DE102017116218A1 - WATER-BASED LUBRICATION FOR WARM FORMING - Google Patents
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Abstract
Ein Fertigungssteuerungssystem ist dazu eingerichtet, zu bewirken, dass ein Rohling aus Aluminiumlegierung zumindest auf seine Solvustemperatur erhitzt wird, zu bewirken, dass ein Formsatz mit einer Schmiermittelformulierung besprüht wird, die Wasser, Schmiermittel und ein Tensid enthält, zu bewirken, dass der Rohling in dem Formsatz während des Erhitztwerdens so angeordnet wird, dass der Rohling den Formsatz nicht berührt, und zu bewirken, dass der Formsatz auf dem Rohling geschlossen wird, um den Rohling in einen Teil zu formen, während der Teil abgeschreckt wird.A manufacturing control system is configured to cause an aluminum alloy blank to be heated at least to its solvus temperature, to cause a molding set to be sprayed with a lubricant formulation containing water, lubricant and a surfactant to cause the blank to be blown in the mold Form set during heating is placed so that the blank does not touch the mold set, and to cause the mold set is closed on the blank to form the blank into a part while the part is quenched.
Description
TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Warmumformen von Aluminiumlegierungsteilen und dafür verwendete Schmiermittelformulierungen. The present disclosure relates to hot working aluminum alloy parts and lubricant formulations used therefor.
HINTERGRUND BACKGROUND
Automobilkarosserieverkleidungen werden seit Langem aus Baustählen hergestellt. Karosserieverkleidungen aus Aluminiumlegierungen gewinnen aufgrund ihres geringen Gewichts jedoch zunehmend an Popularität. Aluminiumlegierungen der Serien 5xxx und 6xxx, bei denen es sich um Aluminium-Magnesium- und Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierungen handelt, sind in dieser Hinsicht von Interesse, da sie durch Verfahren geformt und verarbeitet werden können, die denen für Baustahl entsprechen. Automotive body panels have long been made of structural steels. Aluminum alloy body panels, however, are gaining in popularity due to their low weight. Aluminum alloys of the 5xxx and 6xxx series, which are aluminum-magnesium and aluminum-magnesium-silicon alloys, are of interest in this regard as they can be formed and processed by methods similar to structural steel.
Aluminium-Zink-Legierungen der Serie 7xxx weisen bei den Härtegraden T6 oder T7x Festigkeiten auf, die denen von hochfesten und ultrahochfesten Stählen ähneln, und können Festigkeiten erzielen, die 400 MPa übersteigen. Aluminium-Zink-Legierungen mit Härtegrad T6 und T7x können jedoch nicht auf herkömmliche Weise geprägt werden, da diese Legierungen bei Raumtemperatur eine geringe bis keine Formbarkeit aufweisen. 7xxx series aluminum-zinc alloys have strengths of T6 or T7x hardness similar to those of high-strength and ultra-high-strength steels, and can achieve strengths exceeding 400 MPa. T6 and T7x tempered aluminum-zinc alloys, however, can not be conventionally embossed since these alloys exhibit little to no formability at room temperature.
KURZDARSTELLUNG SUMMARY
In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren das Erhitzen eines Rohlings aus Aluminiumlegierung zumindest auf seine Solvustemperatur, das Besprühen von Abschnitten eines Formsatzes mit einer Schmiermittelformulierung, die Wasser, Schmiermittel und ein Tensid enthält, das Anordnen dieses Rohlings in dem Formsatz während des Erhitztwerdens auf solche Weise, dass der Rohling den Formsatz nicht berührt, und das Schließen des Formsatzes auf dem Rohling, um den Rohling zu einem Teil zu formen, während das Teil abgeschreckt wird. In one embodiment, a method includes heating an aluminum alloy blank at least to its solvus temperature, spraying sections of a die set with a lubricant formulation containing water, lubricant, and a surfactant, placing that blank in the die set during heating in such a manner, that the blank does not touch the die set, and closing the die set on the blank to form a part of the blank while the part is quenched.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Fertigungssystem einen Schmelzofen oder Ofen, der dazu ausgelegt ist, einen Rohling aus Aluminiumlegierung zumindest auf seine Solvustemperatur zu erhitzen, einen Formsatz, eine Düsenanordnung, die dazu ausgelegt ist, Abschnitte des Formsatzes mit einer Schmiermittelformulierung, die Wasser, Schmiermittel und ein Tensid enthält, zu besprühen. Das System umfasst ferner einen Transfermechanismus, der dazu ausgelegt ist, den Rohling während des Erhitztwerdens in dem Formsatz so anzuordnen, dass der Rohling den Formsatz nicht berührt, und ein Betätigungselement, das dazu ausgelegt ist, den Formsatz auf dem Rohling zu schließen, um den Rohling zu einem Teil zu formen, während das Teil abgeschreckt wird. In another embodiment, a manufacturing system includes a smelting furnace or furnace configured to heat an aluminum alloy ingot at least to its solvus temperature, a die set, a nozzle assembly adapted to form portions of the die set with a lubricant formulation containing water, lubricant and a surfactant contains, to spray. The system further includes a transfer mechanism configured to place the blank in the die set during heating so that the blank does not contact the die set, and an actuator configured to close the die set on the blank To form a blank into a part while the part is quenched.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Fertigungssteuerungssystem eine oder mehrere Steuerungen. Die eine oder die mehreren Steuerungen sind dazu ausgelegt, einen Rohling aus Aluminiumlegierung über eine Heizvorrichtung zumindest auf seine Solvustemperatur zu erhitzen, Abschnitte eines Formsatzes über eine Düse mit einer Schmiermittelformulierung zu besprühen, die Wasser, Schmiermittel und ein Tensid enthält, den Rohling in dem Formsatz während des Erhitztwerdens über einen Transfermechanismus so anzuordnen, dass der Rohling den Formsatz nicht berührt, und den Formsatz auf dem Rohling über ein Betätigungselement zu schließen, um den Rohling zu einem Teil zu formen, während das Teil abgeschreckt wird. In another embodiment, a manufacturing control system includes one or more controllers. The one or more controllers are configured to heat an aluminum alloy blank via a heater to at least its solvus temperature, to spray portions of a die set via a nozzle with a lubricant formulation containing water, lubricant, and a surfactant, the blank in the die set during heating via a transfer mechanism so that the blank does not touch the die set and to close the die set on the blank via an actuator to form the blank into a part while the part is quenched.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DETAILED DESCRIPTION
Hier sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind hier offenbarte konkrete Einzelheiten zur Struktur und Funktion nicht als einschränkend, sondern lediglich als repräsentative Basis zu verstehen, um einen Fachmann eine vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Here, embodiments of the present disclosure are described. It should be understood, however, that the disclosed embodiments are merely examples and other embodiments may take various and alternative forms. The figures are not necessarily to scale; some features may be enlarged or reduced to show details of particular components. Thus, specific details of structure and function disclosed herein are not intended to be limiting, but merely representative of the teachings of teaching a person skilled in the art to various uses of the present invention.
Für einen Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert sein können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die den Lehren der vorliegenden Offenbarung entsprechen, können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein. One of ordinary skill in the art appreciates that various features illustrated and described with respect to any of the figures may be combined with features illustrated in one or more other figures to produce embodiments that are not explicitly illustrated or described are. The illustrated combinations of features provide representative embodiments for typical applications. Various combinations and modifications of features consistent with the teachings of the present disclosure; however, may be desirable for certain applications or implementations.
Das sogenannte „Warmumformen“ wird zum Formen beispielsweise von Rohlingen aus Aluminiumlegierung der Serie 6xxx oder 7xxx s mit F-Härtegrad für Automobilkomponenten verwendet. In einem Beispiel wird eine Aluminiumlegierung der Serie 7xxx mit F-Härtegrad zumindest auf seine Solvustemperatur erhitzt und anschließend in einem Formsatz angeordnet, ohne den Formsatz zu berühren. Der Formsatz wird anschließend geschlossen, um den Rohling zu bilden, während er außerdem abgeschreckt wird. The so-called "hot forming" is used for molding, for example, blanks of aluminum alloy series 6xxx or 7xxx s with F-hardness for automotive components. In one example, an F-durometer series 7xxx aluminum alloy is heated at least to its solvus temperature and then placed in a mold set without touching the mold set. The mold set is then closed to form the blank while also being quenched.
Es werden häufig Schmiermittel in Anwendungen zur Blechumformung verwendet. Sie können die Reibung zwischen Rohling und Form verringern, was einen flüssigen und gesteuerten Metalldurchfluss ermöglicht. Außerdem können sie bei der Teilentfernung helfen, unerwünschte Wärme entfernen und die Lebenszeit der Form verlängern. Die Wahl und Anwendung des Schmiermittels im Zusammenhang mit Vorgängen zur Warmumformung von Aluminiumlegierungen kann im Vergleich zu Vorgängen zur Halbwarmumformung von Aluminiumlegierungen aufgrund der vor der Warmumformung erzielten hohen Temperaturen der Rohlinge jedoch komplizierter sind. (Diese Temperaturen können 250 °C – eine Temperatur, bei der bestimmte Schmiermittel nicht mehr wirken können – übersteigen.) Hier werden Schmiermittel mit bestimmter Formulierung auf Formen für Warmumformungsstationen angewendet, wie nachfolgend ausführlicher erläutert ist. Lubricants are often used in sheet metal forming applications. They can reduce the friction between the blank and the mold, allowing a fluid and controlled flow of metal. In addition, they can help with partial removal, remove unwanted heat and extend the life of the mold. However, the choice and application of the lubricant associated with hot forging operations of aluminum alloys may be more complicated compared to the hot forging operations of aluminum alloys because of the high blanks temperatures achieved prior to hot working. (These temperatures may exceed 250 ° C - a temperature at which certain lubricants can no longer work.) Here, certain formulation lubricants are applied to molds for hot forming stations, as explained in more detail below.
In Bezug auf
Die Lösungstemperatur für eine Aluminiumlegierung der Serie 7xxx kann etwa 450 ° C bis 490 °C betragen. Die Lösungstemperatur (oder Mischkristalltemperatur) ist die Temperatur, bei der ein Stoff leicht mischbar ist, wobei es sich dabei um die Eigenschaft der Materialien handelt, sich unter Bildung einer homogenen Lösung in allen Verhältnissen zu verbinden. The solution temperature for a 7xxx series aluminum alloy may be about 450 ° C to 490 ° C. The solution temperature (or solid solution temperature) is the temperature at which a substance is readily miscible, which is the property of the materials to combine in all proportions to form a homogeneous solution.
Die Solidustemperatur ist die Sammlung von Temperaturen in einem Phasendiagramm, unter der ein bestimmter Stoff vollkommen fest ist. Die Solidustemperatur quantifiziert die Temperatur, bei der das Schmelzen eines Stoffs beginnen kann, doch nicht die Temperatur, bei der der Stoff vollständig geschmolzen ist. Bei einigen Materialien kann eine Phasenexistenz zwischen der Solidus- und der Liquidustemperatur vorliegen, sodass der Stoff gleichzeitig aus einer festen und einer flüssigen Phase besteht. Je näher die Materialtemperatur bei der der Solidustemperatur liegt, desto mehr befindet sich das Material in einer festen Phase. Je näher die Materialtemperatur bei der Liquidustemperatur liegt, desto mehr befindet sich das Material in einer flüssigen Phase. Von daher kann der Rohling
Der Transfermechanismus
Der Formsatz
Die Stufungsvorrichtung
Der Formsatz
Das Formen des erhitzten Rohlings
Das System
Das Teil kann aus dem Formsatz
Um das Abschreck- und Metalldurchflussverhalten während des Formens zu verbessern, wird ein wasserbasiertes Lösungsmittel auf die Formen
Da die Schmiermittelformulierung wasserbasiert ist, baut sie sich nicht in gleichem Maße auf der Oberfläche der Formen
Zum Beispiel handelt es sich bei dem Schmiermittel um ein Schmiermittel, das normalerweise für Schmiedeanwendungen verwendet wird (z. B. FORGE EASE AL 278). Es wurde ursprünglich festgestellt, dass dieses Schmiermittel gut abschnitt, wenn es mit Isopropylalkohol (IPA) mit einer Konzentration von 1:3 (Schmiermittel:IPA) verwendet und vor der Halbwarmumformung auf Rohlinge aus Aluminiumlegierung aufgetragen wurde. Von daher wurde diese Formulierung im Zusammenhang mit der Warmumformung angestrebt. Die Schmiermittelformulierung wurde aufgrund der hohen Temperaturen der Rohlinge, die mit der Warmumformung verbunden sind, jedoch auf den Formsatz statt auf die Rohlinge aufgetragen. Obwohl günstige Ergebnisse erzielt wurden, wurde festgestellt, dass IPA entzündlich sein kann. Somit wurde nach einer Alternative zu IPA gesucht. For example, the lubricant is a lubricant that is normally used for forging applications (eg, FORGE EASE AL 278). It was originally found that this lubricant performs well when used with isopropyl alcohol (IPA) at a concentration of 1: 3 (lubricant: IPA) and applied to aluminum alloy blanks prior to warm forging. Therefore, this formulation was sought in the context of hot working. However, due to the high temperatures of the blanks associated with hot working, the lubricant formulation was applied to the mold set rather than the blanks. Although favorable results were obtained, it was found that IPA may be inflammatory. Thus, an alternative to IPA was sought.
Ein Tensid, bei dem es sich um eine Kombination aus Acetylendiol und ein Alkoholethoxylat (z. B: DYNOL 800) handelt, hat sich als geeigneter Ersatz für IPA herausgestellt. Das heißt, dass davon ausgegangen wird, dass nichtionische Tenside anionischen oder kationischen Tensiden vorzuziehen sind. In einem Beispiel hat sich ein Verhältnis von Wasser zu Lösungsmittel zu Tensid von 90 % Wasser, 10 % Schmiermittel und Zugabe von 3 % Tensid als wirksam herausgestellt. Zum Beispiel würde, wenn das Wasser/Schmiermittelgemisch 3000 ml betragen würde, die Wassermenge 2700 ml betragen, die Schmiermittelmenge 300 ml betragen und die Tensidmenge 93 ml betragen. A surfactant, which is a combination of acetylenediol and an alcohol ethoxylate (e.g., DYNOL 800), has been found to be a suitable replacement for IPA. That is, it is believed that nonionic surfactants are preferable to anionic or cationic surfactants. In one example, a water to solvent to surfactant ratio of 90% water, 10% lubricant, and 3% surfactant addition has been found to be effective. For example, if the water / lubricant mixture were 3000 ml, the amount of water would be 2700 ml, the amount of lubricant would be 300 ml and the amount of surfactant 93 ml.
Diese Schmiermittelformulierung konnte gleichmäßig, ohne Schlieren oder starke Filmrückstände aufgetragen werden. Da es sich bei der Formulierung primär um Wasser handelt, wird die Abschreckeffizienz, die mit dem Warmumformungsprozess verbunden ist, verbessert. This lubricant formulation could be applied evenly, without streaks or excessive film residue. Since the formulation is primarily water, the quenching efficiency associated with the hot forming process is improved.
Unter Bezugnahme auf
Die hier offenbarten Prozesse, Verfahren, die Logik oder die Strategien können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein und/oder davon umgesetzt werden, die/der existierende programmierbare elektronische Steuereinheiten oder eine dafür vorgesehene elektronische Steuereinheit aufweisen kann. Ebenso können die Prozesse, Verfahren, die Logik oder die Strategien als Daten und Anweisungen gespeichert werden, die von einer Steuerung oder einem Computer in vielen Formen ausführbar sind, zu denen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Informationen zählen, die permanent auf verschiedenen Arten von Fertigungsartikeln gespeichert sind, zu denen nichtbeschreibbare Speichermedien wie ROM-Vorrichtungen zählen, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien wie Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Vorrichtungen und weiteren magnetischen und optischen Medien gespeichert sind. Die Prozesse, Verfahren, die Logik oder die Strategien können auch in einem von einer Software ausführbaren Objekt umgesetzt werden. Alternativ dazu können sie ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten wie anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits, ASICs), feldprogrammierbaren Gate-Anordnungen (Field-Programmable Gate Arrays, FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder weiteren Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination von Hardware-, Software- und Firmware-Komponenten ausgebildet sein. The processes, methods, logic, or strategies disclosed herein may be deliverable to and / or implemented by a processing device, controller, or computer that may include existing programmable electronic control units or an associated electronic control unit. Likewise, the processes, methods, logic, or strategies may be stored as data and instructions executable by a controller or computer in many forms including, but not limited to, information that is permanently in various ways of manufacturing articles including non-writable storage media such as ROM devices, and information changeably stored on recordable storage media such as floppy disks, magnetic tapes, compact discs, RAM devices, and other magnetic and optical media. The processes, methods, logic or strategies may also be implemented in a software executable object. Alternatively, they may be used in whole or in part using appropriate hardware components such as application specific integrated circuits (ASICs), field programmable gate arrays (FPGAs), state machines, controllers or other hardware components or devices, or a combination of Be formed hardware, software and firmware components.
Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht sind. Zwar sind verschiedene Ausführungsformen eventuell so beschrieben, dass sie Vorteile bieten oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Eigenschaften bevorzugt werden, doch für den Durchschnittsfachmann liegt auf der Hand, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Attribute können unter anderem Folgendes einschließen: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, bequeme Montage usw., sind aber nicht hierauf beschränkt. Von daher liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen des Standes der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein. Rather, the terms used in the specification are descriptive terms rather than limiting terms, and it is understood that various changes may be made without departing from the spirit and scope of the disclosure. As previously described, the features of various embodiments may be combined to form further embodiments of the invention, which may not be explicitly described or illustrated. While various embodiments may be described as offering advantages or being preferred over other prior art embodiments or implementations with respect to one or more desired properties, it will be apparent to one of ordinary skill in the art that one or more features may be used or multiple properties can be challenged to achieve the desired overall attributes of the system, depending on the particular application and implementation. These attributes may include, but are not limited to, cost, strength, life, life cycle cost, marketability, appearance, packaging, size, operability, weight, manufacturability, ease of assembly, and the like. As such, embodiments described as less desirable than other embodiments or prior art implementations with respect to one or more features are not outside the scope of the disclosure and may be desirable for particular applications.
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