DE102013020419A1

DE102013020419A1 - Method for heating of workpiece such as sheet metal e.g. metal plate, involves heating workpiece in heating zone immediately after drying cleaned workpiece

Info

Publication number: DE102013020419A1
Application number: DE201310020419
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Torsten (FH) Wittrowski; Richard Ajji; Ngoc Bao Lam Phan
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2014-07-24

Abstract

The method (S1) involves drying (S3) the cleaned workpiece after cleaning, by local increase of the temperature of the workpiece. The workpiece is heated (S4) in a heating zone immediately after drying. The drying of workpiece is performed at temperature of 80 [deg] C.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erwärmung von Werkstücken gemäß Anspruch 1.The invention relates to a method for heating workpieces according to claim 1.

Verfahren der hier angesprochenen Art sind bekannt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 021 022 A1 geht ein Verfahren hervor, bei dem ein Werkstück induktiv durch einen Induktor mit einer Induktionsspule erwärmt wird, wobei eine solche Erwärmung letztlich der verbesserten Umformbarkeit des Werkstücks, insbesondere einer wärmeunterstützten Umformung dient. Bekannterweise werden Werkstücke, insbesondere Aluminiumwerkstücke sowie Bleche, für den Transport beölt, wobei insbesondere eine Korrosionsschutzschicht vorgesehen wird. Das Öl ist gegenüber der Erwärmung nicht beständig, sodass die Werkstücke vor der Erwärmung gereinigt und anschließend getrocknet werden müssen. Dabei ergibt sich die Notwendigkeit der Trocknung insbesondere aus korrosionstechnischen Gründen oder weil es der nachfolgende Erwärmungsprozess erfordert. Aufgrund all dieser Verfahrensschritte ergibt sich eine vergleichsweise lange Gesamtprozesszeit für die Herstellung von Bauteilen aus den Werkstücken.Method of the type discussed here are known. From the German patent application DE 10 2012 021 022 A1 shows a method in which a workpiece is inductively heated by an inductor with an induction coil, such heating ultimately serves the improved formability of the workpiece, in particular a heat-assisted forming. As is known, workpieces, in particular aluminum workpieces and metal sheets, are oiled for transport, in particular a corrosion protection layer being provided. The oil is not resistant to heating, so the workpieces must be cleaned before heating and then dried. This results in the need for drying in particular for corrosion reasons or because it requires the subsequent heating process. Due to all these process steps results in a comparatively long total process time for the production of components from the workpieces.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches die genannten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll mithilfe des Verfahrens eine Gesamtprozesszeit zur Herstellung von Bauteilen verkürzt werden.The invention is therefore based on the object to provide a method which does not have the disadvantages mentioned. In particular, the process is intended to shorten an overall process time for the production of components.

Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Dieses umfasst die folgenden Schritte: Ein Werkstück wird gereinigt. Das gereinigte Werkstück wird getrocknet, wobei die Temperatur des Werkstücks zumindest lokal erhöht wird, und das Werkstück wird zumindest in einem Erwärmungsbereich unmittelbar nach dem Trocknen erwärmt. Im Rahmen des Verfahrens wird das Werkstück also warmgetrocknet, und die lokale Erwärmung erfolgt unmittelbar nach dem Trocknungsvorgang. Die beim Warmtrocknen in das Werkstück eingebrachte Wärme geht dabei nicht verloren, sondern wird effizient ausgenutzt, weil das Werkstück bereits mit einer erhöhten Ausgangstemperatur in den eigentlichen Erwärmungsprozess eingeht. Somit kann die Trocknung nach der Reinigung die anschließende Erwärmung unterstützen, da das Werkstück in einem bereits vorgewärmten Zustand in einer sich anschließenden Erwärmungsstation weiterverarbeitet wird. Damit bedarf es eines geringeren Wärmeeintrags in dem eigentlichen Erwärmungsschritt, sodass dieser energieeffizienter und insbesondere auch zeitlich kürzer ausfallen kann. Ein Teil der in das Werkstück zur Erwärmung einzubringenden Wärme wird also bereits bei dem ohnehin nötigen Trocknungsvorgang eingebracht, was die Gesamteffizienz des Prozesses verbessert und die Gesamtprozesszeit verkürzt.The object is achieved by providing a method with the steps of claim 1. This includes the following steps: A workpiece is cleaned. The cleaned workpiece is dried, whereby the temperature of the workpiece is increased at least locally, and the workpiece is heated at least in a heating area immediately after drying. As part of the process, the workpiece is thus hot-dried, and the local heating takes place immediately after the drying process. The heat introduced into the workpiece during hot-drying is not lost, but is efficiently utilized because the workpiece already enters the actual heating process with an increased starting temperature. Thus, the drying after cleaning can assist the subsequent heating, since the workpiece is further processed in an already preheated state in a subsequent heating station. This requires less heat input in the actual heating step, so that it can turn out to be more energy-efficient and, in particular, shorter in time. Part of the heat to be introduced into the workpiece for heating is therefore already introduced in the drying process which is necessary in any case, which improves the overall efficiency of the process and shortens the overall process time.

Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Werkstück in dem zumindest einen Erwärmungsbereich nach dem Erwärmen umgeformt wird. Es erfolgt bevorzugt eine wärmeunterstützte Umformung des Werkstücks. Dabei ist es möglich, dass das Werkstück unmittelbar nach der Erwärmung direkt im warmen Zustand umgeformt wird, oder dass die Erwärmung einer Gefügeveränderung dient, wobei das Werkstück gegebenenfalls zunächst aktiv oder passiv gekühlt wird, um dann kaltumgeformt zu werden. Besonders bevorzugt wird allerdings ein Umformen des Werkstücks unmittelbar nach dem Erwärmungsschritt in noch warmem Zustand. Es zeigt sich, dass unabhängig davon, ob die Erwärmung inline, online oder offline von dem sich anschließenden Umformschritt erfolgt, sie jedenfalls direkt nach dem Reinigungsschritt beziehungsweise dem Trocknungsschritt vorgenommen wird. Auf diese Weise ergeben sich die bereits genannten Vorteile, und die Gesamtprozesszeit wird effizient verkürzt. Insgesamt wird so ein sehr energieeffizientes und zeitlich kurzes Verfahren zum wärmeunterstützten Umformen von Werkstücken bereitgestellt. Da das Werkstück in dem zumindest einen Erwärmungsbereich umgeformt wird, stellt dieser auch einen umzuformenden Bereich beziehungsweise einen Umformbereich des Werkstücks dar.An embodiment of the method is preferred, which is characterized in that the workpiece is formed in the at least one heating area after heating. There is preferably a heat-assisted deformation of the workpiece. It is possible that the workpiece is formed directly after warming directly in the warm state, or that the heating of a microstructure change is used, the workpiece is optionally initially cooled actively or passively, to be cold-formed then. However, particularly preferred is a forming of the workpiece immediately after the heating step while still warm. It turns out that regardless of whether the heating takes place inline, online or offline from the subsequent forming step, it is in any case made directly after the cleaning step or the drying step. In this way, the advantages already mentioned result and the overall process time is shortened efficiently. Overall, a very energy-efficient and temporally short process for heat-assisted forming of workpieces is provided. Since the workpiece is deformed in the at least one heating area, this also represents a region to be reshaped or a deformation area of the workpiece.

Das Umformen des Werkstücks erfolgt bevorzugt in einer Pressenstation oder einer Pressenlinie, wobei die Erwärmung des Werkstücks inline, online oder offline von der Pressenstation oder Pressenlinie erfolgen kann.The forming of the workpiece is preferably carried out in a press station or a press line, wherein the heating of the workpiece inline, online or offline can be done by the press station or press line.

Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der zumindest ein Erwärmungsbereich beim Trocknen gezielt erwärmt wird. Auf diese Weise ist es möglich, Trocknungswärme zielgerichtet in den Erwärmungsbereich einzubringen und so die Effizienz des Verfahrens zu steigern. Der beim Erwärmen einzubringende Wärmebetrag kann dann reduziert beziehungsweise die Erwärmungszeit gesenkt werden, sodass auch die Gesamtprozesszeit und die Effizienz des Gesamtprozesses verbessert werden.An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that the at least one heating region is specifically heated during drying. In this way, it is possible to introduce drying heat targeted in the heating area and thus to increase the efficiency of the process. The amount of heat to be introduced during heating can then be reduced or the heating time can be reduced so that the overall process time and the efficiency of the overall process are improved.

Der zumindest eine Erwärmungsbereich wird beim Trocknen vorzugsweise stärker erwärmt als andere Bereiche des Werkstücks. Es findet so eine Konzentration der einzubringenden Wärmemenge auf den Erwärmungsbereich statt, was zur Effizienz des Verfahrens beiträgt.The at least one heating area is preferably heated more strongly during drying than other areas of the workpiece. There is thus a concentration of the amount of heat to be introduced on the heating area, which contributes to the efficiency of the process.

Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Werkstück durch Heißluft getrocknet wird. Besonders bevorzugt wird heiße Druckluft verwendet.It is also preferred an embodiment of the method, which is characterized in that the workpiece is dried by hot air. Particular preference is given to using hot compressed air.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden ausgerichtete Düsen zum Aufbringen der Heißluft, insbesondere der heißen Druckluft, verwendet. Die Düsen sind dabei bevorzugt auf den oder die Erwärmungsbereich(e) ausgerichtet, sodass die Wärme beim Trocknen gezielt in diese(n) eingebracht wird. Dadurch ist es möglich, das zu trocknende Werkstück in dem/den Erwärmungsbereich(en) zusätzlich zu erwärmen, insbesondere stärker als in anderen Bereichen. Das Trocknen erfolgt also bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch heiße Druckluft lokal mittels zielgerichteter Düsen.In a preferred embodiment of the method, aligned nozzles are used for applying the hot air, in particular the hot compressed air. In this case, the nozzles are preferably aligned with the heating region or regions, so that the heat is introduced in a targeted manner into the latter during drying. This makes it possible to additionally heat the workpiece to be dried in the heating area (s), in particular more than in other areas. Drying takes place in a preferred embodiment by hot compressed air locally by means of targeted nozzles.

Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass beim Trocknen wenigstens ein zusätzliches Heizelement zur lokalen Erwärmung zugeschaltet wird. Vorzugsweise werden solche zusätzlichen Heizelemente in dem zumindest einen Erwärmungsbereich, vorzugsweise in den Erwärmungsbereichen, so angeordnet, dass diese stärker erwärmt werden als andere Bereiche des Werkstücks. Als zusätzliche Heizelemente werden bevorzugt elektrische Heizelemente, insbesondere resistive Heizelemente, insbesondere Widerstandsheizelemente, und/oder induktive Heizelemente, insbesondere Induktoren, verwendet.It is also preferred an embodiment of the method, which is characterized in that during drying at least one additional heating element is switched on for local heating. Preferably, such additional heating elements are arranged in the at least one heating region, preferably in the heating regions, so that they are heated to a greater extent than other regions of the workpiece. As additional heating elements preferably electrical heating elements, in particular resistive heating elements, in particular resistance heating elements, and / or inductive heating elements, in particular inductors, are used.

Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass beim Trocknen eine Temperatur von mindestens 80°C zumindest lokal in dem Werkstück erreicht wird. Die Temperatur von mindestens 80°C wird insbesondere bevorzugt in dem wenigstens einen Erwärmungsbereich erreicht. Somit wird durch den Trockenvorgang eine Mindesttemperatur von 80°C als Ausgangstemperatur für die nachfolgende Erwärmung sichergestellt.An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that a temperature of at least 80 ° C is achieved at least locally in the workpiece during drying. The temperature of at least 80 ° C is particularly preferably achieved in the at least one heating region. Thus, a minimum temperature of 80 ° C is ensured by the drying process as the starting temperature for subsequent heating.

Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Werkstück in dem zumindest einen Erwärmungsbereich nach dem Trocknen induktiv erwärmt wird. Vorzugsweise wird das Werkstück dabei durch mindestens einen Induktor, der eine Induktionsspule aufweist, erwärmt. Dies stellt eine besonders energieeffiziente und schnelle Form der Erwärmung dar, was sich zusammen mit den übrigen Schritten und Vorteilen des Verfahrens günstig auf dessen Energieeffizienz und Gesamtprozesszeit auswirkt. Besonders bevorzugt erfolgt eine induktive Erwärmung des Werkstücks ausgehend von einer Mindesttemperatur von 80°C, die zuvor beim Trocknen erreicht wurde.It is also preferred an embodiment of the method, which is characterized in that the workpiece is heated inductively in the at least one heating area after drying. Preferably, the workpiece is thereby heated by at least one inductor having an induction coil. This represents a particularly energy-efficient and rapid form of heating, which, together with the remaining steps and advantages of the method, has a favorable effect on its energy efficiency and overall process time. Particular preference is given to an inductive heating of the workpiece, starting from a minimum temperature of 80 ° C, which was previously achieved during drying.

Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass als Werkstück ein Metallblech verwendet wird. Das Verfahren ist besonders geeignet zur Durchführung einer wärmeunterstützten Umformung von Metallblechen. Bevorzugt wird als Werkstück eine Metallplatine verwendet.An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that a metal sheet is used as the workpiece. The method is particularly suitable for carrying out a heat-assisted deformation of metal sheets. Preferably, a metal plate is used as the workpiece.

Schließlich wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Werkstück ein Leichtmetall oder eine Leichtmetalllegierung, vorzugsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, insbesondere eine Aluminiumlegierung der Serie 5xxx, 6xxx, oder 7xxx, umfasst. Besonders bevorzugt besteht das Werkstück aus einem der genannten Materialen. Dabei hat sich insbesondere in Zusammenhang mit Aluminiumlegierungen der Gruppen 5xxx, 6xxx und 7xxx gezeigt, dass deren Umformvermögen durch eine globale oder lokale Erwärmung vor dem Umformprozess verbessert wird. Zugleich zeigt sich auch, dass solche Werkstücke stets mit einer Transport- und/oder Korrosionsschutzbeölung versehen werden, sodass es einer Reinigung der Werkstücke vor der Erwärmung bedarf. Daher ist das Verfahren in besonders günstiger Weise in Zusammenhang mit diesen Werkstücken einsetzbar.Finally, an embodiment of the method is preferred, which is characterized in that the workpiece comprises a light metal or a light metal alloy, preferably aluminum or an aluminum alloy, in particular an aluminum alloy of series 5xxx, 6xxx, or 7xxx. Particularly preferably, the workpiece consists of one of said materials. It has been shown, in particular in connection with aluminum alloys of groups 5xxx, 6xxx and 7xxx, that their forming capacity is improved by global or local heating before the forming process. At the same time, it is also evident that such workpieces are always provided with a transport and / or anti-corrosion oiling so that cleaning of the workpieces prior to heating is required. Therefore, the method can be used in a particularly favorable manner in connection with these workpieces.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens als Flussdiagramm.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. The single figure shows a schematic representation of an embodiment of the method as a flow chart.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens als Flussdiagramm. In einem Schritt S1 wird ein Werkstück, vorzugsweise ein Metallblech, besonders bevorzugt eine Metallplatine, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung der Gruppe 5xxx, 6xxx oder 7xxx, bereitgestellt. Diese weist eine Beölung auf, insbesondere eine Korrosionsschutzbeölung und/oder eine Transportbeölung.The single figure shows a schematic representation of an embodiment of the method as a flow chart. In a step S1, a workpiece, preferably a metal sheet, particularly preferably a metal plate, in particular made of an aluminum alloy of the group 5xxx, 6xxx or 7xxx provided. This has an oiling, in particular a corrosion protection oiling and / or a transport oiling.

Das Werkstück wird daher in einem Schritt S2 gereinigt, um die Beölung zu entfernen, weil diese sich als in einem nachfolgenden Erwärmungsschritt nicht beständig erweist.The workpiece is therefore cleaned in a step S2 to remove the oiling because it proves to be unstable in a subsequent heating step.

In einem Schritt S3 wird das gereinigte Werkstück getrocknet, wobei seine Temperatur zumindest lokal erhöht wird, vorzugsweise in zumindest einem Erwärmungsbereich. Besonders bevorzugt ist der Erwärmungsbereich ein Bereich, indem das Werkstück später umgeformt werden soll.In a step S3, the cleaned workpiece is dried, wherein its temperature is increased at least locally, preferably in at least one heating area. Particularly preferably, the heating area is an area where the workpiece is to be reshaped later.

In einem Schritt S4 wird das Werkstück unmittelbar nach der Trocknung in dem Schritt S3 in dem zumindest einen Erwärmungsbereich erwärmt, wobei die Erwärmung ausgehend von der bereits beim Trocknen erreichten Temperatur erfolgt, was das Verfahren besonders energieeffizient und zeitsparend macht. Eine Abkühlung des Werkstücks zwischen dem Trocknen und dem Erwärmen wird also vorzugsweise soweit wie möglich, besonders bevorzugt vollständig vermieden. Insbesondere wird vorzugsweise sichergestellt, dass zumindest in dem Erwärmungsbereich nach dem Trocknen eine Mindesttemperatur von 80°C als Ausgangstemperatur für den Erwärmungsschritt vorliegt.In a step S4, the workpiece is heated immediately after drying in step S3 in the at least one heating region, wherein the heating takes place starting from the temperature already reached during drying, which makes the method particularly energy-efficient and time-saving. A cooling of the workpiece between drying and heating is so preferably as far as possible, particularly preferably completely avoided. In particular, it is preferably ensured that, at least in the heating area after drying, a minimum temperature of 80 ° C. is present as the starting temperature for the heating step.

Schließlich wird das Werkstück in einem Schritt S5 in dem zumindest einen Erwärmungsbereich, der insoweit auch ein umzuformender Bereich beziehungsweise ein Umformbereich ist, umgeformt.Finally, in a step S5, the workpiece is reshaped in the at least one heating area, which to this extent is also a region to be reshaped or a reshaping area.

Insgesamt zeigt sich, dass im Rahmen des Verfahrens aufgrund der Nutzung der Wärme aus dem Trocknungsvorgang im nachfolgenden Erwärmungsprozess Wärmeenergie eingespart wird, sodass die Energiebilanz für den Gesamtherstellungsprozess erheblich verbessert wird. Zugleich wird die Gesamtprozesszeit verkürzt. Es ergibt sich eine höhere Flexibilität in der Auswahl der Erwärmungstechnik. Weiterhin zeigt sich, dass die mit dem Verfahren verbundenen Kosten – insbesondere aufgrund der reduzierten Prozesszeit und der erhöhten Energieeffizienz – reduziert sind. In einer Erwärmungsanlage sinken der Energieverbrauch sowie die benötigte Leistung durch die Verwendung des beim Trocknungsvorgang vorgeheizten Werkstücks.Overall, it can be seen that the process saves heat energy due to the use of heat from the drying process in the subsequent heating process, thus significantly improving the energy balance for the overall manufacturing process. At the same time, the overall process time is shortened. This results in a higher flexibility in the selection of heating technology. Furthermore, it can be seen that the costs associated with the method - in particular due to the reduced process time and the increased energy efficiency - are reduced. In a heating system, the energy consumption and the required power decrease by the use of the pre-heated during the drying process workpiece.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012021022 A1 [0002]

Claims

Method for heating workpieces, comprising the following steps: cleaning a workpiece; Drying the cleaned workpiece while at least locally increasing the temperature of the workpiece, and heating the workpiece at least in a heating area immediately after drying.

A method according to claim 1, characterized in that the workpiece after the heating in the at least one heating area is transformed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that during drying, the at least one heating region is specifically heated, preferably stronger than other regions of the workpiece.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece is dried by hot air, preferably by hot compressed air, wherein preferably aligned nozzles are used for applying the hot air.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that during drying at least one additional heating element is switched on for local heating.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a temperature of at least 80 ° C is achieved at least locally in the workpiece during drying.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece is heated inductively in the at least one heating area after drying.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a metal sheet, preferably a metal plate is used as the workpiece.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a workpiece is used which comprises a light metal or a light metal alloy, in particular aluminum or an aluminum alloy, particularly preferably an aluminum alloy of the series 5xxx, 6xxx or 7xxx, wherein the workpiece preferably from one of consists of these materials.