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Die vorliegende Erfindung betrifft die Verarbeitung von Aluminiumblechen, die in Fertigungsverfahren verwendet werden.
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Aluminiumbleche, die einem Hitzebehandlungsverfahren unterworfen werden, können in einem als Altershärtung bzw. Aushärtung bekannten Verfahren im Zeitverlauf weiter härten. Die Streckfestigkeit eines Aluminiumblechs kann infolge von Altershärtung zunehmen und am Ende die Anforderung für den akzeptablen Toleranzbereich für die Streckfestigkeit übertreffen.
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In einem Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren zum Auswählen eines hitzebehandelten Aluminiumblechs für die Verwendung in einem Fertigungsverfahren bereitgestellt. Das Aluminiumblech wird auf einen Anfangsfestigkeitswert getestet, bevor es für einen bestimmten Zeitraum gelagert wird. Ein anschließender Festigkeitswert des Aluminiumblechs wird nach Ablauf dieses Zeitraums berechnet. Das Aluminiumblech wird in dem Fertigungsverfahren zur Verwendung ausgewählt, wenn der anschließende Festigkeitswert innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
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In einem weiteren Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren zum Einrichten eines Verarbeitungsfensters für ein hitzebehandeltes Aluminiumblech für die Verwendung in einem Fertigungsverfahren bereitgestellt. Es wird ein Anfangsfestigkeitswert des Aluminiumblechs erhalten, und ein Graph von anschließenden Festigkeitswerten des Aluminiumblechs wird über einen bestimmten Zeitraum aufgetragen, indem eine Altershärtungs- bzw. Aushärtungsveränderungsrate auf den Anfangsfestigkeitswert angewandt wird. Ein anschließender Festigkeitswert wird dann mit einer Festigkeitsobergrenze verglichen. Das Aluminiumblech wird dann in dem Fertigungsverfahren verarbeitet, wenn der anschließende Festigkeitswert kleiner als die Festigkeitsobergrenze ist.
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In noch einem anderen Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren zum Screenen eines hitzebehandelten Aluminiumblechs für ein Fertigungsverfahren bereitgestellt. Es wird ein Anfangsfestigkeitswert des Aluminiumblechs erhalten, und es wird dann ein anschließender Festigkeitswert des Aluminiumblechs nach einem bestimmten Zeitraum berechnet. Das Aluminiumblech wird dann für die Verwendung in dem Fertigungsverfahren verworfen, wenn der anschließende Wert des Aluminiumblechs außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
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Die Figuren zeigen:
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Die 1 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Auswählen oder Screenen von hitzebehandeltem Aluminium für die Verwendung in einem Fertigungsverfahren veranschaulicht;
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die 2 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Einrichten eines Verarbeitungsfensters für ein hitzebehandeltes Aluminiumblech vor der Verwendung in einem Fertigungsverfahren veranschaulicht;
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die 3 veranschaulicht die zeitabhängigen Festigkeitseigenschaften von Aluminium aufgrund von Aushärtung im Verhältnis zu den Festigkeitstoleranzen von Aluminium, die für die Fertigung erforderlich sind; und
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die 4 ist eine alternative Ausführungsform, die die zeitabhängigen Festigkeitseigenschaften von Aluminium aufgrund von Aushärtung im Verhältnis zu den Festigkeitstoleranzen von Aluminium, die für die Fertigung erforderlich sind, veranschaulicht.
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Die veranschaulichten Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen offenbart. Jedoch versteht es sich, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sein sollen, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, und einige Merkmale können übertrieben dargestellt oder minimiert sein, um Details von speziellen Komponenten zu zeigen. Die offenbarten spezifischen strukturellen und funktionalen Details sind nicht als Einschränkung zu interpretieren, sondern als eine repräsentative Grundlage zur Unterrichtung eines Fachmanns, wie die offenbarten Konzepte in die Praxis umzusetzen sind.
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Zahlreiche Aluminiumlegierungen härten weiter bei Raumtemperaturen nach der Hitzebehandlung in einem Altershärtung genannten Verfahren. Altershärtung kann sich auf die Fertigung auswirken, wenn die Festigkeit des Aluminiums die Streckfestigkeits-Toleranzbereiche für ein Fertigungsverfahren überschreitet. Es besteht ein Bedarf an einem Verfahren zum Auswählen, Screenen oder Verwenden von Aluminiumblech in einem Fertigungsverfahren, bevor das Aluminiumblech den Streckfestigkeits-Toleranzbereich für das Fertigungsverfahren aufgrund der Altershärtung überschreitet.
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Bezug nehmend auf die 1 wird ein Verfahren 10 zum Auswählen oder Screenen eines hitzebehandelten Aluminiumblechs für die Verwendung in einem Fertigungsverfahren veranschaulicht. Im Schritt 12 wird ein Anfangsfestigkeitswert des Aluminiumblechs nach einem Hitzebehandlungsverfahren ermittelt. Der Anfangsfestigkeitswert kann unter Anwendung eines beliebigen standardmäßigen Festigkeitstests in der Industrie ermittelt werden, wie dem ASTM-Standard B557-Test – “Standard Test Methods for Tension Testing Wrought and Cast Aluminum Products (Standard-Testverfahren zum Spannungstesten von gekneteten und gegossenen Aluminiumprodukten)”, der zum Messen der Streckspannung genutzt wird. Der ASTM-Standard B918-Test – "Standard Practice for Heat Treatment of Wrought Aluminum Alloys (Standardpraxis zur Hitzebehandlung von Aluminiumknetlegierungen)” kann zur Einschätzung der Fähigkeit des Materials, Festigkeit durch Hitzebehandlung zu erlangen, genutzt werden. Der Anfangsfestigkeitswert wird innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums nach der Hitzebehandlung ermittelt. Der vorgegebene Zeitraum beträgt typischerweise weniger als 7 Tage.
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Das Aluminiumblech wird für einen bestimmten Zeitraum im Schritt 14 gelagert. Ein anschließender Festigkeitswert des Aluminiumblechs wird im Schritt 16 auf Grundlage der Altershärtungseigenschaften von Aluminium nach Ablauf des Zeitraums in Schritt 14 errechnet. Die anfänglichen und anschließenden Festigkeitswerte können einem Streckfestigkeitswert im Aluminiumblech entsprechen.
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Der anschließende Festigkeitswert des Aluminiumblechs wird im Schritt 18 bestimmt. Das Aluminiumblech wird für die Verwendung in einem Fertigungsverfahren im Schritt 20 ausgewählt, wenn der anschließende Festigkeitswert innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt. Das Aluminiumblech wird für die Verwendung in einem Fertigungsverfahren im Schritt 22 verworfen, wenn der anschließende Festigkeitswert nicht innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt.
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Das Fertigungsverfahren in den Schritten 20 und 22 kann jedes beliebige Fertigungsverfahren sein, welches eine Formgebung oder mechanische Bearbeitung des Aluminiumblechs einschließt. Die Fertigungsverfahren, die eingesetzt werden können, schließen Stanzen, Hydroformen, Bohren, Fräsen, Schneiden, Schleifen, Biegen, Vernieten und dergleichen ein, ohne auf diese beschränkt zu sein. Das in dem Verfahren 10 verwendete Aluminiumblech kann ein beliebiger Typ einer hitzebehandelbaren Aluminiumlegierung sein, die 2000er-, 6000er- und 7000er-Serie-Aluminiumlegierungen einschließt.
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Bezug nehmend auf die 2 wird ein Verfahren 24 zum Einrichten eines Verarbeitungsfensters für ein hitzebehandeltes Aluminiumblech vor der Verwendung in einem Fertigungsverfahren veranschaulicht. Im Schritt 26 wird ein Anfangsfestigkeitswert des Aluminiumblechs nach dem Hitzebehandlungsverfahren ermittelt. Der Anfangsfestigkeitswert und die Fähigkeit des Materials, Festigkeit durch Hitzebehandlung zu erlangen, kann mit Hilfe eines standardmäßigen Festigkeitstests in der Industrie, wie der weiter oben erwähnten Tests, bestimmt werden. Der Anfangsfestigkeitswert wird innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums nach der Hitzebehandlung ermittelt. Der vorgegebene Zeitraum beträgt typischerweise weniger als 7 Tage.
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Die anschließenden Festigkeitswerte des Aluminiumblechs werden im Zeitverlauf in einem Graphen in Stufe 28 aufgetragen, indem eine Altershärtungs- bzw. Aushärtungsveränderungsrate auf den Anfangsfestigkeitswert angewandt wird. Die anfänglichen und anschließenden Festigkeitswerte können einem Streckfestigkeitswert in dem Aluminiumblech entsprechen.
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Der anschließende Festigkeitswert des Aluminiumblechs wird mit einer Obergrenze im Schritt 30 verglichen. Das Aluminiumblech wird für die Verwendung in einem Fertigungsverfahren im Schritt 32 ausgewählt, wenn der anschließende Festigkeitswert kleiner als eine Festigkeitsobergrenze ist. Das Aluminiumblech wird für die Verwendung in einem Fertigungsverfahren im Schritt 34 verworfen, wenn der anschließende Festigkeitswert nicht kleiner als eine Festigkeitsobergrenze ist.
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Das Fertigungsverfahren in den Schritten 32 und 34 kann jedes der oben genannten Fertigungsverfahren sein, die in den Schritten 20 und 22 zum Einsatz kommen können. Das im Verfahren 24 verwendete Aluminiumblech kann jeder beliebige Typ der oben genannten hitzehärtbaren Aluminiumlegierung sein, die in dem Verfahren 10 verwendet werden kann.
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Bezug nehmend auf die 3 werden zeitabhängige Festigkeitseigenschaften von Aluminium aufgrund von Aushärtung im Verhältnis zu den Festigkeitstoleranzen von Aluminium, die für ein Fertigungsverfahren erforderlich sind, veranschaulicht. Ein Aluminiumblech hat seinen “Geburtstag” an dem Tag, an dem das Aluminiumblech hitzebehandelt wird. Der Aluminiumblech-“Geburtstag” entspricht der Zeit T0 in der 1. Das Aluminiumblech beginnt auszuhärten, unmittelbar nachdem es zum Zeitpunkt T0 hitzebehandelt wurde, und wird auf einen Anfangsfestigkeitswert zum Zeitpunkt T1 getestet. Das Aluminiumblech wird zum Zeitpunkt T1 innerhalb von 7 Tagen nach der Hitzebehandlung getestet. Ein Graph der Festigkeitswerte wird im Zeitverlauf aufgetragen, indem eine bekannte Altershärtungsrate angewandt wird, nachdem ein Anfangsfestigkeitswert berechnet wurde. Aluminiumblech-Altershärtungsraten sind unmittelbar nach dem Hitzebehandlungsverfahren schneller, beginnen sich aber auf eine nahezu lineare Rate zum Zeitpunkt T2 auszugleichen. Für 6000er-Serie-Aluminium verlangsamt sich die Altershärtungsrate und gleicht sich bei ungefähr 30 Tagen nach der Hitzebehandlung aus.
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Drei Linien 36, 38, 40 werden in der 3 aufgetragen, welche die errechneten Streckfestigkeitswerte von drei unterschiedlichen Beispielen von Aluminiumblechen im Zeitverlauf aufgrund von Altershärtung veranschaulichen. Die Aluminiumbleche, die durch die Linien 36, 38, 40 dargestellt sind, bleiben für die Verwendung in einem Fertigungsverfahren während Zeiträumen akzeptabel, dass die Festigkeitswerte der Aluminiumbleche innerhalb eines vorgegebenen Bereichs verbleiben, der durch eine Festigkeitsobergrenze 42 und eine Festigkeitsuntergrenze 44 dargestellt ist. Die Obergrenze kann von 125 MPa bis 195 MPa reichen, und die Untergrenze kann von 70 MPa bis 100 MPa reichen.
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Es gibt auch eine maximale Lagerfähigkeit, die dem Zeitpunkt T3 entspricht, wo die Aluminiumbleche unabhängig von den Festigkeitswerten über diesen Zeitpunkt T3 hinaus verworfen werden. Die maximale Lagerfähigkeit kann von 150 bis 270 Tagen reichen, beträgt aber vorzugsweise 180 Tage.
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Die Linie 36 entspricht einem Aluminiumblech, das für die Verwendung in einem Fertigungsverfahren zu einem beliebigen Zeitpunkt nicht verworfen wird, wenn es keine maximale Lagerfähigkeit zum Zeitpunkt T3 gibt.
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Die Line 38 entspricht einem Aluminiumblech, das für die Verwendung in einem Fertigungsverfahren während des Zeitraums zwischen dem Zeitpunkt T0 und dem Zeitpunkt T4 akzeptabel ist, wenn die Festigkeit des Aluminiumblechs unter der Festigkeitsobergrenze 42 bleibt, aber für die Verwendung in einem Fertigungsverfahren nach dem Zeitpunkt T4 nicht akzeptabel ist. Der Zeitpunkt T4 entspricht einem Zeitpunkt, nachdem das durch die Linie 38 dargestellte Aluminiumblech 38 die Obergrenze 42 überschritten hat.
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Die Linie 40 entspricht einem Aluminiumblech, das für die Verwendung in einem Fertigungsverfahren während des Zeitraums T0 und dem Zeitpunkt T5 akzeptabel ist, wenn die Festigkeit des Aluminiumblechs unter der Festigkeitsobergrenze 42 bleibt, ist aber nicht für die Verwendung in einem Fertigungsverfahren nach dem Zeitpunkt T5 akzeptabel. Der Zeitpunkt T5 entspricht einem Zeitpunkt, nachdem das durch die Linie 40 dargestellte Aluminiumblech die Obergrenze 42 überschritten hat.
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Weiter Bezug nehmend auf die 3, kann ein üblicher Gebrauchszeitraum einer Zeitspanne für die Verwendung eines Aluminiumblechs in einem Fertigungsverfahren entsprechen. Es kann erwünscht sein, das Aluminiumblech für die Verwendung in dem Fertigungsverfahren zu verwerfen, wenn das Aluminiumblech nicht innerhalb der Festigkeitsober- und -untergrenzen 42, 44 während des gesamten üblichen Gebrauchszeitraums verbleibt. Zum Beispiel kann sich der Zeitraum zwischen den Zeitpunkten T2 und T6 auf einen üblichen Gebrauchszeitraum beziehen. Die Aluminiumbleche, die den Linien 36 und 38 entsprechen, verbleiben zwischen den Festigkeitsober- und -untergrenzen 42, 44 zwischen den Zeitpunkten T2 und T6 und sind für die Verwendung in dem Fertigungsverfahren während des üblichen Gebrauchszeitraums akzeptabel. Das Aluminiumblech, welches der Linie 40 entspricht, wird dagegen für die Verwendung in einem Fertigungsverfahren verworfen, weil es die Obergrenze 42 zum Zeitpunkt T5 während des üblichen Gebrauchszeitraums zwischen dem Zeitpunkt T2 und T6 überschreitet. Der übliche Gebrauchszeitraum kann ein Bereich irgendwo zwischen 5 und 180 Tagen sein, ist aber vorzugsweise zwischen 30 und 90 Tagen. Obwohl ein üblicher Gebrauchszeitraum erwünscht sein kann, so ist dies keine Voraussetzung.
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Es kann auch erwünscht sein, ein Aluminiumblech für einen Mindestzeitraum vor der Verwendung in einem Fertigungsverfahren aushärten zu lassen. Der Mindestzeitraum kann so wenig wie 10 Tage betragen, ist aber vorzugsweise 30 Tage. Obwohl es erwünscht sein kann, ein Aluminiumblech über einen Mindestzeitraum vor dem Gebrauch aushärten zu lassen, ist dies keine Voraussetzung.
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Bezug nehmend auf die 4, ist eine alternative Festigkeitsobergrenze 42' dargestellt. Die alternative Festigkeitsobergrenze 42' ist auf einen konstanten Wert für einen ersten Teil eines potentiellen Lagerungszeitraums eines hitzebehandelten Aluminiumblechs eingestellt und steigt auf einen höheren Festigkeitswert in einem zweiten Teil eines potentiellen Lagerungszeitraums für das hitzebehandelte Aluminiumblech an. Der erste potentielle Lagerungszeitraum ist zwischen den Zeitpunkten T0 und T5 dargestellt, und der zweite potentielle Lagerungszeitraum ist zwischen den Zeitpunkten T5 und T3 dargestellt. Das Aluminiumblech, welches der Linie 38 entspricht, würde zum Zeitpunkt T7 für die Verwendung in dem Fertigungsverfahren verworfen, und das Aluminiumblech, welches der Linie 40 entspricht, würde zum Zeitpunkt T8 für die Verwendung in dem Fertigungsverfahren unter der alternativen Festigkeitsobergrenze 42' verworfen. Die alternative Festigkeitsobergrenze 42' kann einen Wert haben, der im Bereich zwischen 125 MPa und 195 MPa liegt.
