精整挤压加工产生的汽车制造用的空心型材构件的方法和模具与流程

本发明涉及一种用于精整通过挤压加工产生的汽车制造用的空心型材构件的方法和模具。

本发明另外涉及一种汽车制造用的空心型材构件的制造方法。

背景技术：

在汽车或车辆制造中所使用的空心型材或空腔型材能够通过挤压加工制造。挤压加工的制造方式尤其适用于铝制型材。但挤压加工的空心型材自然具有尺寸和形状偏差，为了遵从进一步加工前的误差要求，需要精整工序或精整过程。

ep1534443b1描述了例如在pkw制造领域中用于以挤压加工型材、尤其是铝制造结构件的方法。为了在降低成本的同时在型材截面尺寸方面实现极高的精度而提出将刚从热的坯料/棒材(strang)中分离的挤压加工型材在仍含有热量的情况下引入到热成形工序中。该热成形工序尤其被设计成内高压成形(ihu)、锻造或压印并且还能够包括精整步骤。

us9,370811b2描述的是精整用于车辆制造的挤压加工的直管。该挤压加工的管为此以小的间隙布置在拉伸精整模具的模腔中。在端部上设有夹子用于在纵向方向上在例如1％和4％之间拉伸该管并且同时进行方向精整，从而减少或消除扭曲和其他变形。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出另一种可能的方法来精整挤压加工的空心型材构件，该方法不具有现有技术所具有的至少一个缺陷或至少减小了现有技术所具有的缺陷。

通过带有权利要求1的特征的根据本发明的方法以及带有从属权利要求的特征的根据本发明的冲压模具(装置)来实现上述目的。根据另外的并列的权利要求，本发明还涉及一种汽车制造用的空心型材构件的制造方法。本发明的进一步的改进方案和实施方式对于所有发明主题都类似地从从属权利要求、下文的说明书以及附图中的得出。

本发明的方法至少包括以下步骤：

-将(待精整的)空心型材构件放置到打开的冲压模具的模腔中并且关闭冲压模具，从而优选地使得空心型材构件在除其敞开的型材末端外的至少一个端部区域处被容纳在模腔内，并且使得空心型材构件除了该敞开的型材末端外尤其是被完全地容纳在模腔之内；

-将可扩张的或可膨大的芯轴插入或塞入到空心型材构件的(两个)敞开的型材末端中；

-通过同时从外部以及内部施加压力或施力来精整空心型材构件；

-将可扩张的芯轴退回或退出，打开冲压模具并且取出(已精整的)空心型材构件。

冲压模具的关闭和可扩张的芯轴的插入能够相继地或基本上同时地进行。可扩张的芯轴的退回以及冲压模具的打开也能够相继地或基本上同时地进行。尤其能够通过冲压模具的、尤其是本发明的冲压模具的构成模腔的模具部分来从外部施加力，而从内部施加力能够通过可扩张的芯轴进行。

空心型材构件或空腔型材构件在本发明中是管式构件，该管式构件被设计用于机动车中的安装，例如作为车身结构构件或作为底盘构件，并且具有至少一个在纵向或轴向方向上延伸的空心腔(单腔或多腔式型材)。空心型材构件通过挤压加工制造成形并且尤其是与挤压加工的挤压坯料相分离的、带有预设的轴向长度的坯料段(strangstück)。

可扩张的芯轴是一种芯轴式装置，能够插入到空心型材构件的内部中并且能够横向地、尤其是垂直于插入方向扩张。这种芯轴由此具有至少两种可逆的形态，即具有横截面未膨大的的第一形态(芯轴在此形态下能够被插入到空心型材中)和具有横截面膨大的第二形态(用于在插入之后在内部施加压力或力)。芯轴尤其被构造成多部分的(参见下文)并且由此也被称为芯轴组。所使用的芯轴或芯轴组能够被不同地构造。

精整指的是完全或尽可能地克服尺寸和形状偏差的精整过程(精整工序)，其中通过施加成形力来改造空心型材构件使其最终具有安装所需的误差。

通过本发明能够获得具有很小形状误差的非常良好的精整结果(尺寸偏差<0.5mm)。另外本发明能够实现短的周期时间并且除ihu-精整外不使用作用介质。另外，本发明不仅适用于直的空心型材构件，还适用于弯曲的或拱形的空心型材构件。本发明还具有其他优点。

优选地机械地通过双倍或双重的楔形滑块机构操作(两个)可扩张的芯轴。尤其是设置利用第一楔形件扩张芯轴，其中利用第二楔形件操作第一楔形件。下文将对其进一步进行阐述。

在可扩张的芯轴的相应的构造形式中，能够沿着空心型材构件的整个轴向长度对空心型材构件进行精整。同样能够仅局部地在末端区域中(或同样能够仅在末端区域之一中)对空心型材构件进行精整，这也被称为局部校准或局部精整。这些末端区域优选地具有50mm至150mm(以敞开的型材末端为起点)且尤其是约为100mm的轴向长度。末端区域的精整对于例如铸造结连接而言完全够用。另外，在弯曲的或拱形的空心型材构件中也能够实现末端区域的精整。由于芯轴移动较小还能够缩短周期时间。

在精整过程中还能够在空心型材构件中，尤其是在至少一个末端区域中形成至少一个功能性几何结构。功能性几何结构例如是局部的加固槽或用于接合元件的局部的凹槽或压槽。

另外可以规定，在对空心型材构件的横截面进行精整时，同样仅在末端区域中以缩放系数<1来进行缩放。由此意味着整个横截面被缩小。但也可仅在冲压模具的关闭方向上(构件高度方向)或横向于关闭方向(构件宽度方向)进行缩放。优选地使用0.99至0.95的缩放系数，其中尤其是在构件高度方向和/或构件宽度方向上实现至少1.0mm的缩小。根据缩放(缩小)，空心型材构件在精整过程中进行塑性变形，其中克服或至少减小了尺寸和形状偏差。能够借助模拟虚拟地计算出最优的缩放系数。

空心型材构件优选地由(挤压加工的)铝构成。作为材料优选地使用由6000系合金组(铝-镁-硅合金)构成的铝合金，尤其是能够通过热疏散(热硬化或热疏散地)转化成形态t6。本发明自然也能够在已经冷硬化的形态(t4)或热硬化的形态(t6)中实现精整。

本发明的冲压模具能够同时从外部和内部向待精整的空心型材构件施加力。为此本发明的压模配备有：

-模具下部(例如底模)和模具上部(例如顶模或冲模)，其中这些模具部分彼此是可相对移动的并且包括(至少)一个模腔用于容纳空心型材构件；

-两个可扩张或可膨大的芯轴，这两个芯轴尤其是在空心型材构件的纵向方向上能够插入到容纳在模腔中的空心型材构件的敞开的型材末端中并且随后尤其是能够横向于纵向方向扩张或膨大。

与上文的阐述类似，本发明的冲压模具能够被设置和构造成仅对空心型材构件的末端区域或至少一个末端区域进行精整。

本发明的冲压模具尤其被装配在常见的成形冲压机或类似的装置之中(冲压相关的模具设备)，其中模具下部被布置在模压台上并且模具上部被固定在冲压杆上。模具下部优选地被构造为成型模，尤其带有槽状的模腔而模具上部被构造为冲模。

模腔能够被构造成使空心型材构件的末端区域中的至少一个、优选两个末端区域完全被模腔壁所包围地容纳在模腔中并且模腔尤其是能够完全地容纳空心型材构件，但其中敞开的末端被保留成可供可扩张的芯轴操作。

每个可扩张的芯轴均能够具有至少两个压板(backe)，这两个压板能够借助被布置成能够在压板间移动的第一楔形件被挤压分开。优选地能够借助第二楔形件操作被布置成能够在压板之间移动的第一楔形件(双重楔形滑块机构)。

用于制造汽车制造用的空心型材构件的第一种方法包括以下步骤：

-通过挤压坯料的挤压加工以及(直接在挤压加工过程中)可能地成形(例如弯曲)制造或产生空心型材，其中空心型材尤其是由铝构成，其在温度>500℃的条件下挤压加工并且随后受到淬火(由此可能出现尺寸和形状偏差)；

-通过从挤压加工的空心型材或挤压坯料分离(或锯掉)坯料段(也可以先由挤压坯料形成半成品然后再从中分离出坯料段)产生空心型材构件；

-有可能对空心型材构件或坯料段进行成形(例如弯曲或内高压成形)；

-利用本发明的方法和/或本发明的冲压模具对空心型材构件或坯料段进行精整，包括任选形成至少一个功能性几何结构；

-有可能对空心型材构件或坯料段进行机械加工(例如，切边、铣切、冲孔、磨削等)；

-若需要的话，热硬化(热疏散)精整过的空心型材构件(由此尤其实现形态t6)。

用于尤其经济地制造汽车制造用的空心型材构件的第二种方法包括以下步骤：

-通过挤压坯料的挤压加工和(直接在挤压加工过程中)有可能进行的成形(例如弯曲)制造或产生尤其是由铝构成的空心型材；

-通过从挤压加工的空心型材或挤压坯料分离(例如锯掉)坯料段(也可以先由挤压坯料形成半成品然后从中分离坯料段)而产生空心型材构件；

-有可能对空心型材构件或坯料段进行成形(例如弯曲或内高压成形)和/或进行预精整(若需要的话，也可以利用ihu)；

-热硬化(热疏散)空心型材构件或坯料段(由此尤其实现形态t6)；

-利用本发明的方法和/或本发明的冲压模具精整经过热硬化或热疏散的空心型材构件或坯料段，包括任选地形成至少一个功能性几何结构；

-有可能还对经过热硬化的空心型材构件或坯料段进行机械加工(例如，切边、铣切、冲孔、磨削等)。

在第二种方法中，并非如通常那样在制造过程的末尾进行热疏散，由此另外具有成本优势。第二种方法尤其适用于价格低廉地制造直的空心型材构件。

以这种方式制造的空心型材构件能够例如，作为纵梁、门槛、支柱或类似物被装配在待制造或待修理的汽车或机动车辆中。

下面借助附图更详尽地阐述本发明。在附图中展示的和/或下面中阐述的特征可以是本发明的与特定的特征组合无关的普通特征并且能够相应地进一步构成本发明。

附图说明

图1示出了空心型材构件的透视图；

图2以透视图示意性地示出了图1中的空心型材构件的精整。

具体实施方式

图1中所示的空心型材构件100由挤压加工的铝制矩形型材构成。空心型材构件100能够具有例如1000mm的轴向长度并且作为纵梁或横梁被装配在汽车中，例如作为车身空间框架结构的组成部分。基于挤压加工的制造方式，空心型材构件100可能具有例如扭转或弯曲形式的尺寸和形状偏差，由此需要在装配之前，尤其是鉴于所使用的接合技术进行精整。

图2示出的是本发明的用于精整空心型材构件100的冲压模具200。装入在成形冲压机中的冲压模具200包括构造为成型模的模具下部210，图中仅示出了该模具下部的作用面，以及被构造成冲模的模具上部220，该模具上部同样也仅示出其作用面。成型模210和冲模220的结构设计均在本领域技术人员的已知范围内。冲压模具200还另外具有两个可扩张的芯轴或芯轴组230和240。

为了进行精整，空心型材构件100，如图2所示，被放置到冲压模具200的成型模210中。通过降下冲模220来闭合冲压模具220，从而将除了其敞开的型材末端130和140以外的空心型材构件100完全地包围在模具腔内。可扩张的芯轴230和240被插入到空心型材构件100的敞开的型材末端130和140中。通过借助冲模220从外部施加力并且同时借助可扩张的芯轴230和240从内部施加力(芯轴为此而膨大)，空心型材构件100在其由芯轴230和240的插入长度(例如100mm)而定的两个末端区域110和120中受到精整。由此还能够形成功能性几何结构150和160。精整以及功能性几何结构150和160的形成在冲压行程内的冷却状态下进行。在可扩张的芯轴230和240复位至未膨大的形态中并且从空心型材构件100中退出之后，冲压模具200被打开并且已精整的空心型材构件100被取出且进行进一步的加工。

模具下部210和模具上部220在一定程度上构成了用于施加外部成形力的外模具并且两个可扩张的芯轴230和240在一定程度上构成了用于同时施加内部成形力的内模具。外模具210/220和内模具230/240以能够形成空心型材构件100的期望几何结构的方式相互匹配。外模具210/220的内横截面和内模具230/240的外横截面例如这样相互匹配，从而在插入的膨大的内模具230/240与外模具210/220之间的相应空腔与空心型材构件100的相应期望轮廓相符。

芯轴230和240分别具有两个芯轴压板231和232以及241和242，这些压板在此被构造成上面的和下面的芯轴压板231/232或241/242并且借助被布置成能够在压板间在纵向或轴向方向上移动的第一楔形件235或245能够与空心型材构件100的纵向或轴向方向横向地被挤压分开。借助尤其是与模具上部220或冲压杆相连的第二楔形件250和260通过外置的斜面236和246来操作第一楔形件235和245。双重的楔形滑块机构能够非常好地调整力和位移的传导，从而使得冲压模具200能够在成形冲压过程中使用更小的冲压力。压板和楔形件优选地由钢材，尤其是硬化的钢材制成。“复位”能够借助未示出的弹簧元件来实现。