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    • 专利摘要:
    Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, ein Teilverstärkungsverfahren und eine Teilverstärkungsvorrichtung zum bedarfsgerechten Verstärken eines Teils eines Metallwerkstücks, welches gute Formungseigenschaften und eine relativ geringe Festigkeit (Härte und Fließspannung) aufweist, durch Preßbearbeitung zu schaffen. DOLLAR A Das Teilverstärkungsverfahren umfaßt einen ersten Schritt und einen zweiten Schritt. Im ersten Preßschritt wird eine plastische Verformung durch den plastischen Fluß des Metallwerkstoffs auf der Vorderseite oder der Rückseite des zu verstärkenden Teils erzeugt, um eine konvex-konkave Vorderseite und eine konvex-konkave Rückseite zu formen. Im zweiten Preßschritt wird eine weitere plastische Verformung durch den plastischen Fluß auf der konvex-konkaven Vorderseite und der konvex-konkaven Rückseite erzeugt, um eine plane Vorderseite und eine plane Rückseite zu formen.
    公开号:DE102004013094A1
    申请号:DE102004013094
    申请日:2004-03-17
    公开日:2004-10-21
    发明作者:Masataka Toyota Iida；Yoshiaki Toyota Kamoda；Hirotaka Toyota Todaka
    申请人:Toyota Motor Corp；
    IPC主号:B21D22-02
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtungzum Teilverstärkeneines metallischen Werkstoffs, um einen Teil des metallischen Werkstoffszu verstärken.
    [0002] Generellwird bei der Auswahl des Werkstoffs für einen Formkörper einWerkstoff in Betracht gezogen, dessen Härte oder Zugfestigkeit denWert fürdie maximal erforderliche Festigkeit erreicht. Eine andere Möglichkeitist die Wahl eines Werkstoffs, der nach dem Preßformen einer Wärmebehandlungunterzogen werden kann, um den ganzen Formkörper zu verstärken.
    [0003] Fallsder Werkstoff jedoch mit Rücksichtauf die Festigkeit desjenigen Teils ausgewählt wird, der die größte Festigkeiterfordert, kann daraus der folgende Nachteil entstehen. Die Preßformeignungdes Werkstoffs wird insgesamt herabgesetzt, und schlimmstenfallskann der Werkstoff nicht geformt werden. Darüber hinaus ist die Verwendungeines hochfesten Werkstoffs teuer und unwirtschaftlich, da der Formkörper auchin den Teilen, die keine größere Festigkeiterfordern, eine größere Dickeaufweist als eigentlich nötigwäre.
    [0004] Andererseitsexistiert ein Verfahren, bei dem ein Preßformkörper einer Wärmebehandlungunterzogen werden kann, um die Festigkeit zu erhöhen. In diesem Fall erfordertdie WärmebehandlungzusätzlicheAusrüstungund einen zusätzlichenArbeitsschritt, so daß dieKosten steigen.
    [0005] AlsVerstärkungsverfahrenfür einenbegrenzten Teil eines Formkörpersist das auf das Preßformenfolgende Sandstrahlen des Teils, der Festigkeit verlangt, bekannt.Darüberhinaus ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Plattendicke des Teils,der Festigkeit verlangt, erhöhtwird (siehe PatentveröffentlichungNr. 1). Fürdiesen Zweck wird der Festigkeit verlangende Teil eines preßgeformtenKörpers ausEdelstahl einem Flammspritzen unterzogen, um einen Flammspritzfilmauszubilden. Bekannt ist ein Verstärkungsverfahren, bei dem derTeil, der eine höhereFestigkeit verlangt als andere Teile, erwärmt und dann abgeschreckt wird(siehe PatentveröffentlichungNr. 2).
    [0006] Umdie Forderung nach einem niedrigen Fahrzeuggewicht zu erfüllen, wurdenun versucht, Bauteile dünneroder aus einem leichten Werkstoff wie Aluminium zu gestalten (Aluminisierungder Bauteile). Beispielsweise bestehen Aufhängungen oder Rahmenelementeeiner Fahrzeugkarosserie, die bisher aus Stahlformkörpern bestanden,nun aus Gründender Leichtigkeit aus Aluminiumformkörpern (wegen des leichterenGewichts).
    [0007] DieHärte vonAluminium ist jedoch geringer als die von Stahl. Aus diesem Grundbesteht die Sorge, daß ander Stelle, wo eine Aufhängung,die aus Aluminiumlegierung gebildet ist, mit einer Lagerbuchse inBerührungkommt, die mit einem Oberlenker und einem Unterlenker verbundenist, die Gleitfläche derAufhängungaufgrund des Gleitens der Lagerbuchse abgenutzt wird, wenn das Fahrzeugfährt.Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird eine größere Lagerbuchse verwendet,um die begrenzende Flächenpressungzu senken, oder es wird eine Aluminiumlegierung mit größerer Festigkeitfür dieAufhängung verwendet.Dadurch steigen jedoch die Kosten für die Lagerbuchse und die Aufhängung, unddie Formungseignung der Aufhängungist nimmt ab.
    [0008] [Patentdokument1] Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 7-3427 [Patentdokument2] Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2002-241835
    [0009] Dievorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Situationdurchgeführtund ihr Ziel ist es, ein Teilverstärkungsverfahren und eine Teilverstärkungsvorrichtungbereitzustellen, um den vorgegebenen Teil eines Metallwerkstoffs,der einer Verstärkungbedarf, zu verstärken,wobei dieser eine ausgezeichnete Formungseignung und eine relativ niedrigeFestigkeit (Härteund Zugfestigkeit) aufweist. Der vorgegebene Teil kann anhand eines Preßverfahrensverstärktwerden.
    [0010] Daserfindungsgemäße Teilverstärkungsverfahrenfür Metallwerkstoffeumfaßt(i) einen ersten Preßschritt,bei dem durch den plastischen Fluß eines Metallwerkstoffs ander Vorder- (Ober-) Seite und/oder der Rück- (Unter-) Seite eines zuverstärkendenTeils eine plastische Verformung bewirkt wird, um eine konkav-konvexeVorder-(Ober-) Seite und/odereine konkav-konvexe Rück-(Unter-) Seite zu bilden; und (ii) einen zweiten Preßschritt,bei dem durch den plastischen Fluß auf der konvex konkaven Vorderseiteund/oder der konvex konkaven Rückseiteeine weitere plastische Verformung erzeugt wird, um eine ebene Vorder(Ober-) Seite und/oder eine ebene Rück(Unter-) Seite zu bilden.
    [0011] Imzweiten Preßschrittwird auf den Metallwerkstoff ein statischer Hydraulikdruck in Preßrichtungausgeübt,und gleichzeitig wird auf den Metallwerkstoff eine Scherkraft inPlanierrichtung ausgeübt,um eine plane Oberseite und eine plane Unterseite zu formen. Beidem Metallwerkstoff handelt es sich vorzugsweise um eine Aluminiumlegierung,und er weist vorzugsweise eine Dicke von 2 bis 10 mm auf.
    [0012] DieForm der Preßfläche desoberen Stempels und des unteren Stempels, die im ersten Preßschrittverwendet werden, besteht aus ringförmig konvexen Abschnitten undringförmigkonkaven Abschnitten, die koaxial um die Stempelachsen herum ausgebildetsind. Der Abstand zwischen nebeneinander liegenden ringförmigen konvexenAb schnitten oder ringförmigenkonkaven Abschnitten kann dem Ein- bis Sechsfachen der Dicke desMetallwerkstoffs entsprechen. Der ringförmige konvexe Abschnitt und derringförmigekonkave Abschnitt weisen vorzugsweise einen Bogenquerschnitt auf,dessen Radius dem Ein- bis Sechsfachen der Dicke des Metallwerkstoffsentspricht.
    [0013] Ebensokann die Form der Preßfläche des oberenStempels und des unteren Stempels, die im ersten Preßschrittverwendet werden, aus divergenten konvexen Abschnitten und divergentenkonkaven Abschnitten bestehen, die von den Stempelachsen radialnach außendivergieren. Der Winkel, der von nebeneinander liegenden divergentenkonvexen Abschnitten auf der Oberseite oder auf der Unterseite gebildetwird, beträgtvorzugsweise 10 bis 30 Grad. Der Winkel, der von nebeneinander liegendenkonvexen Abschnitten auf der Oberseite oder auf der Unterseite gebildetwird, ist vorzugsweise kleiner als 30 Grad.
    [0014] Dieerfindungsgemäße Teilverstärkungsvorrichtungist eine Preßformvorrichtungund besteht aus einem Stempel und einem Gegenstempel, die den Metallwerkstoffeinklemmen und zusammenpressen, und einer Rotationseinrichtung,die den Stempel und den Gegenstempel um ihre Achsen dreht.
    [0015] Gemäß der vorliegendenErfindung kann durch Pressen eines Teils des Metallwerkstoffs in zweiSchritten unter Austausch der Stempel ein Teil des Metallwerkstoffswunschgemäß verstärkt werden.Eine Teilverstärkung,die ohne einen hochfesten Werkstoff bewerkstelligt wird, kann dazubeitragen, die Materialkosten zu senken.
    [0016] DurchEinbringen des erfindungsgemäßen Teilverstärkungsschrittsin den Formungsschritt für denFormkörperkann die Qualitätdes gepreßtenGegenstands verbessert werden, ohne die Produktivität zu senken.Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für die Durchführung derTeilverstärkung einerAufhängung,die relativ zur Lagerbuchse eines oberen Arms oder eines unterenArms gleitet.
    [0017] 1 ist eine schematischeDarstellung der Beziehung zwischen den Stempeln und dem Metallwerkstoffim ersten Preßschritt;
    [0018] 2 ist eine schematischeDarstellung der Beziehung zwischen den Stempeln und dem Metallwerkstoffim zweiten Preßschritt;
    [0019] 3 ist eine schematischeDarstellung eines Beispiels fürdie Kopfform des Stempels, der im ersten Preßschritt verwendet wird;
    [0020] 4 ist eine schematischeDarstellung eines weiteren Beispiels der Kopfform des Stempels, derim ersten Preßschrittverwendet wird;
    [0021] 5 ist eine perspektivischeDarstellung der Konturen des Stempels von 4;
    [0022] 6 ist eine schematischeDarstellung des Querschnitts der Preßfläche des Stempels, der im erstenSchritt verwendet wird;
    [0023] 7 ist eine schematischeDarstellung der Art, wie die Stempel mit der divergierenden Preßfläche im erstenPreßschrittangesetzt werden;
    [0024] 8 ist eine schematischeDraufsicht auf einen Hauptabschnitt der unteren Form der Teilverstärkungsvorrichtungmit einer Rotationseinrichtung, um im zweiten Preßschrittden Stempel mit einer Scherkraft zu beaufschlagen;
    [0025] 9 ist eine schematischeSeitenansicht auf einen Hauptabschnitt der Teilverstärkungsvorrichtungmit einer Rotationseinrichtung, um im zweiten Preßschrittden Stempel mit einer Scherkraft zu beaufschlagen;
    [0026] 10 ist eine Grafik, dieein Beispiel fürdas Kaltverfestigungsverhalten einer Aluminiumlegierung (JIS H4000A5454P) zeigt;
    [0027] 11 ist eine Photographie,die die Beschaffenheit der Flächedes teilverstärktenAbschnitts nach dem ersten Preßschrittzeigt;
    [0028] 12 ist eine Photographie,die die Beschaffenheit der Flächedes teilverstärktenAbschnitts nach dem zweiten Preßschrittzeigt;
    [0029] 13 ist eine Darstellung,die erläutert,wo ein Teststückfür dieHärtemessungim teilverstärkten Abschnittgeschnitten wird;
    [0030] 14 ist eine Darstellung,die erläutert,an welchen Stellen der teilverstärkteAbschnitt vermessen wird; und
    [0031] 15 ist eine Grafik, welchedie Änderung derHärte desteilverstärktenAbschnitts in Abhängigkeitvom Abstand zum Mittelpunkt zeigt.
    [0032] Imfolgenden werden bevorzugte Ausführungsformenmit Bezug auf die beigefügtenFiguren erklärt.Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß diese Ausführungsformenlediglich der Erläuterungdienen und den Bereich der beigefügten Ansprüche nicht einschränken sollen.
    [0033] DasTeilverstärkungsverfahrender vorliegenden Erfindung umfaßt(i) einen ersten Preßschritt, indem durch den plastischen Fluß einesMetallwerkstoffs auf der Oberseite und/oder Unterseite des zu verstärkendenTeils eine plastische Verformung erzeugt wird, wodurch eine konvex-konkaveOberseite und/oder eine konvex-konkave Unterseite gebildet wirdbzw. werden; und (ii) einen zweiten Preßschritt, um durch den plastischenFluß aufder konvex-konkaven Oberseite und/oder der konvex-konkaven Unterseiteeine weitere plastische Verformung zu erzeugen, um eine plane Oberseiteund/oder eine plane Unterseite zu formen.
    [0034] Zuerstwird im ersten Preßschritt,wie in 1 dargestellt,ein Teil 61 eines Metallwerkstoffs 60, der verstärkt werdensoll, von oben und unten von einem oberen Stempel 50 undeinem unteren Stempel 55 gepreßt. Der obere Stempel 50 weisteine Preßfläche 51 mitvorgegebenem Querschnitt auf, und der untere Stempel 55 weisteine Preßfläche 56 mitvorgegebenem Querschnitt auf. Die Erzeugung eines plastischen Flussesauf der Oberseite und der Unterseite in Radiusrichtung ergibt eineplastische Verformung, so daß oberekonvex-konkave ringförmigeAbschnitte 62 und untere konvex-konkave ringförmige Abschnitte 63 aufdem Metallwerkstoff 60 ausgebildet werden.
    [0035] Nunwird der Metallwerkstoff 60 dem zweiten Preßschrittunterzogen, der in zwei Typen eingeteilt werden kann. Beim erstenTyp, der in 2 dargestelltist, wird von einem oberen Stempel 70 mit einer planenPreßfläche 71 undeinem unteren Stempel 75 mit einer planen Preßfläche 76 einstatischer Hydraulikdruck in Preßrichtung A auf die oberenkonvex-konkaven ringförmigenAbschnitte 62 und die unteren konvex-konkaven ringförmigen Abschnitte 63, dieim ersten Preßschrittgebildet wurden, ausgeübt. DieErzeugung eines plastischen Flusses des Metallwerkstoffs 60 inUmfangsrichtung ergibt eine weitere Verformung der Oberseite undder Unterseite, so daß derverstärkteTeil 61 eine wesentlich größere Härte aufweisen kann als derumgebende Bereich.
    [0036] Beimzweiten Typ wird vom oberen Stempel 70 und vom unterenStempel 75 nicht nur ein statischer Hydraulikdruck ausgeübt, wievon Pfeil A dargestellt, sondern der obere Stempel 70 undder untere Stempel 75 werden auch in entgegengesetzten Richtungengedreht, wie von Pfeil B in 2 dargestellt.Auf diese Weise wird der verstärkteAbschnitt 61 mit einer Scherkraft beaufschlagt, um eineplane Oberseite 65 und eine plane Unterseite 66 zuerhalten.
    [0037] DieArt des Metallwerkstoffs, der in der vorliegenden Erfindung verstärkt werdenkann, ist nicht beschränkt,solange es zu einer Kaltverfestigung kommt. Beispielsweise eignensich Eisen, wie Kohlestahl oder Stahllegierungen, Aluminium, Magnesium oderKupfer, die fürein Fahrzeug, beispielsweise ein Automobil, oder eine Industriemaschineverwendet werden.
    [0038] Wasdie Form des Metallwerkstoffs betrifft, so ist die Plattenform für das Formverfahrenbevorzugt, und seine bevorzugte Dicke liegt bei 2 bis 10 mm. Wenndie Dicke unter 2 mm liegt, macht die vorherrschende Kaltverfestigungaufgrund eines Biegens und Zurückbiegensin die ursprünglicheForm eine konstante Verstärkungschwierig. Im Gegensatz dazu stößt eineDicke von über10 mm auf Ausrüstungsbeschränkungenund ist nicht praxistauglich. Eine Dicke von 3 is 6 mm ist stärker bevorzugt.
    [0039] EinBeispiel fürden Aluminiumwerkstoff ist eine Platte, wie sie für Aufhängungenin Fahrzeugen verwendet wird. Ein Werkstoff der 5000er-Reihe (JIS H4000)mit einer relativ hohen Festigkeit und einem ausgezeichneten Kaltverfestigungsverhaltenwird bevorzugt verwendet. Angesichts der proportionalen Beziehungder Härtedes verstärktenAbschnitts zur Fließspannungdes Werkstoffs, der einer Teilverstärkung unterzogen wurde, istes wünschenswert,einen höherenKaltverfestigungsgrad zu wählen,um die begrenzende Druckfestigkeitsbeständigkeit für die Auflagefläche zu erhöhen. 10 zeigt ein Beispiel für das Kaltverfestigungsverhaltenvon A5454P, wobei die horizontale Skala die Vergleichsformänderungzeigt, und die vertikale Skala die Fließspannung FS zeigt.
    [0040] DieForm des oberen und unteren konvex-konkaven Abschnitts des verstärkten Teils 61, derim ersten Preßschrittgeformt wurde, ist nicht beschränkt.Damit der Teil 61 durchgehend gleichmäßig verstärkt wird, ist es jedoch bevorzugt,mehrere ringförmigekonvexe Abschnitte 62 und 63a und mehrere ringförmige konkaveAbschnitte 62b und 63b koaxial auszubilden. Dieseringförmigenkonvex-konkaven Abschnitte könnenvon einem oberen Stempel 50 mit einer ringförmigen konkav-konvexenPreßfläche 51 undeinem unteren Stempel 55 mit einer ringförmigen konkav-konvexenPreßfläche 56 geformtwerden, wie in 6 dargestellt.
    [0041] Hierist R1 der Radius der ringförmigenHöhlungen 51b,und R2 ist der Radius der ringförmigen Wölbungen 51a desoberen Stempels 50. R3 ist der Radius der ringförmigen Höhlungen 56b,und R4 ist der Radius der ringförmigenWölbungen 56a desunteren Stempels 55. P1 ist der Abstand zwischen benachbartenringförmigenHöhlungendes oberen Stempels 50, und P2 ist der Abstand zwischenbenachbarten ringförmigenHöhlungendes unteren Stempels 55. Die konvex-konkaven Preßflächen 51 und 56 können diegleiche Form aufweisen, aber es ist nicht wesentlich, daß sie ähnlich geformtsind.
    [0042] DieAbständeP1 und P2 von nebeneinander liegenden ringförmigen konkaven Abschnitten 51b und 56b entsprechenvorzugsweise dem Ein- bis Sechsfachen der Dicke des Metallwerkstoffs.Wenn die AbständeP1 und P2 kleiner sind als die Dicke des Metallwerkstoffs, kannder Bearbeitungsdruck im zweiten Preßschritt zu hoch sein. Wenndagegen die AbständeP1 und P2 größer sindals das Sechsfache der Dicke des Metallwerkstoffs, wird eine ausreichendeKaltverfestigung schwierig.
    [0043] DieRadii R1 bis R4 der ringförmigenkonvexen Abschnitte im ersten Preßschritt sind vorzugsweiseein- bis sechsmal so lang wie der Metallwerkstoff dick ist. Wenndie Radii R1 bis R4 kleiner sind als die Dicke des Metallwerkstoffs,kann der Bearbeitungsdruck im zweiten Preßschritt zu groß sein. Wenndagegen die Radii R1 bis R4 größer sindals das Sechsfache der Dicke des Metallwerkstoffs, wird eine ausreichendeKaltverfestigung schwierig.
    [0044] Sokönnendie Formen der oberen konvex-konkaven Preßfläche 51 und der unterenkonvex-konkaven Preßfläche 56,die von den Abständen P1und P2 bestimmt werden, und die Radii R1 bis R4 mit Rücksichtauf den erforderlichen Verstärkungsgrad(die erforderliche Festigkeit) des Teils 61 nach dem Bearbeitengewähltwerden. Das heißt,die Formen der ringförmigenkonvex-konkaven Abschnitte 51a und 51b auf derOberseite und der ringförmigen konvex-konkavenAbschnitte 56a und 56b auf der Unterseite, dieim ersten Preßschrittgeformt wurden, sind nicht unbedingt identisch, sondern können frei gewählt werden.
    [0045] Beispielsweisekann der Abstand zwischen den ringförmigen konvex-konkaven Abschnitten 51a und 51b größer (breiter)gewähltwerden, während derAbstand der ringförmigenkonvex-konkaven Abschnitte 56a und 56b kleiner(schmäler)gewähltwerden kann. Der ringförmigekonvex-konkave Abschnitt an oder Oberseite kann eine Tiefe aufweisen,die von dem der Unterseite verschieden ist. Die Änderung der Kom bination derPreßflächenformender Stempel 50 und 55 kann eine Verformung ergeben,die aus der Scherung des Metallwerkstoffs resultiert, oder ein Verformung,die aus dem komplexen plastischen Fluß resultiert, der eine Folgeder Scherung des Metallwerkstoffs und der Druckverformung ist. Sokann im zweiten Preßschritteine größere Kaltverfestigung erreichtwerden.
    [0046] Weiterkönnendie konvex-konkaven Abschnitte auf der Oberseite und die konvex-konkaven Abschnitteauf der Unterseite des verstärktenTeils im ersten Schritt eine divergente Form aufweisen, die vonder Achse ausgeht. Wie in 4 dargestellt, schließt die divergenteForm mehrere divergente konvexe Abschnitte 68 und mehreredivergente konkave Abschnitte 69 ein. Die divergente Formdes verstärktenTeils entspricht der divergenten Form der Stempel, wie in 5 dargestellt. Der untereStempel 80 ist mit mehreren divergenten Preßwölbungen 81 undmehreren divergenten Preßhöhlungen 82 versehen.
    [0047] Derkonvexe Abschnitt 81, der von den divergenten Linien zubeiden Seiten dargestellt wird, weist vorzugsweise eine Fächerformauf, die vom Zentrum zum Außenrandhin verläuft.Der Winkel, der von benachbarten divergenten konvexen Preßabschnitten 81 definiertwird, beträgtvorzugsweise 10 bis 30 Grad. Wenn der Winkel kleiner ist als 10Grad, kann der Bearbeitungsdruck im zweiten Preßschritt zu groß sein.Wenn dagegen der Winkel größer als30 Grad ist, wird eine ausreichende Kaltverfestigung schwierig.
    [0048] Indiesem Fall weisen die obere Preßfläche und die untere Preßfläche (nichtdargestellt) vorzugsweise die gleiche Form auf, und ein Versetzender divergenten Wölbungen 81 aufbeiden Preßflächen um denWinkel δ istbevorzugt, wie in 7 dargestellt. DasVersetzen der divergenten Wölbungenum einen vorgegebenen Winkel kann einen komplexen plastischen Fluß erzeugen,und zwar aufgrund sowohl der plastischen Verformung, die ein Ergebnisder Scherkraft ist, als auch der Preßverformung. Dies trägt zur Härtesteigerungaufgrund der starken Kaltverfestigung bei, die im anschließenden zweitenPreßschritt erreichtwird. Hier ist der Versatzwinkel δ derdivergenten Wölbungenvorzugsweise kleiner als 30 Grad.
    [0049] DieVerwendung eines Stempels mit einer ersten divergenten Preßfläche istbesonders bevorzugt, wenn das zweite Methode angewandt wird, bei derder Stempel im zweiten Preßschrittmit Druck beaufschlagt und gedreht wird.
    [0050] DieForm der Preßfläche im erstenPreßschrittist nicht auf die oben genannten Ring- oder divergenten Formen beschränkt. Beispielsweisekann eine Spiralform genommen werden. Es kann eine einfache Wellenformgenommen werden, wenn der Teil, der zu verstärken ist, nicht kreisförmig ist.Als konvex-konkave Form kann auch eine andere Form als eine Kreis-Ringform,wie eine Trapez-Ringform oder eine Polygon-Ringform, genommen werden. Ferner können dieobere Preßfläche unddie untere Preßfläche verschiedengeformt sein. Beispielsweise kann Erstgenannte ringförmig sein,währendLetztgenannte eine divergente Form hat.
    [0051] Wennein einmaliges (Einmal-) Pressen – was den ersten Preßschrittund den zweiten Preßschritteinschließt – nichtausreicht, um den Teil, der verstärkt werden soll, zu verstärken, können eine zweiteoder noch mehr Pressungen, die den ersten und den zweiten Preßschritteinschließen,für einund denselben zu verstärkendenTeil wiederholt werden.
    [0052] DieEinbringung des erfindungsgemäßen Teilverstärkungsverfahrensfür einenMetallwerkstoff in den Formungsschritt, in dem der Metallwerkstoffzu einem Formkörpergeformt wird, kann den Teil verstärken, für den dies erforderlich ist,ohne die Gesamtzahl der Preßschrittezu erhöhen.Beispielsweise kann der erste Preßschritt der vorliegenden Erfindungin den Preßschritteingebracht werden, bei dem der Metallwerkstoff ausgestanzt wird,so daß gleichzeitigmit dem Ausstanzen auf beiden Seiten des zu verstärkendenTeils konvex-konkave Abschnitte geformt werden. Dann kann der zweiteSchritt der vorliegenden Erfindung in den Formungsschritt eingebrachtwerden, so daß diekonvex-konkaven Abschnitte des zu verstärkenden Teils gleichzeitigmit dem Formen des Formkörpersplaniert werden.
    [0053] Wieoben erwähnt,kann im Teilverstärkungsverfahrender vorliegenden Erfindung der erste Schritt anhand einer normalenFormpresse durchgeführtwerden, wobei ein erster Satz von oberen und unteren Stempeln 50 bzw. 55 oder 80 usw.mit ringförmigenoder divergenten konvex-konkaven Preßflächen 51 bzw. 56 verwendetwird, die sich fürdie Teilverstärkungeignen. Dann wird der zweite Preßschritt durchgeführt, nachdemder erste Stempelsatz durch einen zweiten Satz von Stempeln 70 bzw. 75 mitflachen Preßflächen 71 bzw. 76 ersetztwurde, so daß nurein begrenzter Abschnitt des Metallwerkstoffs kaltverfestigt wird.Somit kann bei dieser ersten Methode eine normale Formpresse alsTeilverstärkungsvorrichtungverwendet werden, und zwar für denersten und den zweiten Preßschritt.
    [0054] Essei darauf hingewiesen, daß beider zweiten Methode fürden zweiten Preßschrittein statischer Hydraulikdruck in Preßrichtung und eine Scherkraftin orthogonaler Richtung dazu auf den Metallwerkstoff ausgeübt werden,um die oberen und unteren planen Flächen zu formen. Aus diesem Grundkann keine herkömmlichePreßvorrichtung verwendetwerden.
    [0055] Imfolgenden wird die Teilverstärkungsvorrichtungerklärt,die fürdie Durchführungder zweiten Methode fürden zweiten Preßschrittverwendet wird. Bei dieser Teilverstärkungsvorrichtung handelt es sichum eine Preßformungsvorrichtungfür Metallwerkstoffe,und sie besteht aus einem oberen Stempel und einem unteren Stempel,die den Metallwerkstoff einklemmen und zusammenpressen, sowie einerRotationseinrichtung, um die Stempel um ihre Achsen zu drehen.
    [0056] DerHauptabschnitt der Teilverstärkungseinrichtungder vorliegenden Erfindung ist in den 8 und 9 dargestellt. 8 ist eine schematischeDraufsicht auf die untere Form, die im zweiten Schritt verwendetwird, und 9 ist eineschematische Seitenansicht auf die obere Form und die untere Form.Wie man sieht, besteht die Teilverstärkungseinrichtung aus eineroberen Hälfteund einer unteren Hälftemit symmetrischem Aufbau, und die Bauteile der unteren Hälfte sinddurch einen Strich (')gekennzeichnet, der ihren Bezugszeichen angefügt ist.
    [0057] In 8 hält eine untere Formhalterung 1' eine untereForm mit einem Stempel 2'.Der untere Stempel 2' wirdvon einem Rotationselement 3',das durch den Eingriffsabschnitt 2a' in Eingriff gebracht ist, um seineAchse gedreht. Die beiden Enden des Rotationselements 3' sind über Verbindungselemente 4' mit Zylindern 5' verbunden,so daß siedurch Aus- und Einfahren des Zylinderkopfs 5a' gedreht werden.Durch Antreiben des Zylinders 5' mit einer Hydraulikvorrichtung(nicht dargestellt) geht der Zylinderkopf 5a' so weit vor, daß der dasRotationselement 3' indie von der gestrichelten Linie dargestellte Position dreht. Zusammenmit dem Rotationselement 3' drehtsich auch der untere Stempel 2'. Hier wird die Kombination ausZylinder 5',Verbindungselementen 4',Rotationselement 3' undHydraulikvorrichtung als "Rotationseinrichtung" bezeichnet. Deruntere Stempel 2' entsprichtdem oben genannten unteren Stempel 75, und der obere Stempel 2 entsprichtdem oberen Stempel 70.
    [0058] Wiein 9 dargestellt, wirdder zu verstärkendeTeil des Metallwerkstoffs 6 zwischen dem oberen Stempel 2 unddem unteren Stempel 2' eingeklemmt,und die Preßkräfte werdenin den Richtungen A und A' ausgeübt. Gleichzeitigwerden durch das Drehen der oberen und unteren Drehelemente 3 und 3' der obere Stempel 2 undder untere Stempel 2' inRichtung B und B' gedreht,wodurch horizontale Scherkräfteauf die Ober- und Unterseite des zu verstärkenden Teils ausgeübt werden.Hier wird Schmieröl,beispielsweise Mine Oil, vorzugsweise in die Lücken zwischen dem zu verstärkendenTeil und den Stempeln 2 und 2' eingebracht. Durch die Ausübung einerScherspannung parallel zu den Oberflächen des Metallwerkstoffs kannmit einer relativ geringen Kraft die gleiche Wirkung erzeugt werdenwie bei der ersten Methode fürden zweiten Preßschritt.
    [0059] AlsTeststückwird eine Platte aus Aluminiumlegierung (JIS H4000 A5454P-H112) mit einer Dickevon 3,5 mm verwendet. Die Teilverstärkungsbehandlung wird nur aufeine kreisförmigeFlächedes Werkstücksmit einem Durchmesser von 40 mm angewendet. Die im ersten Schrittverwendeten oberen und unteren Stempel weisen die in 3 dargestellte ringförmige konvex-konkavePreßfläche auf.Auf der Preßfläche desoberen Stempels, die in 6 dargestelltist, beträgtder Abstand P1 10 mm, der Radius R1 5 mm und R2 5 mm, während aufder Preßfläche desunteren Stempels der Abstand P2 8 mm beträgt, der Radius R3 4 mm beträgt und R44 mm beträgt.
    [0060] AlsPreßbedingungenwerden ein Druck von 800 MPa und eine Preßdauer von 1 s genommen. DerZustand der Oberseite des teilverstärkten Teils nach dem erstenPreßschrittist in 11 dargestellt.
    [0061] Imzweiten Preßschrittwird der Teil, auf dem im ersten Schritt ringförmige konvex-konkave Abschnitte 62, 63 koaxialausgebildet wurden, von den oberen und unteren Stempeln 70 und 75 mitflachen Preßflächen 71 und 76 eingeklemmtund gepreßt.So werden die konvex-konkaven Teile 62, 63 zuplanen Flächen 65 und 66 abgeflacht.Als Preßbedingungen werdenein Druck von 800 MPa und eine Preßdauer von 1 s genommen, genausowie im ersten Preßschritt.Es wird jedoch keine Scherkraft in Planierrichtung ausgeübt.
    [0062] DerZustand der Oberseite des teilverstärkten Teils nach der zweitenPreßbedingungist in 12 dargestellt.Die Dicke des teilverstärkten Teils,das dem zweiten Preßschrittunterzogen wurde, ist etwa 3 mm.
    [0063] DieHärte desteilverstärktenTeils nach dem zweiten Preßschrittwird gemessen. Wie in 13 dargestellt,wird fürdie Härtemessungein rechtwinkliges Teststück 85 ausdem kreisförmigverstärkten Teil 61 geschnitten.Wie in 14 dargestellt,wird die Härteim Querschnitt des teilverstärktenTeils entlang der Radiusrichtung des Teststücks 85 gemessen.
    [0064] ImQuerschnitt wird die Vickers-Härte(die Last beträgt50 g) an jedem Meßpunktin 2 mm-Abständenbei einer Tiefe von 0,1 mm und 0,5 mm ab oberer Teststückoberfläche gemessen.So werden von der Mitte bis zum Rand bei jeder Tiefe elf Werte für die Härte erhalten.Die so erhaltenen Ergebnisse sind in 15 dargestellt.
    [0065] In 15, in der die horizontaleSkala den Abstand zum Mittelpunkt zeigt, und die vertikale Skaladie Vickers-Härtezeigt, zeigen die Zeichen • bzw. odie Härteverteilungan Punkten, die 0,1 mm und 0,5 mm unter der oberen Oberfläche desteilverstärkten Teilsliegen. Andererseits zeigen die Zeichen
    [0066] Wieman sieht, weist ein Teststück 85,das einer Teilverstärkungunterzogen wurde, an allen Meßpunkteneine Vickers-HärteHV im Bereich von 84 bis 110 auf. Die Härte variiert leicht in Radiusrichtung, variiertaber nicht in Tiefenrichtung. Dagegen liegt die Vickers-Härte HV einesTeststücks,das keiner Teilverstärkungunterzogen wurde, im Bereich von 60 bis 68.
    [0067] DasTeststück 85 bestehtaus dem gleichen Material wie die Aufhängung und sollte eine Gleitfläche aufweisen,die relativ zur Lagerbuchse des oberen Lenkers und des unteren Lenkersgleitet. Angenommen, die begrenzende Druckfestigkeitsbeständigkeitder Auflageflächeliegt in diesem Abschnitt bei etwa 150 N/mm2,dann kann eine Gleitflächemit einer Vickers-HärteHV von über 84 diesebegrenzende Druckfestigkeitsbeständigkeitfür dieAuflageflächeerreichen. Auf diese Weise kann ein gewünschter Formwerkstoff mit ausreichenderHärte undausgezeichneten Formungseigenschaften erhalten werden.
    权利要求:
    Claims (12)
    [1] Teilverstärkungsverfahrenfür einenMetallwerkstoff zum Verstärkeneines Teils des Metallwerkstoffs, gekennzeichnet durch: einenersten Preßschrittzum Erzeugen einer plastischen Verformung durch den plastischenFluß des Metallwerkstoffsauf der Vorderseite und der Rückseitedes zu verstärkendenTeils, um eine konvex-konkave Vorderseite und eine konvex-konkave Rückseitezu formen; und einen zweiten Preßschritt, um weiter eine plastische Verformungdurch einen plastischen Fluß aufder konvex-konkaven Vorderseite und der konvex-konkaven Rückseitezu erzeugen, um eine plane Vorderseite und eine plane Rückseitezu formen.
    [2] Teilverstärkungsverfahrennach Anspruch 1, wobei der zweite Preßschritt den Metallwerkstoff gleichzeitigmit einem statischen Hydraulikdruck in Preßrichtung und einer Scherkraftin Planierrichtung beaufschlagt, wenn die plane Vorderseite unddie plane Rückseitegebildet werden.
    [3] Teilverstärkungsverfahrennach einem der Ansprüche1 oder 2, worin es sich bei dem Metallwerkstoff um eine Aluminiumlegierunghandelt.
    [4] Teilverstärkungsverfahrennach einem der Ansprüche1 bis 3, worin der Metallwerkstoff eine Dicke von 2 bis 10 mm aufweist.
    [5] Teilverstärkungsverfahrennach einem der Ansprüche1 bis 4, worin sowohl der vordere Stempel als auch der hintere Stempel,die im ersten Preßschrittverwendet werden, eine Preßfläche aufweisen,auf der ein Mehrzahl von ringförmigenkonvex-konkaven Abschnitten koaxial um ihre Achse ausgebildet sind.
    [6] Teilverstärkungsverfahrennach Anspruch 5, worin der Abstand der benachbarten ringförmigen konkavenoder konvexen Abschnitte ein- bis sechsmal so groß ist wieder Metallwerkstoff dick ist.
    [7] Teilverstärkungsverfahrennach einem der Ansprüche5 oder 6, worin der Querschnitt des ringförmigen konvexen Abschnittsund des ringförmigen konkavenAbschnitts aus einem Bogen besteht, dessen Radius dem Ein- bis Sechsfachender Dicke des Metallwerkstoffs entspricht.
    [8] Teilverstärkungsverfahrennach einem der Ansprüche1 bis 4, worin sowohl der vordere Stempel aus auch der hintere Stempel,die im ersten Schritt verwendet werden, eine Preßfläche aufweisen, auf der mehreredivergente konvex-konkave Abschnitte ausgebildet sind, die von derAchse aus divergieren.
    [9] Teilverstärkungsverfahrennach Anspruch 8,worin der Winkel, der von benachbarten konvexen Abschnittendefiniert ist, 10 bis 30 Grad beträgt.
    [10] Teilverstärkungsverfahrennach einem der Ansprüche8 oder 9, worin der Winkel, der von dem konvexen Abschnitt an derVorderseite und dem konvexen Abschnitt an der Rückseite definiert ist, kleiner als30 Grad ist.
    [11] Teilverstärkungsverfahrenfür einenMetallwerkstoff, um einen Teil des Metallwerkstoffs zu verstärken, gekennzeichnetdurch: einen ersten Preßschritt,der eine plastische Verformung durch den plastischen Fluß des Metallwerkstoffsauf der Vorderseite oder der Rückseitedes zu verstärkendenTeils erzeugt, um eine konvex-konkave Vorderseite oder eine konvex-konkaveRückseite zubilden; und einen zweiten Preßschritt, der eine weitereplastische Verformung durch den plastischen Fluß auf der konvex-konkaven Vorderseiteoder der konvex-konkaven Rückseiteerzeugt, um eine plane Vorderseite oder eine plane Rückseitezu bilden.
    [12] Teilverstärkungsvorrichtungfür einenMetallwerkstoff, um einen Teil des Metallwerkstoffs zu verstärken, gekennzeichnetdurch: einen vorderen Stempel und einen hinteren Stempel, diedas Metallwerkstückeinklemmen und pressen; und eine Rotationseinrichtung, um denvorderen Stempel und den hinteren Stempel jeweils um ihre Achsenzu drehen.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JP4032304B2|2008-01-16|
    DE102004013094B4|2006-09-14|
    US20040211235A1|2004-10-28|
    JP2004276078A|2004-10-07|
    US7240529B2|2007-07-10|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-10-21| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-03-08| 8364| No opposition during term of opposition|
    2012-12-13| R084| Declaration of willingness to licence|
    2017-10-03| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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