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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Herstellen von Blechteilen mit darin ausgebildeten individuell
gestalteten Mustern, und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen
eines Musters, das in die Oberfläche
einer Blechtafel unter Verwendung eines superplastischen oder Hochtemperatur-Umformungsverfahrens
eingeprägt
wird.
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Superplastische Metalllegierungen,
wie etwa bestimmte feinkörnige
Legierungen von beispielsweise Aluminium, Magnesium, rostfreiem
Stahl und Titan, sind relativ duktil und können in Anwesenheit von geringen
Umformungskräften
eine beträchtliche
Zugverformung erfahren. Derartige Materialien können bei geeigneten Umformungstemperaturen über ein Umformwerkzeug
oder in einen Gesenkhohlraum hinein gestreckt und geformt werden,
um komplex geformte Fahrzeugkarosserieteile oder dergleichen herzustellen.
Dieses Verfahren wird oft als superplastische Umformung bezeichnet.
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Es sind dauerhafte Werkzeuge für die superplastische
Umformung von Karosserietafeln von Kraftfahrzeugen aus einer Aluminiumlegierung
bei Temperaturen von ungefähr
500°C erhältlich.
Derartige Werkzeuge können
oft dazu verwendet werden, Tausende von Teilen über eine Fahrzeugmodellperiode
herzustellen. Nachdem die Fähigkeit,
lange Produktionsläufe
einer besonderen Karosserietafelkonstruktion durchzuführen, entwickelt
worden sind, sind die Konstrukteure nun an personalisierten oder
individuellen dekorativen Merkmalen an nur einem Teil der Gesamtzahl
von Tafeln, die mit einem dauerhaften aber teuren Werkzeug produziert
werden, interessiert. Es ist nun erwünscht, die Fähigkeit
zu haben, speziell geprägte
Tafeln während
eines Produktionslaufes herzustellen.
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Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren zum Herstellen individuell gestalteter Muster bereitzustellen,
die in der Oberfläche
von Blechtafeln oder -teilen eingeprägt werden, während ein
Umformwerkzeug verwendet wird. Es ist eine speziellere Aufgabe dieser
Erfindung, derart persönlich
gestaltete Muster an superplastisch formbaren Aluminiumblechlegierungen
herzustellen, indem eine geeignete Schablone zwischen dem Blechrohling
und der entsprechenden Oberfläche
des Umformwerkzeugs angeordnet wird.
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Es sind superplastische Umformungsverfahren
zum Herstellen von Blechtafeln bekannt, die in Anpassung mit einer
Formungsoberfläche
bei einer superplastischen Umformungstemperatur geformt werden.
Ein geeignetes kaltgewalztes, feinkörniges Blech aus einer Aluminiumlegierung
wird beispielsweise auf 400°C
bis 550°C
oder andere Temperaturen erwärmt
und über
ein Umformwerkzeug oder in einen Gesenkhohlraum eines Werkzeuges,
das in einer geeigneten Presse gehalten ist, streckgeformt. Ein
komplementäres
Umformwerkzeug, das mit dem Umfang der entgegengesetzten Seite des
Bleches in Eingriff steht, umschließt ein Hochdruck-Arbeitsfluid an
dem heißen
Blech, um den Umformungsvorgang zu bewirken. Das Blech wird gemäß der Formungsoberfläche des
Hauptumformwerkzeugs gestreckt und/oder gezogen und geformt. Es
können
viele Bleche nacheinander über
das Werkzeug umgeformt werden, aber sie werden alle die gleiche
Form aufweisen. Wenn man beispielsweise wünscht, ein spezielles Design
oder Emblem an einer ausgewählten Grup pe
von Teilen zu prägen,
ist es notwendig, das Umformwerkzeug zu wechseln oder ein neues
bereitzustellen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Muster an einem Abschnitt der Oberfläche von einer oder mehreren
ausgewählten
Blechtafeln hergestellt, indem eine Präge- oder Eindrückschablone
zwischen dem Blechrohling und einem Oberflächenabschnitt des Umformwerkzeuges
angeordnet wird. Die Schablone stellt eine Umformungsoberfläche, gewöhnlich für eine relativ
kleine Fläche,
bei der Umformungstemperatur des Blechrohlings bereit (z.B. ungefähr 400°C bis 550°C im Fall
von AA5083). Die Schablone kann temporär an dem Werkzeug angebracht
werden, oder sie kann geeignet mit einem Abschnitt des Blechrohlings
verbunden werden. Typischerweise wird die Schablone nicht dicker
als das Blech selbst sein, da die Prägung ein sichtbares Bild und
kein konstruktives Merkmal der Tafel oder des anderen Teils bereitstellen
soll. Die Schablone kann ein Stück
aus dem gleichen Blechmaterial oder aus einem anderen geeigneten
Material sein, das als eine Umformungsoberfläche bei der Umformungstemperatur
funktionieren kann.
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Nachdem der Blechrohling auf seine SPF-Umformungstemperatur
(SPF von Super Plastic Forming) vorgewärmt worden ist, wird er über die Formungsoberfläche des
Umformwerkzeuges und die dazwischen angeordnete Prägeschablone
gestreckt. Gewöhnlich
wird die Umformung des Blechs bewerkstelligt, indem der Druck eines
Arbeitsfluids, wie etwa Luft, gleichmäßig auf die entgegengesetzte Seite
des Blechs aufgebracht wird. Wenn die Umformung des Blechs abgeschlossen
ist, einschließlich der
Bildung der individuell gestalteten Prägung, wird der Druck des Arbeitsfluids
abgelassen, und die heiße,
umgeformte Blechtafel wird vorsichtig aus dem Umformwerkzeug zum
Abkühlen
und Zuschneiden entfernt.
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Wenn die Schablone zu Beginn an dem Blech
angebracht wird, wird sie ebenfalls entfernt.
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Wenn mehrere Bleche mit dem gleichen
Bild geprägt
werden sollen, wird die Schablone geeignet temporär mit dem
Umformwerkzeug verbunden. Wenn aber nur ein einziges Blech die Prägung erhalten
soll, oder wenn aufeinander folgende Bleche unterschiedliche Prägungen erhalten
sollen, kann es bevorzugt sein, die Schablone an dem Rohling anzubringen.
Das superplastische Material ist bei seiner Umformungstemperatur
stark formbar und ziemlich dünn,
aber detaillierte Prägungen
oder Eindrücke können in
dem Blechmaterial gebildet werden, während es auch für seine
weitere vorgesehene Funktion umgeformt wird. Prägemuster, wie etwa ein Kundenname,
der Modellname eines Herstellers, ein Logo oder dergleichen, können leicht
gebildet werden.
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Diese Erfindung zieht auf Nutzen
aus der Fähigkeit,
Oberflächenzustände zu verändern und
genaue und oftmals komplexe Entwürfe
auf der Oberfläche
einer geeignet formbaren Blechtafel herzustellen. Außerdem erlaubt
die vorliegende Erfindung die Herstellung dieser komplexen Designs
und die Herstellung einer tatsächlichen
Karosserietafel unter Verwendung eines einschrittigen Arbeitsganges.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen
beschrieben; in diesen ist:
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1 eine äußere Tafel
eines Kofferraumdeckels eines Kraftfahrzeugs, die mit einer individuell gestalteten
Prägung
mit dem Bild einer FliegeTM von Chevrolet
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist.
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2 eine
Seitenansicht im Schnitt von unteren und oberen Streckumformwerkzeugen,
die einen Metallrohling zeigt, der zwischen diesen angeordnet ist,
und eine Prägeschablone
zeigt, die temporär
an die Oberfläche
des unteren Werkzeugelements geklebt ist.
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3 eine
Seitenansicht im Schnitt des unteren Umformwerkzeugs von 2, die die umgeformte Kofferraumdeckeltafel
mit ihrem eingeprägten Merkmal
zeigt.
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4 eine
Explosionsansicht im Schnitt eines Blechrohlings und eines unteren
Umformwerkzeugs, die eine Prägeschablone
in einer dazwischen angeordneten Lage zwischen dem Blech und dem Umformwerkzeug
zeigt.
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5 eine
fragmentarische Seitenansicht im Schnitt des unteren Umformwerkzeugs,
die eine Prägeschablone
zeigt, die an die Oberfläche
des Metallrohlings vor der Umformung des Rohlings geklebt ist.
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6 eine
fragmentarische Seitenansicht im Schnitt des unteren Umformwerkzeugs,
die die untere Oberfläche
des Blechrohlings zeigt, die mit einem Schmiermittelfilm beschichtet
ist, mit Ausnahme eines fehlenden Abschnittes, der die Gestalt einer "Fliege" definiert, die als
ein vertieftes Bild in der Blechoberfläche geformt werden soll.
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7 eine
Seitenansicht im Schnitt des unteren Umformwerkzeugs von 6, die die umgeformte Kofferraumdeckeltafel
zeigt, wobei das eingeprägte
Merkmal gegen das Werkzeug in einem fehlenden Abschnitt von Schmiermittel
auf dem Blech eingedrückt
ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt
ein Verfahren zum Prägen
von Mustern auf der Oberfläche
einer Blechtafel unter Verwendung eines superplastischen (SPF) Hochtemperatur-Umformungsverfahrens
bereit. Die Muster sind individuell gestaltete Prägungen oder
Eindrückungen,
die unter Verwendung eines dauerhaften Umformwerkzeugs gebildet
werden, das das persönlich
gestaltete Bild nicht enthält.
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as SPF-Verfahren ist besonders zur
Umformung von Kraftfahrzeugkarosserieteilen mit komplexen Formen
zweckmäßig. Gemäß dieser
Erfindung umfasst die komplexe Form das spezielle Bild, das nicht
auf dem SPF-Umformwerkzeug zu finden ist. In 1 veranschaulicht eine äußere Tafel 10 eines Kofferraumdeckels
ein typisches Kraftfahrzeugkarosserieteil, das durch Streckumformung
eines kaltgewalzten AA5083 Blechrohlings gebildet ist, der mit einer
sehr feinkörnigen
Mikrostruktur rekristallisiert worden ist. Ein kompliziertes Detail,
wie etwa die tiefe Tasche eines Nummernschildes 12 an dem
vertikalen Abschnitt 14 des Kofferraumdeckels 10 wird
leicht gebildet, indem Nutzen aus der ausgezeichneten Formbarkeitseigenschaften
des SPF-Materials gezogen wird. Die Grundform der Tafel des Kofferraumdeckels
wird unter Verwendung eines Streckumformwerkzeuges bei ungefähr 500°C gebildet.
Eine Prägung 16 in
dem Bild von beispielsweise der "Fliege"-Marke des Chevrolet,
wird auf der horizontalen Oberfläche 18 der
Tafel 10 unter Verwendung einer Schablone in der Umformungspresse
gebildet.
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Im Allgemeinen umfasst das Verfahren
der superplastischen Umformung, dass Blechrohlinge aus einer superplastischen
Legierung über
ein Umformwerkzeug, das auf einer Umformungspresse gehaltert ist,
nach dem Erwärmen
der Metallrohlinge auf eine geeignete Temperatur zur superplastischen
Umformung streckgeformt werden. Ein Verfahren für eine derartige superplastische
Umformung von Aluminiumlegierungen ist beispielsweise in dem U.S.-Patent
Nr. 6,253,588 für
Rashid et al. be schrieben, dessen Offenbarungsgehalt hierin durch
Bezugnahme vollständig
mit eingeschlossen ist.
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Das Patent für Sounders et al. offenbart
ein Verfahren zum Strecken von Blechrohlingen unter Verwendung von
Differenzgasdruck in Übereinstimmung
mit einer Werkzeugoberfläche
in einer Umformungspresse ohne auf ein zu starkes Ausdünnen oder
Reißen
des Bleches zu stoßen.
Wie es in 2 gezeigt
ist, wird ein Blechrohling 20, der aus der SPF-Aluminiumlegierung 5083 geeignet
ungefähr
1 bis 3 mm dick hergestellt ist, über der Oberfläche 26 des
unteren Umformwerkzeugs 24 in einer Umformungspresse (nicht
gezeigt) angeordnet. Das Blech 20 wird in seine Position
mittels einer Materialhandhabungseinrichtung, wie etwa eines Roboters
(nicht gezeigt), platziert. Das Blech wird oft vorgebogen, wie es
in 2 zu sehen ist, und
auf eine zur Streckumformung geeignete Temperatur (z.B. ungefähr 400°C bis 550°C) vorgewärmt. Der
Blechrohling 20 ist geschmeidig genug, um sich gemäß den Konturen der
Formungsoberfläche 26 zu
strecken und umzuformen.
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Ein oberes Umformwerkzeug 22 wird
in Richtung des unteren Werkzeugs 24 abgesenkt, so dass es
dichtend mit dem Umfang 19 des Blechs 20 in Eingriff
steht. Das Blech 20 wird dann über eine Umformungsoberfläche 26 des
unteren Umformwerkzeugs 24 gestreckt (oder gezogen), wo
die Oberfläche 26 eine
horizontale Oberfläche 18 des
Kofferraumdeckels 10 bildet und die Werkzeugoberfläche 38 die vertikale
Oberfläche 14 der
Tafel 10 bildet. Die Werkzeugoberfläche 26 umfasst auch
eine Vielzahl von Vertiefungen, wie etwa einen eine Tasche für ein Nummernschild
bildenden Abschnitt 34 und einen einen Schenkel bildenden
Abschnitt 36.
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Die Kraft für die Umformung der Tafel 10 wird durch
den Druck eines Arbeitsfluids, wie etwa Luft, Stickstoff oder Argon
bereitgestellt. Das Druckgas wird auf die Rückseite 28 des erwärmten Blechs 20 aufgebracht.
Das Gas tritt in die Druckkammer 30 zwischen dem oberen
Werkzeug 22 und einer Seite 28 des Blechs 20 durch
eine Gaszufuhrleitung 32 ein. Der Druck wird fortschreitend über einen
Zeitraum von Sekunden oder Minuten auf ein geeignetes Niveau von
beispielsweise 500 psi für
Bleche aus Aluminiumlegierungen erhöht. Der heiße Blechrohling 20,
der an seinen Rändern 19 zwischen
Werkzeugen 22 und 24 sicher gegriffen wird, streckt
und formt sich gemäß der Form
der Oberfläche 26 des
unteren Umformwerkzeugs 24. An der Oberfläche 26 des
Umformwerkzeugs 24 ist temporär eine dünne Schablone 40 mit
einem Bild einer "Fliege" angeordnet und platziert.
Geeigneterweise ist die Schablone 40 ein dünnes Stück (z.B.
1 – 2
mm dick) des Blechs aus der AA 5083-Legierung. Wie es in 2 zu sehen ist, wird die
Schablone 40 sorgfältig
auf der Werkzeugoberfläche 26 platziert,
wobei sie unter dem Abschnitt des Rohlings 20 liegt, wo
die Fliegen-Prägung 16 (wie
sie in 3 zu sehen ist)
gebildet werden soll. Die Schablone ist kein permanenter Teil des
Werkzeugs 24, sondern wird nur bei der Umformung einer vorbestimmten
Anzahl von Tafeln verwendet und dann von der Oberfläche 26 des
Werkzeugs 24 entfernt.
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Sobald das Blech 20 geformt
worden ist, wird der Gasdruck von der Kammer 30 weggenommen, das
Werkzeug 22 wird angehoben und das Blech 20 (nun
Tafel 10) wird entfernt. Die superplastisch umgeformte
Karosserietafel 10, wie sie in 1 gezeigt ist, ist somit derart umgeformt,
dass sie Form der Oberfläche 26 des
unteren Umformwerkzeugs 24 und der dazwischen angeordneten
Schablone 40 aufweist. Das Bild der Schablone 40 ist
als eine geringfügig
erhöhte
Prägung 16 zu
sehen, die sowohl in 1 als auch
in 3 gezeigt ist.
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Eine Explosionsansicht der Einrichtung
zur Prägungsumformung,
d.h. 4, veranschaulicht, dass
die Schablone 40 vor dem Umformungsarbeitsgang räumlich zwischen
dem Blechrohling 20 und dem Umformwerkzeug 24 angeordnet
wird. Jedoch wird die Schablone 40 sorgfältig und
genau entweder auf der Umformungsoberfläche 26 des Werkzeugs 24 oder
der unteren Oberfläche 42,
d.h. der mit dem Werkzeug in Eingriff stehenden Oberfläche des
Rohlings 20 angeordnet. Im Allgemeinen ist es wahrscheinlich,
dass die Schablone temporär
an der Oberfläche 26 des
Werkzeugs 24 fixiert wird, insbesondere wenn mehr als ein
Teil geprägt
werden soll. Es liegt jedoch auch innerhalb der Praxis dieser Erfindung,
eine Schablone an einen oder mehrere Rohlinge zu kleben, wenn sie
für die
Umformung vorbereitet werden. Zu Veranschaulichungszwecken wird, wie
es in den 2 und 3 gezeigt ist, die Schablone 40 an
der Oberfläche 26 des
Umformwerkzeugs 24 für
das individuell gestaltete Muster, das in dieser ausgebildet werden
soll, platziert und angebracht.
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Wie es in dem oben beschriebenen
SPF-Verfahren vorgeschlagen wird, erfordert es das Prägeverfahren,
dass die Umformungspresse auf einer geeigneten SPF-Temperatur gehalten
wird. Diese Temperatur ist abhängig
von der Art des in der Presse verwendeten superplastischen Materials
unterschiedlich. Wie es in den 2 und 3 zu sehen ist, senkt sich
das obere Umformwerkzeug 22 ab und schließt den Spalt
zwischen ihm und dem unteren Werkzeugelement 24. Wenn ein
hoher Fluiddruck auf den Blechrohling durch die Kammer 30 einwirkt,
wird das Blech gegen die Formungsoberfläche 26 des unteren
Werkzeugs 24 gedrückt,
wobei die Schablone 40 dazwischen angeordnet ist. Der Anfangsbetrag von
Gasdruck, der auf den Blechrohling aufgebracht wird, wird sich gemäß der Dicke
und Größe des Bleches ändern. Während eines
Zeitintervalls von zwischen einigen Sekunden bis einigen Minuten
eines Taktes von zuneh mender Druckaufbringung bis zu ungefähr 500 psi
passt sich das Blech selbst an die Formungsoberfläche 26 des
unteren Werkzeugs 24 und die Prägeschablone 40 an.
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Der Blechrohling 20 umfasst
geeigneterweise ein superplastisches Material, wie etwa geeignete Legierungen
von Aluminium, Titan, Magnesium oder rostfreiem Stahl. Die Größe und Dicke
des Blechrohlings 20 kann abhängig von der Art des gewünschten Kraftfahrzeugkarosserieteils
und der Komplexität
des auf diesem zu prägenden
Musters 16 variieren.
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In einem typischen SPF-Streckumformungsverfahren
für Aluminiumlegierungen
wird der Blechrohling mit Bornitrid, einem Hochtemperaturschmiermittel,
geeignet eingesprüht.
Ein dünner,
gleichmäßiger Film
aus Bornitrid oder dergleichen wird auf die Seite des Rohlings,
die mit dem Umformwerkzeug in Kontakt tritt, aufgebracht. Das Schmiermittel
wird oft benötigt,
da das Blech in Reibungskontakt mit der Umformungsoberfläche gestreckt
und gezogen wird. Das Schmiermittel verringert Kratzer und Beschädigungen
des Bleches während
der Umformung. Der Schmiermittelfilm weist eine gleichmäßige Dicke
auf und beeinflusst vorzugsweise nicht die Oberfläche des
gebildeten Teils. Das selektive Aufbringen und die Steuerung der
Dicke des Schmiermittelfilms können
es aber zulassen, dass der Film als eine Schablone bei diesem Verfahren
dienen kann, wie es nachstehend beschrieben wird.
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Wenn die Prägeschablone 40 bei
einem Arbeitsgang angewandt wird, wird sie zwischen dem Blechrohling 20 und
dem unteren Umformwerkzeug 22 angeordnet, wie es in 4 gezeigt ist. Das Bild 16
der Schablone 40 ist in 4 spiegelbildlich
als Bild 41' an
Werkzeug 24 und als 41'' an
Blech 20 gezeigt. Geeigneterweise wird die Schablone 40 temporär an entweder
der Rückseite
des Blechrohlings 20 (wie es in 5 zu sehen ist) oder an der Umformungsoberfläche 26 des
unteren Umformwerkzeugs 22 befestigt (wie es in den 2 und 3 zu sehen ist). Wenn das Umformungsverfahren
abgeschlossen ist, wird die Schablone 40 entfernt und wahlweise
für eine
nachfolgende Verwendung behalten.
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Die Schablone 40 kann an
der gewünschten Anbringungsoberfläche durch
mechanische Mittel, wie etwa Heftschweißen derselben, an der Umformungsoberfläche 26 oder
dem Metallrohling 20 befestigt werden. Das Heftschweißen erfolgt
derart, dass die Schablone 40 leicht entfernt werden kann. Die
Schablone 40 kann auch in einer in der Werkzeugoberfläche 26 ausgebildeten
Stufe (nicht gezeigt) platziert werden, die dann die Schablone 40 an ihrer
Stelle hält,
wenn sich das obere Umformwerkzeug 24 schließt. Ein
derartiger hinterarbeiteter Abschnitt in dem Umformwerkzeug wird
während
normaler Umformungsvorgänge
mit einer abnehmbaren Platte verschlossen. Alternativ kann die Schablone 40 über eine
Klebung mit der Umformungsoberfläche 26 oder
mit dem Blechrohling 20 verbunden werden.
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Wenn die Schablone 40 chemisch
an entweder die Umformungsoberfläche 26 des
unteren Werkzeugs 24 oder an den Blechrohling 20 geklebt
wird, ist es erwünscht,
einen Klebstoff zu verwenden, der ein leichtes Entfernen der Schablone 40 von
ihrer Klebefläche
zulässt.
Außerdem
sollte der Klebstoff von der Schablone 40 entfernbar sein,
so dass die Schablone 40 in dem Streckumformungsverfahren wieder
verwendet werden kann. Die Verwendung von Wasserglas als Klebstoff
ist sehr erwünscht,
da es bei erhöhten
Temperaturen anders als die meisten anderen Klebstoffe stabil ist
und nicht reagiert. Dieser Klebstoff ist eine wässrige Lösung oder Suspension aus Natriumsilikat.
Er wird zubereitet, indem Silika in einer relativ starken Natriumhydroxidlösung aufgelöst wird.
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Wenn die viskose Lösung getrocknet
ist, wird ein glasartiger Rest gebildet, der somit als der Klebstoff
verwendet werden kann. Die Wasserglaslösung verbindet leicht zwei
Metallstücke
bei Raumtemperatur miteinander und hält die Bindung während des
Erwärmens
der Oberflächen
auf eine geeignete SPF-Temperatur aufrecht. Nach Abschluss des Umformungsvorgangs
und nach dem Abkühlen
der Presse kann Wasser dazu verwendet werden, die Metallstücke zu trennen
und den Wasserglasklebstoff zu entfernen.
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Ähnlich
wie bei dem Blechrohling wird die Schablone 40 geeigneterweise
aus einem superplastischen Material, wie etwa Aluminium, Titan,
rostfreiem Stahl oder Magnesium hergestellt. SPF-Blechmaterialien
werden leicht durch die dünnen
Prägeschablonen
geformt. Obwohl die Schablone zusammen mit dem Blechrohling streckgeformt
werden kann, ist eine Verformung der Schablone der Grundlage der
Art und Weise, in der sie verwendet wird, unwahrscheinlich. Die
Schablone ist jedoch fest und dauerhaft, um sicherzustellen, dass
die Schablone eine lange Lebensdauer besitzt und wiederverwertbar
ist.
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[0032] Die Schablone kann durch Laserschneiden,
Gießen,
Zuschneiden von Hand oder dergleichen hergestellt werden, und ihre
Dicke kann relativ zur Dicke des Blechrohlings variieren. Sie kann als
Name, Logo, Abbildung oder praktisch jedes gewünschte Bild für eine attraktive
gefäßartige
Wirkung ausgestaltet werden. Typischerweise ist die Schablone nicht
dicker als der Blechrohling. Beispielsweise kann die Schablone hergestellt
werden, indem ein Stück
aus Aluminium 390 gegossen und spanend bearbeitet wird.
Die Schablone wird mit Bornitrid oder einem anderen Hochtemperaturschmiermittel
besprüht
und entweder an die Oberfläche
des Blechrohlings oder an die Umformungsoberfläche des unteren Umformwerkzeugs
geklebt. Für
Materialien aus Aluminiumlegierungen kann ein Muster auf dem Blechrohling
bei einer Umformungstem peratur von ungefähr 500°C unter Verwendung eines sechsminütigen Umformungstaktes
gebildet werden.
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Ein weiteres Beispiel einer Prägeschablone ist
eine Papierschablone, aus der ein Muster ausgeschnitten ist. Die
Schablone wird in Wasser eingetaucht und auf der Oberfläche des
Rohlings angeordnet. Das Wasser erzeugt eine Oberflächenspannung zwischen
dem Papier und dem Rohling, die es erlaubt, dass sie sicher gehalten
wird. Der Aluminiumrohling wird mit einem Schmiermittel besprüht und auf
eine geeignete SPF-Temperatur
erwärmt.
Nachdem die Papierschablone sorgfältig entfernt worden ist, wird
ein Leerraum mit Schmiermittel in der Form der Schablone verbleiben.
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Als eine Alternative zur Platzierung
der Schablone 40 auf der Oberfläche 26 des Umformwerkzeugs 24 zeigt 5, dass die Schablone 40 auf der
Oberfläche 42 des
Blechrohlings 20 angeordnet werden kann, um die Prägung 16 zu
erzeugen. Bei Anwendungen, bei denen beispielsweise relativ wenigen
Blechen die spezielle Prägung
verliehen werden soll, kann es bevorzugt sein, die Schablone auf den
Blechrohling aufzubringen. Ähnlich
kann es bei Anwendungen, bei denen aufeinander folgenden Blechen
unterschiedliche Prägungen
verliehen werden, bevorzugt sein, unterschiedliche Schablonen auf
aufeinander folgenden Blechen aufzubringen, wenn sie zur Umformung
vorbereitet werden. Wie es oben offenbart ist, werden die Blechrohlinge
gewöhnlich
gewaschen, getrocknet, mit Bornitrid oder dergleichen geschmiert,
zur Anordnung auf dem Umformwerkzeug vorgebogen und auf die festgelegte Umformungstemperatur
vorgewärmt,
bevor sie mechanisch auf dem Umformwerkzeug 24 angeordnet werden.
Wenn viele Bleche individuell gestaltete Prägungen erhalten sollen, könnten geeignete
Schablonen während
einer derartigen Blechvor bereitung am effektivsten auf den Blechen
statt auf dem Umformwerkzeug angeordnet werden.
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Die 6 und 7 veranschaulichen eine unterschiedliche
Ausführungsform
zur praktischen Ausführung
der Erfindung. Abgesehen davon, dass einzigartige Körper, wie
Blech oder Papier, als Prägeschablonen
verwendet werden, kann die Prägeoberfläche aus
einer Schicht aus partikelförmigem
Material aufgebaut werden, wie etwa eine aufgesprühte Schicht
aus Bornitridschmiermittel.
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In 6 ist
eine relativ dicke Schicht 50 (1 bis 2 mm) Schmiermittel über der
gesamten Oberfläche 42 des
Metallrohlings 20 mit Ausnahme des Bereichs 52 gebildet
worden, der wie eine Fliege geformt ist. Der als Fliege geformte
Bereich 52 wird während
der Aufbringung der Schmiermittelschicht 50 geeignet maskiert.
Wenn eine Maskierung der Blechoberfläche nicht bevorzugt ist, kann
der Bereich 52 von einer zu Beginn vollständigen Oberflächenschmiermittelschicht 50 entfernt
werden. Somit veranschaulicht 6 die
Verwendung eines partikelförmigen
Schablonenmaterials und die praktische Ausführung einer "negativen" Schablone statt
der "positiven" Schablone 40,
wie sie bei den Beispielen der 2, 3 und 5 verwendet wurde.
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Dann wird ein Differenzgasdruck auf
die obere Oberfläche 28 des
Bleches 20 in der Anordnung von 6 aufgebracht, und das Blech 20 wird über der
Oberfläche 26 des
unteren Umformwerkzeugs 24 streckgeformt, wobei die Schablonenschicht 50,
die den hinterarbeiteten Bereich 52 umfasst, dazwischen angeordnet
wird. Wie es in 7 zu
sehen ist, wird Material von dem Blechrohling 20 in einen
negativen Schablonenbereich 52 hineingestreckt, um eine
Prägung 54 zu
bilden, die in Bezug auf das örtlich
umgebende Blechmetall der Tafel 10 eingedrückt ist.
Bei dieser Ausführungsform
weist die Prägung 54 die Gestalt
der Fliege auf, ist aber vielmehr in der Tafeloberfläche vertieft
als erhöht,
wie die Prägung 16 in den 1 und 3.
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Die vorliegende Erfindung stellt
zusammengefasst ein Verfahren zum Prägen oder Eindrücken von
Mustern in der Oberfläche
eines Blechartikels unter Verwendung superplastischer Umformung
bei geeigneten SPF-Temperaturen bereit. Eine Schablone mit einem
Muster wird zwischen einem Umformwerkzeug und einem Blechrohling
angeordnet. Gasdruck wird auf den Blechrohling aufgebracht. Dieser Druck
drückt
das Blech gegen die Oberfläche
des unteren Umformwerkzeuges, wobei die Schablone dazwischen angeordnet
wird. Der Blechrohling wird gemäß den Konturen
der Oberfläche
der unteren Umformungspresse und der Schablone streckgeformt. Das
geprägte
und geformte Blechteil wird dann aus dem Umformwerkzeug entfernt.