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Die Erfindung betrifft eine Warmumformlinie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es ist bekannt, insbesondere Teile von Kraftfahrzeugen als warm umgeformte Blechformteile auszubilden. Um die Masse bzw. den Materialeinsatz derartiger Blechformteile weiter zu reduzieren, ist es bekannt, Zonen unterschiedlicher Härte auszubilden oder Zusatzteile für hochbeanspruchte Bereiche vorzusehen.
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Aus der
DE 103 41 867 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils bekannt, wobei ein Blechprofil aus einer Ursprungsform in eine vorbestimmte Zwischenform gebracht wird und anschließend das umgeformte Blechprofil auf eine Härtetemperatur gebracht wird und ausgehärtet wird durch definierte Auskühlung. Es sind getrennte Kühlanordnungen vorgesehen, um Bereiche unterschiedlicher Härte auszubilden. Damit tritt ein erhöhter Aufwand in der Warmumformpresse ein.
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Aus der
DE 195 42 522 A1 ist eine Verbundlenker-Hinterachse bekannt, bei der Einlegeteile zur Ausbildung von Bereichen erhöhter Festigkeit vorgesehen sind.
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Es ist weiter bekannt, ein Blechband kalt zu walzen, wobei die Walzen durch Auf- und Abfahren unterschiedliche Blechdicken erzeugen, wobei ein sogenanntes Tailor Rolled Blank erhalten wird. Es ist eine nachfolgende Wärmebehandlung üblich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Warmumformlinie sowie ein verbessertes Verfahren zum Warmumformen von blechförmigem Material anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Warmumformlinie gemäß dem Patentanspruch 1 und einem Warmumformverfahren gemäß dem Patentanspruch 17 gelöst.
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Die vorgeschlagene Warmumformlinie hat den Vorteil, dass aus Blechplatinen oder aus auf Rollen aufgewickelten Blechbändern auf einfache Weise Blechformteile mit materialverstärkten Bereichen und/oder mit Bereichen erhöhter Festigkeit oder Duktilität herstellbar sind. Eine spezielle Vorbereitung des Blechmaterials, beispielsweise durch Aufbringen von Verstärkungen oder Zusammensetzen aus Materialien unterschiedlicher Materialeigenschaften, ist nicht mehr erforderlich. Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass eine Warmwalzeinrichtung vor der Warmumformvorrichtung vorgesehen ist. Das warm umzuformende Material wird in der Warmwalzeinrichtung spezifisch vor dem Warmumformen vorbehandelt, z. B. indem das blechförmige Material durch Walzen mit abschnittsweise unterschiedlichen Materialdicken ausgebildet wird. Durch die Integration der Warmwalzeinrichtung in der Warmumformlinie kann die in das gewalzte Material eingebrachte Wärmeenergie zum nachfolgenden Umformen genutzt werden, so dass die eingebrachte Energie optimal genutzt wird.
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Der Gegenstand des Vorrichtungshauptanspruchs 1 sieht hierbei konkret eine Warmumformlinie zum Warmumformen von blechförmigem Material vor, die mindestens eine Wärmestation und mindestens eine Warmumformeinrichtung umfasst. Es ist dabei vorgesehen, dass nach der mindestens einen Wärmestation und vor der Warmumformvorrichtung eine Warmwalzeinrichtung angeordnet ist, und dass die Warmwalzeinrichtung eine obere und eine untere zylinderförmige Arbeitswalze aufweist, wobei die Arbeitswalzen über Stützwalzen abgestützt sind.
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Die Verwendung von Stützwalzen ermöglicht es, die Arbeitswalzen mit einem geringeren Durchmesser auszubilden, so dass die einem hohen Verschleiß ausgesetzten Arbeitswalzen kostengünstig ersetzbar sind.
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Die Warmumformlinie kann auch mehr als eine Warmumformvorrichtung aufweisen, beispielsweise eine erste Warmumformvorrichtung zum Vorformen und eine zweite Warmumformvorrichtung zum Fertigformen und Presshärten.
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Als Warmwalzen wird der Walzprozess eines Walzguts bei vorzugsweise einer Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur des zu verarbeitenden Metalls bezeichnet. Bei Stahl ist das in der Regel ein Temperaturbereich von 500 bis 1260°C. Bei anderen Metallen liegen die Temperaturbereiche in anderen Größenordnungen, zum Beispiel bei Aluminium im Bereich von 250 bis 500°C.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine erste Wärmestation vor der Warmwalzeinrichtung und eine zweite Wärmestation nach der Warmwalzeinrichtung angeordnet ist. In der ersten Wärmestation kann das Blechmaterial auf eine Walztemperatur, in der zweiten Wärmestation auf eine Umformtemperatur oder für das Vergüten auf Austenitisierungstemperatur, bei dem häufig verwendeten Werkstoff 22MnB5 beispielsweise auf ca. 950°C erwärmt werden.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass zwischen der Warmwalzeinrichtung und der zweiten Wärmestation eine erste Warmumformvorrichtung und nach der zweiten Wärmestation eine zweite Warmumformvorrichtung angeordnet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die obere Arbeitswalze als eine Stufenwalze ausgebildet ist. Auf diese Weise kann besonders einfach ein Blechmaterial mit unterschiedlichen Dicken erhalten werden. Es ist aber auch möglich, eine stufenlose Arbeitswalze vorzusehen und den Walzweg zu begrenzen, so dass nur ein Abschnitt des Blechmaterials gewalzt wird und dadurch mit einer geringeren Dicke ausgebildet wird als der nicht gewalzte Bereich.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass der Durchmesser des mittleren Abschnitts der oberen Arbeitswalze gegenüber dem Durchmesser der Randabschnitte vorspringt. Auf diese Weise erhält das Blechmaterial einen wannenförmigen Querschnitt mit materialverstärkten Randbereichen.
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Es ist aber auch möglich, dass der Durchmesser des mittleren Abschnitts der oberen Arbeitswalze gegenüber dem Durchmesser der Randabschnitte zurückspringt. Auf diese Weise erhält das Blechmaterial einen Querschnitt mit einem materialverstärkten Innenbereich. Je nach Ausbildung der Arbeitswalzen sind weitere Dickenkonfigurationen möglich.
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Es kann vorgesehen sein, dass am Eingang der Warmumformlinie eine Stapeleinrichtung für Blechplatinen angeordnet ist. Die Stapeleinrichtung bildet ein Zwischenlager für Blechplatinen, die zur Verarbeitung in der erfindungsgemäßen Warmumformlinie vorgesehen sind. Die Blechplatinen können einen rechteckförmigen oder quadratischen Zuschnitt haben. Es ist aber auch möglich, dass sie eine davon abweichende Außenkontur aufweisen, die beispielsweise an die Außenkontur des nach dem Warmumformen ausgebildeten Blechbauteils angepasst ist.
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Es kann aber auch vorgesehen sein, dass am Eingang der Warmumformlinie eine Blechbandzuführungseinrichtung angeordnet ist, wobei das Blechband auf einer Vorratsrolle (Coil) angeordnet ist.
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Vorzugsweise in diesem Fall kann vorgesehen sein, dass nach der Warmwalzeinrichtung eine Trenneinrichtung angeordnet ist. Bei der Trenneinrichtung kann es sich im einfachsten Fall um eine Trennschere handeln, die von dem Blechband im Wesentlichen rechteckförmige oder quadratische Abschnitte abtrennt. Die Trenneinrichtung kann aber auch als Stanze ausgebildet sein, die aus dem Blechband Formstücke austrennt, deren Außenkontur an die Außenkontur des nach dem Warmumformen ausgebildeten Blechbauteils angepasst ist.
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Die Trenneinrichtung kann nach der zweiten Wärmestation angeordnet sein.
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Weiter kann nach der Warmwalzeinrichtung eine Rollenkühleinrichtung angeordnet sein. Bei der Rollenkühleinrichtung handelt es sich um eine Wärmebehandlungseinrichtung, bei der eine gekühlte Rolle auf dem erwärmten Blechmaterial abrollt und das Blechmaterial im Berührungsbereich abkühlt. Damit können bandförmige Bereiche im Blechmaterial ausgebildet werden, die nicht mehr härtbar sind und daher im ausgeformten und pressgehärteten Blechformteil duktil sind.
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Die Rollenkühleinrichtung kann eine von einem Kühlmedium durchströmbare Kühlrolle aufweisen. Es können auch mehr als eine Kühlrolle vorgesehen sein.
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Die Kühlrolle kann einen aus der zylindrischen Oberfläche hervorspringenden bogenförmigen Kühlabschnitt aufweisen. Auf diese können statt bandförmiger gekühlter Bereiche voneinander beabstandete Bereiche ausgebildet werden.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind auf Entnahme- und Zufuhreinrichtungen der Warmumformlinie ausgerichtet.
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Es kann vorgesehen sein, dass zwischen benachbarten Bearbeitungsstationen eine Entnahme- und Zufuhreinrichtung angeordnet ist.
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Bei der Verarbeitung von bandförmigem Blechmaterial kann vorgesehen sein, dass beginnend mit der Trenneinrichtung stromabwärts zwischen benachbarten Bearbeitungsstationen eine Entnahme- und Zufuhreinrichtung angeordnet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Entnahme- und Zufuhreinrichtung als ein Industrieroboter ausgebildet ist. Die Verwendung von Industrierobotern weist die Vorteile auf, dass keine speziell an die Warmumformlinie angepasste Entnahme- und Zufuhreinrichtungen erforderlich sind, und dass Änderungen im Prozessablauf durch Softwareanpassung möglich sind.
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Gemäß dem Verfahrenshauptanspruch 18 wird ein Verfahren zum Warmumformen von blechförmigem Material vorgeschlagen, das als Blechplatine oder als Blechband ausgebildet ist, wobei das blechförmige Material in mindestens einer Wärmestation erwärmt wird und in mindestens einer Warmumformeinrichtung umgeformt wird, wobei vorgesehen ist, dass das blechförmige Material vor dem Umformen in der mindestens einen Warmumformvorrichtung in einer Warmwalzeinrichtung durch Walzen mit abschnittsweise unterschiedlichen Materialdicken ausgebildet wird.
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Die Warmumformeinrichtung kann vorteilhafterweise zum Warmumformen und anschließenden Presshärten vorgesehen sein. Vorteilhafterweise wird das vorgeschlagene Verfahren auf der weiter oben beschriebenen Warmumformlinie durchgeführt.
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Es kann vorgesehen sein, dass das blechförmige Material parallel zu seiner Längserstreckung durch die Warmwalzeinrichtung geführt wird.
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Es ist aber auch möglich, dass das blechförmige Material schräg oder quer zu seiner Längserstreckung durch die Warmwalzeinrichtung geführt wird. Unter Längserstreckung soll auch eine Erstreckungsrichtung verstanden sein, die hinsichtlich von einer oder mehrerer Materialeigenschaften bevorzugt ist oder die konstruktiv festgelegt ist. Es kann sich also auch beispielsweise um die Walzrichtung handeln, in der das Blechmaterial ausgewalzt wurde oder um eine Bezugsachse eines Blechzuschnitts mit beliebiger Außenkontur.
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Es kann vorgesehen sein, dass das erwärmte blechförmige Material vor dem Umformen in der mindestens einen Warmumformvorrichtung durch eine Rollenkühleinrichtung geführt wird und partiell mit einer Kühlrolle abgekühlt wird, und dass anschließend das blechförmige Material so auf eine Austenitisierungstemperatur erwärmt wird, dass die in der Rollenkühleinrichtung gekühlten Bereiche nach dem Erwärmen eine niedrigere Temperatur aufweisen als die übrigen Bereiche des blechförmigen Materials.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
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1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Warmumformlinie;
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2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Warmumformlinie;
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3 ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Warmumformlinie;
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4 ein Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Warmumformlinie;
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5 ein Blockschaltbild eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Warmumformlinie;
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6 ein Blockschaltbild eines sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Warmumformlinie;
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7 ein Blockschaltbild eines siebten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Warmumformlinie;
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8a eine Kühlrolle eines ersten Ausführungsbeispiels einer Rollenkühleinrichtung in schematischer Seitenansicht;
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8b die Kühlrolle in 8a in schematischer Vorderansicht;
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8c einen Ausschnitt eines mit der Kühlrolle in 8a bearbeiteten Blechbandes in schematischer Draufsicht;
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9a eine Kühlrolle eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Rollenkühleinrichtung in schematischer Seitenansicht;
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9b die Kühlrolle in 9a in schematischer Vorderansicht;
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9c einen Ausschnitt eines mit der Kühlrolle in 9a bearbeiteten Blechbandes in schematischer Draufsicht;
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10a eine Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Warmwalzeinrichtung in schematischer Seitenansicht;
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10b die Warmwalzeinrichtung in 10a in schematischer Vorderansicht;
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10c eine mit der Warmwalzeinrichtung in 10a bearbeitete Platine in schematischer Vorderansicht;
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10d die Platine in 10c in der Draufsicht;
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11a eine Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Warmwalzeinrichtung in schematischer Vorderansicht;
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11b eine mit der Warmwalzeinrichtung in 11a bearbeitete Platine in schematischer Vorderansicht;
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11c die Platine in 11b in der Draufsicht;
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12a eine modifizierte Ausbildung der Platine in 11c;
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12b eine Schnittansicht der Platine in 12a längs der Schnittlinie XIIb-XIIb in 12a;
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13a eine Prinzipdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Warmwalzeinrichtung in schematischer Vorderansicht;
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13b eine mit der Warmwalzeinrichtung in 13a bearbeitete Platine in schematischer Vorderansicht;
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13c die Platine in 13b in der Draufsicht;
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14a eine Platine zur Herstellung eines Türinnenblechs in schematischer Draufsicht;
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14b eine Schnittansicht der Platine in 14a längs der Schnittlinie XIVb-XIVb in 14a;
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15a eine Prinzipdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer Warmwalzeinrichtung in schematischer Vorderansicht;
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15b eine mit der Warmwalzeinrichtung in 15a bearbeitete Platine in schematischer Vorderansicht;
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15c die Platine in 15b in der Draufsicht;
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16a eine Blechband mit randseitigen Arretierungen in schematischer Draufsicht;
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16b eine Platine mit randseitigen Arretierungen in schematischer Draufsicht;
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16c eine Schnittdarstellung der Platine in 16b längs der Schnittlinie XVIc-XVIc in 16b;
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17a eine Blechband mit Durchzügen in schematischer Draufsicht;
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17b eine Platine mit Durchzügen in schematischer Draufsicht;
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17c eine Schnittdarstellung der Platine in 17b längs der Schnittlinie XVIIc-XVIIc in 17b.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Warmumformlinie.
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Eine Warmumformlinie 1 ist als eine Fertigungslinie aufgebaut, die hintereinander angeordnet folgende Stationen aufweist.
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Am Eingang der Warmumformlinie 1 ist eine kassettenartige Stapeleinrichtung 11 angeordnet, die als ein Zwischenlager für kalte zugeschnittene Platinen 11p vorgesehen ist. Eine erste Entnahme- und Zufuhreinrichtung 112 entnimmt eine Platine 11p aus der Stapeleinrichtung 11 und übergibt sie an eine Wärmestation 13. Die Wärmestation 13 ist zum Erwärmen der Platine 11p auf Walztemperatur vorgesehen und kann beispielsweise als ein Durchlaufofen ausgebildet sein. Eine nach der Wärmestation 13 angeordnete zweite Entnahme- und Zufuhreinrichtung 212 entnimmt die auf eine zum Warmwalzen geeignete Temperatur erwärmte Platine 11p aus der Wärmestation 13 und übergibt sie an eine Warmwalzeinrichtung 14. Die Warmwalzeinrichtung 14 ist zum partiellen Walzen der erwärmten Platine 11p und damit Ausbildung bereichsweise unterschiedlicher Materialdicken an der Platine 11p vorgesehen, wie weiter unten näher beschrieben. Eine nach der Warmwalzeinrichtung 14 angeordnete dritte Entnahme- und Zufuhreinrichtung 312 entnimmt die gewalzte Platine 11p aus der Warmwalzeinrichtung 14 und übergibt die Platine 11p an eine Warmumformeinrichtung 15. Die Warmumformeinrichtung 15 ist zum Umformen der Platine 11p in ein Blechformteil vorgesehen, wobei die Temperatur der Platine 11p noch über der erforderlichen Umformtemperatur liegt. Es wird also zum Umformen die Restwärme der Platine 11p ausgenutzt, so dass die in der Wärmestation 13 in die Platine 11p eingebrachte thermische Energie optimal genutzt wird. In der Warmumformeinrichtung 15 kann neben dem Warmumformen ein Beschneiden und/oder Lochen der Platine 11p bzw. des Blechformteils vorgesehen sein. Es ist auch möglich, dass das Beschneiden und/oder Lochen in einer nachgeschalteten Bearbeitungsstation vorgesehen ist.
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Bei den Entnahme- und Zufuhreinrichtungen 112 bis 312 kann es sich beispielsweise um Industrieroboter mit einem Greifarm handeln. Die Warmumformeinrichtung 15 bildet den Ausgang der Warmumformlinie 1. Zur Entnahme und Weitergabe der abgekühlten Blechformteile kann eine weitere, in 1 nicht dargestellte, Entnahme- und Zufuhreinrichtung vorgesehen sein.
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Auf der Warmumformlinie 1 können auch Platinen bearbeitet werden, die mit einem Oberflächenschutz zur Verhinderung von Zunder ausgebildet sind. In der Wärmestation 13 kann in diesem Fall das Erwärmen der Platine 11p auf eine Austenitisierungstemperatur von ca. 950°C vorgesehen sein. In der Warmumformeinrichtung 15 kann neben dem Umformen auch das Vergüten des Blechformteils vorgesehen sein.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Warmumformlinie.
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Eine Warmumformlinie 2 ist als eine Fertigungslinie aufgebaut, die hintereinander angeordnet folgende Stationen aufweist:
Am Eingang der Warmumformlinie 2 ist eine als ein Zwischenlager für kalte zugeschnittene Platinen vorgesehene kassettenartige Stapeleinrichtung 11 angeordnet. Eine erste Entnahme- und Zufuhreinrichtung 112 entnimmt eine Platine 11p aus der Stapeleinrichtung 11 und übergibt die Platine 11p an eine erste Wärmestation 113. Die erste Wärmestation 113 ist zum Erwärmen der Platine 11p auf Walztemperatur vorgesehen und kann beispielsweise wie die in 1 beschriebene Wärmestation 13 als ein Durchlaufofen ausgebildet sein. Eine nach der ersten Wärmestation 113 angeordnete zweite Entnahme- und Zufuhreinrichtung 212 entnimmt die erwärmte Platine 11p der ersten Wärmestation 113 und übergibt sie an die Warmwalzeinrichtung 14. Eine dritte Entnahme- und Zufuhreinrichtung 312 entnimmt die gewalzte Platine 11p aus der Warmwalzeinrichtung 14 und übergibt die Platine 11p an eine zweite Wärmestation 213, in der die gewalzte Platine 11p weiter erwärmt wird. Eine vierte Entnahme- und Zufuhreinrichtung 412 entnimmt die nun auf Umformtemperatur gebrachte Platine 11p aus der zweiten Wärmestation 213 und übergibt die Platine 11p an die Warmumformeinrichtung 15. Beim Warmumformen kann in der Warmumformeinrichtung 15 ein Beschneiden und/oder Lochen der Platine 11p bzw. des Blechformteils vorgesehen sein. Es ist auch möglich, dass das Beschneiden und/oder Lochen in einer nachgeschalteten Bearbeitungsstation vorgesehen ist. Die Warmumformeinrichtung 15 bildet den Ausgang der Warmumformlinie 2. Zur Entnahme und Weitergabe der abgekühlten Blechformteile kann eine weitere, in 2 nicht dargestellte, Entnahme- und Zufuhreinrichtung vorgesehen sein.
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Auf der Warmumformlinie 2 können auch Platinen bearbeitet werden, die mit einem Oberflächenschutz zur Verhinderung von Zunder ausgebildet sind. Es kann weiter neben dem Warmumformen ein Vergüten vorgesehen sein, wobei die Platine 11p vor dem Umformen in der zweiten Wärmestation 213 auf die Austenitisierungstemperatur zu erwärmen ist.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Warmumformlinie.
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Eine Warmumformlinie 3 ist als eine Fertigungslinie aufgebaut, die hintereinander angeordnet folgende Stationen aufweist:
Am Eingang der Warmumformlinie 3 ist eine als ein Zwischenlager für kalte zugeschnittene Platinen vorgesehene kassettenartige Stapeleinrichtung 11 angeordnet. Eine erste Entnahme- und Zufuhreinrichtung 112 entnimmt eine Platine 11p aus der Stapeleinrichtung 11 und übergibt die Platine 11p an eine erste Wärmestation 113. Die erste Wärmestation 113 ist zum Erwärmen der Platine 11p auf Walztemperatur vorgesehen und kann beispielsweise wie die in 1 beschriebene Wärmestation 13 als ein Durchlaufofen ausgebildet sein. Eine nach der ersten Wärmestation 113 angeordnete zweite Entnahme- und Zufuhreinrichtung 212 entnimmt die erwärmte Platine 11p der ersten Wärmestation 113 und übergibt sie an die Warmwalzeinrichtung 14. Eine dritte Entnahme- und Zufuhreinrichtung 312 entnimmt die gewalzte Platine 11p aus der Warmwalzeinrichtung 14 und übergibt die Platine 11p an eine erste Warmumformvorrichtung 115 zum Vorformen der Platine 11p in ein vorgeformtes Blechformteil, wobei die Restwärme der Platine 11p genutzt wird. Eine vierte Entnahme- und Zufuhreinrichtung 412 entnimmt das vorgeformte Blechformteil aus der ersten Warmumformvorrichtung 115 und übergibt das vorgeformte Blechformteil an eine zweite Wärmestation 213. In der zweiten Wärmestation 213 wird das vorgeformte Blechbauteil zum Fertigformen auf eine höhere Umformtemperatur gebracht. Vorzugsweise wird das vorgeformte Blechformteil auf die Austenitisierungstemperatur gebracht. Eine fünfte Entnahme- und Zufuhreinrichtung 512 entnimmt das vorgeformte Blechbauteil aus der zweiten Wärmestation 213 und übergibt das vorgeformte Blechbauteil an eine zweite Warmumformeinrichtung 215. Beim Warmumformen kann in der Warmumformeinrichtung 115 und/oder in der Warmumformeinrichtung 215 ein Beschneiden und/oder Lochen des vorgeformten Blechbauteils bzw. des Blechformteils vor dem Vergüten vorgesehen sein. Es ist auch möglich, das Beschneiden und/oder Lochen in einer nachgeschalteten Bearbeitungsstation vorzusehen, wobei die Schnitt- und Locheinrichtungen für die Endhärte des Blechformteils ausgelegt sein müssen. Bevorzugt können Lasereinrichtungen vorgesehen sein.
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Die 4 bis 7 zeigen Warmumformlinien, bei denen bandförmige Bleche als Ausgangsmaterial vorgesehen sind. Die Bleche können als Rollen, sogenannten Coils, vorliegen.
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Die 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Warmumformlinie.
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Eine Warmumformlinie 4 ist als eine Fertigungslinie aufgebaut, die hintereinander angeordnet folgende Stationen aufweist:
Am Eingang der Warmumformlinie 4 ist eine Blechzuführungseinrichtung 16 angeordnet, die auf einem Coil aufgewickeltes Blechband 11b bereitstellt. Hinter der Blechzuführungseinrichtung 16 ist eine Wärmestation 13 angeordnet, in der das Blechband 11b auf eine zum Warmwalzen erforderliche Temperatur erwärmt wird. Die Wärmestation 13 ist vorzugsweise als ein Durchlaufofen ausgebildet. Das erwärmte Blechband 11b tritt nun in eine Warmwalzeinrichtung 14 ein. Die Warmwalzeinrichtung 14 ist zum partiellen Walzen des erwärmten Blechbandes 11b und damit zur Ausbildung bereichsweise unterschiedlicher Materialdicken an dem Blechband 11b vorgesehen. Hinter der Warmwalzeinrichtung 14 ist eine Trenneinrichtung 17 zum Trennen des Blechbandes 11b in Bandabschnitte oder zum Ausschneiden von Platinen angeordnet. Eine Entnahme- und Zufuhreinrichtung 12 entnimmt einen Bandabschnitt oder eine Platine 11p aus der Trenneinrichtung 17 und übergibt den Bandabschnitt oder die Platine 11p an eine Warmumformeinrichtung 15.
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Wie bereits weiter oben beschrieben, kann in der Warmumformeinrichtung 15 neben dem Warmumformen auch ein Vergüten des Blechformteils erfolgen. Es ist möglich, in der Warmumformlinie 4 Blechmaterial mit einer Oberflächenbeschichtung zu verarbeiten. Für eine Beschichtung aus AlSi kann folgendes Temperaturregime vorgesehen sein:
- – Erwärmen des Blechbandes 11b in der Wärmestation 13 auf 730°C mit einer vorgegebenen Haltezeit, um eine teilweise Diffusion des Oberflächenschutzes in das Kernmaterial zu ermöglichen. Dadurch ist gewährleistet, dass der Oberflächenschutz beim nachfolgenden Walzen nicht beschädigt wird.
- – Weiteres Erwärmen des Blechbandes 11b auf Austenitisierungstemperatur (ca. 950°C). Für diesen Verfahrensschritt kann auch eine zweite Wärmestation vorgesehen sein, die beispielsweise hinter der Trenneinrichtung 17 und vor der Warmumformeinrichtung 15 angeordnet ist.
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5 zeigt eine Warmumformlinie 5, die wie die in 4 beschriebene Warmumformlinie 4 aufgebaut ist, mit dem Unterschied, dass vor der Warmwalzeinrichtung 14 eine erste Wärmestation 113 und nach der Warmwalzeinrichtung 14 eine zweite Wärmestation 213 angeordnet sind. Die Wärmestationen 113 und 213 können wie die Wärmestation 13 ausgebildet sein, d. h. es kann sich um Durchlauföfen handeln. Das nochmalige Erwärmen nach dem Warmwalzen führt zu einer verbesserten Umformbarkeit der in der Trenneinrichtung 17 erzeugten Platinen.
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6 zeigt eine Warmumformlinie 6, die im Wesentlichen der weiter oben in 3 beschriebenen Warmumformlinie 3 entspricht.
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Der Warmumformlinie 6 wird anstelle von Platinen ein Blechband 11b zugeführt. Am Eingang der Warmumformlinie 6 ist eine Blechzuführungseinrichtung 16 angeordnet, die das auf einem Coil aufgewickelte Blechband 11b bereitstellt. Hinter der Blechzuführungseinrichtung 16 ist eine erste Wärmestation 113 angeordnet, in der das Blechband 11b auf eine zum Warmwalzen erforderliche Temperatur erwärmt wird. Die Wärmestation 113 ist vorzugsweise als ein Durchlaufofen ausgebildet. Das erwärmte Blechband 11b tritt nun in eine Warmwalzeinrichtung 14 ein. Die Warmwalzeinrichtung 14 ist zum partiellen Walzen des erwärmten Blechbandes 11b und damit zur Ausbildung bereichsweise unterschiedlicher Materialdicken an dem Blechband 11b vorgesehen. Hinter der Warmwalzeinrichtung 14 ist eine Trenneinrichtung 17 zum Trennen des Blechbandes 11b in Bandabschnitte oder zum Ausschneiden von Platinen 11p angeordnet. Eine erste Entnahme- und Zufuhreinrichtung 112 entnimmt die Platine 11p aus der Trenneinrichtung 17 und übergibt die Platine 11p an eine erste Warmumformvorrichtung 115 zum Vorformen der Platine 11p in ein vorgeformtes Blechformteil, wobei die Restwärme der Platine 11p genutzt wird. Eine zweite Entnahme- und Zufuhreinrichtung 212 entnimmt das vorgeformte Blechformteil aus der ersten Warmumformvorrichtung 115 und übergibt das vorgeformte Blechformteil an eine zweite Wärmestation 213. In der zweiten Wärmestation 213 wird das vorgeformte Blechbauteil zum Fertigformen auf eine höhere Umformtemperatur gebracht. Vorzugsweise wird das vorgeformte Blechformteil auf die Austenitisierungstemperatur gebracht. Eine dritte Entnahme- und Zufuhreinrichtung 312 entnimmt das vorgeformte Blechbauteil aus der zweiten Wärmestation 213 und übergibt das vorgeformte Blechbauteil an eine zweite Warmumformeinrichtung 215. Beim Warmumformen kann in der Warmumformeinrichtung 115 und/oder in der Warmumformeinrichtung 215 ein Beschneiden und/oder Lochen des vorgeformten Blechbauteils bzw. des Blechformteils vor dem Vergüten vorgesehen sein. Es ist auch möglich, das Beschneiden und/oder Lochen in einer nachgeschalteten Bearbeitungsstation vorzusehen, wobei die Schnitt- und Locheinrichtungen für die Endhärte des Blechformteils ausgelegt sein müssen. Bevorzugt können Lasereinrichtungen vorgesehen sein.
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7 zeigt eine Warmumformlinie 7, die wie die weiter oben in 5 beschriebene Warmumformlinie 5 aufgebaut ist, mit dem Unterschied, dass zwischen der Warmwalzeinrichtung 14 und der zweiten Wärmestation 213 eine Rollenkühleinrichtung 18 angeordnet ist, die es ermöglicht, durch gesteuertes Abkühlen duktile Bereiche in dem Blechmaterial auszubilden.
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Die 8 und 9 zeigen den Aufbau und die Funktion der Rollenkühleinrichtung 18 im Einzelnen.
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Die 8a und 8b zeigen eine gekühlte Kühlrolle 18k in schematischer Vorder- und Seitenansicht. Die Rollenkühleinrichtung 18 ist so aufgebaut, dass die Kühlrolle 18k auf einem streifenförmigen Abschnitt der Oberfläche des Blechbandes 11b abrollt und dort einen Bereich 11d ausbildet (8c), der im späteren Blechformteil einen duktilen Bereich bildet. Die Breite des duktilen Bereichs 11d entspricht etwa der Breite der Kühlrolle 18k. Die Randabschnitte des duktilen Bereichs 11d sind jedoch nicht scharf abgegrenzt, da der Temperaturverlauf im Blechband 11b aus physikalischen Gründen nicht sprungartig ist. Das Abkühlen erfolgt so, dass der duktile Bereich 11d, d. h. der abgekühlte Bereich des Blechbandes 11b eine Temperatur unterhalb der Austenitisierungstemperatur einnimmt, so dass beim nachfolgenden Umformen und Vergüten dieser Bereich nicht aushärtet, sondern duktil bleibt.
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Die 9a und 9b zeigen eine gekühlte Kühlrolle 18k in schematischer Vorder- und Seitenansicht mit einem aus der Oberfläche hervorspringenden Abschnitt 18kv. Diese Kühlrolle 18k erzeugt auf dem Blechband 11b keinen bandförmigen duktilen Bereich 11d, wie in 8c dargestellt, sondern sich wiederholende inselförmige Bereiche 11d.
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Die 10 bis 13 und 15 zeigen nun unterschiedliche Ausbildungen der Warmwalzeinrichtung 14. Das Warmwalzen bezeichnet im Gegensatz zum Kaltwalzen bei Umgebungstemperatur den Walzprozess eines Walzgutes, hier einer Blechplatine oder eines Blechbandes, bei einer Temperatur oberhalb der Rekristallisierungstemperatur des zu verarbeitenden Metalls. Bei Stahllegierungen kann die Rekristallisierungstemperatur im Bereich von 720 bis 1260°C liegen, bei Aluminiumlegierungen im Bereich von 250 bis 500°C. Neben der leichteren Formbarkeit der Metalle bei höheren Temperaturen ist bei Stahllegierungen von Vorteil, dass im austenitischen Bereich die Eisenatome kubisch flächenzentriert angeordnet sind und hohe Umformgrade möglich sind.
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Die 10a und 10b zeigen schematisch die Anordnung der Walzen eines ersten Ausführungsbeispiels der Warmwalzeinrichtung 14, bei der zwei übereinander angeordnete zylinderförmige Arbeitswalzen 14a im Kontakt mit dem Blechband 11b bzw. mit der Platine 11p sind, wobei die Arbeitswalzen 14a an über bzw. unter den Arbeitswalzen 14a angeordneten Stützwalzen 14s abgestützt sind. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, dass die im Einsatz verschleißenden Arbeitswalzen 14a zwecks Materialeinsparung mit einem geringen Durchmesser ausgebildet sein können und der Anpressdruck durch die mit größerem Durchmesser ausgebildeten Stützwalzen 14s aufgebracht ist. In 10a ist die Bewegungsrichtung des Blechbandes 11b bzw. der Platine 11p durch einen Richtungspfeil gekennzeichnet. Die Bewegungsrichtung läuft quer zur Längserstreckung des Blechbandes 11b bzw. der Platine 11p.
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10c und 10d zeigen eine fertig gewalzte Platine 11p in der Vorderansicht bzw. in der Draufsicht. Die Platine 11p weist zwei aneinander grenzende Bereiche mit unterschiedlicher Materialdicke auf. Der Übergangsbereich zwischen den beiden Bereichen ist entsprechend dem Querschnitt der oberen Arbeitswalze 14a ausgerundet.
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Die 11a zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Warmwalzeinrichtung 14, die wie die Warmwalzeinrichtung in 10 aufgebaut ist, mit dem Unterschied, dass die obere Arbeitswalze 14a als eine Stufenwalze ausgebildet ist und dass die Bewegungsrichtung (siehe 11c) parallel zur Längserstrechung der Platine 11p verläuft. Die in 11 dargestellte Warmwalzeinrichtung ist daher vorteilhaft zum Walzen von Blechbändern einsetzbar. Der Durchmesser der oberen Arbeitswalze springt in einem Abschnitt zurück, wobei der Übergang vom Außendurchmesser zu dem Durchmesser des zurückspringenden Abschnitts beidseitig als ein kegelstumpfförmiger Abschnitt ausgebildet ist.
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Die 12a und 12b zeigen, dass es auch vorgesehen sein kann, die Platinen 11p schräg zur Längserstreckung durch die Warmwalzeinrichtung zu führen. Damit wird bei gleichem Platinenzuschnitt wie in 11 eine Platine 11p erzeugt, bei der der Bereich mit der geringen Dicke bei der in 12 dargestellten Platine größer ausgebildet und anders orientiert ist als bei der in 11 dargestellten Platine.
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Die 13 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der Warmwalzeinrichtung 14, die wie die in 12 beschriebene Warmwalzeinrichtung ausgebildet ist, mit dem Unterschied, dass der Durchmesser des mittleren Abschnitts der oberen Arbeitswalze 14a gegenüber dem Außendurchmesser vorspringt. Folglich ist mit der Warmwalzeinrichtung 14 eine Platine 11p herstellbar, die einen wannenförmigen Querschnitt (siehe 13b) aufweist, wobei der mittlere Abschnitt eine geringere Dicke aufweist als die beiden äußeren Abschnitte.
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Die 14 zeigen als ein Anwendungsbeispiel eine zur Herstellung eines Türinnenblechs eines Automobils vorgesehene Platine 11p, die von oben nach unten in den Bereichen Schachtverstärkung, Seitenaufprallschutz und Schwellerverstärkung eine höhere Materialdicke aufweist und in den übrigen Bereiche auf eine geringere Materialdicke ausgewalzt ist. 14a zeigt die Platine 11p in einer schematischen Draufsicht, 14b in einer schematischen Schnittansicht längs der Schnittlinie XIVb-XIVb in 14a.
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Die 15 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel der Warmwalzeinrichtung 14. Im Unterschied zu den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen weist die Warmwalzeinrichtung 14 nur zwei übereinander angeordnete Arbeitswalzen 14a auf, wobei die obere Arbeitswalze 14a im Wesentlichen wie weiter oben in 11 beschrieben ausgebildet ist. Wie in 15a zu erkennen, weisen die beiden Randabschnitte der Platine 11p eine geringere Dicke auf als der Mittenabschnitt. 15c zeigt, dass die Walzrichtung quer zur Längserstreckung der Platine 11p verläuft, die zur Herstellung einer B-Säule eines Automobils vorgesehen ist.
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Die 16 und 17 zeigen Beispiele zum Einbringen von Arretierungen 11a oder Durchzügen 11d in Blechbänder und Platinen. Die Arretierungen können vorgesehen sein für die Bearbeitung der Blechbänder oder Platinen, bei der Warmumformung oder auch als Markierungen am fertigen Blechformteil dienen. Die Durchzüge 11d können als Befestigungspunkte am fertigen Blechformteil dienen.
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16a zeigt ein Blechband 11b mit randseitigen Arretierungen 11a, die als halbmondförmige durchgezogene Ausnehmungen ausgebildet sind.
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Die 16b und 16c zeigen eine Platine 11p, die mit den Ausnehmungen in 16a ausgebildet ist, wobei 16c einen Schnitt längs der Schnittlinie XVIc-XVIc in 16b zeigt.
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17a zeigt ein Blechband 11b mit in den längsseitigen Randabschnitten angeordneten Durchzügen 11d, die ein Durchgangsloch mit kreisförmigem Querschnitt aufweisen.
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Die 17b und 17c zeigen eine Platine 11p, die mit den Durchzügen 11d in 17a ausgebildet ist, wobei 17c einen Schnitt längs der Schnittlinie XVIIc-XVIIc in 17b zeigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Warmumformlinie
- 11
- Stapeleinrichtung
- 11b
- Blechband
- 11a
- Arretierung
- 11d
- Durchzug
- 11d
- duktiler Bereich
- 11p
- Platine
- 12
- Entnahme- und Zufuhreinrichtung
- 13
- Wärmestation
- 14
- Warmwalzeinrichtung
- 15
- Warmumformeinrichtung
- 16
- Blechzuführungseinrichtung
- 17
- Trenneinrichtung
- 18
- Rollenkühleinrichtung
- 18k
- Kühlrolle
- 18kv
- Kühlabschnitt
- 112
- erste Entnahme- und Zufuhreinrichtung
- 113
- erste Wärmestation
- 115
- erste Warmumformeinrichtung
- 212
- zweite Entnahme- und Zufuhreinrichtung
- 213
- zweite Wärmestation
- 215
- zweite Warmumformeinrichtung
- 312
- dritte Entnahme- und Zufuhreinrichtung
- 412
- vierte Entnahme- und Zufuhreinrichtung
- 512
- fünfte Entnahme- und Zufuhreinrichtung
