DE102012007213A1

DE102012007213A1 - Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumformteils

Info

Publication number: DE102012007213A1
Application number: DE201210007213
Authority: DE
Inventors: Alfons Honsel; Kathleen Siefert
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2012-11-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumformteils (1). Erfindungswesentlich sind dabei folgende Verfahrensschritte, – Erhitzen einer umzuformenden Aluminiumplatine (2), insbesondere eines Aluminiumblechs auf Lösungsglühtemperatur, und alternativ durch – Umformen und gleichzeitiges Abschrecken der erhitzten Aluminiumplatine (2) in einem gekühlten Umformwerkzeug (4), oder durch – Abschrecken der erhitzten Aluminiumplatine (2), – Auftragen eines Schmierstoffs, – Umformen der Aluminiumplatine (2) in einem Umformwerkzeug (4) in kaltem Zustand. Hierdurch können insbesondere Aluminiumformteile (1) aus einer hochfesten und an sich schlecht umformbaren Aluminiumlegierung leicht zu komplexen Karosseriebauteilen umgeformt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumformteils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hochfeste Aluminiumwerkstoffe, beispielsweise aus einer 7000-er Legierung, besitzen zwar eine sehr hohe Festigkeit, sind jedoch konventionell nur sehr eingeschränkt umformbar. Trotzdem ist deren Einsatz im Fahrzeugbau wünschenswert, da hieraus hergestellte Blechteile aufgrund der hohen Festigkeitswerte hinsichtlich ihrer Dicken reduziert werden können und damit zur Gewichtseinsparung beitragen können. Eine Gewichtseinsparung wirkt sich dabei selbstverständlich auch positiv auf einen Kraftstoffverbrauch und damit eine Energiebilanz des Kraftfahrzeuges aus. Um die Umformbarkeit derartiger hochfester Aluminiumwerkstoffe verbessern zu können, wurden bereits thermische Verfahren, wie beispielsweise Vorziehen, Zwischenglühen und Fertigziehen, eingesetzt, die sich jedoch insbesondere bei den 7000-er Aluminiumlegierungen als nicht zielführend erwiesen.
Aus der DE 10 2008 032 911 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumformteils mit folgenden Schritten bekannt: Einlegen eines Aluminiumblechs in ein Umformwerkzeug, Teilumformung des Aluminiumblechs bei Raumtemperatur, Warmauslagerung des teilumgeformten Aluminiumblechs und anschließendes Endumformen des teilumgeformten Aluminiumblechs bei Raumtemperatur in eine Endform des Aluminiumformteils. Hierdurch soll auf kostengünstige Weise ein hoher Umformgrad bei zumindest vergleichsweise hoher Festigkeit erzielt werden.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Verfahren der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere hohe Umformgrade bei hochfesten Aluminiumlegierungen problemlos ermöglicht.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumformteils einen Umformprozess thermisch zu unterstützen und dadurch wesentlich höhere Umformgrade bei gleichzeitig sehr hohen Festigkeiten erzielen zu können. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht dabei zunächst auf einem Erhitzen einer umzuformenden Aluminiumplatine, insbesondere eines Aluminiumblechs auf Lösungsglühtemperatur, wobei die Lösungsglühtemperatur von der jeweiligen Legierungszusammensetzung der Aluminiumplatine abhängt. Durch das Erhitzen der vorzugsweise ebenen Aluminiumplatine wird ein sogenannter „W-Zustand” erzeugt, durch welchen ein deutlich verbessertes Umformverhalten erzielt werden kann. Anschließend teilt sich das erfindungsgemäße Verfahren in zwei alternative Ausführungsvarianten.
Bei der ersten Variante wird die erhitzte Aluminiumplatine in einem gekühlten Umformwerkzeug umgeformt und gleichzeitig abgeschreckt. Die Aluminiumplatine wird somit im noch heißen Zustand in das kalte Umformwerkzeug eingelegt, wobei ein gleichzeitiges Umformen bei erhöhter Temperatur und ein Abschrecken erfolgt. Das Abschrecken ist dabei Voraussetzung für die spätere Aushärtung, die beispielsweise bei einem Lackdurchlauf oder als separater Vorgang stattfinden kann. Bei der zweiten alternativen Ausführungsform wird die umzuformende Aluminiumplatine nach dem Erhitzen auf Lösungsglühtemperatur abgeschreckt und zwar vorzugsweise auf eine Temperatur von T < 100°C, woraufhin dann ein Auftragen eines Schmierstoffs und anschließend ein Umformen in einem Umformwerkzeug in kaltem Zustand erfolgt.
Die zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens unterscheidet sich dabei von der ersten lediglich dadurch, dass die umzuformende Aluminiumplatine bereits vor der eigentlichen Umformung abgeschreckt und anschließend kaltumgeformt wird.
Beide Alternativen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Aluminiumformteils beruhen dabei auf einem thermisch unterstützten Umformen, wodurch die Herstellung komplexer Karosserieteile auch aus konventionell schlecht umformbaren, hochfesten 7000-er-Legierungen bzw. 6000-er-Aluminiumlegierungen möglich sind. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine unerwartete und deutliche Erweiterung der Umformgrenzen dieser Legierungsgruppen erzielt werden, was insbesondere für den modernen Fahrzeugbau von wesentlichem Vorteil ist, da nunmehr auch bisher aus Stahlblech ausgebildete Bauteile mit komplexen Geometrien mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aus hochfesten Aluminiumlegierungen hergestellt werden können.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung wird zum Umformen eine Aluminiumplatine aus einer 7000-er-Legierung oder einer 6000-er-Legierung verwendet. 6000- bzw. 7000-er-Aluminiumlegierungen zeichnen sich durch eine hohe Kernfestigkeit aus und stellen dadurch eine echte Alternative zu einem Werkzeugstahl dar. 7000-er-Aluminiumlegierungen besitzen zusätzlich zu Aluminium zumindest den Legierungsbestandteil Zink, wogegen eine 6000-er-Aluminiumlegierung üblicherweise neben Aluminium auch Magnesium und Silizium aufweist. Selbstverständlich sind auch weitere Legierungselemente, wie beispielsweise Chrom, Vanadium, Eisen, etc. denkbar.
Zweckmäßig wird das umgeformte Aluminiumformteil nach dem Umformen kathodisch tauchlackiert und dabei in einem Tauchbad beschichtet. Die kathodische Tauchlackierung, auch Kathaphorese genannt, ist ein elektrochemisches Verfahren, bei welchem das Werkstück durch einen Tauchvorgang beschichtet wird, wobei das Verfahren besonders gut für das Lackieren komplizierter Strukturen und großer Stückzahlen geeignet ist. Beim kathodischen Tauchlackieren erfolgt die Lackabscheidung infolge von chemischen Umsetzungen des Bindemittels, wobei diese Umsetzung durch einen elektrischen Stromfluss von einer äußeren Elektrode über den leitfähigen Lack zum Lackiergut bewirkt wird. Das kathodische Tauchlackieren ist eine äußerst umweltfreundliche Methode, da als Lösungsmittel üblicherweise Wasser eingesetzt wird. Die Lackausbeute beträgt bis zu 98,5%, so dass lediglich 1,5% des eingesetzten Lackes ausgetragen werden. Das Ergebnis der kathodischen Tauchlackierung ist eine sehr gleichmäßige Beschichtung von insbesondere Metalloberflächen und Hohlräumen mit gleichmäßigen Schichtdicken und exzellenten Oberflächenqualitäten.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumformteils gemäß einer ersten Variante,
2 des erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Aluminiumformteils gemäß einer zweiten Variante.
Entsprechend der 1 gliedert sich ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumformteils 1 in mehrere Verfahrensschritte:
Zunächst wird ein ebenes Aluminiumblech 2, als Platine oder als Tafel, aus einem Coil entnommen, in einer Heizeinrichtung 3 auf Lösungsglühtemperatur erhitzt. Hierdurch sollen insbesondere innere Spannungen abgebaut werden. Anschließend wird die erhitzte Aluminiumplatine 2 einem insbesondere gekühlten Umformwerkzeug 4 zugeführt und dort umgeformt und gleichzeitig abgeschreckt. Die Aluminiumplatine 2 wird somit in noch heißem Zustand in das kalte Umformwerkzeug 4 eingelegt, woraufhin ein gleichzeitiges Umformen bei erhöhter Temperatur sowie ein Abschrecken erfolgt. Das Abschrecken ist dabei Voraussetzung für eine spätere Aushärtung, die beispielsweise bei einer Kaltauslagerung 5 oder einem kathodischen Tauchlackieren 6 stattfinden kann. Das Kaltauslagern 5 ist dabei als separater Vorgang zu betrachten, wogegen ein Aushärten 7 kurz vor oder beim kathodischen Tauchlackieren 6 erfolgen kann.
Gemäß der 2 ist eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Aluminiumformteils 1 dargestellt, wobei wiederum zunächst die umzuformende Aluminiumplatine 2, insbesondere das auf einem Coil aufgerollte Aluminiumblech, auf Lösungsglühtemperatur mittels der Heizeinrichtung 3 erhitzt wird. Vor dem Umformen im Umformwerkzeug 4 erfolgt bei dem Verfahren gemäß der 2 jedoch ein Abschrecken in einer Abschreckeinrichtung 8, wobei bei diesem Abschreckvorgang die Temperatur der umzuformenden Aluminiumplatine 2 auf eine Temperatur von T < 100°C erfolgt. In einer der Abschreckeinrichtung 8 nachfolgenden Einrichtung 9 wird ein Schmierstoff auf die umzuformende Aluminiumplatine 2 aufgetragen, woraufhin diese dann in kaltem Zustand im Umformwerkzeug 4 zu dem eigentlichen Aluminiumformteil 1 umgeformt wird. Hierbei ist eine separate Kühlung des Umformwerkzeugs 4 nicht mehr erforderlich, kann aber eingesetzt werden.
Nach dem eigentlichen Umformvorgang im Umformwerkzeug 4 erfolgt wiederum analog zum Verfahren gemäß der 1 ein Aushärten 7 bzw. eine Kaltauslagerung 5 und anschließend dazu das kathodische Tauchlackieren 6, bei welchem das umgeformte Aluminiumformteil 1 insbesondere mit einer Korrosionsschutzschicht überzogen wird.
Zum Umformen wird üblicherweise eine Aluminiumplatine 2 aus einer 6000-er bzw. einer 7000-er Aluminiumlegierung verwendet, wobei derartige Aluminiumlegierungen üblicherweise hinsichtlich ihrer Umformbarkeit begrenzt sind, jedoch eine sehr hohe Festigkeit aufweisen, so dass diese bisher erforderliche Stahlblechteile ersetzen können. Durch das Lösungsglühen und anschließende Abschrecken bzw. Umformen und gleichzeitig Abschrecken kann der Umformvorgang an sich thermisch unterstützt werden, wodurch wesentlich höhere Umformgrade erzielbar sind als bei einer konventionellen Umformung, so dass auch komplexe Karosserieteile herstellbar sind. Derartige komplexe Karosserieteile aus Aluminium ermöglichen insbesondere eine Gewichtsreduzierung im Fahrzeugbau und dadurch eine Verbesserung der Energiebilanz derartig ausgerüsteter Fahrzeuge.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008032911 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumformteils (1), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte, – Erhitzen einer umzuformenden Aluminiumplatine (2), insbesondere eines Aluminiumblechs auf Lösungsglühtemperatur, und alternativ durch – Umformen und gleichzeitiges Abschrecken der erhitzten Aluminiumplatine (2) in einem gekühlten Umformwerkzeug (4), oder durch – Abschrecken der erhitzten Aluminiumplatine (2), – Auftragen eines Schmierstoffs, – Umformen der Aluminiumplatine (2) in einem Umformwerkzeug (4) in kaltem Zustand.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem zweiten alternativen Verfahren ein Abschrecken der Aluminiumplatine (2) auf T < 100°C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umformen eine Aluminiumplatine (2) aus einer 7000er-Alu-Legierung oder einer 6000-er Alu-Legierung verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das umgeformte Aluminiumformteil (1) nach dem Umformen kathodisch tauchlackiert (6) wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumformteil (1) vor dem kathodischen Tauchlackieren (6) ausgehärtet (7) oder kalt ausgelagert (5) wird.