DE102013006171A1

DE102013006171A1 - Verfahren und Anlage zur Herstellung von Blechen aus strangförmigen Profilen

Info

Publication number: DE102013006171A1
Application number: DE102013006171.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2033-04-11
Also published as: EP2986401A1; JP2016522747A; DE102013006171B4; DE112014001932A5; CA2909199C; JP6357530B2; US10040109B2; EP2986401B1; US20160059289A1; CA2909199A1; WO2014166474A1; CN105263644A; CN105263644B; ES2630114T3; KR20150139930A

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Blechen aus strangförmigen Profilen geringer Dicke aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen, wobei in einem vorhergehenden Verfahrensschritt ein offenes oder geschlossenes Strangpreßprofil hergestellt wird, wobei das aus dem Strangpreßwerkzeug einer Strangpresse (1) austretende Strangpreßprofil (6) durch berührungsloses Einwirken elektromagnetischer Kräfte zu einem ebenen Blech (7) verformt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Blechen aus strangförmigen Profilen geringer Dicke, welche insbesondere aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen hergestellt werden, mittels einer Strangpreßanlage.
Allgemein bekannt ist das Herstellen von Blechen durch Walzen in konventionellen Walzgerüsten, wobei für das Herstellen von Blechen entsprechende Materialblöcke durch Walzvorgänge zu Blechen umgearbeitet werden. Aufgrund der großen Anzahl von Walzstichen vom Grob- zum Feinblech ist dieses Verfahren sehr kostenintensiv. Bei der Verarbeitung von Magnesium-Blöcken zu entsprechenden Blechen ist dies jedoch sehr aufwendig und bedingt durch die dem Magnesium eigene Sprödigkeit treten oftmals Rißbildungen auf. Die hohe Anzahl von Walzstichen wirkt sich auch negativ auf die Gefügestruktur und somit auf die mechanischen Eigenschaften aus.
In der DE 101 50 021 B4 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Profilen oder Blechteilen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen mittels Druckumformung durch Strangpressen, Walzen, Schmieden oder Gießen offenbart, wobei die flüssige Schmelze in eine Stranggieß- oder Strangpreßeinrichtung zur Herstellung eines Halbzeuges eingebracht wird und unmittelbar danach dieses Halbzeug durch Umformung im Warmzustand durch Umformung in seine endgültige Form gebracht wird, wobei die Temperatur des Werkstoffes nach dem Erstarren aus der Schmelze während der gesamten Fertigung in einem Bereich von 250°C bis 350°C gehalten wird und der Fertigungsprozeß vom Gießen bis zur Abkühlung der Formteile insgesamt in einer inerten Atmosphäre oder im Vakuum durchgeführt wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieser Verfahrensschritte ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus einer Verkettung von einem Schmelzofen, einer Stranggieß- oder Strangpreßeinrichtung, mit und ohne Walzgerüst, einer Schneideinrichtung einer oder mehreren Pressen und einer Abkühleinrichtung besteht, die Gesamtheit oder Teile aus den vorgenannten Einrichtungen in einem Schutzgas- oder Vakuumraum angeordnet sind.
Weiterhin wird in der DE 103 17 080 B4 ein Verfahren zur Herstellung von Blechformteilen aus Magnesium beschrieben, bei dem ein Blechformteil direkt im Anschluß an den Walzprozeß durch Umformen mit mindestens einer Presse in einem Temperaturbereich von > 350°C bis 450°C hergestellt werden kann. Die zur Durchführung dieses Verfahrens angegebene Vorrichtung, welche aus einer Verkettung von einem Schmelzofen oder -tiegel, einer Stranggießeinrichtung, einem oder mehreren Walzgerüsten, einer Schneideinrichtung, einer oder mehrer Pressen und einer Abkühleinrichtung besteht und in einem Schutzgas- oder Vakuumraum betrieben wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schneideinrichtung und der als Umformpresse ausgebildeten Presse eine Stanzeinrichtung vorgesehen ist, mit der in die von der Schneideinrichtung kommenden Platinen form- und querschnittsstabile Stanz- und/oder Formlöcher einbringbar sind.
Mit der DE 102 47 129 A1 wird ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Profilen oder Blechformteilen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen wiedergegeben, bei dem ein Halbzeug in Form eines Bleches durch Umformen, vorzugsweise durch Formpressen, in seine endgültige Form gebracht wird, wobei in einem Verfahrensschritt unmittelbar vor dem Umformvorgang die Oberfläche durch Spanabhebung, vorzugsweise durch Schaben, von Verunreinigungen befreit wird.
Von Nachteil bei diesem Verfahren ist es weiterhin, daß nur Teile mit einer beschränkten Breite hergestellt werden können, denn bei größeren Teilen wird ein erheblicher Mehraufwand für die zu beherrschenden Arbeitsdrücke erforderlich. Das Werkzeug und das Maschinengestell müssen dem beim Fertigen der Halbzeuge bzw. der Teile anliegenden Strangpreßdruck mit einem entsprechenden Gegendruck standhalten und so notwendigerweise wesentlich größer dimensioniert werden.
Die DE 43 33 500 C2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines im Querschnitt gestuften und ein Vollprofil aufweisenden Bleches mit unterschiedlichen Wandstärken, bei dem zunächst ein Halbzeug hergestellt wird, dessen Querschnitt zu dem Querschnitt des Bleches in Dickenrichtung ähnlich ist, und bei welchem aus dem Halbzeug ein Blech gewalzt wird, wobei für die Herstellung des Halbzeuges ein Hohlprofil mit am Umfang verteilten, dem gewünschten Wanddickenverlauf des Halbzeuges entsprechendem Wanddickenverlauf stranggepreßt wird, und dabei das Hohlprofil entlang einer Mantellinie aufgetrennt und zu dem Halbzeug umgeformt wird. Weiterhin werden dabei zwei Komplementär-Profile aufeinandergelegt, wobei zumindest eine der profilierten Berührungsseiten der Komplementär-Profile mit einem Trennmittel versehen wird, und die beiden Komplementär-Profile gleichzeitig mit zylindrischen, das heißt ungestuften Walzen ausgewalzt werden. Vor dem Walzen werden die beiden Komplementär-Profile an zwei gegenüberliegenden Mantellinien getrennt.
Mit diesem Verfahren werden jeweils zwei Teile hergestellt. Der Fertigungsablauf ist diskontinuierlich und es können nur relativ schmale Teile hergestellt werden. Ein Nachteil ist weiterhin, daß nur relativ schmale Teile gefertigt werden können und die Tatsache, daß auf Grund der Fertigung des mit zwei unterschiedlichen Wandstärken ausgeführten Halbzeuges sowie einer gestufte Walzenanordnung der Fertigungsprozeß relativ aufwendig ist.
Aus der DE 10 2008 048 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Blechformteilen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt. Das Verfahren umfaßt die Schritte – Strangpressen oder Stranggießen eines rohrförmigen Körpers, – Aufschneiden des rohförmigen Körpers in seiner Längsrichtung, – Aufweiten des rohrförmigen Körpers zu einem flächigen Körper, – Ausfertigen des flächigen Körpers zum zeichnungsgerechten Bauteil mittels an sich bekannter Fertigungstechnologien. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Verkettung von einer Schmelzeinheit, einer Stranggieß- oder Strangpreßeinheit, einer Längsschneideinrichtung, einem Walzgerüst, einer oder mehreren Umformeinheiten.
Aus der DE 10 2007 002 322 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Blechen oder Blechteilen aus Leichtmetall, vorzugsweise Magnesium, bekannt, wobei in einem oder mehreren vorgehenden Verfahrensschritten ein Strangpreßprofil in einer offenen Struktur bzw. einer geschlossenen Struktur mit anschließendem Aufschlitzen zu einer offenen Struktur hergestellt wird und dieses anschließend in einem oder mehreren Schritten einem Richtwalzen und Richtbiegen über mehrere Walz- und Biegestufen unterworfen wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, daß ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Blechen aus strangförmigen Profilen geringer Dicke, insbesondere aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen, anzugeben, wobei die aus einem Strangpreßwerkzeug austretenden offenen oder geschlossenen Strangpreßprofile kontinuierlich zu einem ebenen Blech umgeformt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die angegebene kontinuierliche Ausführung der im Anspruch 1 genannten Arbeitsschritte gelöst. Das aus dem Strangpreßwerkzeug einer Strangpresse austretende Strangpreßprofil durch berührungsloses Einwirken elektromagnetischer Kräfte zu einem ebenen Blech verformt wird und anschließend einem Glättungsprozeß mittels einer Walz- oder Kalibriereinrichtung unterworfen.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den übrigen Unteransprüchen und aus dem nachfolgend prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel ersichtlich.
Die 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Anlage zur Herstellung strangförmiger Profile mittels einer Strangpresse 1, die anschließend zu einem ebenen Blech umgeformt werden. Die Anlage besteht im wesentlichen aus einer Strangpresse 1 zur Herstellung eines Strangpressprofils 6, einer Umformeinrichtung bestehend aus einer Arbeitsspule 2 und einem Gegenlager 3 sowie einer Kalibriereinrichtung 4.
Mittels der Strangpresse 1 wird ein Pressbolzen aus einer Magnesiumlegierung zu einem Strangpressprofil 6, beispielsweise einem Profil 6, dass im Querschnitt drei sinnusförmige Bögen aufweist, geformt. Anschließend wird das Profil 6 oberhalb der Arbeitsspule 2 positioniert und durch Krafteinwirkung eines gepulsten Magnetfeldes mit einer sehr hohen Intensität berührungslos umgeformt, wobei das Profil 6 gegen das Gegenlager 3 zu einem ebenen Blech 7 umgeformt wird.
Durch ein zeitlich verändertes Magnetfeld werden im elektrisch leitenden Profil 6 Wirbelströme induziert. Auf diese Ströme übt das Magnetfeld Kräfte aus. Die Stärke der Kräfte ist abhängig vom räumlichen Gradienten der magnetischen Flußdichte und von der Größe der induzierten Ströme abhängig. Das Profil 6 erfährt dabei eine hin zu geringeren Flußdichte gerichtete Kräfte. Die für die Umformung der Profile 6 zu ebenen Blechen 7 notwendigen Magnetfelder werden erzeugt, indem geladene Kondensatoren im Verlauf von wenigen Mikrosekunden über eine an die Profilgeometrie angepaßte Spule entladen werden. Dadurch entsteht in der Profiloberfläche ein sehr hoher Magnetimpuls, in deren Folge im Profil 6 ein Strom fließt, der gegenläufig zum Spulenstrom gerichtet ist, wobei das Profil 6 hin zu niedrigeren Feldern bewegt wird.
Die Stärke der induzierten Ströme und damit einhergehend die Krafteinwirkung auf das Profil 6 hängen von der elektrischen Leitfähigkeit ab. Da Magnesium bzw. die Magnesiumlegierung eine relativ gute elektrische Leitfähigkeit besitzen, wirken auf die Oberfläche des Profils 6 hohe Drücke. Diese können bis zu mehreren tausend Megapascal betragen. Dieser Druck herrscht nur in einem kurzen zeitlichen Bereich, nämlich im Bereich von wenigen Mirkosekunden, während der Dauer der Entladung der Kondensatoren. Das Profil 6 nimmt in dieser Zeit die benötigte Umformenergie in Form von Impulsen auf. Nach einer Beschleunigungsphase bewegt sich das Material des Profils 6 aufgrund seiner geringen Masse sehr schnell. Dabei können Geschwindigkeiten von bis zu 300 m/s erreicht werden. Die im Profil 6 auftretenden Spannungen werden so hoch, dass ein Fließen im Sinne der Umformtechnik eintritt und das Profil 6 zu einem ebenen Blech 7 umgeformt wird.
Anschließend durchläuft das Blech 7 eine Kalibriereinrichtung zur Glättung und wird zum Coil 5 aufgewickelt. Alternativ dazu ist es möglich, das Aufwickeln zum Coil 5 durch eine Stanz- oder Schneideinrichtung zu ersetzen, mit deren Hilfe aus dem aus der Kalibriereinrichtung kommenden Blech 7 Bauteile gestanzt werden bzw. das Blech 7 zu Tafeln oder Bändern geschnitten werden.
Um geschlossene Profile 6 zu einem Blech umzuformen, werden diese bei der Profilherstellung entweder mit einer Sollbruchstelle entlang der Mantellinie versehen oder mittels einer Schneideinrichtung entlang der Mantellinie aufgetrennt. Bei Profilen 6 mit eingebrachter Sollbruchstelle werden diese durch die Einwirkung magnetischer Kräfte aufgetrennt und zum Blech 7 umgeformt.
Besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen zum einen darin, dass die Magnetfelder und die magnetischen Kräfte ungehindert durch das Material wirken, wodurch das Magnetumformen auch unter Vakuum oder einer Schutzatmosphäre angewendet werden kann, und andererseits benötigen Magnetumformanlagen keinen mechanischen Kontakt zum Werkstück, wodurch Oberflächenverunreinigungen oder Werkzeugabdrücke vermieden werden. Von Vorteil sind auch die kurzen Prozeßzeiten für den Umformvorgang zum Blech 7, die unter 0,1 s liegen.
Bezugszeichenliste

1: Strangpresse
2: Arbeitsspule
3: Gegenlager
4: Walz-/Kalibriereinrichtung
5: Coil
6: Strangpressprofil
7: Blech

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10150021 B4 [0003]
DE 10317080 B4 [0005]
DE 10247129 A1 [0006]
DE 4333500 C2 [0008]
DE 102008048 A1 [0010]
DE 102007002322 A1 [0011]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Blechen aus strangförmigen Profilen geringer Dicke aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen, wobei in einem vorhergehenden Verfahrensschritt ein offenes oder geschlossenes Strangpreßprofil hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Strangpreßwerkzeug einer Strangpresse (1) austretende Strangpreßprofil (6) durch berührungsloses Einwirken elektromagnetischer Kräfte zu einem ebenen Blech (7) verformt wird.
Verfahren zur Herstellung von Blechen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Umformung zu einem ebenen Blech (7) ein Schritt zur Glättung mittels einer Walz- oder Kalibriereinrichtung (4) durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung von Blechen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Strangpreßprofil (6) als offenes Profil mit einer Kontur, die mindestens einen sinusförmigen Abschnitt aufweist, hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung von Blechen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Strangpreßprofil (6) als geschlossenes Profil mit einer kreisförmigen oder annähernd kreisförmigen Kontur oder einer Kontur, die mindestens einen sinusförmigen Abschnitt aufweist, hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung von Blechen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem geschlossenen Strangpreßprofil (6) entlang seiner Mantellinie mittels des Strangpreßwerkzeuges eine Sollbruchstelle eingebracht wird.
Verfahren zur Herstellung von Blechen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem geschlossenen Strangpreßprofil (6) dieses entlang seiner Mantellinie mittels einer Schneideinrichtung aufgetrennt wird.
Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 und mindestens einem der Ansprüche 2 bis 6 zur Herstellung eines Strangpressprofils und anschließender Umformung zu einem ebenen Blech, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus einer Strangpresse (1), einer Umformeinrichtung, bestehend aus einer Arbeitsspule (2) und einem Gegenlager (3) sowie einer Walz- oder Kalibriereinrichtung (4) besteht.