DE102005034924B4

DE102005034924B4 - Verfahren zur superplastischen und schnellplastischen Formung von Blechteilen

Info

Publication number: DE102005034924B4
Application number: DE102005034924.2A
Authority: DE
Inventors: Richard H. Hammar; Gary A. Kruger; James G. Schroth; Edward W. Bennett; Curtis L. Shinabarker
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2014-08-28
Anticipated expiration: 2025-07-27
Also published as: US20060021408A1; DE102005034924A1; US7204110B2

Abstract

Verfahren zur superplastischen und schnellplastischen Formung von Blechteilen, die im Wesentlichen frei von Sichtoberflächenmängeln sind, mit den Schritten: Erwärmen von mindestens einem Metallformwerkzeug auf einen vorbestimmten Temperaturbereich; Einsetzen eines Rohlings aus geschmiertem Metallrohmaterial auf eine Formoberfläche des Metallformwerkzeugs; Drängen des Rohlings auf das Metallformwerkzeug, um ein Element zu formen; Entfernen des geformten Elements von dem Metallformwerkzeug; Entfernen von Metallablagerungen von der Formoberfläche des Metallformwerkzeugs unter Verwendung einer Reinigungsvorrichtung, die einen programmierbaren Positionierer umfasst, der einen Bürstenaufbau trägt, welcher einen Drehantriebmotor umfasst, der eine zylinderförmige Bürste drehbar trägt, wobei die Bürste eine Vielzahl an sich radial erstreckenden Metalldrahtborsten aufweist, die axial von dem Drehantriebmotor beabstandet sind und ausgebildet sind, um Metallablagerungen von der Formoberfläche des Metallformwerkzeugs zu entfernen, wobei sich die Metallablagerungen auf der Formoberfläche des Metallformwerkzeugs während des Formens des Rohlings in einer Formationsrichtung parallel zu der Richtung des Metallflusses während des Formens formiert haben; und Bewegen der zylinderförmigen Bürste mit dem programmierbaren Positionierer entlang eines vorbestimmten Reinigungspfads, wobei die Bürste mit der Formoberfläche des Metallformwerkzeugs in Eingriff steht, um Metallablagerungen von dieser zu entfernen, wobei sich jede der Metalldrahtborsten bei der Drehung der Bürste in einer jeweiligen Ebene bewegt, die rechtwinklig zu der Formationsrichtung der Metallablagerungen ausgerichtet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur superplastischen und schnellplastischen Formung von Blechteilen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Superplastische und schnellplastische Formungstechniken setzen Anlagen ein, in denen ein duktiler Metallrohling aus geeignetem metallischen Material zwischen Formoberflächen eines Paars Heißwerkzeugen erwärmt und gestreckt wird, um ein geformtes Element einer gewünschten Form zu erzeugen. Wenn der Rohling zwischen den Formoberflächen der Werkzeuge gestreckt wird, können sich Metallpartikel von dem Rohling auf den Formoberflächen der Werkzeuge sammeln. Im Laufe der Zeit kann die Ansammlung von Metallpartikeln auf den Formoberflächen der Werkzeuge bewirken, dass Vertiefungen und andere Unregelmäßigkeiten auf den Sichtoberflächen des geformten Elements auftreten, die erfordern, dass das Element aussortiert oder manuell repariert wird.
Derzeitige Verfahren zum Entfernen von solch einer Metallablagerung erfordern, dass die Werkzeuge auf Raumtemperatur abgekühlt und manuell abgeschliffen werden müssen, was zu einem Stillstand der Produktion führt.
Herkömmliche Verfahren zur Reinigung von Formwerkzeugen mit Hilfe von Bürsten sind aus den Druckschriften JP 2002 331 397 A , JP 7 275 966 A und JP 4 280 500 A bekannt. In der Druckschrift US 4 774 751 A ist ein Verfahren zur Ermittlung von Defekten und Ablagerungen bei Gusswerkzeugen sowie deren Entfernung bzw. Reinigung bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur superplastischen und schnellplastischen Formung von Blechteilen, die im Wesentlichen frei von Sichtoberflächenmängeln sind, umfasst die folgenden Schritte: Erwärmen von mindestens einem Metallformwerkzeug auf einen vorbestimmten Temperaturbereich; Einsetzen eines Rohlings aus geschmiertem Metallrohmaterial auf eine Formoberfläche des Metallformwerkzeugs; Drängen des Rohlings auf das Metallformwerkzeug, um ein Element zu formen; Entfernen des geformten Elements von dem Metallformwerkzeug; Entfernen von Metallablagerungen von der Formoberfläche des Metallformwerkzeugs unter Verwendung einer Reinigungsvorrichtung, die einen programmierbaren Positionierer umfasst, der einen Bürstenaufbau trägt, welcher einen Drehantriebmotor umfasst, der eine zylinderförmige Bürste drehbar trägt, wobei die Bürste eine Vielzahl an sich radial erstreckenden Metalldrahtborsten aufweist, die axial von dem Drehantriebmotor beabstandet sind und ausgebildet sind, um Metallablagerungen von der Formoberfläche des Metallformwerkzeugs zu entfernen, wobei sich die Metallablagerungen auf der Formoberfläche des Metallformwerkzeugs während des Formens des Rohlings in einer Formationsrichtung parallel zu der Richtung des Metallflusses während des Formens formiert haben; und Bewegen der zylinderförmigen Bürste mit dem programmierbaren Positionierer entlang eines vorbestimmten Reinigungspfads, wobei die Bürste mit der Formoberfläche des Metallformwerkzeugs in Eingriff steht, um Metallablagerungen von dieser zu entfernen, wobei sich jede der Metalldrahtborsten bei der Drehung der Bürste in einer jeweiligen Ebene bewegt, die rechtwinklig zu der Formationsrichtung der Metallablagerungen ausgerichtet ist.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bestimmten speziellen Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen deutlicher ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine bildhafte Ansicht einer geöffneten Formpresse mit Formwerkzeugen, die durch eine Reinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gereinigt werden sollen;
2 ist eine bildhafte Ansicht der Reinigungsvorrichtung und eines Werkzeugs aus 1, wobei die umgebende Formpresse entfernt ist; und
3 ist eine vergrößerte Ansicht, die eine Bürstendrehung über der Richtung von Metallpartikellinien auf der Oberfläche eines Formwerkzeugs zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 1 der Zeichnung im Detail bezeichnet Bezugszeichen 10 im Allgemeinen eine Elementformungsarbeitsstation, die eine Formpresse 11 umfasst. Die Presse 11 umfasst eine untere Aufspannplatte 12, auf die ein unteres Stahlformwerkzeug 14 montiert ist, und eine sich anhebende und senkende Stößelplatte 16, die ein oberes Stahlformwerkzeug 20 trägt.
Beide Platten 12, 16 werden elektrisch erwärmt, um in dem Werkzeug und den Blechrohlingen 22 für eine superplastische Formung oder eine schnellplastische Formung erforderliche Wärmeenergieniveaus herzustellen, wie es in der Technik bekannt ist. Wenn es gewünscht wird, können die Metallrohlinge 22 vorgewärmt werden, bevor sie in die Presse 11 eingelegt werden.
Die Stößelplatte 16 wird durch Hydraulikzylinder 24 bewegt, um die Stößelplatte zyklisch aus einer offenen Position zum Einlegen von Rohlingen in eine geschlossene Rohlingformungsposition und dann zurück in die offene Position zum Entfernen des geformten Teils, die in 1 gezeigt ist, zu bewegen.
Die Rohlinge 22, die in einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung verwendet werden, sind abgeflachte Bleche aus einer Aluminiumlegierung, die mit einem Trockenschmiermittel 26 wie beispielsweise Bornitrid beschichtet sind. Das Schmiermittel 26 wirkt als ein Trennmittel, um zu verhindern, dass das geformte Element 28 an den Formwerkzeugen 14, 20 haftet, und um das Strecken und die Formung des Teils während des Formungsbetriebs zu verbessern.
Wenn es gewünscht wird, können optional CO₂-Reinigungsgeräte, wie sie z. B. in der Druckschrift US 6 516 645 B2 gezeigt sind, periodisch verwendet werden, um Schmiermittelansammlungen, die sich auf den Formoberflächen der Werkzeuge 14, 20 sammeln, zu beseitigen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Reinigungsvorrichtung 32 bereit, die einen programmierbaren Positionierer in Form eines Roboters 34 und einen Bürstenaufbau 35 umfasst. Jede andere geeignete Form eines programmierbaren Positionierers kann, wenn sie geeignet ist, innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung an die Stelle des Roboters gesetzt werden.
Der Roboter 34 umfasst eine Basis 36, die einen Gelenkarm 38 mit einem Effektor oder Halter 40, der den Bürstenaufbau 35 trägt, trägt, wie es am besten in 2 und 3 gezeigt ist. Der Bürstenaufbau 35 umfasst einen Drehantriebmotor 44, der von jedem geeigneten Typ sein kann, wie beispielsweise elektrisch oder fluidgetrieben. Derzeit wird ein Luftdruckmotor bevorzugt, da die antreibende Luft dazu beiträgt, den Motor zu kühlen. Der Antriebsmotor 44 weist eine sich axial erstreckende Antriebswelle 46 mit einem distalen Ende auf, das eine zylinderförmige Bürste 48 trägt. Die Bürste 48 weist eine Vielzahl an sich radial erstreckenden Drahtborsten 50 aus unlegiertem Kohlenstoffstahl mit Enden auf, die scharfkantig oder spitz sind. Wenn die Enden abgerundet werden, ist die Reinigungshandlung weniger effektiv, um Metallablagerungen von den Formoberflächen der Werkzeuge 14, 20 zu entfernen. Die Borsten 50 können auch aus kohlenstoffreicherem Stahl ausgebildet sein, solange die Härte der Borsten geringer ist als die des Werkzeugmaterials.
In einer beispielhaften Ausführungsform weist die Bürste mit Borsten aus kohlenstoffarmem Stahl einen Durchmesser von 15,24 cm (6 Zoll) und eine Länge von 2,54 cm bis 5,08 cm (1 bis 2 Zoll) auf. Die Borsten weisen einen Querschnittsdurchmesser von ungefähr 0,1524 mm (0,006 Zoll) auf. Länge und Durchmesser der Bürste und der Borsten bewegen sich jedoch in Abhängigkeit von der Härte der Borsten und der Anwendung.
Während des Betriebs werden die Metallrohlinge 22 nacheinander in die Presse 11 eingelegt und durch die Werkzeuge 14, 20 geformt. Während des Formungsprozesses sammeln sich Mengen an Trockenschmiermittel und anderen Fremdstoffen wie beispielsweise Metallpartikeln von den Metallrohlingen 22 auf den Formoberflächen der Werkzeuge 14, 20 an. Die Ablagerung von Metallpartikeln ist grafisch in 3 erläutert. In 3 erläutern Pfeile 56 die Formation der Metallpartikel, die die Tendenz haben, sich in einer einzigen Richtung parallel zu der Richtung eines Metallflusses während des Formens der Metallrohlinge 22 zu formieren.
Um die Ablagerung von Schmierstoffen auf den Formoberflächen der Werkzeuge 14, 20 zu verhindern, sprüht eine CO₂-Reinigungseinrichtung periodisch zylinderförmige CO₂-Kügelchen (Trockeneis) in einem vorbestimmten Muster über die Formoberflächen der Werkzeuge, um Schmiermittel von den Formoberflächen der Werkzeuge zu entfernen. Das Entfernen der Schmiermittel verhindert Oberflächenfehler oder Mängel in Form von Vertiefungen, Schlieren oder anderen Schönheitsfehlern, die auf den geformten Elementen 28 ausgebildet sind. Da die CO₂-Reinigungseinrichtung keine Metallpartikel von den Formoberflächen der Werkzeuge 14, 20 entfernen kann, entfernt die Reinigungsvorrichtung 32 jegliche zurückbleibenden Metallpartikel.
Die Reinigungsvorrichtung 32 arbeitet durch anfängliches Inbetriebsetzen des Antriebsmotors 44, um eine Bürste 48 mit einer Reinigungsdrehzahl von ungefähr 1000 Umdrehungen pro Minute zu drehen. Der Roboter 34 bewegt dann die Bürste 48 in einen Eingriff mit der Formoberfläche des unteren Formwerkzeugs 14. Wenn die Enden 52 der Borsten 50 mit der Formoberfläche des Werkzeugs 14 in Kontakt treten, kratzen die scharfen Enden oder Kanten leicht über die Formoberfläche, um jegliche Metallablagerungen zu entfernen, die durch Pfeile 56 angezeigt sind. Der Roboter 34 bewegt dann die Bürste 48 auf einem vorbestimmten Pfad entlang der Formoberfläche des Werkzeugs 14, um die Metallablagerungen zu entfernen. Der Roboter 34 bewegt vorzugsweise die Bürste 48 so, dass sich die Bürste 48 rechtwinklig zu den Pfeilen 56 oder der Formationsrichtung der Metallpartikel dreht, um das Entfernen der Metallpartikel von der Formoberfläche zu maximieren. Nachdem das untere Formwerkzeug gereinigt ist, wird das obere Formwerkzeug 20 durch die Reinigungsvorrichtung auf eine ähnliche Art und Weise gereinigt.
Nachdem der Reinigungsbetrieb abgeschlossen ist, zieht der Roboter 34 die Reinigungsvorrichtung von der Formpresse 10 zurück, um eine Wiederaufnahme des seriellen Formens von Rohlingen 22 zu Elementen 28 zu erlauben.