DE102010005869A1 - Reinigung von Werkzeugen zur Warmumformung von Aluminiumblechen - Google Patents

Reinigung von Werkzeugen zur Warmumformung von Aluminiumblechen Download PDF

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Abstract

Bei Arbeitsabläufen in der Großserienproduktion, die Warmblasumformen oder Warmprägen von Aluminiumlegierungsblechwerkstücken beinhalten, haften Verunreinigungen welche großteils aus Partikeln aus Aluminiumlegierungsmaterial bestehen, an kritischen Umformflächen der erwärmten Stahlwerkzeuge. Diese Verunreinigungen beschädigen Umformflächen und verursachen Schäden in den Aluminiumlegierungsteilen, die gegen sie umgeformt werden. Solche aluminiumreichen Verunreinigungen können reaktiv umgewandelt werden, sodass sie ihre Hafteigenschaften ändern, und von den Werkzeugoberflächen entfernt werden, ohne das erwärmte Werkzeug aus der Produktion zu entfernen. In einer Ausführungsform kann ein heißes Opfermagnesiumblech auf dem/den Werkzeug/en umgeformt werden, um sich mit den Aluminiumverunreinigungen zu legieren und dieselben von der Umformfläche wegzutransportieren.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung betrifft die Warmumformung von Aluminiumlegierungsblechwerkstücken. Im Spezielleren betrifft diese Erfindung Methoden zum Entfernen von Aluminiumpartikeln, die sich auf heißen Stahlwerkzeugen ansammeln, welche bei der Produktion von Produkten aus warm umgeformten Aluminiumlegierungsblechmetallgegenständen verwendet werden.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Geeignete Blechmetall-Aluminiumlegierungen können bei hohen Temperaturen durch Warmblasumformen, Warmprägen oder dergleichen in komplexe dreidimensionale Formen umgeformt werden. Häufig sind die umgeformten Produkte innere und/oder äußere Abschlussbleche für Kraftfahrzeuge. In jedem dieser Hochtemperaturverfahren wird ein vorgewärmtes Aluminiumlegierungsblech zwischen gegenüberliegenden Umformwerkzeugen umgeformt, die auf Tischen einer hydraulischen Presse getragen sind. Die Umformflächen der Umformwerkzeuge sind typischerweise aus Gussblöcken aus einer geeigneten Werkzeugstahllegierung maschinell gearbeitet. Und die Umformflächen eines Werkzeuges werden zu einer sehr glatten Oberflächenqualität endbearbeitet (z. B. poliert), insbesondere wenn die Oberfläche des Teils eine für einen Benutzer attraktive Oberflächenqualität bieten muss.
  • Bei der Warmblasumformung wird ein gut umformbares Aluminiumlegierungsblech (z. B. AA5083) erwärmt (z. B. auf etwa 500°C) und zwischen komplementär gegenüberliegenden Werkzeugen an Umfangskanten erfasst. Gegen eine Seite des Blechs wird Druckluft oder ein anderes mit Druck beaufschlagtes Fluid aufgebracht, um es in Formgleichheit mit der Umformfläche eines Werkzeuges zu strecken. Das gegenüberliegende Werkzeug stellt eine Luftkammer an der mit Druck beaufschlagten Seite des Aluminiumblechs bereit. Beide Werkzeuge können auf hohe Umformtemperaturen erwärmt werden, um das Blech bei einer vorbestimmten Umformtemperatur zum Formen des Blechs zu halten. Das Blech kann zuerst zum Vorformen gegen ein Werkzeug gepresst werden und dann zum endgültigen Formen gegen das gegenüberliegende Werkzeug geblasen werden. Somit wird zumindest eine Fläche des heißen Blechs gegen und über die Umformfläche eines Werkzeuges gestreckt.
  • In Produktionsarbeitsabläufen werden erwärmte Blechwerkstücke wiederholt auf der Presse angeordnet, auf dem/den erwärmten Werkzeug/en umgeformt und entfernt. Ein Schmiermittel wie z. B. Bornitrid wird auf die Bleche aufgebracht, um den wiederholten Gleitreibungskontakt zu dämpfen. Allerdings wird sich, insbesondere in Bereichen wie z. B. Ziehkanten, wo lokale Drücke hoch sein werden, das Aluminium lokal mit dem Werkzeug verschweißen, wodurch kleine Stückchen aus Aluminium auf dem Werkzeug erzeugt werden. Diese kleinen Stückchen begünstigen, nachdem sie gebildet wurden, eine zusätzliche Werkzeug-Aluminium-Wechselwirkung und werden, wenn mehrere Aluminiumbleche bearbeitet werden, zu relativ großen, geschichteten Partikeln aus hauptsächlich Aluminium, die jedoch auch Aluminiumoxid und Bornitrid enthalten, anwachsen, und an der Werkzeugoberfläche haften. Die Partikel können innerhalb jedes gegebenen Hochdruckbereiches gebildet werden und in der Größe variieren; ein typisches Aluminiumlegierungspartikel kann jedoch Dimensionen im Bereich von z. B. 100 bis 200 Mikrometer aufweisen. Diese an dem Werkzeug haftenden Verunreinigungen verursachen Vertiefungen, Kratzer und andere Schäden an den umgeformten Teilen. Bei vielen warmumgeformten Teilen werden die Oberflächen für die Benutzer sichtbar sein und Oberflächendefekte wie diese können nicht toleriert werden.
  • Beim Warmprägen von Aluminiumlegierungsblechmaterialien werden typischerweise verschiedene Aluminiumlegierungen verwendet. Es können etwas niedrigere Temperaturen verwendet werden (z. B. 300°C bis etwa 400°C) als beim Warmblasumformen. Und die erwärmten Werkzeuge sind derart ausgebildet, dass ein Werkzeug das erwärmte Metall gegen ein gegenüberliegendes Werkzeug drückt. Allerdings verbinden sich wiederum trockenes Schmiermittelmaterial und Aluminiumfragmente von den Metallblechwerkstücken, um an dem Werkzeug haftende Verunreinigungen zu bilden, welche entfernt werden müssen.
  • Das U.S. Patent 6 516 645 , mit dem Titel „Hot Die Cleaning for Superplastic and Quick Plastic Forming” beschreibt die Verwendung von festen Kohlendioxid-Pellets zum Entfernen von trockenem Schmiermittel wie z. B. Bornitrid von heißen Werkzeugoberflächen. Die Blechumformproduktion wird unterbrochen und ein Luftstrom, der die Pellets mit sich führt, wird systematisch über und gegen die Umformflächen des Werkzeuges oder der Werkzeuge geleitet. Das Aufprallen von Luft, Kohlendioxid und CO2-Pellets (aus denen Kohlendioxidgas sublimiert), die auf die Oberflächen auftreffen, reißt das Schmiermittelmaterial auf eine saubere und effiziente Weise weg, welche die heißen Werkzeugoberflächen nicht beschädigt. Allerdings entfernt dieses Reinigungsverfahren Aluminiummetallpartikel oder -verunreinigungen nicht effektiv von den Werkzeugoberflächen. Es war notwendig, die Werkzeuge außer Betrieb zu nehmen, sie abkühlen zu lassen und die Aluminiumrückstände von den Oberflächen mithilfe von händischem Polieren und Schleifen abzukratzen. Die Umformflächen benötigten häufig ein weiteres Polieren, bevor sie in den Produktionsgebrauch zurückgebracht werden konnten.
  • Es besteht Bedarf an einer Methode zum Entfernen von Aluminiummetallpartikeln von heißen Werkzeugoberflächen ohne lange anhaltende Unterbrechungen der Produktion von umgeformten Teilen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Diese Erfindung sieht einige Methoden zum reaktiven Umwandeln, z. B. durch Oxidation, von Aluminiumpartikeln vor, welche an der Umformfläche eines heißen Werkzeuges oder eines anderen Umformwerkzeuges haften. Die Werkzeuge können beim Warmblasumformen oder Warmprägen von Aluminiumlegierungsmetallblechrohlingen verwendet werden. Die Oxidation wird derart durchgeführt, dass die Splitter oder Partikel Aluminiummaterial in eine Konsistenz überführt werden, welche ein einfacheres Entfernen von der heißen Werkzeugoberfläche gestattet, an welcher sie haften. Das Oxidationsverfahren kann durchgeführt werden, während sich das Werkzeug noch in seiner Umformpresse oder einer anderen in Betrieb befindlichen Maschine befindet und während es sich bei Betriebstemperatur befindet.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung wird das fortschreitende Einführen von Aluminiumlegierungsblechrohlingen zwischen die heißen Umformwerkzeuge durch den Ersatz eines blanken Magnesiumlegierungsblechrohlings unterbrochen. Das Opfermagnesiumlegierungsblech wird durch die heißen, Aluminiumpartikel enthaltenden Umformwerkzeuge erwärmt und geformt. Der Kontakt zwischen den Werkzeugoberflächen und dem heißen Magnesiummaterial wird eine geeignete Zeit lang aufrechter halten, damit die Aluminiumpartikel mit dem Magnesiumblech reagieren oder damit wechselseitig diffundieren können. Die Aluminiumpartikel können sich mit dem Magnesiumblechmaterial legieren, um ein relativ niedrig schmelzendes Material zu bilden, das in der heißen und Luft enthaltenden Umgebung der Presse oxidiert. Wenn das gebildete Magnesium von den Werkzeugen entfernt und verworfen wird, wird das von den Partikeln stammende Aluminium mit dem geopferten Blech entfernt. Jegliches zurückbleibendes Aluminiummaterial kann mit Luft oder dem oben beschriebenen CO2-Reinigungszyklus aus dem Werkzeug geblasen werden.
  • Es ist beim Blasumformen wesentlich, dass in dem Blech kein Bruch stattfindet. Es ist offensichtlich, dass die Produktionsaluminiumbleche keinen Bruch erfahren werden, das weniger duktile Opferblech jedoch schon. Wenn dies der Fall wäre, würde das soeben beschriebene Reinigungsverfahren vorzeitig beendet werden und könnte somit ineffektiv sein. Diese Schwierigkeit kann in einer zweiten Variante der ersten Ausführungsform überwunden werden, indem das Magnesiumblech auf einem Trägerblech aus Aluminium gehalten wird. Es wäre ferner erforderlich, geeignete Schritte zu setzen, um den Magnesiumrohling von dem Aluminiumträgerblech zu trennen, um zu verhindern, dass diese miteinander reagieren. Dies könnte durch ein starkes Beschichten des Aluminiumblechs mit Bornitridschmiermittel oder durch ein Anodisieren des Aluminiumblechs erreicht werden.
  • In einer zweiten Ausführungsform der Methode der Erfindung wird ein oxidierendes Material zur Oxidation der anhaftenden Aluminiumpartikel auf die heißen Werkzeugoberflächen aufgebracht. Wiederum wird das Material gewählt, um die Oxidation von Aluminiumpartikeln in eine Konsistenz zur einfachen Entfernung aus dem Werkzeug zu initiieren. Das Oxidationsmittel kann z. B. Ammoniumperchlorat oder Eisenoxid oder ein oxidierendes Gas wie z. B. ein Sauerstoff/Luft-Gemisch sein. Das Aufbringen der oxidierenden Substanz kann durch mechanisches Bürsten zum Entfernen von oxidiertem Aluminiummaterial ergänzt sein. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Oberfläche des Werkzeuges mit Eisenoxidpartikeln zur Oxidation der anhaftenden Aluminiumpartikel gestrahlt werden.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Kombination aus einem Lichtbogen (bei einem gesteuerten Spalt von der Werkzeugoberfläche angewendet) und einem Prozessgas verwendet, um Aluminiumpartikel zu oxidieren und das oxidierte Aluminiummaterial von den Umformflächen eines oder mehrerer Werkzeuge zu schmelzen, zu verdampfen oder abzutragen.
  • In jeder der oben stehenden Oxidationsmethoden kann der Oxidationsbehandlung ein Reinigungsverfahren wie z. B. das CO2-Reinigunsverfahren vorangehen, um unerwünschtes Schmiermittel und andere Verunreinigungen, welche für solch ein Reinigungsverfahren zugänglich sind, zu entfernen. Und in vielen Fällen kann es wünschenswert sein, auf eine Oxidationsbehandlung das CO2-Verfahren oder dergleichen folgen zu lassen, um oxidiertes, anhaftendes Aluminiummaterial zu entfernen.
  • Wie erwähnt, besteht ein Ziel des Oxidationsverfahrens zur Behandlung von heißen Werkzeugoberflächen darin, anhaftende Aluminiumlegierungspartikel bei der Warmumformung von Aluminiumlegierungsblechprodukten mit weniger Unterbrechungen des Gebrauchs der Werkzeuge zu entfernen.
  • Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus einer detaillierten Beschreibung von illustrativen Methoden zur Oxidation von Aluminium partikeln und Entfernung von den heißen Werkzeugoberflächen offensichtlich.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Aufrissansicht von repräsentativen erwärmten Werkzeugen zur Warmblasumformung von Aluminiumlegierungsblechrohlingen. Die Werkzeuge sind aus einer Werkzeugsstahllegierung hergestellt und werden innen auf Umformtemperaturen erwärmt. Die Umformflächen solcher Werkzeuge können durch de Methoden dieser Erfindung von Aluminiumlegierungsverunreinigungen gereinigt werden.
  • 2A2D sind schematische Veranschaulichungen einer vierstufigen Sequenz zur Entfernung eines Aluminiumpartikels von einer Umformfläche eines Werkzeugstahlwerkzeuges mithilfe eines Opfermagnesiumblechs.
  • 3A3D sind schematische Veranschaulichungen einer vierstufigen Sequenz zur Entfernung eines Aluminiumpartikels von einer Umformfläche eines Werkzeugstahlwerkzeuges mithilfe eines Eisenoxidkugelstrahls.
  • Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
  • 1 veranschaulicht eine hydraulische Presse 10 zum Warmblasumformen von Aluminiumlegierungsblechwerkstücken in Gebrauchsartikel wie z. B. Kraftfahrzeugabschlussbleche. Es können z. B. innere und/oder äußere Heckklappenbleche oder Türbleche hergestellt werden.
  • Die hydraulische Presse 10 umfasst einen feststehenden unteren Tisch 12 und einen vertikal bewegbaren oberen Tisch 14. Eine Schicht einer thermischen Isolierung 16 ist auf dem unteren Tisch 12 angeordnet und ein innen erwärmtes unteres Warmblasumformwerkzeug 18 (im Querschnitt gezeigt) ist auf der thermischen Isolierung 16 angeordnet. Ebenso trägt der obere bewegbare Tisch 14 ein innen erwärmtes oberes Umformwerkzeug 20 (im Querschnitt gezeigt), welches durch eine Schicht einer thermischen Isolierung 22 von dem oberen Tisch 14 thermisch isoliert ist.
  • Die Umformwerkzeuge 18, 20 sind aus einem geeigneten Werkzeugstahl, z. B. P20, einem Chrom-Molybdän-Werkzeugstahl mit typischerweise 0,35 Gewichtsprozent Kohlenstoff, gebildet. Die Grundflächen und Seiten jedes Umformwerkzeuges 18, 20 sind mit einer thermischen Isolierung (allgemein mit der Ziffer 24 bezeichnet) bedeckt. Jedes Umformwerkzeug 18, 20 wird mit einer geeigneten Anzahl von elektrischen Widerstandsheizstäben (z. B. 26) erwärmt, die derart angeordnet sind, dass die Werkzeug- und Umformflächen bei entsprechenden Warmblasumformtemperaturen, die etwa 500°C betragen können, gehalten werden.
  • In dieser Veranschaulichung ist das untere Umformwerkzeug 18 derart geformt, dass es eine Hockdruck-Luftkammer 28 bereitstellt, um ein geplantes Programm von variierenden Umformdrücken gegen eine Seite eines vorgewärmten Aluminiumlegierungsblechrohlings (in der Fig. nicht gezeigt) anzuwenden. Das obere Werkzeug ist maschinell bearbeitet und poliert, um eine Umformfläche 30 für eine Abfolge von vielen Aluminiumlegierungsmetallblechwerkstücken zu bieten. Bei Metallblechumformbetrieben wird die Presse 10 durch Mittel (nicht veranschaulicht) betätigt, um das obere Umformwerkzeug 20 zum Anordnen (häufig durch einen Roboter) eines vorgewärmten Aluminiumlegierungsblechs (auch bei etwa 500°C) zwischen die Werkzeuge 18, 20 anzuheben. Das Werkzeug 20 wird abgesenkt, um die Ränder des Blechwerkstückes zwischen den Dichtwulsten (nicht gezeigt) an den Seiten des Werkzeuges zu erfassen. Das Fluid (oft Luft) wird dann in Übereinstimmung mit einem Druckschema in die Kammer 28 eingeleitet, um das Blech fortschreitend in einen formgleichen Kontakt mit der Fläche 30 des Werkzeuges 20 zu strecken. Nach einigen Minuten wird das obere Werkzeug 20 angehoben, um das warmstreckgeformte Teil sorgfältig herauszunehmen.
  • Wie oben beschrieben, lösen sich Aluminiumstücke allmählich von den Werkstücken und haften z. B. an der Oberfläche 30 des Umformwerkzeuges 20. Es ergibt sich die Notwendigkeit, solche Verunreinigungen von den Werkzeugoberflächen zu entfernen; wenn möglich, ohne das Werkzeug aus seiner Pressenumgebung zu entfernen.
  • Die derzeitige Methode bei der Warmblasumformung (und vielen Warmprägevorgängen) umfasst häufig, dass jeder Aluminiumrohling mit Bornitrid (BN) besprüht wird. Das Bornitrid schmiert die Grenzfläche zwischen dem Rohling und der Umformfläche, um den Metallfluss über eine Werkzeugoberfläche zu erleichtern, die Teilfreigabe von einer Werkzeugoberfläche zu erleichtern und allgemein einen Kontakt zwischen dem Metallwerkstück und dem Metallwerkzeug zu verhindern. Solch eine Beschichtung mit BN ergibt viel bessere Ergebnisse als mit nicht geschmiertem Aluminium, vermeidet jedoch nicht das Haften einiger Aluminiumpartikel an den Stahlwerkzeugen. Diese Partikel führen zu Kratzern auf nachfolgenden Platten, welche in einem kostspieligen Metallendbearbeitungsvorgang ausgeschliffen werden. Die massiven Werkzeuge werden periodisch aus der Presse entfernt, auf Raumtemperatur abkühlen gelassen, dann händisch geschliffen/poliert, um anhaftendes Aluminium zu entfernen, bevor sie zurück in die Produktion gebracht werden. Die Methoden dieser Erfindung reduzieren die Notwendigkeit, die Werkzeuge auf Raum temperatur abzukühlen, um Aluminiumpartikel zu entfernen. Dies erhöht den Ausstoß von gebildeten Aluminiumlegierungsblechmetallprodukten, verbessert die Metallblechproduktqualität und reduziert Kosten.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung würde ein Oxidationsverfahren das periodische Umformen eines blanken Magnesiumlegierungsrohlings in einem Warmumformverfahren ähnlich jenem umfassen, das verwendet wurde, um Aluminiumlegierungsplatten warmblasumzuformen. Dieser Werkzeugoberflächenreinigungsschritt würde ausgeführt werden, wenn beobachtet wird, dass Aluminiumpartikel, welche an der Oberfläche des Warmumformwerkzeuges haften, die Oberfläche von gebildeten Aluminiummetallblechteilen beschädigen. Die erwärmten Umformwerkzeuge bleiben in der Umformpresse, allerdings wird die Beschickung mit Aluminiumblechrohlingen für diese Werkzeugoberflächenreinigungsprozedur zeitweise unterbrochen. Die anhaftenden Al-Partikel werden durch Reaktion mit einem vorgewärmten Magnesiumblech entfernt, wenn dieses zwischen den Werkzeugen eingesetzt und ungeformt wird. Die Aluminiumpartikel, die an der/den Werkzeugoberfläche/n haften, können entweder (a) sich mit dem Magnesiumblech legieren und mit dem Magnesiumblech von dem Werkzeug wegtransportiert werden oder (b) eine intermetallische Verbindung mit einem niedrigen Schmelzpunkt bilden, welche rasch oxidiert und aus dem Werkzeug ausgeblasen werden kann. Diese Methode ist in den 2A2D schematisch veranschaulicht.
  • Als ein Beispiel kann eine dreistufige Prozedur folgen, welche einen CO2-Reinigungszyklus (einschließlich Trockeneis-Pellets) umfasst, um jegliche BN-Ansammlung auf dem Werkzeug mit der Warmumformwerkzeugoberfläche zu entfernen (Dieser Schritt ist nicht veranschaulicht). Anschließend an diese Vorreinigung mit CO2 wird ein Umformzyklus mit einem heißen Mg-Rohling durchgeführt, der kein Schmiermittel aufweisen kann, aber mit den mit Verunreinigungen beladenen Oberflächen des Umformwerkzeuges in Kontakt steht. Die Werkzeugoberfläche mit einem anhaftenden Aluminiumpartikel und einem darüber liegenden Magnesiumblech ist in 2A veranschaulicht, und das umgeformte Magnesiumblech auf der Werkzeugoberfläche, das über einem Magnesiumpartikel liegt, ist in 2B veranschaulicht. Der Umformzyklus (der z. B. mit den Umformflächen und dem Magnesiumrohling bei etwa 500°C durchgeführt wird) kann etwas langsamer sein als der Produktionszyklus für Aluminium und kann einen zusätzlichen Aufenthalt am Ende des Zyklus umfassen, um sicherzustellen, dass die Diffusion und nachfolgende Oxidationsreaktion stattgefunden hat. Die Mg-Platte mit dem umgesetzten Aluminiummaterial wird dann aus dem Werkzeug entfernt, wie in 2C veranschaulicht. Es kann ein weiterer CO2-Reinigungszyklus durchgeführt werden, um jegliche/s Oxid oder andere Verunreinigungen, das/die sich während der Reaktion gebildet hat/haben und in dem Werkzeug zurückbleiben kann/können, zu entfernen (2D). Dieser Aluminiumpartikelentfernungszyklus könnte bei Bedarf mit einem neuen Magnesiumlegierungsrohling wiederholt werden.
  • Die/der genaue Prozedur und Mikromechanismus der Reinigung könnten geändert werden, um der Beschaffenheit der anhaftenden Al-Partikel auf der Basis z. B. ihrer/s: Größe, Oxidgehaltes, BN-Gehaltes etc. gerecht zu werden. Die Vorwärmtemperatur des Magnesiumblechs kann je nach Wunsch etwas angepasst werden, um Festkörperreaktionen mit Aluminiumlegierungspartikeln zu begünstigen oder um flüssige Reaktionsprodukte zu bilden, welche (a) mit Luft in dem Werkzeughohlraum reagieren könnten, um ein Festoxid zu bilden oder (b) eine spröde intermetallische Verbindung zu bilden. Rückstände einer jeden Festphase könnten durch Strahlen mit Trockeneispartikeln entfernt werden. Wenn Oxide, die in den anhaftenden Aluminiumpartikeln vorhanden sind, das Reinigungsverfah ren behindern, könnten Flussmittel (Salze) angewendet werden, um sie zu verflüssigen.
  • In einer weiteren Ausführungsform zur Oxidation von Aluminiumspänen wird ein Partikel enthaltendes Gemisch aus oxidierenden Materialien auf die Warmumformwerkzeugoberfläche aufgebracht. Das Gemisch umfasst Partikel eines Oxidationsmittels (z. B. Ammoniumperchlorat), einen Katalysator (z. B. Eisenoxid) und weitere Bestandteile wie z. B. einen hochtemperaturbeständigen Träger. Das Oxidationsgemisch ist ausgelegt, um chemische Reaktionen mit den Aluminiumlegierungspartikeln zu initiieren und aufrechtzuerhalten, um deren Härte oder Konsistenz zu verändern und deren Entfernen von der Werkzeugoberfläche zu erleichtern. Gleichzeitig oder kurz danach würden die Oxidationspartikel und umgesetzten Aluminiumlegierungspartikel mit einer Drahtbürste oder Metallwolle oder einem Metallfilz kräftig gescheuert. Die kombinierte Wirkung aus dem aufgebrachten Gemisch, der hohen Temperatur des Werkzeuges und des Scheuerns dient dazu, das Aluminium zu oxidieren und das resultierende Oxid zu zerlegen. In einer weiteren Ausführungsform würde ein sauerstoffreiches Gas anstelle des oder zusätzlich zu dem Feststoffgemisch/es verwendet werden. Wie oben beschrieben, können ergänzende Reinigungsverfahren wie z. B. Strahlen mit Trockeneis vor und nach diesem Aluminiumfragment-Oxidationsverfahren verwendet werden, um die Entfernung von BN und Oxidschichten zu unterstützen.
  • Ein weiteres Oxidationsverfahren umfasst die Verwendung eines Reinigungskopfes, der an einem Roboterarm oder einem anderen mechanischen Aktuator montiert sein kann, um sich über die Oberfläche eines heißen Stahlwerkzeuges zu bewegen und anhaftende aluminiumreiche Partikel zu entfernen. Die Arbeitsfläche des Reinigungskopfes würde eine oder mehrere Elektroden in der Nähe der Mitte und Gleitschuhe um den Umfang herum aufweisen, um einen festen Spalt zwischen den Elektroden und der Werkzeugoberfläche zu bilden. Der Oxidationskopf kann auch eine Düse zur Lieferung eines Prozessgas in den Spalt und einen Unterdruckanschluss zum Entfernen der Verunreinigungen aufweisen. In der Praxis würde eine entsprechend gesteuerte Stromversorgung an dem Werkzeug und den Kopfelektroden befestigt sein, sodass in dem Spalt eine Hochspannung hergestellt werden kann. Da der Kopf in einem festen Abstand von der Werkzeugoberfläche positioniert ist, wird, immer wenn der sich bewegende Kopf ein Aluminiumpartikel überquert, die Spaltgröße reduziert und es findet eine Funkenentladung statt. Die damit verbundene Erwärmung schmilzt und/oder verdampft das Aluminiummetall und trägt eingeschlossene Oxide und Nitride ab. Die genaue Beschaffenheit des Funkens und seine Wirkungen auf die aluminiumreichen Partikel werden durch die Einstellungen der Stromversorgung (z. B. Wechselstrom oder Gleichstrom, direkte Polung oder inverse Polung, Impulsform etc.) und die Gasumgebung (Strömungsgeschwindigkeit, Verwirbelung, Oxidationspotential etc.) bestimmt sein. In einer Ausführungsform würden die Aluminiumdämpfe und abgetragenen Mikrotropfen durch das Prozessgas oxidiert und über die Unterdruckleitung entfernt. Ein Strahlen der Werkzeugoberfläche mit Trockeneispellets vor und/oder nach dem oxidativen Funkenreinigungsverfahren kann das Aluminiumpartikelentfernungsverfahren komplettieren.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform wird eine Kombination aus Oxidation und Kugelstrahlen verwendet, um die anhaftenden aluminiumreichen Partikel von heißen Stahlwerkzeugoberflächen zu entfernen. Verunreinigte Gebiete einer Werkzeugoberfläche können mit Kugeln gestrahlt werden, die aus Eisenoxid, z. B. Fe2O3, gebildet sind. Beim Zusammenstoß mit einem heißen, Aluminium enthaltenden Partikel reagiert eine Eisenoxidkugel lokal, um Aluminium zu oxidieren und das Eisenoxid zu re duzieren. Die Reaktionsprodukte werden typischerweise durch das Strahlverfahren weggetragen. Die Oxidationsreaktion produziert häufig einen Blitz von Licht, der verwendet werden kann, um Gebiete der Werkzeugoberfläche anzuzeigen, die am meisten verunreinigt sind. Und das Nichtvorhandensein von Lichtblitzen kann einen Reinigungsforschritt anzeigen. Dieses Eisenoxid-Oxidationsverfahren kann durch Beschichten von Eisenoxidpartikeln an der Werkzeugoberfläche und Strahlen der Beschichtung mit Kugeln aus Metall, Glas oder Trockeneis modifiziert werden.
  • Die 3A3D veranschaulichen schematisch eine Methode zum Strahlen einer Umformwerkzeugoberfläche mit Eisenoxidkugeln, um Aluminiumpartikel von der Werkzeugstahlfläche zu entfernen. 3A veranschaulicht ein problematisches Aluminiumpartikel, das je nach Warmumformverfahren an der heißen Stahloberfläche des erwärmten Werkzeuges (z. B. 300°C bis etwa 500°C) haftet. In 3B wird ein Strom von Eisenoxidpartikeln zu dem heißen Aluminiumpartikel geleitet, sodass einige Eisenoxidkugeln auf das Aluminiumpartikel schlagen. Es wird ein Funken emittiert und es bildet sich ein Oxidationsrückstand (2C). Das Strahlen mit Eisenoxidkugeln kann den Rückstand entfernen. Auf den Kugelstrahlschritt kann jedoch eine Kohlendioxid/Trockeneis-Reinigung (3D) folgen, wie in dieser Beschreibung oben stehend beschrieben.
  • Es wurde somit eine Vielfalt von Verfahren zur reaktiven Umwandlung von aluminiumreichen Partikeln, die an einer erwärmten Stahlumformwerkzeugoberfläche haften, offenbart. Es sind Variationen und Kombinationen denkbar, um Aluminiumpartikel verschiedener Zusammensetzungen und Formen zur Reaktion zu bringen oder zu oxidieren und von verschiedenen Werkzeugoberflächen zu entfernen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 6516645 [0006]

Claims (10)

  1. Verfahren zum aufeinanderfolgenden Umformen einer Reihe von erwärmten Aluminiumlegierungsblechen mit verbesserten sichtbaren Oberflächen, indem sie, eines nach dem anderen, gegen eine oder mehrere erwärmte Stahlumformflächen eines erwärmten Umformwerkzeuges, welches in einer Umformmaschine getragen ist, verformt werden, wobei von Zeit zu Zeit Partikel aus Aluminiumlegierungsmaterial von den Aluminiumblechen an einer Stahlumformfläche haften und Oberflächen von anschließend umgeformten Aluminiumlegierungsblechen beschädigen; wobei das Verfahren umfasst, dass: die erwärmte Stahlumformfläche periodisch auf anhaftende Aluminiumpartikel überprüft und bestimmt wird, wann es notwendig ist, solche anhaftenden Partikel zu entfernen, und dann, ohne Kühlen oder Entfernen des erwärmten Umformwerkzeuges, von der Umformmaschine; die Partikel aus Aluminiumlegierungsmaterial, die an der erwärmten Stahlumformfläche haften, chemisch in eine veränderte Zusammensetzung umgewandelt werden, in welcher sie von der erwärmten Stahlumformfläche entfernt werden können; die umgewandelten Partikel von der Stahlumformfläche entfernt werden und danach das Umformen der Aluminiumlegierungsbleche gegen die Stahlumformfläche fortgesetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stahlumformfläche auf eine Temperatur im Bereich von etwa 300°C bis etwa 500°C erwärmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein erwärmtes Magnesiumblech gegen die Aluminiumpartikel, die an der erwärmten Stahlumformfläche haften, verformt wird, um das Aluminium enthaltende Material in das verformte Magnesiumblech überzuführen; und das Magnesiumblech mit dem überführten Aluminium enthaltenden Material von der erwärmten Stahlumformfläche entfernt wird, wobei insbesondere: die Stahlumformfläche auf eine Temperatur im Bereich von etwa 300°C bis etwa 500°C erwärmt wird und das Magnesiumblech auf eine vorbestimmte Temperatur in diesem Temperaturbereich zur Wechselwirkung mit den an der Stahlumformfläche haftenden Aluminiumpartikeln erwärmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die anhaftenden Aluminiumpartikel chemisch umgewandelt werden, indem ein partikelförmiges oder gasförmiges oxidierendes Material auf die erwärmte Stahlumformfläche aufgebracht wird, wobei insbesondere: die anhaftenden Aluminiumpartikel chemisch umgewandelt werden, indem ein Strom von Eisenoxidpartikeln gegen die Aluminiumpartikel geleitet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aluminiumpartikel chemisch umgewandelt werden, indem ein elektrischer Lichtbogen auf die Partikel und die erwärmte Umformfläche aufgebracht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Oberflächen der erwärmten umzuformenden Aluminiumlegierungsbleche mit einem Schmiermittelfilm beschichtet werden, um einen geschmierten Kontakt zwischen den Blechoberflächen und der erwärmten Stahlumformfläche herzustellen.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Oberflächen der erwärmten umzuformenden Aluminiumlegierungsbleche mit einem Film aus einem Bornitrid enthaltenden Schmiermittel beschichtet werden, um einen geschmierten Kontakt zwischen den Blechoberflächen und der erwärmten Stahlumformfläche herzustellen.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein Strom von Kohlendioxid-Pellets gegen die Stahlumformfläche geleitet wird, um jeglichen verbleibenden Schmiermittelrückstand zu entfernen, bevor die Aluminiumpartikel chemisch umgewandelt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein Strom von Kohlendioxid-Pellets gegen die Stahlumformfläche geleitet wird, um jeglichen verbleibenden Schmiermittelrückstand zu entfernen, bevor die Aluminiumpartikel chemisch umgewandelt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei chemisch umgewandelte Aluminiumpartikel von der Stahlumformfläche entfernt werden, indem ein Strom von Kohlendioxid-Pellets gegen die Stahlumformfläche und die chemisch umgewandelten Partikel aufgebracht wird.
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