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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Verbessern der Haftung eines Schmiermittelfilms, der kleine Schmiermittelpartikel umfasst, auf einer Oberfläche eines Metallwerkstücks, welches für einen warmformenden Arbeitsvorgang gedacht ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Aussetzen eines geschmierten Metalls gegenüber kontrollierten Feuchtigkeitsatmosphären zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften und der Haftung des Schmiermittels an dem Metallwerkstück in einem nachfolgenden Warmbearbeitungsschritt bzw. Warmformschritt.
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Die
US 2008 / 0 185 079 A1 beschreibt ein Schmiermittel für die Warmformung von Metallwerkstücken, wobei das Schmiermittel Wismut umfasst, allein oder in Verbindung mit Bornitrid. Das Schmiermittel ist in einem flüssigen Träger suspendiert, wie in Wasser oder Alkohol.
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In der
EP 0 164 637 A1 wird ein Hochtemperaturschmierstoff für die Heißformung von Metallen beschrieben, vorzugsweise in Form einer wässrigen Dispersion. Neben dem Festschmierstoff sind ein anorganischer Zusatz in Form eines Polyphosphates, einer Borverbindung und eines Alkalisilikates sowie ein organisches Stabilisierungsmittel enthalten.
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Die
DE 23 17 708 A beschreibt ein Schmiermittel auf Wasserbasis als Schmiermittelüberzug auf Metalloberflächen und deren Verarbeitung mittels Strangpressen. Es wird ein festhaftender Überzug aus einem teilchenförmigen festen Schmierstoff und einem Bindemittel gebildet.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bei einem Warmformen wird das Arbeitsmaterial auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, bei welcher die plastische Verformung des Materials leichter zu erreichen ist als bei Raumtemperatur. Dann wird das Material unter Verwendung einer Matrize, eines Werkzeugs oder eines Stanzwerkzeugs (heiß oder bei Raumtemperatur) und einer hydraulischen und/oder mechanischen Kraft oder viskosen Fluid-Kraft (heiß oder bei Raumtemperatur) geformt, um eine gewünschte Form und Ausgestaltung zu erreichen.
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Metallgegenstände können durch Warmformverfahren hergestellt werden, welche in einer Presse komplementäre Formwerkzeuge unter dem Druck eines Arbeitsgases verwenden, um einen vorerwärmten Metallformling, beispielsweise einen Blechformling aus Aluminiumlegierung, gegen Formflächen auf dem Formarbeitswerkzeug zu streckformen bzw. zu streckziehen. Warmformverfahren schließen beispielsweise superplastisches Formen (SPF), Schmieden, Warmprägen, Kunststoff-Blasformen, Warm-Hydroformen und schnelles Kunststoffformen (QPF) ein, welche in dem gemeinsam zugeordneten US Patent
US 6 253 588 B1 beschrieben werden.
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Bei dem Heißblasformen wird ein sehr formbares Blech, wie beispielsweise ein Blech aus einer Aluminiumlegierung, auf beispielsweise ungefähr 500 °C erhitzt und an Umfangskanten zwischen komplementären, sich gegenüberliegenden Matrizen bzw. Stempeln eingeklemmt. Gegen eine Seite des Blechs wird unter Druck stehende Luft oder ein anderes Fluid aufgebracht, um dieses in Anpassung an die Formfläche einer Matrize zu strecken. Die sich gegenüberstehenden Matrizen schaffen eine Luftkammer auf der mit Druck beaufschlagten Seite des Aluminiumblechs. Beide Matrizen können auf erhöhte Formtemperaturen erhitzt werden, um das Blech bei einer vorbestimmten Formtemperatur zum Formen des Blechs zu halten. Das Blech kann zunächst zum Vorformen gegen eine Matrize gepresst werden und wird dann zum Fertigstellen der Formgebung gegen die gegenüberliegende Matrize geblasen werden. Folglich wird wenigstens eine Oberfläche des heißen Blechs gegen und über die Formfläche einer Matrize gestreckt.
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Bei den Produktionsschritten werden die erhitzten Blechwerkstücke wiederholt auf der Presse platziert, auf der/den erhitzten Matrize(n) geformt und entfernt. Auf die Werkstücke kann ein Schmiermittel aufgebracht werden, um den wiederholten gleitenden Reibungskontakt abzupuffern. Eine geringe Haftung des Schmiermittels auf den Werkstücken kann allerdings aufgrund einer Verringerung der tribologischen Leistungsfähigkeit des Materials während des Warmverformens und durch Erhöhen der Anzahl der Oberflächendefekte auf dem fertigen Teil die Qualität des fertigen Teils verringern.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Das vorliegende Verfahren wird durchgeführt, um die Haftung einer partikelförmigen Schmiermittelschicht oder eines partikelförmigen Schmiermittelfilms auf Metallwerkstücken, welche für ein Warmformverfahren gedacht sind, zu erhöhen. Die fester haftende Schmiermittelschicht schützt die Werkstücke in einem nachfolgenden Formarbeitsschritt besser. Der fester haftende Film kann auch ein vollständigeres oder schwierigeres Formen des Werkstücks/der Werkstücke in einem einzigen Warmformschritt erlauben. Gemäß einer Ausführungsform werden die Schmiermittelpartikel auf die Metallwerkstücke aufgebracht, und zwar beispielsweise durch Sprühbeschichten, durch Walzbeschichten oder durch Eintauchbeschichten. Das Schmiermittel kann Partikel enthalten, welche für den Aufbringschritt in einem flüssigen Träger dispergiert sind. Die Partikel können aus wenigstens einem von Bornitrid, von Graphit, von WS2 oder von MoS2 bestehen. Der flüssige Träger kann Wasser oder Alkohol sein. Die Schmiermittelpartikel enthaltende Dispersion kann auch wenigstens eines von einem Dispergiermittel oder einem Tensidadditiv enthalten. Nach einer geeigneten Aufbringung wird der flüssige Träger verdampft oder anderweitig entfernt, um einen mehr oder weniger trockenen Film aus Schmiermittelpartikeln zu entfernen. Der resultierende getrocknete Schmiermittelfilm kann typischerweise eine Dicke von bis zu ungefähr 50 Mikrometern oder so aufweisen, weil dies bestimmt worden ist, für die Kombination von Schmiermittelpartikeln, Metallwerkstückoberfläche und Warmformschritt geeignet zu sein.
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Das Metallwerkstück kann aus irgendeiner geeigneten Legierung zusammengesetzt sein, für welche ein Partikel-Schmiermittelfilm für einen Warmformschritt erforderlich sein kann. Beispielsweise können solche Schmiermittel auf Werkstücken aus einer Aluminiumlegierung, aus einer Magnesiumlegierung, aus einer Titanlegierung oder aus rostfreiem Stahl eingesetzt werden. In einer Ausführungsform kann das Metallwerkstück ein Metallwerkstück aus Blech aus einer Aluminiumlegierung 5083 mit einer Dicke von ungefähr 0,1 bis 5 mm sein. Das Metallwerkstück kann in einer Kammer positioniert sein, wo dieses dann Luft mit einer hohen relativen Feuchtigkeit, beispielsweise ungefähr 50 bis ungefähr 100 % relativer Feuchtigkeit, für eine Zeit und für einen Temperaturbereich, welche für die Werkstoffoberfläche, für das Schmiermittelmaterial und für den beabsichtigten Warmformschritt vorbestimmt worden sind, ausgesetzt wird. Der Feuchtigkeitsgrad wird auch geeignet gesteuert. Geeignete Temperaturbereiche für die Feuchtigkeitsbehandlung können beispielsweise zwischen ungefähr 25 °C und 60 °C variieren. In einer Ausführungsform kann die Zeit der Aussetzung gegenüber der Feuchtigkeit beispielsweise zwischen einem Tag und zehn Tagen variieren. In anderen Ausführungsformen können längere Zeitspannen der Aussetzung gegenüber der Feuchtigkeit eine bessere Haftung des partikelförmigen Schmiermittelfilms ergeben. Die exakten Bedingungen der Feuchtigkeit, der Zeit und der Temperatur können abhängig von der Schmiermittelzusammensetzung, von der Schmiermittelpartikelgröße, von der Schmiermittelpartikelgrößenverteilung und von der durchschnittlichen Schmiermitteldicke variieren. Die Bedingungen für den Feuchtigkeitsschritt werden so ausgewählt, dass die gewünschte Schmiermittelhaftung für eine bestimmte Anwendung erreicht wird.
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In einer Ausführungsform kann ein einzelnes geschmiertes Werkstück für einen Warmformgebungsschritt befeuchtet werden. Aber in vielen Fällen werden viele geschmierte Werkstücke zum Warmformgeben durch einen herkömmlichen Warmformgebungsschritt hergestellt. Die Werkstücke können in der Feuchtigkeitskammer so angeordnet werden, dass die feuchte Luft jede der geschmierten Flächen kontaktiert.
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Nach der Aussetzung gegenüber Feuchtigkeit werden die geschmierten Metallwerkstücke aus der Kammer herausgenommen. In Abhängigkeit lediglich von anderen vorläufigen Werkstückherstellungsschritten sind die mit Schmiermittelfilm beschichteten Werkstücke für einen Warmformschritt fertig. Jedes Werkstück kann wie erforderlich für den Warmformschritt erhitzt werden. In dem Fall, dass ein Werkstück erhitzt wird, aber das Formgeben nicht sofort durchgeführt wird, können die Werkstücke, wie erforderlich, abgekühlt und erneut erhitzt werden. In einer Ausführungsform können beispielsweise mit befeuchtetem Film geschmierte Werkstücke aus AA5083 für ein Warmverformen oder für ein Heißstanzen auf eine Temperatur von ungefähr 300 °C oder für ein Heizblasformen auf eine Temperatur von ungefähr 500 °C erhitzt werden.
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Folglich wird ein geschmiertes Metallwerkstück einem Feuchtigkeitsschritt unter bestimmten (beispielsweise experimentell bestimmten) Bedingungen unterworfen, um die Schmiermittelhaftung für das Werkstückmaterial und die Oberfläche und für den beabsichtigten Warmformgebungsschritt am besten zu verbessern. Das Werkstück kann sofort nach der Befeuchtung erhitzt und geformt werden. Oder, das Werkstück kann nach dem Befeuchtungsverfahren gelagert werden und dann zu einer späteren Zeit geformt werden.
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Ein Erhöhen der Haftung verbessert die tribologische Leistung der Werkstücke während der Warmformschritte und kann die Anzahl von Oberflächendefekten auf Teilen, welche während der Warmformschritte hergestellt werden, verringern. Des Weiteren erhöht das Verfahren die Haftung von Schmiermittel auf nicht konform geschmiertem Material und eliminiert so die Notwendigkeit, Material auszusondern oder das Schmiermittel zu entfernen und das Material wieder mit frischem Schmiermittel zu besprühen.
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Figurenliste
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- Die 1 zeigt die Ergebnisse einer Messung der Haftung von Schmiermittel auf Metall für geschmierte Metallblechproben, welche gemäß einem Verfahren der vorliegenden Erfindung kontrollierten Atmosphären und Temperaturen ausgesetzt worden sind, im Vergleich zu unbehandeltem geschmiertem Metall.
- Die 2 zeigt den Reibungskoeffizienten als eine Funktion der Testzeit für Metallproben mit einem dünnen Schmiermittelfilm, welche gemäß einem Verfahren der vorliegenden Erfindung kontrollierten Atmosphären und Temperaturen ausgesetzt worden sind, im Vergleich zu unbehandeltem geschmiertem Metall.
- Die 3 zeigt den Reibungskoeffizienten als eine Funktion der Testzeit für Metallproben mit einem dicken Schmiermittelfilm, welche gemäß einem Verfahren der vorliegenden Erfindung kontrollierten Atmosphären und Temperaturen ausgesetzt worden sind, im Vergleich zu unbehandeltem geschmiertem Metall.
- Die 4 zeigt eine schematische Ansicht der repräsentativen erhitzten Werkzeugen für das Heißblasformen von Metallformlingen. Die Werkzeuge sind aus einer Werkzeugstahllegierung hergestellt und werden intern auf Formtemperaturen erhitzt.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es kann ein Werkstück, welches einem Warmmetallformen unterworfen wird, geschmiert werden. Das Schmiermittel kann beispielsweise dazu dienen, eine Schmierung vorzusehen, wenn das Metall gegen eine formende Oberfläche gleitet, und/oder, nach der Vervollständigung des Formschritts aus dem Werkzeug ein geformtes Werkstück freizusetzen. Eine der wichtigsten Eigenschaften der Schmiermittelschicht ist deren Haftung auf dem Metall. Eine geringe Haftung kann die Qualität der fertigen Teile verringern, und zwar durch Verringern der Leistungsfähigkeit des Materials während des Formens und durch Erhöhen der Anzahl von Oberflächendefekten auf den Teilen. Eine Ausführungsform umfasst ein Verfahren des Verbesserns der Haftung und der tribologischen Eigenschaft von festen Schmiermittelfilmen auf einem Metallwerkstück. Das Verfahren erhöht die Haftung des Schmiermittels auf dem Metall beträchtlich und kann die Anzahl der Oberflächendefekte auf den geformten Teilen verringern und so die Oberflächenqualität der Teile erhöhen. Das Verfahren kann ebenso Oberflächenfertigstellungskosten verringern.
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Des Weiteren kann das Verfahren eingesetzt werden, um geschmiertes Material zu verarbeiten, welches nicht minimalen Haftungsanforderungen entspricht. Wie den Fachleuten bekannt ist, muss geschmiertes Material ohne ausreichende Haftung gewaschen werden und erneut mit Schmiermittel besprüht werden, was so die Verarbeitungskosten von nicht konformem Material erhöht. Wenn die Haftung des Schmiermittels gemäß dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert wird, wird eine Entfernung und ein erneutes Besprühen des Schmiermittels für nicht konforme geschmierte Materialien unnötig. Folglich kann das Verfahren die Kosten, welche mit der Schmiermittelentfernung und mit dem erneuten Aufbringen von Schmiermittel verbunden sind, vollständig eliminieren.
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Die Haftung der Trockenschmiermittelfilme auf Metall kann von den Schmiermittelverfahrensparametern und von der Partikelgröße und von der Partikelgrößenverteilung des Schmiermittels abhängig sein. Es kann jeder geeignete partikelförmige Trockenklebstoff eingesetzt werden, beispielsweise, aber nicht beschränkt auf wenigstens eines von Bornitrid (BN), von Graphit, von WS2 oder von MoS2. Das partikelförmige Schmiermittel kann in jeder geeigneten Flüssigkeit dispergiert oder suspendiert werden, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf wenigstens eines von Wasser oder Alkohol. Die Partikel können jede geeignete Größe aufweisen. In einer Ausführungsform kann die durchschnittliche Partikelgröße in dem Schmiermittel ungefähr 5 Mikrometer betragen. In einer Ausführungsform können 95 % der Partikel in dem Schmiermittel eine Größe von weniger als 5 Mikrometern aufweisen. Das Schmiermittel kann ebenfalls wenigstens eines von einem Dispergiermittel oder von einem Tensid enthalten, um die Homogenität des Schmiermittels zu erhöhen.
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Gemäß einer Ausführungsform wird das Schmiermittel zuerst auf einen Metallwerkstoff aufgebracht, und zwar durch irgendein geeignetes Verfahren, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf Sprühen, Tauchen oder Walzen. Das Metallwerkstück kann beispielsweise, aber nicht beschränkt, aus Aluminiumlegierungen, aus Magnesiumlegierungen oder aus Titanlegierungen bestehen. Wenn das Metallwerkstück ein Blech ist, kann das Werkstück aus irgendeinem Material zusammensetzt sein, welches zu Blech verarbeitet ist, um in einem Warmformverfahren mit einem Trockenschmiermittel eingesetzt zu werden. Wenn das Metallwerkstück ein Blech ist, kann die Dicke des Metallblechwerkstücks irgendeine geeignete Dicke sein, beispielsweise aber nicht beschränkt auf ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 5 mm.
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Auf die Oberfläche des Metallwerkstücks kann eine geeignete flüssige Suspension des Schmiermittels, beispielsweise Bornitrid, gesprüht werden. Das flüssige Vehikel, wie beispielsweise Wasser oder Alkohol, wird so ausgewählt, dass dieses entweder bei Umgebungstemperatur oder nach Erhitzen des Metallwerkstücks verdampft. Das Schmiermittel wird aufgebracht und getrocknet, bevor das geschmierte Werkstück gemäß einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung der feuchten Umgebung und Hitze werden ausgesetzt wird. Die Dicke des resultierenden Schmiermittelfilms kann ungefähr 1 Mikrometer bis ungefähr 100 Mikrometer betragen, nachdem die flüssigen Vehikel verdampft sind. In einer Ausführungsform kann die Dicke des Schmiermittelfilms ungefähr 50 Mikrometer oder weniger betragen.
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Nachdem das Schmiermittel auf das Metallwerkstück aufgebracht worden ist, wird das geschmierte Werkstück in einer Kammer positioniert und zu präzisen Zeiten und Temperaturen gegenüber gesteuerten feuchten Atmosphären ausgesetzt. Die Kammer kann irgendein geeignetes Gehäuse für das Werkstück sein, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf einen Behälter, einen Hohlraum oder einen Raum. In einer Ausführungsform kann der Feuchtigkeitsgrad zwischen ungefähr 50 und ungefähr 100 % betragen. In einer Ausführungsform kann der Feuchtigkeitsgrad zwischen ungefähr 80 und ungefähr 100 % betragen. In einer anderen Ausführungsform kann der Feuchtigkeitsgrad ungefähr 100 % betragen. In einer Ausführungsform kann der Temperaturbereich für die Behandlung zwischen ungefähr 25 °C und ungefähr 60 °C variieren. In einer anderen Ausführungsform kann der Temperaturbereich für die Behandlung zwischen ungefähr 25 °C und ungefähr 45 °C variieren. In einer anderen Ausführungsform kann der Temperaturbereich für die Behandlung zwischen ungefähr 35 °C und ungefähr 45 °C variieren. Die Zeit der Aussetzung gegenüber der Feuchtigkeit kann wenigstens 1 Tag betragen. In einer Ausführungsform variiert die Zeit der Aussetzung zwischen ungefähr 1 Tag und ungefähr 10 Tagen. In einer anderen Ausführungsform variiert die Zeit der Aussetzung zwischen ungefähr 1 Tag und ungefähr 3 Tagen. Der Feuchtigkeitsgrad, die Temperatur und die Zeit der Aussetzung werden so gewählt, dass die Haftung des Schmiermittels auf einen gewünschten Grad erhöht wird.
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Nach der Aussetzung gegenüber Feuchtigkeit wird das geschmierte Werkstück zu präzisen und kontrollierten Zeiten und Temperaturen erhitzt. Beispielsweise kann das geschmierte Werkstück in einer Ausführungsform auf ungefähr 300 °C bis ungefähr 550 °C erhitzt werden. In einer anderen Ausführungsform kann das geschmierte Werkstück auf ungefähr 450 °C erhitzt werden. In einer Ausführungsform kann das geschmierte Werkstück für ungefähr 1 Minute bis für ungefähr 10 Minuten erhitzt werden. In einer anderen Ausführungsform kann das geschmierte Werkstück für ungefähr 5 Minuten erhitzt werden. Die Temperatur und die Zeit der Aussetzung gegenüber der Wärme werden so gewählt, dass die Haftung des Schmiermittels auf einen gewünschten Grad erhöht wird.
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Die Bedingungen, welche für die Aussetzung gegenüber Feuchtigkeit und Wärme eingesetzt werden, können von der Partikelgröße des Schmiermittels und von der Partikelgrößenverteilung des Schmiermittels sowie von der durchschnittlichen Dicke des Schmiermittels abhängen.
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Nachdem das geschmierte Metallwerkstück gegenüber den Feuchtigkeits- und Heizschritten ausgesetzt worden ist, kann das Werkstück in einem Warmformschritt zu einem Produkt geformt werden. In einer Ausführungsform kann das Werkstück unmittelbar nachdem das Feuchtigkeits- und Heizverfahren beendet worden ist, warm verformt werden. Oder, das Werkstück kann nach dem Feuchtigkeits- und Heizverfahren gekühlt werden und dann zu einer späteren Zeit warm verformt werden. Der Heizschritt kann ein Teil des Warmformschritts sein.
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Es wurden Experimente durchgeführt, um den Effekt des Aussetzens von Metallblech mit zwei nominellen Schmiermitteldicken gegenüber 100 % Feuchtigkeit bei verschiedenen Temperaturen zu untersuchen. Die Metallblechproben waren aus AA5083 gefertigt. Aluminiumlegierung 5083 weist eine typische Zusammensetzung, pro Gewicht, von ungefähr 4 % bis 5 % Magnesium, von 0,3 bis 1 % Mangan, einem Maximum von 0,25 % Chrom, ungefähr 0,1 % Kupfer, bis zu ungefähr 0,3 % Eisen, bis zu ungefähr 0,2 % Silizium und Rest im Wesentlichen gesamt Aluminium auf. Auf das Metallblech wurde ein Bornitrid-Schmiermittel gesprüht. Fünfundneunzig Prozent der Partikel in dem Schmiermittel wiesen einen Durchmesser von weniger als 5 Mikrometern auf.
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Für jede experimentelle Bedingung wurden drei Proben untersucht. Die Proben wurden zu entweder einer ersten Dicke oder einer zweiten Dicke des Schmiermittelfilms geschmiert. Die erste Dicke, welche als „dünn“ bezeichnet wird, betrug ungefähr 5 bis ungefähr 9 Mikrometer oder 0,00020 Inch bis 0,00035 Inch. Die zweite Dicke, welche als „dick“ bezeichnet wird, betrug von ungefähr 12 bis ungefähr 17 Mikrometer oder von 0,00045 Inch bis 0,00060 Inch.
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Die Werkstücke wurden während 1, 3 und 6 Tagen bei 32,2 °C, 37,8 °C und 43,3 °C einer Feuchtigkeit von 100 % ausgesetzt. Die Aussetzung gegenüber Feuchtigkeit wurde unter Verwendung einer Q-FOG zyklischen Korrosionskammer, Modell CCT1100, welche von der Q-Lab Corporation, Cleveland, Ohio erhältlich ist, durchgeführt. Die Proben wurden in der Feuchtigkeitskammer unter Verwendung von Klammern aufgehängt. Die Temperatur der Kammer und die Feuchtigkeit der Kammer wurden durch einen Mikroprozessor gesteuert. Nach den gewünschten Zeitspannen (1, 3 und 6 Tage) wurden die Proben aus der Kammer herausgenommen und belassen, um in Luft auf Raumtemperatur abzukühlen. Nach vier Stunden bei Raumtemperatur wurden mit einer Hälfte der Proben Schmiermittelhaftungstests durchgeführt.
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Die andere Hälfte der Proben wurde auf 450 °C erhitzt, und zwar unter Verwendung eines Vulcan Kammerofens (50 °C - 1100 °C, ±5 %), welcher von DENTSPLY NEYTECH, Burlington, Ney Jersey erhältlich ist. Die Proben wurden in dem Ofen für 5 Minuten gehalten und dann unter Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Nach allen experimentellen Schritten wurden optische Untersuchungen der geschmierten Oberflächen durchgeführt.
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Die Schmiermittelhaftungsmessungen wurden zu drei verschiedenen Zeiten durchgeführt: an den erhaltenen Proben, bevor die Proben einer Umgebung von 100 % Feuchtigkeit unterworfen worden waren, an den Proben nach der Aussetzung gegenüber der Feuchtigkeit und an den Proben nach der Aussetzung gegenüber Hitze. Die Messungen des Reibungskoeffizientens wurden zweimal durchgeführt: an den erhaltenen Proben, bevor die Proben der Feuchtigkeit ausgesetzt worden waren, und an den Proben, nachdem diese Feuchtigkeit ausgesetzt worden sind, aber bevor diese erhitzt wurden.
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Es wurden zwanzig „dünne“ Proben (mit einem Schmiermittelfilm mit einer Dicke von 5 bis 9 Mikrometern) und zwanzig „dicke“ Proben (mit einem Schmiermittelfilm mit einer Dicke von 12 bis 17 Mikrometern) als Kontrollproben, welche nicht der Feuchtigkeit von 100 % unterworfen wurden, ausgewählt. Es wurden zehn dicke und zehn dünne Proben eingesetzt, um die Haftung der erhaltenen Schmiermittelhaftung zu bestimmen. Die verbleibenden zehn dicken und zehn dünnen Proben wurden in dem Vulkankammerofen für 5 Minuten auf 450 °C erhitzt und dann wurden Schmiermittelhaftungsmessungen durchgeführt, nachdem die Proben auf Raumtemperatur abgekühlt worden sind.
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Die Schmiermittelhaftungsmessungen wurden wie folgt durchgeführt. Die Haftung des Trockenschmiermittelfilms auf dem Metallblech wurde unter Verwendung eines „Reiben unter Kraft“-Tests untersucht. Der Test besteht aus dem Reiben des geschmierten Metallblechs unter Verwendung einer kontrollierten und fixierten Bewegung und Kraft und dann dem Bestimmen der Menge von Schmiermittel, welche von der Oberfläche durch die Wirkung der aufgebrachten Last und der Bewegung entfernt worden ist. Je mehr Schmiermittel von der Oberfläche entfernt wird, desto höher ist die „Schmiermittelentfernungszahl“. Folglich zeigen höhere Schmiermittelentfernungszahlen an, dass das Schmiermittel auf der Metallblechoberfläche weniger haftend ist. Die Entfernungszahlen liegen in einem Bereich zwischen null und 10. Null zeigt keine Detektion von Schmiermittelentfernung von der Oberfläche durch die Bewegung und die aufgebrachte Kraft an und folglich ein Schmiermittel mit einer sehr guten Haftung.
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Die 1 zeigt die Schmiermittelentfernungszahl für geschmiertes Metall, welches, wie zuvor beschrieben, kontrollierten Atmosphären und Temperaturen unterworfen worden ist, im Vergleich zu unbehandeltem geschmiertem Metall. Wie in der 1 gezeigt, war die Haftung von Schmiermittel auf Metallblech für sowohl die dünnen als auch die dicken Proben, welche gemäß einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt worden sind, verbessert. Die Haftung des Metallblechs war in den behandelten Proben viel besser als in regulären Produktionsproben (Grundlinie für jede Bedingung). Diese Verbesserung wird für alle Zeiten (1, 3 und 6 Tage) der Aussetzung gegenüber Feuchtigkeit und für sowohl dünne als auch für dicke Schmiermitteldicken gesehen.
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Die 2 und 3 zeigen die Verbesserung in dem tribologischen Verhalten des behandelten Materials im Vergleich zu nicht behandeltem Metallblech, welches unter Verwendung eines flach-auf-flach hin- und her-bewegenden tribologischen Testverfahrens mit niedriger Gleitgeschwindigkeit (0,1 Hz) und mit hoher Temperatur (450 °C) gemessen wurde. Die tribologischen Eigenschaften des geschmierten Materials mit und ohne Behandlung wurden unter Verwendung einer Plint TE-77-Hochfrequenz-Reibungsmaschine gemessen, welche so modifiziert worden ist, dass eine niedrige Gleitgeschwindigkeit erreicht wurde. Die Maschine wurde eingesetzt, um den Effekt von verschiedenen Behandlungslängen und von verschiedenen Schmiermitteldicken auf das tribologische Verhalten der Proben zu untersuchen. Für das für die Proben der 2 und 3 eingesetzte flach-auf-flach hin- und her-bewegende tribologische Testverfahren wiesen die geschmierten Proben Abmessungen von 95 mm mal 59 mm auf, um den Probenzustand auf eine modifizierten Plint TE-77 Maschine anzupassen. Das flach-auf-flach hin- und her-bewegende Testverfahren umfasst den Kontakt zwischen zwei flachen Proben: dem oberen Stahlpartner, welcher das Formwerkzeug simuliert, und dem unteren Partner, dem geschmierten Metallblech. Der obere Stahlpartner gleitet in hin- und her-Bewegung bei der Zieltemperatur gegen das fixierte geschmierte Metallblech. Das Datenerfassungssystem zeichnete alle 0,1 Sekunden Daten auf. Das Datenerfassungssystem der Plint-Maschine zeichnete während jeder der Untersuchungen automatisch den Reibungskoeffizienten (FC), das elektrische Kontaktpotential (CP), die Last, die Temperatur und die Frequenz auf. Für jede Bedingung und für jede Schmiermitteldicke wurden jeweils drei Untersuchungen durchgeführt.
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Die 2 und 3 zeigen den Reibungskoeffizienten über die Zeit für unbehandelte Proben, für Proben, welche für drei Tage behandelt wurden, und für Proben, welche für sechs Tage behandelt wurden. Die Proben in der 2 wiesen einen dünnen Schmiermittelfilm auf, wohingegen die Proben in der 3 einen dicken Schmiermittelfilm aufwiesen. Die beiden Figuren zeigen, dass die behandelten Proben eine viel bessere Schmiermittelhaftung als die nicht behandelten Proben aufwiesen, und diese zeigen Verbesserungen bei der Behandlung für längere Zeiten bei derselben Temperatur.
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Die gemäß einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung behandelten Metallwerkstücke können nachfolgend in jedem geeigneten Warmformgebungsverfahren geformt werden. Die 4 zeigt eine hydraulische Presse 10 für Heißblasformen von Metallblechwerkstücken zu geeigneten Gegenständen gemäß einer Ausführungsform. Solche geeigneten Gegenstände können Kraftfahrzeugverschlusspanele, beispielsweise innere und äußere Hebetürpanele oder Türpanele, umfassen. Unter Bezugnahme auf die 4 umfasst eine hydraulische Presse 10 eine stationäre untere Trägerplatte 12 sowie eine obere vertikal bewegbare Trägerplatte 14. Auf der unteren Trägerplatte 12 ist eine Schicht aus thermischer Isolierung 16 platziert und auf der thermischen Isolierung 16 ist ein von innen erhitztes unteres Heißblasformwerkzeug 18 (im Querschnitt gezeigt) angeordnet. Gleichermaßen trägt eine bewegbare obere Trägerplatte 14 ein von innen erhitztes oberes Formwerkzeug 20 (im Querschnitt gezeigt), welches von der unteren Trägerplatte 14 durch eine Schicht aus thermischer Isolierung 22 thermisch getrennt ist.
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Immer noch Bezug nehmend auf die Figur 4 können die Formwerkzeuge 18, 20 aus einem geeigneten Werkzeugstahl, beispielsweise aus P20, einem Chrom-Molybdän-Werkzeugstahl mit typischerweise 0,35 Gewichtsprozent Kohlenstoff geformt sein. Die Böden und Seiten von jedem Formwerkzeug 18, 20 sind mit einer thermischen Isolierung (im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 24 angezeigt) bedeckt. Jedes Formwerkzeug 18, 20 wird mit einer geeigneten Anzahl von elektrischen Widerstandsheizdrähten (beispielsweise 26), welche so platziert sind, dass diese die Werkzeuge und die Formoberflächen bei geeigneten Heißblasformtemperaturen, welche ungefähr 500 °C betragen können, halten, erhitzt.
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In der Darstellung der 4 ist das untere Formwerkzeug 18 so geformt, dass dieses eine Hochdruckluftkammer 28 zum Aufbringen eines geplanten Programms von variierenden Formdrücken gegen eine Seite eines vorerhitzten geschmierten Metallblechformlings (nicht gezeigt) liefert. Das obere Werkzeug 20 wird spanend bearbeitet und poliert, um für eine Abfolge von vielen Metallblechwerkstücken eine Formoberfläche 30 zu bieten. Bei dem Metallblechformschritt wird die Presse 10 durch Mittel (nicht dargestellt) betätigt, um das obere Formwerkzeug 20 für die Platzierung (oftmals durch einen Roboter) eines vorerhitzten Aluminiumlegierungsblechs (ebenfalls bei ungefähr 500 °C) zwischen den Werkzeugen 18, 20 anzuheben. Das Werkzeug 20 wird heruntergelassen, um die Ecken des Blechwerkstücks zwischen den Dichtungsraupen (nicht gezeigt) an den Seiten der Werkstücke zu greifen. Dann wird Fluid (oftmals Luft) in die Kammer 28 eingeführt, und zwar im Einklang mit einem Druckplan, um das Blech in fügsamen Kontakt mit der Oberfläche 30 des Werkzeugs 20 schrittweise zu strecken. Nach einer Zeitspanne von Minuten wird das obere Werkzeug 20 angehoben, um das gestreckte warm geformte Teil sorgfältig zu entfernen.
