DE102013012584A1 - Method for joining a light metal insert in a light metal component and arrangement - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Fügen eines Leichtmetall-Einsatzes in ein Leichtmetall-Bauteil für eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur mit folgenden Schritten vorgeschlagen: Bereitstellen eines Einsatzes (23) auf Leichtmetall-Basis, der aus einem Rohling (11) unter Anwendung des Gleichkanalwinkelpressens hergestellt wird; Bereitstellen eines Bauteils auf Leichtmetall-Basis, und Fügen des Einsatzes (23) mit dem Bauteil durch Reibpunktschweißen.A method is proposed for joining a light metal insert to a light metal component for a motor vehicle body structure comprising the steps of: providing a light metal based insert (23) made from a blank (11) using co-channel angle pressing; Providing a light metal based component, and joining the insert (23) to the component by friction spot welding.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen eines Leichtmetall-Einsatzes in ein Leichtmetall-Bauteil für eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur gemäß Anspruch 1, sowie eine Anordnung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 9.The invention relates to a method for joining a light metal insert in a light metal component for a motor vehicle body shell structure according to
Verfahren zum Fügen von Leichtmetall-Einsätzen in Leichtmetall-Bauteile sind bekannt. Dabei kommt häufig das Verfahren des Reibpunktschweißens zum Einsatz, bei welchem das Material eines Leichtmetall-Bauteils und eines Leichtmetall-Einsatzes mittels eines rotierenden Schweißstifts durch Reibung erwärmt und somit plastifiziert wird. Hierdurch ist eine Vermischung des plastifizierten Materials in der Fügezone möglich, sodass eine stoffschlüssige Schweißverbindung ausgebildet wird. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, bei welchen die genannten Nachteile nicht auftreten. Insbesondere soll mit Hilfe des Verfahrens ein prozesssicherer Fügevorgang geschaffen werden, bei welchem Ausschuss sowohl in Hinblick auf die verwendeten Einsätze als auch in Hinblick auf die Leichtmetall-Bauteile vermieden werden kann.The invention is therefore based on the object to provide a method and an arrangement in which the disadvantages mentioned do not occur. In particular, with the aid of the method, a process-reliable joining process is to be created, in which rejects can be avoided both with regard to the inserts used and with regard to the light-metal components.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Dabei wird ein Einsatz auf Leichtmetall-Basis bereitgestellt, der aus einem Rohling unter Anwendung des Gleichkanalwinkelpressens hergestellt wird. Es wird ein Bauteil auf Leichtmetall-Basis bereitgestellt, und der Einsatz wird mit dem Bauteil durch Reibpunktschweißen gefügt. Der Rohling wird beim Gleichkanalwinkelpressen intensiv scherverformt, wodurch ein ultra-feinkörniges Gefüge geschaffen wird. Dies steigert die Duktilität des Rohlings erheblich. Es ist möglich, durch das Gleichkanalwinkelpressen, das auch als ECAP-Technologie (Equal Channel Angular Pressing) bezeichnet wird, vorteilhafte mechanische Eigenschaften, wie eine verbesserte Zugfestigkeit, Dehngrenze, Bruchdehnung und/oder Duktilität einzustellen. Das intensiv scherverformte Material neigt aufgrund seines feineren Gefüges zu einer deutlich geringeren Rissanfälligkeit als das Ausgangsmaterial vor der Scherverformung. Der Rohling ist also nach dem Gleichkanalwinkelpressen sehr duktil und weist eine extrem hohe Formbarkeit auf. Beim Umformen stellen sich jedoch hochgradige Kaltverfestigungen ein, sodass der letztlich gebildete Einsatz eine sehr hohe Festigkeit aufweist. Daher treten beim Reibpunktschweißen keinerlei Risse auf, sodass ein prozesssicherer Fügevorgang gewährleistet ist. Aufgrund seiner hohen Festigkeit ist es möglich, den Einsatz fertigungsgerecht und aufgrund seiner hohen Stabilität dünnwandig und leicht auszulegen. Dabei ist es insbesondere auch möglich, den Einsatz lokal belastungsorientiert, also abgestimmt auf zu erwartende mechanische Belastungen bei seiner bestimmungsgemäßen Verwendung, auszubilden und hierdurch Gewicht einzusparen. Dies trägt dem Leichtbaugedanken Rechnung.The object is achieved by providing a method with the steps of
Weiterhin ergeben sich durch die intensive Scherverformung geringere Spannungen in dem Material, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Bauteil-Versagens in kritischen Bereichen, beispielsweise im Bereich einer Bohrung oder von Wandungen, sinkt. Der Werkstoff des mit Hilfe des Gleichkanalwinkelpressens gefertigten Einsatzes weist eine äußerst geringe Kriechneigung auf. Der Einsatz weist auch ein verbessertes Ermüdungsverhalten auf. Obwohl der Einsatz aus einem Leichtmetall-Werkstoff gefertigt ist, ist er gegenüber hohen mechanischen Belastungen stabil. Es ist ohne weiteres möglich, den Einsatz in ein Leichtmetall-Bauteil, wie beispielsweise ein Trägerelement, zu fügen, ohne dass Probleme mit Kontaktkorrosionen auftreten. Besonders bevorzugt wird eine Materialgleichheit zwischen dem Einsatz und dem Leichtmetall-Bauteil angestrebt, wodurch ein Materialmix vermieden wird. Aufgrund des gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Bauteile ergeben sich dann keine oder nur geringe Spannungen. Durch die Vermeidung eines Materialmixes ergibt sich auch der Vorteil einer vereinfachten Rezyklierbarkeit. Es ist nämlich nicht mehr nötig, das Bauteil, in welches der Einsatz gefügt ist, in verschiedene Materialien zu trennen. Somit ergibt sich bei der Wiederaufbereitung eine reinere Schmelze. Insbesondere entfällt das Problem eines Eisenanteils in einer Leichmetallschmelze. Es sind alle bekannten und geeigneten Fügetechnologien für eine Anordnung aus dem Einsatz und dem Leichtmetall-Bauteil mit benachbarten Teilen einsetzbar.Furthermore, the intense shear deformation results in lower stresses in the material, thereby reducing the likelihood of component failure in critical areas, such as in the area of a bore or walls. The material of the insert produced with the aid of the co-channel angle press has an extremely low creep tendency. The insert also has improved fatigue behavior. Although the insert is made of a light metal material, it is stable against high mechanical loads. It is readily possible to insert the insert into a light metal component, such as a carrier element, without encountering problems with contact corrosion. Particularly preferred material equality between the insert and the light metal component is desired, whereby a material mix is avoided. Due to the same coefficient of thermal expansion of the components arise then no or only low voltages. By avoiding a material mix, there is also the advantage of simplified recyclability. It is no longer necessary to separate the component into which the insert is inserted into different materials. Thus, in the reprocessing results in a purer melt. In particular, eliminates the problem of iron content in a Leichmetallschmelze. All known and suitable joining technologies can be used for an arrangement of the insert and the light metal component with adjacent parts.
Dadurch, dass das Reibpunktschweißen prozesssicher zum Fügen des Einsatzes in das Bauteil möglich ist, müssen keine Stanznieten mehr verwendet werden. Hierdurch sinken die Stückkosten für die Anordnung aus dem Bauteil und dem Einsatz. Es bedarf auch keiner Schweiß-Zusatzwerkstoffe. Weiterhin bedarf es keiner teuren Schweißzangen aus Kupfer, und es ergibt sich kein direkter Stromfluss, sodass es nur einer geringen Abschirmung des Schweißbereichs bedarf. Beim Reibpunktschweißen tritt im Vergleich zum Reibnahtschweißen kein Materialverlust oder Loch an Beginn der Schweißnaht auf. Die Wärmebelastung der miteinander zufügenden Bauteile ist beim Reibpunktschweißen gering. Auch stellt dieses Fügeverfahren nur geringe Anforderungen an die Oberflächenvorbereitung. Es bestehen keinerlei Beschränkungen beim Fügen von Guss-, Schmiede- und/oder Strangpressteilen miteinander. Es ist auch möglich, Mischverbindungen mit Magnesium und anderen Buntmetallen zu fügen.The fact that the Reibpunktschweißen process reliable for joining the insert is possible in the component, no punch rivets must be used. This reduces the unit costs for the arrangement of the component and the use. It also requires no welding filler metals. Furthermore, there is no need for expensive copper welding guns, and there is no direct current flow, so that it requires only a small shielding of the welding area. In friction spot welding, there is no loss of material or hole at the beginning of the weld compared to friction weld welding on. The heat load of the components to be added together is low during friction spot welding. Also, this joining process only low demands on the surface preparation. There are no restrictions when joining cast, forged and / or extruded parts together. It is also possible to add mixed compounds with magnesium and other non-ferrous metals.
Der Rohling wird vorzugsweise aus einem Material hergestellt, welches Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, insbesondere eine Aluminiumknetlegierung, Magnesium oder eine Magnesiumlegierung oder Titan oder eine Titanlegierung, umfasst, wobei es bevorzugt aus einem der genannten Materialien besteht. Dabei handelt es sich um für das Verfahren besonderes geeignete Materialien.The blank is preferably made of a material comprising aluminum or an aluminum alloy, in particular an aluminum wrought alloy, magnesium or a magnesium alloy or titanium or a titanium alloy, wherein it preferably consists of one of said materials. These are materials which are particularly suitable for the process.
Das Verfahren des Gleichkanalwinkelpressens ist insbesondere in der deutschen Offenlegungsschrift
Das Bauteil wird vorzugsweise aus einem Material bereitgestellt, welches Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, insbesondere eine Aluminiumknetlegierung, Magnesium oder eine Magnesiumlegierung, oder Titan oder eine Titanlegierung umfasst, wobei es bevorzugt aus einem der genannten Materialien besteht. Besonders bevorzugt werden für das Bauteil einerseits und für den Einsatz andererseits gleiche oder zumindest artgleiche Materialien verwendet. Dies hat Vorteile in Hinblick auf Spannungen im Material aufgrund des gleichen oder zumindest ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, beziehungsweise auf die Korrosionsanfälligkeit durch die Vermeidung von Kontaktkorrosion oder interkristalliner Korrosion.The component is preferably made of a material which comprises aluminum or an aluminum alloy, in particular an aluminum wrought alloy, magnesium or a magnesium alloy, or titanium or a titanium alloy, wherein it preferably consists of one of said materials. On the one hand, and on the other hand, the same or at least similar materials are particularly preferably used for the component on the one hand and for use on the other hand. This has advantages in terms of stresses in the material due to the same or at least similar coefficients of thermal expansion, or on the susceptibility to corrosion by preventing contact corrosion or intergranular corrosion.
Als Bauteil wird bevorzugt ein Trägerelement für eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur, insbesondere ein Hinterachsträger oder ein Integralträger bereitgestellt. Es ist auch möglich, dass das Bauteil eine Federbeinkonsole für eine Vorder- oder Hinterachse oder ein Lagerstuhl in einem Kurbelgehäuse ist.As a component, a carrier element for a motor vehicle bodyshell structure, in particular a rear axle carrier or an integral carrier is preferably provided. It is also possible that the component is a strut brace for a front or rear axle or a bearing block in a crankcase.
Bevorzugt wird im Rahmen des Verfahrens das Bauteil als Gussteil, als Schmiedeteil, oder als Blechteil bereitgestellt. Hinsichtlich der zu bewirkenden Fügeverbindung mit dem Einsatz ergeben sich diesbezüglich keine Einschränkungen, sodass insbesondere alle genannten Trägerteile hier bevorzugt einsetzbar sind.In the context of the method, the component is preferably provided as a cast part, as a forged part, or as a sheet metal part. With regard to the joining connection with the insert to be effected, there are no restrictions in this regard, so that in particular all of the mentioned carrier parts can be used here in a preferred manner.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Einsatz beim Gleichkanalwinkelpressen hergestellt wird. Dies spricht insbesondere an, dass zumindest in einer letzten Stufe des Gleichkanalwinkelpressens bereits eine Formgebung des Rohlings erfolgt, sodass dieser zumindest grob in die Form des Einsatzes gebracht wird. Hierzu ist es möglich, dass das Werkzeug zum Gleichkanalwinkelpressen eine Matrize umfasst, durch welche der Rohling gepresst wird, um die Form des Einsatzes zu erhalten. Ist der Einsatz als hülsenförmiges Element ausgebildet, ist es möglich, dass bereits ein Rohling verwendet wird, der als Hohlzylinder ausgebildet ist. Dabei ist es möglich, den Hohlzylinder durch Gleichkanalwinkelpressen zu behandeln, ohne dass ein offener Innenquerschnitt des Rohlings durch die intensive Scherverformung geschlossen wird. Gegebenenfalls wird im Bereich eines Ausgangskanals einer Vorrichtung zum Gleichkanalwinkelpressen zur Stützung des Hohlquerschnitts ein Dorn vorgesehen. Die Verwendung eines Hohlzylinders als Rohling hat den Vorteil, dass der hülsenförmig ausgebildete Einsatz bereits aus einem Rohling gefertigt wird, der schon im Ansatz die auszubildende Geometrie aufweist. Es erübrigt sich dann ein nachträgliches Formen einer Bohrung beziehungsweise des Hohlquerschnitts.A method is preferred which is characterized in that the insert is produced in co-channel angle pressing. This is in particular the case that, at least in a final stage of the co-channel angle pressing, the blank is already shaped so that it is at least roughly brought into the shape of the insert. For this purpose, it is possible that the tool for co-channel angle pressing comprises a die, through which the blank is pressed to obtain the shape of the insert. If the insert is designed as a sleeve-shaped element, it is possible that a blank is already used, which is designed as a hollow cylinder. It is possible to treat the hollow cylinder by Gleichkanalwinkelpressen without an open inner cross-section of the blank is closed by the intensive shear deformation. Optionally, a mandrel is provided in the region of an outlet channel of a device for co-channel angle pressing in order to support the hollow cross section. The use of a hollow cylinder as a blank has the advantage that the sleeve-shaped insert is already made of a blank, which has already in the approach the trainee geometry. It is then unnecessary to subsequently form a bore or the hollow cross-section.
Es wird allerdings auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher der Rohling im Anschluss an das Gleichkanalwinkelpressen umgeformt, insbesondere stranggepresst oder geschmiedet wird, um den Einsatz herzustellen. Dabei erhält dieser vorzugsweise eine endnahe Kontur durch die sich an das Gleichkanalwinkelpressen vorzugsweise unmittelbar anschließende Umformung. Da die Umformbarkeit des Materials des Rohlings durch das Gleichkanalwinkelpressen deutlich erhöht ist, kann ohne Weiteres unmittelbar im Anschluss an dieses in einem oder höchstens in wenigen Umformschritten, beispielsweise durch Strangpressen oder Schmieden, eine endkonturnahe Form des Einsatzes hergestellt werden. Besonders bevorzugt wird der Einsatz beim Umformen fertiggestellt beziehungsweise endgeformt. Die Umformung führt zu einer extrem hohen Kaltverfestigung, sodass der Einsatz eine hohe Stabilität gegenüber mechanischen Belastungen erhält. Hierdurch treten insbesondere beim Reibpunktschweißen keine Risse auf, sodass dieses Fügeverfahren prozesssicher angewandt werden kann.However, it is also preferred an embodiment of the method in which the blank is formed after the co-channel angle pressing, in particular extruded or forged to produce the insert. In this case, this preferably receives a close-to-the-edge contour by the reshaping of the co-channel angle pressing preferably immediately following. Since the formability of the material of the blank is significantly increased by the Gleichkanalwinkelpressen, can be produced immediately after this in one or at most in a few forming steps, for example by extrusion or forging, a near final shape of the insert. Particularly preferably, the insert is finished or finally formed during forming. The forming leads to an extremely high strain hardening, so that the insert receives a high stability against mechanical loads. As a result, no cracks occur, in particular during friction spot welding, so that this joining process can be applied reliably.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, bei welchem der Rohling direkt aus dem Werkzeug zum Gleichkanalwinkelpressen in eine Umformmatrize geführt wird, in welcher der Einsatz endgeformt wird. Die Endformung in der Umformmatrize schließt sich also unmittelbar an das Gleichkanalwinkelpressen an. Zusätzlich zu der ohnehin hohen Umformbarkeit des intensiv scherverformten Gefüges ist es dabei möglich, noch die durch die intensive Scherverformung in den Rohling eingetragene Wärme zur Umformung zu nutzen.A method is also preferred in which the blank is fed directly from the tool for co-channel pressing into a forming die in which the insert is finally formed. The final forming in the forming die is thus immediately followed by the Co-channel angle presses. In addition to the already high formability of the intensive shear-deformed structure, it is possible to use the heat introduced by the intensive shearing deformation into the blank for forming.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass das Gleichkanalwinkelpressen in mindestens zwei Stufen durchgeführt wird. Dies bedeutet, dass der Rohling mindestens zweimal intensiv scherverformt wird. Die Zahl der Scherverformungen beziehungsweise der Durchgänge des Gleichkanalwinkelpressens kann auf die gewünschten Werkstoffeigenschaften für den Einsatz abgestimmt werden. Dabei wird bei jedem Durchgang der intensiven Scherverformung eine Dehnung in dem Werkstück erhöht. Vorzugsweise wird der Rohling nach jeder Stufe, also nach jedem Durchgang der intensiven Scherverformung nach einem vorherbestimmten Winkel um seine Längsachse gedreht. Dabei sind verschiedene sogenannte Prozessrouten möglich, die auch miteinander kombiniert werden können.A method is also preferred that is characterized in that the co-channel angle pressing is performed in at least two stages. This means that the blank is extensively shirred at least twice. The number of shear deformations or the passages of the co-channel angle pressing can be matched to the desired material properties for use. In this case, an elongation in the workpiece is increased with each passage of the intensive shearing deformation. Preferably, the blank is rotated after each stage, so after each pass of the intensive shear deformation after a predetermined angle about its longitudinal axis. Various so-called process routes are possible, which can also be combined with each other.
Eine erste Prozessroute sieht vor, dass der vorherbestimmte Winkel nach jeder Stufe zu null gewählt wird. Dies bedeutet, dass der Rohling zwischen den einzelnen Stufen nicht gedreht wird.A first process route provides for the predetermined angle to be zero after each step. This means that the blank is not rotated between the individual stages.
Bei einer zweiten Prozessroute ist vorgesehen, dass der Rohling nach jeder Stufe um 90° um seine Längsachse gedreht wird, wobei alternierende Drehrichtungen angewendet werden. Beispielsweise wird der Rohling nach der ersten Stufe um 90° im Uhrzeigersinn und nach der zweiten Stufe um 90° gegen den Uhrzeigersinn, somit quasi zurück in seine Ausgangslage vor der ersten Stufe, gedreht. Weitere Stufen und zwischengeschaltete, alternierende Drehungen können sich anschließen.In a second process route it is provided that the blank is rotated by 90 ° about its longitudinal axis after each step, with alternating directions of rotation being used. For example, the blank after the first stage by 90 ° clockwise and after the second stage by 90 ° counterclockwise, thus quasi back to its initial position before the first stage, rotated. Further stages and intermediate alternating rotations may follow.
Bei einer dritten Route ist vorgesehen, dass der Rohling zwischen den einzelnen Stufen jeweils um 90° in dieselbe Richtung gedreht wird. Somit erreicht er nach der vierten Stufe wieder seine Ausgangslage, die er vor der ersten Stufe aufwies.In a third route, it is provided that the blank is rotated in each case by 90 ° in the same direction between the individual stages. Thus, after the fourth stage, he returns to his starting position, which he had before the first stage.
Gemäß einer vierten Prozessroute ist vorgesehen, dass der Rohling nach jeder Stufe um 180° gedreht wird. Auch diese Drehung erfolgt vorzugsweise jeweils mit identischem Drehsinn, so dass der Rohling nach jeder zweiten Stufe wieder seine Ausgangslage erreicht, die er vor der ersten Stufe aufwies.According to a fourth process route, it is provided that the blank is rotated by 180 ° after each step. Also, this rotation is preferably carried out in each case with an identical direction of rotation, so that the blank after every second stage again reaches its initial position, which he had before the first stage.
Mit Hilfe der verschiedenen Drehungen wird vorzugsweise das in den einzelnen Stufen, mithin in jedem Gleichkanalwinkelpressvorgang erzeugte anisotrope Gefüge homogenisiert. Dabei ist der sogenannte Ecapier-Grad, also der Grad des Gleichkanalwinkelpressens, aufgrund verschiedener Druckverhältnisse in Folge der Umleitung des gepressten Materials verschieden. Die genau Prozessroute, insbesondere die Anzahl der Stufen sowie die zwischen den Stufen gewählten Drehwinkel werden abhängig von den benötigten Materialeigenschaften gewählt. Durch Anwendung mehrerer ECAP-Zyklen wird das umgeformte Material jeweils von einer anderen Seite pressbeaufschlagt. Dabei wird die Feinkörnigkeit in Folge der durch Umlenkung im Werkzeug entstehenden Scherwirkung erheblich verbessert, was den späteren mechanischen Eigenschaften zugutekommt.With the aid of the various rotations, the anisotropic microstructure produced in the individual stages, and thus in each co-channel angular pressing operation, is preferably homogenized. Here, the so-called Ecapier degree, ie the degree of co-channel angle pressing, different due to different pressure conditions as a result of the diversion of the pressed material. The exact process route, in particular the number of stages and the rotation angle selected between the stages are selected depending on the required material properties. By applying several ECAP cycles, the formed material is press-fed from another side. The fine granularity is considerably improved as a result of the shear produced by deflection in the tool, which benefits the later mechanical properties.
Insbesondere mit Hilfe verschiedener Prozessrouten, die geeignet gewählt werden, ist es möglich, die Eigenschaften des auszubildenden Einsatzes bedarfsgerecht einzustellen. Dabei ist es insbesondere möglich, die Duktilität einerseits und die Festigkeit andererseits des Einsatzes bedarfsgerecht auszugestalten. Es ist insbesondere möglich, die gewählten Prozessrouten und eine gegebenenfalls nachfolgende Umformung derart aufeinander abzustimmen, dass vorherbestimmte Eigenschaften in Hinblick auf die Duktilität einerseits und die Festigkeit des Einsatzes andererseits erreicht werden.In particular with the aid of various process routes, which are suitably selected, it is possible to adjust the properties of the insert to be used as needed. In particular, it is possible to design the ductility on the one hand and the strength of the other on the other hand as needed. In particular, it is possible to match the selected process routes and any subsequent forming in such a way that predetermined properties with regard to the ductility on the one hand and the strength of the insert on the other hand are achieved.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, bei welchem der Einsatz beim Reibpunktschweißen als Schweißstift verwendet wird. Dabei verbleibt der Einsatz in einer beim Reibpunktschweißen erzeugten Ausnehmung. Der Einsatz wird also relativ zu dem Bauteil, in welches er gefügt werden soll, im Rahmen des Reibpunktschweißens gedreht, wodurch sich die Reibungswärme ergibt, aufgrund derer sich das Material des Bauteils und vorzugsweise auch das Material des Einsatzes plastifiziert, sodass es in dem plastizierten Bereich zu einem Ineinanderfließen der Materialien und somit zu einer stoffschlüssigen Schweißverbindung kommt. Der Einsatz wird dabei von einer Vorrichtung zum Reibpunktschweißen in Rotation versetzt und von dieser gehalten. Nach dem Reibpunktschweißen wird der Einsatz von der Vorrichtung getrennt, wobei er dauerhaft, vorzugsweise unlösbar, in dem Bauteil verbleibt, mit welchem er gefügt ist.A method is also preferred in which the use in friction spot welding is used as a welding pin. The insert remains in a recess produced during friction spot welding. The insert is thus rotated relative to the component in which it is to be joined in the context of Reibpunktschweißens, resulting in the frictional heat, due to which the material of the component and preferably also the material of the insert plasticized, so that it in the plasticized area to a flow into each other of the materials and thus comes to a cohesive weld. The insert is thereby set in rotation by a device for Reibpunktschweißen and held by this. After Reibpunktschweißen the insert is separated from the device, wherein it remains permanently, preferably insoluble, in the component with which it is joined.
Alternativ ist es möglich, dass der Einsatz mittels eines separaten Schweißstifts durch Reibpunktschweißen mit dem Bauteil gefügt wird, wobei es insbesondere möglich ist, dass im Bereich des Einsatzes verschiedene Fügepunkte – insbesondere abhängig von einem zu fügenden Umfang des Einsatzes – vorgesehen werden.Alternatively, it is possible for the insert to be joined to the component by means of a separate welding pin by friction spot welding, it being possible in particular for different joint points to be provided in the area of the insert, in particular depending on a circumference of the insert to be joined.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass der Einsatz vor dem Reibpunktschweißen in eine Bohrung des Bauteils eingesetzt wird. Alternativ oder zusätzlich wird der Einsatz vorzugsweise in die Bohrung des Bauteils eingepresst. Es ist möglich, dass der in die Bohrung eingesetzte oder eingepresste Einsatz als Schweißstift beim nachfolgenden Reibpunktschweißen verwendet wird. Alternativ ist es möglich, dass ein separater Schweißstift verwendet wird, um im Bereich des Einsatzes mindestens einen Fügepunkt vorzusehen.A method is also preferred that is characterized in that the insert is inserted into a bore of the component before the friction spot welding. Alternatively or additionally, the insert is preferably pressed into the bore of the component. It is possible that in the hole inserted or pressed insert is used as a welding pin in the subsequent Reibpunktschweißen. Alternatively, it is possible that a separate welding pin is used to provide at least one joining point in the region of the insert.
Schließlich wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Einsatz mit einem Bund hergestellt wird. Insbesondere wird ein ausladender Bund an dem Einsatz vorgesehen, wobei der Einsatz vorzugsweise als Bundhülse hergestellt wird. Aufgrund des Bundes ist beim Reibpunktschweißen genügend Angriffsfläche vorhanden, wobei dies insbesondere von Vorteil ist, wenn der Einsatz selbst als Schweißstift verwendet wird. Der Bund ermöglicht eine genaue Positionierung des Einsatzes in dem Bauteil, wobei er als Anschlag fungiert. Dabei wird der Bund mit einer Anlagefläche auf eine Auflagefläche des Bauteils aufgelegt, sodass die Position des Einsatzes relativ zu dem Bauteil durch die Auflage der Anlagefläche auf der Auflagefläche vorgegeben ist. Beim Reibpunktschweißen reibt die Anlagefläche bevorzugt an der Auflagefläche, sodass eine stoffschlüssige Verbindung im Bereich der beiden Flächen hergestellt wird. Es ist auch möglich, dass mit Hilfe eines separaten Schweißstifts mindestens ein Fügepunkt im Bereich des Bundes vorgesehen wird, wobei auch in diesem Fall bevorzugt die Anlagefläche zumindest bereichsweise mit der Auflagefläche stoffschlüssig verbunden wird.Finally, a method is preferred which is characterized in that the insert is produced with a collar. In particular, a cantilevered collar is provided on the insert, wherein the insert is preferably made as a collar sleeve. Due to the federal government sufficient friction surface is available at Reibpunktschweißen, which is particularly advantageous if the insert itself is used as a welding pin. The collar allows accurate positioning of the insert in the component, acting as a stop. In this case, the federal government is placed with a contact surface on a support surface of the component, so that the position of the insert is predetermined relative to the component by the support of the contact surface on the support surface. In the case of friction spot welding, the contact surface preferably rubs against the support surface, so that a material-locking connection is produced in the region of the two surfaces. It is also possible that with the aid of a separate welding pin at least one joining point in the region of the collar is provided, wherein also in this case, preferably, the contact surface is at least partially bonded cohesively to the support surface.
Bei der Herstellung des Einsatzes wird die Anlagefläche vorzugsweise aufgeraut oder gerändelt. Der Bund weist also an seiner Unterseite beziehungsweise an der Seite, welche dem Bauteil zugewandt ist, eine aufgeraute oder gerändelte Fläche auf, wodurch sich das plastifizierte Material zusätzlich zu dem Stoffschluss auch im Bereich des Bundes, insbesondere im Bereich der Anlagefläche, formschlüssig verkrallen kann.In the manufacture of the insert, the contact surface is preferably roughened or knurled. The collar thus has on its underside or on the side facing the component, a roughened or knurled surface, whereby the plasticized material in addition to the material connection in the region of the collar, in particular in the region of the contact surface, can positively claw.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 geschaffen wird. Die Anordnung aus einem Bauteil für eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur auf Leichtmetall-Basis und einem Einsatz auf Leichtmetall-Basis zeichnet sich dadurch aus, dass sie hergestellt ist durch ein Verfahren nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Hierdurch verwirklichen sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurde.The object is also achieved by providing an arrangement with the features of
Bevorzugt wird eine Anordnung, die sich dadurch auszeichnet, dass der Einsatz als Hülse, insbesondere als Distanzhülse oder Gewindehülse, als Niet, insbesondere als Halbhohlstanzniet oder Vollstanzniet, als Motorlagerkern, als Getriebelagerkern, als Kern für ein Gummilager, als Einpresshülse, als Verschraubung für einen Lagerstuhl in einem Kurbelgehäuse, als Rasthülse für ein Türscharnier, und/oder als Bolzen, insbesondere als Stehbolzen, ausgebildet ist.Preferred is an arrangement which is characterized in that the insert as a sleeve, in particular as a spacer sleeve or threaded sleeve, as a rivet, in particular as Halbhohlstanzniet or Vollstanzniet, as a motor bearing core, as Getriebelagerkern, as a core for a rubber bearing, as a press-fit, as a screw for a Bearing in a crankcase, as a detent sleeve for a door hinge, and / or as a bolt, in particular as a stud, is formed.
Ist der Einsatz als Gewindehülse ausgebildet, kann er mit kürzeren Gewindegängen ausgestattet sein, als dies im Rahmen anderer Herstellverfahren möglich ist. Die Tragfähigkeit des Gewindes ist nämlich aufgrund des gleichkanalwinkelgepressten Materials erheblich gesteigert. Insgesamt kann der Einsatz aufgrund dieser erheblich gesteigerten Festigkeit kleiner und daher leichter gestaltet werden, ohne seine bisherige Funktionsfähigkeit zu verlieren. Vielmehr ist es sogar möglich, diese bei kleinerer und leichterer Ausgestaltung des Einsatzes noch zu verbessern.If the insert is designed as a threaded sleeve, it can be equipped with shorter threads than is possible in the context of other manufacturing methods. The carrying capacity of the thread is significantly increased because of the gleichkanalwinkelgepressten material. Overall, the insert can be made smaller and therefore lighter due to this significantly increased strength without losing its previous functionality. Rather, it is even possible to improve them with smaller and lighter design of the use.
Die Beschreibung des Verfahrens einerseits und der Anordnung andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Insbesondere sind Merkmale, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurden, bevorzugt einzeln oder in Kombination miteinander Merkmale eines Ausführungsbeispiels der Anordnung. Umgekehrt sind Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Anordnung beschrieben wurden, bevorzugt einzeln oder in Kombination miteinander Schritte eine Ausführungsform des Verfahrens.The description of the method on the one hand and the arrangement on the other hand are to be understood as complementary to each other. In particular, features that have been described explicitly or implicitly in the context of the method are preferred, individually or in combination with each other, features of an embodiment of the arrangement. Conversely, method steps that have been described explicitly or implicitly in connection with the arrangement, preferably individually or in combination with each other steps, an embodiment of the method.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Showing:
In einem ersten Schritt S1 wird ein Rohling auf Leichtmetallbasis, insbesondere aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung, bereitgestellt. Der Rohling ist bevorzugt durch Strangpressen, Stranggießen oder Blockgießen hergestellt. Dieser wird in einem zweiten Schritt S2 einer intensiven Scherverformung durch Gleichkanalwinkelpressen unterzogen. Unterhalb der schematischen Darstellung der Verfahrensschritte ist ebenfalls schematisch eine Vorrichtung
Die Vorrichtung
Mittels eines Stempels
Alternativ zu der Darstellung gemäß
In
Es ist möglich, dass die Unterteilung in vier Stufen
Durch die Hintereinanderschaltung verschiedener Stufen
Dabei wird die Anzahl der durchlaufenen Stufen auf die gewünschten mechanischen Eigenschaften des resultierenden Bauteils abgestimmt.The number of stages passed through is matched to the desired mechanical properties of the resulting component.
Es ist möglich, dass der Rohling
Es ist möglich, dass der Einsatz bereits beim Gleichkanalwinkelpressen hergestellt wird. Dabei wird besonders bevorzugt ein hohlzylinderförmiger Rohling gleichkanalwinkelgepresst, wobei zur Stützung des Hohlquerschnitts beziehungsweise zur Ausbildung einer hülsenförmigen Geometrie des Einsatzes insbesondere an einem Austritt des Ausgangskanals
Alternativ ist es möglich, dass der Einsatz in einem nachfolgenden Umformschritt, beispielsweise durch Strangpressen oder Schmieden, oder durch Umformen in einer Umformmatrix, endgeformt wird.Alternatively, it is possible for the insert to be finish-formed in a subsequent forming step, for example by extrusion or forging, or by forming in a forming matrix.
Bei der in
Vorzugsweise wird der Einsatz in einem Schritt S5 nachbearbeitet. Beispielsweise ist es möglich, dass hier eine Anlagefläche an einem bevorzugt beim Umformen ausgebildeten Bund des Einsatzes aufgeraut oder gerändelt wird.Preferably, the insert is reworked in a step S5. For example, it is possible for a contact surface to be roughened or knurled on a collar of the insert, which is preferably formed during the forming process.
Weiterhin ist es zusätzlich oder alternativ möglich, dass der Schritt S5 eine Wärmbehandlung des Einsatzes umfasst. Dabei wird dieser zumindest lokal wärmebehandelt, um seine mechanischen Eigenschaften in gewünschter Weise einzustellen. Dabei müssen die Parameter der Wärmbehandlung insbesondere auch abhängig von dem Material des Einsatzes mit Bedacht gewählt werden, weil es möglich ist, dass das durch die intensive Scherverformung erzeugte Gefüge beziehungsweise hieraus resultierende Eigenschaften durch die Wärmebehandlung zumindest teilweise wieder rückgängig gemacht werden. Daher ist eine in dem Schritt S5 erfolgende Wärmebehandlung besonders sensibel auf die Eigenschaften des gewählten Materials und die gewünschten Eigenschaften in Hinblick auf die Verwendung des Einsatzes abzustimmen.Furthermore, it is additionally or alternatively possible that the step S5 includes a heat treatment of the insert. This is at least locally heat treated to adjust its mechanical properties in the desired manner. In this case, the parameters of the heat treatment, in particular depending on the material of the insert must be chosen wisely, because it is possible that the structure produced by the intensive shearing deformation or resulting properties are at least partially reversed by the heat treatment. Therefore, a heat treatment carried out in step S5 is particularly sensitive to the properties of the selected material and the desired properties with respect to the use of the insert.
Eine zumindest lokale Wärmebehandlung des Rohlings ist auch während den einzelnen Stufens des Gleichkanalwinkelpressens möglich, wobei die Art und Anzahl der Wärmebehandlungen auf die gewünschten Materialeigenschaften abgestimmt werden kann. Wird die Wärmebehandlung in das Herstellungsverfahren für den Einsatz, insbesondere in den Vorgang des Gleichkanalwinkelpressens integriert, ist es möglich, eine separate Wärmebehandlung einzusparen. Dies führt zu einer Kostenreduzierung bei der Herstellung des Einsatzes. Gegebenenfalls ist es auch möglich, auf eine Wärmebehandlung des Rohlings und/oder des Einsatzes vollständig zu verzichten. In diesem Fall fallen keinerlei Kosten für eine Wärmebehandlung an.An at least local heat treatment of the blank is also possible during the individual stages of the co-channel angle pressing, wherein the Type and number of heat treatments can be matched to the desired material properties. If the heat treatment is integrated into the manufacturing process for use, in particular in the process of co-channel angle pressing, it is possible to save a separate heat treatment. This leads to a cost reduction in the manufacture of the insert. Optionally, it is also possible to completely dispense with a heat treatment of the blank and / or the insert. In this case, there are no costs for a heat treatment.
In dem Schritt S5 wird vorzugsweise auch ein Bauteil auf Leichtmetallbasis, insbesondere ein Leichtmetall-Trägeelement, bereitgestellt, und der Einsatz wird mit dem Bauteil durch Reibpunktschweißen gefügt.In the step S5, a component based on light metal, in particular a light metal carrier element, is preferably also provided, and the insert is joined to the component by friction spot welding.
Im Rahmen des Verfahrens wird der Einsatz
Es zeigt sich, dass es im Rahmen des Verfahrens möglich ist, eine prozesssichere Fügeverbindung zwischen dem Einsatz
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102010026667 A1 [0002] DE 102010026667 A1 [0002]
- DE 102008033027 A1 [0008] DE 102008033027 A1 [0008]
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