DE69826234T2 - A HYDROFORMATION PROCESS - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein fluid-formendes Verfahren.The The present invention relates to a fluid-forming method.

In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich der Term "fluid-formend" zu dem grundsätzlichen Verfahren eines Deformierens eines Materials, gewöhnlicherweise in der Form eines rohrförmigen "blanks" [im Folgenden Halbzeug], durch die Anwendung eines fluidischen Druckes; das Fluid kann eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein fluidisierter Festkörper sein, beispielsweise feste Partikel, welche kollektiv als ein Fluid wirken (vgl. beispielsweise US-A-5,388,440) sein.In In the present description, the term "fluid-forming" refers to the basic method deforming a material, usually in the form of a material tubular blanks [hereinafter semi-finished product], by the application of a fluidic pressure; the fluid can be a liquid, a gas or a fluidized solid, for example solid Particles which collectively act as a fluid (see, for example, US-A-5,388,440).

Auf ein fluid-formendes Verfahren, welches eine Flüssigkeit als unter Druck gesetztes Fluid verwendet, wird hierbei Bezug genommen als hydro-formend.On a fluid-forming process which uses a liquid as pressurized fluid Fluid is referred to herein as hydro-forming.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich, ein fluid-formendes Verfahren für eine Herstellung metallischer rohrförmiger struktureller Komponenten für eine Verwendung in der Konstruktion von Kraftfahrzeugen.The The present invention particularly, but not exclusively, relates to fluid-forming method for a production of metallic tubular structural components for one Use in the construction of motor vehicles.

Derartige strukturelle Komponenten werden gewöhnlicherweise durch ein hydro-formendes Verfahren hergestellt, welches das Platzieren eines metallischen rohrförmigen Halbzeuges in eine Matrize umfasst, welche die erforderliche Form der fertiggestellten rohrförmigen Komponente hat, und ein Bereitstellen einer unter Druck gesetzten Flüssigkeit innerhalb des Halbzeuges, um dieses radial nach außen zu formen, damit dieses die Form, die durch die Matrize vorgegeben ist, einnimmt.such Structural components are usually formed by a hydroforming process Method made placing a metallic tubular Semifinished product in a die, which has the required shape the finished tubular Component, and providing a pressurized liquid within the semifinished product to form it radially outward, so that it occupies the shape given by the matrix.

In dem hydro-formenden Verfahren ist es weiterhin bekannt, entgegengesetzte axiale Kompressionskräfte auf gegenüberliegende axiale Enden des Halbzeuges gleichzeitig mit der Anwendung der unter Druck gesetzten Flüssigkeit auszuüben, um zu unterstützen, dass das Material des Halbzeuges zu größeren radialen Entfernungen fließt. Allerdings tendiert die Reibung zwischen dem rohrförmigen Halbzeug und der Matrize zu einer Restriktion dieser begleitenden Maßnahme auf Bereiche, die benachbart zu den Enden der rohrförmigen Komponente angeordnet sind.In the hydro-forming process is still known, opposite axial compression forces on opposite axial ends of the semifinished product simultaneously with the application of Pressurized liquid exercise, to support that the material of the semi-finished product to larger radial distances flows. However, the friction between the tubular semi-finished product tends and the template to a restriction of this accompanying measure Areas disposed adjacent to the ends of the tubular component are.

Es ist bekannt, dass die Durchführung des hydro-formenden Verfahrens bei erhöhten Temperaturen den Vorteil hat, dass der Materialfluss vereinfacht wird, und daher sind verschiedenste Vorschläge zur Durchführung des hydro-formenden Verfahrens bei erhöhten Temperaturen entwickelt worden.It is known to be performing the hydro-forming process at elevated temperatures the advantage has, that the flow of material is simplified, and therefore are very different proposals to carry out developed the hydro-forming process at elevated temperatures Service.

Diese Vorschläge entsprechend dem Stand der Technik erfordern die Verwendung von besonders formulierten Flüssigkeiten und erfordern gewöhnlicherweise substantielle Modifikationen des Aufbaus der Matrize, um einen sicheren Betrieb der Matrize bei erhöhten Temperaturen zu ermöglichen.These proposals according to the prior art require the use of specially formulated liquids and usually require Substantial modifications of the structure of the template to a safe Operation of the template at elevated Allow temperatures.

Zusätzlich gibt es eine praktische Grenze für die maximale Temperatur, welche erhalten werden kann, wenn eine Flüssigkeit als unter Druck gesetztes Fluid verwendet wird. Grundsätzlich beträgt diese maximale Temperatur ungefähr 350°C, wenn besonders formulierte Flüssigkeiten in Form von Ölen verwendet werden.In addition there it is a practical limit for the maximum temperature, which can be obtained when a liquid is used as pressurized fluid. Basically, this is maximum Temperature about 350 ° C, if specially formulated liquids in the form of oils be used.

Ähnlich sind fluid-formende Verfahren bekannt, welche fluidisierte Festkörper als das unter Druck gesetzte Fluid bei erhöhten Temperaturen verwenden, wobei diese aber wieder den Aufbau der Matrize verkomplizieren.Are similar fluid-forming processes known which fluidized solids as use the pressurized fluid at elevated temperatures, but these again complicate the structure of the matrix.

Ein grundsätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein fluid-formendes Verfahren bereitzustellen, welches bei erhöhten Temperaturen in Überschreitung von ungefähr 350°C durchgeführt werden kann, ohne substantielle Modifikationen der Matrize zu erfordern, um gesichert bei erhöhten Temperaturen betrieben zu werden. Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein fluid-formendes Verfahren für ein Formen einer Komponente aus einem verlängerten rohrförmigen Halbzeug mit einem deformierbaren Metall bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet die Merkmale des Anspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.One fundamental The aim of the present invention is a fluid-forming process to provide which at elevated Temperatures in excess of about 350 ° C are performed can, without requiring substantial modifications of the die, secured at elevated Temperatures to be operated. According to one aspect of the The present invention is a fluid-forming method for molding a component of a lengthened tubular Semi-finished product provided with a deformable metal. The procedure includes the features of claim 1. Describe the dependent claims preferred embodiments the invention.

Bestimmte Metalle, gewöhnlicherweise als superplastische Metalle bezeichnet, werden bei erhöhten Temperaturen superplastisch, typischerweise bei 0,6–0,7 T_m (wobei T_m ein Schmelzpunkt des Metalls ist). Die Temperatur, bei der derartige Metalle superplastisch werden, wird im Folgenden als die superplastische Temperatur des Metalls bezeichnet. Wenn das Metall, aus welchem das rohrförmige Halbzeug gebildet ist, ein superplastisches Metall ist, dann wird die Deformations-Temperatur größer gewählt als die superplastische Temperatur des Metalls.Certain metals commonly referred to as superplastic metals are superplastically at elevated temperatures, typically at 0.6-0.7 T _m (where T _m is a melting point of the metal). The temperature at which such metals become superplastic is hereafter referred to as the superplastic temperature of the metal. If the metal from which the tubular semi-finished product is formed is a superplastic metal, then the deformation temperature is chosen to be greater than the superplastic temperature of the metal.

Vorzugsweise wird die axiale Kompression an gegenüberliegenden axialen Enden mittels eines Paares von hydraulisch angetriebenen Kolben aufgebracht; die Verschiebung und die Kompressionskraft, welche auf die Kolben aufgebracht werden, sind steuer- oder regelbar.Preferably becomes the axial compression at opposite axial ends applied by means of a pair of hydraulically driven pistons; the displacement and the compression force acting on the pistons be applied, are taxable or regulated.

Vorzugsweise ist das Metall, aus welchem die Komponente gebildet ist, ein Aluminium, eine Aluminium-Legierung oder eine Magnesium-Legierung. In einem derartigen Fall beträgt die Deformations-Temperatur eines solchen Metalls insbesondere zwischen 400 und 600°C, vorzugsweise zwischen 420–500°C.Preferably, the metal from which the component is formed is an aluminum, an aluminum alloy or a magnesium alloy. In such a case, the deformation temperature of such a metal is in particular between 400 and 600 ° C, preferably between 420-500 ° C.

Für eine Aluminium-Legierung der 5000- und 6000-Serie beträgt die bevorzugte Temperatur ungefähr 450°C.For an aluminum alloy 5000 and 6000 series the preferred temperature is about 450 ° C.

Vorzugsweise beinhaltet das Verfahren weiterhin den Schritt einer Durchführung eines nachfolgenden hydro-formenden Arbeitsgangs an dem verformten Halbzeug, wobei der nachfolgende hydro-formende Arbeitsgang durchgeführt wird unter Verwendung eines kalten Fluides, vorzugsweise einer Flüssigkeit, um das Halbzeug zu den endgültigen Dimensionen und der Form der Komponente zu deformieren. Vorzugsweise kann das Metall, aus dem das rohrförmige Halbzeug gemacht ist, kaltverfestigt werden.Preferably The method further includes the step of performing a subsequent hydro-forming operation on the deformed semi-finished product, wherein the subsequent hydro-forming operation is performed using a cold fluid, preferably a liquid, to the semi-finished product to the final dimensions and deform the shape of the component. Preferably, the Metal from which the tubular Semi-finished product is made, be work hardened.

Der nachfolgende hydro-formende Arbeitsgang kann an dem deformierten Halbzeug in derselben Matrize unmittelbar nach der Deformation durch das unter Druck gesetzte Gas durchgeführt werden.Of the subsequent hydroforming operation may be at the deformed Semifinished product in the same die immediately after deformation by the be put under pressure gas.

Alternativ kann der nachfolgende hydro-formende Arbeitsgang in einer anderen Matrize durchgeführt werden, wobei die andere Matrize dieselbe oder eine andere Form hat als die Matrize, in welcher der erste fluid-formende Arbeitsgang durchgeführt wird.alternative the subsequent hydroforming operation can be in another Die performed with the other die being the same or a different shape has as the die, in which the first fluid-forming operation is carried out.

Im Folgenden werden zahlreiche Aspekte der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:in the Below are numerous aspects of the present invention With reference to the drawings, in which:

1 eine diagrammartige Darstellung von einem ersten fluid-formenden Arbeitsgang entsprechend einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist; 1 Figure 3 is a diagrammatic illustration of a first fluid-forming operation in accordance with a method according to the present invention;

2 eine diagrammartige Darstellung von einem nachfolgenden fluid-formenden Arbeitsgang ist, welcher dem in 1 dargestellten Arbeitsgang folgt; 2 is a diagrammatic representation of a subsequent fluid-forming operation, which is the in 1 following operation follows;

3 zwei Graphen zeigt, wobei Graphen A und B Reibungsverluste und verfügbaren Materialfluss entlang einer rohrförmigen Komponente vergleichen; 3 Figure 2 shows graphs A and B comparing friction losses and available material flow along a tubular component;

4 eine diagrammartige perspektivische Ansicht eines rohrförmigen Halbzeuges ist, welches ein fluid-formendes Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durchläuft; 4 Fig. 3 is a diagrammatic perspective view of a tubular semi-finished product which undergoes a fluid-forming process according to the present invention;

5 eine diagrammartige geschnittene Ansicht eines rohrförmigen Halbzeuges gemäß 4 ist. 5 a diagrammatic sectional view of a tubular semifinished product according to 4 is.

In 1 ist eine hydro-formende Matrize 10 dargestellt, welche eine Ausnehmung 11 in einer gewünschten Form besitzt. Ein rohrförmiges Halbzeug 14 aus einem geeigneten Metall ist innerhalb der Matrize 10 angeordnet.In 1 is a hydro-forming die 10 shown, which is a recess 11 in a desired form. A tubular semi-finished product 14 Made of a suitable metal is inside the die 10 arranged.

Das Metall ist vorzugsweise ein Tiefzieh-Metall, d. h. das Metall weist die gewünschten Fließ- und Dehn-Charakteristika auf, um zu einer gewünschten Form gezogen oder gedehnt zu werden. Ein geeignetes Metall ist eine Aluminium-Legierung einer 5000- oder 6000-Serie.The Metal is preferably a thermoformed metal, i. H. the metal points the desired flow and stretch characteristics to be pulled or stretched to a desired shape to become. A suitable metal is an aluminum alloy 5000 or 6000 series.

Ein Paar hydraulisch angetriebener Kolben 18, 19 sind an gegenüberliegenden axialen Enden des rohrförmigen Halbzeuges 14 angeordnet, wobei jeder Kolben 18, 19 einen Widerlager-Kopf 20 für ein Angrenzen an die gegenüberliegenden axialen Enden des Halbzeuges 14 besitzt.A pair of hydraulically powered pistons 18 . 19 are at opposite axial ends of the tubular semi-finished product 14 arranged, each piston 18 . 19 an abutment head 20 for abutment with the opposite axial ends of the semifinished product 14 has.

Ein Kontakt zwischen den Widerlager-Köpfen 20 und den axialen Enden des Halbzeugs 14 dient zur Abdichtung des Inneren des Halbzeuges 14.A contact between the abutment heads 20 and the axial ends of the semifinished product 14 serves to seal the interior of the semifinished product 14 ,

Eine Quelle 30 für ein unter Druck gesetztes, erhitztes Gas wird bereitgestellt. Die Quelle 30 kommuniziert mit der inneren Bohrung 16 des rohrförmigen Halbzeuges 14 über eine Leitung 31, welche beispielsweise durch den Widerlager-Kopf 20 des Kolbens 19 verläuft. Ein Gasfluss entlang Leitung 31 wird beispielsweise durch ein Ventil 32 gesteuert oder geregelt.A source 30 for a pressurized, heated gas is provided. The source 30 communicates with the inner bore 16 of the tubular semi-finished product 14 over a line 31 which, for example, by the abutment head 20 of the piston 19 runs. A gas flow along pipe 31 For example, by a valve 32 controlled or regulated.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Gas um Luft, aber andere geeignete Gase so wie Nitrogen, Helium oder Argon können ebenfalls eingesetzt werden.Preferably the gas is air, but other suitable gases such as nitrogen, helium or argon can also be used.

Im Betrieb wird das rohrförmige Halbzeug 14 auf eine vorbestimmte Deformations-Temperatur erhitzt und das Gas wird bei einem Druck, welcher vorzugsweise kleiner ist als ungefähr 85 bar, wenn das Metall ein Aluminium, eine Aluminium-Legierung oder eine Magnesium-Legierung ist, in das Innere des rohrförmigen Halbzeuges geliefert. Die Deformations-Temperatur, auf welche das Rohr erhitzt wird, wird derart gewählt, dass sie hoch genug ist, um zu ermöglichen, dass der Druck, welcher durch das Gas ausgeübt wird, Deformationen des metalischen rohrförmigen Halbzeuges hervorruft. Der Gasdruck und Temperaturparameter werden derart gewählt, dass eine Zug- oder Dehn-Deformation des metallischen rohrförmigen Halbzeuges in einer relativen kurzen Zeitperiode, vorzugsweise weniger als 5 Minuten, typischerweise weniger als ungefähr 2 Minuten, auftritt.In operation, the tubular semi-finished product 14 heated to a predetermined deformation temperature and the gas is supplied to the inside of the tubular semi-finished product at a pressure which is preferably less than about 85 bar, when the metal is an aluminum, an aluminum alloy or a magnesium alloy. The deformation temperature to which the tube is heated is selected to be high enough to allow the pressure exerted by the gas to cause deformation of the metallic tubular blank. The gas pressure and temperature parameters are chosen such that a tensile or elongation deformation of the metallic tubular semi-finished product occurs in a relatively short period of time, preferably less than 5 minutes, typically less than about 2 minutes.

Die obere Grenze von ungefähr 85 bar wird aus Sicherheitsgründen gewählt; es ist vorstellbar, dass höhere Gasdrücke verwendet werden können, beispielsweise wenn das rohrförmige Halbzeug aus anderen Metallen so wie Stahl hergestellt ist.The upper limit of about 85 bar will be for security reasons selected; it is conceivable that higher gas pressures can be used, for example if the tubular Semi-finished products made of other metals such as steel.

Die Deformationstemperatur für Aluminium, Aluminium-Legierungen oder Magnesium-Legierungen wird zwischen ungefähr 350°C und weniger als die Schmelztemperatur gewählt. Wenn das Material ein superplastisches Metall ist, ist die Deformations-Temperatur vorzugsweise kleiner als die plastische Temperatur des Metalls, aus welchem das Halbzeug gebildet ist.The Deformation temperature for Aluminum, aluminum alloys or magnesium alloys will be between about 350 ° C and less chosen as the melting temperature. If the material is a superplastic metal, the deformation temperature is preferably less than the plastic temperature of the metal, from which the semifinished product is formed.

Für den Fall, dass das Metall ein Aluminium, eine Aluminium-Legierung oder eine Magnesium-Legierung ist, wird die Deformations-Temperatur des Metalls insbesondere innerhalb des Bereiches von 400–600°C gewählt, vorzugsweise zwischen 400–500°C oder zwischen 420 und 500°C. Für eine Aluminium-Legierung der 5000- oder 6000-Serie ist die bevorzugte Deformations-Temperatur ungefähr 450°C.In the case, that the metal is an aluminum, an aluminum alloy or a Magnesium alloy is, the deformation temperature of the metal especially within the range of 400-600 ° C, preferably between 400-500 ° C or between 420 and 500 ° C. For an aluminum alloy The 5000 or 6000 series is the preferred deformation temperature about 450 ° C.

Der Deformationsdruck des Gases, der in dem Fall, dass das Metall ein Aluminium, eine Aluminium-Legierung oder eine Magnesium-Legierung ist, verwendet wird, beträgt insbesondere zwischen 30 bis 80 bar und vorzugsweise zwischen 30 bis 40 bar. Für eine Aluminium-Legierung der 5000- oder 6000-Serie ist der bevorzugte Deformationsdruck ungefähr 35 bar.Of the Deformation pressure of the gas, which in the case of the metal Aluminum, an aluminum alloy or a magnesium alloy is, is used in particular between 30 to 80 bar and preferably between 30 up to 40 bar. For a 5000 or 6000 series aluminum alloy is the preferred one Deformation pressure about 35 bar.

In dem Fall, dass das Metall ein HSLA- (d. h. hohe Festigkeit, niedrige Legierung)-Stahl ist, wird die Deformations-Temperatur zwischen 500–720°C gewählt und der Deformationsdruck des Gases beträgt vorzugsweise ungefähr 100 bar. Für ferritische/perlitische Stähle, beispielsweise Karbon-Mangan-Stähle, beträgt die Temperatur vorzugsweise 500–720°C oder oberhalb ungefähr 900°C.In in the case that the metal has an HSLA (i.e., high strength, low Alloy) steel, the deformation temperature is between 500-720 ° C and selected the deformation pressure of the gas is preferably about 100 bar. For ferritic / pearlitic steels, for example carbon-manganese steels, is the temperature is preferably 500-720 ° C or above approximately 900 ° C.

Während das Gas in das Innere des rohrförmigen Halbzeuges 14 von der Quelle 30 geliefert wird, werden die Kolben 18, 19 vorzugsweise beaufschlagt, um eine gewünschte Kompressionskraft auf die axialen Enden des Halbzeugs 14 aufzubringen. Die Kolben 18, 19 werden gesteuert oder geregelt, um die gewünschte Größe der Kompressionskraft bereitzustellen und um ebenso die Verschiebung der Widerlager-Köpfe 20 in axialer Richtung zu begrenzen.While the gas in the interior of the tubular semifinished product 14 from the source 30 is delivered, the pistons are 18 . 19 preferably applied to a desired compression force on the axial ends of the semifinished product 14 applied. The pistons 18 . 19 are controlled to provide the desired magnitude of compressive force, as well as displacement of the abutment heads 20 to limit in the axial direction.

Während des Deformations-Arbeitsgangs, welcher durch den kombinierten Effekt des unter Druck gesetzten Gases und der Kolben 18, 19 herbeigeführt ist, wird das metallische Halbzeug radial nach außen deformiert mittels ziehender oder dehnender Aktion und deformiert bis in Kontakt mit den umgebenden Wandungen der Matrize 10. Der Betrag, um den die Kolben 18, 19 während des Deformations-Verfahrens verschoben werden, wird gesteuert oder geregelt, um zu gewährleisten, dass ausreichend Metall in die nach außen deformierten Bereiche fließt, um eine gewünschte Wandstärke zu gewährleisten. Beispielsweise kann die Wandstärke derart aufrechterhalten werden, dass diese substantiell dieselbe ist wie die des Restes des rohrförmigen Halbzeuges, welcher keiner radialen Deformation unterzogen wurde, d. h. eine Verringerung der Wandstärke wird vermieden. Wenn ausreichende Kompressionskraft durch die Kolben 18, 19 ausgeübt wird, dann kann die Wandstärke der radial deformierten Bereiche gegenüber den Bereichen, die nicht deformiert werden, vergrößert werden.During the deformation process, which by the combined effect of the pressurized gas and the piston 18 . 19 is induced, the metallic semi-finished product is deformed radially outward by means of pulling or stretching action and deformed into contact with the surrounding walls of the die 10 , The amount by which the pistons 18 . 19 during the deformation process is controlled or regulated to ensure that sufficient metal flows into the outwardly deformed areas to ensure a desired wall thickness. For example, the wall thickness can be maintained such that it is substantially the same as that of the remainder of the tubular semifinished product which has not undergone radial deformation, ie, a reduction in wall thickness is avoided. When sufficient compression force through the pistons 18 . 19 is applied, then the wall thickness of the radially deformed regions can be increased in relation to the regions which are not deformed.

Mit einer Vervollständigung des Deformations-Arbeitsgangs wird die Gasversorgung von der Quelle 30 gestoppt.With completion of the deformation operation, the gas supply from the source 30 stopped.

Ein Vorteil des Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung ist das Vermögen, den axialen mechanischen Druck, der durch die Kolben 18, 19 aufgebracht wird, zu verwenden, um die radiale Deformation des rohrförmigen Halbzeuges 14 bei zentralen Bereichen entlang der Länge des rohrförmigen Halbzeuges 14 zu unterstützen.An advantage of the method according to the present invention is the ability to withstand the axial mechanical pressure exerted by the pistons 18 . 19 is applied to use to the radial deformation of the tubular semifinished product 14 at central areas along the length of the tubular semi-finished product 14 to support.

Dies ist möglich, da die Reibung zwischen dem rohrförmigen Halbzeug 14 und der Matrize 10 substantiell verringert wird, wenn ein Gas von dem Deformationsdruckmedium bei den Drücken, die für die vorliegende Erfindung definiert sind, verwendet wird.This is possible because the friction between the tubular semifinished product 14 and the matrix 10 is substantially reduced when a gas from the deformation pressure medium is used at the pressures defined for the present invention.

Dies wird schematisch demonstriert in den Graphen A und B gemäß 3. In beiden Graphen A und B repräsentiert die gestrichelte Linie ein rohrförmiges Halbzeug, welches entsprechend der vorliegenden Erfindung deformiert wird, und die durchgezogene Linie repräsentiert ein rohrförmiges Halbzeug, welches entsprechend einem konventionellen hydro-formenden Verfahren, in dem eine Flüssigkeit als unter Druck gesetztes Medium verwendet wird, deformiert wird. Bei derartigen Prozessen beträgt der Druck der Flüssigkeit typischerweise 400–2000 bar und kann bis zu 6000 bar erreichen.This is schematically demonstrated in graphs A and B in FIG 3 , In both of the graphs A and B, the broken line represents a tubular semi-finished product which is deformed according to the present invention, and the solid line represents a tubular semi-finished product used in accordance with a conventional hydro-forming process in which a liquid is used as the pressurized medium is being deformed. In such processes, the pressure of the liquid is typically 400-2000 bar and can reach up to 6000 bar.

Ein Mittelpunkt entlang der Achse der Komponente ist dargestellt mittels der vertikalen Geraden M. In Graph A sind die Reibungsverluste über der Länge entlang der Komponenten-Achse dargestellt.One Center point along the axis of the component is shown by means of vertical line M. In graph A, the friction losses are along the length the component axis.

Wie in Graph A ersichtlich sind die Reibungsverluste entlang der Länge des rohrförmigen Halbzeuges 14 substantiell größer in einem konventionellen hydro-formenden Verfahren, welches eine Flüssigkeit verwendet, als die Reibungsverluste, welche mit dem Verfahren entsprechend der Erfindung festgestellt wurden.As can be seen in Graph A, the friction losses along the length of the tubular semifinished product 14 substantially larger in a conventional hydroforming process using a liquid than the frictional losses observed with the process according to the invention.

Graph B zeigt den Materialfluss (welcher herbeigeführt wird mittels der aufgebrachten axialen Kompression der Kolben 18, 19) über der Länge entlang der Komponentenachse.Graph B shows the material flow (which is caused by the applied axial compression of the pistons 18 . 19 ) along the length along the component axis.

Es ist ersichtlich, dass als ein Ergebnis von den Reibungsverlusten, welche in dem konventionellen hydro-formenden Verfahren unter Verwendung einer Flüssigkeit festgestellt wurden, es einen substantiell kleinen oder keinen verfügbaren Materialfluss in der Nähe des Mittelpunktes M entlang der Komponente gibt, während mit der vorliegenden Erfindung eine signifikante Menge von Materialfluss verfügbar ist.It it can be seen that as a result of the friction losses, which in the conventional hydro-forming process using a liquid it has been found to have a substantially small or no available material flow near of the midpoint M along the component, while with A significant amount of material flow is available to the present invention.

Diese Erhöhung der Verfügbarkeit von Materialfluss, welche verursacht wird durch axial aufgebrachte Kräfte, ermöglicht es, größere radiale Deformationen mit dem Verfahren der Erfindung in den zentralen Bereichen des rohrförmigen Halbzeuges 14 zu erhalten als die Deformationen, die mit konventionellen hydro-formenden Verfahren möglich sind, die eine Flüssigkeit als unter Druck gesetztes Fluid verwenden.This increase in the availability of material flow, caused by forces applied axially, makes it possible to achieve greater radial deformations with the method of the invention in the central regions of the tubular semifinished product 14 to obtain as the deformations possible with conventional hydroforming methods using a fluid as a pressurized fluid.

In den 4 und 5 ist der Materialfluss während der ziehenden/dehnenden Deformation des rohrförmigen Halbzeuges diagrammartig dargestellt.In the 4 and 5 the flow of material during the pulling / stretching deformation of the tubular semi-finished product is shown diagrammatically.

In 4 ist die axiale Kompression mit den Pfeilen AC bezeichnet. Diese axiale Kompression verursacht zusammen mit dem intern aufgebrachten Druck des unter Druck gesetzten Gases, dass das Halbzeug 14 radial nach außen in dem Bereich 114 deformiert wird. Diese Deformation verursacht, dass das Material fließt, und ruft eine Verdünnung/Verdickung der Wandstärke des Bereiches 114 und des Restes des Halbzeuges 14 hervor.In 4 is the axial compression indicated by the arrows AC. This axial compression, together with the internally applied pressure of the pressurized gas, causes the semifinished product 14 radially outward in the area 114 is deformed. This deformation causes the material to flow and causes a thinning / thickening of the wall thickness of the area 114 and the rest of the semifinished product 14 out.

In dieser Hinsicht ruft in Zone 1 die axiale Kompression AC eine einachsige Kompression hervor und gewährleistet so möglicherweise eine Wandungsverdickung.In In this regard, in zone 1, the axial compression AC calls a uniaxial Compression out and guaranteed so maybe a wall thickening.

In der Zone 2 unterläuft das Material einer Dehnung in Umfangsrichtung und einer radialen Fütterung von Material, welches durch die aufgebrachte axiale Kompression AC mitgebracht wird. Dieses ruft möglicherweise eine Materialverdünnung hervor.In subverting zone 2 the material of a strain in the circumferential direction and a radial feeding of material caused by the applied axial compression AC is brought. This may cause a thinning of the material.

In Zone 3 ruft eine fortgesetzte axiale Kompression AC, nachdem das Material seine extreme radiale Position erreicht hat, möglicherweise eine Materialverdickung hervor.In Zone 3 calls for continued axial compression AC after the Material has reached its extreme radial position, possibly a material thickening out.

Typischerweise ist die Axialkraft, die von den Kolben 18, 19 aufgebracht wird, für ein Rohr mit einem Durchmesser von ungefähr 70 mm und einer Wandstärke zwischen 2–5 mm kleiner als ungefähr 5 Tonnen. Diese Kraft ist in Überschuss der axialen Gegenkraft, welche durch das unter Druck gesetzte Gas auf die Kolben aufgebracht wird.Typically, the axial force is that of the pistons 18 . 19 is applied, for a tube with a diameter of about 70 mm and a wall thickness between 2-5 mm smaller than about 5 tons. This force is in excess of the axial counterforce applied to the pistons by the pressurized gas.

Sofern das Deformations-Verfahren bei einer erhöhten Temperatur aufgetreten ist, ist es möglich, dass das deformierte Halbzeug 114, welches nun in einer Form wie durch die Matrize 10 vorgegeben vorliegt, schrumpft, wenn es abkühlt.If the deformation process has occurred at an elevated temperature, it is possible that the deformed semi-finished product 114 which is now in a shape as through the matrix 10 is present, shrinks when it cools down.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es vorstellbar, dass ein nachfolgender hydro-formender Arbeitsgang durchgeführt wird, damit das abgekühlte deformierte Halbzeug 114 weiter deformiert wird, um eine gewünschte Form und Dimensionen der endgültigen Komponente zu erhalten. Dieses ist diagrammartig in 2 dargestellt.According to the present invention, it is conceivable that a subsequent hydroforming operation is performed so that the cooled deformed semi-finished product 114 is further deformed to obtain a desired shape and dimensions of the final component. This is diagrammatic in 2 shown.

In 2 wird angenommen, dass das deformierte Halbzeug 114 mit der Abkühlung geschrumpft ist und noch innerhalb der Matrize 10 angeordnet ist. Eine Quelle 50 einer kalten Flüssigkeit wird bereitgestellt, welche mit dem Inneren des deformierten Halbzeuges 114 kommuniziert, gewöhnlich durch einen Zweig 131 zur Leitung 31. Ein Ventil 134 wird bereitgestellt, um den Fluss der Flüssigkeit entlang des Zweiges 131 zu steuern oder zu regeln.In 2 it is assumed that the deformed semi-finished product 114 shrunk with the cooling and still within the matrix 10 is arranged. A source 50 a cold liquid is provided which communicates with the interior of the deformed semi-finished product 114 communicates, usually through a branch 131 to the line 31 , A valve 134 is provided to the flow of liquid along the branch 131 to control or regulate.

Kalte Flüssigkeit wird unter Druck zu dem Inneren des deformierten Halbzeuges 114 geliefert und verursacht derart, dass das deformierte Halbzeug 114 in die gewünschte Form und Dimensionen, die durch die Matrize 10 vorgegeben werden, kaltverformt wird. Die Temperatur der kalten Flüssigkeit liegt insbesondere zwischen 10 und 80°C, vorzugsweise beträgt diese ungefähr 20°C.Cold fluid becomes pressurized to the interior of the deformed semi-finished product 114 delivered and caused such that the deformed semi-finished product 114 in the shape and dimensions required by the die 10 be given, cold-formed. The temperature of the cold liquid is in particular between 10 and 80 ° C, preferably this is about 20 ° C.

Vor der Anwendung der kalten Flüssigkeit kann das Innere des deformierten Halbzeuges 114 mit einem kühlenden Fluid gereinigt werden, welche das Halbzeug 114 kühlt. Allerdings kann die kalte, unter Druck gesetzte Flüssigkeit selbst (teilweise oder allein) als kühlendes Fluid wirken.Before the application of the cold liquid, the interior of the deformed semi-finished product 114 be cleaned with a cooling fluid, which the semifinished product 114 cools. However, the cold, pressurized fluid itself (partially or alone) can act as a cooling fluid.

Es ist weiterhin möglich, dass das deformierte Halbzeug von der Matrize 10 entfernt werden kann und in eine andere Matrize eingesetzt werden kann, in welcher der nachfolgende, hydro-formende Arbeitsgang ausgeführt wird. Die andere Matrize kann dieselbe oder eine andere innere Form aufweisen als die Matrize 10.It is also possible that the deformed semi-finished product from the die 10 can be removed and can be used in another die, in which the subsequent hydroforming operation is performed. The other die may have the same or a different internal shape than the die 10 ,

Der nachfolgende hydro-formende Arbeitsgang kann verwendet werden, um ein Härten durch Kaltverformung des deformierten metallischen Halbzeuges 114 hervorzurufen.The subsequent hydroforming operation can be used to cure by cold working the deformed metallic semi-finished product 114 cause.

In dieser Hinsicht kann die Größe der Ausnehmung der Matrize, in welcher der nachfolgende hydro-formende Arbeitsgang auftritt, um eine gewünschte Menge größer gewählt werden als das deformierte Halbzeug, um zu gewährleisten, dass die Menge der Dehnung des deformierten Halbzeuges 114 während des nachfolgenden hydro-formenden Arbeitsgangs ausreichend groß ist, um die gewünschte Menge einer Härtung durch Kaltverformung zu erhalten. Vorzugsweise beträgt die Dehnung, welche das Metall des deformierten Halbzeuges 114 während des nachfolgenden hydro-formenden Arbeitsgangs erfährt, ungefähr 5–15%, insbesondere ungefähr 10–15%.In this regard, the size of the recess of the die in which the subsequent hydroforming operation occurs may be made larger by a desired amount than the deformed semi-finished product to ensure that the amount of elongation of the deformed semi-finished product 114 during the subsequent hydro-forming operation is sufficiently large to the desired amount of hardening by Kaltverfor to obtain. Preferably, the strain, which is the metal of the deformed semi-finished product 114 during the subsequent hydroforming operation, about 5-15%, especially about 10-15%.

Die Verwendung eines Gases bei niedrigem Druck entsprechend der vorliegenden Erfindung ist dahingehend vorteilhaft, dass der Zeitzyklus für das fluid-formende Verfahren relativ kurz ist, da das unter Druck gesetzte Gas eine geringe Wärmekapazität hat und daher das Gas schnell erhitzt und abgekühlt werden kann. Daher kann die Matrize für ein Entfernen des deformierten Halbzeuges nach einer kürzeren Zeitspanne geöffnet werden als bei Verfahren, welche erwärmte Fluide verwenden, die eine größere Wärmekapazität haben, wie Fluide oder verflüssigte Festkörper.The Use of a gas at low pressure according to the present Invention is advantageous in that the time cycle for the fluid-forming Process is relatively short, since the pressurized gas a has low heat capacity and therefore the gas can be heated and cooled quickly. Therefore, can the matrix for removing the deformed semi-finished product after a shorter period of time open are used in processes which use heated fluids have a higher heat capacity, like fluids or liquefied solids.

Gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann das unter Druck gesetzte Gas auf eine erhöhte Temperatur erwärmt werden und verwendet werden, um das rohrförmige Halbzeug 14 bis auf die Deformations-Temperatur zu erwärmen.According to the embodiment described above, the pressurized gas may be heated to an elevated temperature and used to form the tubular semi-finished product 14 to heat to the deformation temperature.

Es ist vorstellbar, dass das rohrförmige Halbzeug 14 durch andere Heizmittel als das unter Druck gesetzte Gas auf seine Deformations-Temperatur erwärmt wird.It is conceivable that the tubular semifinished product 14 is heated to its deformation temperature by heating means other than the pressurized gas.

Beispielsweise kann die Matrize 10 durch einen elektrischen Heizer oder mittels eines geheizten Fluides erwärmt werden, um das rohrförmige Halbzeug zu erwärmen.For example, the die 10 be heated by an electric heater or by means of a heated fluid to heat the tubular semi-finished product.

Alternativ kann das rohrförmige Halbzeug 14 in einer Matrize 10 mit einer Ausnehmung mit einem elektrisch und wärmeisolierenden Material, so wie Keramik, angeordnet sein und direkt erwärmt werden mit Erwärmungsmitteln wie elektrische Induktion.Alternatively, the tubular semifinished product 14 in a mold 10 be arranged with a recess with an electrically and heat-insulating material, such as ceramic, and be heated directly with heating means such as electrical induction.

Die Verwendung einer isolierten Matrize ist vorteilhaft, da die Matrize eine geringe oder keine Abkühlung für die Durchführung eines nachfolgenden kalten hydro-formenden Arbeitsgangs erfordert.The Use of an isolated template is beneficial as the template little or no cooling for the execution a subsequent cold hydro-forming operation requires.

Das unter Druck gesetzte Gas, welches zu dem rohrförmigen Halbzeug, welches erwärmt wird mit den anderen Mitteln, die oben beispielhaft angegeben sind, geliefert wird, kann in heißem oder kaltem Zustand geliefert werden. Wenn dieses kalt geliefert wird, hat das Gas einen geringen Kühlungseffekt auf das erwärmte rohrförmige Halbzeug 14 infolge der geringen Wärmekapazität des Gases.The pressurized gas supplied to the tubular semi-finished product which is heated by the other means exemplified above may be supplied in hot or cold condition. When delivered cold, the gas has a slight cooling effect on the heated tubular semi-finished product 14 due to the low heat capacity of the gas.

Eine weitere Alternative ist es, das unter Druck gesetzte Gas innerhalb des rohrförmigen Halbzeuges zu generieren. In dieser Hinsicht ist es vorstellbar, dass das Halbzeug 14 zu seiner Deformations-Temperatur innerhalb der Matrize 10 erwärmt wird und abgedichtet wird. Wasser wird in das Innere des rohrförmigen Halbzeuges 14 injiziert und generiert Dampf. Die Menge des in das Innere des Rohres 14 injizierten Wassers wird derart gewählt, dass diese ausreichend ist, um Dampf mit einem gewünschten Deformationsdruck zu erzeugen.Another alternative is to generate the pressurized gas within the tubular semi-finished product. In this regard, it is conceivable that the semifinished product 14 to its deformation temperature inside the matrix 10 is heated and sealed. Water gets into the interior of the tubular semi-finished product 14 injects and generates steam. The amount of in the interior of the pipe 14 injected water is chosen to be sufficient to produce steam at a desired deformation pressure.

Claims (16)

Ein hydro-formendes Verfahren für das Formen einer Komponente aus einem länglichen rohrförmigen Halbzeug mit einem deformierbaren Metall, welches ein Plazieren des Halbzeuges in einer Matrize und ein Abdichten gegenüberliegender Enden des rohrförmigen Halbzeuges, ein Erwärmen des Halbzeuges auf eine vorbestimmte Deformations-Temperatur, ein Bereitstellen eines Gases bei einem vorbestimmten Druck im Inneren des abgedichteten rohrförmigen Halbzeuges und ein Aufbringen einer axialen Kompression an gegenüberliegenden axialen Enden des rohrförmigen Halbzeuges bei gleichzeitiger Bereitstellung des unter Druck gesetzten Gases, um eine Deformation des rohrförmigen Halbzeuges in vorbestimmten Bereichen hervorzurufen, beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Deformations-Temperatur größer ist als 350°C aber kleiner als der Schmelzpunkt des Metalls und dass der Deformationsdruck des Gases so gewählt wird, dass dieser Reibungsverluste zwischen dem rohrförmigen Halbzeug und der Matrize nicht signifikant erhöht, um die Steuerung oder Regelung der Wandstärke der deformierten Bereiche durch das Aufbringen des axialen Druckes zu ermöglichen, und auch derart gewählt wird, dass eine Deformation durch Ziehen oder Dehnen des Metalls des rohrförmigen Halbzeuges innerhalb einer Zeitspanne von 5 Minuten erfolgt.A hydro-forming process for forming a component from an elongate tubular semifinished product with a deformable metal, which comprises placing the semifinished product in a die and sealing opposite ends of the tubular semifinished product, heating the semifinished product to a predetermined deformation temperature, providing of a gas at a predetermined pressure inside the sealed tubular semi-finished product and applying an axial compression at opposite axial ends of the tubular semi-finished product while providing the pressurized gas to cause deformation of the tubular semi-finished product in predetermined regions, characterized that the deformation temperature is greater than 350 ° C but less than the melting point of the metal and that the deformation pressure of the gas is chosen so that these friction losses between the tubular semifinished product and the Matrix is not significantly increased to allow the control or regulation of the wall thickness of the deformed areas by the application of the axial pressure, and also chosen such that a deformation by pulling or stretching the metal of the tubular semi-finished product within a period of 5 minutes. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Kompression ausreichend groß ist, um eine Verringerung der Wandstärke des deformierten Bereiches zu verhindern.Method according to claim 1, characterized in that that the axial compression is sufficiently large to reduce the wall thickness to prevent the deformed area. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Kompression hinreichend groß ist, um eine Vergrößerung der Wandstärke in dem deformierten Bereich zu erzielen.Method according to claim 1, characterized in that that the axial compression is sufficiently large to increase the size of the Wall thickness to achieve in the deformed area. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall, aus welchem die Komponente gebildet ist, ein Aluminium, eine Aluminium-Legierung oder eine Magnesium-Legierung ist und dass die Deformations-Temperatur des genannten metallischen Halbzeuges insbesondere in dem Bereich von 400–600°C, vorzugsweise zwischen 400 und 500°C liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the metal from which the component is formed is an aluminum, an aluminum alloy or a magnesium alloy is and that the deformation temperature of said metallic Semi-finished product, in particular in the range of 400-600 ° C, preferably between 400 and 500 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Deformationsdruck des Gases kleiner als ungefähr 85 bar gewählt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the deformation pressure of the gas chosen to be less than about 85 bar becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall, aus welchem die Komponente gebildet ist, Stahl ist und die Deformations-Temperatur des metallischen Halbzeuges zwischen 500–720°C beträgt.Method according to one of claims 1 to 4, characterized that the metal from which the component is formed is steel is and the deformation temperature of the metallic semi-finished product is between 500-720 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Deformationsdruck des Gases kleiner als ungefähr 100 bar ist.Method according to one of claims 1 to 4 or 6, characterized characterized in that the deformation pressure of the gas is less than approximately 100 bar is. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das unter Druck gesetzte Gas Luft, Nitrogen, Argon oder Helium ist, welches zu dem metallischen Halbzeug von einer abgelegenen unter Druck gesetzten Quelle des genannten Gases geliefert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the pressurized gas is air, nitrogen, Argon or helium, which is the metallic semi-finished of a remote pressurized source of said gas becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das unter Druck gesetzte Gas Dampf ist, welcher durch Injizierung von Wasser in eine Ausnehmung, welche in dem metallischen Halbzeug gebildet ist, erzeugt wird, wenn dieses auf die Deformations-Temperatur erhitzt wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized that the pressurized gas is steam, which by injection of water into a recess which in the metallic semi-finished product is formed when this is at the deformation temperature is heated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall ein superplastisches Metall ist und die Deformations-Temperatur kleiner gewählt wird als die plastische Temperatur des Metalls.Method according to claim 1, characterized in that that the metal is a superplastic metal and the deformation temperature is chosen smaller as the plastic temperature of the metal. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches weiterhin den Schritt eines nachfolgenden hydro-formenden Arbeitsgangs an dem deformierten Halbzeug aufweist, wobei der nachfolgende hydro-formende Arbeitsgang unter Verwendung eines kalten Fluides ausgeführt wird, um das Halbzeug in die endgültigen Dimensionen und Form der Komponente zu verformen.Method according to one of the preceding claims, which continue the step of a subsequent hydro-forming operation having on the deformed semifinished product, wherein the subsequent hydro-forming Operation is performed using a cold fluid to the semi-finished product in the final Deform dimensions and shape of the component. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das kalte Fluid eine Flüssigkeit ist.Method according to claim 11, characterized in that that the cold fluid is a liquid. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der nachfolgende hydro-formende Arbeitsgang an dem deformierten Halbzeug in derselben Matrize und unmittelbar nach der Deformation durch das unter Druck gesetzte Gas durchgeführt wird.Method according to claim 11 or 12, characterized that the subsequent hydro-forming operation on the deformed semi-finished product in the same die and immediately after deformation the pressurized gas is carried out. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der nachfolgende hydro-formende Arbeitsgang in einer anderen Matrize als die Matrize, in der die Deformation durch das Gas aufgetreten ist, durchgeführt wird, wobei die andere Matrize dieselbe oder eine andere Form hat als die Matrize, in welcher der erste hydro-formende Arbeitsgang durchgeführt wird.Method according to claim 11 or 12, characterized that the subsequent hydroforming operation in another Die as the die in which the deformation occurred by the gas is carried out with the other die having the same or a different shape as the die, in which the first hydroforming operation carried out becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der nachfolgende hydro-formende Arbeitsgang mit dem deformierten Halbzeug zur Erzielung einer ausreichenden Dehnung durchgeführt wird, um das Metall durch Kaltverformung zu härten.Method according to one of claims 11 to 14, characterized that the subsequent hydro-forming operation with the deformed semi-finished product to achieve sufficient elongation, to harden the metal by cold working. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausmaß der Dehnung zwischen 5–15% liegt.Method according to claim 15, characterized in that that the extent of Elongation between 5-15% lies.