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Technisches Gebiet
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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.
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Hintergrund der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 CO
2-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.
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Es
besteht Bedarf an einer Methode zum Entfernen von Aluminiummetallpartikeln
von heißen Werkzeugoberflächen ohne lange anhaltende
Unterbrechungen der Produktion von umgeformten Teilen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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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.
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2A–2D sind
schematische Veranschaulichungen einer vierstufigen Sequenz zur
Entfernung eines Aluminiumpartikels von einer Umformfläche
eines Werkzeugstahlwerkzeuges mithilfe eines Opfermagnesiumblechs.
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3A–3D sind
schematische Veranschaulichungen einer vierstufigen Sequenz zur
Entfernung eines Aluminiumpartikels von einer Umformfläche
eines Werkzeugstahlwerkzeuges mithilfe eines Eisenoxidkugelstrahls.
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Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 2A–2D schematisch
veranschaulicht.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die 3A–3D 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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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