<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Herstellung eines für spanlose Verformung, insbesondere für Tiefziehen und Stanzen, geeigneten Materials
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
Oberflächencharakteristik erforderlich ist, die der Erfindung zugrunde liegt. Diese Oberflächencharaku,- ristik wird sowohl bestimmt durch die geometrische Gestaltung des Oberflächenprofils als auch durch die technologischen Eigenschaften desselben. Es wurde erkannt, dass eine zur spanlosen Formgebung, insbesondere im Tiefzug, am besten geeignete Oberfläche eine Charakteristik aufweisen muss, die durch folgende Kennzeichen bestimmt ist :
1.
Die geometrische Gestaltung und Aufgliederung des Oberflächenprofils in eine möglichst grosse Zahl gleichmässig verteilter, schlanker Spitzen, derart, dass bei zunehmendem Abstand der Profilschnitte von der Hüllinie die Zunahme des Traganteiles verhältnismässig gering ist.
2. Das Material des Oberflächenprofils muss eine so gute Verformbarkeit, d. h. entsprechend geringe Werte von Streckgrenze, Festigkeit und Härte aufweisen, dass das Werkzeug bei dem angewendeten Druck verhältnismässig tief in das Oberflächenprofil einsinkt, hiebei dieser Druck von einer Vielzahl von im wesentlichen gleichmässig verteilten, durch die Verformung abgeplatteten Spitzen aufgenommen wird, und die zum Durchziehen der beiden unter Druck stehenden Oberflächenprofile erforderlichen Kräfte verhältnismässig gering sind.
Aus dieser Oberflächencharakteristik ergibt sich, dass nicht nur eine bisher in der Praxis für wesentlich angesehene bestimmte Rauhigkeit der Oberfläche für das Tiefziehverhalten massgebend ist, sondern dass ausser einer bestimmten geometrischen Profilierung die technologischen Eigenschaften des Oberflächenprofils wesentlich sind.
In der deutschen Patentschrift Nr. 881673 wird ein Verfahren zum Bearbeiten von Blechen, Bändern od. dgl. aus unlegiertem Kohlenstoffstahl, insbesondere solchem, der bei Raumtemperatur wenig verformbar ist, beschrieben. Gemäss diesem Verfahren soll der Stahl bei Temperaturen oberhalb 285 C, insbe- sondere bei 300 - 4000C tiefgezogen und das gezogene Stück nach dem letzten Zug unterhalb Ac z. B. bei 6500C ausgeglüht werden. Grundsätzlich hat dieses Verfahren den Nachteil, dass das Tiefziehblech während des Tiefziehvorganges erhitzt bzw. ausgeglüht werden muss. Hiebei wird das gesamte Blech und damit die Struktur dieses Bleches in seiner ganzen Tiefe beeinflusst. Dies führt nach dem Tiefziehvorgang zu völlig veränderten Blecheigenschaften, die meistens nicht erwünscht sind.
Im übrigen ist das Verfahren nach der deutschen Patentschrift nur für eine ganz bestimmte Blechsorte, nämlich solches aus unlegiertem Kohlenstoffstahl anwendbar.
Weiterhin ist aus der österr. Patentschrift Nr. 165717 ein Verfahren zur Erzielung einer weichen, schmiegsamen und nachgiebigen Oberflächenschicht an Körpern aus hartem, eine spanabhebende Verformung zulassendem Material bekannt. Gemäss diesem Verfahren wird die Oberfläche durch mechanische Bearbeitung mit einer entsprechend grossen Anzahl von nach aussen geschlossenen Luftkammern versehen, die durch dünne Wände voneinander getrennt sind. Zur Erzeugung dieser Luftkammern werden mittels einer Profilwalze parallele Rippen hergestellt, die in einem zweiten Arbeitsgang zwischen Egalisierwalzen zu geschlossenen Luftkammern zusammengedrückt werden. Praktisch ist dieses Verfahren jedoch nur für Rotationskörper bzw. Körper mit grosser Materialstärke anwendbar. Ein dünnes Blech könnte auf diese Weise nicht behandelt werden, da nämlich mit dem Verfahren nach der österr.
Patentschrift nicht eine dünne Oberflächenschicht, sondern eine solche bis zu mehreren Millimetern Tiefe behandelt wird. Würde man in ein Tiefziehblech Rillen eindrücken, die eine Tiefe von einigen Zehntel Millimetern haben, so würde hiedurch das Blech in seiner Festigkeit wesentlich geschwächt, so dass höchste Bruchgefahr an einer der Rillen besteht. Das in der genannten österr. Patentschrift beschriebene Verfahren wäre also auf keinen Fall zur Behandlung von Tiefziehblechen geeignet.
Weiterhin ist es bekannt, Bleche zu den verschiedensten Zwecken durch Walzen, die eine rauhe Oberfläche aufweisen, mit einer ebensolchen Oberfläche zu versehen. Eine rauhe Oberfläche bei Blechen wird meistens dann gewünscht, wenn diese emailliert oder mit einem Überzug aus einem andern Metall als das Blech selbst versehen werden soll. Zur Herstellung von Walzen mit rauhen Oberflächen sind verschiedene Verfahren bekannt, auf die jedoch hier nicht näher eingegangen zu werden braucht, weil nämlich nicht jedes mittels solcher Walzen hergestellte Blech für das Tiefziehen besonders gut geeignet ist.
Es genügt nämlich nicht, dass das Tiefziehblech eine rauhe Oberfläche aufweist, sondern diese Oberfläche muss ein ganz bestimmtes Oberflächenprofil. besitzen, wenn man eine optimale Tiefziehfähigkeit erreichen will.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines für spanlose Verformung, insbesondere für Tiefziehen und Stanzen, geeigneten Materials zu schaffen. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird durch Herabsetzung von Härte, Festigkeit und Streckgrenze des Oberflächenprofils eine bessere Verformbarkeit des Tiefziehmaterials erzielt, indem im wesentlichen nur das Oberflächenprofil einer kurzzeitigen Erwärmung derart unterworfen wird, dass die hiebei in das Grundmaterial
<Desc/Clms Page number 3>
eindringende Wärme keine Veränderung desselben bewirkt. Um eine solche Beeinflussung des Grundmaterials zu vermeiden, kann diese : Wärmestoss vorteilhaft durch die Anwendung einer induktiven Erwärmung mittels entsprechender Hochfrequenz, gegebenenfalls auch mit hochfrequenter Widerstandserwärmung ausgeführt werden.
Zum Beispiel wurde durch eine induktive Hochfrequenzbehandlung mit 0,5 MHz und mit einer Hochfrequenzleistung von 30 kW bei einer Einwirkzeit der Hochfrequenz von 0,01 bis 0, 1 sec die gewünschte Wirkung auf das Oberflächenprofil erzielt, die durch Röntgenanalyse nachgewiesen werden kann. Diese Ergebnisse wurden an einem weichen Tiefziehstahlblech mit einer Stärke von 0,3 bis 0, 5 mm erzielt.
Um weiterhin die Verformbarkeit zu verbessern, kann zusätzlich, d. h. gleichzeitig mit dem Wärmestoss in Verbindung mit einer reduzierenden Gasatmosphäre eine Entkohlung und/oder Entstickung des Oberflächenprofils bewirkt werden.
Die Auswirkungen bzw. Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens sind im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt : Fig. 1 sieben verschiedene Oberflächenprofile mit dem zugehöri- gen maximalen Rauhwert R max und dem arithmetischen Mittelrauhwert Ra, Fig. 2 und 3 zwei verschiedene Oberflächenprofile in Wechselwirkung mit einem Werkzeug bzw. Druckstempel, Fig. 4 die Traganteilkurven der in Fig. 1 gezeigten Profile.
Wird ein Werkzeug, das eine glatte Oberfläche aufweist, mit den Profilen 1, 2 oder 3 (Fig. 1) unter Druck in Berührung gebracht, so-wird die Werkzeugoberfläche sofort grössere Auflageflächen vorfinden und bei Erhöhung des Auflagedruckes nur noch wenig unter weiterer Vergrösserung der in Berührung stehenden Flächenelemente einsinken. Diese Profile 1 - 3 sind also unter Berücksichtigung der oben angegebenen Oberflächencharakteristik für Tiefziehen nicht geeignet, da Faltenbildung bzw. ein Reissen des Materials eintritt.
Die Oberflächenprofile 5,6 und 7 zeigen eine Vielzahl von im wesentlichen gleichmässig verteilten und schlanken Spitzen. Bei gleichen technologischen Eigenschaften wie 1, 2 und 3 findet eine Werkzeugoberfläche, die mit den Profilen 5,6 und 7 in Berührung gebracht wird, an verhältnismässig vielen Stellen Spitzen vor, die sich bei einer Erhöhung eines Auflagedruckes abplatten und ein weiteres Einsinken der Werkzeugoberfläche in das Profil unter entsprechender Vergrösserung der tragenden Flächenelemente gestatten. Dies veranschaulicht Fig. 2. Es ist ersichtlich, dass das Werkzeug 8 (Faltenhalter) in das Oberflächenprofil, das etwa den Profilen 6 oder 7 entspricht, verhältnismässig tief, d. h. um die Grösse sl einsinkt, wobei die'tragenden Flächenelemente 9 über die Oberfläche annähernd gleichmässig verteilt sind.
Im Gegensatz hiezu ist dieser Einsinkweg s2 bei dem in Fig. 3 gezeigten Oberflächenprofil, das etwa dem Profil 3 der Fig. 1 entspricht, verhältnismässig klein, da das aufgepresste Werkzeug 8 sofort grosse tragende Flächenelemente 9a vorfindet, die bei dieser Profilausbildung über die gesamte Oberfläche ungleichmässiger verteilt sind. Diese in Fig. 2 und 3 veranschaulichten Einsinkwege s,s entsprechen in Fig. 1 dem Abstand a zwischen Profilschnitt und Hüllinie. Fig. 4 zeigt nun die Traganteile in Abhängigkeit von diesem Abstand a.
Die Traganteilkurven 1 - 7 entsprechen den in Fig. 1 gezeigten Profilen 1 - 7. Fig. 4 zeigt, dass bei den Oberflächenprofilen 1 und 2 bei geringem Abstand a, d. h. bei geringem Einsinkweg des Werkzeuges, hohe Traganteile vorhanden sind, während bei den Profilen 5,6 und 7 die gleichen Traganteile erst bei wesentlich grösserem Abstand a, also bei grösserem Einsinkweg erhalten werden. Nach Fig. 4 entsprechen also die Profile 5 - 7 der oben angegebenen erwünschten Oberflächencharakteristik, da bei zunehmendem Abstand der Profilschnitte von der Hüllinie die Zunahme des Traganteiles verhältnismässig gering ist.
Aus den vorstehenden Erläuterungen geht hervor, dass die beispielsweise in Fig. 1 gezeigten Oberflächenprofile 5 - 7 der geometrischen Komponente der angegebenen Oberflächencharakteristik entsprechen. Diese für das Tiefziehen günstigsten Oberflächenprofile sind in der Praxis nicht immer herstellbar, da durch die Abnutzung der zum Nachwalzen der Bleche verwendeten Walzen bzw. auch durch ungünstige Strahlverhältnisse beim Sandstrahlen Oberflächenprofile erzeugt werden, die beispielsweise den Profilen 3 und 4 von Fig. 1 entsprechen.
Diese an sich ungünstigen Profile können nun bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens,
EMI3.1
grenze, für einen Tiefzug weniger geeignet ist, bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens eine Oberflächencharakteristik erhalten, die es für einen qualifizierten Tiefzug brauchbarer macht.
Es ist weiterhin zu berücksichtigen, dass Tiefziehbleche ihre Oberflächenprofilierung durch das Nachwalzen erhalten.
Hiebei tritt eine Verfestigung des Oberflächenprofils ein, also gegenüber dem Grundmaterial eine
<Desc/Clms Page number 4>
Erhöhung von Streckgrenze, Härte und Festigkeit des Oberflächenprofils, so dass durch diesen Nachwalzvorgang die Oberflächencharakteristik (Komponente 2 der oben genannten Charakteristik) verschlechtert wird. Wird nun das erfindungsgemässe Verfahren angewendet, so kann nicht nur die durch den Nachwalzvorgang verursachte Verfestigung der Oberfläche wieder aufgehoben, sondern darüber hinaus gegebenenfalls noch eine grössere und bessere Verformbarkeit des Oberflächenprofils gegenüber dem Grundmaterial erreicht werden.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung eine Profilvergütung erreicht wird, die in jedem Fall eine Verbesserung der Tiefzieheignung bewirkt, d. h. es können Tiefziehbleche mit den verschiedensten Oberflächenprofilen Verwendung finden. Will man jedoch ein Optimum der Oberflächencharakteristik erzielen, so wird erfindungsgemäss das der Nachbehandlung (Profilvergütung) zu unterwerfende Oberflächenprofil derart geometrisch gestaltet und aufgegliedert, dass eine möglichst grosse Zahl gleichmässig verteilter schlanker Spitzen solcher Art entsteht, dass bei zuneh-
EMI4.1
ist.
Verwendet man also in diesem Sinne Oberflächenprofile, wie beispielsweise in Fig. 1 mit den Profilen 5 - 7 veranschaulicht, und erzielt man weiterhin durch Anwendung des erfindungsgemässen Profilvergütungsverfahrens eine hervorragende Verformbarkeit dieses Oberflächenprofils, so erhält man optimale Oberflächencharakteristik.
Bei Verwendung eines eine solche optimale Oberflächencharakteristik aufweisenden Materials ist es dann möglich, schwierige Tiefziehteil leichter herzustellen als bisher, ferner Arbeitsgänge einzusparen und schliesslich auch möglich, Verarbeitungsgeschwindigkeiten zu erzielen, die bisher nicht erreichbar sind.
Bekanntlich wird das Oberflächenprofil der Bleche beim Nachwalzen durch einen Negativabdruck der Walzenoberfläche erzielt. Um nun einen den Oberflächenprofilen 5 - 7 nach Fig. 1 entsprechenden Negativabdruck zu erhalten, müssen die Walzen mit einem Strahlmittel entsprechend behandelt werden.
EMI4.2
die Walzenoberfläche geschleudert wird.
Die Nachbehandlung des zur spanlosen Verformung, insbesondere Tiefziehen, geeigneten Materials im Sinne der Erfindung kann nicht nur durch Wärmeeinwirkung, sondern gegebenenfalls auch noch in anderer Weise, z. B. durch chemische Behandlung des Oberflächenprofils, erzielt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines für spanlose Verformung, insbesondere für Tiefziehen und Stanzen, geeigneten Materials, dadurch gekennzeichnet, dass durch Herabsetzung von Härte, Festigkeit und Streckgrenze des Oberflächenprofils eine bessere Verformbarkeit des Tiefziehmaterials erzielt wird, indem im wesentlichen nur das Oberflächenprofil einer kurzzeitigen Erwärmung derart unterworfen wird, dass die hiebei in das Grundmaterial eindringende Wärme keine Veränderung desselben bewirkt.