DE10162415A1

DE10162415A1 - Verfahren zum Herstellen eines Werkstückes aus Metall sowie Rohling für die Herstellung eines Werkstückes im Wege einer Warmumformung

Info

Publication number: DE10162415A1
Application number: DE2001162415
Authority: DE
Original assignee: SIEMPELKAMP PRESSEN SYSTEME GmbH AND Co
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2003-07-03

Abstract

Es handelt sich um ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstückes aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, im Wege einer Warmumformung. Dabei wird ein Rohling in einem Umformwerkzeug unter Anwendung von Druck umgeformt. Vor und/oder während des Umformvorgangs wird der Rohling durch Bestrahlung erwärmt. Erfindungsgemäß wird der Rohling vor der Bestrahlung zumindest zonenweise mit einer Beschichtung versehen, deren Reflexionsgrad hinsichtlich der verwendeten Strahlung um ein vorgegebenes Maß von dem Reflexionsgrad der unbehandelten Oberfläche abweicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstückes aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, im Wege einer Warmumformung, wonach ein Rohling in einem Umformwerkzeug unter Anwendung von Druck umgeformt wird und wonach der Rohling vor und/oder während des Umformvorgangs durch Bestrahlung erwärmt wird. Bei den Rohlingen bzw. Ausgangsformen aus Metall kann es sich beispielsweise um hohle Rohlinge handeln, welche im Wege einer Innenhochdruck-Umformung mittels Wirkmedienunterstützung zu den Werkstücken oder auch zu Halbzeugen bzw. Zwischenformen umgeformt werden. Die Erfindung betrifft jedoch auch das Umformen von Platinen oder dgl. Rohlingen. Ferner umfasst die Erfindung das Umformen von Halbzeugen, also von Zwischenformen zu Endformen.

Grundsätzlich ist die Warmumformung und halbwarme Umformung von metallischen Werkstoffen und insbesondere Aluminium bekannt. Nach einer älteren, nicht vorveröffentlichten Anmeldung kann die Erwärmung durch Bestrahlung mittels Wärmestrahlung erfolgen. Problematisch ist in diesem Zusammenhang, dass metallische Werkstoffe und insbesondere Aluminium einen hohen Reflektionsgrad bzw. einen niedrigen Absorptionsgrad für Wärmestrahlung bzw. Infrarotstrahlung besitzen. Folglich wird die Wärmeaufnahme zur Beheizung des Rohlings durch Strahlungswärme auf die gewünschte Umformtemperatur zeitlich verzögert. - Hier setzt die Erfindung ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstückes aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, im Wege einer Warmumformung anzugeben, bei welchem sich die gewünschten Umformtemperaturen auf einfache und funktionsgerechte Weise schnell und flexibel einstellen lassen. Außerdem soll ein geeigneter Rohling aus Metall für die Herstellung eines Werkstückes im Wege einer Warmumformung angegeben werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art, dass der Rohling vor der Bestrahlung zumindest zonenweise mit einer Beschichtung versehen wird, deren Reflektionsgrad hinsichtlich der verwendeten Strahlung um ein vorgegebenes Maß von dem Reflektionsgrad der unbehandelten bzw. unbeschichteten Oberfläche des Rohlings abweicht. Bei der verwendeten Strahlung handelt es sich insbesondere um Wärmestrahlung, d. h. um elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich. Dabei ist nach bevorzugter Ausführungsform vorgesehen, dass der Reflektionsgrad der Beschichtung geringer ist, als der der unbehandelten Oberfläche des Rohlings. Folglich zeichnet sich die Beschichtung durch einen höheren Absorptionsgrad aus, so dass sich die erforderliche Zeit für das Erreichen der gewünschten Umformtemperatur deutlich verkürzen lässt. Wird der Rohling vor der Bestrahlung vollständig mit einer derartigen Beschichtung versehen, so wird das Reflektions- bzw. Absorptionsverhalten des Rohlings insgesamt beeinflusst. Von besonderer Bedeutung ist darüber hinaus die Möglichkeit, den Rohling vor der Bestrahlung lediglich zonenweise mit einer Beschichtung zu versehen. Folglich wird der Reflektionsgrad lediglich im Bereich dieser beschichteten Zonen herabgesetzt, so dass in diesen Bereichen bei der anschließenden Bestrahlung eine beschleunigte Erwärmung stattfindet, während die unbeschichteten Bereiche in herkömmlicher Weise erwärmt werden. Demnach lässt sich durch die lokale Beschichtung in gewissen Grenzen ein inhomogenes und dem Umformprozess angepasstes Temperaturprofil beim Erwärmen einstellen, und zwar ohne dass dabei eine lokal begrenzte bzw. gezielte Bestrahlung erfolgen muss. Vielmehr erfolgt die Bestrahlung des zonenweise beschichteten Rohlings regelmäßig mit einem im Wesentlichen räumlich homogenen Temperaturfeld. Insofern geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass die gezielte zonenweise Beschichtung des Rohlings und anschließende homogene Bestrahlung mit geringerem Aufwand und zugleich höherer Genauigkeit erfolgen kann, als eine gezielte und lokale Bestrahlung eines unbehandelten Rohlings. Es kann aber auch eine räumlich gezielte Bestrahlung des zonenweise beschichteten Rohlings erfolgen. Die Bestrahlung kann mittels in vorgegebenem Abstand zum Rohling angeordneten Infrarotquellen erfolgen. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit den Rohling in einem Ofen oder dgl. im Wesentlichen durch Wärmeleitung zu temperieren, denn auch dort erfolgt die Wärmeübertragung zu einem bestimmten Anteil durch Strahlung.

Nach bevorzugter Ausführungsform ist vorgesehen, dass als Beschichtung eine Farbbeschichtung verwendet wird. Dabei werden Farben gewählt, die sich einerseits durch einen geringen Reflektionsgrad auszeichnen, also z. B. schwarze oder dunkle Farben. Andererseits muss gewährleistet sein, dass die Farbbeschichtung in ausreichendem Maße an der Werkstoffoberfläche haftet. Jedenfalls lässt sich durch das Auftragen schwarzfärbender Oberflächenschichten das Reflektionsvermögen des Rohlings in diesen Bereichen auf einfache und wirksame Weise gezielt reduzieren.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, als Beschichtung eine Schmierstoffbeschichtung, insbesondere eine schwarze Schmierstoffbeschichtung, zu verwenden. Ferner kann die Beschichtung im Wege einer chemischen Oberflächenbehandlung erzeugt werden. Dazu können beispielsweise Stoffe auf die Oberfläche aufgebracht werden, welche die Oberfläche des Werkstückes durch chemische Reaktionen verändern, beispielsweise eine Oxidation auslösen.

Unter Beschichtung im Sinne der Erfindung ist folglich nicht nur eine separat bzw. nachträglich aufgebrachte und räumlich getrennte Schicht auf der Oberfläche des Rohlings zu verstehen, sondern auch ein oberflächennaher Bereich des Rohlings, der in seiner Beschaffenheit und insbesondere seinem Reflektions- bzw. Absorptionsverhalten von den übrigen Bereichen des Werkstückes bzw. Rohlings abweicht.

Im Zusammenhang mit der chemischen Veränderung der Oberfläche des Rohlings kann z. B. das Verfahren des so genannten Anodisierens bzw. Hartanodisierens zum Einsatz kommen, welches beispielsweise bei der Herstellung von Straßenschildern verwendet wird. Durch das Anodisieren wird im Bereich der Oberfläche des Rohlings zunächst eine oxidische Deckschicht durch anodische Oxidation erzeugt. Dabei entsteht im Falle von Aluminium eine Aluminiumoxidschicht mit zahlreichen verhältnismäßig tiefen Löchern im µm-Bereich. Diese werden anschließend im Zuge des Einfärbens mit Farbstoff gefüllt und z. B. durch abschließendes Walzen versiegelt. Jedenfalls lässt sich durch eine entsprechende Behandlung das Reflektions- bzw. Absorptionsverhalten des Rohlings gezielt beeinflussen, so dass im Zuge der anschließenden Bestrahlung die gewünschte räumlich und zeitlich inhomogene Temperierung des Werkstückes erfolgen kann.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung, dem besondere Bedeutung zukommt, ist vorgesehen, dass die Beschichtung mittels eines positionierbaren Sprühkopfes aufgebracht wird, welcher in vorgegebenem Abstand entlang der Oberfläche des Rohlings verfahrbar ist und an vorgegebenen Positionen das Beschichtungsmedium auf die Werkstoffoberfläche aufbringt. Im Falle einer Beschichtung mittels Farbe oder Tinte handelt es sich bei dem Sprühkopf gleichsam um einen Druckkopf, der nach dem Prinzip herkömmlicher Tintenstrahldrucker arbeiten kann. Bei einem ebenen Werkstück, wie z. B. einer Platine lässt sich der Sprühkopf bzw. Druckkopf in X-Richtung und Y-Richtung, also zeilenweise und spaltenweise über die Platine verfahren, so dass jeder Punkt der Platine angefahren und ggf. mit Farbe bzw. Tinte versehen werden kann. Werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise Rohre oder dgl. Rohlinge verformt, so besteht darüber hinaus die Möglichkeit, den Sprühkopf bzw. Druckkopf nicht nur in zwei Dimensionen (X-Richtung und Y-Richtung), sondern auch in Z-Richtung, also in allen drei Dimensionen zu verfahren, so dass auch bei komplizierten Werkstoffformen ein gewünschter Abstand des Sprühkopfes zur Werkstückoberfläche eingestellt werden kann. Sowohl bei der Beschichtung von Platinen, als auch bei der Beschichtung von Rohren oder dgl. besteht die Möglichkeit, entweder den Sprühkopf bzw. Druckkopf zu positionieren und das Werkstück fest einzuspannen oder aber auch das Werkstück bei fest angeordnetem Sprühkopf bzw. Druckkopf entsprechend zu verfahren. Darüber hinaus sind Kombinationen dieser Vorgehensweisen möglich.

Ferner besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, die Oberfläche des Werkstückes zunächst zonenweise mit einer Zwischenschicht zu versehen und anschließend die Beschichtung vollständig oder nahezu vollständig auf das Werkstück aufzubringen, wobei die Beschichtung anschließend in den Bereichen mit Zwischenschicht oder in den Bereichen ohne Zwischenschicht unter Bildung einer zonenweisen Beschichtung entfernt wird. Insofern kann es sich bei der Zwischenschicht beispielsweise um eine Haftschicht handeln, so dass die eigentliche Beschichtung, z. B. die Farbbeschichtung, lediglich in diesen Bereichen mit Zwischenbeschichtung ausreichend haftet und in den übrigen Bereichen vor dem Erwärmen entsprechend entfernt wird. Andererseits kann es sich bei der Zwischenschicht um eine haftvermindernde Schicht handeln, so dass die Farbschicht lediglich in den Bereichen ausreichend haftet, in welchen keine Zwischenschicht aufgebracht wurde.

In abgewandelter Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Reflektionsgrad der Beschichtung höher ist, als der Reflektionsgrad der unbehandelten Werkstückoberfläche. Durch zonenweises Aufbringen einer solchen reflektionserhöhenden Beschichtung lässt sich die Wärmeaufnahme lokal reduzieren und folglich ebenfalls ein lokal unterschiedliches Absorptionsverhalten des Werkstückes einstellen. Eine solche Vorgehensweise bietet sich beispielsweise bei Werkstücken aus Materialien an, deren Reflektionsgrad von Haus aus verhältnismäßig gering ist, d. h. die ein ausreichend hohes Absorptionsvermögen besitzen.

Ferner ist Gegenstand der Erfindung ein Rohling aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, für die Herstellung eines Werkstückes im Wege einer Warmumformung. Erfindungsgemäß ist der Rohling dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest zonenweise eine Beschichtung aufweist, deren Reflektionsgrad hinsichtlich Wärmestrahlung um ein vorgegebenes Maß von dem Reflektionsgrad der unbehandelten Oberfläche des Rohlings abweicht. Bevorzugte Ausführungsformen dieses Rohlings sind in den Patentansprüchen beschrieben.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Rohling aus Metall in Form einer Platine und
Fig. 2 den Gegenstand nach Fig. 1 in einer abgewandelten Ausführungsform.
In Fig. 1 ist ein Rohling 1 aus Aluminium in Form einer Platine 1 dargestellt, aus welchem sich ein Werkstück im Wege einer Warmumformung herstellen lässt. Bei diesem Umformvorgang kann es sich beispielsweise um einen Pressvorgang oder dgl. handeln. Das Umformwerkzeug ist in den Figuren nicht dargestellt. Jedenfalls soll der Rohling 1 vor und/oder während des Umformvorgangs durch Bestrahlung zonenweise erwärmt werden, um den Umformvorgang in bestimmten Bereichen des Rohlings gezielt zu beeinflussen. Dazu wird in bestimmten Bereichen des Rohlings eine Beschichtung 2 aufgebracht. Beschichtete Bereiche 2 und unbeschichtete Bereiche 3 sind schematisch angedeutet. Der Reflektionsgrad dieser Beschichtung 2 hinsichtlich der verwendeten Wärmestrahlung wird geringer gewählt, als der Reflektionsgrad der unbehandelten Oberfläche des Rohlings 1, d. h. der Reflektionsgrad der unbehandelten Bereiche 3. Dazu wird im Ausführungsbeispiel als Beschichtung 2 eine Farbbeschichtung verwendet, die mittels eines positionierbaren Sprühkopfes in Form eines Tintenstrahldruckkopfes 4 auf die Oberfläche des Rohlings 1 aufgebracht wird. In Fig. 1 ist angedeutet, dass der Sprühkopf 4 in vorgegebenem Abstand entlang der Oberfläche des Rohlings 1 verfahrbar ist und an vorgegebenen Positionen das Beschichtungsmedium 5 auf die Oberfläche aufbringt. Da es sich bei dem umzuformenden Rohling 1 um eine ebene Platine handelt, genügt im Wesentlichen eine Positionierung des Sprühkopfes 4 in zwei Dimensionen, nämlich in X-Richtung und in Y-Richtung, während der Abstand fest eingestellt ist. Dieses ist durch die entsprechenden Pfeile angedeutet. Insgesamt wird also ein Rohling 1 aus Metall erzeugt, welcher zonenweise eine Farbbeschichtung 2 aufweist, deren Reflektionsgrad hinsichtlich Wärmestrahlung um ein vorgegebenes Maß von dem Reflektionsgrad der unbehandelten Oberfläche des Rohlings abweicht.
Eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Danach wird ein rohrförmiger Rohling 1 zonenweise mit einer Farbbeschichtung 2 versehen. Die beschichteten Bereiche 2 und unbeschichteten Bereiche 3 sind schematisch ebenfalls angedeutet. Der Sprühkopf 4 lässt sich zum Aufbringen der Beschichtung 2 bei diesem Ausführungsbeispiel in allen drei Dimensionen, also in X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung verfahren, so dass eine exakte Anpassung der Sprühkopfposition an die Form des Rohlings erfolgen kann. Darüber hinaus ist angedeutet, dass der rohrförmige Rohling 1 um eine Achse 6 drehbar gelagert ist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Werkstückes aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, im Wege einer Warmumformung,
wonach ein Rohling in einem Umformwerkzeug unter Anwendung von Druck umgeformt wird
und wonach der Rohling vor und/oder während des Umformvorgangs durch Bestrahlung erwärmt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling vor der Bestrahlung zumindest zonenweise mit einer Beschichtung versehen wird, deren Reflektionsgrad hinsichtlich der verwendeten Strahlung um ein vorgegebenes Maß von dem Reflektionsgrad der unbehandelten Oberfläche des Rohlings abweicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektionsgrad der Beschichtung geringer gewählt wird, als der Reflektionsgrad der unbehandelten Oberfläche des Rohlings.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtung eine Farbbeschichtung, insbesondere schwarze Farbbeschichtung, verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtung eine Schmierstoffbeschichtung, insbesondere schwarze Schmierstoffbeschichtung, verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung im Wege einer chemischen Oberflächenbehandlung erzeugt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung im Wege des Anodisierens oder Hartanodisierens erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mittels eines positionierbaren Sprühkopfes aufgebracht wird, welcher in vorgegebenem Abstand entlang der Oberfläche des Rohlings verfahrbar ist und an vorgegebenen Positionen das Beschichtungsmedium auf die Oberfläche aufbringt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche zunächst zumindest zonenweise mit einer Zwischenschicht versehen wird, dass der Rohling anschließend vollständig oder nahezu vollständig mit dem Beschichtungsmedium versehen wird und dass schließlich das Beschichtungsmedium in den Bereichen mit Zwischenschicht oder in den Bereichen ohne Zwischenschicht unter Bildung einer zonenweisen Beschichtung entfernt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektionsgrad der Beschichtung höher gewählt wird, als der Reflektionsgrad der unbehandelten Oberfläche des Rohlings.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtung eine Isolierbeschichtung verwendet wird.

11. Rohling (1) aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, für die Herstellung eines Werkstückes im Wege einer Warmumformung, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (1) zumindest zonenweise eine Beschichtung (2) aufweist, deren Reflektionsgrad hinsichtlich Wärmestrahlung um ein vorgegebenes Maß von dem Reflektionsgrad der unbehandelten Oberfläche (3) des Rohlings abweicht.

12. Rohling nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektionsgrad der Beschichtung (2) geringer ist, als der Reflektionsgrad der unbehandelten Oberfläche (3) des Rohlings.

13. Rohling nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (2) als Farbbeschichtung, insbesondere schwarze Farbbeschichtung, ausgebildet ist.

14. Rohling nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (2) als Schmierstoffbeschichtung, insbesondere schwarze Schmierstoffbeschichtung, ausgebildet ist.