für den Kondensator hoch. Daher wird folgende Anordnung von Spulen 16 verwendet:
Die Spule 16 ist ein Kupferleiter im Harz 38 als Gegenkraft zum Magnetimpuls.At present, L-stringers of about 12 meters in length are manufactured by rolling or hot pressing such as extrusion. Often the material tears. Stringer are therefore now formed by Magnetimpulsumformen. For stringer with about 1 m in length is a coil 16 with one turn 26 used, wherein the deformation takes place along a line. For stringers of about 12 m in length, the capacity for the capacitor is high. Therefore, the following arrangement of coils 16 used:
The sink 16 is a copper conductor in the resin 38 as a counterforce to the magnetic pulse.

Es wird eine Kette von Spulen 16 verwendet, wobei eine Kombination von Ansteuerung der Spulen 16 und Fortbewegung des zu formenden Werkstückes 12, beispielsweise eines Blechs aus z. B. AlMgSc, über eine Kette von Spulen 16 realisiert wird. Beispielsweise werden drei Spulen 16 mit je einer Windung 26 und 1 m Länge in Längsrichtung der Spulen 16 bereitgestellt, wobei ein Stringer mit einer Länge von 12 m verwendet wird und die Umformung quer zur Längsrichtung der Spulen 16 erfolgt.It will be a chain of coils 16 used, wherein a combination of control of the coils 16 and locomotion of the workpiece to be formed 12 , For example, a sheet of z. B. AlMgSc, via a chain of coils 16 is realized. For example, three coils 16 with one turn each 26 and 1 m length in the longitudinal direction of the coils 16 provided with a stringer with a length of 12 m is used and the transformation transverse to the longitudinal direction of the coils 16 he follows.

Weiter können die Spulen 16 vor der Formgebung des Werkstückes 12 verformt werden. Beispielsweise befindet sich als Spule 16 ein Draht im Harzblock und es sind Kanäle 40 mit einem aktiven Gel vorgesehen, wobei die Spule 16 die benötigte Form durch das aktive Gel erhält, um dem Stringer beispielsweise eine L-Form 24a zu geben. Alternativ kann die Spule 16 auch in einer Gummimatte 46 enthalten sein, wobei Stempel 48 die Geometrie der Gummimatte 46 und somit der Spule 16 verändern. Anstatt der Stempel 48 kann auch Sand, beispielsweise ein sogenannter Bremssand oder eine Mischung aus Rollsand und Bremssand, verwendet werden. In einer weiteren alternativen Ausführungsform befindet sich die Spule 16 in einer Emulsion. Nach Verformung der Spule 16 und beim Magnetimpuls ist die Spule 16 starr.Next, the coils can 16 before shaping the workpiece 12 be deformed. For example, is located as a coil 16 a wire in the resin block and they are channels 40 provided with an active gel, the coil 16 the required shape is obtained by the active gel, for example, the stringer an L-shape 24a to give. Alternatively, the coil 16 also in a rubber mat 46 be included, with stamp 48 the geometry of the rubber mat 46 and thus the coil 16 change. Instead of the stamp 48 Sand, for example a so-called brake sand or a mixture of rolled sand and brake sand, can also be used. In a further alternative embodiment, the coil is located 16 in an emulsion. After deformation of the coil 16 and the magnetic pulse is the coil 16 rigid.

Durch das beschriebene Verfahren kann eine Kombination von besseren Eigenschaften des Materials, geringeren Verfahrenskosten und kürzeren Prozesszeiten erreicht werden.The described method can achieve a combination of better properties of the material, lower process costs and shorter process times.

Insbesondere AlMgSc-Stringer können derzeit nur schwer verformt werden, da sie nur schwer extrudierbar sind und beim Kaltverformen schlechte Materialeigenschaften resultieren. Daher ist das Ziel, qualitativ hochwertige AlMgSc-L-förmige Stringer herzustellen, um damit beispielsweise für einen Luftfahrzeugrumpf eine schweißbare Designtechnologie zu schaffen. Dabei ist es von Interesse, dass sich die Kosten auf einer annehmbaren Höhe befinden. Dabei wird eine individuelle Kondensatorspule bereitgestellt und in einem Sequenzverfahren eine Herstellung von Teilen mit mehreren Metern Länge ermöglicht.In particular, AlMgSc stringers are currently difficult to deform because they are difficult to extrude and result in poor material properties during cold working. Therefore, the goal is to produce high quality AlMgSc-L stringers to create, for example, a weldable design technology for an aircraft fuselage. It is of interest that the costs are at an acceptable level. In this case, an individual capacitor coil is provided and in a sequence method enables production of parts with several meters in length.

Vergleichbare alternative Herstellungsverfahren, die vergleichbare Produkte erzielen, sind das Heißextrudieren. Aufgrund der Legierungsspezifikation und der schlechten Verformbarkeit ist der Extrusionsprozess jedoch sehr langsam und daher sehr teuer.Comparable alternative manufacturing processes that achieve comparable products are hot extruding. However, due to the alloy specification and poor ductility, the extrusion process is very slow and therefore very expensive.

Daher werden mit neuen Verformungstechnologien wie dem Magnetimpulsverfahren die Probleme bei der Verformbarkeit überwunden und neue Materialentwicklungen ermöglicht, wodurch innovative leichtgewichtige Legierungen mit hoher Beanspruchbarkeit verwendet werden können, die ein metallurgisch unterschiedliches Verhalten verglichen mit konventionellen Legierungssystemen zeigen.Therefore, new strain technologies such as the magnetic pulse process overcome deformability issues and enable new material developments, allowing the use of innovative lightweight, high-strength alloys exhibiting metallurgically distinct performance compared to conventional alloy systems.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010

Umformvorrichtungreshaping

1212

Werkstückworkpiece

1414

Spuleneinrichtungcoil device

1616

SpuleKitchen sink

1818

Positioniereinrichtungpositioning

2020

Umformflächeforming surface

2222

Formkörpermoldings

24a24a

L-FormL-form

24b24b

J-FormJ-shape

24c24c

U-FormU-shape

24d24d

Z-FormZ-form

2626

Windungconvolution

2828

BereichArea

3030

UmformoberflächenbereichUmformoberflächenbereich

3232

Aktoractuator

3434

Verformungseinrichtungdeforming means

3636

Steuereinrichtungcontrol device

3838

Harzresin

4040

Kanalchannel

4242

Fluidfluid

4444

Sandbettsand bed

4646

Gummimatterubber mat

4848

Stempelstamp

5050

AlMgSc-WerkstückAlMgSc workpiece

5252

Mg-WerkstückMg-workpiece

5454

Ti-WerkstückTi-workpiece

AA

LängserstreckungsrichtungLongitudinal extension

BB

Pfeilarrow

Claims (15)

Kaltumformverfahren zum Kaltumformen von länglichen Werkstücken (12) mit den Schritten a) Bereitstellen eines länglichen Werkstückes (12) mit einer Längserstreckungsrichtung (A); b) Erzeugen eines Magnetfelddruckimpulses an einer Umformfläche (20) des Werkstückes (12) mit wenigstens einer Spule (16); c) Verschieben (B) des Werkstückes (12) in Längserstreckungsrichtung (A); und d) Wiederholen der Schritte b) und c), dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (16) vor der Formgebung des Werkstückes (12) verformt wird und nach ihrer Verformung beim Abgeben des Magnetfelddruckimpulses starr ist.Cold forming process for cold forming elongate workpieces ( 12 ) with the steps a) providing an elongate workpiece ( 12 ) having a longitudinal direction (A); b) generating a magnetic field pressure pulse on a forming surface ( 20 ) of the workpiece ( 12 ) with at least one coil ( 16 ); c) displacement (B) of the workpiece ( 12 ) in the longitudinal direction (A); and d) repeating steps b) and c), characterized in that the coil ( 16 ) before shaping the workpiece ( 12 ) is deformed and rigid after its deformation when the magnetic field pressure pulse is output. Kaltumformverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spuleneinrichtung (14), insbesondere mit einer Spule (16) mit einer Windung (26), mehr insbesondere mit einer in Längserstreckungsrichtung (A) des Werkstückes (12) ausgerichteten Windung (26), in Schritt b) in Kontakt mit der Umformfläche (20) des Werkstückes (12) gebracht wird.Cold forming method according to claim 1, characterized in that a coil device ( 14 ), in particular with a coil ( 16 ) with one turn ( 26 ), more particularly in the longitudinal direction (A) of the workpiece ( 12 ) oriented turn ( 26 ), in step b) in contact with the forming surface ( 20 ) of the workpiece ( 12 ) is brought. Kaltumformverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Spuleneinrichtung (14) vor Schritt b) verändert wird, insbesondere indem die Spuleneinrichtung (14) verformt wird, mehr insbesondere derart verformt wird, dass in Schritt d) eine L-förmige (24a), J-förmige (24b), U-förmige (24c) und/oder Z-förmige (24d) Verformung erzielt wird.Cold forming method according to claim 2, characterized in that the geometry of the coil device ( 14 ) before step b) is changed, in particular by the coil device ( 14 ) is deformed, more in particular is deformed such that in step d) an L-shaped ( 24a ), J-shaped ( 24b ), U-shaped ( 24c ) and / or Z-shaped ( 24d ) Deformation is achieved. Kaltumformverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) mehrfach hintereinander durchgeführt wird.Cold forming process according to one of claims 1 to 3, characterized in that step b) is carried out several times in succession. Kaltumformverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spuleneinrichtung (14) mit mehreren Spulen (16), insbesondere Spulen (16) mit unterschiedlichen Geometrien, bereitgestellt und in Kontakt mit der Umformfläche (20) des Werkstückes (12) gebracht wird, wobei die mehreren Spulen (16) insbesondere nebeneinander in Längserstreckungsrichtung (A) des Werkstücks (12) angeordnet werden.Cold forming method according to one of claims 2 to 4, characterized in that a coil device ( 14 ) with several coils ( 16 ), in particular coils ( 16 ) with different geometries, provided and in contact with the forming surface ( 20 ) of the workpiece ( 12 ), wherein the plurality of coils ( 16 ) in particular side by side in the longitudinal direction (A) of the workpiece ( 12 ) to be ordered. Kaltumformverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer der Spuleneinrichtung (14) gegenüberliegenden Seite des Werkstückes (12) ein Formkörper (22) zum Formen des Werkstückes (12) bereitgestellt wird.Cold forming method according to one of claims 1 to 5, characterized in that on one of the coil means ( 14 ) opposite side of the workpiece ( 12 ) a shaped body ( 22 ) for molding the workpiece ( 12 ) provided. Kaltumformverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkstück (12) mit einer Länge von 1 m bis 20 m, insebsondere 8 m bis 10 m, und/oder einer Dicke von 1 mm bis 5 mm bereitgestellt wird, wobei insbesondere ein Legierungs-Werkstück, insbesondere ein AlMgSc-Werkstück (50), und/oder ein Mg-Werkstück (52) und/oder ein Ti-Werkstück (54) bereitgestellt wird.Cold forming method according to one of claims 1 to 6, characterized in that a workpiece ( 12 ) is provided with a length of 1 m to 20 m, insebsondere 8 m to 10 m, and / or a thickness of 1 mm to 5 mm, in particular an alloy workpiece, in particular an AlMgSc workpiece ( 50 ), and / or a Mg workpiece ( 52 ) and / or a Ti workpiece ( 54 ) provided. Umformvorrichtung (10) zum Kaltumformen von länglichen Werkstücken (12), aufweisend eine Spuleneinrichtung (14) mit wenigstens einer Spule (16) zum Erzeugen eines Magnetfelddruckimpulses und eine Positioniereinrichtung (18) zum Positionieren des länglichen Werkstückes (12) relativ zu der Spuleneinrichtung (14), wobei die Positioniereinrichtung (18) zum Verändern (B) der Relativposition des Werkstückes (12) und der Spuleneinrichtung (14) in Längserstreckungsrichtung (A) des Werkstückes (12) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der wenigstens einen Spule (16) vor der Formgebung des Werkstückes (12) veränderbar ist, indem an der jeweiligen Spule (16) Aktoren (32) als Verformungseinrichtung (34) vorgesehen sind, die die Geometrie der wenigstens einen Spule (16) verändern können, und dass die wenigstens eine Spule nach ihrer Verformung bei der Abgabe des Magnetfelddruckimpulses starr ist.Forming device ( 10 ) for cold forming of elongate workpieces ( 12 ), comprising a coil device ( 14 ) with at least one coil ( 16 ) for generating a magnetic field pressure pulse and a positioning device ( 18 ) for positioning the elongated workpiece ( 12 ) relative to the coil device ( 14 ), wherein the positioning device ( 18 ) for changing (B) the relative position of the workpiece ( 12 ) and the coil device ( 14 ) in the longitudinal direction (A) of the workpiece ( 12 ), characterized in that the geometry of the at least one coil ( 16 ) before shaping the workpiece ( 12 ) is changeable by on the respective coil ( 16 ) Actuators ( 32 ) as a deforming device ( 34 ) are provided, the geometry of the at least one coil ( 16 ) and that the at least one coil is rigid after being deformed upon delivery of the magnetic field pressure pulse. Umformvorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Spule (16) eine Windung (26), insbesondere eine in Längserstreckungsrichtung (A) des Werkstückes (12) ausgerichtete Windung (26), aufweist.Forming device ( 10 ) according to claim 8, characterized in that the at least one coil ( 16 ) a turn ( 26 ), in particular in the longitudinal direction (A) of the workpiece ( 12 ) oriented turn ( 26 ), having. Umformvorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungseinrichtung (34) Kanäle (40) mit elektro- und/oder magnetorheologischem Fluid (42) in einem die Spule (16) umgebenden Harz (38) aufweist und/oder dass die Verformungseinrichtung (34) ein die Spule (16) umgebendes elektro- und/oder magnetorheologisches Fluid (42) und/oder ein die Spule (16) umgebendes Sandbett (44) aufweist und/oder dass die Verformungseinrichtung (34) eine die Spule (16) umgebende Gummimatte (46) und die Gummimatte (46) umgebende Stempel (48) und/oder ein die Gummimatte (46) umgebendes Sandbett (44) aufweist.Forming device ( 10 ) according to claim 8 or 9, characterized in that the deformation device ( 34 ) Channels ( 40 ) with electro-and / or magnetorheological fluid ( 42 ) in one the coil ( 16 ) surrounding resin ( 38 ) and / or that the deformation device ( 34 ) a coil ( 16 ) surrounding electro- and / or magnetorheological fluid ( 42 ) and / or the coil ( 16 ) surrounding sand bed ( 44 ) and / or that the deformation device ( 34 ) one the coil ( 16 ) surrounding rubber mat ( 46 ) and the rubber mat ( 46 ) surrounding stamps ( 48 ) and / or a rubber mat ( 46 ) surrounding sand bed ( 44 ) having. Umformvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuleneinrichtung (14) mehrere Spulen (16), insbesondere Spulen (16) mit unterschiedlichen Geometrien, aufweist, die nebeneinander angeordnet sind. Forming device ( 10 ) according to one of claims 8 to 10, characterized in that the coil device ( 14 ) several coils ( 16 ), in particular coils ( 16 ) having different geometries, which are arranged side by side. Umformvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formkörper (22) zum Formen des Werkstückes (12) auf einer Seite gegenüberliegend der Spuleneinrichtung (14) angeordnet ist.Forming device ( 10 ) according to one of claims 8 to 11, characterized in that a shaped body ( 22 ) for molding the workpiece ( 12 ) on a side opposite the coil device ( 14 ) is arranged. Umformeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (36) zum Ansteuern der Positioniereinrichtung (18) und/oder zum Ansteuern der Spuleneinrichtung (14) und/oder zum Ansteuern der Verformungseinrichtung (34) vorgesehen ist.Forming device ( 10 ) according to one of claims 8 to 12, characterized in that a control device ( 36 ) for driving the positioning device ( 18 ) and / or for driving the coil device ( 14 ) and / or for driving the deformation device ( 34 ) is provided. Verwendung einer Umformvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 13 zum Kaltumformen von aus Legierungen, insbesondere AlMgSc, und/oder Mg und/oder Ti gebildeten Werkstücken (12).Use of a forming device ( 10 ) according to one of claims 8 to 13 for the cold forming of workpieces formed from alloys, in particular AlMgSc, and / or Mg and / or Ti ( 12 ). Verwendung einer Umformvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 13 zum Kaltumformen von Werkstücken (12) mit 1 m bis 20 m, insbesondere 8 m bis 10 m, Länge und/oder 1 mm bis 5 mm Dicke.Use of a forming device ( 10 ) according to one of claims 8 to 13 for cold forming of workpieces ( 12 ) with 1 m to 20 m, in particular 8 m to 10 m, length and / or 1 mm to 5 mm thickness.

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