DE102010060207A1 - Method and plant for producing a magnesium sheet component - Google Patents

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Sascha Sikora
Dr. Lenze Franz-Josef
Thorsten Köhler
Ralf Scheitza
Hans-Peter Vogt
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MgF Magnesium Flachstahl GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung eines Bauteils (2') aus Magnesiumblech mit einem einen Stempel (3.1) und eine Matrize (3.2) aufweisenden Umformwerkzeug (3) zum Umformen eines Halbzeuges (2) aus Magnesiumblech, insbesondere eines Halbzeuges in Form einer Magnesiumblechplatine, und einer Vorrichtung (1) zum Erwärmen des Halbzeugs (2) vor dem Umformen auf eine erhöhte Temperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 200°C. Um die Bauteilkosten zu verringern, schlägt die Erfindung vor, dass das Umformwerkzeug (3) ohne interne Wärmequelle ausgeführt wird, mit einem Halbzeughalter (3.3) versehen wird, auf dem das erwärmte Halbzeug (2) ohne direkten Kontakt mit dem Stempel (3.1) und der Matrize (3.2) im Umformwerkzeug (3) platzierbar ist, und einen Antrieb aufweist, der eine Schließgeschwindigkeit von Stempel und Matrize im Bereich von 15 mm/s bis 500 mm/s bewirkt.The invention relates to a method and a system for producing a component (2 ') from magnesium sheet with a forming tool (3) having a punch (3.1) and a die (3.2) for forming a semifinished product (2) from magnesium sheet, in particular a semifinished product in Form of a magnesium sheet, and a device (1) for heating the semi-finished product (2) before forming to an elevated temperature, preferably to a temperature of at least 200 ° C. In order to reduce the component costs, the invention proposes that the forming tool (3) be carried out without an internal heat source, be provided with a semi-finished product holder (3.3) on which the heated semi-finished product (2) can be used without direct contact with the punch (3.1) and the die (3.2) can be placed in the forming tool (3) and has a drive which effects a closing speed of the punch and die in the range from 15 mm / s to 500 mm / s.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Magnesiumblech durch Umformen eines Halbzeuges aus Magnesiumblech, insbesondere eines Halbzeuges in Form einer Magnesiumblechplatine, bei dem das Halbzeug vor dem Umformen auf eine erhöhte Temperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 200°C erwärmt und in einem einen Stempel und eine Matrize aufweisenden Umformwerkzeug umgeformt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Anlage zur Herstellung eines Bauteils aus Magnesiumblech.The invention relates to a method for producing a component from magnesium sheet by forming a semifinished product from magnesium sheet, in particular a semi-finished product in the form of a magnesium sheet, in which the semi-finished product before forming to an elevated temperature, preferably heated to a temperature of at least 200 ° C and in a forming tool having a punch and a die is formed. Furthermore, the invention relates to a system for producing a component from magnesium sheet.

Aufgrund der hexagonalen Gitterstruktur des Magnesiums lassen sich Magnesiumbleche bei Raumtemperatur nur schlecht umformen. Insbesondere Bauteile aus Magnesiumblech, die eine komplexe dreidimensionale Form aufweisen sollen, müssen zur Vermeidung von Rissen warm umgeformt werden. Generell werden Magnesiumplatinen im erwärmten Zustand unter Einsatz von temperierten Werkzeugen umgeformt. Im Stand der Technik sind verschiedene Ausgestaltungen von temperierten Werkzeugen zur Umformung von Magnesiumblechen bekannt. Zum Beispiel ist aus der koreanischen Patentanmeldung 10 2006 00 57 901 A eine Presse zum Warmumformen von Magnesiumblech bekannt, die mit einer elektrischen Widerstandsheizvorrichtung ausgestattet ist. Die Widerstandsheizvorrichtung ist dabei in einem oberen Werkzeugteil (Matrize) und in einem zugeordneten Blechhalter integriert.Due to the hexagonal lattice structure of magnesium, magnesium sheets are difficult to reform at room temperature. In particular, components made of magnesium sheet, which should have a complex three-dimensional shape, must be hot-formed to avoid cracks. In general, magnesium plates are shaped in the heated state using tempered tools. In the prior art, various embodiments of tempered tools for forming magnesium sheets are known. For example, from the Korean Patent Application 10 2006 00 57 901 A a press for thermoforming of magnesium sheet is known, which is equipped with an electrical resistance heater. The resistance heating device is integrated in an upper tool part (die) and in an associated blank holder.

Temperierte Umformwerkzeuge erfordern im Vergleich zu in der Kaltumformung verwendeten konventionellen Werkzeugen einen höheren technischen Aufwand und damit höhere Investitionen sowie höhere Betriebskosten. Hierdurch werden die Kosten von Bauteilen aus Magnesium negativ beeinflusst.Tempered forming tools require in comparison to conventional tools used in cold forming a higher technical complexity and thus higher investment and higher operating costs. This negatively affects the cost of magnesium components.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anlage zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils aus Magnesiumblech anzugeben, die geringe Bauteilkosten ermöglichen.The present invention has for its object to provide a method and a system for producing a three-dimensional component of magnesium sheet, which allow low component costs.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.This object is achieved by a method with the features of claim 1 or by a system with the features of claim 9.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Umformen des auf eine erhöhte Temperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 200°C erwärmten Halbzeuges ein ohne interne Wärmequelle ausgeführtes Umformwerkzeug verwendet wird, wobei das erwärmte Halbzeug ohne direkten Kontakt mit dem Stempel und der Matrize in dem Umformwerkzeug platziert und anschließend mit einer Umformgeschwindigkeit im Bereich von 15 mm/s bis 500 mm/s umgeformt wird.The inventive method is characterized in that for forming the heated to an elevated temperature, preferably to a temperature of at least 200 ° C semi-finished a forming without internal heat source forming tool is used, wherein the heated semi-finished product without direct contact with the punch and the die in The forming tool is placed and then converted at a forming speed in the range of 15 mm / s to 500 mm / s.

Die erfindungsgemäße Anlage ist dementsprechend dadurch gekennzeichnet, dass deren Umformwerkzeug ohne interne Wärmequelle ausgeführt ist, mit einem Halbzeughalter versehen ist, auf dem das auf eine erhöhte Temperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 200°C erwärmte Halbzeug ohne direkten Kontakt mit dem Stempel und der Matrize im Umformwerkzeug platzierbar ist, und einen Antrieb aufweist, der eine Schließgeschwindigkeit von Stempel und Matrize im Bereich von 15 mm/s bis 500 mm/s bewirkt.The system according to the invention is characterized in that the forming tool is designed without internal heat source, is provided with a semi-finished, on which the heated to an elevated temperature, preferably to a temperature of at least 200 ° C semifinished product without direct contact with the stamp and the Matrix can be placed in the forming tool, and has a drive that causes a closing speed of the punch and die in the range of 15 mm / s to 500 mm / s.

Durch die vorliegende Erfindung entfällt der zusätzliche Aufwand, der durch die Temperierung des Umformwerkzeug mittels einer internen Wärmequelle verursacht wird. Die Erfindung sieht die Verarbeitung eines erwärmten Magnesiumhalbzeuges in einem Umformwerkzeug ohne interne Wärmequelle vor. Dadurch lassen sich die Werkzeug- und Betriebskosten und somit letztlich die Bauteilkosten erheblich verringern. Insbesondere bei der Herstellung von Bauteilen in relativ geringen Stückzahlen lässt sich durch die Verringerung der Werkzeugkosten ein wesentlicher Beitrag zur Wirtschaftlichkeit des Bauteils erzielen.The present invention eliminates the additional expense caused by the temperature of the forming tool by means of an internal heat source. The invention provides for the processing of a heated magnesium semi-finished product in a forming tool without an internal heat source. As a result, the tool and operating costs and thus ultimately the component costs can be significantly reduced. In particular, in the manufacture of components in relatively small quantities can be achieved by reducing the cost of tools a significant contribution to the efficiency of the component.

Durch Versuche konnten die Erfinder belegen, dass sich ein dreidimensional geformtes Bauteil aus einer zum Beispiel auf 250°C erwärmten Magnesiumplatine in einem nicht temperierten Umformwerkzeug rissfrei herstellen lässt, wenn zu hohe Temperaturverluste vor dem eigentlichen Umformprozess vermieden werden, indem ein direktes Ablegen der erwärmten Platine auf dem Stempel bzw. der Matrize beim Platzieren (Einlegen) der Platine im Umformwerkzeug verhindert wird, und die anschließende Umformung mit relativ hoher Umformgeschwindigkeit (15–500 mm/s) stattfindet.Through experiments, the inventors were able to prove that a three-dimensionally shaped component can be made from a for example heated to 250 ° C magnesium plate in a non-tempered forming tool without cracking, if too high temperature losses are avoided before the actual forming process by a direct deposition of the heated board is prevented on the punch or the die during placement (insertion) of the board in the forming tool, and the subsequent forming takes place at a relatively high forming speed (15-500 mm / s).

Die mittlere Abkühlgeschwindigkeit für ein 2,00 mm dickes Magnesiumblech, das auf eine Temperatur im Bereich von 200°C bis 250°C erwärmt ist, beträgt beispielsweise an Luft bei Raumtemperatur von 20°C zwischen 2 und 12 K/s. Durch diesen relativ geringen Temperaturverlust kann bei einem geeigneten Transfersystem sichergestellt werden, dass das erwärmte Halbzeug bzw. die erwärmte Platine eine ausreichend hohe Starttemperatur vor der Umformung aufweist, um ein fehlerfreies, insbesondere rissfreies Bauteil bei gegebenen Umformgraden zu ermöglichen.The average cooling rate for a 2.00 mm thick magnesium sheet, which is heated to a temperature in the range of 200 ° C to 250 ° C, is for example in air at room temperature of 20 ° C between 2 and 12 K / s. This relatively low temperature loss can be ensured in a suitable transfer system, that the heated semi-finished product or the heated board has a sufficiently high starting temperature before forming to allow a defect-free, in particular crack-free component at given degrees of deformation.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines nicht temperierten Werkzeuges zur Umformung von erwärmten Magnesiumplatinen ergeben sich zudem positive Effekte hinsichtlich der Maßhaltigkeit und des Handlings der so hergestellten Bauteile. Denn aufgrund der deutlich verringerten Temperatur, die das Bauteil bei seiner Entnahme aus dem nicht temperierten Umformwerkzeug besitzt, ist das Bauteil im Vergleich zu einem in einem temperierten Werkzeug hergestellten Bauteil formstabiler und damit weniger anfällig für ungewollte Verformungen bei seiner Entnahme aus dem Umformwerkzeug und beim anschließenden Handling, was sich günstig auf die Maßhaltigkeit des Bauteils auswirkt. Des Weiteren lassen sich die erfindungsgemäß hergestellten Bauteile aufgrund ihrer deutlich verringerten Temperatur, die sie bei ihrer Entnahme aus dem nicht temperierten Umformwerkzeug besitzen, einfacher handhaben. Hier können konventionelle Transfersysteme zum Einsatz kommen, die nicht temperaturstabil sind bzw. eine vergleichsweise geringe Temperaturstabilität besitzen.The inventive use of a non-tempered tool for forming heated magnesium plates also results in positive effects in terms of dimensional stability and the Handling of the components thus produced. Because of the significantly reduced temperature that the component has when it is removed from the non-tempered forming tool, the component is dimensionally stable compared to a manufactured in a tempered tool component and thus less prone to unwanted deformations during its removal from the forming tool and the subsequent Handling, which has a favorable effect on the dimensional accuracy of the component. Furthermore, the components produced according to the invention can be handled more easily due to their significantly reduced temperature, which they have when they are removed from the non-tempered forming tool. Here, conventional transfer systems can be used which are not temperature-stable or have a comparatively low temperature stability.

In diesem Zusammenhang sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass als Umformwerkzeug ein Umformwerkzeug verwendet wird, dessen Stempel und/oder Matrize eine aktive Kühleinrichtung aufweisen. Hierdurch kann die Entnahmetemperatur des Bauteils schneller gesenkt, die Maßhaltigkeit des Bauteils weiter verbessert sowie das Handling des Bauteils weiter vereinfacht werden. Diese aktive Kühlung des Stempels und/oder der Matrize ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn vergleichsweise hohe Stückzahlen in einer vorgegebenen Zeit umgeformt werden sollen, d. h. wenn die gewünschte Umformleistung relativ hoch sein soll. Allerdings kann auch ein Aufheizen des Umformwerkzeuges aufgrund des erwärmten Halbzeuges während der Produktion toleriert werden, wenn sich dadurch keine negativen Auswirkungen auf die Maßhaltigkeit des fertigen Bauteils ergeben.In this context, an advantageous embodiment of the method according to the invention provides that a forming tool is used as the forming tool, whose punch and / or die have an active cooling device. As a result, the removal temperature of the component can be reduced faster, the dimensional accuracy of the component further improved and the handling of the component can be further simplified. This active cooling of the stamp and / or the die is particularly advantageous when relatively high numbers of pieces are to be formed in a given time, d. H. if the desired forming capacity should be relatively high. However, a heating of the forming tool due to the heated semi-finished product during production can be tolerated, if this does not have a negative impact on the dimensional accuracy of the finished component.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, die es gestattet, dass das erwärmte Magnesiumblechhalbzeug nicht direkt auf dem Stempel bzw. der Matrize abgelegt werden muss, besteht darin, dass das erwärmte Halbzeug auf einem dem Umformwerkzeug zugeordneten Halbzeughalter platziert wird, so dass der wesentliche Flächenbereich des erwärmten Halbzeuges vor dem eigentlichen Umformprozess zwischen Stempel und Matrize und beabstandet von diesen freitragend in der Umgebungsatmosphäre angeordnet ist. Die Umgebungsatmosphäre, vorzugsweise Umgebungsluft, wirkt dabei als Wärmeisolator. Dadurch wird sichergestellt, dass das erwärmte Halbzeug vor dem eigentlichen Umformprozess nur eine sehr geringe Abkühlung erfährt. Der Halbzeughalter kann dabei beispielsweise als aktiver Blechhalter ausgeführt sein, der oberhalb eines der Matrize zugeordneten Stempels positioniert wird.An advantageous embodiment of the invention, which allows the heated Magnesiumblechhalbzeug not directly deposited on the stamp or the die, is that the heated semi-finished product is placed on a forming tool associated Halbzeughalter, so that the essential surface area of the heated Semi-finished product before the actual forming process between the punch and die and spaced from these cantilevered in the ambient atmosphere is arranged. The ambient atmosphere, preferably ambient air, acts as a heat insulator. This ensures that the heated semi-finished undergoes only a very small cooling before the actual forming process. The semifinished product holder can be designed, for example, as an active sheet metal holder, which is positioned above a die associated with the die.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass als Halbzeughalter ein Halbzeughalter verwendet wird, dessen das erwärmte Halbzeug berührender Oberflächenbereich eine poröse oder Vertiefungen aufweisende Oberflächenstruktur aufweist. Dadurch wird der durch Wärmeleitung von dem erwärmten Halbzeug auf den Halbzeughalter bedingte Wärme- bzw. Temperaturverlust des erwärmten Halbzeuges verringert.A further advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that a semifinished product holder is used as a semifinished product holder whose surface region touching the heated semifinished product has a surface structure having porous or recesses. As a result, the thermal or temperature loss of the heated semifinished product caused by heat conduction from the heated semifinished product to the semifinished product holder is reduced.

Zusätzlich oder alternativ sieht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass als Halbzeughalter ein Halbzeughalter verwendet wird, dessen das erwärmte Halbzeug berührender Oberflächenbereich aus einem Werkstoff gebildet oder mit einer Beschichtung ist, der/die eine Wärmeleitfähigkeit von maximal 20 W/mK bei 30°C bis 100°C Umgebungstemperatur aufweist. Auch dadurch lässt sich der durch Wärmeleitung von dem erwärmten Halbzeug auf den Halbzeughalter bedingte Wärme- bzw. Temperaturverlust verringern.Additionally or alternatively, a further advantageous embodiment of the method according to the invention provides that a semifinished product holder is used as a semifinished product holder whose surface area touching the heated semifinished product is formed from a material or has a coating which has a thermal conductivity of not more than 20 W / mK at 30 ° C to 100 ° C ambient temperature. This also makes it possible to reduce the heat or temperature loss caused by heat conduction from the heated semifinished product to the semifinished product holder.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass als Matrize eine Matrize verwendet wird, in deren dem umzuformenden, erwärmten Halbzeug zugewandeten Formfläche Vertiefungen ausgebildet sind, die eine Reduzierung der dem erwärmten Halbzeug zugewandten Kontaktfläche bewirken. Die Vertiefungen bzw. die darin enthaltene Luft wirkt wärmeisolierend, so dass sich auf diese Weise der Wärme- bzw. Temperaturverlust des erwärmten Halbzeuges reduzieren lässt.A further advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that a die is used as the die, in the forming surface, which faces the hot semi-finished product, recesses are formed which cause a reduction of the contact surface facing the heated semi-finished product. The depressions or the air contained therein acts heat-insulating, so that can be reduced in this way the heat or temperature loss of the heated semi-finished product.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Halbzeug mittels einer mit einer konduktiven Wärmequelle ausgestatteten Transfervorrichtung unmittelbar in das Umformwerkzeug transportiert wird. Dadurch kann dem umzuformenden Halbzeug eine ausreichend hohe Starttemperatur vor der Umformung gegeben und zugleich der Temperaturverlust des Halbzeuges vor der Umformung minimiert werden.A further advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the semifinished product is transported directly into the forming tool by means of a transfer device equipped with a conductive heat source. As a result, the semifinished product to be formed can be given a sufficiently high starting temperature before shaping, and at the same time the temperature loss of the semifinished product can be minimized prior to forming.

Durch den Einsatz eines nicht temperierten Umformwerkzeuges ist auch ein kostengünstiger integrierter Bauteilbeschnitt bei der Umformung des aus Magnesiumblech bestehenden Halbzeuges denkbar. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dementsprechend dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug beim Umformen zugleich mit mindestens einem im Umformwerkzeug integrierten Schneidelement beschnitten wird.Through the use of a non-tempered forming tool, a cost-effective integrated component trim during the forming of the semifinished product consisting of magnesium sheet is also conceivable. A further advantageous embodiment of the method according to the invention is accordingly characterized in that the semifinished product is simultaneously trimmed during forming with at least one cutting element integrated in the forming tool.

Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anlage sind in den Unteransprüchen angegeben.Further preferred and advantageous embodiments of the system according to the invention are specified in the subclaims.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch: The invention will be explained in more detail with reference to a drawing illustrating several embodiments. They show schematically:

1 eine Anlage bzw. Prozesslinie zur Herstellung von dreidimensional geformten Bauteilen aus Magnesiumhalbzeugen; 1 a plant or process line for the production of three-dimensionally shaped components from magnesium semi-finished products;

2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Prozesslinie zur Herstellung von dreidimensional geformten Bauteilen aus Magnesiumhalbzeugen; und 2 a further embodiment of a process line for the production of three-dimensionally shaped components of magnesium semi-finished products; and

3 ein erfindungsgemäßes Umformwerkzeug in Vertikalschnittansicht. 3 an inventive forming tool in vertical section view.

Die in 1 dargestellte Anlage umfasst im Wesentlichen eine Vorrichtung 1 zum Erwärmen eines Halbzeuges 2 aus Magnesiumblech und ein Umformwerkzeug 3 ohne interne Wärmequelle zum Umformen des erwärmten Halbzeuges 2. Das umzuformende Halbzeug 2 kann beispielsweise in Form einer Magnesiumblechplatine vorliegen.In the 1 The system shown essentially comprises a device 1 for heating a semifinished product 2 made of magnesium sheet and a forming tool 3 without internal heat source for forming the heated semi-finished product 2 , The semi-finished product to be formed 2 may be in the form of a magnesium sheet, for example.

Die Vorrichtung 1 zum Erwärmen des Halbzeuges 2 ist hier als Durchlaufofen, vorzugsweise als Rollenherdofen ausgeführt. Der Durchlaufofen bzw. Rollenherdofen 1 ist mit Induktoren, Heizstrahlern, Heißluftbrennern und/oder Rekuperatorbrennern ausgestattet. Auch der Einsatz von Infrarotstrahlern zur Erwärmung der umzuformenden Halbzeuge 2 ist denkbar.The device 1 for heating the semifinished product 2 is designed here as a continuous furnace, preferably as a roller hearth furnace. The continuous furnace or roller hearth furnace 1 is equipped with inducers, radiant heaters, hot air burners and / or recuperative burners. Also, the use of infrared heaters for heating the semi-finished products to be reshaped 2 is conceivable.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden umzuformende Magnesiumblechplatinen 2 von einem Förderband oder einem Vorratsstapel 4 entnommen und in dem Durchlaufofen 1 auf eine erhöhte Temperatur erwärmt, die so gewählt wird, dass die Werkstücktemperatur am Ende der Umformung im Wesentlichen noch oberhalb von 180°C bis 220°C liegt. Hierzu wird die umzuformende Magnesiumblechplatine bzw. das Halbzeug 2 beispielsweise auf eine Temperatur im Bereich von 230°C und 260°C erwärmt.In the embodiment shown, magnesium sheet blanks are to be reshaped 2 from a conveyor belt or a stockpile 4 taken and in the continuous furnace 1 heated to an elevated temperature, which is chosen so that the workpiece temperature at the end of the forming substantially still above 180 ° C to 220 ° C. For this purpose, the magnesium sheet to be formed or the semi-finished product 2 heated to a temperature in the range of 230 ° C and 260 ° C, for example.

Das erwärmte Halbzeug 2 wird dann mittels einer Transfervorrichtung 5, vorzugsweise eines Roboters im Bereich des Auslasses des Durchlaufofens ergriffen in das Umformwerkzeug 3 ohne direkten Kontakt mit dem Stempel 3.1 und der Matrize 3.2 eingelegt. Hierzu ist das Umformwerkzeug 3 mit einem Halbzeughalter (Blechhalter) 3.3 versehen, der im geöffneten Zustand des Umformwerkzeuges 3 oberhalb des Stempelkopfes positioniert wird, so dass das darauf abgelegte Halbzeug 2 weder den Stempel 3.1 noch die Matrize 3.2 berührt. In 1 ist zu erkennen, dass die im Umformwerkzeug platzierte Platine 2 zunächst auf dem Halbzeughalter 3.3 abgelegt ist und dabei sowohl gegenüber dem Stempel 3.1 als auch gegenüber der Matrize 3.2 mit Abstand angeordnet ist. Dadurch wird zu schnelles Abkühlen der erwärmten Magnesiumplatine 2 verhindert.The heated semi-finished product 2 is then by means of a transfer device 5 , Preferably a robot in the region of the outlet of the continuous furnace in the forming tool 3 without direct contact with the stamp 3.1 and the matrix 3.2 inserted. This is the forming tool 3 with a semifinished product holder (blank holder) 3.3 provided in the open state of the forming tool 3 is positioned above the stamp head, so that the semifinished product deposited thereon 2 neither the stamp 3.1 still the matrix 3.2 touched. In 1 can be seen that the placed in the forming tool board 2 first on the semi-finished product holder 3.3 is filed while doing both opposite the stamp 3.1 as well as towards the matrix 3.2 is arranged at a distance. This will cause the heated magnesium board to cool down too quickly 2 prevented.

Sodann wird das Werkzeug 3 geschlossen, um das erwärmte Halbzeug in eine durch den Stempel 3.1 und die Matrize 3.2 vorgegebene Form umzuformen. Die Umformung erfolgt mit relativ hoher Umformgeschwindigkeit, so dass der Temperaturverlust des erwärmten Werkstückes (Halbzeuges) 2 während der Umformung ebenfalls gering gehalten wird. Zur Erzielung einer entsprechend hohen Umformgeschwindigkeit weist das Umformwerkzeug 3 einen Antrieb (nicht gezeigt) auf, der eine Schließgeschwindigkeit von Stempel 3.1 und Matrize 3.2 im Bereich von 15 mm/s bis 500 mm/s bewirkt.Then the tool 3 closed to the heated semifinished product in a through the stamp 3.1 and the matrix 3.2 reshape the given shape. The deformation takes place with a relatively high deformation rate, so that the temperature loss of the heated workpiece (semifinished product) 2 is also kept low during the forming. To achieve a correspondingly high forming speed, the forming tool 3 a drive (not shown) having a closing speed of punch 3.1 and die 3.2 in the range of 15 mm / s to 500 mm / s causes.

Das so hergestellte Bauteil 2' wird nach Öffnen des Umformwerkzeuges 3 mittels einer geeigneten Transfervorrichtung 6, vorzugsweise einem Roboter aus dem Umformwerkzeug 3 entnommen und gegebenenfalls auf einem Transportmittel, beispielsweise einer Transportpalette oder dergleichen abgelegt bzw. gestapelt.The component thus produced 2 ' becomes after opening the forming tool 3 by means of a suitable transfer device 6 , preferably a robot from the forming tool 3 taken and optionally stored or stacked on a means of transport, such as a transport pallet or the like.

Falls der Temperaturverlust für die jeweilige Bauteilgeometrie bzw. den jeweiligen Umformungsgrad aufgrund des Einsatzes konventioneller Werkzeugstähle zu hoch sein sollte, kann das Werkzeug 3 zumindest in Teilbereichen aus Werkstoffen mit geringerer Wärmeleitfähigkeit bestehen und/oder eine Beschichtung aufweisen, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Neben Keramiken können auch spezielle Werkzeugstähle diese Anforderungen erfüllen. Beispielsweise können der Stempel 3.1 und/oder die Matrize 3.2 des Umformwerkzeuges 3 zumindest in Teilbereichen aus einem Werkstoff gebildet sein, der eine Wärmeleitfähigkeit von maximal 20 W/mK bei 30°C bis 100°C Umgebungstemperatur aufweist. Alternativ kann die Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit auch mit einer geeigneten Beschichtung erfolgen.If the temperature loss for the respective component geometry or the respective degree of deformation due to the use of conventional tool steels should be too high, the tool 3 consist at least in parts of materials with lower thermal conductivity and / or have a coating that has a low thermal conductivity. In addition to ceramics, special tool steels can meet these requirements. For example, the stamp 3.1 and / or the die 3.2 of the forming tool 3 be formed, at least in some areas of a material having a maximum thermal conductivity of 20 W / mK at 30 ° C to 100 ° C ambient temperature. Alternatively, the reduction of the thermal conductivity can also be done with a suitable coating.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage besteht darin, dass der das erwärmte Halbzeug 2 berührende Oberflächenbereich 3.31 des Halbzeughalters 3.3 eine poröse oder Vertiefungen 3.32 aufweisende Oberflächenstruktur aufweist. Dadurch wird der Temperaturverlust des erwärmten Halbzeugs 2 weiter verringert. Zusätzlich oder alternativ ist vorgesehen, dass der das erwärmte Halbzeug 2 berührende Oberflächenbereich 3.31 des Halbzeughalters 3.3 aus einem Werkstoff gefertigt ist, der eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, bzw. mit einem solchen Werkstoff beschichtet ist. Die Wärmeleitfähigkeit des für den Halbzeughalter 3.3 verwendeten Werkstoffs bzw. einer für den Halbzeughalter 3.3 verwendeten Beschichtung beträgt vorzugsweise maximal 20 W/mK bei 30°C bis 100°C Umgebungstemperatur.A further preferred embodiment of the system according to the invention is that of the heated semi-finished product 2 touching surface area 3.31 of the semi-finished product holder 3.3 a porous or depressions 3:32 having exhibiting surface structure. As a result, the temperature loss of the heated semifinished product 2 further reduced. Additionally or alternatively, it is provided that the heated semi-finished product 2 touching surface area 3.31 of the semi-finished product holder 3.3 is made of a material which has a relatively low thermal conductivity, or is coated with such a material. The thermal conductivity of the semifinished product holder 3.3 used material or one for the semi-finished product holder 3.3 The coating used is preferably not more than 20 W / mK at 30 ° C to 100 ° C ambient temperature.

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung eines dreidimensional geformten Bauteils 2' aus Magnesiumblech. Diese Anlage unterscheidet sich von der Anlage gemäß 1 dadurch, dass die Erwärmung einer umzuformenden Magnesiumblechplatine 2 nicht in einem Durchlaufofen, sondern in bzw. mit einer roboterartigen Transfervorrichtung 5' durchgeführt wird. Die Transfervorrichtung 5' ist hierzu mit einer Heizeinrichtung bzw. konduktiven Wärmequelle 5.1 ausgestattet, so dass die Erwärmung des Magnesiumblechs 2 während dessen Transports von einem Vorratsstapel 4 oder eines Förderbandes in das Umformwerkzeug 3 erfolgt. Die konduktive Wärmequelle bzw. Heizeinrichtung 5.1 ist dabei insbesondere in Greif- oder Halteelementen der Transfervorrichtung 5' integriert, mit denen das Magnesiumblech (Halbzeug) 2 ergriffen bzw. zum Umformwerkzeug 3 transportiert und dort abgelegt wird. 2 shows a further embodiment of a system according to the invention for producing a three-dimensionally shaped component 2 ' made of magnesium sheet. This system differs from the system according to 1 in that the heating of a magnesium sheet metal plate to be reshaped 2 not in a continuous furnace, but in or with a robot-like transfer device 5 ' is carried out. The transfer device 5 ' is this with a heater or conductive heat source 5.1 equipped, so that the heating of the magnesium sheet 2 during its transport from a supply stack 4 or a conveyor belt in the forming tool 3 he follows. The conductive heat source or heating device 5.1 is in particular in gripping or holding elements of the transfer device 5 ' integrated, with which the magnesium sheet (semi-finished product) 2 taken or the forming tool 3 transported and stored there.

Das Umformwerkzeug 3 der in 2 dargestellten Anlage ist entsprechend dem Umformwerkzeug 3 der Anlage gemäß 1 ausgebildet, so dass insoweit zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung der 1 verwiesen wird.The forming tool 3 the in 2 shown plant is according to the forming tool 3 the system according to 1 designed so that so far to avoid repetition of the above description of the 1 is referenced.

Bei den in den 1 und 2 schematisch dargestellten Anlagen handelt es sich um im Wesentlichen kontinuierlich arbeitende Prozesslinien. Nicht dargestellt ist, dass auch eine Abarbeitung vom Coil möglich ist, d. h. dass von einem Coil das Material abgehaspelt wird und je nach bestehender Prozesslinie entweder Rechteckplatinen abgelängt werden, beispielsweise wenn ein Beschnitt während oder nach dem Umformen erfolgt, oder Formzuschnitte, deren Konturenden Sollmaßen des fertigen Bauteils im Wesentlichen entsprechen.In the in the 1 and 2 schematically illustrated plants are essentially continuously operating process lines. It is not shown that a processing of the coil is possible, ie that the material is unwound from a coil and depending on the existing process line either rectangular blanks are cut to length, for example, if a trimming occurs during or after forming, or shape blanks whose contoured dimensions of the essentially correspond to finished component.

In 3 ist ein erfindungsgemäßes Umformwerkzeug 3 schematisch in Vertikalschnittansicht gezeigt, das beispielsweise in der Anlage gemäß 1 oder 2 zum Einsatz kommen kann. Das im geöffneten Zustand gezeigte Umformwerkzeug weist wiederum einen Stempel 3.1 und eine Matrize 3.2 zum Umformen einer Magnesiumblechplatine 2 auf. Das Umformwerkzeug 3 enthält keine interne Wärmequelle. Es ist mit einem Halbzeughalter (Platinenhalter) 3.3 versehen, auf dem die erwärmte Platine 2 ohne direkten Kontakt mit dem Stempel 3.1 und der Matrize 3.2 platzierbar ist. Der als Ablagefläche für die erwärmte Platine 2 dienende Oberflächenbereich 3.31 des Halbzeughalters 3.3 befindet sich im geöffneten Bestückungszustand des Umformwerkzeuges 3 zunächst oberhalb des Stempels 3.1. Der Oberflächenbereich 3.31 des Halbzeughalters 3.3 weist eine mit nutförmigen Ausnehmungen oder Vertiefungen 3.32 versehene Oberflächenstruktur auf. Des Weiteren sind auch in der Oberfläche der den Stempelkopf aufnehmenden Mulde der Matrize 3.2 Ausnehmungen oder Vertiefungen 3.21 ausgebildet. Die Ausnehmungen bzw. Vertiefungen 3.32 und 3.21 definieren Luftspalte bzw. Luftkanäle, die wärmeisolierend wirken und somit einen schnellen Wärme- bzw. Temperaturverlust der erwärmten Platine 2 verhindern. Die der Platine 2 zugewandte Oberfläche des Stempels 3.1, der zum Umformen der Platine 2 in die Mulde der Matrize 3.2 eingefahren wird, enthält dagegen keine Luftkanäle bildenden Vertiefungen, da diese Stempeloberfläche hier die eigentliche formgebende Oberfläche des Umformwerkzeuges 3 darstellt.In 3 is an inventive forming tool 3 shown schematically in vertical section view, the example in the Appendix 1 or 2 can be used. The forming tool shown in the open state in turn has a stamp 3.1 and a die 3.2 for forming a magnesium sheet board 2 on. The forming tool 3 contains no internal heat source. It is with a semi-finished product holder (board holder) 3.3 provided on which the heated board 2 without direct contact with the stamp 3.1 and the matrix 3.2 is placeable. The as a storage area for the heated board 2 serving surface area 3.31 of the semi-finished product holder 3.3 is in the open configuration state of the forming tool 3 first above the stamp 3.1 , The surface area 3.31 of the semi-finished product holder 3.3 has a groove-shaped recesses or depressions 3:32 provided surface structure. Furthermore, in the surface of the tamping head receiving trough of the die 3.2 Recesses or depressions 3.21 educated. The recesses or depressions 3:32 and 3.21 define air gaps or air ducts, which have a heat-insulating effect and thus a rapid heat or temperature loss of the heated board 2 prevent. The board 2 facing surface of the punch 3.1 , to reshape the board 2 into the cavity of the matrix 3.2 is retracted, on the other hand contains no air channels forming depressions, since this stamp surface here the actual shaping surface of the forming tool 3 represents.

Um bei höheren Stückzahlen von aus Magnesiumblech herzustellen Bauteilen 2' die Temperatur des jeweiligen aus dem Umformwerkzeug 3 zu entnehmenden Bauteils 2' gering zu halten, können der Stempel 3.1 und/oder die Matrize 3.2 auch mit einer aktiven Kühlung (nicht gezeigt) ausgerüstet sein. Eine solche Kühlung kann beispielsweise durch eine Kronenbauweise und/oder durch Kühlkanäle in dem Stempel 3.1 und/oder der Matrize 3.2 integriert sein.To manufacture components from magnesium sheet at higher volumes 2 ' the temperature of the respective from the forming tool 3 to be removed component 2 ' can keep the stamp low 3.1 and / or the die 3.2 also be equipped with an active cooling (not shown). Such cooling may, for example, by a crown construction and / or by cooling channels in the stamp 3.1 and / or the die 3.2 be integrated.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (16)

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (2') aus Magnesiumblech durch Umformen eines Halbzeuges (2) aus Magnesiumblech, insbesondere eines Halbzeuges in Form einer Magnesiumblechplatine, bei dem das Halbzeug (2) vor dem Umformen auf eine erhöhte Temperatur, vorzugsweise eine Temperatur von mindestens 200°C erwärmt und in einem einen Stempel (3.1) und eine Matrize (3.2) aufweisenden Umformwerkzeug (3) umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umformen des erwärmten Halbzeuges (2) ein ohne interne Wärmequelle ausgeführtes Umformwerkzeug (3) verwendet wird, wobei das erwärmte Halbzeug (2) ohne direkten Kontakt mit dem Stempel (3.1) und der Matrize (3.2) in dem Umformwerkzeug (3) platziert und anschließend mit einer Umformgeschwindigkeit im Bereich von 15 mm/s bis 500 mm/s umgeformt wird.Method for producing a component ( 2 ' ) made of magnesium sheet by forming a semi-finished product ( 2 ) of magnesium sheet, in particular of a semi-finished product in the form of a magnesium sheet, in which the semifinished product ( 2 ) is heated to an elevated temperature, preferably a temperature of at least 200 ° C., before being formed, and in a die ( 3.1 ) and a die ( 3.2 ) forming tool ( 3 ) is formed, characterized in that for forming the heated semi-finished product ( 2 ) a forming tool without internal heat source ( 3 ), the heated semi-finished product ( 2 ) without direct contact with the stamp ( 3.1 ) and the die ( 3.2 ) in the forming tool ( 3 ) and then formed at a forming speed in the range of 15 mm / s to 500 mm / s. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erwärmte Halbzeug (2) auf einem dem Umformwerkzeug (3) zugeordneten Halbzeughalter (3.3) platziert wird.Method according to claim 1, characterized in that the heated semi-finished product ( 2 ) on a forming tool ( 3 ) associated semi-finished product holder ( 3.3 ) is placed. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbzeughalter ein Halbzeughalter (3.3) verwendet wird, dessen das erwärmte Halbzeug berührender Oberflächenbereich (3.31) eine poröse oder Vertiefungen (3.32) aufweisende Oberflächenstruktur aufweist.Method according to claim 2, characterized in that a semifinished product holder ( 3.3 ), the surface of the heated semifinished product ( 3.31 ) a porous or depressions ( 3:32 ) having surface structure. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbzeughalter ein Halbzeughalter (3.3) verwendet wird, dessen das erwärmte Halbzeug (2) berührender Oberflächenbereich (3.31) aus einem Werkstoff gebildet oder mit einer Beschichtung versehen ist, der/die eine Wärmeleitfähigkeit von maximal 20 W/mK bei 30°C bis 100°C Umgebungstemperatur aufweist.Method according to claim 2 or 3, characterized in that a semifinished product holder ( 3.3 ) is used, the heated semi-finished product ( 2 ) contacting surface area ( 3.31 ) is formed of a material or provided with a coating which has a thermal conductivity of 20 W / mK at 30 ° C to 100 ° C ambient temperature. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Matrize eine Matrize (3.2) verwendet wird, in deren dem umzuformenden, erwärmten Halbzeug (2) zugewandten Formfläche Vertiefungen (3.21) ausgebildet sind, die eine Reduzierung der dem erwärmten Halbzeug (2) zugewandten Kontaktfläche bewirken.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that as die a die ( 3.2 ) is used, in which the to be formed, heated semi-finished product ( 2 ) facing mold surface depressions ( 3.21 ) are formed, a reduction of the heated semi-finished product ( 2 ) effect facing contact surface. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Umformwerkzeug ein Umformwerkzeug (3) verwendet wird, dessen Stempel (3.1) und/oder Matrize (3.2) eine aktive Kühleinrichtung aufweisen.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that a forming tool ( 3 ) whose stamp ( 3.1 ) and / or die ( 3.2 ) have an active cooling device. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (2) mittels einer mit einer konduktiven Wärmequelle (5.1) ausgestatteten Transfervorrichtung (5') unmittelbar in das Umformwerkzeug (3) transportiert wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the semifinished product ( 2 ) by means of a conductive heat source ( 5.1 ) equipped transfer device ( 5 ' ) directly into the forming tool ( 3 ) is transported. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (2) beim Umformen zugleich mit mindestens einem im Umformwerkzeug (3) integrierten Schneidelement beschnitten wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the semifinished product ( 2 ) during forming together with at least one in the forming tool ( 3 ) integrated cutting element is trimmed. Anlage zur Herstellung eines Bauteils (2') aus Magnesiumblech mit einem einen Stempel (3.1) und eine Matrize (3.2) aufweisenden Umformwerkzeug (3) zum Umformen eines Halbzeuges (2) aus Magnesiumblech, insbesondere eines Halbzeuges in Form einer Magnesiumblechplatine, und einer Vorrichtung (1, 5.1) zum Erwärmen des Halbzeugs (2) vor dem Umformen auf eine erhöhte Temperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 200°C, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (3) ohne interne Wärmequelle ausgeführt ist, mit einem Halbzeughalter (3.3) versehen ist, auf dem das erwärmte Halbzeug (2) ohne direkten Kontakt mit dem Stempel (3.1) und der Matrize (3.2) im Umformwerkzeug (3) platzierbar ist, und einen Antrieb aufweist, der eine Schließgeschwindigkeit von Stempel und Matrize im Bereich von 15 mm/s bis 500 mm/s bewirkt.Plant for producing a component ( 2 ' ) made of magnesium sheet with a stamp ( 3.1 ) and a die ( 3.2 ) forming tool ( 3 ) for forming a semi-finished product ( 2 ) made of magnesium sheet, in particular a semifinished product in the form of a magnesium sheet, and a device ( 1 . 5.1 ) for heating the semifinished product ( 2 ) before forming to an elevated temperature, preferably to a temperature of at least 200 ° C, characterized in that the forming tool ( 3 ) with no internal heat source, with a semi-finished product holder ( 3.3 ), on which the heated semifinished product ( 2 ) without direct contact with the stamp ( 3.1 ) and the die ( 3.2 ) in the forming tool ( 3 ) and has a drive that causes a closing speed of punch and die in the range of 15 mm / s to 500 mm / s. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der das erwärmte Halbzeug (2) berührende Oberflächenbereich (3.31) des Halbzeughalters (3.3) eine poröse oder Vertiefungen (3.32) aufweisende Oberflächenstruktur aufweist.Plant according to claim 9, characterized in that the heated semi-finished product ( 2 ) touching surface area ( 3.31 ) of the semi-finished product holder ( 3.3 ) a porous or depressions ( 3:32 ) having surface structure. Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der das erwärmte Halbzeug (2) berührende Oberflächenbereich (3.31) des Halbzeughalters (3.3) aus einem Werkstoff gebildet oder mit einer Beschichtung versehen ist, der/die eine Wärmeleitfähigkeit von maximal 20 W/mK bei 30°C bis 100°C Umgebungstemperatur aufweist.Plant according to claim 9 or 10, characterized in that the heated semi-finished product ( 2 ) touching surface area ( 3.31 ) of the semi-finished product holder ( 3.3 ) is formed of a material or provided with a coating which has a thermal conductivity of 20 W / mK at 30 ° C to 100 ° C ambient temperature. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (3.1) und/oder die Matrize (3.2) des Umformwerkzeuges (3) zumindest in Teilbereichen aus einem Werkstoff gebildet oder mit einer Beschichtung versehen ist, der/die eine Wärmeleitfähigkeit von maximal 20 W/mK bei 30°C bis 100°C Umgebungstemperatur aufweist.Installation according to one of claims 9 to 11, characterized in that the stamp ( 3.1 ) and / or the die ( 3.2 ) of the forming tool ( 3 ) is formed of a material at least in some areas or provided with a coating which has a thermal conductivity of not more than 20 W / mK at 30 ° C to 100 ° C ambient temperature. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (3.1) und/oder die Matrize (3.2) des Umformwerkzeuges (3) eine aktive Kühleinrichtung aufweisen.Installation according to one of claims 9 to 12, characterized in that the stamp ( 3.1 ) and / or the die ( 3.2 ) of the forming tool ( 3 ) have an active cooling device. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Umformwerkzeug (3) eine mit einer konduktiven Wärmequelle (5.1) ausgestattete Transfervorrichtung (5') zugeordnet ist, mit der das umzuformende Halbzeug (2) unmittelbar auf den Halbzeughalter (3.3) platzierbar ist. Installation according to one of claims 9 to 13, characterized in that the forming tool ( 3 ) one with a conductive heat source ( 5.1 ) equipped transfer device ( 5 ' ), with which the semifinished product to be formed ( 2 ) directly onto the semifinished product holder ( 3.3 ) is placeable. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Matrize (3.2) Vertiefungen (3.21) ausgebildet sind, die eine Reduzierung der dem erwärmten Halbzeug (2) zugewandten Kontaktfläche bewirken.Installation according to one of claims 9 to 14, characterized in that in the die ( 3.2 ) Wells ( 3.21 ) are formed, a reduction of the heated semi-finished product ( 2 ) effect facing contact surface. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (3) mit mindestens einem Schneidelement versehen ist.Installation according to one of claims 9 to 15, characterized in that the forming tool ( 3 ) is provided with at least one cutting element.
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