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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumformteils
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die
DE 10 2008 032 911
A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumformteils, bei
welchem ein Aluminiumblech zunächst kalt teilumgeformt
wird, anschließend warmausgelagert wird und nach dieser
Wärmebehandlung in seine Endform umgeformt wird. Das Umformen
erfolgt dabei bevorzugt durch Tiefziehen. Die Wärmebehandlung
des Formteils erfolgt, um einer beim Kaltumformen entstandenen Verfestigung
im Werkstoff entgegen zu wirken und die Gefahr von Rissbildung bei
der weiteren Umformung zu reduzieren. Hierdurch kann die Ziehgrenze
von derart bearbeiteten Aluminiumblechen erhöht werden,
wobei gleichzeitig die Materialqualität des erhaltenen
Aluminiumformteils verbessert wird. Nachteilig an dem bekannten
Verfahren ist, dass zum Wärmebehandeln des Aluminiumbleches dieses
in einen Ofen eingelegt werden muss. Die Wärmebehandlung
erhöht daher die Taktzeiten bei der Serienfertigung derartiger
Formteile ganz beträchtlich und erfordert einen zusätzlichen
Aufwand für die Handhabung der Bauteile zwischen Umformwerkzeugen
und Wärmebehandlungsofen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 so weiter zu verbinden, dass
die Herstellung von Aluminiumformteilen beschleunigt wird.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Bei
einem derartigen Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumformteils
wird ein Aluminiumblech zumindest bereichsweise erwärmt
und anschließend in einem Tiefziehwerkzeug tiefgezogen. Erfindungsgemäß ist
dabei vorgesehen, dass das zumindest bereichsweise Erwärmen
durch induktives Aufheizen bzw. mittels Flammen erfolgt. Im Gegensatz
zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren können
durch diese Heizmethoden wesentlich schnellere Taktzeiten bei der
Herstellung derartiger Formteile realisiert werden. Damit wird der
Herstellungsprozess verbilligt und beschleunigt. Das induktive Aufheizen
hat weiterhin den Vorteil, dass nicht notwendiger Weise das gesamte
Bauteil erwärmt werden muss. Die Erwärmung kann
vielmehr auf Bereiche beschränkt werden, welche besonders
von einer Umformverfestigung betroffen sind. Damit kann zudem Energie
eingespart werden, was das Verfahren weiter verbilligt und gleichzeitig
umweltfreundlicher gestaltet.
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Bevorzugter
Weise wird das Blech vor dem Erwärmen in einem Tiefziehwerkzeug
kalt vorgeformt. Das Erwärmen beschränkt sich
dann auf die besonders stark umgeformten Bereiche des Blechs, deren
Materialqualität sich besonders stark verschlechtert hat
und in denen das Risiko einer Rissbildung besonders groß ist.
Alternativ kann das Erwärmen bereits vor jeglichem Umformen
des Blechs stattfinden, woraufhin das Blech im warmen Zustand tiefgezogen
wird. Hierdurch wird das Entstehen von Umformverfestigungen weitgehend
vermieden.
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Bevorzugter
Weise wird das Blech zumindest bereichsweise auf 300°C
bis 380°C erwärmt, wobei die Wärmebehandlungsdauer
für das Erwärmen des Blechs zwischen 1 und 30
Sekunden beträgt. Dies ist eine beträchtliche
Zeitersparnis gegenüber konventionellen Herstellungsverfahren
mit einem Ofenprozess, bei welchem die Erwärmungsdauer
in der Regel zwischen 60 Sekunden und 5 Minuten liegt.
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Vor
dem Erwärmen und/oder vor dem Tiefzienen wird weiterhin
bevorzugter Weise ein Schmierstoff zumindest bereichsweise auf das
Blech aufgetragen. Hierdurch werden die Fließeigenschaften
des Blechs während des Tiefziehens verbessert, so dass
durch das Tiefziehen weniger Eigenspannungen in das Aluminiumformteil
eingebracht werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird des Blech vor dem Erwärmen
mittels wenigstens eines Haltemittels auf einem Trägerteil
fixiert, wobei das Erwärmen durch wenigstens eine in ein
Haltemittel und/oder in das Trägerteil integrierte Induktionsspule
erfolgt. Die Erwärmung (induktiv oder durch Flammen) wird
einseitig geschehen, so dass von der anderen Seite die Zugänglichkeit
für einen Roboter gewährleistet wird. Mit Hilfe
eines Gehäuses werden EMS-/Wärmestrahlung nach
außen abgeschirmt. Das Trägerteil kann dabei gleichzeitig
zum Transport des Blechs zwischen verschiedenen Bearbeitungsstationen
dienen, so dass keine separate, ortsfeste Wärmebehandlungseinrichtung,
wie beispielsweise ein Ofen, vorgehalten werden muss. Damit wird
die Zahl der notwendigen Transport- und Bearbeitungsschritte weiter
reduziert, so dass das Verfahren besonders gut in automatisierte
Fertigungslinien integrierbar ist. Das Fixieren des Blechs auf dem
Trägerteil und dessen Weitertransport, beziehungsweise der
Transport des Blechs zwischen des Tiefziehwerkzeug und Trägerteil
kann dabei besonders einfach mittels eines Roboters automatisiert
werden.
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Im
Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen
anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
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1 ein
Flussdiagramm für eine erste Variante eines erfindungsgemäßen
Verfahrens
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2 ein
Flussdiagramm für eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen
Verfahrens und
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3 ein
Ausführungsbeispiel eines Trägerteils zur Verwendung
in einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Zur
Herstellung eines Aluminiumformteils wird zunächst im Verfahrensschritt
S10 ein Aluminiumblech im kalten Zustand, d. h. bei Raumtemperatur,
bis zu einem vorgegebenen Umformgrad tiefgezogen. Die im Verfahrensschritt
S10 erzielte Umformung entspricht dabei noch nicht der gewünschten Endform
des Bauteils. Aufgrund der Umformverfestigung erreicht das Bauteil
jedoch mit Beendigung des Kaltvorformens im Verfahrensschritt S10
seine Umformbarkeitsgrenze.
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Um
der Umformverfestigung entgegen zu wirken, wird im folgenden Verfahrensschritt
S12 eine Wärmebehandlung durchgeführt. Durch das
kurzzeitige Erhitzen des vorgeformten Bleches auf 300°C bis
380°C wird die Umformverfestigung rückgängig gemacht
und ein weiteres Umformen des Blechs ermöglicht. Zum Durchführen
der Wärmebehandlung wird das Blech mittels eines Roboters
aus dem Umformwerkzeug entnommen und auf einen Blechträger aus
einem elektrisch nicht leitenden Material aufgesetzt. Im Blechträger
sind Induktionsspulen vorgesehen, durch die die verfestigten Bereiche
des Bleches in einer Zeit kleiner als 10 Sekunden auf die gewünschte
Endtemperatur induktiv aufgeheizt werden können. Während
des Erwärmens wird das Blech dabei durch ein Fixierungssystem,
welches pneumatisch oder mechanisch arbeiten kann, am Träger
festgehalten. Gegebenenfalls kann das Blech nach dem induktiven
Aufheizen wieder abgekühlt werden. Ein schnelles Abkühlen
des Bleches ist insbesondere bei aushärtbaren Knetlegierungen
empfehlenswert.
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Nach
der Wärmebehandlung wird im folgenden Verfahrensschritt
S14 das Blech von einem weiteren Roboter vom Blechträger
entnommen und in ein weiteres Umformwerkzeug eingebracht. Hier erfolgt
schließlich das Tiefziehen des Bleches auf die endgültig
gewünschte Form. Vor dem Schritt S14 kann das Blech optional
noch mit einem Schmiermittel, insbesondere einem Ziehöl
beschichtet werden, um das Auftreten von Spannungen während
des Umformens zu reduzieren.
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Nach
dem endgültigen Umformen des Blechs im Schritt S14 können
in den Schritten S16 und S18 noch weitere Prozessschritte, wie beispielsweise
Nachformen, Beschneiden, Reinigen und dergleichen des Bleches erfolgen.
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In 2 ist
ein alternativer Verfahrensablauf dargestellt. In dieser Variante
des Verfahrens werden saubere Bleche ohne Schmierstoff verwendet.
Im Schritt S20 wird das Blech auf die beschriebene Weise induktiv
erwärmt. Anschließend wird es im Schritt S22 mit
einem geeigneten Schmierstoff beschichtet. Durch einen Roboter wird
es vom Träger mit seinen Induktionsspulen entnommen und
in ein Umformwerkzeug eingelegt. Hier erfolgt ein einstufiges Tiefziehen
des Bleches im Schritt S24, wobei das Werkstück im warmen
Zustand umgeformt wird. Hierzu kann gegebenenfalls auch das Werkzeug
selbst beheizt werden. Im Gegensatz zu der in 1 dargestellten
Variante des Verfahrens ist hier eine Eignung des Ziehöls
für das Kaltumformen nicht notwenig.
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In
einer weiteren Variante kann man die Prozesskette von 2 mit
einem kalten Werkzeug im Schritt S24 vorgesehen. Dazu soll das Blech
nach der Erwärmung im Schritt S20 schnell abgekühlt
werden. Dies kann sinnvoll für aushärtbare Aluminiumlegierungen
sein.
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Nach
dem Umformen im Verfahrensschritt S24 schließen sich analog
zur ersten Variante des Verfahrens weitere Nachbehandlungsschritte
S26, S28 an, in denen das Blech ebenfalls nachgeformt, beschnitten,
gereinigt oder dergleichen wird.
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In
beiden Varianten ist das Verfahren besonders gut automatisierbar.
Die Handhabung des Blechs und dessen Transport zwischen der Induktionsvorrichtung
und den Umformwerkzeugen kann robotisch geschehen. Auch das Fixieren
des Bleches auf dem Träger ist ohne weiteres automatisierbar. Besonders
Platz sparend lässt sich das System in eine Fertigungslinie
integrieren, wenn während der Wärmebehandlung
die Bleche mit ihren Trägern senkrecht und parallel zueinander
aufgestellt werden. Dies kann in einem Rotiersystem geschehen, welches
kontinuierlich neue Bleche annimmt, die Bleche während
der Wärmebehandlung weiter transportiert und sie am Ende
der Wärmebehandlung zu einer Entnahmestelle bringt. In
ein solches Rotiersystem kann gegebenenfalls noch eine Abschreckzone
eingebaut sein, in welcher die Bleche mit einem Luftstrahl, einem
kalten Gas oder einem flüssigen Kühlmedium gekühlt
werden.
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In 3 ist
schließlich ein Ausführungsbeispiel eines Trägers 10 für
ein umzuformendes Blech 12 dargestellt. Der Träger 10 besteht
aus einer Grundplatte 14 aus einem elektrisch nicht leitenden Material
wie Keramik, Beton, Kunststoff, einem Verbundmaterial oder dergleichen.
Auf der Grundplatte 14 sind Stützelemente 16 vorgesehen,
welche zur Abstützung und Halterung des Bleches 12 dienen. Die
Stützelemente 16 sind dabei auf der Grundplatte verschiebbar
und in beliebigen Positionen fixierbar, um den Träger 10 an
unterschiedlich geformte Bleche 12 anzupassen.
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In
einigen oder auch allen Stützelementen 16 sind
Induktionsspulen 18 vorgesehen, welche zum induktiven Aufheizen
des Bleches dienen. Durch die freie Beweglichkeit der Stützelemente 16 können
die Induktionsspulen 18 daher an den Positionen angeordnet
werden, in denen das Blech 12 eine besonders hohe Umformung
erfährt und daher besonders stark verhärtet. So
ist ein Lösen der Umformverhärtung unter minimalem
Energieeinsatz und minimaler Bearbeitungszeit möglich.
Die Stützelemente 16 können Fixiereinrichtungen
für das Blech 12 umfassen, welche hier nicht dargestellt
sind. Dabei kann es sich um mechanische Klammern, pneumatische Systeme oder ähnliches
handeln. Die Oberflächen der Stützelemente 16 können
weiterhin von einer ebenen Geometrie abweichen und exakt an die
Form des Bleches 12 angepasst werden, um so einen besonders
guten Halt des Blechs an den Stützelementen 16 sowie
einem besonders guten Wärmeeintrag durch die Induktionsspulen 18 zu
erzielen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102008032911
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