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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen, insbesondere zum Tiefziehen eines Halbzeugs nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Um die Umformbarkeit von Blechen zu verbessern, werden beim Umformen, insbesondere beim Tiefziehen, von Halbzeugen die verwendeten Umformwerkzeuge oder die Halbzeuge selbst oftmals erwärmt. Bei dieser so genannten Warm- beziehungsweise Halbwarmumformung wird aufgrund der großen zu erwärmenden Massen viel Energie verbraucht. Das Erwärmen der Halbzeuge beziehungsweise Werkzeuge auf die gewünschten Temperaturen ist zudem zeitaufwändig. Beim Erwärmen der Werkzeuge kann es ferner zu Problemen mit der Maßhaltigkeit kommen, da die Erwärmung und die damit verbundene Wärmeausdehnung zu Verzügen im Werkzeug führen kann. Dies muss durch aufwändige Messungen und Richtmaßnahmen korrigiert werden. Auch beim Erwärmen der Halbzeuge selbst kann es zu solchen Problemen kommen. Insbesondere beim so genannten Zwischenglühen, bei denen die Halbzeuge zwischen zwei Umformschritten mit kalten Werkzeugen in einem Ofen erhitzt werden, kommt es zu Einbußen bei der Bauteilgenauigkeit.
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Ein solches Zwischenglühverfahren ist beispielsweise in der
DE 10 2008 032 911 A1 offenbart. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird ein Aluminiumblech zunächst kalt teilumgeformt, anschließend warm ausgelagert und nach dieser Wärmebehandlung in seine Endform umgeformt. Die Wärmebehandlung erfolgt insbesondere deshalb, um einer beim Kaltumformen entstandenen Verfestigung im Werkstoff entgegenzuwirken und die Gefahr von Rissbildung bei der weiteren Umformung zu reduzieren. Hierdurch kann die Ziehgrenze von so bearbeiteten Halbzeugen erhöht werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 so weiter zu entwickeln, dass ein schnelles und maßhaltiges Umformen von Halbzeugen ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei einem solchen Verfahren zum Umformen, insbesondere zum Tiefziehen, eines Halbzeugs, insbesondere eines Blechs aus einer Leichtmetalllegierung, wird das Halbzeug in eine Werkstückaufnahme eines Umformwerkzeugs eingelegt und mittels des Umformwerkzeugs umgeformt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Oberfläche der Werkstückaufnahme zumindest bereichsweise vor dem Einlegen des Halbzeugs beheizt wird. Durch die selektive Beheizung von oberflächennahen Bereichen der Werkstückaufnahme wird Energie eingespart, indem ein Aufheizen des Hauptvolumens des Werkzeuges vermieden wird. Dadurch werden gleichzeitig Verzüge im Werkzeug durch die Wärmeausdehnung vermieden, so dass besonders maßhaltig gearbeitet werden kann. Die Beschränkung des Aufheizens auf die Oberfläche der Werkstückaufnahme ermöglicht zudem ein besonders schnelles Aufheizen, so dass kurze Taktzeiten realisiert werden können. Das umzuformende Halbzeug selbst kann ebenfalls erwärmt werden oder auch im kalten Zustand bearbeitet werden.
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Vorzugsweise erfolgt das Beheizen mittels wenigstens einer induktiven Heizvorrichtung. Das induktive Beheizen der Werkstückaufnahme ermöglicht eine räumlich besonders gut aufgelöste Einbringung von Energie in das Werkzeug bei leichzeitig sehr kurzen Heizzeiten.
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Die wenigstens eine induktive Heizvorrichtung wird bevorzugt nur dann in Position gebracht, wenn sie benötigt wird. Hierzu wird die Heizvorrichtung vor Einlegen des Halbzeugs in einen Nahbereich der zu beheizenden Oberfläche gebracht, dort für eine vorgegebene Zeit aktiviert und vor Einlegen des Halbzeugs wieder entfernt. Dies erfolgt bevorzugt durch wenigstens einen Roboter. Eine derartige, von außen zugeführte Heizvorrichtung ist aparativ besonders einfach zu realisieren, kostengünstig und im Einsatz flexibel, da die Position der Heizvorrichtung durch den Roboter an die jeweils umzuformenden Halbzeuge beziehungsweise an die jeweils verwendeten Werkzeuge angepasst werden kann, ohne das am Werkzeug selbst Veränderungen vorgenommen werden müssen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann während des Beheizens ein von der Werkstückaufnahme beabstandeter Bereich des Umformwerkzeugs gekühlt werden. Damit wird die Wärmeausdehnung des von der Werkstückaufnahme beabstandeten Bereichs vermieden, so dass das Werkzeug insgesamt die gewünschten Maße beibehält und eine besonders maßgenaue Fertigung der umgeformten Halbzeuge ermöglicht wird.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
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Um Bleche aus Aluminiumknetlegierungen umzuformen, werden diese vor einem Tiefziehschritt erwärmt, um die maximale Ziehtiefe der Aluminiumknetlegierung zu erhöhen und die Materialqualität zu verbessern. Der Kontakt derart erwärmter Bleche mit kalten Tiefziehwerkzeugen führt jedoch zu Verzügen, welche die Maßhaltigkeit verringern. Um dies zu verhindern, wird eine normale Tiefziehanlage um eine induktive Heizvorrichtung ergänzt. An die Form einer Werkstückaufnahme der Tiefziehanlage angepasste Induktoren welche über einen Umrichter mit einer Energiequelle verbunden sind, werden mittels eines Roboters vor dem Umformen der Bleche an das Tiefziehwerkzeug geführt.
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Durch Bestromen der Induktoren wird die Oberfläche, beziehungsweise ein oberflächennaher Bereich des Tiefziehwerkzeuges schnell auf mehrere 100°C aufgeheizt, ohne dass das Gesamtvolumen des Tiefziehwerkzeuges sich nennenswert erwärmt. Gegebenenfalls können von der Oberfläche der Werkstückaufnahme des Tiefziehwerkzeugs beabstandete Bereiche des Tiefziehwerkzeugs aktiv gekühlt werden, um den Wärmeeintrag in diese Bereiche zu verringern und durch Wärmeausdehnung verursachte Abweichungen von den Sollmaßen des Tiefziehwerkzeugs zu vermeiden. Alternativ oder zusätzlich zu den Induktoren kann eine Beheizung auch durch eine Blitzlampe oder dergleichen erfolgen. Zu beheizen sind insbesondere der Bereich von Niederhaltern und von Matrizen des Tiefziehwerkzeugs.
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Nachdem die Werkzeugaufnahme beziehungsweise die genannten Teile des Tiefziehwerkzeugs auf die gewünschte Temperatur gebracht sind, werden die Induktoren oder Blitzlampen mittels der entsprechenden Roboter wieder entfernt und das Blech aus einer Aluminiumknetlegierung in das Tiefziehwerkzeug eingelegt. Das Blech kann vor diesem Schritt des Verfahrens selbst erwärmt worden sein, um seine Umformbarkeit zu verbessern. Dies kann in einem Ofen im Sinne eines konventionellen Zwischenglühens geschehen. Auch das Blech kann jedoch vor dem Umformen induktiv aufgeheizt werden, wobei das induktive Beheizen des Bleches vorzugsweise auf umzuformende Bereiche beschränkt wird. Durch eine derartige partielle Erwärmung des Bleches wird vermieden, dass sich das Material des Bleches in Bereichen geringer Umformung entfestigt.
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Das eigentliche Umformen des Bleches erfolgt, während sich zumindest die umzuformenden Teile des Bleches sowie die Bereiche des Tiefziehwerkzeugs, welche in Kontakt mit diesen Teilen kommen, sich im Bereich einer vorgegebenen Solltemperatur befinden. Durch ein derartiges Umformen unter warmen Bedingungen wird die Umformbarkeit des Blechmaterials verbessert und der Rücksprung des Bauteils reduziert, so dass gegebenenfalls auf Ziehschritte verzichtet werden kann. Da das Bauteil aufgrund der lediglich partiellen Erwärmung nur kurze Zeit bei hohen Temperaturen gehalten wird, ist die Beeinträchtigung durch Wechselwirkungen mit dem Schmierstoff, also dem Ziehöl, geringer, so dass sich eine besonders hohe Oberflächenqualität bei gleichzeitig guter Maßhaltigkeit ergibt. Insgesamt ist so ein besonders einfaches und kostengünstiges Verfahren zum Umformen von Blechen aus Leichtmetalllegierungen bereitgestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008032911 A1 [0003]