DE69723467T2

DE69723467T2 - Verfahren zur herstellung gebogener und abgeschreckter profielierter elemente und werkzeug zur durchführung des verfahrens

Info

Publication number: DE69723467T2
Application number: DE69723467T
Authority: DE
Inventors: Anders Sundgren; Mats Lindberg; Göran Berglund
Original assignee: Accra Teknik AB
Current assignee: Accra Teknik AB
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2017-03-05
Also published as: SE9601021D0; AU2184197A; EP0956369B1; US6185978B1; EP0956369A1; SE507023C2; WO1997035039A1; JP2000506939A; DE69723467D1; JP4295825B2; SE9601021L

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für gekrümmte und abgeschreckte Profilelemente aus geschlossenen Profilelementen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens.
Seit langer Zeit ist es bekannt, Werkstücke aus Stahl zu formen und abzuschrecken. Dies wird üblicherweise derart durchgeführt, dass das Werkstück durch das Auswählen geeigneter Vorgänge und geeigneter Werkzeuge mit der gewünschten Form ausgestattet wird, wonach es auf die Abschrecktemperatur erwärmt wird und zum Vermeiden von Veränderungen während des Abschreckvorganges in eine separate Einrichtung gegeben wird, in welcher es mit einer geeigneten Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung des Stahls abgekühlt wird. Neben den unnötig hohen Werkzeugkosten für zwei getrennte Werkzeuge nimmt die Gefahr der Bildung eines Oxidzunders zu, wenn das Profilelement in seinem erwärmten Zustand zwischen diesen Werkzeugen oder Einrichtungen bearbeitet werden muss.
Seit langer Zeit besteht das Bedürfnis, die Herstellung abgeschreckter und geformter Produkte einfacher und billiger zu machen, indem das Produkt in demselben Werkzeug geformt und abgeschreckt wird. Dabei hat es sich insbesondere als schwierig erwiesen, die Press- und Abschrägwerkzeuge in geeigneter Weise auszulegen, um eine hohe Abkühlgeschwindigkeit zu erzielen, was insbesondere zum Abschrecken eines niederlegierten Stahles vollständig bestimmend ist, um ein gutes Abschreckergebnis zu erzielen.
Hinsichtlich dessen, was bereits im Stand der Technik bekannt ist, wird darauf Bezug genommen, was zum Erzielen hoch widerstandsfähiger Plattenelemente mittels sogenannten Pressabschreckens („press-quenching") in ein und demselben Werkzeug mittels gleichzeitigen Formens und Abschreckens bekannt ist. In diesem Verfahren geht man von einer Form einer nieder3legierten Platte aus, die auf die Abschrecktemperatur von üblicherweise 800 bis 950°C erwärmt werden soll, wonach die Form in ein Presswerkzeug gegeben wird, das mit Kühlkanälen ausgestattet ist, und geformt wird, während sie schnell mittels eines Kühlmediums abgeschreckt wird, das in den Kanälen strömt. Dieses Verfahren ist allerdings nur auf allgemein ebenflächige Plattenelemente mit großen Wärmeverteilungsflächen und nicht für die vorliegende Erfindung mit Elementen mit geschlossenen Profilen und vergleichsweise kleinen Wärmeverteilungsflächen anwendbar.
Aus US 4,057,230 und US 3,589,697 sind bereits Verfahren und Vorrichtungen bekannt, um Lagerstellen von Kurbelwellen abzuschrecken. Zum Fixieren der auf die Abschrecktemperaturen erwärmten Kurbelwellen wird eine Art von Vorrichtungen verwendet, die erste Teile aufweist, die in einem Relativabstand und relativ flexibel angeordnet sind und mit mehreren hervorstehenden, zweiten Teilen ausgestattet sind, an deren freien Enden Vertiefungen mit der Aufgabe vorgesehen sind, die Kurbelwellenlagerstellen aufzunehmen und im Wesentlichen zu umgeben, wenn die flexiblen ersten Teile zusammengebracht werden. Das Abschrecken der Kurbelwellenlagerstellen wird mittels mehrerer Kanäle durchgeführt, die durch hervorstehende Teile laufen, wobei die Kanäle an dem Umfang der Vertiefungen zum Zuführen und Abführen einer Kühlflüssigkeit münden.
Insbesondere in der Fahrzeugindustrie gab es lange Zeit ein Bedürfnis, in der Lage zu sein, gekrümmte, abgeschreckte Profilelemente auf einfache und kostengünstige Weise und aus einer niederlegierten Stahlplatte herzustellen, wie Pfosten und Dachprofile, um hoch widerstandsfähiges Material zu ersetzen, das bisher in den Fahrzeugkörper tragenden Teilen verwendet wird, was die Sicherheit und die Gewichtsverminderung fördert, was stets wünschenswert ist, heutzutage nicht zuletzt aus Umweltgründen.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Herstellung geschlossener, gekrümmter und abgeschreckter Profilelemente durch Bereitstellen eines neuen und verbesserten Herstellungsverfahrens und eines Formwerkzeugs zum Durchführen des Verfahrens zu vereinfachen und zu verbilligen. Die Erfindung stellt genauer gesagt das Herstellen geschlossener, gekrümmter und abgeschreckter Profilelemente in einem gemeinsamen Werkzeug für das Krümmen und das Abschrecken bereit. Die Herstellung geschlossener, gekrümmter und abgeschreckter Profilelemente kann auf diese Weise auch leicht in allgemein vorhandene Herstellungsanlagen für die kontinuierliche Herstellung gerader, abgeschreckter, geschlossener Stahlprofile integriert werden.
Dieser Aufgabe der Erfindung wird mittels der kennzeichnenden Merkmale gemäß dem kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 2 gelöst.
Durch das Bereitstellen eines Abschreckverfahrens und eines Formwerkzeugs, wobei die Kühlflüssigkeit zu dem Formwerkzeug mit dem darin enthaltenen und gekrümmten Profilelement zugeführt wird, und durch das Führen der Kühlflüssigkeit durch das Formwerkzeug zur Wärmedissipation wird es möglich, mit nur einem Werkzeug auf der Außenseite des darin enthaltenen Profilelements in einer herkömmlichen Herstellungsanlage eines Typs, wie sie normal und allgemein zur Herstellung gerader, abgeschreckter geschlossener Profilelemente vorgesehen wird, herzustellen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei
1 bis 3 sind Perspektivansichten eines Teils einer Herstellungsanlage während den verschiedenen Herstellungsschritten geschlossener, gekrümmter und abgeschreckter Profilelemente gemäß dem Verfahren der Erfindung und einem Formwerkzeug für deren Herstellung, und
4 zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Formwerkzeugs in 1 bis 3.
Unter Bezugnahme auf 1 bis 3 ist eine Abschreckstation allgemein mit 1 bezeichnet und ist als ein Teil an dem Ende einer Herstellungsanlage zum Herstellen geschlossener, gekrümmter und abgeschreckter Profilelemente 2 gemäß der Erfindung enthalten. In den Figuren ist ein Abschnitt des Pfades 3 gezeigt, der mit Antriebsrollen 4 ausgestattet ist, um die Profilelemente entlang des Pfades zu transportieren. Die Abschreckstation umfasst ein Formwerkzeug 5, um die Profilelemente zu krümmen, und eine Kühlvorrichtung 6 für die gekrümmten Profilelemente. Die Kühlvorrichtung 6 umfasst eine Dusch- oder Spülvorrichtung 7, die Kühlflüssigkeit frei zuführt und kontinuierlich mittels eines Trägers in der Form eines Balkens 8 gelagert ist oder ähnlich über den Pfad 3 läuft.
Das in 1 ankommende Profilelement 2 ist auf die Abschrecktemperatur in einem vorhergehenden, hier nicht gezeigten Schritt erwärmt. Das erwärmte Profilelement 2 wird mittels der Antriebsrollen 4 zu dem Formwerkzeug 5 transportiert, das zwei gegeneinander bewegbare Werkzeughälften 9, 9' zum Krümmen des Profilelements 2 aufweist, wobei die Innenseiten der Hälften mit einer derartigen Form ausgestattet sind, dass ein zwischen diesen platziertes Profilelement mit der gewünschten Krümmung versehen wird, wenn die Werkzeughälften 9, 9' aufeinander zu gefahren werden. Um entlang des Pfades 3 bewegbar zu sein und hierdurch zum Passieren unter der Spülvorrichtung 7 hin und her bewegbar zu sein, sind die Werkzeughälften mittels einer entsprechenden Portalkonstruktion 10, 10' gelagert, die entlang eines Führungsblocks 11, 11' geführt ist oder in ähnlicher Weise auf jeder Seite des Pfades 3 läuft. Ein gleichzeitiges hin und her Antreiben der Portalkonstruktion 10 bzw. 10' wird mittels eines geeigneten, hier nicht gezeigten Mechanismus eines bereits bekannten Typs durchgeführt, beispielsweise mittels einer Drehspindel. In selber Weise wird das Antreiben der Werkzeughälften 9, 9' aufeinander zu durchgeführt, d. h. zum Krümmen der dazwischen eingelegten Profilelemente 2 mittels eines geeigneten Mechanismus, beispielsweise mittels hydraulisch arbeitender Zylinder 12 die in den Figuren gezeigt sind.
Jede Werkzeughälfte 9, 9' ist auf ihrer Innenseite mit umgekehrt alternierenden; fingerartigen Umfangsrippen 13 und Umfangsnuten 14 ausgestattet, die kontinuierlich entlang der Innenseiten verlaufen. Die Aufgabe dieser Rippen und Nuten ist, die von der Dusch- oder Spülvorrichtung 7 frei austretende Kühlflüssigkeit durch das Formwerkzeug 5 passieren zu lassen, um die Wärme von der Außenseite des Profilelements 2 zu absorbieren, das trotz allem während der gesamten Zeit in das Formwerkzeug eingeschlossen ist. Zu diesem Zweck ist die Richtung der an den entsprechenden Innenseiten der Werkzeughälften gebildeten Nuten derart ausgewählt, dass sie parallel zu der Spülvorrichtung verlaufen. Wenn das Profilelement 2 in das Formwerkzeug 5 eingeschlossen ist, werden diese Nuten Kanäle bilden, die in der Richtung zu der Dusch- oder Spülvorrichtung münden. Auf ihrem Weg durch die Kanäle passiert die Kühlflüssigkeit auf der Außenseite des eingeschlossenen Profilelements und absorbiert hierdurch Wärme von diesem.
2 bis 3 zeigen, wie das Formwerkzeug zusammen mit dem darin eingeschlossenen und gekrümmten Profilelement 3 durch die Dusch- oder Spülvorrichtung 7 transportiert wird. Wenn das Formwerkzeug 5 die Spülvorrichtung 7 passiert und das Profilelement 2 schließlich abgeschreckt wird, werden die Werkzeughälften getrennt, um das Profilelement freizugeben. Das Formwerkzeug 5 kann dann in seine Ausgangsposition zurückkehren, um für das nächste, erwärmte Profilelement 2 bereit zu sein.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Formwerkzeugs 5 zum Durchführen des Verfahrens der Erfindung. In dieser Ausführungsform ist das Werkzeug speziell zum Krümmen und Abschrecken von Profilelementen 2 ausgestattet, die einen unsymmetrischen Querschnitt besitzen und somit für die Herstellung sogenannter doppelt gekrümmter Profilelemente. Für diese Aufgabe sind die freien Randabschnitte 15 der vorstehenden, fingerartigen Rippen 13 mit Vertiefungen 16 mit einem Profil allgemein entsprechend dem Querschnittsprofil der Profilelemente ausgestattet, wobei das in das Formwerkzeug eingeschlossene Profilelement 2 auf vorteilhafte Weise während dem Krümmen und Abschrecken gelagert ist.
Es ist ersichtlich, dass die oben beschriebene und in den Figuren veranschaulichte Ausführungsform der Erfindung zur besseren Klarheit gewählt worden ist, um in ihrer einfachsten Form beschrieben zu werden. Es ist selbstverständlich innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung ebenso möglich, das Formwerkzeug dazu auszulegen, um gekrümmte und abgeschreckte Profilelemente zu bilden, die wesentlich komplizierter sind als die oben beschriebenen Profilelemente. Somit ist es beispielsweise möglich, die Vertiefung 14 mit einem solchen Profil auszustatten, dass das eingeschlossene Profilelement nicht nur in einer horizontalen Ebene gekrümmt ist, wie in den Figuren gezeigt, sondern auch in einer Ebene senkrecht zu der horizontalen Ebene. Somit ist es ausgehend von einem geraden Profilelement möglich, mit demselben Formwerkzeug ein abgeschrecktes Profilelement mit einer unregelmäßigen Krümmung zu erzielen, wie Träger und Dachprofile, die in einen Fahrzeugkörper eingebaut sind.
Das Verfahren und das Formwerkzeug der vorliegenden Erfindung ermöglichen es, ein gemeinsames Werkzeug sowohl zum Krümmen als auch zum Abschrecken zur Herstellung geschlossener, abgeschreckter und gekrümmter Profilelemente zu verwenden. Neben den Werkzeugkosten, die auf diese Weise eingespart werden können, wird auch die Erwärmungsdauer des erwärmten Profilelements und somit die Gefahr zur Bildung von Oxidzunder vermindert. Darüber hinaus ist es mit derselben Produktionsanlage und mit einer veränderlichen Produktionsfolge möglich, sowohl gerade als auch gekrümmte, geschlossene und abgeschreckte Profilelemente herzustellen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das beschränkt, was oben beschrieben und in den Zeichnungen veranschaulicht worden ist, sondern kann auf zahlreiche Arten innerhalb des Schutzbereichs der in den Ansprüchen angegebenen erfinderischen Idee verändert und modifiziert werden. Obgleich es in den Zeichnungen veranschaulicht ist, müssen die Rippen und Vertiefungen nicht in einem gleichen Relativabstand gelegen sein, sondern der Abstand zwischen diesen kann selbstverständlich verändert werden. Darüber hinaus ist es möglich, Dusch- oder Spüldüsen zwischen den Rippen, d.h. in den Vertiefungen, durch Platzieren der Kühlflüssigkeitskanäle in den Werkzeughälften anzuordnen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines gekrümmten und abgeschreckten Profilelements aus geschlossenen Profilelementen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formwerkzeug (5) mit relativ beweglichen Werkzeughälften (9, 9') zum Krümmen geschlossener Profilelemente verwendet wird, ein geschlossenes Profilelement (2), das auf die Abschrecktemperatur erhitzt ist, zwischen die Formhälften geschoben wird und in eine durch das Werkzeug bereitgestellte Form gekrümmt wird, wonach das Profilelement mittels eines Spülens oder Duschens mit einer Kühlflüssigkeit abgekühlt wird, als Formwerkzeug (5) werden Werkzeughälften (9, 9') verwendet, die an einander zugewandten Seiten mit zugewandten, alternierenden Umfangsrippen (13) und Nuten (14) ausgestattet sind, wobei die Kühlflüssigkeit zu dem Formwerkzeug (5) mit dem darin enthaltenen und gekrümmten Profilelement (2) gefördert wird, und dass die Kühlflüssigkeit durch das Formwerkzeug (5) und hierdurch an die Außenseite des darin enthaltenen Profilelements zum Abführen von Wärme von dem Profilelement (2) geführt wird.
Formwerkzeug für die Herstellung gekrümmter und abgeschreckter Profilelemente des Typs, der mehrere relativ bewegbare Werkzeughälften (9, 9') aufweist, wobei jede der Werkzeughälften (9, 9') in ihrem Inneren mit zugewandten, alternierenden Umfangsrippen (13) und Umfangsnuten (14) ausgestattet ist, die entlang dem Inneren zum Transportieren einer Kühlflüssigkeit durch das Formwerkzeug und somit zum Abführen von Wärme von dem Äußeren des in dem Werkzeug (5) enthaltenen Profilelements (2) laufen, wobei jede der Werkzeughälften (9, 9') dazu ausgelegt ist, derart zusammenwirken, um ein in dem Formwerkzeug (5) und zwischen den Werkzeughälften platziertes geschlossenes Profilelement beim aufeinander zu Schieben der zwei Werkzeughälften zu krümmen, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug mit zugehörigen Antriebsrollen (4) ausgestattet ist, um das Profilelement zu transportieren.
Formwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Nuten (14), die in dem entsprechenden Inneren der Werkzeughälften vorgesehen sind, derart ausgewählt ist, dass sie allgemein parallel zu der Spülrichtung der Kühlflüssigkeit verlaufen.
Formwerkzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (13) wie Finger gebildet sind.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 4 zum Krümmen und Abschrecken von Profilelementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (14) an ihren freien Randabschnitten (15) mit Vertiefungen (16) mit einer Form allgemein entsprechend dem Querschnittsprofil der Profilelemente (2), die in das Formwerkzeug (5) eingeschlossen sind, ausgestattet sind.