用于校准弯拱的金属空心室型材的方法与流程

本发明涉及一种用于校准弯拱的金属空心室型材(hohlkammerprofil)的方法。

背景技术：

当今，在汽车和机动车建造中，对于许多应用而言，将由铝或钢合金作为材料构成的型材(尤其是空心室型材)用于各类应用，譬如：机动车的马达载体(或前纵梁或者后纵梁)。因为由挤压成型工艺或挤出成型工艺或者在钢材料的情况下以及还有辊压成型工艺所制成的空心室型材(特别是壁厚、外部尺寸等)的制造误差相对较大，从而将这些单个部件相互耦合(或将其接合)的难度增大。由此，当今通过在时间和成本方面耗费地对接合区域进行切削加工或者以耗费更高的且关于所生产的构件特性方面存在弊端的方法(如液压成型法)来减少(或补偿)这些大的误差。在此，型材所需的加工余量还会导致更高的总重，这是因为所选择的壁厚必须要高于使用强度所需的壁厚。这在经济性和生态方面都是值得商榷的。

此外，ep1534443b1公开了一种用于在机动车建造领域中由铝挤压成型型材制造结构构件的方法。为了提高关于型材横截面的尺寸方面的准确性，该文献中建议：在温度得以维持的情况下在热改型工艺中(特别是借助于内高压改型法)在其敞开的型材端部区域中锻造或冲压仍热的挤压成型型材，用以关于型材横截面的准确性方面实现优化。这也是在经济性和生态方面都值得商榷的。

us9,370,811b2还公开了这样地校准用于车辆建造中的挤出成型管，使得挤出成型管被布置在校准工具的模腔中，其中，在端部上安装有钳子，这些钳子在纵长方向上拉伸所述管直至4％并在此进行相应的校准，在这种校准方式中，应当减少(或消除)扭曲和其它形变。但是，通过这种方式，型材的敞开的端部区域的型材横截面关于其匹配准确性方面无法在随后的接合中得到适配或者仅得到不充分的适配。

因此，所有已知的用于减少这类空心室型材(特别是弯拱的空心室型材)的误差的方法尚不令人满意，从而需要进一步的改善，以便使得这种空心室型材的外表面(或外壁)能够根据其未来的功能关于其误差方面实现过程可靠地制造。

技术实现要素：

因此，本发明的任务在于，提供一种用于制造弯拱的金属空心室型材的方法以及一种相应的空心室型材，其中，使得在所述空心室型材的制造过程中出现的误差(特别是在其整个外表面或外壁上)进一步得以减少或甚至消除。

该任务通过一种具有权利要求1所有特征的用于制造弯拱的金属空心室型材的方法解决。在从属权利要求中给出本发明有利的构造方案。

在此，根据本发明的用于制造弯拱的金属空心室型材的方法包括如下方法步骤：

a)提供金属空心室型材，该金属空心室型材具有两个敞开的端部区域，其中，所述空心室型材具有至少一个在其整个纵向伸展范围上延伸的空心室，

b)将所述空心室型材放入到敞开的挤压工具的模腔中，

c)将可扩张的内部工具在所述空心室型材的上述两个端部区域中导入到所述至少一个空心室中，其中，这些内部工具中的至少一个内部工具具有弯拱的成型区段，该成型区段沿着所述空心室型材的纵轴线延伸，

d)使布置在所述空心室型材的至少一个空心室中的可扩张的内部工具扩张(aufweiten)，

e)闭合所述挤压工具，

f)将这些内部工具的扩张进行恢复/还原(zurückführen)并将其从所述空心室型材的至少一个空心室中导出，

g)打开所述挤压工具，

h)将此时已校准的空心室型材取出。

在此，本发明的核心在于：被引入到挤压工具的模腔中的空心室型材是借助于扩张的内部芯轴和挤压工具来实现关于该空心型材的外表面(或外壁)的规模(或尺寸)方面的校准，所述内部芯轴基本上(或部分地)支撑在所述空心型材的内壁上，在此，在必要情况下，所述空心型材发生塑性变形，而所述挤压工具则促成所述空心型材在其闭合期间发生塑性变形。在此，所述空心型材(或其外部形状)在根据本发明的方法期间校准(或变形)到额定尺寸，而对该空心型材的结构特性(特别是关于其承载能力方面)没有消极影响。特别是不应超出材料(或构件)的物理极限和应用相关极限，譬如：最大拉伸比率或最大局部壁可变薄程度(wandausdünnungen)。

在将所述空心室型材放入到敞开的挤压工具的模腔中并将具有弯拱的成型区段的、至少一个可扩张的内部工具导入到所述至少一个空心室之后，这个弯拱的或者也可能是笔直的初始空心型材的外表面(或外壁)这样地变形：不仅使得上述两个端部区域的型材横截面具有明显更窄的误差带，其中，在所述误差带中调设这些外壁彼此的间距以及调设所需的角位置；而且也使得相应地调设出该空心型材的曲率。因此，所述空心型材的校准既在其端部区域中也关于其曲率方面得以实现。在采用笔直的初始空心型材的情况下，与校准的同时进行曲率的构建。

为此，闭合所述挤压工具，并从外部将力施加到所述空心室型材上，该力促成所述空心室型材的塑性变形，同时借助所述内部工具通过它们的扩张来将反作用力从内部施加到所述空心室型材中(或施加到单个空心室中)，该反作用力优选也促成塑性变形。

在此，这种校准过程在最简单的情况下可以通过呈相对彼此可移动的内部及外部工具形式的机械加工进行。在此，采用已经描述的且具有用于放入空心室型材的模腔的挤压工具作为外部工具，而采用譬如相应可扩张的芯轴(dorne)作为内部工具。将待校准的空心室型材在其原本通过挤压成型(strangpressen)、挤出成型(extrudieren)或辊压成型(rollformen)的制造过程以及相应地纵向切割之后放入到相应的挤压工具中，从而使得该挤压工具将所述空心室型材至少区段式地(有利完全地)包围。然后，将呈可扩张的芯轴形式的一个或多个内部工具至少区段式地引入到所述空心室型材中，从而使得至少所述空心室型材的外壁(或外表面)布置在这两种工具(内部及外部工具)之间。然后，通过相应的驱动器使得这两种工具相对彼此相向运动，其方式是，闭合所述挤压工具，并使呈芯轴形式的内部工具扩张。在此，所述空心室型材的一个或多个相应的壁区域(或外壁)发生塑性变形。

在此，优选采用多件式的楔形内部工具(譬如呈可扩张的芯轴的形式)，这些内部工具通过在型材纵长方向上的移位来促成所述空心室型材的端部区域的至少一个壁区段向外变形。在此特别优选地，这种机械式校准过程在所述挤压工具中进行，所述挤压工具作为外部工具并在闭合状态中限定出在校准之后所述空心室型材的端部区域的外部区域中的额定几何构型。在此，这种构造成芯轴的内部工具构造成精准制造的且可扩张的内部芯轴，借此使得在所述空心室型材的至少一个空心室的内部区域中所期望的额定几何构型能够在所述空心室型材的端部区域中制成。

如上所述，根据本发明的第一有利的构造方案，这种可扩张的内部工具的扩张是通过所述空心室型材超出该空心室型材的材料弹性极限的塑性变形进行。

根据本发明的一种优选的构造方案，为了校准所述空心室型材(或其外壁)而使该空心室型材发生塑性变形，这基本上仅在所述挤压工具闭合期间进行。

根据本发明的一种有利的构造方案，被用作内部工具的可扩张的芯轴是通过楔形移动机构(特别是通过双楔形移动机构)扩张。为此设置挤压驱动器，分别用于所述挤压工具的外部工具运动以及用于所述内部工具的楔形机构的扩张运动。

在此被证明有利的是，各内部工具具有弯拱的成型区域，其中，与这些成型区域相对置地构造有笔直的楔形区段，从而通过内部工具在扩张时的线性运动使得所述空心室型材弯拱或拉伸弯曲(streckgebogen)。在此，所述空心室型材实现0.5°至5°、特别是1°至3°的曲率。在此，呈所述挤压工具形式的外部工具同样具有相应的曲率。

为了使所述空心型材能够在其整个外表面上得到校准，被证明有利的是，将这些可扩张的内部工具导入到所述空心室型材的至少一个空心室内直到中间区域中。就此而言，这些内部工具也即用作阳模(patrize)，所述阳模是针对以其模腔作为阴模(matrize)构成的挤压工具，从而使得所述空心型材能够过程可靠地在其整个外表面进而也在其内表面上得到校准(或变形)。

在此，为了实现窄的误差带，有利的是：使布置在所述至少一个空心室中的可扩张的内部工具发生扩张是通过如下方式进行：在所述挤压工具闭合的情况下，该内部工具在所述空心室型材的相应空心室中在轴向上移动。特别是在使用楔形机构的情况下，这通过在轴向上推入中间芯轴(或撑开芯轴)进行，由此，在所述楔形机构内部以撑开(spreizung)的形式向上和向下分别约2mm至3mm扩张。在此，所述中间芯轴(或撑开芯轴)的插入深度可根据其形状发生1mm至10mm的改变。

当使用具有盒状型材横截面的空心室型材时，能够特别有利地使用根据本发明的方法。在此，待校准的外表面能够以平坦的壁的形式特别简单地得到校准，这是因为也无须给所述内部工具(或芯轴)以及还有所述挤压工具提供耗费高的特殊几何形式的校准工具。于是，所述内部工具(或芯轴)在其横截面方面同样具有简单的盒状几何构型。

在此还有利的是，所述内部工具已经也具有与所述空心型材的所期望的曲率相对应的曲率。通过这种方式，一方面实现所述空心型材方面特别好的校准结果。另一方面能够以简单的方式从弯拱的空心型材再次取出这类内部工具。

根据本发明的一种特别有利的构造方案，借助所述挤压工具以及借助所述可扩张的内部工具，在闭合所述挤压工具期间，将其它结构元素引入所述空心室型材，譬如：冲压部和凹边(sicken)或诸如此类。由此无需任何单独的方法步骤来设置这类结构元素。有利地，这类结构元素的设置仅以这样的深度进行，使得所述内部工具在其扩张恢复之后又能够从该空心室型材的空心室取出。

根据本发明的一种特别有利的构造方案设置的是，在校准的同时地，或者在时间上错开地，镦粗(gestaucht)和拉伸所述空心室型材。通过这种方式也实现所述空心室型材在其纵向延伸范围上的校准。

此外被证明有利的是，所述空心室型材是作为笔直的挤出成型的空心室型材在无需其它先前的预成型步骤的情况下被提供。

附图说明

本发明的其它目标、优势、特征和使用可能性由接下来的基于附图的实施例描述得出。在此，所有描述的和/或附图示出的特征本身或者以任意有意义的组合可构成本发明的主题，而独立于它们在权利要求或其引用中的总结。

附图示出：

图1：用于执行根据本发明的方法的挤压工具在校准空心室型材之前的透视图；

图2至图6：借助根据本发明的方法制成的不同的空心室型材的透视图。

具体实施方式

图1中示出了根据本发明的用于校准弯拱的金属空心室型材1的方法的方法步骤。为了执行这类校准，将所述空心室型材1放入到挤压工具7的模腔6中。在将所述空心室型材1放入到所述挤压工具7的模腔6后，向所述空心室型材1的两个端部区域2和3中的这些空心室4和5中导入同样轻微弯拱的内部工具8和9(或10和11)。在此，向端部区域2中的空心室4和5中导入这些内部工具8和9，而在端部区域3中导入这些内部工具10和11。这些内部工具8和9(或10和11)在当前情况下构造成高精准成型的可扩张的芯轴，这些芯轴可在这些空心室(5至10)内部扩张。为此，这些内部工具(或芯轴)具有楔形机构，借助这些楔形机构可实现这些内部工具(或芯轴)的扩张。在此，所有内部工具8,9,10和11推入到直至所述空心型材1的中间区域12。通过这些内部工具8,9,10和11的扩张，使得这些内部工具8,9,10和11的外周适配于所述空心室型材1(或其内轮廓)，而这些空心室(5至10)的内轮廓也适配于这些内部工具(或芯轴)(13至19)的外轮廓。在图3中未示出的在此扩张的状态中，这些内部工具8,9,10和11用作阳模，而该阳模是针对所述挤压工具7的构造成阴模的模腔6。

在这些内部工具8,9,10和11扩张之后，闭合所述挤压工具7，其中，所述空心室型材1的外壁由此在这些内部工具8,9,10和11的反压作用下发生塑性变形。总的来说，通过这种方式，整个空心型材在其外轮廓进而也在其内轮廓方面得到校准。

在图2至图6中以透视图示出了不同的借助根据本发明的方法制成的弯拱的空心室型材1。

在此，图2至图6的所有空心室型材1具有盒状型材横截面，并在其纵向延伸范围设有轻微的曲率k，所述曲率k在图2至图6中依据所述空心室型材1的两个棱角之间的辅助线h标明。所述曲率k处于0.5°至5°的范围内，这是作为所述辅助线h和该辅助线h与所述空心室型材1的一个棱角的交点中的弯拱的空心室壁处的切线t之间的角度来测得。最大曲率主要取决于所述空心室(以及可能待成型的局部结构元素)的数量和内部尺寸。所述空心室型材1的侧壁14和15在其端部上通过上壁16和下壁17相互连接。

在此，在图2至图4的实施例中，在所述空心室型材1内部分别布置由内壁13彼此分隔开的两个空心室4和5，其中，所述内壁13使所述上壁16与所述下壁17连接。这些空心室4和5在当前的实施例中具有一致的、盒状的、基本上矩形的横截面。

不同的是，图5和图6的空心室型材1构造成具有空心室4的单室型材。

这些空心室型材1在其纵向延伸范围上构造成具有中间区域12，各空心室型材1的相应端部区域2(或3)分别连接至所述中间区域12。在校准所述空心室型材期间，各内部工具在其扩张之前被推入直至该中间区域12中，从而使得这些内部工具用作阳模，该阳模是针对挤压工具的构造成阴模的模腔。

所述空心室型材1参照中间平面镜像对称地构造(不考虑可能引入的结构元素)，该中间平面平行于所述空心室型材1的上壁16和下壁17走向。这些空心室型材1在其开口附近的端部区域2和3中在必要情况下可具有接合区域，这些空心室型材1能够借助这些接合区域接合到其中应当使用这些空心室型材1的构件组中的相应构件上。

所述空心室型材1分别根据原材料的不同来借助挤压成型方法或辊压成型方式制成。在此，挤压成型适合用于制造由铝或铝合金构成的空心室型材，而辊压成型更适用于由各种钢构成的空心室型材。但对于所有这些空心室型材的制造方法而言相同之处在于，这些型材特别是在其端部区域中的制造误差相对较大，从而增加了接下来在它们应当被使用的构件组中的接合难度。因此，譬如在图2至图6中所示，空心室型材1还需要校准，借此使得它能够以简单的方式布置在这些构件组中并与其它构件接合，而使得所述空心室型材1中或所述构件组的其它构件中不会出现固有应力。

图2的空心型材1具有平坦的外壁，而图3至图6的空心型材1的上壁16中不同地布置有结构元素(例如这些结构元素在所述空心型材1的校准期间已经引入)，而无需为此进行单独的制造步骤。为此，仅须给图1的这些内部工具8,9,10和11以及所述挤压工具7的模腔6设置对应的轮廓面。

在此，图3的弯拱的空心型材在所述上壁16至这些侧壁14和15的过渡部处具有冲压面(或凹边)18形式的结构元素，这些结构元素延伸至所述空心型材1内部。

除了凹边18之外，图4的弯拱的空心型材还在所述上壁16上还具有两个孔19，这些孔19同样是在校准期间已经设置到所述空心型材1中。

图5的构造成单室空心型材的空心型材1虽然也在所述上壁16至这些侧壁14和15的过渡部处具有引入的凹边18。但是，在所述上壁16上额外地引入有向外指向的冲压面20。所述冲压面20能够同样是在校准期间已经被引入，其中，但上述塑性变形在这种情况下是通过内部工具的对应轮廓产生，该轮廓已将所述上壁16挤到所述挤压工具的模腔的空心空间中。

图6的构造成单室空心型材的空心型材1虽然也在所述上壁16至这些侧壁14和15的过渡部处具有引入的凹边18。但是，在所述上壁16上，额外地引入有孔21，该孔21具有向外指向的边缘凸缘22。该边缘凸缘22能够同样是在校准期间已经被引入，其中，但上述塑性变形在这种情况下是通过内部工具的对应轮廓产生，该轮廓已将所述上壁16挤到所述挤压工具的模腔的空心空间中。

附图标记列表

1空心室型材

2端部区域

3端部区域

4空心室

5空心室

6模腔

7挤压工具

8内部工具，芯轴

9内部工具，芯轴

10内部工具，芯轴

11内部工具，芯轴

12中间区域

13内壁

14侧壁

15侧壁

16上壁

17下壁

18凹边

19孔

20冲压面

21孔

22边缘凸缘

k曲率

h辅助线