Verfahren zum Herstellen eines Formteils und Formteil Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formteils und ein Formteil.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, bei dem durch Plattieren eine Materialfolge im Formteil gezielt zusammengestellt wird. Dabei sorgt das Plattieren typischerweise dafür, dass eine erste Lage bzw. ein Grundkörper von mindestens einer zweiten Lage aus einem anderen Material überdeckt wird, indem durch ein mechanisches Einwirken, beispielswiese durch ein Walzen, ein stoffschlüssiger Verbund zwischen der ersten und der mindestens zweiten Lage erzeugt wird. Damit wird regelmäßig beabsichtigt, einen Grundkörper mit einem gegenüber dem Grundkörper wertigeren Material zu überdecken oder - wie es beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2012 100 278 A1 offenbart ist - im gefertigten Formteil einen Materialverlauf mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften zu erzeugen. Dabei wird das Formteil aus einem Band, bei dem im Vorfeld durch ein aufwendiges Plattieren von Brammen und Warmwalzen der gewünschte stoffschlüssige Verbund zwischen der ersten und der zweiten Lage erzeugt wurde, so bearbeitet, dass der gewünschte Materialverlauf im gefertigten Formteil zu Tage tritt.

Offenbarung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Herstellung von Formteilen bestehend aus mehreren Lagen vereinfacht und insbesondere individualisiert wird.

Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines Formteils aufweisend die folgenden Verfahrensschritte:

— Bereitstellen einer ersten Lage aus einem ersten Blechmaterial und mindestens einer zweiten Lage aus einem zweiten Blechmaterial,

— Bilden eines vorläufigen Verbunds umfassend die erste Lage und die mindestens zweite Lage

— Plattieren des vorläufigen Verbunds

— Umformung des vorläufigen Verbunds zum Formteil mittels eines Drückwalz-, Drück- oder Tiefziehverfahrens,

wobei das Plattieren vor oder während der Umformung realisiert wird.

Gegenüber dem Stand der Technik werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren das Plattieren und die Umformung von Blechmaterialien in einem gemeinsamen Arbeitsschritt oder alternativ ein Plattieren von Blechmaterialien, ohne den aufwendigen Warmwalzprozess von Brammen durchführen zu müssen, und einer separaten Umformung durchgeführt. Dadurch wird eine Fertigung des Formteils nicht nur beschleunigt, sondern das Formteil lässt sich ohne weiteres einfacher individualisieren. Schließlich ist man nicht auf die im Coil vorgegebenen Anordnungen bzw. Dickenverhältnisse der dort verwendeten ersten und mindestens zweiten Lage angewiesen. Stattdessen können je nach Zielvorgabe für das gewünschte Formteil die erste Lage und mindestens zweite Lage aus Blechmaterialien, beispielsweise in Hinblick auf ihre Dicke, entsprechend individuell bereitgestellt werden.

Vorzugsweise wird die Umformung durch ein Projizieren, Drückwalzen und/oder Drücken realisiert. Beispielsweise wird durch die Umformung beispielsweise eine Nabe für das gefertigte Bauteil realisiert. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass im vorläufigen Verbund die erste und die mindestens zweite Lage aus Blechmaterialien aneinander bzw. übereinander liegen, ohne dass eine vergleichsweise großflächige stoffschlüssige Verbindung vorliegt. Dabei ist es vorstellbar, dass die erste und/oder die mindestens zweite Lage aus Blechmaterialien derart umgeformt werden, dass zusätzlich zur stoffschlüssigen Verbindung bei der Umformung ein Formschluss zwischen der ersten und der zweiten Lage realisiert wird. Insbesondere ist es vorgesehen, dass Umformung und Plattieren in einem gemeinsamen, vorzugsweise separaten, Arbeitsschritt simultan durchgeführt werden. Alternativ wird vor der Umformung durch ein Tiefziehen, Projizieren, Drückwalzen und/oder Drücken, eine erste und mindestens zweite Lage aus Blechmaterialien aneinander bzw. übereinander gelegt, welche stoffschlüssig durch Plattieren miteinander verbunden werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Lage und/oder die mindestens zweite Lage aus Blechmaterialien zum Plattieren erwärmt werden. Es ist auch vorstellbar, dass das Plattieren ohne vorheriges Erwärmen, d. h. kalt, durchgeführt wird. Weiterhin ist es denkbar, dass die erste und/oder mindestens zweite Lage aus Blechmaterialien gezielt in bestimmten Bereichen erwärmt wird. Durch das Erwär- men lassen sich in vorteilhafter Weise Umformung und Plattieren oder nur das Plattieren vereinfachen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass ein zu einer Symmetrieachse vollständig rotationssymmetrisches Formteil geformt wird. Es ist auch denkbar, dass nur ein Teilbereich des Formteils einen rotationssymmetrischen Bereich aufweist. Weiterhin ist es vorstellbar, dass ein nicht-rotationssymmetrisches Formteil durch ein Unrunddrücken geformt wird. Beim Unrunddrücken wird beispielsweise durch eine kraft- oder weggesteuerte Drückrollenzustellung ein nicht-rotationssymmetrisches Formteil realisiert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass beim Drückverfahren ein Drückkörper, beispielsweis eine Drückrolle, verwendet wird, wobei der Drückkörper beim Drückverfahren parallel und/oder senkrecht zur geplanten Symmetrieachse bewegt wird. Insbesondere liegt der Druckkörper bei der Umformung am vorläufigen Verbund an, wobei durch die Bewegung des Druckkörpers die zur Bildung des geplanten Formteils maßgebliche Umformung realisiert wird. Vorzugsweise wird die erste und/oder mindestens zweite Lage aus Blechmaterialien von mehreren, beispielsweise einander gegenüberliegenden, Druckkörpern realisiert. Zum Beispiel weist der Druckkörper einen diskus- förmigen Grundkörper auf, dessen Abschlusskante beim Drückverfahren mit der ersten und/oder mindestens zweiten Lage aus Blechmaterialien in Kontakt tritt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass ein vom ersten Blechmaterial verschiedenes zweites Blechmaterial verwendet wird, wobei insbesondere als erstes Blechmaterial und mindestens zweites Blechmaterial ein Eisenwerkstoff verwendet wird oder wobei als erstes Blechmaterial und als zweites Blechmaterial ein Nicht- Eisenwerkstoff verwendet wird. Dabei ist es vorstellbar, dass sich der als zweites Blechmaterial verwendete Eisenwerkstoff von dem als erstes Blechmaterial verwendeten Eisenwerkstoff in Hinblick auf physikalische Eigenschaften, beispielswiese Duktilität, Härte oder Formbarkeit unterscheidet. Beispielsweise unterscheiden sich das erste Blechmaterial und das mindestens zweite Blechmaterial in Hinblick auf einen Kohlenstoffgehalt. Vorzugweise weist die erste Lage des Blechmaterials einen Eisenwerkstoff mit einem Kohlenstoffanteil von mehr als 0,1 %-Gewichtsprozent, bevorzugt von mehr als 0,25 %-Gewichtsprozent und besonders bevorzugt von etwa 0,5 %-Gewichtsprozent auf. Dadurch lässt sich ein Formteil realisieren, dessen beispielsweise innenliegende Blechmaterialzusammensetzung für eine vergleichsweise hohe Härte sorgt, während die außenliegende Blechmaterialzusammenset- zung im Vergleich zur innenliegenden Blechmaterialzusammensetzung geringeren Kohlenstoffanteil aufweist und dadurch eine höhere Duktilität bereitstellen kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass

— die erste Lage einen Eisenwerkstoff und die mindestens zweite Lage einen Nicht-Eisenwerkstoff oder

— die erste Lage einen Nicht-Eisenwerkstoff und die mindestens zweite Lage einen Eisenwerkstoff aufweist. Dadurch lässt sich das Spektrum potentieller Blechmaterialzusammensetzungen im gefertigten Formteil in vorteilhafter Weise erweitern.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die erste und die mindestens zweite Lage aus Blechmaterialien zum Plattieren und ggf. Umformen fixiert werden. Dazu werden die erste und/oder die mindestens zweite Lage beispielsweise in eine Vorrichtung eingespannt und/oder die Lagen werden aneinandergedrückt. Auf diese Weise wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die erste und/oder die zweite Lage während des Plattierens und ggf. Umformens nicht verrutschen. Vorzugsweise wird ein Widerlager bzw. Niederhalter zur Fixierung der ersten und/oder mindestens zweiten Lage aus Blechmaterialien verwendet. Es ist auch denkbar, dass die erste Lage und die mindestens zweite Lage beispielsweise durch ein Anschweißen oder Zusammenklemmen zur Bildung des vorläufigen Verbunds für Transport- und Positionierzwecke zueinander fixiert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der vorläufige Verbund in einer Matrize angeordnet wird. Vorzugsweise umfasst die Matrize einen Aufnahmebereich, innerhalb dem der vorläufige Verbund zum Plattieren und ggf. zumindest teilweise zur Umformung angeordnet wird. Insbesondere ist die Matrize derart gestaltet, dass sie einem seitlichen Versatz des vorläufigen Verbunds bei der Bearbeitung entgegenwirkt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der vorläufige Verbund mittels eines Federelements in die Matrize eingespannt wird. Mittels der Federn lässt sich in vorteilhafter Weise für eine Fixierung sorgen. Dabei ist eine Federkraft des Federelements auf den Aufnahmebereich der Matrize gerichtet. Vorzugsweise umfasst die Matrize mehrere Federelemente, die derart angeordnet und/oder konfiguriert sind, dass der vorläufige Verbund innerhalb der Matrize innerhalb der Aufnahme durch die Federelemente zentralisiert wird. Mittels der Federelemente lässt sich zusätzlich für ein Nach- rücken bzw. Nachsetzen der nicht plattierten und ggf. nicht umgeformten Teile des Verbund sorgen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der vorläufige Verbund zum Plattieren und ggf. zur Umformung in einen zumindest teilweise konturierten Aufnahmebereich der Matrize angeordnet wird. Beispielsweise umfasst die Aufnahme einen konturierten Bodenbereich, um in vorteilhafter Weise für eine bessere Verzahnung beim Plattieren und ggf. Umformen zu sorgen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der vorläufige Verbund für das Plattieren und die Umformung auf einem formbestimmenden Werkzeugkörper, beispielsweise einer Ronde, angeordnet wird. Beispielsweise legt eine Außenkontur des formbestimmenden Werkzeugkörpers die Form einer Ausstülpung oder eines Hohlraums im gefertigten Formteil fest. Vorzugsweise wird der vorläufige Verbund mittels der Druckkörper gegen eine Außenseite des formbestimmenden Werkzeugkörpers angedrückt, bis das geplante Formteil geformt ist. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der vorläufige Verbund zwischen dem formbestimmenden Werkzeugkörper und einem Widerlager bzw. Niederhalter angeordnet ist, wobei der formbestimmende Werkzeugkörper und/oder das Widerlager bzw. der Niederhalter derart kraftbeaufschlagt sind, dass sie für eine Fixierung des vorläufigen Verbunds sorgen.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Formteil gefertigt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei die erste Lage als Blechmaterial einen Eisenwerkstoff mit einem Kohlenstoffanteil von mehr als 0,1 %-Gewichtsprozent, bevorzugt von mehr als 0,25 %- Gewichtsprozent und besonders bevorzugt von im Wesentlichen 0,5 % -Gewichtsprozent aufweist.

Gegenüber den Formteilen aus dem Stand der Technik lässt sich in vorteilhafter Weise mit dem erhöhten Kohlenstoffanteil für eine vergleichsweise hohe Härte des gefertigten Formteils sorgen. Vorzugsweise kann durch die Wahl der mindestens zweiten Lage mit einem niedrigeren Kohlenstoffanteil gegenüber der ersten Lage eine höhere Duktilität im gefertigten Formteil, insbesondere an dessen Außenseite, realisiert werden. Denkbar ist dabei, dass das gefertigte Formteil einen Hohlkörper aufweist, dessen Innenseite zumindest teilweise die erste Lage aufweist.

Die Erfindung ist nicht auf zwei Lagen aus Blechmaterialien beschränkt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Formteil ein Gelenkkopf ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.

Kurze Beschreibung der Figuren

Die Figur 1 zeigt eine Matrize geeignet für ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Figuren 2 a bis d zeigen schematisch in aufeinanderfolgenden Momentaufnahmen das Verfahren zur Herstellung eines Formteils gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Figuren 3 a bis e zeigen schematisch in aufeinanderfolgenden Momentaufnahmen ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

In Figur 1 ist eine Matrize 10 geeignet für ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei handelt es sich insbesondere um ein Verfahren, bei dem eine erste Lage 1 aus einem ersten Blechmaterial mit einer zweiten Lage 2 aus einem zweiten Blechmaterial plattiert, d. h. durch mechanisches Einwirken eine stoffschlüssige Überdeckung der ersten Lage 1 mit der zweiten Lage 2 erzeugt wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem zweiten Blechmaterial um ein solches, das edler bzw. wertiger ist als das erste Blechmaterial, oder es soll ein Formteil realisiert werden, das in unterschiedlichen Ebenen verschiedene physikalische Eigenschaften hat. Zur Herstellung des aus der ersten Lage 1 und der zweiten Lage 2 beste- henden Formteils ist es vorgesehen, dass zunächst das Plattieren, insbesondere ein das Plattieren begleitendes stoffschlüssiges Verbinden der ersten und der zweiten Lage 1 und 2, zusammen zu einem Verbund, in einem ersten Arbeitsschritt erfolgt. Hier nicht dargestellt, jedoch dem Fachmann geläufig, erfolgt dann in einem zweiten, separaten Arbeitsschritt die Umformung des Verbundes, wobei es sich bei der Umformung um ein Drück- oder Tiefziehverfahren handelt, mit dem die Gestalt des Formteils realisiert wird. Dadurch kann in vorteilhafter Weise darauf verzichtet werden, durch ein aufwendiges Warmwalzen von übereinander gestapelten Brammen im Vorfeld zunächst ein Halbzeug zu erzeugen. Zum Fixieren der ersten Lage 1 und der zweiten Lage 2 aus Blechmaterialien beim Plattieren ist vorzugsweise die Matrize 10 vorgesehen, wobei die Matrize 10 einen Aufnahmebereich zur Aufnahme eines vorläufigen Verbunds bestehend aus der ersten Lage 1 und der zweiten Lage 2 aufweist. Insbesondere umfasst die Matrize 10 mehrere Federelemente 12, mit denen die erste Lage 1 und die zweite Lage 2 in die Matrize 10 eingespannt werden. Im in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Federelemente 12 umlaufend an einer Innenseite 1 1 ' des Aufnahmebereichs 1 1 , insbesondere in gleichen Abständen zueinander, angeordnet. Beispielsweise umfassen die Federelemente 12 jeweils zwei Springfedern 13, die an die Innenseite 1 1 ' des Aufnahmebereichs 1 1 angebunden sind. Das der ersten bzw. der zweiten Lage 1 bzw. 2 zugewandte Ende des Federelements 12 ist vorzugsweise an einen Krümmungsradius, der von den scheibenförmigen ersten und zweiten Lagen 1 und 2 vorgegeben wird, angepasst. Weiterhin ist es vorgesehen, dass ein Bodenbereich 1 1 " des Aufnahmebereichs 1 1 Konturen aufweist, um eine Verzahnung der zu plattierenden Lagen, welche auch mehr als zwei Lagen aus Blechmaterialien umfassen können, zu verbessern. Über geeignete und hier nicht dargestellte Mittel können eine oder beide Lagen vor dem Plattieren bei Bedarf erwärmt werden.

In den Figuren 2 a bis d ist schematisch in aufeinanderfolgenden Momentaufnahmen das Verfahren zur Herstellung eines Formteils gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Beispielsweise wird hierfür eine Matrize 10 verwendet, wie sie in Figur 1 illustriert ist. Zum Plattieren ist es hierbei vorgesehen, dass die scheibenförmige erste Lage 1 und die zweite Lage 2 übereinander innerhalb des Aufnahmebereichs 1 1 der Matrize 10 angeordnet werden. Dabei weisen die erste und die zweite Lage 1 und 2 denselben Durchmesser auf. Insbesondere werden die erste und die zweite Lage 1 und 2 deckungsgleich übereinandergelegt. Dabei ist es vorstellbar, dass die obere zweite Lage 2 bündig mit einer oberen Kante des Aufnahmebereichs 1 1 abschließt. Nachdem die erste und die zweite Lage 1 und 2 im Aufnahmebereich 1 1 platziert werden, wobei über geeignete und hier nicht dargestellte Mittel eine oder beide Lagen bei Bedarf erwärmt werden können, beginnt das gleichzeitige Umformen und Plattieren, indem zwei diskusförmige Drückkörper 20 auf die obere, hier zweite Lage 2, drücken und entlang einer im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Lagen bzw. einer zum Bodenbereich 1 " des Aufnahmebereichs 1 1 parallel verlaufenden Richtung bewegt werden. Insbesondere wird diese Bewegung solange wiederholt, bis sich die gewünschte Gestalt des zu fertigenden Formteils ergibt. Im vorliegenden Fall umfasst das gefertigte Formteil eine Nabe.

In den Figuren 3 a bis e ist schematisch in aufeinanderfolgenden Momentaufnahmen ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es ist hierbei vorgesehen, dass die erste Lage 1 und die zweite Lage 2 übereinanderliegend auf einer Ronde 31 , insbesondere auf einem Endstück einer Ronde 31 , aufgesetzt werden. Vorzugsweise verjüngt die Ronde 31 in Richtung des Endstücks, auf dem die erste Lage 1 und die zweite Lage 2 aufliegen. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Durchmesser der ersten Lage 1 bzw. der zweiten Lage 2 größer ist als ein maximaler Durchmesser der Ronde 31 . Dadurch stehen die auf der Ronde 31 aufgesetzte erste und zweite Lage 1 und 2 gegenüber einer Seitenfläche der Ronde 31 hervor. Zur Fixierung ist ein Niederhalter 32 vorgesehen, wobei der Niederhalter 32 in einer Fixierstellung auf die zweite Lage 2 einwirkt und so die erste Lage 1 und die zweite Lage 2 zusammenhält. Mittels des Niederhalters 32 werden die erste und die zweite Lage 1 und 2 vorzugsweise gemeinschaftlich fixiert. Über geeignete und hier nicht dargestellte Mittel können eine oder beide Lagen bei Bedarf erwärmt werden. Weiterhin ist es vorgesehen, dass mittels zweier, insbesondere diskusförmiger, Drückkörper 20 ein Drückwalzverfahrens durchgeführt wird, mit dem einerseits ein Plattieren und andererseits die Umformung bewirkt wird. Dabei werden die Druckkörper 20 entlang einer im Wesentlichen parallel zu einer Achse der Ronde bzw. entlang einem von einer Außenseite der Ronde vorgegebenen Verlauf bewegt, wobei die Ronde vollständig rotationssymmetrisch zur Achse ist. Durch das Drückwalzen wird insbesondere bewirkt, dass die erste und die zweite Lage 1 und 2 nach der Umformung gemeinschaftlich an einer Außenseite der Ronde 32 anliegen und so das gefertigte in Figur 3e gezeigte Formteil bereitgestellt wird. Bezugszeichenliste

1 erste Lage

2 zweite Lage

10 Matrize

11 Aufnahmebereich 11' Bodenbereich 11" Innenseite

12 Federelemente

13 Springfeder 20 Drückkörper

31 onde

32 Niederhalter