DE102019216338A1

DE102019216338A1 - Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Bleches und oberflächenbearbeitetes Blech

Info

Publication number: DE102019216338A1
Application number: DE102019216338.6A
Authority: DE
Inventors: Oliver Vogt; Lutz Kessler
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2019-10-23
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2021-04-29
Also published as: EP4048459A1; WO2021078524A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Bleches (1), wobei das Blech (1) mit einer Dressierwalze gewalzt wird, wobei beim Walzen in mindestens eine Oberfläche (7) des Bleches (1) Vertiefungen (6) eingewalzt werden, wobei beim Einwalzen der Vertiefungen (6) Material verdrängt wird, wobei das verdrängte Material beim Walzen gezielt zu Anhebungen geformt wird. Weiterhin wird ein Blech (1) vorgeschlagen.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Bleches, wobei das Blech mit einer Dressierwalze gewalzt wird.
Bleche werden üblicherweise mittels mechanischer Umformverfahren, wie z.B. dem Tiefziehen, zu Blechprodukten weiterverarbeitet. Die hierbei in das Blech eingebrachten Kräfte werden über die Oberfläche des Bleches in das Blech übertragen. Es ergeben sich unter anderem aus der Geometrie des Blechproduktes und den im Umformverfahren auftretenden Reibkräften teils sehr hohe lokale Beanspruchungen der Blechoberfläche. Diese lokalen Beanspruchungen, welche sich aus Normal- und Scherkräften zusammensetzen, können während der Umformung erheblichen Veränderungen unterliegen. Für ein optimales Umformergebnis ist erforderlich, den Blechfluss während des Umformprozesses gezielt steuern zu können.
Neben der Anpassung des Zuschnitts des Bleches vor dem Umformprozess erfolgt die Steuerung des Blechflusses beispielsweise durch eine zusätzliche Schmierung mit Schmierstoffen zur lokalen Verminderung von Reibkräften zwischen Blechoberfläche und Umformwerkzeug und somit zur Verminderung der Rückhaltekräfte. Eine Erhöhung der Rückhaltekräfte kann zum Beispiel durch den Einsatz von Ziehsicken realisiert werden.
Der Einsatz einer zusätzlichen Schmierung stellt einen erheblichen zusätzlichen Aufwand dar. Zum einen müssen die Schmierstoffe aufwendig aufgebracht werden und zum anderen erhöht sich der Reinigungsaufwand sowohl beim Blechprodukt als auch am Umformwerkzeug. Insbesondere vor dem Hintergrund einer umweltverträglichen Fertigung ist der vermeidbare Einsatz von Schmierstoffen kritisch zu betrachten.
Aus der Druckschrift DE 10 2012 017 703 A1 sind Lasertexturierverfahren bekannt, mit welchen Dressierwalzen mit einer deterministischen, das heißt mit einer geometrisch bestimmten, Textur versehen werden können. Diese Textur wird während des Dressiervorganges, also des Walzens des Blechs mit der Dressierwalze, auf die Oberfläche des Blechs als Negativ übertragen. Anhebungen auf der Walzenoberfläche resultieren in Vertiefungen in der Oberfläche des Bleches. Die auf diese Weise in die Oberfläche des Blechvorprodukts eingebrachten Vertiefungen finden als sogenannte Schmierstofftaschen Verwendung, welche einen auf die Blechoberfläche aufgebrachten Schmierstoff halten und während der Umformung mit sich führen.
Die Funktionsweise der eingesetzten Schmierstoffe wird im Wesentlichen durch dem Schmierstoff beigefügte Additive bestimmt. Die Additive können beispielsweise durch eine Anlagerung von Polymerketten oder auch durch chemische Reaktionen an den metallischen Oberflächen von Umformwerkzeug und/oder Blechvorprodukt die Ausbildung einer Grenzschicht bewirken und einen direkten Kontakt der Oberflächen von Umformwerkzeug und Blechvorprodukt verhindern. Die Bindung zwischen den Polymerketten beruht dabei auf van-der-Waals-Kräften. Daher lassen sich diese vergleichsweise leicht gegeneinander verschieben. Die Bindung der Polymerketten an den Oberflächen von Umformwerkzeug und Blechvorprodukt beruht dagegen auf einer Dipolbindung. Die Grenzschicht ist üblicherweise wenige Nanometer dünn und lässt sich leicht von den Oberflächen von Umformwerkzeug und Blechvorprodukt ablösen. Um einen direkten metallischen Kontakt und somit Verschleiß des Umformwerkzeuges und Beschädigung der Oberfläche des Blechvorproduktes durch Adhäsion und Abrasion zu verhindern, ist es somit notwendig, die Oberflächen flächendeckend stetig neu mit Schmierstoff zu benetzen.
Aus Umweltschutzgründen und zur Einsparung von Produktionskosten ist es wünschenswert, möglichst wenig Schmierstoff einzusetzen. Zur Reduktion des Schmierstoffeinsatzes ist es notwendig, den aufgebrachten Schmierstoff zielgerichtet an die kritischen Werkzeugbereiche zu transportieren. Zu diesem Zweck muss die Blechoberfläche dahingehend ertüchtigt werden, den Schmierstoff aufzunehmen, möglichst verlustfrei zu transportieren und entsprechend der auftretenden Beanspruchung lokal freizusetzen.
Relativbewegungen treten bei Blechumformprozessen, wie dem Tiefziehen, insbesondere im Werkzeugflansch und bzgl. der Ziehkante auf. Diese Bereiche unterscheiden sich erheblich in den an auf den Blechwerkstoff einwirkenden Beanspruchungen. Während im Flanschbereich eine vorwiegend flächige Beanspruchung im einstelligen MPa-Bereich vorliegt, treten an der Ziehkante (Ziehradius), insbesondere am Einlauf der Ziehkante sogar linienförmig, erheblich größere Beanspruchungen im Bereich von 40 MPa bis 100 MPa auf, die beispielsweise lokal die Fließgrenze von Zinkwerkstoffen der Beschichtung überschreiten können. Dieses zeigt sich makroskopisch an optisch stark abgegrenzten Übergängen von einer matten Zinkoberfläche im Flanschbereich zu einem metallisch glänzenden Bereich des Blechproduktes an der Ziehkante und Zarge an der Außenseite des Ziehteils erkennbar.
Die sich im Einzelfall einstellende Beanspruchung hängt auf Grund der aufzubringenden Umformarbeit und des sich hieraus ergebenden Kraftniveaus zudem vom eingesetzten Werkstoff des Bleches ab. Mit steigender Festigkeit des Werkstoffes nehmen die lokalen Beanspruchungen der Oberfläche des Bleches zu, so dass der oben genannte Effekt insbesondere bei Werkstoffen höherer Festigkeiten zu beobachten ist.
Um die sich aus den Beanspruchungen ergebenden Anforderungen an das Blech zu erfüllen, muss dessen Oberfläche in der Lage sein, die aufgebrachte Schmierstoffmenge vollständig aufzunehmen und zwar derart, dass stets eine ausreichende Benetzung zwischen Blech und Umformwerkzeug gewährleistet ist. Es hat sich jedoch in ersten Untersuchungen gezeigt, dass mit dem Lasertexturierverfahren texturierte Bleche mit geschlossen Schmierstofftaschen auf Grund einer erhöhten Adhäsionsneigung zwischen der Oberfläche des Umformwerkzeugs der Oberfläche des Blechs insbesondere zu Beginn des Umformprozesses ein nachteiliges ausgeprägtes Maximum im Stempelkraftverlauf aufweisen. Dieses ist darauf zurückzuführen, dass der sich zwischen den rauen Oberflächen von Blech und Umformwerkzeug ergebene Luftspalt in den Bereichen der Vertiefungen auf der Oberfläche des Blechs durch den sich dort befindlichen Schmierstoff überbrückt bzw. geschlossen wird. Je größer der Anteil der Vertiefungen an der Oberfläche des Bleches ist, desto stärker äußert sich die Adhäsion. Von der Druckschrift DE 10 2012 017 703 A1 wird beispielsweise ein Flächenanteil der Vertiefungen von 35% vorgeschlagen, was einen ausgeprägten Anstieg der Umformkraft zu Beginn des Umformprozesses bewirkt.
Dieser Effekt wird insbesondere durch glatte Werkzeugoberflächen unterstützt, da diese die Adhäsionsneigung unterstützen. Hierdurch wird bereits zu Beginn des Ziehprozesses ein Teil des Formänderungsvermögens aufgezehrt, der für die Ausformung komplexerer Bauteilgeometrien genutzt werden könnte. Hierdurch wird das Anwendungsspektrum von mit Lasertexturierverfahren hergestellten Blechen unnötig eingeschränkt.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Bleches sowie ein Blech bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen, sondern es ermöglichen, eine Adhäsion zwischen Blech und Umformprozess zu Beginn des Umformprozesses zu verringern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Bleches, wobei das Blech mit einer Dressierwalze gewalzt wird, wobei beim Walzen in mindestens eine Oberfläche des Bleches Vertiefungen eingewalzt werden, wobei beim Einwalzen der Vertiefungen Material verdrängt wird, wobei das verdrängte Material beim Walzen gezielt zu Anhebungen geformt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, durch die Anhebungen gezielt Bereiche der Oberfläche des Bleches bereitzustellen, welche für eine ausreichende Beabstandung zu einem Umformwerkzeug sorgen und so eine Adhäsion zwischen der Oberfläche des Bleches und einer Oberfläche des Umformwerkzeuges verringern. Durch das Einwalzen der Vertiefungen beim Dressieren des Bleches wird Material aus den Vertiefungen verdrängt. Das verdrängte Material wird vorteilhafter Weise zur Formung der Anhebungen genutzt. Die Vertiefungen ertüchtigen die Oberfläche des Blechvorproduktes, beispielsweise einen Schmierstoff aufzunehmen und größtenteils verlustfrei zu transportieren. Erst bei hohen Belastungen, also dort wo der Schmierstoff zum Schmieren zwischen der Oberfläche des Bleches und einem Umformwerkzeug benötigt wird, wird der Schmierstoff durch eine plastische Verformung der Vertiefungen lokal freigesetzt.
Denkbar ist, dass auf die Oberfläche des Blechs ein Schmierstoff aufgetragen wird. Dazu ist denkbar, dass die Oberfläche mit Öl besprüht wird. Ferner ist denkbar, dass zwischen 0,25 g/m² und 1,5 g/m² Öl auf die Oberfläche aufgetragen wird. Denkbar ist weiterhin, dass eine Dressierwalze verwendet wird, auf welche mit einem Lasertexturierverfahren eine geometrische Textur aufgetragen wurde.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Anhebungen eine Oberflächenrauheit des Bleches überragend geformt werden. Damit ist es auf vorteilhafte Weise möglich, dass die Beabstandung zwischen dem Blech und einem Umformwerkzeug in einem hohen Maße kontrolliert wird. Dadurch, dass die Anhebungen durch Rauigkeit erhabene Bereiche überragen, ist sichergestellt, dass ein Kontakt zwischen der Oberfläche des Bleches und der Oberfläche des Umformwerkzeugs anfänglich größtenteils zwischen den Anhebungen und der Oberfläche des Umformwerkzeugs stattfindet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Anhebungen durch konkave Formgebungsvertiefungen auf einer Walzenoberfläche der Dressierwalze gezielt geformt werden, wobei die Höhe der einzelnen Anhebungen bevorzugt durch die geometrische Gestalt der Formgebungsvertiefungen bestimmt wird, wobei besonders bevorzugt zur Erzielung einer ersten Höhe einer ersten Anhebung eine erste Formgebungsvertiefung mit einer ersten Ausdehnung einer entlang einer Haupterstreckungsfläche der Walzenoberfläche verwendet wird und zur Erzielung einer zweiten Höhe einer zweiten Anhebung eine zweite Formgebungsvertiefung mit einer zweiten Ausdehnung einer entlang der Haupterstreckungsfläche der Walzenoberfläche verwendet wird, wobei die erste Höhe größer ist als die zweite Höhe und die erste Ausdehnung größer ist als die zweite Ausdehnung. Damit ist es auf vorteilhafte Weise möglich, das Formen der Anhebungen gezielt zu steuern. Es hat sich völlig überraschend gezeigt, dass die Höhe der Anhebungen durch Änderungen der Ausdehnungen der Formgebungsvertiefungen entlang einer zur Höhe der Anhebungen orthogonalen Fläche gesteuert werden kann. Beim Dressieren bilden sich zunächst Anhebungen im Bereich von Formgebungsvertiefungen mit großer Ausdehnung entlang der Haupterstreckungsfläche der Walzenoberfläche aus. Anhebungen im Bereich von Formgebungsvertiefungen mit geringerer Ausdehnung bilden sich erst später. Betrachtet man nun die endliche Zeitdauer des Dressiervorgangs pro Fläche auf der Oberfläche des Bleches, so können durch Formgebungsvertiefungen mit großer Ausdehnung hohe Anhebungen und durch Formgebungsvertiefungen mit kleiner Ausdehnung niedrige Anhebungen geformt werden.
Formgebungsvertiefungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind zum Inneren der Dressierwalze hin gerichtete geometrische Ausbildungen auf der Dressierwalze.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Höhe der einzelnen Anhebungen durch die Anzahl der die Anhebung umgebenden Vertiefungen pro Fläche auf der Oberfläche bestimmt wird. Damit ist auf vorteilhafte Weise eine weitere Möglichkeit geschaffen, das Formen der Anhebungen zu steuern. Die Anzahl der die Anhebung umgebenden Vertiefungen pro Fläche auf der Oberfläche hat Einfluss auf die Menge des verdrängten Materials. Wird weniger Material verdrängt, werden Anhebungen mit geringerer Höhe geformt. Wird mehr Material verdrängt, werden Anhebungen mit größerer Höhe geformt.
Die Vertiefungen und die daraus resultierenden Anhebungen auf der Oberfläche des Bleches hängen neben den geometrischen Verhältnissen der Oberfläche der Dressierwalze insbesondere von den Materialeigenschaften des Bleches und von den wirkenden Kräften der Dressierwalzen (Dressierkräfte) ab. Mittels Simulation kann die Geometrie der Walzenoberfläche und dadurch die gewünschten Vertiefungen und Erhebungen auf der Blechoberfläche gezielt eingebracht werden. Blechseitige Anhebungsradien für mindestens zwei gegebene Geometrien, welche beispielsweise walzenseitig anhand von Formgebungsvertiefungen mit bestimmter Breite, wobei insbesondere die Längserstreckung der Formgebungsvertiefung größer ist als die Breite, und in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften, die der Simulation zugrunde liegen, können für abweichende Geometrien auf der Walzenoberfläche, relativ zu den zuvor ermittelten Ausgangsradien, analytisch ermittelt werden und somit zur gezielten Auslegung der Walzenoberfläche beisteuern. Aus dem Anhebungsradius resultiert eine Anhebungshöhe. Bei geschlossenen Konturen auf der Oberfläche des Bleches, welche den Formgebungsvertiefungen entsprechen, ist das jeweils geringste lichte Maß für den Formänderungswiderstand k_w bestimmend. Die Materialeigenschaften werden anhand der Fließspannung berücksichtigt, die ihrerseits eine Funktion des Umformgrades (Dressierkräfte) ist. Insbesondere ist der Formänderungswiderstand einer Oberfläche eines Blechs somit die Summe aller lokalen Formänderungswiderstände. Die Formgebungsvertiefungsbreite ist somit beispielsweise entscheidend für den Materialfluss in eine Formgebungsvertiefung. Gemäß des Prinzips des geringsten Zwanges, vgl. auch Artikel „Inverse 3D-Materialflusssteuerung zur Zwischenauslegung für das Gesenkschmieden“, s. www.researchgate.net/publication/258508368, wird das Material bevorzugt in größere Kavitäten, d.h. breitere Formgebungsvertiefungen, einfließen. Unterschiedliche Formgebungsvertiefungsbereiche können durch einbeschriebene Kreise in der Ebene bzw. räumlich als Kugeln gekennzeichnet und verglichen werden. Sobald ein entsprechendes Druckniveau erreicht ist, beginnt das Material zu fließen. Mit steigendem Druck werden schmalere und/oder tiefere Bereiche der Formgebungsvertiefung mit Material gefüllt. Eine in eine Formgebungsvertiefung eindringe Kugel erfährt eine Verringerung des Radius. Das Verhältnis von Ausgangsradius zu Endradius kann als Umformgrad innerhalb einer Formfunktion q_f als ein Maß für den Formänderungswiderstand k_w aufgefasst werden. Der Formänderungswiderstand k_w lässt sich aus dem Produkt k_f und q_f ermitteln, wobei g_f aus dem Produkt aus In (r_i/r_i+1) und C_i bestimmbar ist, wobei i unterschiedliche Geometrien innerhalb einer Oberfläche lokal berücksichtigt. C ist hierbei ein empirisch zu ermittelnder Faktor, der mittels Simulation und/oder experimentell bestimmt werden kann. Der Faktor C kann in diesem Zusammenhang auch zur Kalibrierung der Simulation mittels experimenteller Daten dienen.
Insbesondere werden der Anhebungsradius r von benachbarten Formelementen beeinflusst, wobei im Querschnitt betrachtet ein Kreis definiert wird, welcher einer Formgebungsvertiefung walzenseitig zugeordnet wird und welcher in mindestens zwei Punkten die Kontur der Formgebungsvertiefung berührt, wobei zwischen den zwei Punkten ein Abstand b ableitbar ist und daraus resultierend die Anhebungshöhe t anhand folgender Formel berechnet werden kann: $t = r - \frac{1}{2} \sqrt{4 r^{2} - b^{2}} .$
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Höhe der einzelnen Anhebungen durch die Ausdehnung der die Anhebung umgebenden Vertiefungen entlang der Haupterstreckungsfläche der Walzenoberfläche pro Fläche auf der Oberfläche bestimmt wird. Damit ist auf vorteilhafte Weise eine weitere Möglichkeit geschaffen, das Formen der Anhebungen zu steuern. Die Ausdehnung der die Anhebung umgebenden Vertiefungen entlang der Haupterstreckungsfläche der Walzenoberfläche pro Fläche auf der Oberfläche hat Einfluss auf die Menge des verdrängten Materials. Wird weniger Material verdrängt, werden Anhebungen mit geringerer Höhe geformt. Wird mehr Material verdrängt, werden Anhebungen mit größerer Höhe geformt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass eine oder mehrere Anhebungen bezogen auf eine Haupterstreckungsebene der Oberfläche in einer Vertiefung angeordnet geformt werden. Damit ist es auf vorteilhafte Weise möglich, eine oder mehrere Anhebungen als Insel bzw. Inseln in einer Vertiefung anzuordnen. Die Beabstandung der Vertiefung, welche vorzugsweise mit Schmierstoff gefüllt ist, von einer Oberfläche eines Umformwerkzeugs wird so stabiler und gezielter, was die Adhäsion zwischen der Oberfläche des Bleches und dem Umformwerkzeug auf vorteilhafte Weise weiter senkt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vertiefungen jeweils einen Tiefenverlauf entlang der Haupterstreckungsebene der Oberfläche aufweisend gewalzt werden, wobei das Formen der Anhebungen durch den Tiefenverlauf unterstützt wird. Damit ist es auf vorteilhafte Weise möglich, die Richtung zu beeinflussen, in welcher beim Einwalzen der Vertiefungen Material verdrängt wird und damit das Formen der Anhebungen besser zu steuern. Ein Tiefenverlauf im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Änderung der Tiefe der Vertiefung parallel zur Haupterstreckungsebene der Oberfläche des Bleches.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Anhebungen mit einer Höhe von jeweils zwischen 0,1 µm und 3,5 µm und bevorzugt zwischen 0,3 µm und 1,8 µm geformt werden. Es hat sich durch aufwendige Simulationen und Experimente ergeben, dass eine Höhe von jeweils zwischen 0,1 µm und 3,5 µm und bevorzugt zwischen 0,3 µm und 1,8 µm optimal für die Ausgestaltung der Anhebungen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vertiefungen bezogen auf eine Haupterstreckungsebene des Bleches als geschlossene Vertiefungen eingewalzt werden. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise einen sicheren und größtenteils verlustfreien Transport eines Schmierstoffes in den Vertiefungen. Durch die auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche des Bleches bezogen auf eine geschlossene Form kann kein Schmierstoff seitlich aus der Vertiefung herauslaufen. Ferner ist so sichergestellt, dass der Schmierstoff bei einer plastischen Verformung der Vertiefung während eines Umformprozesses in einem Umformwerkzeug freigesetzt wird und nicht entlang einer nicht-geschlossenen Vertiefung aus dem Bereich der plastischen Verformung weggepresst wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass eine oder mehrere weitere Vertiefungen bezogen auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche auf einer Anhebung angeordnet eingewalzt werden, wobei die weiteren Vertiefungen bezogen auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche bevorzugt als geschlossene weitere Vertiefungen eingewalzt werden, wobei die weiteren Vertiefungen besonders bevorzugt mit einer Tiefe zwischen 0,05 µm und 2,5 µm, insbesondere zwischen 0,1 µm und 0,8 µm, auf der Anhebung eingewalzt werden. Damit wird auf vorteilhafte Weise eine verbesserte Schmierung während eines Umformprozesses bei gleichzeitig verminderter Adhäsion zwischen Blech und Umformwerkzeug ermöglicht. Durch die weiteren Vertiefungen ist es möglich, ein Schmierstoff gezielt an eine durch die Anhebung erzeugte Berührstelle zwischen der Oberfläche des Bleches und einem Umformwerkzeug zu verbringen. Die geringe Tiefe der weiteren Vertiefung bewirkt dabei, dass so wenig Schmierstoff durch die weitere Vertiefung mitgeführt wird, dass es durch den Schmierstoff in der weiteren Vertiefung zu nicht merklich mehr Adhäsion kommt. Ist eine Beschichtung des Bleches vorgesehen, so ist die Tiefe der weiteren Vertiefung im Sinne der vorliegenden Erfindung die Tiefe der weiteren Vertiefung nach der Beschichtung der Oberfläche des Bleches.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vertiefungen bezogen auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche I-förmig, rechteckig, oval, rund und/oder quadratisch eingewalzt werden. Somit ergeben sich beispielsweise wannenförmige Vertiefungen. Es hat sich gezeigt, dass damit ein sehr effektiver Schmierstofftransport möglich ist. Denkbar ist aber auch, dass die Vertiefungen bezogen auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche des Bleches dreieckig und/oder kreuzförmig sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Anhebungen bezogen auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche I-förmig, rechteckig, oval, rund und/oder quadratisch geformt werden. Denkbar ist aber auch, dass die weiteren Anhebungen bezogen auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche des Bleches dreieckig und/oder kreuzförmig sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vertiefungen mit einer Tiefe von 0,5 µm bis 15 µm, bevorzugt 0,5 µm bis 6 µm und besonders bevorzugt von 2 µm bis 4 µm eingewalzt werden. Damit ist eine gute Anpassung des Volumens der Vertiefungen an das benötigte Volumen an Schmierstoff ermöglicht. Ist eine Beschichtung des Bleches vorgesehen, so ist die Tiefe der Vertiefung im Sinne der vorliegenden Erfindung die Tiefe der Vertiefung nach der Beschichtung der Oberfläche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vertiefungen mit einem Verhältnis von Tiefe zu Volumen der Vertiefung von 1:3 bis 1:15 und bevorzugt 1:5 bis 1:10 eingewalzt werden. Ein entsprechendes Verhältnis wirkt weiterhin positiv auf den Schmierstofftransport und die gezielt lokale Benetzung mit Schmierstoff. Das Volumen der Vertiefung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist das Volumen der Vertiefung nach der Beschichtung der Oberfläche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Blech durch Schmelztauchbeschichtung, insbesondere Feuerverzinkung beschichtet wird, wobei das Blech vor dem Walzen beschichtet wird. Schmelztauchbeschichtung ist gut beherrscht und bereits in hohem Maße in Herstellungsverfahren integriert. Vorzugsweise wird die Oberfläche mit einer geschlossenen Beschichtung beschichtet, wobei beim Einwalzen der Vertiefungen die Beschichtung nicht durchstoßen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist alternativ vorgesehen, dass das Blech elektrolytisch beschichtet wird, wobei das Blech nach dem Walzen beschichtet wird. Bei elektrolytischen Beschichtungen folgen die Beschichtungen sehr genau dem unbeschichteten geometrischen Verlauf der zu beschichtenden Oberfläche. Daher kann die Beschichtung im Anschluss an das Einwalzen der Vertiefungen erfolgen. Durch diese Reihenfolge ist eine sehr gleichmäßige Beschichtung, auch innerhalb der Vertiefungen, möglich. Denkbar ist, dass als Beschichtung Zink verwendet wird. Zink eignet sich hervorragend als Beschichtung. Bei einer Verarbeitung entsprechenden Verarbeitung des Zinks wird die Fließgrenze des Zinks an den hoch beanspruchten Stellen im Umformwerkzeug überschritten, wodurch der Schmierstoff vorteilhaft gezielt freigesetzt wird. Ferner verhindert eine Beschichtung mit Zink Korrosion des Blechproduktes.
Neben der elektrolytischen Beschichtung wie auch der Schmelztauchbeschichtung sind auch andere Beschichtungsverfahren denkbar, wie zum Beispiel PVD, CVD etc.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass ein Schmierstoff in die Vertiefungen eingebracht wird, wobei der Schmierstoff vorzugsweise nach dem Beschichten und/oder Walzen eingebracht wird. Dazu ist denkbar, dass die Oberfläche mit Öl besprüht wird. Ferner ist denkbar, dass zwischen 0,25 g/m² und 1,5 g/m² Öl auf die Oberfläche aufgetragen wird.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe ist ein Blech, wobei mindestens eine Oberfläche des Bleches mit einem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet wurde.
Alle vorstehenden Ausführungen unter „Offenbarung der Erfindung“ gelten gleichermaßen für das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Blech.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Figurenliste

1 zeigt schematisch ein Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Blech gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während des Dressierens.
3 zeigt schematisch einen Ausschnitt der Oberfläche eines Bleches gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt schematisch einen Ausschnitt der Oberfläche eines Bleches gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Blech und eine Walze gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während des Dressierens.
6 zeigt schematisch einen Ausschnitt der Oberfläche einer Walze gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In 1 ist das Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Das Blech 1 wird als Band bereitgestellt und mit Dressierwalzen 3 gewalzt. Dabei walzen die Dressierwalzen 3 wannenförmige Vertiefungen in die Oberfläche (siehe 2) des Bleches 2. Die Vertiefungen sind mehrere Mikrometer tief, mehrere Mikrometer lang und breit und können auf circa 40% der Oberfläche eingewalzt werden. Dazu sind die Dressierwalzen 3 zuvor mit einem Lasertexturierungsverfahren so bearbeitet worden, dass sie ein entsprechendes Negativ zum Einwalzen der Vertiefungen auf ihrer Walzenoberfläche aufweisen. Dabei ist bevorzugt, dass das Negativ für jede Vertiefung eine Erhebung aufweist, wobei die Erhebung höher ist als die von der Erhöhung eingewalzte Vertiefung tief ist. Dies ist unter anderem dadurch begründet, dass die Dressierwalzen 3 beim Walzen nicht vollflächig auf der Oberfläche des Blechvorproduktes 2 aufliegen, was zu negativen Effekten für den Walzvorgang führen würde. Um dies zu vermeiden, wird vorzugsweise zwischen Blechvorprodukt 1 und Dressierwalze 3 eine Dressierflüssigkeit angeordnet. Beim Einwalzen der Vertiefungen wird Material verdrängt, aus welchem gezielt Anhebungen auf der Oberfläche des Bleches 1 geformt werden (siehe ).
Dem Walzen anschließend werden die Oberflächen in der Beschichtungsanlage 4 elektrolytisch etwa 7 µm dick mit Zink beschichtet. Die Zinkschicht folgt nach dem elektrolytischen Beschichten der Oberflächengeometrie der unterliegenden Oberfläche, insbesondere den eingewalzten Vertiefungen und den geformten Anhebungen. Alternativ denkbar ist, dass das Beschichten mit Zink mittels Schmelztauchbeschichtung respektive Feuerverzinkung durchgeführt wird. Dabei müsste allerdings das Beschichten vor dem Dressieren durchgeführt werden, da eine durch Schmelztauchbeschichtung aufgetragene Beschichtung der Oberflächengeometrie der unterliegenden Oberfläche des Bleches 1, insbesondere den eingewalzten Vertiefungen, weniger gut folgt. Das der Feuerverzinkung nachgeordnete Einwalzen der Vertiefungen und Formen der Anhebungen würde diesen Nachteil jedoch wieder kompensieren.
In der Beölungsanlage 8 wird nun der Schmierstoff 8.1 auf die beschichtete Oberfläche aufgebracht, welcher sich u. a. in den Vertiefungen auf der beschichteten Oberfläche sammelt. Zur Vermeidung unnötiger Kosten und zu Gunsten der Umwelt ist dabei zu beachten, dass nur so viel Schmierstoff 8 aufgebracht wird, wie die Vertiefungen aufnehmen können.
Das gewalzte und beschichtete und zusätzlich beölte Blech 1 in Form eines Bandes wird zu einer Platine abgelängt, welches anschließend einer Umformung in einem Umformwerkzeug 5 zu einem Blechprodukt 2 unterzogen wird. Beispielhaft dargestellt ist hier das Tiefziehen als eine mögliche Form des Umformens. Das noch platinenförmige Blech 1 wird in das Umformwerkzeug 5 eingelegt. Äußere Ränder des Bleches 1 werden von Niederhaltern 5.3 des Umformwerkzeuges 5 auf Flanschen 5.4 des Umformwerkzeuges 5 festgehalten, während der Stempel 5.1 den inneren Bereich des Bleches 1 in die Matrize 5.2 presst. Dabei entstehen auf das Blech 1 wirkende Belastungen, unter anderem an den Niederhaltern 5.3, am Flansch 5.4 und am Stempel 5.1. Diese Belastungen bewegen sich im einstelligen MPa-Bereich. Insbesondere zu Beginn des Umformprozesses kommt es bei Blechen gemäß dem Stand der Technik zu einer unerwünschten Adhäsion zwischen der Oberfläche des Bleches und dem Umformwerkzeug 5. Grund dafür ist, dass das in den Vertiefungen mitgeführte Schmiermittel in einen durch die Oberflächenrauigkeit des Bleches und des Umformwerkzeugs 5 gebildeten Luftspalt einfließt. Dies wird durch die Anhebungen auf der Oberfläche des erfindungsgemäßen Bleches 1 verhindert. Die Anhebungen sorgen für einen ausreichenden Luftspalt zwischen dem Blech 1 und dem Umformwerkzeug 5, so dass die Adhäsion wirkungsvoll verringert wird.
An den Ziehkanten 5.5 wirken ebenfalls Belastungen auf das Blech 1. Die Belastungen hier sind jedoch deutlich höher als an den Niederhaltern 5.3, am Flansch 5.4 und am Stempel 5.1 und liegen in einem Bereich, in dem die Beschichtung plastisch verformt wird, die Vertiefungen also zerstört und der in den Vertiefungen enthaltene Schmierstoff 8.1 zum Schmieren freigesetzt wird. Durch den Blechfluss von den Flanschen 5.4 in Richtung der Ziehkanten 5.5 während des Tiefziehvorgangs werden immer wieder neue Vertiefungen zu den Ziehkanten 5.5 transportiert, welche dort ebenfalls durch plastische Verformung zerstört werden und den enthaltenen Schmierstoff 8.1 freisetzen. Somit ist eine kontinuierliche und sehr genau gezielte lokale Schmierung ermöglicht. Der Fachmann versteht, dass das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls bei anderen Umformverfahren eingesetzt werden kann. Nur als weitere Beispiele seien das Biegen, das Verwinden, das Drücken und das Streckziehen genannt, wobei die genannten Beispiele keine vollständige Aufzählung der möglichen Umformverfahren sind.
In 2 ist schematisch ein Schnitt durch ein Blech 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während des Dressierens dargestellt. Zu erkennen ist ein Schnitt orthogonal zur Haupterstreckungsebene der Oberfläche 7 des Bleches 1. Die Dressierwalze 3 walzt mit den Formgebungsanhebungen 11 Vertiefungen 6 in die Oberfläche 7 des Bleches 1. Das aus den Vertiefungen 6 verdrängte Material wird in den Formgebungsvertiefungen 10, 10', 10" zu Anhebungen 9, 9', 9" geformt. Die Höhe Anhebungen 9, 9, 9" wird dabei durch die Ausdehnung der Formgebungsvertiefungen 10, 10', 10" gesteuert. Die erste Formgebungsvertiefung 10' weist eine große Ausdehnung entlang der Haupterstreckungsfläche der Walzenoberfläche auf. Die in der ersten Formgebungsvertiefung 10' geformte erste Anhebung 9' wird schnell geformt und erwächst während des Dressiervorgangs so zu einer großen Höhe. Die zweite Formgebungsvertiefung 10" weist eine geringe Ausdehnung entlang der Haupterstreckungsfläche der Walzenoberfläche auf. Die in der zweiten Formgebungsvertiefung 10" geformte zweite Anhebung 9" wird langsamer geformt und erwächst durch die nur endliche Zeit des Dressiervorgangs so zu einer geringeren Höhe.
3 zeigt schematisch einen Ausschnitt der Oberfläche 7 eines Bleches 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zu erkennen sind Vertiefungen 6, deren Projektionen auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche 7 I-förmig sind. Die Vertiefungen 6 weisen den Schmierstoff (hier nicht gezeigt) auf.
Die Oberfläche 7 weist auf mehr als 30% ihrer Fläche die Vertiefungen 6 auf. In den Vertiefungen 6 vollständig von den Vertiefungen 6 umschlossen sind die Anhebungen 9 angeordnet.
4 zeigt schematisch einen Ausschnitt der Oberfläche 7 eines Bleches 1 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zu erkennen sind Vertiefungen 6. In den Vertiefungen 6 vollständig von den Vertiefungen 6 umschlossen sind die Anhebungen 9 angeordnet. Auf den Anhebungen 9 vollständig von den Anhebungen 9 umschlossen sind die weiteren Vertiefungen 6' angeordnet. Die, wie die Vertiefungen 6, mit Schmierstoff (hier nicht gezeigt) gefüllten weiteren Vertiefungen 6' verbessern das Schmieren der Oberfläche 7 des Bleches 1 im Umformwerkzeug weiterhin, ohne dabei jedoch zu einer merklich vermehrten Adhäsion zwischen der Oberfläche 7 des Bleches 1 und dem Umformwerkzeug beizutragen. Die Menge des Schmierstoffes in den weiteren Vertiefungen 6' ist zu gering, um die Adhäsion nachteilig zu verstärken.
5 zeigt im Schnitt eine Geometrie der Walzenoberfläche, welche in Form von Formgebungsvertiefungen 10, 10', 10" auf der Walze 3 von links nach rechts in der Breite bzw. in der Erstreckung abnimmt. Die unterschiedliche Geometrie auf der Oberfläche der Walze 3 respektive die Abnahme der Breite hat Einfluss auf die Ausbildung der Anhebungen 9, 9, 9" auf der Oberfläche 7 des Bleches 1, so dass Anhebungen 9, 9', 9" gezielt einstellbar sind durch entsprechende Strukturierung der Oberfläche der Walze 3. Unterschiedliche Formgebungsvertiefungsbereiche können durch einbeschriebene Kreise in der Ebene gekennzeichnet und verglichen werden. So ergeben sich in dieser Darstellung vier Kreise mit vier unterschiedlichen Radien r, welche jeweils die Kontur der zugeordneten Formgebungsvertiefung in zwei Punkten berührt, woraus der jeweilige Abstand b ableitbar ist. Daraus wiederrum kann die Anhebungshöhe t bestimmt werden. Zu entnehmen ist, dass Material aus dem Bereich der schmalsten Formgebungsvertiefung (ganz rechts) in Richtung der links daneben angeordneten Formgebungsvertiefung verdrängt wird, so dass dort eine größere Anhebungshöhe eingestellt werden kann. In der breitesten Formgebungsvertiefung (ganz links) kann leichter Material einfließen, wobei in der Formgebungsvertiefung rechts daneben infolge einer Druckverminderung weniger Material einfließen kann. Die gezeigten, optionalen kleinen Formgebungsvertiefungen jeweils zwischen den Formgebungsvertiefungen mit variierender Breite weisen derart hohe Fließwiderstände auf, sodass zu Beginn des Dressierens kaum Material einfließt, sondern sich die Form erst mit zunehmenden und sehr hohen Walzkräften füllt.
Angewandt auf Formgebungsvertiefungen mit variabler Breite ergeben sich somit unterschiedliche Anhebungshöhen t als Funktion der lokalen Breite b. Beispiele sind der folgenden Tabelle zu entnehmen:

i r [µm] b [µm] t [µm]

1 20,8 27,3 5,1

2 15,3 21,1 4,2

3 14,3 21,1 4,7

4 10,6 15,0 3,1
6 zeigt schematisch einen Ausschnitt der Oberfläche einer Walze 3 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zu erkennen sind Formgebungsvertiefungen 10, 10', 10", die unterschiedlich ausgeführt sein können. Kreisförmig dargestellt sollen Anhebungen 9, 9', 9" gekennzeichnet sein, die unterschiedliche Radien r und unterschiedliche Anhebungshöhen t lokal aufweisen können.
Bezugszeichenliste

1: Blech
2: Blechprodukt
3: Dressierwalze
4: Beschichtungsanlage
5: Umformwerkzeug
5.1: Stempel
5.2: Matrize
5.3: Niederhalter
5.4: Flansch
5.5: Ziehkante
6: Vertiefung
6': weitere Vertiefung
6.1: Boden
7: Oberfläche
8: Beölungsanlage
8.1: Schmierstoff
9, 9', 9''': Anhebung
10, 10', 10'': Formgebungsvertiefung
11: Formgebungsanhebung
r: Radius Kreis, Kugel
t: Anhebungshöhe
b: Abstand zwischen zwei Punkten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012017703 A1 [0005, 0010]

Claims

Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Bleches (1), wobei das Blech (1) mit einer Dressierwalze (3) gewalzt wird, wobei beim Walzen in mindestens eine Oberfläche (7) des Bleches (1) Vertiefungen (6) eingewalzt werden, wobei beim Einwalzen der Vertiefungen (6) Material verdrängt wird, wobei das verdrängte Material beim Walzen gezielt zu Anhebungen (9) geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anhebungen eine Oberflächenrauheit des Bleches (1) überragend geformt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anhebungen (9) durch konkave Formgebungsvertiefungen (10) auf einer Walzenoberfläche der Dressierwalze (3) gezielt geformt werden, wobei die Höhe der einzelnen Anhebungen (9) bevorzugt durch die geometrische Gestalt der Formgebungsvertiefungen (10) bestimmt wird, wobei besonders bevorzugt zur Erzielung einer ersten Höhe einer ersten Anhebung (9') eine erste Formgebungsvertiefung (10') mit einer ersten Ausdehnung einer entlang einer Haupterstreckungsfläche der Walzenoberfläche verwendet wird und zur Erzielung einer zweiten Höhe einer zweiten Anhebung (9") eine zweite Formgebungsvertiefung (10") mit einer zweiten Ausdehnung einer entlang der Haupterstreckungsfläche der Walzenoberfläche verwendet wird, wobei die erste Höhe größer ist als die zweite Höhe und die erste Ausdehnung größer ist als die zweite Ausdehnung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Höhe der einzelnen Anhebungen (9) durch die Anzahl der die Anhebung (9) umgebenden Vertiefungen (6) pro Fläche auf der Oberfläche (7) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Höhe der einzelnen Anhebungen (9) durch die Ausdehnung der die Anhebung (9) umgebenden Vertiefungen (6) entlang der Haupterstreckungsfläche der Oberfläche (7) pro Fläche auf der Oberfläche (7) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine oder mehrere Anhebungen (9) bezogen die Haupterstreckungsebene der Oberfläche (7) in einer Vertiefung (6) angeordnet geformt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefungen (6) jeweils einen Tiefenverlauf entlang der Haupterstreckungsebene der Oberfläche (7) aufweisend gewalzt werden, wobei das Formen der Anhebungen (9) durch den Tiefenverlauf unterstützt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anhebungen (9) mit einer Höhe von jeweils zwischen 0,1 µm und 3,5 µm und bevorzugt zwischen 0,3 µm und 1,8 µm geformt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefungen (6) bezogen auf eine Haupterstreckungsebene des Bleches (1) als geschlossene Vertiefungen (6) eingewalzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine oder mehrere weitere Vertiefungen (6') bezogen die Haupterstreckungsebene der Oberfläche (7) auf einer Anhebung (9) angeordnet eingewalzt werden, wobei die weiteren Vertiefungen (6') bezogen auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche (7) bevorzugt als geschlossene weitere Vertiefungen (6') eingewalzt werden, wobei die weiteren Vertiefungen (6') besonders bevorzugt mit einer Tiefe zwischen 0,05 µm und 2,5 µm, insbesondere zwischen 0,1 µm und 0,8 µm, auf der Anhebung (9) eingewalzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefungen (6) bezogen auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche (7) I-förmig, rechteckig, oval, rund und/oder quadratisch eingewalzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anhebungen (9) bezogen auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche I-förmig, rechteckig, oval, rund und/oder quadratisch geformt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefungen (6) mit einer Tiefe von 0,5 µm bis 15 µm, bevorzugt 0,5 µm bis 6 µm und besonders bevorzugt von 2 µm bis 4 µm eingewalzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Blech (1) durch Schmelztauchbeschichtung beschichtet wird, wobei das Blech (1) vor dem Walzen beschichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Blech (1) elektrolytisch beschichtet wird, wobei das Blech (1) nach dem Walzen beschichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Schmierstoff (8.1) in die Vertiefungen (6) eingebracht wird, wobei der Schmierstoff (8.1) vorzugsweise nach dem Beschichten und Walzen eingebracht wird.
Blech (1), wobei mindestens eine Oberfläche des Bleches (1) mit einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche bearbeitet wurde.