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DE102007017414A1 - Method for producing a composite component - Google Patents

Method for producing a composite component Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, wobei ein Hohlprofil (5) mittels fluidischen Innenhochdrucks in eine Endform aufgeweitet wird und wobei das Hohlprofil (5) unter Bildung eines Spritzgusselementes (12) mit Spritzgießmaterial umspritzt wird. Um in einfacher Weise eine/n reproduzierbare/n hochgenaue/n Kontur und Querschnitt am Verbundbauteil bei gleichzeitiger Verringerung der Taktzeit im Herstellungsprozess zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass das Hohlprofil (5) während seiner Aufweitung, bei der am Hohlprofil (5) ein Ausbauchbereich (10) ausgeformt wird, im Ausbauchbereich (10) umspritzt wird.The invention relates to a method for producing a composite component, wherein a hollow profile (5) is expanded by means of fluidic internal high pressure into a final shape and wherein the hollow profile (5) is encapsulated with injection molding material to form an injection molding element (12). In order to easily enable a reproducible / highly precise contour and cross section on the composite component while simultaneously reducing the cycle time in the production process, it is proposed that the hollow profile (5) has a bulging area during its widening, while the hollow profile (5) (10) is molded, in the bulge region (10) is overmolded.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to a method for producing a composite component according to the preamble of claim 1.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE 100 14 332 C2 bekannt. Beim dort beschriebenen Verfahren wird ein vorgeformtes oder ungeformtes Hohlprofil in einen Formhohlraum eines Innenhochdruckumformwerkzeuges, im folgenden IHU-Werkzeug genannt, eingelegt und mit einem Druckfluid befüllt und unter Druck gesetzt. Beim Schließen des IHU-Werkzeugs wird das Hohlprofil an zumindest einer Stelle vom Werkzeug zusammengepresst, was das Hohlprofil veranlasst, sich an anderer Stelle aufzuweiten. Hierbei erhält das Hohlprofil bei Anlage an der Gravur des IHU-werkzeugs die gewünschte Form und Kontur. Anschließend wird über einen in das IHU-Werkzeug integrierten Einsatz eines Spritzgießwerkzeuges in eine nun offene, jedoch während des Umformprozesses geschlossene Kavität Spritzgießmaterial eingespritzt, welches das umgeformte Hohlprofil umschließt. Beim Erstarren des Materials bildet sich das Spritzgießelement aus, welches beim Erstarren einem Schrumpfprozess unterliegt und sich somit an das Hohlprofil anpresst. Das Verbundbauteil ist damit hergestellt. Das Verfahren findet zwar im selben Werkzeug statt, erfordert jedoch eine relativ lange Taktzeit. Des Weiteren ist die Kontur bzw. der Querschnitt des Verbundbauteils durch den ungleich ablaufenden Schrumpfprozess Fertigungstoleranzen unterworfen.A generic method is from the DE 100 14 332 C2 known. In the method described there, a preformed or unshaped hollow profile is inserted into a mold cavity of a hydroforming die, hereinafter referred to as hydroforming die, and filled with a pressurized fluid and pressurized. When closing the hydroforming tool, the hollow profile is compressed at least one point from the tool, which causes the hollow profile to expand elsewhere. Here, the hollow profile receives the desired shape and contour when applied to the engraving of the hydroforming tool. Subsequently, injection molding material is injected via an integrated into the hydroforming die insert an injection mold in a now open, but closed during the forming process cavity, which encloses the deformed hollow profile. Upon solidification of the material, the injection molding element is formed, which undergoes a shrinkage process during solidification and thus presses against the hollow profile. The composite component is made with it. Although the process takes place in the same tool, it requires a relatively long cycle time. Furthermore, the contour or the cross section of the composite component is subject to manufacturing tolerances due to the unevenly proceeding shrinking process.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend weiterzubilden, dass in einfacher Weise eine reproduzierbare hochgenaue Kontur und Querschnitt am Verbundbauteil bei gleichzeitiger Verringerung der Taktzeit im Herstellungsprozess ermöglicht wird.Of the Invention is based on the object, a generic To develop a method in such a way that in a simple way a reproducible high-precision contour and cross section on the composite component while reducing the cycle time in the manufacturing process is possible.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.The Task is according to the invention by the features of claim 1.

Dank der Erfindung laufen der Umformprozess mittels IHU und der Spritzgießprozess nicht wie aus dem Stand der Technik bekannt nacheinander sondern gleichzeitig oder mit einer Überlappungszeit ab. Dadurch wird die benötigte Zeit zur Herstellung des Verbundbauteils enorm verringert, was das Verfahren besonders wirtschaftlich macht. Weiterhin wird auf Schieber oder bewegbare Kerne verzichtet, die – wie üblich – die Spritzgießkavität während der Umformung abdecken, so dass auch hier apparativer zeitlicher Aufwand für die Herstellung des Verbundbauteils eingespart wird. Des Weiteren wird durch das sich aufweitende Hohlprofil das eingespritzte im schmelzförmigen oder teigigen Zustand befindliche Spritzgießmaterial an die Werkzeuggravur gedrückt, wodurch dieses hochexakt die Kontur der Gravur nachbildet. Das Anpressen läuft insbesondere in der Erstarrungsphase des Spritzgießmaterials dem Schrumpfprozess entgegen, so dass die Kontur wie auch der Querschnitt des Spritzgießelements in ihrer hochexakten Ausprägung verbleiben. Hierdurch wird eine exakte Reproduzierbarkeit des entstandenen Verbundbauteils bei jedem Herstellungsvorgang gewährleistet. Ein externes Nachdrücken des Spritzgießmaterials kann in verfahrensökonomischer Weise entfallen, da der Druck von dem sich aufweitenden Hohlprofil über das hochgespannte Druckfluid geliefert wird. Durch den Andruck wird das Spritzgießmaterial besonders kompakt und homogen, so dass dessen mechanische Eigenschaften vergleichmäßigt werden, was auf die Verlässlichkeit des Spritzgießelements und damit des Verbundbauteils im Betrieb positiven Einfluss hat. Es ist auf jeden Fall beim erfindungsgemäßen Herstellungsprozess darauf zu achten, dass der Umformdruck, das heißt der Aufweitfortschritt auf die vorbestimmte Einspritzmenge und damit auf die Füllgeschwindigkeit der Kavität durch das Spritzgießmaterial abgestimmt ist, so dass sich das Spritzgießelement in der gewünschten Weise ausbilden kann. Das Verfahren wirkt sich zudem bei dünnwandigen Hohlprofilwerkstoffen und/oder Hohlprofilwerkstoffen geringer Duktilität bzw. geringer Bruchdehnung vorteilhaft aus, da die Schmelzwärme des Spritzgießmaterials die Umformbarkeit des Hohlprofilwerkstoffes begünstigt. Hierdurch sind in speziellen Fällen auch höhere Umformgrade beim Aufweiten des Hohlprofils erzielbar. Weiterhin wird vorteilhafter Weise verhindert, dass der Spritzgießdruck das Hohlprofil unliebsam einformt und damit des Kontur verändert, da der Umformdruck gleichermaßen einen inneren Stützdruck für das Hohlprofil gegen den Spritzgießdruck bildet. Des Weiteren bietet die Erfindung den Vorteil, dass in einer einzigen Gravur zwei formende Verfahrensarten auf das Hohlprofil angewendet werden ohne dieses zur Ausführung des einen oder anderen Verfahrens umzulegen. Dies erspart ebenfalls Herstellungszeit und verhindert sonst auftretende Fertigungstoleranzen.thanks The invention involves the forming process by means of hydroforming and the injection molding process not sequentially but as known in the art simultaneously or with an overlap time. Thereby becomes the time required to produce the composite component enormously reduced, which makes the process particularly economical. Furthermore, it dispenses with slides or movable cores, which - as usual - the Injection molding cavity during forming cover, so that also here expenditure of time for the production of the composite component is saved. Furthermore is by the widening hollow profile, the injected in the melt or doughy state located injection molding material pressed the tool engraving, making this highly accurate the Contour of the engraving replicates. The pressing runs in particular in the solidification phase of the injection molding the shrinking process counter, so that the contour as well as the cross section of the injection molding remain in their highly precise form. This will be a exact reproducibility of the resulting composite component at each Guaranteed manufacturing process. An external reprinting of the injection molding material can be in procedural economic Way omitted because the pressure of the expanding hollow profile over the highly stressed pressure fluid is supplied. By the pressure is the injection molding material is particularly compact and homogeneous, so that its mechanical properties are equalized, what about the reliability of the injection molding element and thus the composite component has positive influence during operation. It is definitely in the manufacturing process of the invention to make sure that the forming pressure, that is the Aufweitfortschritt to the predetermined injection quantity and thus to the filling speed the cavity matched by the injection molding material is, so that the injection molding in the desired Can train way. The method also affects thin-walled Hollow profile materials and / or hollow profile materials low ductility or low elongation at break advantageous because the heat of fusion of the Injection molding the formability of the hollow profile material favors. This is in special cases also higher degrees of deformation when expanding the hollow profile achievable. Furthermore, it is advantageously prevented that the Injection molding the hollow profile unwelcome einformt and thus the contour changed, because the forming pressure alike an internal support pressure for the hollow profile against forms the injection molding pressure. Furthermore, the invention offers the advantage that in a single engraving two molding process types be applied to the hollow section without this for execution one or the other process. This also saves Manufacturing time and prevents otherwise occurring manufacturing tolerances.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 wird das Hohlprofil erst nach seiner Anlage an dem Gravurabschnitt, der an den Ausbauchbereich angrenzt, umspritzt. Hierdurch wird erreicht, dass das Spritzgießmaterial nicht zwischen das Hohlprofil und die Gravur in den Angrenzungsbereich gelangt, wodurch anderenfalls ein Teil der für die Ausbildung des Spritzgießelementes vorgesehenen Menge an Spritzgießmaterial gegebenenfalls unerwünscht verloren geht und daher das Spritzgießelement sich nicht richtig ausbilden kann. Weiterhin würde das Hohlprofil im Angrenzungsbereich nicht konturgerecht umgeformt werden, da das zwischen der Gravur und dem Hohlprofil liegende Spritzgießmaterial dies nicht zulässt. Der bei der zeitversetzten Umspritzung entstehende Zeitverlust in der gesamten Herstellung des Verbundbauteils ist jedoch unerheblich, da sich das Hohlprofil im Angrenzungsbereich aufgrund der geringen Distanz sehr schnell an die Gravur anlegt.In a preferred embodiment of the invention according to claim 2, the hollow profile is molded only after its attachment to the engraving section adjacent to the bulge region. This ensures that the injection molding material does not pass between the hollow profile and the engraving in the adjoining area, otherwise a portion of the intended for the formation of the injection molding of injection molding material may be undesirable lost and therefore the injection molding element can not form properly. Furthermore, the hollow profile in the adjoining area would not be reshaped contour-right, since the injection molding material lying between the engraving and the hollow profile does not permit this. However, the time lost in the time-delayed encapsulation in the entire production of the composite component is uner significant, because the hollow profile in the adjoining area due to the small distance very quickly applies to the engraving.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.following the invention with reference to an illustrated in the drawings Embodiment explained in more detail.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 in einem seitlichen Längsschnitt abschnittsweise ein in ein IHU-Werkzeug eingelegtes Hohlprofil vor der Umformung, 1 in a lateral longitudinal section, in sections, a hollow profile inserted in an hydroforming tool before forming,

2 in einem seitlichen Längsschnitt das Hohlprofil aus 1 in der Anfangsphase der Umformung und gleichzeitigen Umspritzung, 2 in a lateral longitudinal section of the hollow profile 1 in the initial phase of forming and simultaneous overmolding,

3 in einem seitlichen Längsschnitt das Hohlprofil aus 1 nach Umformung und Umspritzung. 3 in a lateral longitudinal section of the hollow profile 1 after forming and encapsulation.

In 1 ist ein IHU-Werkzeug 1 mit einem integrierten Spritzgießeinsatz 2 dargestellt, wobei das IHU-Werkzeug 1 und der Spritzgießeinsatz 2 eine gemeinsame Gravur 3 aufweisen, die einen Formraum 4 begrenzen. In diesen Formraum 4 ist ein Hohlprofil 5 eingelegt, das vorverformt, beispielsweise vorgebogen, oder auch unverformt sein kann. Die Gravur 3 weist an der Stelle des Spritzgießeinsatzes 2 eine Kavität 6 auf, in die Spritzgießkanäle 7 des Einsatzes 2 einmünden. Die Spritzgießkanäle 7 können in gravurabgewandter Richtung in einen einzigen Speisungskanal münden, so dass sich der Einsatz 2 nicht nur baulich vereinfacht sondern auch ein einheitlicher Spritzgießdruck in einfacher Weise aufgebaut werden kann. Weiterhin ist es denkbar, dass die Gravur mehrere Kavitäten aufweist, die vom gleichen Speisungskanal über mehrere Zweigkanäle beschickt werden können.In 1 is an hydroforming tool 1 with an integrated injection molding insert 2 shown, with the hydroforming tool 1 and the injection molding insert 2 a joint engraving 3 have a forming space 4 limit. In this form space 4 is a hollow profile 5 inserted, which can be pre-formed, for example, pre-bent, or even undeformed. The engraving 3 indicates at the location of the injection molding insert 2 a cavity 6 on, in the injection molding channels 7 of the insert 2 open out. The injection molding channels 7 can lead in a direction away from the engraving in a single feed channel, so that the use 2 not only structurally simplified but also a uniform Spritzgießdruck can be constructed in a simple manner. Furthermore, it is conceivable that the engraving has a plurality of cavities which can be charged by the same supply channel via a plurality of branch channels.

Zur Herstellung des Verbundbauteils wird das Hohlprofil 5 in die Gravur 3 des IHU-Werkzeugs 1 eingelegt, wonach dieses geschlossen wird. Das Hohlprofil 5 wird nun endseitig mittels zweier Axialstempel hochdruckdicht abgedichtet und über einen mit einer Fluidhochdruckanlage verbundenen in zumindest einem der Axialstempel verlaufenden Durchgangskanal mit einem Druckfluid befüllt. Das Hohlprofil 5 ist in diesem Zustand von der Gravur 3 außerhalb der Kavität 6 durch einen Spalt 8 beabstandet. Das Druckfluid wird nun gespannt, wodurch sich das Hohlprofil 5 aufweitet.To produce the composite component, the hollow profile 5 in the engraving 3 of the hydroforming tool 1 after which it is closed. The hollow profile 5 is now sealed high-pressure-tight end using two Axialstempel and filled via a connected to a fluid pressure system in at least one of the Axialstempel running through passage with a pressurized fluid. The hollow profile 5 is in this state from the engraving 3 outside the cavity 6 through a gap 8th spaced. The pressure fluid is now stretched, causing the hollow profile 5 expands.

Gemäß 2 legt sich während einer ersten Aufweitphase das Hohlprofil 5 an der Gravur 3 außerhalb der Kavität 6 unter Überbrückung des Spaltes 8 an und baucht sich in die Kavität 6 hinein. Der sich an diese Kavität 6 anschließende Abschnitt 9 der Gravur 3, der den oben erwähnten Angrenzungsbereich bildet, ist durch die anpressende Anlage der Hohlprofils 5 abgedichtet. Währenddessen sich das Hohlprofil 5 in die Kavität 6 hinein ausbaucht, wird über die Spritzgießkanäle 7 Spritzgießmaterial in die Kavität 6 eingespritzt, welches sich um das Hohlprofil 5 herum in dessen Ausbauchbereich 10, an den der Gravurabschnitt 9 grenzt, verteilt.According to 2 settles during a first Aufweitphase the hollow profile 5 at the engraving 3 outside the cavity 6 by bridging the gap 8th and bulges in the cavity 6 into it. The himself to this cavity 6 subsequent section 9 the engraving 3 , which forms the abutment area mentioned above, is due to the contact pressure of the hollow profile 5 sealed. Meanwhile, the hollow profile 5 into the cavity 6 bulging in, is via the injection molding channels 7 Injection molding material into the cavity 6 injected, which is around the hollow profile 5 around in its bulge area 10 , to the engraving section 9 borders, distributed.

In der zweiten sich an die erste Aufweitphase kontinuierlich anschließende Aufweitphase wird das Hohlprofil 5 gemäß 3 in seine Endform gebracht. Das Spritzgießmaterial füllt den zwischen dem fertig aufgeweiteten Hohlprofil 5 und der Kavität 6 verbliebenen Zwischenraum 11 gänzlich aus und formt sich an der Kontur der Kavität 6 unter Anpressen mittels des unter weiterhin fluidischem Innenhochdruck stehenden Hohlprofils 5 ab. Das Spritzgießmaterial erkaltet und erstarrt in der Folge, stetig in Anlage an der Kavitätskontur und bildet ein Spritzgießelement 12 aus. Hierbei wird das Schrumpfen des Kunststoffmaterials kompensiert. Das damit entstandene Verbundbauteil, das aus dem umgeformten und umspritzten Hohlprofil 5 und dem Spritzgießelement 12 besteht, kann dann nach Entspannen des Druckes im Hohlprofil 5 und dem Herausleiten des Druckfluids aus diesem heraus sowie nach Öffnen des IHU-Werkzeugs 1 entnommen werden.In the second expansion phase, which continuously adjoins the first expansion phase, the hollow profile is formed 5 according to 3 brought to its final form. The injection molding material fills the between the finished expanded hollow profile 5 and the cavity 6 remaining space 11 completely and forms on the contour of the cavity 6 under pressure by means of the under still fluidic internal high-pressure hollow profile 5 from. The injection molding material cools and solidifies in the sequence, steadily in contact with the cavity contour and forms an injection molding element 12 out. Here, the shrinkage of the plastic material is compensated. The resulting composite component, consisting of the formed and overmolded hollow profile 5 and the injection molding element 12 exists, can then relax the pressure in the hollow section 5 and the discharge of the pressure fluid out of this and after opening the hydroforming tool 1 be removed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10014332 C2 [0002] DE 10014332 C2 [0002]

Claims (2)

Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, wobei ein Hohlprofil mittels fluidischen Innenhochdrucks in eine Endform aufgeweitet wird und wobei das Hohlprofil unter Bildung eines Spritzgusselementes mit Spritzgießmaterial umspritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (5) während seiner Aufweitung, bei der am Hohlprofil (5) ein Ausbauchbereich (10) ausgeformt wird, im Ausbauchbereich (10) umspritzt wird.A method for producing a composite component, wherein a hollow profile is expanded by means of fluidic internal high pressure in a final shape and wherein the hollow profile is injection molded to form an injection molding element with injection molding material, characterized in that the hollow profile ( 5 ) during its expansion, at the hollow profile ( 5 ) a bulge area ( 10 ) is formed, in the bulge area ( 10 ) is overmoulded. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (5) erst nach seiner Anlage an dem Gravurabschnitt (9), der an den Ausbauchbereich (10) angrenzt, umspritzt wird.Method according to claim 1, characterized in that the hollow profile ( 5 ) only after its attachment to the engraving section ( 9 ), which adjoin the bulge area ( 10 ) is adjacent, is injected.
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