DE10317080B4

DE10317080B4 - Verfahren zur Herstellung von Blechformteilen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10317080B4
Application number: DE10317080A
Authority: DE
Inventors: Peter Stolfig
Original assignee: Peter Stolfig
Current assignee: TECHMAG AG, CH
Priority date: 2003-04-12
Filing date: 2003-04-12
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2023-04-13
Also published as: DE10317080A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Blechformteilen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen in einer Anordnung, bestehend aus einem Schmelzofen oder einem Schmelztiegel, einer Stranggießeinrichtung, einem oder mehreren Walzgerüsten, einer Schneideinrichtung, einer oder mehreren Pressen und einer Abkühleinrichtung, wobei die Gesamtheit der Einrichtungen in einem Schutzgas- oder Vakuumraum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung fertiger Blechformteile direkt im Anschluß an den Walzprozeß durch Umformen mit mindestens einer Presse in einem Temperaturbereich von >350°C bis 450°C erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Blechformteilen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung zur Herstellung von Blechformteilen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 2 zur Durchführung des Verfahrens.

Bekannt ist aus der EP 0 706 843 B1 ein Verfahren zur Herstellung von gekrümmten Hohlprofilen durch eine Kombination von Strangpressen und Biegen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei dem Verfahren zur Herstellung von gekrümmten Hohlprofilquerschnitten mit großen Wanddickenunterschieden im Strangpreßverfahren, die eine geringe Wandstärke bezogen auf den umschreibenden Kreis des Strangpreßprofils aufweisen, wird das Hohlprofil gleichzeitig mit oder unmittelbar nach dem formgebenden Strangpreßvorgang durch eine quer zur Strangpreßrichtung auf das Werkstück einwirkende Kraft gebogen, wobei eine Kraftkomponente als Zug- oder Druckkraft beim formgebenden Strangpreßvorgang auf die Querschnittsfläche der entstehenden Profilwände einwirkt.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von gekrümmten, hohlen Strangpreßprofilen unter Einwirkung einer auf das Strangpreßprofil ausgeübten Querkraft besteht aus einer Blockerwärmungsanlage, einer Strangpreßvorrichtung mit Matrize, die am Austritt des Stranges eine Austrittsebene aufweist, sowie Einrichtungen zur Blockhandhabung, Scher- bzw. Fördereinrichtungen und einer Abkühlstrecke, wobei nach der Matrize in Strangpreßrichtung gesehen eine an den austretenden Strang andrückbare Rolle, eine ein Gaspolster erzeugende Druckquelle oder eine Induktionsspule angeordnet ist, wobei in dem Raum zwischen querkrafterzeugender Vorrichtung und Austrittsebene des Stranges eine von Anlageflächen freie Zone des austretenden Stranges vorhanden ist und wobei die Querkraft über einen Zustellweg auf den Strang aufgebracht wird, der im wesentlichen parallel zur Strangaustrittsebene verläuft.

Des weiteren ist aus der DE 100 03 970 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Magnesiumlegierungen mit einer superplastischen Gefügestruktur bekannt. Bei dem Verfahren wird eine Magnesiumlegierung, vorzugsweise in Bolzenform, einer zweistufigen Wärmebehandlung und anschließend einer Umformung durch Strangpressen, Walzen oder Schmieden unterworfen.

Nachteilig an den vorbekannten Verfahren ist die Tatsache, daß zuerst aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen bestehende Halbzeuge, wie zum Beispiel Bolzen, Blöcke, Bleche usw., hergestellt werden müssen. Diese müssen dann in einem Ofen auf die erforderliche Prozeßtemperatur vorgewärmt werden, die je nach Material zwischen 200°C und 400°C liegt. Nachdem das Halbzeug nach einer genügend lange bemessenen Zeit im Ofen die notwendige Temperatur angenommen hat, wird dieser in den Rezipienten oder Aufnehmer der Presse eingeführt.

Weiterhin ist aus der DE 100 52 423 C1 ein Verfahren zum Erzeugen eines Magnesium-Warmbandes bekannt, bei dem eine Schmelze aus einer Magnesium-Legierung kontinuierlich zu einem Vorband mit einer Dicke von höchstens 50 mm vergossen wird, und bei dem das gegossene Vorband direkt aus der Gießhitze bei einer Warmwalzanfangstemperatur mindestens 250°C und höchstens 500°C zu einem Warmband mit einer Enddicke von höchstens 4 mm warmgewalzt wird, wobei im ersten Stich des Warmwalzens eine Dickenreduktion von mindestens 15% erzielt wird. Die Gießwalzanlage umfaßt in Förderrichtung hintereinander angeordnet einen Schmelzofen, eine Erstarrungseinrichtung, eine erste Treibereinrichtung, eine Schere, eine zweite Treibereinrichtung, einen Homogenisierungsofen, eine erste Haspeleinrichtung, einen dritten Treiber, ein Reversierwalzgerüst, einen vierten Treiber eine vierte Haspeleinrichtung und einen Rollgang.

Die flüssige Schmelze wird direkt in die Walzeinrichtung gegossen und in mehreren Stichen auf die entsprechende Dicke ausgewalzt, wobei das Warmband in Zwischenschritten jeweils aufgehaspelt wird. Am Ende entsteht ein auf Rollen aufgehaspeltes Magnesiumband mit verbesserter Umformbarkeit. Dieses wird dann an entsprechende Weiterverarbeiter geliefert, wo es zu Endprodukten verarbeitet wird.

Aus der JP 58 044 905 A ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein endloses Schmelzgußteil in Form eines Coils durch Durchlaufen mehrerer Walzenpaare hergestellt wird. Ausgehend von einem Schmelzofen bzw. -tiegel wird das flüssige Metall auf eine beheizbare Platte aufgebracht, die erstarrte Schmelze anschließend mittels Walzenpaaren auf eine vorbestimmte Dicke gewalzt und aufgewickelt.

Aus der DE 101 56 034 A1 ist eine Anordnung zur Herstellung von Profilen und Blechformteilen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen bekannt. Die Herstellung der Profile oder Blechformteile erfolgt in einer inerten Atmosphäre unmittelbar im Anschluß an den Gießprozeß durch eine kontinuierliche Warmumformung in einer Anordnung, deren einzelne Einrichtungen miteinander verkettet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens zur Herstellung von Blechformteilen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen zu schaffen, bei dem diese unmittelbar im Anschluß an den Gießprozeß durch eine kontinuierliche Warmumformung herstellbar sind. Gegenstand der Erfindung ist hier nicht die Herstellung eines Endlosmagnesiumbandes (Halbzeug), sondern die Herstellung fertiger Blechformteile aus Magnesium bzw. Magnesiumlegierungen.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch, daß die Herstellung fertiger Blechformteile direkt im Anschluß an den Walzprozeß durch Umformung mit mindestens einer Presse in einem Temperaturbereich von >350°C bis 450°C erfolgt. Desweiteren wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruches 2 gelöst.

Um eine Rekristallisierung des Gefüges zu ermöglichen, können zwischen Schmelzofen oder Schmelztiegel und der Schneideinrichtung oder der Schneideinrichtung und der ersten Presse Erwärmungs- oder Kühleinrichtungen vorgesehen sein, die gewährleisten, daß das zu verarbeitende Material auf die oben genannte Temperatur gehalten wird.

In einer inerten Atmosphäre wird die flüssige Schmelze vom Schmelzofen oder Schmelztiegel kommend in eine Stranggießeinrichtung eingebracht und vorzugsweise durch einen Walzprozeß in Längsrichtung und wahlweise Auswalzen in alle Richtungen ein Magnesiumblech vorbestimmter Dicke hergestellt, ohne das Metall dabei abkühlen zu lassen. Der in der Stranggießanlage erzeugte Strang hat vorzugsweise eine Dicke von ca. 10 mm bei einer Breite von mindestens 100 mm.

Das Umformen zum Blechformteil des noch warmen Magnesiumbleches erfolgt bei >350°C bis 450°C im direkten Anschluß an den Walzprozeß, ohne eine vorherige Abkühlung des Metalls.

Nach dem Walzprozeß wird das Magnesiumblech in einzelne Platinen vorgegebener Größe mittels einer Schneideinrichtung geteilt. Diese werden einer ersten Presse, vorzugsweise einer Hydraulikpresse, zugeführt und in dieser entsprechend umgeformt. In einer sich daran anschließenden weiteren Hydraulikpresse können dann Befestigungselemente, wie zum Beispiel Stanzmuttern, Einnietbolzen, Durchzüge, Massebolzen usw. in das noch >350°C bis 450°C warme Magnesiumblech-Formteil unmittelbar im Anschluß an den Formgebungsprozeß in der ersten Hydraulikpresse eingebracht werden. Im Anschluß daran wird das so gefertigte Formteil einer Abkühlstrecke übergeben, wo dieses auf Raumtemperatur gekühlt wird.

Alle Einrichtungen der Vorrichtung sind untereinander verkettet und befinden sich in einem Raum mit einer inerten Atmosphäre (Schutzgas) oder in einem Vakuum. Dadurch werden Oxidbildungen bzw. ein Abbrand auf der Oberfläche vermieden.

Insgesamt wird der Fertigungsprozeß vom Gießen bis zur Abkühlung des fertigen Blechformteils auf Raumtemperatur in einer inerten Atmosphäre oder im Vakuum durchgeführt, wobei das Metall bis zur Abkühlzone konstant auf eine Prozeßtemperatur von >350°C bis 450°C gehalten wird.

Die Nutzung der Prozeßwärme, die beim Schmelzen von Magnesium oder Magnesiumlegierungen, beim Stranggießen und beim Umformen in den Pressen entsteht, erfolgt durch entsprechende Wärmetauscher und Luftführungskanäle. Die rückgewonnene Wärme wird den einzelnen Einrichtungen der Anordnung wieder zugeführt, um die Temperatur des Materials nicht unter die Prozeßtemperatur von >350°C bis 450°C sinken zu lassen.

Mit dem neuen Verfahren ist es möglich, Blechformteile aus Magnesium oder Magnesiumlegierung unmittelbar im Anschluß an den Gießprozeß durch eine kontinuierliche Warmumformung herzustellen. Es wird hier eine kontinuierliche Fertigung, quasi eine Endlosfertigung, ausgehend vom Schmelzprozeß des Magnesiums bzw. einer Magnesiumlegierung über den Gießprozeß bis hin zum Umformprozeß erreicht, wobei am Ende fertige Blechformteile die Anordnung verlassen.

Desweiteren besteht die Möglichkeit, zwischen der Schneideinrichtung und der Umformpresse eine Stanzeinrichtung vorzusehen, um vor der Umformung Stanzlöcher und/oder Formlöcher einzubringen, die bei der Umformung formstabil bleiben und ihren Querschnitt nicht verändern.

Um den Energiebedarf der Anlage, insbesondere des Schmelzofens, zu minimieren, wird vorgeschlagen, die Pressen mit einer Sammeleinrichtung für die Stanzabfälle zu versehen und diese über eine Transporteinrichtung mit dem Schmelzofen zu verbinden. Die Stanzabfälle sowie Abfälle der Scheideinrichtung werden in den Schmelzofen bzw. Schmelztiegel rückgeführt. Auch diese Rückführung erfolgt innerhalb des Schutzgas- oder Vakuumraumes.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher beschrieben werden.
Die 1 zeigt eine Prinzipdarstellung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einer ersten Ausführung.
Die Vorrichtung besteht aus einem Schutzgasraum 1, in dem ein Schmelzofen 2, eine Stranggießeinrichtung 3, ein Walzgerüst 4, eine Schneideinrichtung 5, eine erste Hydraulikpresse 6 und eine zweite Hydraulikpresse 7 sowie eine Abkühleinrichtung 8 angeordnet sind. Die einzelnen Einrichtungen 2 bis 8 sind untereinander verkettet. Nachdem die Magnesiumschmelze im Schmelzofen 2 in die flüssige Phase gebracht wurde, wird diese einer Stranggießeinrichtung 3 übergeben. Daran anschließend wird der eine Temperatur von ca. 400°C aufweisende Strang in einem Walzgerüst 4 zu einem Magnesiumblech vorbestimmter Dicke ausgewalzt. Nach dem Walzprozeß wird das Magnesiumblech in Platinen vorgegebener Größe zugeschnitten. Dies erfolgt in einer Schneideinrichtung 5 mittels umlaufender Trennmesser. Die einzelnen Platinen werden in einer ersten Hydraulikpresse 6 umgeformt und einer zweiten Hydraulikpresse 7 übergeben. In dieser werden dann Befestigungselemente, wie zum Beispiel Stanzmuttern, Durchzüge oder Massebolzen, in das Umformten eingebracht. Danach wird das fertige Profil bzw. Blechformteil in einer Abkühleinrichtung auf Raumtemperatur abgekühlt.
Die an den jeweiligen Einrichtungen entstehende Prozeßwärme wird mittels Wärmetauscher zurückgewonnen und über Luftführungskanäle den Einrichtungen der Vorrichtung wieder zugeführt. Der gesamte Fertigungsprozeß läuft von der Stranggießeinrichtung bis zur letzten Hydraulikpresse kontinuierlich unter einer Prozeßtemperatur von >350°C bis 450°C, vorzugsweise bei 400°C ab.
In der 2 wird eine weitere Prinzipdarstellung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gezeigt.
Die Vorrichtung besteht aus einem Schutzgasraum 1, in dem ein Schmelzofen 2, eine Stranggießeinrichtung 3, ein Walzgerüst 4, eine Schneideinrichtung 5, eine erste Hydraulikpresse 6 und eine zweite Hydraulikpresse 7 sowie eine Abkühleinrichtung 8 angeordnet sind. Zwischen dem Walzgerüst 4 und der Schneideinrichtung 5 ist eine Erwärmungs- oder Kühleinrichtung 9 angeordnet. Diese dient zum einen zur Rekristallisation des Gefüges und zum anderen zur Aufrechterhaltung der Verarbeitungstemperatur.
Zusätzlich sind die Hydraulikpressen 6 und 7 mit einer Sammeleinrichtung 10 verbunden.
Stanzabfälle, die an den Hydraulikpressen 6 und 7 entstehen, werden dieser Sammeleinrichtung 10 übergeben. Falls die Stanzabfälle eine bestimmte Größe überschreiten, können die mittels einer weiteren Schneideinrichtung zerkleinert werden. Die Sammeleinrichtung 10 ist mittels einer Transporteinrichtung 11 mit dem Schmelzbad des Schmelzofens 2 verbunden.
Ebenso werden die Schneidabfälle, die an der Schneideinrichtung 5 entstehen in das Schmelzbad zurückgeführt.
Durch die direkte Rückführung der Stanzabfälle in den Schmelzofen kann der Energiebedarf reduziert werden.

1: Schutzgasraum
2: Schmelzofen
3: Stranggießeinrichtung
4: Walzgerüst
5: Schneideinrichtung
6: erste Hydraulikpresse
7: zweite Hydraulikpresse
8: Abkühleinrichtung
9: Erwärmungs- oder Kühleinrichtung
10: Sammeleinrichtung
11: Transporteinrichtung

Claims

Verfahren zur Herstellung von Blechformteilen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen in einer Anordnung, bestehend aus einem Schmelzofen oder einem Schmelztiegel, einer Stranggießeinrichtung, einem oder mehreren Walzgerüsten, einer Schneideinrichtung, einer oder mehreren Pressen und einer Abkühleinrichtung, wobei die Gesamtheit der Einrichtungen in einem Schutzgas- oder Vakuumraum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung fertiger Blechformteile direkt im Anschluß an den Walzprozeß durch Umformen mit mindestens einer Presse in einem Temperaturbereich von >350°C bis 450°C erfolgt.
Vorrichtung zur Herstellung von Blechformteilen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen bestehend aus einer Verkettung von einem Schmelzofen oder -tiegel, einer Stranggießeinrichtung, einem oder mehreren Walzgerüsten, einer Schneideinrichtung, einer oder mehrerer Pressen und einer Abkühleinrichtung in einem Schutzgas- oder Vakuumraum, wobei zur Aufrechterhaltung der Prozeßtemperatur innerhalb dieses Raumes Erwärmungs- oder Kühleinrichtungen in Form von Wärmetauschern und Luftführungskanälen vorgesehen sind, zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schneideinrichtung (5) und der als Umformpresse ausgebildeten Presse (6) eine Stanzeinrichtung vorgesehen ist, mit der in die von der Schneideinrichtung (5) kommenden Platine form- und querschnittsstabile Stanz- und/oder Formlöcher einbringbar sind.