DE19632238A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verformen von Leichtmetallnieten - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Verformen von LeichtmetallnietenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zum
Verformen von Leichtmetallnieten. Die Verwendung von Leicht
metall im Fahrzeug- und Motorenbau führt zu einem erhöhten
Einsatz von Druckgußteilen aus diesem Material. Hierbei bietet
es sich an, in der Gußform einstückig mit dem Druckguß Nieten
anzuformen, die der späteren Montage dienen. So können Zylin
derkopfabdeckungen für Brennkraftmaschinen innen Befestigungs
nieten miteingegossen erhalten, die später ein Abdeckblech
unterhalb der Öleinfüllöffnung aufnehmen.
Der überstehende Teil derartiger Nieten wird in dem genannten
Beispiel nach dem Aufsetzen des mit den Nieten zu befestigen
den Blechs mit einem Taumelnietwerkzeug zu einem Schließkopf
verformt. Für normale Aluminiumlegierungen reicht hierbei die
Reibwärme aus, um ein sicheres, dauerhaftes und festes Schlie
ßen des Nietkopfes zu erreichen.
Um noch mehr Gewicht zu sparen, werden zunehmend Magnesium
legierungen verwendet. Die DE 43 39 249 A1 (Leicht et al.)
offenbart ein Verfahren zum Formen des Kopfes eines Magnesium
nietes mit einem mit hoher Drehzahl rotierenden Stempel. Mag
nesium läßt sich jedoch nicht durch Reibung zu einem sicheren
Befestigungskopf verformen. Die DE 39 32 294 C1 (Burlein et
al.) beschreibt einen durch elektrische Induktion beheizten
Nietdöpper mit einer Kühleinrichtung als Einzelwerkzeug für
Nieten aus induktiv beheizbarem Material, also magnetischen
Werkstoffen. Eine ähnliche Einzelstation ist auch in der US-PS
2 405 033 beschrieben. Für Kunststoffmaterialien ist ähnliches
aus der US-PS 2 458 152 bekannt.
Es besteht demgegenüber die Aufgabe, auch für stark magnesium
haltige Leichtmetalle ein Nietverfahren zu finden, das den
Mangel des Verschmierens des Magnesiums vermeidet und sichere
Nietverbindungen schafft.
Erfindungsgemäß geschieht dies durch Verwendung eines aufge
heizten Nietdöppers in Form eines mehrfach ausgelegten Werk
zeuges.
Das Erwärmen von Nieten ist eine alte Technik. Im schweren
Stahlbau werden Nieten im Schmiedefeuer erhitzt, glühend in
die Nietlöcher eingesetzt und der durchgesteckte Rohniet mit
Schlägen auf einem Schließdöpper zu einem Schließkopf ver
formt.
Im Maschinen- und Apparatebau hat sich aber für die Verformung
von Leichtmetallnieten das Taumelnieten und damit die Erzeu
gung von Wärme durch Reibung durchgesetzt, so daß jede andere
Art der Ausformung von Nietköpfen in diesem Bereich verdrängt
worden ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Wärme zum Ausbilden
eines Schließkopfes auf das Nietmaterial aus Aluminium und
insbesondere aus Magnesium über ein Werkzeug mit mehreren
Schließkopfdöppern auf den jeweiligen rohen Nietschaft über
tragen und die Verformung erfolgt danach durch Druck ohne
Reibung. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist es, ein
Werkzeug verfügbar zu machen, mit dem gleichzeitig mehrere
Nietköpfe gebildet werden können, auch wenn diese in verschie
denen Ebenen liegen.
Die Erwärmung des Döppers kann auf ganz verschiedene Arten
erfolgen, entweder mit einer offenen Flamme, etwa einer Gas
flamme, oder elektrisch durch Induktion oder durch eine Wider
standsheizung.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestell
ten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Perspektive einen Zylinder
kopfdeckel, in dem ein Blech einzunieten ist,
Fig. 2 in gleicher schematischer Perspektive den Ein
satz eines neuen Nietwerkzeuges,
Fig. 3 einen schematischen Aufriß eines einzelnen Döp
pers des Nietwerkzeuges vor dem Aufsetzen,
Fig. 4 einen gleichen Aufriß des Döppers nach dem Auf
setzen und
Fig. 5 in schematischer Darstellung das Mehrfachwerk
zeug.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf das An
bringen eines Innenbleches 12 unter einer Öleinfüllöffnung 14
in einem Zylinderkopfdeckel 10. Das Blech 12 ist mit Öffnungen
16 versehen, die mit Nietschäften 18 fluchten, welche im Kopf
deckel 10 aus dem Material mitgegossen werden, das nachstehend
näher beschrieben wird. Diese Schäfte 18 stehen über Auflage
flächen 20 aus dem Material des Deckels 10 hervor, auf den das
Blech 12 aufgelegt wird.
In Fig. 2 ist dargestellt, wie das Blech 12 so ein- und aufge
legt ist, daß die Schäfte 18 als Rohnieten durch die Öffnungen
16 ragen. Zum Verformen der Schäfte 18 zu Schließköpfen 50
(Fig. 4) wird ein schematisch dargestelltes Werkzeug 24 mit in
diesem Beispiel vier Schließkopfdöppern 26 auf die Schäfte 18
aufgesetzt. Jede andere Anzahl ist möglich und die Schäfte 18
können sich in verschiedenen Ebenen befinden.
Für jedes einzelne Niet erfolgt der schematisch aus den Fig. 3
und 4 ersichtliche Vorgang. Die Schließkopfdöpper 26 sind fest
mit Stößeln 28 aus gut wärmeleitfähigem Metall verbunden. Im
dargestellten Beispiel wird dieser Stößel 28 und der Schließ
kopfdöpper 26 elektrisch durch Induktion aufgeheizt. Hierfür
durchfließt ein Strom eine Spule 30. Ebensogut könnte der
Stößel 28 selbst mit einem Strom durchflossen sein und dabei
eine Widerstandsheizung bilden oder im Inneren eine Wider
standsheizung ähnlich einer Glühkerze im Dieselmotor aufwei
sen. Eine weitere Möglichkeit besteht durch Aufheizen mit
einem auf den Stößel 28 gerichteten Flammstrahl, beispiels
weise einer Gasflamme, wie sie in der Glasverformungstechnik
verwendet wird.
Der Stößel 28 ist in einem Kolbenendstück 32 gehaltert, wel
ches mit einer Kolbenstange 34 einer mediumsbeaufschlagten
Kolben-Zylindereinheit 36 verbunden ist. Um eine Wärmeüber
tragung auf die Einheit 36 zu verhindern und statt dessen auf
den Kopf 26 zu konzentrieren, sind ein isolierender Zylinder
38 und ein isolierender axialer Puffer 40 zwischen Endstück 32
und Stößel 28 zwischengefügt.
Wird in der Einheit 36 ein Kolben 42 über eine Mediumsleitung
44 mit einem Druckmedium hydraulisch oder pneumatisch beauf
schlagt, fährt der Kolben 42 den aufgeheizten Döpper 26 gegen
den Schaft 18 und formt hierbei gemäß Fig. 4 diesen Schaft 18
zu dem Schließkopf 50 um. Damit die mechanische Formarbeit des
Kolbens 42 in der Einheit 36 nicht unkontrolliert erfolgt,
kann ein Gegendruck in einer Mediumsleitung 46 nicht nur zum
Rückfahren des Kolbens 42, sondern auch zur exakt kontrollier
ten Formbewegung des Döppers 26 herangezogen werden.
In Fig. 5 ist ein Mehrfachwerkzeug 24 schematisch gezeigt, um
zu verdeutlichen, daß mehrere Schäfte 18 selbst in verschiede
nen Ebenen gleichzeitig zu Schließköpfen 50 von mehreren auf
geheizten Döppern 26 verformt werden können. Das Blech 12 und
die Auflagen 20 haben hier eine andere Form. Die Stößel 28
enden oben in einem Teller 52, gegen den eine Feder 54 gesetzt
ist, um unterschiedliche Verformungszeiten bei der Herstellung
der einzelnen Schließköpfe 50 auszugleichen, wenn eine einzel
ne Kolbenstange 34 die Einheit herunterfährt.
Nicht nur die als Ausführungsbeispiel gewählte Zylinderkopf
haube, sondern viele Teile im Fahrzeug- und Motorenbau werden
aus Gewichtsgründen vermehrt aus Magnesiumverbindungen im
Druckgußverfahren hergestellt. Dabei wird der Vorteil des
Druckgießens genutzt, Ansätze oder Schäfte integriert mit dem
jeweiligen Teil mitzugießen, die der weiteren Verwendung oder
Montage dienen. Für diesen Zweck müssen sich diese Schäfte je
doch beispielsweise als Nieten weiter verformen lassen.
Hierbei läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch mit Er
folg für herkömmliche Aluminiumlegierungen, wie beispielsweise
der Legierung AlSi12 (Cu) verwenden. Dies hat sich in Versuchen
erwiesen. Hierbei wurde bei einer Döppertemperatur von 750°C
und einer Nietzeit von etwa 5 sec. ein Schließkopf ausgebil
det. Der Porenanteil im Niet ist klein.
Während für die Legierung AlSi12 (Cu) die Verwendung des erfin
dungsgemäßen Verfahrens mit erhitztem Döpper nicht unbedingt
erforderlich ist, hat sich jedoch gezeigt, daß das neue Ver
fahren ebensogut für Aluminiumlegierungen eingesetzt werden
kann, was bei Serienarbeiten mit wechselnden Materialien von
Vorteil ist, wenn auf dem Verformungsplatz nacheinander sowohl
Aluminium- als auch Magnesiumnieten verarbeitet werden.
Für beispielsweise die Magnesiumlegierung MgAl3Zn1 mit der
Kurzbezeichnung AZ91 mit 9% Al, 0,7% Zn und einer Dichte von
1,81 g/cm³ erwiesen sich die herkömmlichen Taumelnietwerkzeuge
als untauglich.
Dagegen ließen sich mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung aus dem AZ91-Material bei einer Döppertemperatur von
500°C und Nietzeiten zwischen 3 bis 7 sec. gute Ergebnisse
erzielen. Der Nietzapfenbereich bleibt weitgehend porenfrei.
Das Mikrogefüge ist sehr fein, im Randbereich sogar noch
feiner als im Kern. Es sind keine Verformungsstrukturen er
kennbar, die auf eine Kaltverformung hindeuten würden. Es kann
davon ausgegangen werden, daß das Material während bzw. un
mittelbar nach der Warmverformung rekristallisiert. Das Gefüge
mit feinverteilten intermetallischen Phasen nach der Bildung
des Schließkopfes entspricht dem feinen Gefüge im unverformten
Nietzapfen. Das ermöglicht feste und dauerhafte Verbindungen
mit dem neuen Nietverfahren.
Claims (16)
1. Anordnung zum Ausbilden von Nietschließköpfen (50) aus
Nietschäften (18), die im Leichtmetall-Druckgußverfahren
als integrierter Bestandteil eines Druckgußteiles (10)
mitgegossen wurden, durch Verwendung eines aufgeheizten
Nietdöppers (26),
dadurch gekennzeichnet,
daß der Döpper (26) Teil eines mehrfach ausgelegten Werk
zeugs (24) ist, wobei jeder Stößel (28) über eine Feder
(54) in dem Werkzeug (24) gelagert ist und die Einheit
von einer Kolbenzylindereinheit (36) beweglich ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Nietdöpper (26) in verschiedenen Ebenen angeord
net sind.
3. Anwendung der Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Leichtmetall-Druckgußteil (10) aus einer Alumi
niumlegierung AlSi12 (Cu) besteht.
4. Anwendung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Leichtmetall-Druckgußteil (10) aus einer Magne
siumlegierung besteht.
5. Anwendung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Magnesiumlegierung MgAl3Zn1 (Kurzbezeichnung
AZ91) mit 9% Al, 0,7% Zn und einer Dichte von 1,81 g/
cm³ ist.
6. Anwendung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Magnesiumlegierung MgAl5Mn0 (Kurzbezeichnung
AM50) mit 5% Al, 0,2% Mn und einer Dichte von 1,77 g/
cm³ ist.
7. Anwendung nach Ansprüchen 1 oder 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Nietdöpper (26) auf ca. 750°C aufgeheizt wird
und daß die Nietzeit ca. 5 sec. beträgt.
8. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Nietdöpper (26) auf ca. 500°C aufgeheizt wird
und die Nietzeit zwischen 3 bis 7 sec. liegt.
9. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Aufheizen des Nietdöppers (26) mittels offener
Flamme erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Aufheizen des Nietdöppers (26) mittels elektri
scher Heizung erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrische Heizung eine Induktionsheizung ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrische Heizung eine Widerstandsheizung ist.
13. Anordnung nach Ansprüchen 1 oder 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Döpper (26) mit einem beheizbaren Stößel (28)
und dieser wärmeisoliert mit einem Kolben (42) einer
mediumsbeaufschlagten Kolbenzylindereinheit (36) ver
bunden ist.
14. Anordnung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stößel (28) in einer Kolbenstange (34, 32) über
einem isolierenden Mantel (38) radial und einem isolie
renden Puffer elastisch axial gelagert ist.
15. Anordnung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stößel (28) mit einer Spule (30) einer elektri
schen Induktionsheizung umwickelt ist.
16. Anordnung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stößel (28) als Widerstandsheizung stromdurch
flossen ist.
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