DE10221515C1 - Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumrohres - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumrohres

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumrohres, ein Aluminiumrohr zur Weiterverarbeitung in mindestens einem nachfolgenden Umformverfahren sowie eine Verwendung des Aluminiumrohres. Die Aufgabe, ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumrohres mit erhöhtem Umformpotential zur Verfügung zu stellen, wird dadurch gelöst, dass die äußere Oberfläche des Aluminiumrohres mittels Dressierwalzen texturiert wird. Durch das Aufbringen einer Textur mittels Dressierwalzen wird zum einen eine ausreichend große Rauhigkeit auf der Oberfläche des Aluminiumrohres erzielt, sodass der Umformgrad in nachfolgenden Umformprozessen gesteigert werden kann, andererseits kann das Aufrauen der Oberfläche in bestehende Fertigungsprozesse beispielsweise für längsnahtgeschweißte oder stranggepresste Aluminiumrohre integriert werden, sodass eine zügige und einfache Herstellung des Halbzeugs möglich wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumrohres, ein Aluminiumrohr zur Weiterverarbeitung in mindestens einem nachfolgenden Umformverfahren sowie eine Verwendung des Aluminiumrohres.
Es ist bekannt beispielsweise längsnahtgeschweißte oder stranggepresste Aluminiumrohre als Halbzeuge in weiteren Umformprozessen zu verwenden. Insbesondere durch ein Innenhochdruckumformen lassen sich aus Aluminiumrohren Bauteile mit einer komplexen Formgebung, beispielsweise für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges, herstellen. Die fertigungsbedingt sehr glatte Außenoberfläche - längsnahtgeschweißter und stranggepresster Aluminiumrohre mit einer Rauhigkeit in Längsrichtung von unter Ra = 0,1 µm führt allerdings beim Innenhochdruckumformen zu einer erhöhten Reibung am Umformwerkzeug. Daher lassen sich beim Innenhochdruckumformen nur geringe Umformgrade erzielen. Darüber hinaus können in kritischen Umformbereichen des Halbzeugs Produktionsfehler entstehen, sodass ein störungsfreier Produktionsablauf nicht gewährleitstet werden kann. Werden nun größere Umformgrade gefordert, müssen die Aluminiumrohre entweder beschichtet oder deren Oberfläche durch Oberflächenstrahlen vor der Verarbeitung aufgeraut werden. Beide Maßnahmen führen zu einem erheblichen Kosten- und Zeitaufwand im Fertigungsprozess.
Bei herkömmlichen Blechumformprozessen, beispielsweise dem Tiefziehen, ist es bekannt, durch Nachwalzen des flachen Bandmaterials eine genau definierte Textur auf die Bandoberfläche aufzubringen, um den größtmöglichen Umformgrad ohne Reißer zu erzielen, d. h. das Umformpotential, beim Tiefziehen zu steigern. Die Steigerung des Umformgrades resultiert aus den in der Textur des Bandmaterials vorhandenen Rauheitstälern, welche als Schmierstoffreserven beim Umformen dienen, sodass bei kritischen Umformungen genügend Schmierstoff zur Verfügung gestellt werden kann. Die Rauheitstäler werden dazu mittels Dressierwalzen in einem Nachwalzprozess unmittelbar vor dem eigentlichen Umformprozess in das Bandmaterial eingeprägt.
Beispielsweise ist aus der deutschen Patentschrift DE 30 08 679 C2 sowie aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 37 13 909 A1 bekannt, die Tiefzieheigenschaften eines Bleches oder Bandes aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch eine raue Oberflächenstruktur des Bleches oder Bandes zu verbessern, wobei das Einprägen der Oberflächenstruktur in das Blech oder Band im letzten Walzgang mittels Dressierwalzen erfolgt.
Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumrohres mit erhöhtem Umformpotential bzw. ein entsprechendes Aluminiumrohr zur Weiterverarbeitung in mindestens einem nachfolgendem Umformverfahren zur Verfügung zu stellen sowie eine bevorzugte Verwendung des Aluminiumrohres vorzuschlagen.
Gemäß einer ersten Lehre der Erfindung wird die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe verfahrensmäßig dadurch gelöst, dass die äußere Oberfläche des Aluminiumrohres mit Hilfe von Dressierwalzen texturiert wird. Durch das Aufbringen einer Textur unter Verwendung von Dressierwalzen wird einerseits eine ausreichend große Rauhigkeit auf der Oberfläche des Aluminiumrohres erzielt, sodass der Umformgrad in nachfolgenden Umformprozessen gesteigert werden kann, andererseits kann das Aufrauen der Oberfläche in bestehende Fertigungsprozesse beispielsweise für stranggepresste oder längsnahtgeschweißte Aluminiumrohre integriert werden, sodass eine zügige und einfache Herstellung des Aluminiumrohres möglich wird. Dabei können als Dressierwalzen prinzipiell separate oder in den Kaltwalzprozess integrierte auf das Aluminiumband für längsnahtgeschweißte Aluminiumrohre einwirkende Dressierwalzen oder alle beim Walzprofilieren eingesetzte Walzen, Biegerollen oder Kalibrierwalzen verwendet werden.
Werden Dressierwalzen mit einer nach dem "Electrical Discharge Texturing" (EDT)-Verfahren oder dem "Lasertex"(LT)-Verfahren bearbeiteten Oberfläche verwendet, so kann, gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, die Oberfläche mit hoher Reproduzierbarkeit aufgeraut werden. Beim EDT-Verfahren werden Elektroden radial an die rotierende Walzenoberfläche herangefahren und in axialer Richtung oszilliert. Durch einen Erodierimpuls formieren sich Partikel im Dielektrikum zwischen Walze und Elektrode zu einer Dipolbrücke, und es fließt Strom. Ein kleiner Bereich der Walzenoberfläche wird aufgeschmolzen und im Dielektrikum bildet sich eine Gasblase. Bei Ausschalten des Erodierimpulses implodiert die Gasblase und der geschmolzene Walzenwerkstoff wird herausgeschleudert. Die Rauheit kann daher unabhängig von der Walzenhärte über Parameter wie Spannung, Steuerzeiten und Abstand der Elektroden variiert werden. Unabhängig von der Walzenhärte kann die Walzenoberfläche auch mit dem LT- Verfahren texturiert werden. Beim LT-Verfahren wird ein Laserstrahl auf die Walze fokussiert, der einen kleinen Bereich der Oberfläche aufschmilzt. Ein Chopperrad unterbricht den Laserstrahl, wobei die Schmelze durch den Druck des Plasmas und eines Inertgases ausgeblasen wird. Dabei sammelt sich die Schmelze entweder zu einer Wulst um den Kraterrand oder wird an einer Seite des Kraters angehäuft und erstarrt dort. Die Rauheit der Oberfläche kann dabei über die Laserleistung, den axialen Vorschub der Walze, sowie die Walzen- und Chopperdrehzahl eingestellt werden. Besonders vorteilhaft sind Dressierwalzen mit hoher Walzenhärte, deren Oberfläche mit einem der oben genannten Verfahren aufgeraut worden ist, da sie beim Dressieren besonders hohe Standzeiten aufweisen. Darüber hinaus sind als mögliche Texturierungsverfahren auch das "Electron Beam Texturing"(EBT)-Verfahren sowie das "Shot Bläst Texturing"(SBT)-Verfahren bekannt.
Wird, gemäß einer nächsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, das Aluminiumrohr durch Umform- und Kalibrierwalzen sowie Längsnahtschweißen eines Aluminiumbandes hergestellt und die Textur vor dem Umformwalzen auf das Aluminiumband aufgeprägt, so kann ein bereits texturiertes Bandmaterial als Rohmaterial auf bestehenden Fertigungsanlagen zur Herstellung des Halbzeugs eingesetzt werden.
Die Textur der äußeren Oberfläche des längsnahtgeschweißten Aluminiumrohres wird am wenigsten durch nachfolgende Walzprozesse verändert, wenn, gemäß einer nächsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, alternativ oder kumulativ die Textur vor dem Kalibrierwalzen oder während des Kalibrierwalzens aufgeprägt wird.
Darüber hinaus ist es, gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, möglich, die Textur nach der Fertigstellung des längsnahtgeschweißten Aluminiumrohres also unmittelbar vor dem nächsten Umformschritt einzubringen, indem alternativ oder kumulativ die Textur nach dem Kalibrierwalzen aufgeprägt wird.
Gemäß der zweiten Lehre der Erfindung wird die zuvor hergeleitete Aufgabe für ein Aluminiumrohr zur Weiterverarbeitung in mindestens einem nachfolgendem Umformverfahren dadurch gelöst, dass die äußere Oberfläche des Aluminiumrohres eine Textur aufweist. Durch die Rauheit der Oberfläche werden bei nachfolgenden Umformprozessen die Reibwerte zwischen Werkstück und Umformwerkzeug verringert. Dies führt, aufgrund des erhöhten Umformpotentials des Aluminiumrohres, zu einem insgesamt verbesserten Umformverhalten in nachfolgenden Umformprozessen, sodass die Prozesssicherheit beim Umformen deutlich gesteigert werden kann.
In kritischen Umformbereichen kann, gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aluminiumrohres, ein sicheres Umformen gewährleistet werden, indem die Textur Rauheitstäler und/oder Schmierstofftaschen zur Speicherung von Schmierstoffen aufweist. Darüber hinaus kann gegebenenfalls die beim Umformen eingesetzte Schmierstoffmenge reduziert werden.
Weist die Textur napfartige Vertiefungen auf, so ist es, gemäß einer nächsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aluminiumrohres, möglich, auf besonders einfache Weise Schmierstoffspeicher auf der Oberfläche des Aluminiumrohres zur Verfügung zu stellen.
Besonders gute Umformeigenschaften können in einem nachfolgenden Innenhochdruckumformverfahren erzielt werden, wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aluminiumrohres, die äußere Oberfläche des Aluminiumrohres eine gegenüber dressierten Blechhalbzeugen vergrößerte Oberflächenrauhigkeit aufweist. Insbesondere kann durch diese Maßnahme der erhöhten Flächenpressung beim Innenhochdruckumformen Rechnung getragen werden.
Aufgrund des gesteigerten Umformpotentials des Aluminiumrohres und der resultierenden hohen Prozesssicherheit bei nachfolgenden Umformverfahren ist gemäß der dritten Lehre der Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Aluminiumrohres in einem Innenhochduckumformverfahren besonders vorteilhaft.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumrohres gemäß der ersten Lehre der Erfindung, das Aluminiumrohr gemäß der zweiten Lehre der Erfindung sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen Aluminiumrohres gemäß der dritten Lehre der Erfindung auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 5 nachgeordneten Patentansprüche andererseits auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt die einzige Figur schematisch die Textur eines Ausschnittes der äußeren Oberfläche eines Ausführungsbeispiels eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Aluminiumrohres.
Die Figur zeigt schematisch einen Ausschnitt 1 der äußeren Oberfläche eines erfindungsgemäßen Aluminiumrohres mit einer Textur 2, die aus einer Anzahl napfartigen Vertiefungen 3 besteht. Die Textur 2 wurde dabei mit einer mit dem LT-Verfahren texturierten Dressierwalze auf die äußere Oberfläche eines längsnahtgeschweißten Aluminiumrohres aufgeprägt.
Die napfartigen Vertiefungen 3 weisen zusätzlich vertiefte Schmierstofftaschen 4 auf, welche von auf der Walzenoberfläche befindlichen Wülsten herrühren. Beim LT- Verfahren werden die Wülste durch kurzzeitiges Aufschmelzen des Walzenmaterials erzeugten. Dabei lagert sich das im Kraterbereich aufgeschmolzene Walzenmaterial beim Erstarren am Rand des Kraters in einer Wulst ab.
In den entsprechend ausgeprägten napfartigen Vertiefungen 3 und den Schmierstofftaschen 4 auf der Oberfläche des Halbzeuges kann der vor einem nachfolgenden Umformschritt auf das Halbzeug gebrachte Schmierstoff gespeichert werden. Werden nun bei einem Umformvorgang die Schmierstofftaschen 4 und/oder die napfartigen Vertiefungen 2 gestreckt bzw. gestaucht, kann der darin enthaltene Schmierstoff in den Zwischenraum zwischen Halbzeug und Umformwerkzeugwand austreten und deren Reibungswerte auch bei starken Umformungen niedrig halten. Insbesondere die Umformung kritischer Bereiche mit erhöhten Umformgraden wird dadurch deutlich erleichtert, sodass einerseits das Formänderungspotential des Aluminium verbessert wird und andererseits die Produktionssicherheit insbesondere beim Innenhochdruckumformen wesentlich gesteigert werden kann.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumrohres dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche des Aluminiumrohres mit Hilfe von Dressierwalzen texturiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Dressierwalzen mit einer nach dem EDT- oder Lasertex- Verfahren bearbeiteten Oberfläche verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Aluminiumrohr durch Umform- und Kalibrierwalzen sowie Längsnahtschweißen eines Aluminiumbandes hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Textur vor dem Umformwalzen auf das Aluminiumband aufgeprägt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass alternativ oder kumulativ die Textur vor dem Kalibrierwalzen oder während des Kalibrierwalzens aufgeprägt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass alternativ oder kumulativ die Textur nach dem Kalibrierwalzen aufgeprägt wird.
6. Aluminiumrohr zur Weiterverarbeitung in mindestens einem nachfolgenden Umformverfahren, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche (1) des Aluminiumrohres eine Textur (2) aufweist.
7. Aluminiumrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Textur (2) Rauheitstäler und/oder Schmierstofftaschen (4) zur Speicherung von Schmierstoffen aufweist.
8. Aluminiumrohr nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Textur (2) napfartige Vertiefungen (3) aufweist.
9. Aluminiumrohr nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche des Aluminiumrohres eine gegenüber dressierten Blechhalbzeugen vergrößerte Oberflächenrauhigkeit aufweist.
10. Verwendung eines Aluminiumrohres gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9 in einem Innenhochdruckumformverfahren.
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