DE112015000385B4

DE112015000385B4 - Halbwarmumformung von kaltverfestigten Blechlegierungen

Info

Publication number: DE112015000385B4
Application number: DE112015000385.1T
Authority: DE
Inventors: Anil K. Sachdev; John E. Carsley; Raja K. Mishra; Jon T. Carter
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2035-02-18
Also published as: US20160339497A1; CN105960294A; CN105960294B; WO2015123663A1; US10384252B2; DE112015000385T5

Abstract

Verfahren zur iterativen Auswahl einer Legierungszusammensetzung, Härtestufe und Umformtemperatur zum Warmformen eines gestanzten Artikels, der frei von Spalten und Rissen ist, aus einem kaltgewalzten, kaltverfestigten Blech oder Rohling, wobei der gestanzte Artikel an einer Stelle innerhalb des gestanzten Artikels eine Steckgrenze bei einer vorgewählten Umgebungstemperatur hat, wobei die Steckgrenze bei vorgewählter Umgebungstemperatur größer ist als die Steckgrenze bei Umgebungstemperatur an einer gleichen Stelle eines gleichen Artikels, der bei Umgebungstemperatur aus einem geglühten Blech oder Rohling mit gleicher Legierungszusammensetzung gestanzt wurde, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:a) Auswerten des Umformgrads des Artikelsb) Vergleichen des Umformgrads des Artikels mit der Formbarkeit einer ersten Vielzahl von Kandidatenmaterialien, wobei jedes Kandidatenmaterial eine Legierungszusammensetzung und eine Härtestufe umfasst und, basierend auf diesem Vergleich ein Auswählen einer Umformprozesstemperatur, die höher ist als die Umgebungstemperatur, und ein aus der ersten Vielzahl von Kandidatenmaterialien erfolgendes Auswählen einer zweiten Vielzahl von Kandidatenmaterialien, deren Formbarkeit bei der Umformprozesstemperatur ausreichend ist, um das Teil ohne Einführen von Spalten oder Rissen zu formen;c) ein aus der zweiten Vielzahl von Kandidatenmaterialien erfolgendes Identifizieren eines oder mehrerer Materialien, die nach dem Umformen bei der ausgewählten Umformprozesstemperatur eine Streckgrenze bei Umgebungstemperatur an einer bestimmten Stelle beibehalten, die höher ist als die Streckgrenze bei Umgebungstemperatur an der bestimmten Stelle eines gleich gestanzten Artikels, der bei Umgebungstemperatur aus einem geglühten Rohling einer gleichen Zusammensetzung geformt wurde; und,d) Auswählen eines Materials aus dem oder den identifizierten formungs- und festigkeitsfähigen Materialien, wobei das ausgewählte Material optional das eine oder die mehreren formungs- und festigkeitsfähigen Materialien mit der höchsten absoluten Streckgrenze nach der Umformung ist oder sind oder falls das eine oder die mehreren identifizierten Materialien nicht in der Lage sind, die Festigkeitsanforderungen aus Schritt c) zu erfüllen, Rückkehren zu Schritt b), Auswählen einer niedrigeren Umformprozesstemperatur und Fortsetzen des Ausführens der Schritte b) bis d), bis ein Material ausgewählt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Das technische Gebiet dieser Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf das Halbwarmumformen durch Formstanzen von kaltverfestigten Legierungen aus Leichtmetallblech, besonders Aluminiumlegierungsblechen, in Formen, die für den Einsatz als Karosserieteile oder tragende Elemente in Fahrzeugen geeignet sind.
HINTERGRUND
Karosserieteile und tragende Elemente von PKW und Kleinlastkraftwegen werden normalerweise aus Blechteilen gefertigt, deren Dicke zwischen etwa 0,65 Millimetern für äußere Karosserieteile und bis zu etwa 6 Millimetern für Rahmenträger variieren kann. Jedes Bauteil umfasst Kombinationen von Merkmalen, wie beispielsweise Vertiefungen, Radien usw., die durch strukturelle bzw. ästhetische Überlegungen vorgegeben sind. Diese Bauteile entstehen in der Regel durch Formstanzen, das heißt, ein ankommendes flaches Blech, das von einem Lieferanten angeliefert wurde, wird zwischen Formwerkzeuge mit einander ergänzenden Formen gelegt, die sich um das Blech schließen und ihm damit die gewünschte Form geben.
Die Formwerkzeuge befinden sich in einer hydraulischen oder mechanischen Presse, die sich abwechselnd öffnet und schließt, um sowohl die Bauteile zu stanzen, als auch die ankommenden Bleche in Verarbeitungslage zu bringen und die bereits gestanzten Teile abzutransportieren. Die Zyklusdauer für Einlegen-Stanzen-Abtransportieren kann bei einer großen Produktion in der Automobilindustrie, z. B. von Kofferraumdeckeln, 6-10 Sekunden betragen. Es sollte beachtet werden, dass der Stanzvorgang dem beabsichtigten Bauteil lediglich die beabsichtigte dreidimensionale Form gibt. Normalerweise sind weitere Operationen erforderlich, wie beispielsweise das Entfernen von überschüssigem Material oder das Anbringen von Öffnungen, um ein fertiges Teil zu erzeugen, das in ein Fahrzeug eingebaut werden kann.
Während des Formstanzens des Teils wird das ankommende Blech um einen Betrag verformt, der ausreichend ist, um die Vertiefungen, Radien usw. zu bilden, die gemäß Teilekonstruktion erforderlich sind. Das Ausmaß der erforderlichen Verformung kann mit der Geometrie der einzelnen Merkmale im Bauteil zusammenhängen, wie beispielsweise mit der Tiefe der Vertiefung oder der Schärfe eines Radius, oder, bei komplexen Teilen, mit dem Zusammenspiel der erforderlichen Verformungen zur Erzeugung verschiedener Merkmale. Der Versuch, ein komplexes Bauteil dieser Art zu formen, kann dazu führen, dass das Blech bricht oder reißt, wenn die erforderliche Verformung die Fähigkeiten des Blechs überschreitet.
Bleche mit geringerer Duktilität sind in der Regel weniger formbar und anfälliger für Stanzungen mit Rissen und Spalten als Bleche mit höherer Duktilität. Beispielsweise kann der Umformgrad von Biegungen mit dem Verhältnis zwischen dem Radius der Biegung (R) und der Dicke des Blechs (T) in Zusammenhang stehen. Flach gekrümmte Biegungen von 20 T oder mehr können ohne weitere Schwierigkeiten geformt werden. Oft ist es jedoch gewünscht, viel schärfere Merkmale in einem Blech zu formen, die Biegungen von 1 - 8 T erfordern. Derartige kleine Radiuskurven stellen eine größere Herausforderung beim Formen eines Teils dar, insbesondere bei Materialien mit geringerer Verformbarkeit. Dadurch kann beim Formen des Bauteils ein Missverhältnis zwischen der gewünschten Komplexität des Bauteils und der erforderlichen Duktilität des ankommenden Blechs entstehen. In der Vergangenheit wurde diese Situation gelöst, indem man Blech verwendete, das so weich wie möglich war, und sich in einem vollständig geglühten Zustand befand, sodass es die größtmögliche Duktilität aufweist. Natürlich weisen die so geformten Bauteile nur eine minimale Festigkeit auf.
Mit der aktuellen Notwendigkeit, den Kraftstoffverbrauch der Fahrzeuge zu optimieren, besteht ein andauerndes Interesse, Materialien mit einem besseren Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht zu verwenden. Ein effektiver Ansatz für den Übergang zu Materialien mit einem verbesserten Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht besteht darin, Materialien mit geringerer Dichte durch Materialien mit höherer Dichte auszutauschen, z. B. Aluminiumlegierungen durch Stahl und Magnesiumlegierungen durch Aluminiumlegierungen. Aber nachdem ein anfänglicher Vorteil aus einem solchen Ersatz gewonnen wurde, kann eine weitere Verbesserung nur erreicht werden, indem die Festigkeit der Legierungen, insbesondere die Streckgrenze, erhöht wird. Wie bereits erwähnt, steht eine erhöhte Festigkeit häufig in Zusammenhang mit einer reduzierten Duktilität, sodass die Verbesserung der Festigkeit einer Legierung deren Formbarkeit verringern kann, was sie wiederum weniger geeignet macht für das Formstanzen von Teilen mit komplexen Merkmalen.
Diese Verringerung der Formbarkeit durch die Erhöhung der Festigkeit einer Legierung wird allgemein beobachtet, ist aber besonders offensichtlich bei den Ergebnissen aus kaltverfestigten Teilen aus dem Kaltformen, also einer plastischen Verformung, die in „kaltem“ Zustand bzw. im Fall von Aluminium- und Magnesiumlegierungen ungefähr bei Umgebungstemperatur, also 20-25°C, durchgeführt wird.
DE 10 2009 008 282 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines offenen Blechformteils aus einer walzharten, nicht aushärtbaren Aluminiumlegierung mit folgenden Schritten aus Bereitstellen eines Blechs aus einer nicht aushärtbaren Aluminiumlegierung, welches sich gemäß der Europäischen Norm EN515:1993 im Werkstoffzustand H12, H14, H16, H18, H19, H22, H24, H26, H28, H32, H34, H36 oder H38 befindet und als Legierungskomponente neben Aluminium zumindest Magnesium und gegebenenfalls Mangan enthält; zumindest lokales Erwärmen des Blechs auf eine Temperatur zwischen 200°C und 350°C innerhalb eines Zeitraums von 1 bis 60 Sekunden; und Einlegen des erwärmten Blechs in ein kaltes Umformwerkzeug einer Umformpresse und Umformen des Blechs zu dem Blechformteil.
Weiterer Stand der Technik ist in der US 2013 / 0 127 197 A1 , der US 2002 / 0 162 877 A1 und der JP 2010 156 024 A beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist, komplexe Teile aus Materialien mit einer höheren Festigkeit herzustellen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Die Verfahren dieser Erfindung ermöglichen das Formen von relativ dünnen, kaltverfestigten Blechen aus Leichtmetalllegierungen in starke, dreidimensionale Herstellungsprodukte. Beispielsweise können relativ dünne, kaltgewalzte Bleche (z. B. 0,65 mm - 6 mm Dicke) aus geeigneten Aluminium- oder Magnesiumlegierungen in einem Arbeitsgang in komplexe, dreidimensionale Formen gebracht werden, wie solche, die bei der Herstellung von Karosserieteilen oder Rahmenträgern für die heutigen Kraftfahrzeuge erforderlich sind. Das Formen derartiger Artikel beginnt mit einem kaltverfestigten, flachen Blech, das kurz auf eine Warmumformtemperatur erhitzt und dann sofort gestanzt wird. Das heißt, das Blech wird geformt, indem es von zwei unbeheizten, komplementären Formwerkzeugen mit einer entsprechenden Form umschlossen wird.
Das Produkt muss eine angegebene dreidimensionale Form und eine geeignete Dicke aufweisen sowie bestimmte Mindestanforderungen hinsichtlich der Streckgrenze erfüllen. Das für das Aluminium- oder Magnesiumlegierungsblech geeignete Material wird anhand der geforderten Eigenschaften der geformten Produkte und der Reaktion der Legierung auf die geplante Reihe von Verarbeitungsschritten ausgewählt. Ein flaches Metalllegierungsblech ergibt sich aus einer zweidimensionalen Form, die geeignet ist, zwischen die beiden einander gegenüberliegenden Formwerkzeuge gelegt zu werden, um in einem Schritt eine dreidimensionale Stanzform zu bilden, die eine Vorläuferform des beabsichtigten Produktes ist.
Ein Schritt bei der Vorbereitung von Leichtmetalllegierungs-Blechmaterial ist ein Kaltwalzverfahren, bei dem das Blech mit der geeigneten Dicke zum Formen des gewünschten Teils versehen wird, wobei es gleichzeitig kaltverfestigt oder gestärkt wird. Es wünschenswert, dass die Streckgrenze des ausgewählten kaltgewalzten Blechs größer ist als die gewünschte Mindest-Streckgrenze des Teils.
Das kaltgewalzte Blech wird dann schnell auf eine Warmumformtemperatur erhitzt und mindestens solange auf dieser Temperatur gehalten, bis das Blech eine gleichmäßige Temperatur erreicht hat. Die Dauer der Erhitzung und die Warmumformtemperatur sind so festgelegt, dass das Blech in ein akzeptables Teil umgeformt werden kann. Zweck der Erhitzung ist es, das Blech kurzfristig für die Umformverfahren in einem Schritt zwischen den unbeheizten Formwerkzeugen weich zu machen und gleichzeitig einen vorher festgelegten Teil der kaltverfestigten Festigkeit im erhitzten Rohling aufrecht zu erhalten. Der erhitzte Rohling wird dann umgehend zwischen die nicht erhitzten Formwerkzeuge gelegt und in eine dreidimensionale Form gebracht. Bei der Umformung wird davon ausgegangen, dass der Rohling aufgrund des thermischen Austauschs zwischen dem erhitzten Rohling und den kalten Formwerkzeugen etwas auskühlt. Sobald das Blech (innerhalb von Sekunden) die gewünschte Form hat, werden die Formwerkzeuge geöffnet und vorsichtig entfernt. Das gestanzte Teil kann dann bei Umgebungstemperatur auf eine entsprechende Temperatur für die Weiterverarbeitung heruntergekühlt werden, wie zum Beispiel für das Entfernen von Randmaterial, das Hinzufügen von Öffnungen usw., um das gewünschte Teil zu erhalten.
Das Erhitzen von kaltverfestigten Legierungen hat die Fähigkeit, die Legierung zu rekristallisieren, oder anders ausgedrückt, die Folgen der Kaltverfestigung zurückzunehmen und die Legierung wieder in ihren weichen, geglühten Zustand zu bringen. Die Rekristallisation und Erweichung der kaltverfestigten Legierung tritt nach und nach auf. Das Ausmaß der Rekristallisation ist abhängig von der Temperatur und der Dauer der Zeit, die das Blech auf dieser Temperatur gehalten wird. Es ist eine Absicht der Praktiken dieser Erfindung, eine Umformtemperatur auszuwählen bzw. die Länge der Zeit zu begrenzen, die das Blech der Umformtemperatur ausgesetzt ist, um die Rekristallisation sowie den Verlust von Festigkeit während Erhitzung und Umformung zu begrenzen. Und damit einen spürbaren Teil der kaltverfestigten Stärke in den gestanzten Teilen zu bewahren.
Aber zu den kritischen Merkmalen dieses Umformungsverfahrens gehören die Erzielung der geeigneten mechanischen Eigenschaften im kaltgewalzten Blechlegierungsrohling, das kurze Erhitzen des Rohlings auf eine gleichmäßige Temperatur und damit das Weichmachen des Blechs für die nötige Umformstärke sowie das unverzügliche Umformen des wärmebehandelten Blechs zwischen unbeheizten Formwerkzeugen, um die erforderlichen Dehngrenzwerte in den identifizierten Regionen des Formteils zu behalten. Gemäß den Praktiken dieser Erfindung werden kaltverfestigte Leichtmetallwerkstücke, in der Regel basierend auf Magnesium- oder Aluminiumlegierungen, in einem Halbwarmumformschritt verwendet, um Teile, wie KFZ-Karosserieteile mit komplexen dreidimensionalen Formen, herzustellen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1a-d sind eine schematische Darstellung zum Vergleich der Streckgrenzen- und Verfestigungsanteile, die erzielt werden, wenn eine kaltgewalzte, ausgehärtete Legierungszusammensetzung bei einer Temperatur geformt wird, die unter der Rekristallisations-Prozesstemperatur liegt, wobei die Festigkeit und die Verfestigungsanteile durch eine herkömmlich gestanzte Legierung erzielt werden.
2a-b illustrieren schematisch die Streckgrenze und Verfestigungsanteile, die erzielt werden, wenn eine kaltgewalzte, ausgehärtete Legierungszusammensetzung bei einer Temperatur geformt wird, die über der Temperatur aus 1 liegt. Diese Ergebnisse werden mit der Festigkeit und den Verfestigungsanteilen verglichen, die mit einer konventionell gestanzten Legierung, wie in 2 c-d dargestellt, erhalten wird.
3 zeigt ein geformtes Kofferraumdeckel-Außenblech in Schrägansicht.
4 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Blechwerkstücks, das aus einem Lagerbereich kommt, zu einem Heizgerät geführt und dort auf eine Umformtemperatur vorgewärmt wird, und dann zwischen unbeheizten (und optional geschmierten) Formwerkzeugen platziert wird, um zu einem KFZ-Karosserieteil, wie einem Kofferraum-Außendeckel, umgeformt zu werden.
5 zeigt in einer Querschnitts-Seitenansicht die geschmierten, unbeheizten, einander ergänzenden Formwerkzeuge, die sich über dem erhitzten Blechwerkstück schließen, um den Kofferraum-Außendeckel zu formen.

GENAUE BESCHREIBUNG
Die hier beschriebenen Verfahren lösen mehrere Herausforderungen bei der Herstellung von hochfesten Formteilen, indem Stanzteile mit komplexen Formen aus Blechen aus Leichtmetalllegierungen, besonders Aluminiumlegierungen, geformt und durch Kaltverfestigung gestärkt werden. Derartige Bleche werden in der Regel von einem größeren Blech abgeschnitten das in einer Spule aufgerollt ist, sie werden gemeinhin als Rohlinge bezeichnet.
Bleche aus Aluminiumlegierung werden in der Regel verarbeitet, indem eine Platte, die 150-600 Millimeter dick ist, einer Sequenz von verschiedenen Walzoperationen unterzogen wird, von welchen jede die Plattendicke um einen vorgegebenen Betrag verringert. Die ersten Walzoperationen erfolgen in der Regel „heiß“, das heißt bei erhöhten Temperaturen, die keine Kaltverfestigung zur Folge haben. Spätere Walzoperationen, insbesondere die letzte, werden „kalt“ durchgeführt, was eine Kaltverfestigung zur Folge hat. Die Reihenfolge der Walzoperationen kann so gesteuert werden, dass im Wesentlichen jede gewünschte Stärke im kaltgewalzten Blech erzeugt werden kann, indem der Grad der Reduktion gesteuert wird, der notwendig ist, um die vorgegebene Dicke im letzten Kaltwalzschritt zu erzielen. Je größer die Reduktion, desto größer die Härte und desto geringer die Formbarkeit des kaltgewalzten Blechs.
Die Form- oder Stanzeigenschaften der eingehenden Bleche werden im Allgemeinen als „Formbarkeit“ bezeichnet. Formbarkeit ist mit der Fähigkeit des Blechrohlings verbunden, entsprechende Spannungen auf der Fläche des Blechs in ausreichendem Maße aufzunehmen, um eine gewünschte Teilegeometrie zu ermöglichen. Spannungen dieser Art können als Größen zweier senkrecht zueinander stehenden Hauptspannungen in der Fläche des Blechs ausgedrückt werden. Die Richtungen dieser Hauptspannungen sind in der Regel nicht auf die Blattausrichtung bezogen.
Obwohl es keine allgemein anerkannte Formbarkeitsmetrik gibt, die auf alle Stanzungen anwendbar ist, ist ein relativ akzeptiertes Prüfverfahren der Tiefungsversuch. Beim Tiefungsversuch wird ein Kugelstempel gegen das Prüfblech gedrückt, um aus dem anfänglich flachen Blech eine Kugel zu formen. Dies wird solange fortgesetzt, bis sich im Blech bei einer bestimmten Kugelhöhe ein Riss bildet, die Eindrücktiefe vor Rissbildung ist der Maximal- bzw. Begrenzungswert. Je höher die Eindrücktiefe ist, desto größer die Formbarkeit des Blechs.
Um die weiter unten beschriebenen Testergebnisse für hohe Temperaturen beim Tiefungsversuch zu erzielen, wurde ein Prüfblech auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, 5 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten und dann in die Prüfmaschine eingelegt. Die Prüfmaschine verwendete ein passendes Paar Formwerkzeuge, mit denen das Blech an seinem Außenrand festgehalten und ein Status der Biaxialverstreckung erzielt wurde. Dann wurde das Blech verformt, indem ein erhitzter Kugelstempel mit einem Durchmesser von 101,6 mm mit einer Geschwindigkeit von 1 mm/s gegen das Prüfblech gedrückt wurde.
Formbarkeit kann auch im Allgemeinen in Korrelation stehen mit und gefolgert werden aus der Duktilität des Blechs, die in einem Zugversuch gemessen wird, in welchem ein Prüfblech bis zum Reißen entlang einer Achse gezogen wird. Dies ist ein weniger genaues Maß für die Formbarkeit, aber Zugversuche sind einfacher durchzuführen als Tiefungsversuche, sodass Zugdaten oft leichter verfügbar gemacht werden können. Insbesondere wird die Gesamtdehnung oder die maximale Dehnung, der die Probe bis zum Reißen unterworfen werden kann, und die als Prozentsatz ausgedrückt wird, als Maß für die Formbarkeit verwendet.
Es ist auch bekannt, dass wenn kaltverfestigte Metalle, wie kaltgewalzte Bleche, „geglüht“, also für die Dauer eines bestimmten Zeitraums einer entsprechend hohen Temperatur ausgesetzt werden, die Auswirkungen der Kaltverfestigung revidiert werden können und das Metall im Wesentlichen zu seiner ursprünglichen Härte und Duktilität zurückfindet. In diesem geglühten Zustand werden Magnesium- und Aluminiumlegierungen auch mit der Härtestufe „O“ beschrieben. Die Temperatur, bei der die geglühten Eigenschaften nach einer Stunde Einwirken der Temperatur wieder hergestellt werden, ist die Rekristallisationstemperatur. Natürlich stellt das Glühen die Formbarkeit wieder her, verringert aber die Festigkeit des Rohlings.
Zur Verbesserung der Formbarkeit werden konventionell verarbeitete Aluminiumlegierungsbleche in der Regel nach dem Kaltwalzen geglüht. Oft ist es erwünscht, die Auswirkungen von Kaltwalzen und Kaltverfestigung vollständig rückgängig zu machen und die Aluminiumlegierung wieder in ihre Härtestufe O zurückzuversetzen. Aber das teilweise Glühen, das einen Teil der Festigkeit der Kaltverfestigung bewahrt, allerdings auch auf Kosten einer verringerten Formbarkeitsverbesserung, wird auch praktiziert.
Die hier beschriebenen Verfahren sollen die Spannung zwischen Formbarkeit und Teilefestigkeit, die aus dem Stanzen von kaltverfestigten Blechen aus Leichtmetalllegierung resultieren, reduzieren. Die Verfahren sind besonders geeignet für die Bildung von komplexen Blechstanzteilen aus Aluminiumlegierungsblechen, die durch Kaltverfestigung gefestigt wurden.
In der Praxis der Erfindung sollte das Blech gleichmäßig kaltverfestigt sein. Obwohl die Bleche einzeln verformt werden können, wird empfohlen, das kaltgewalzte Blech direkt zu verwenden, ohne es in einem Zwischenschritt zu glühen, um die Vorteile der Kaltverfestigung zu nutzen, die sich aus dem Kaltwalzverfahren ergeben. Dies bietet nicht nur wirtschaftliche Vorteile durch den Wegfall der Notwendigkeit für einen Temperprozess, sondern auch einen Prozessvorteil. Kaltverformung durch Walzen fördert eine gleichmäßige Verformung entlang der Länge der Spule, aus denen das Blech geschnitten ist. So werden nicht nur einzelne Bleche oder Rohlinge gleichmäßig kaltverfestigt, sondern auch die Konsistenz der Prozessbedingungen (Stanzen) kann über einen angemessenen Herstellungsablauf aufrecht erhalten bleiben, da jeder von der Spule geschnittene Rohling im Wesentlichen gleich kaltverfestigt wurde.
Das Blech kann auch teilweise geglüht werden, was seine Festigkeit reduzieren wird, ohne es vollständig wieder in die Härtestufe O zurückzuversetzen, wenn die Blechfestigkeit, wie gewalzt, mit den Formbarkeitsanforderungen des Blechs oder den Festigkeitsanforderungen des geplanten Stanzteils, wie weiter unten beschrieben, nicht kompatibel ist. bevorzugt sollte jedoch der Walzplan so ausgewählt werden, dass der gewünschte Zustand in einer Spule von geeigneter Dicke entwickelt werden kann, ohne dass ein zwischengeschalteter Tempervorgang notwendig wäre.
Denn eine kaltverfestigte Legierung wird sich, nach Ent- und dann Wiederaufladung, beim Wiederaufladen nur dann plastisch verformen, wenn die angewandte Spannung größer oder gleich der endgültigen Formänderungsfestigkeit ist, die beim ersten Laden erreicht wurde. Eine kaltverfestigte Legierung wird immer stärker sein als eine nicht verformte geglühte Legierung. Eine Folge der Formung eines Gegenstandes aus einem zuvor kaltverfestigten Blech ist die Erhöhung der Streckgrenze des Formteils. Aber eine solche kaltverfestigte Legierung wird eine reduzierte Formbarkeit haben, d. h. eine reduzierte Fähigkeit, ohne Risse oder Spaltungen in ein komplexes Teil geformt zu werden.
Die Duktilität oder Formbarkeit von Aluminium- und Magnesiumlegierungen wird bei gering ansteigenden Temperaturen erhöht, in der Regel von 150°C auf 300°C, bezogen auf die Formbarkeit dieser Legierungen bei Umgebungstemperaturen von ca. 20-25°C. Somit kann die Formung eines kaltverfestigten Rohlings in ein gestanztes Produkt bei solchen Temperaturen, ein Prozess, der in der Regel als Halbwarmumformen beschrieben wird, das Stanzen von Produkten mit komplexeren Formen ermöglichen, als bei Umgebungstemperatur möglich ist. Diese Fähigkeit der Warmumformung in leicht zu stanzende komplexe Formen kann besonders bei zuvor kaltverfestigten Legierungsblechen vorteilhaft sein, die von Natur aus eine geringere Duktilität aufweisen.
Ein Ziel der Umformungsmethoden dieser Offenbarung ist es, immer wieder starke, komplexe, gestanzte Produkte zu formen, die in jeder ihrer drei Dimensionen eine deutliche Krümmung aufweisen und oft auch Teile des Produkts mit Krümmungsradien von acht Millimetern oder weniger beinhalten. Die Bildung der Produktform erfolgt in einem einzigen Stanzarbeitsgang. Rohlinge, in der Regel flach, werden aus einer Spule von gewalztem Flachmaterial in einfache rechteckige oder trapezförmige Formen geschnitten oder in vielfältige geometrische Formen gestanzt. Das Ausgangsblechmaterial ist bevorzugt kalt gearbeitet oder kaltverfestigt, sodass es eine Streckgrenze aufweist, die größer ist als die, die aus einem ähnlich zusammengesetzten Material in geglühtem Zustand hervorgehen würde.
Es kann jede der marktüblichen Legierungsfamilien auf Aluminiumbasis verwendet werden. Solche Legierungen werden häufig mit den Buchstaben AA (für Aluminium Association) gekennzeichnet, gefolgt von einem vierstelligen Code, von welchem die erste Ziffer die primären Legierungselemente kennzeichnet und basieren auf der Norm DIN EN 573-1 2005-02. Aluminium und Aluminiumlegierungen - Chemische Zusammensetzung und Form von Halbzeug - Teil 1: Numerisches Bezeichnungssystem. Es ist üblich, Aluminiumlegierungs-„Serien“ basierend auf dieser ersten Ziffer zu beschreiben. Zu einigen besonders geeigneten Legierungsserien, die in Plattenform verfügbar sind, gehören AA1XXX (im Wesentlichen unlegiert und mit einem Gewichtsanteil Aluminium von mindestens 99 %), AA5XXX (mit Magnesium legiert), AA6XXX (mit Magnesium und Silizium legiert), 2XXX (mit Kupfer legiert) und AA7XXX (mit Zink legiert). Die verbleibenden 3 Ziffern kennzeichnen die spezifischen Anteile der Legierungselemente, die die einzelnen Mitglieder unterscheiden. Z. B. Legierung AA6111 (nominale Zusammensetzung nach Gewicht: 0,5 - 0,9 % Cu; 0,5-1,0 Mg; 0,1-0,45 % Mn; 0,6-1,1%SI; Gleichgewicht zwischen Al und häufigen Verunreinigungen) ist ein Beispiel für eine Legierung der AA6XXX-Serie.
Aluminiumlegierungen werden in der Regel in zwei Kategorien zusammengefasst - aushärtbare Legierungen, darunter Legierungen der Serien AA2XXX, AA6XXX und AA7XXX, und nichtaushärtbare Legierungen, darunter Legierungen der Serien AA1XXX und AA5XXX. Wie bereits erwähnt, ist die Erfindung für Aluminiumlegierungen aller Legierungsserien geeignet, sowohl für aushärtbare als auch für nichtaushärtbare Legierungen.
Die Festigkeit von nicht aushärtbaren Legierungen kann mit einer Härtestufe, wie der oben erwähnten Härtestufe O, beschrieben werden. Kaltverfestigte Aluminium- und Magnesiumlegierungen werden am häufigsten mit einer Kennung mit drei Zeichen angegeben, die in allen Fällen mit dem Buchstaben „H“ (Hardened - gehärtet) beginnt. Das zweite Zeichen zeigt das Verfahren, das beim Härten der Legierung angewendet wird, wobei eine 1 die einfache Kaltbearbeitung bezeichnet, eine 2 eine Kaltbearbeitung gefolgt von einem Glühen, das ausreichend ist, um das Kaltbearbeiten teilweise rückgängig zu machen und eine 3 eine Kaltbearbeitung, gefolgt von einer Niedertemperatur-Wärmebehandlung, in der Regel bei 120°C - 175°C, ausreichend, um die kaltverfestigte Festigkeit zu stabilisieren, ohne den Rückfall einer Legierung in ihren geglühten Zustand bzw. in ihre Härtestufe O zu verursachen. Der Grad der Aushärtung wird durch das dritte Zeichen angegeben, in der Regel eine Zahl zwischen 1 und 8, wobei 1 die niedrigste und 8 die höchste Festigkeit angibt. Dabei ist wichtig anzumerken, dass Zustände, die mit dem gleichen dritten Zeichen beschrieben werden, die gleiche Festigkeit aufweisen. Das heißt, die Festigkeit einer H12-Legierung ist identisch mit der einer H22- oder H32-Legierung, und die Festigkeit einer H16-Legierung ist die gleiche wie die einer H26- und H36-Legierung und so weiter.
Obwohl in jeder Phase des Formstanz-Prozesses eine Festigung auftreten kann, ist es am bequemsten, durch die Steuerung des Walzprozesses die Kaltverfestigung auf das gesamte Blechmaterial einer Spule anzuwenden, von welcher der Rohling geschnitten wird. Bestimmte Blechreduktionen können besondere Härtegraden zugeordnet werden. Beispielsweise ist bei Aluminiumlegierungen die Härtestufe der H18 normalerweise verbunden mit einem Rückgang der Dicke um ca. 75 %, H16 mit einem Rückgang der Dicke um 50-55 %, H14 mit einem Rückgang der Dicke um ca. 35 % und H12 mit einem Rückgang der Dicke um 20-25 %.
Da die aushärtbare Legierungsserie durch Wärmebehandlung gefestigt werden kann, wird eine Festigung durch Kaltverfestigung bei diesen Legierungen in der Regel nicht vorgenommen. Aber diese aushärtbaren Legierungen unterliegen den gleichen Heiß- und Kaltwalzpraktiken, die auf nichtaushärtbare Legierungen angewendet werden, sodass die Praxis dieser Erfindung gleichermaßen für aushärtbare Legierungsserien gilt. Die genannten Methoden und Beispiele sind daher im Besonderen auf alle Aluminiumlegierungen und im Allgemeinen auf alle Leichtmetalllegierungen, einschließlich Magnesiumlegierungen, anwendbar.
Zu Beginn wird ein Leichtmetall als Legierungsblechmaterial ausgewählt. Die ausgewählte Aluminium- oder Magnesiumlegierung wird kaltverfestigt, um ein Ausgangsmaterial zu erhalten, das nach dem Stanzen die gewünschte Festigkeit des gestanzten Produktes, Teils oder Bauteils aufweist, aber gleichzeitig eine ausreichende Formbarkeit hat, um bei einer geeigneten erhöhten Umformtemperatur in das gewünschte Teil gestanzt zu werden. Wenn mehrere mögliche Legierungen diese Anforderungen erfüllen, wird in der Regel die Legierung ausgewählt, die nach dem Stanzen das Teil mit der höchsten Festigkeit ergibt. Allerdings können andere Einschränkungen bei der Auswahl der jeweiligen Legierung ausschlaggebend sein. Beispiele für Einschränkungen sind ohne Anspruch auf Vollständigkeit Korrosionskompatibilität der angrenzenden, nicht identischen Legierungen oder Schweißprobleme, zum Beispiel, wenn Aluminiumlegierungen mit Magnesiumlegierungen verbunden werden.
Das Ausgangsblechmaterial wird auf eine vorgegebene Umformtemperatur vorgewärmt, kurz bevor es für den Umformvorgang zwischen zwei gegenüberliegende Formwerkzeuge gelegt wird. Gemäß den Praktiken dieser Erfindung wird die Umformtemperatur des Blechmaterials bestimmt für die Bildung der beabsichtigten Produktform und durch die metallurgischen Eigenschaften des kaltverfestigten Ausgangsmaterials.
Die Strategie ist es, das Ausgangsmaterial auf eine Temperatur vorzuheizen, die die Formbarkeit der kaltgehärteten Legierung für die Herstellung einer bestimmten Produktform verbessert, während ein Großteil der Festigkeit, die durch die Kaltverfestigung im geformten Produkt entsteht, nachdem es von seinem spezifischen Stanzvorgang erkaltet ist, erhalten bleibt. Wenn ein Teil, das durch einen solchen Stanzvorgang vorbereitet wurde, in Betrieb geht, wird es höhere Belastungen aufnehmen können, bevor es sich plastisch verformt, und so ein besseres Verhältnis Festigkeit zu Gewicht aufweisen, mit den damit verbundenen positiven Auswirkungen auf die Fahrzeugleistung.
Die Verwendung von nicht erhitzten Formwerkzeugen zur Durchführung der Umformung wird bevorzugt. Daher sollte der Umformungsvorgang in einer relativ kurzen Zeit erfolgen (in der Regel bis zu einigen Sekunden), um während der Umformung den Wärmeverlust vom Werkstück zu den Formwerkzeugen zu minimieren. Geeigneterweise können die Formwerkzeuge in mechanischen Pressen angebracht werden, die ein schnelles Schließen der Formwerkzeuge und Formgebung der Rohlinge ermöglichen, aber grundsätzlich kann jede geeignete, sich schnell bewegende Presse verwendet werden.
Es muss darauf hingewiesen werden, dass die Erwärmung des kaltverfestigten Rohlings zwar zur Verbesserung der Formbarkeit durchgeführt wird, natürlich aber auch eine Wärmebehandlung des Rohlings zur Folge hat und die Festigkeit des Rohlings und des Fertigteils reduziert. Dementsprechend ist die Kombination der vorgegebenen Vorwärmtemperatur für ein bestimmtes Werkstück spezifischer Dicke und die Dauer der Warmformungs-Temperaturüberschreitung bevorzugt so zu steuern, dass das geformte Produkt eine Streckgrenze hat, die bevorzugt gleich oder größer ist als ein und ein Viertel mal die Streckgrenze der Legierung in einem geglühten, weichen Zustand.
Die jeweils korrekte Warmformtemperatur kann durch Modellierung, Ausprobieren oder Erfahrung oder eine beliebige Kombination aus diesen festgelegt werden. Die ermittelte Warmformungstemperatur kann spezifisch für eine bestimmtes kaltverfestigtes Legierungsblechmaterial, die Form eines zu erzeugenden Produkts oder die Dauer des Erwärmens sein, die mindestens erforderlich ist, um vor dem Formen und Abkühlen des Produkts eine gleichförmige Temperatur im Blechmaterial zu entwickeln. Jedes Formteil sollte die beabsichtigten Festigkeitseigenschaften erfüllen. Dabei sind die Festigkeitsunterschiede zwischen den einzelnen Teilen, die sich zum Beispiel aus Unterschieden in der Kaltverfestigungstruktur der Ausgangswerkstücke und/oder Temperaturschwankungen im Heizofen ergeben, angemessen zu berücksichtigen.
Ein erstes Beispiel veranschaulicht das Formen von kalverfestigtem AA5083 (enthält nominal nach Gewicht 0,4-1,0 % Mn, 4-4,9 % Mg, Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen), eine nicht aushärtbare Legierung in H18, auf eine Dicke von 1,4 Millimetern kaltgewalzt. Ein solches Blech wurde im Wesentlichen bis zur Grenze seiner Duktilität kaltverfestigt, sodass auch eine minimale weitere Verformung bei Umgebungstemperatur schnell zu einem Reißen des Blechs führen kann. Hier wird Härte (HRB), basierend auf der Rockwell-B-Skala und gemessen bei Raumtemperatur als Ersatz für Festigkeit verwendet, wobei zunehmende Härtezahlen zunehmende Festigkeit beschreiben. Die in Tabelle 1 angegebenen Daten veranschaulichen den Begrenzungswert (in mm), der in einem Tiefungsversuch gemessen wurde, nachdem Prüfbleche einer Legierung AA5083-H18 auf eine Reihe von erhöhten Temperaturen erhitzt wurden und bei dieser Temperatur vor dem Versuch für die Dauer von 5 Minuten gehalten wurden. Die Härtereaktion gleicher Bleche, die auf dieselben Temperaturen erhitzt werden, zeigt sich nach 5 Minuten, gemäß den Testbedingungen des Tiefungsversuchs, und auch, nachdem diese Temperaturen 15 Minuten lang angewandt wurden.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, hat AA5083 H18 zunächst eine Härte von etwa 63 HRB im Vergleich zu einer Härte von etwa 36 HRB für die gleiche Legierung in ihrem geglühten Zustand bzw. mit Härtestufe O. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass es bei den Härteergebnissen aus diesen nominell identischen Proben gewisse Abweichungen geben kann. Diese Abweichungen können bis zu ±1,5 HRB betragen. Beim Glühen der Legierung H18 für die Dauer von fünf Minuten bei Temperaturen von bis zu 300° C nimmt die Härte bei zunehmender Glühtemperatur zunächst langsam ab, bis etwa 58 HRB, bei einer Glühtemperatur von 250°C. Aber mit weiterer Erhöhung der Glühtemperatur sinkt die Härte wesentlich stärker, beispielsweise auf etwa 34 HRB bei einer Glühtemperatur von 300° C. Die Formbarkeit nimmt jedoch bei zunehmender Glühtemperatur zu, wie durch die Messungen aus dem Tiefungsversuch dargelegt, und zeigt sogar ein ausgeprägtes und unerwartet großes Maximum bei 250°C. In der Tat ist der Begrenzungswert der Legierung H18 5083 bei 250°C (46,9 Millimeter) größer als der Begrenzungswert der Legierung 5083 mit Härtegrad O, auch getestet bei 250°C, die einen Begrenzungswert von 38,7 Millimeter ergibt.

So hat das Blech 5083-H18, wenn es auf 250°C erhitzt und gestanzt wird, eine ausreichende Formbarkeit, um aus ihm eine komplexe Form zu bilden, und behält dabei einen erheblichen Teil seiner kaltverfestigten Festigkeit, vorausgesetzt, es wird der Temperatur von 250°C nur ca. 5 Minuten ausgesetzt. Ferner wird diese Festigkeitsbeständigkeit nicht merklich verringert, auch nicht bei einer Weichglühzeit von 15 Minuten. Somit ist das Verfahren gegenüber unvermeidlichen geringfügige Erhöhungen der Glühzeit, die bei der Umsetzung in einer industriellen Umgebung entstehen können. Tabelle 1

Material und Härtestufe mit Glühtemperatur in Klammern	Eindrücktiefe (mm)	Härte nach 5 Minuten Glühen (HRB)	Härte nach 15 Minuten Glühen (HRB)
Material und Härtestufe mit Glühtemperatur in Klammern	Eindrücktiefe (mm)	(Testbedingungen Tiefungsversuch)	Härte nach 15 Minuten Glühen (HRB)
AA5083 H18 (Kein Tempern)		63
AA5083-H18 (100°C)	25.4
AA5083-H18 (150°C)	30.4
AA5083-H18 (175°C)		62
AA5083-H18 (200°C)	36.3	62	61
AA5083-H18 (225°C)	36.9	59	59
AA5083-H18 (250°C)	46.9	58	56
AA5083-H18 (300°C)	37.5	34	36
AA5083-O (20°C)		36
AA5083-O (250°C)	38.7

In einem zweiten Beispiel wird die Reaktion einer 1,1 Millimeter dicken, aushärtbaren Legierung AA6061 veranschaulicht, die durch Kaltwalzen stark kaltverfestigt wurde, und in eine Härtestufe gebracht wurde, die H18 entspricht. Wieder wurden die Bleche auf eine Testtemperatur erhitzt, für 5 Minuten auf dieser Temperatur gehalten und dann getestet. Die Ergebnisse der Tabelle 2 zeigen die Testtemperatur, den Maximal- bzw. Begrenzungswert, die Streckgrenze der Legierung nach dieser 5-minütigen Temperaturbelastung und zum Vergleich die HRB-Härte dieser gleichen Legierungen nach dem Erhitzen. Wie in Tabelle 2 gezeigt, weist diese stark kaltverformte AA6061-Legierung eine minimale Eindrücktiefe im Tiefungsversuch auf, wenn sie nach der Temperaturbelastung geformt wird. Tabelle 2

Eindrücktiefentemperatur (°C) Eindrücktiefe (mm) Streckgrenze (MPa) Härte nach dem Umformen (HRB)

100 14.7 307 58

150 15.3 293 58

200 17.8 284 54

250 21.8 246 47

für 5 Minuten bei Temperaturen von 100°C und 150°C. Die Streckgrenze der Legierung bleibt auch nach Erhitzung auf diese Temperaturen bei etwa 300 MPa erhalten, was einen minimalen Verlust an Festigkeit bedeutet. Einige Verbesserungen in der Eindrücktiefe ergeben sich aus dem Formen bei 200°C mit einer signifikanten Verbesserung der Eindrücktiefe, die bei 250°C zu beobachten ist. Die Eindrücktiefe bei 250°C ist fast 50 % größer als die Eindrücktiefe, die man erhält, wenn man bei 100°C formt. Darüber hinaus wird diese Verbesserung der Formbarkeit unter Beibehaltung einer Streckgrenze von 246 MPa erreicht, was im Vergleich zu der 100°C-Streckgrenze eine Verringerung von weniger als 20 % bedeutet. Im Vergleich dazu weist eine vollständig ausgehärtete AA6061-T6-Legierung, d. h. eine AA6061-Legierung in ihrem maximalen Festigkeitszustand, eine typische Streckgrenze von ca. 276 MPa auf. Da, wie weiter unten ausgeführt, eine Produktion von halbwarmumgeformten, kaltverfestigten Stanzteilen voraussichtlich während des Prozesses des Auftragens eines Automobillacks aushärtet, kann davon ausgegangen werden, dass das warmumgeformte, kaltverfestigte AA6061 Stanzteil nach diesem Aushärtungsprozess im Vergleich zu einer AA6061-T6-Legierung die gleiche oder eine höhere Festigkeit aufweist.
Insbesondere beziehen sich die offenbarten Verfahren auf das Umformen von kaltverfestigten Blechen oder Rohlingen aus Aluminiumlegierung, z. B. AA6061, bei Temperaturen über der Umgebungstemperatur, die ausreichen, um die Formbarkeit zu verbessern, und die gleichzeitig einen Großteil der Festigkeit bewahren, die auf die vorherige Kaltverfestigung im gestanzte Artikel und damit im Formteil zurückzuführen ist. Die Bewahrung eines Teils des kaltverfestigten Festigkeitsbeitrags des Blechs im Formteil führt zu einem Teil mit höherer Streckgrenze als ein ähnliches Teil, das aus einem Blech geformt wird, das in seinem geglühten Zustand die gleiche Zusammensetzung aufweist.
In den nachfolgenden Abschnitten dieser Offenbarung bezieht sich der Begriff „Festigkeit“ auf den gestanzten Artikel oder auf das Formteil bei einer Umgebungstemperatur von ca. 20°C - 25°C. Die Streckgrenze ist die Spannung, die im Teil oder im Blech eine plastische oder nicht wieder rückgängig zu machende Verformung verursacht. Die Streckgrenze kann leicht anhand eines Zugversuchs ermittelt werden, in welchem ein entsprechend geformtes Exemplar solange gezogen wird, bis es reißt.
Speziell in der praktischen Anwendung der Erfindung wird ein im Wesentlichen gleichförmig kaltverfestigtes Aluminiumlegierungsblech oder ein solcher Rohling zunächst auf eine Umformtemperatur erwärmt, die größer ist als die Umgebungstemperatur. Die Umformtemperatur wird so ausgewählt, dass sie eine höhere Duktilität begünstigt als bei Raumtemperatur vorhanden wäre, sodass das Blech in einen gestanzten Artikel mit einer entsprechenden Komplexität geformt werden kann. Das Stanzen erfolgt über einander ergänzende, oft geschmierte, nicht erhitzte Formwerkzeuge, die in einer mechanischen Presse montiert sind, sodass das Umformverfahren bei hoher Verformungsgeschwindigkeit durchgeführt und die Wärmeabgabe vom Blech zu den Formwerkzeugen minimiert werden kann. Der gestanzte Artikel kann dann aus den Formwerkzeugen entfernt werden und abkühlen. In der Regel erfolgt die Kühlung auf natürlichem Wege in im Wesentlichen zugfreier Luft, aber maschinelle Luftkühlung oder Kühlung durch Anwendung einer Nasssprühkomposition ist auch möglich. Gegebenenfalls kann der Artikel oder das Teil auch zwischen den geschlossenen Formwerkzeugen abkühlen, um eine schnelle Abkühlung zu ermöglichen. Der geformte Artikel kann dann einer beliebigen Weiterverarbeitung unterworfen werden, die erforderlich ist, um ein Fertigteil herzustellen, zum Beispiel Schneiden, Stanzen und dergleichen.
Rekristallisation wurde zuvor als ein Prozess beschrieben, der die Folgen der Kaltverformung rückgängig macht und die Materialeigenschaften wiederherstellt, die das Material in einem unverformten Zustand hat. Rekristallisation tritt bei erhöhten Temperaturen und nimmt mit der Zeit zu, wobei die Festigkeit eines Metalls oder einer Legierung allmählich abnimmt, während seine Duktilität zunimmt. Wie oben bereits beschrieben, basieren veröffentlichte Werte für die Rekristallisationstemperatur üblicherweise auf einer Temperatur für die Dauer von einer Stunde. Aber weil die Rekristallisation ein thermisch aktivierter Prozess ist, verhalten sich Rekristallisationstemperatur und Rekristallisationszeit umgekehrt proportional. Somit beträgt die Rekristallisationstemperatur für kürzere Aufheizzeiten von sagen wir 5-10 Minuten mehr als in Anweisungen oder veröffentlichten Werten steht. Es wird davon ausgegangen, dass die Bearbeitungszeit für die praktische Anwendung dieser Erfindung einschließlich Heizung und Umformzeit weniger als 10 Minuten beträgt. Die Erhitzungs-/Umform-Temperatur, bei welcher die Rekristallisation während der praktischen Anwendung dieser Erfindung auftritt (d. h. bei welcher die Auswirkungen der Kaltverfestigung vollständig aufgehoben werden), wird die Rekristallisations-Prozesstemperatur genannt, um sie von der herkömmlichen Rekristallisationstemperatur zu unterscheiden, bei welcher eine Temperatur von einer Stunde einwirkt. Da die Rekristallisations-Prozesstemperatur der Temperatur entspricht, die für die Dauer des Erhitzens- und Stanzprozesses die Legierung vollständig rekristallisiert, wird die Formtemperatur bevorzugt so ausgewählt, dass sie niedriger ist als die Rekristallisations-Prozesstemperatur.
Ferner hängt die Rekristallisationstemperatur auch von dem Ausmaß der Kaltbearbeitung ab. Stark kaltbearbeitete oder kaltverfestigte Metalle und Legierungen, wie Legierungen der Härtestufe H18, rekristallisieren schneller als leicht kaltverfestigte Metalle und Legierungen, wie Legierungen der Härtestufe H12. Daraus folgt, dass die Rekristallisationstemperatur für stark kaltbearbeitete Metalle oder Legierungen niedriger ist als die Rekristallisationstemperatur für leicht kaltbearbeitete Metalle oder Legierungen gleicher Zusammensetzung. Ein ähnlicher Effekt wird für die Rekristallisations-Prozesstemperatur beobachtet.
Formstanzen kann mit oder ohne Verwendung von Schmiermitteln durchgeführt werden. Wenn Schmiermittel verwendet werden, sollten diese bevorzugt mit möglicherweise folgenden Verarbeitungsverfahren, wie Schweißen und Lackieren, kompatibel oder nach dem Stanzen leicht entfernbar sein, sodass die Reinigung von überschüssigem Schmiermittel nicht aufwändig ist.
Die erforderlichen Umformungsanforderungen, die eine ausgewählte Aluminiumlegierung erfüllen muss, können durch Computermodellierung, Experiment oder Erfahrung oder eine beliebige Kombination dieser Ansätze festgelegt werden. Wenn die Geometrie der Formwerkzeuge bekannt ist, können eine digitalisierte Darstellung dieser Geometrie sowie die Schmierbedingungen in ein Formmodell auf der Grundlage der finiten Elemente eingegeben werden, um die Spannungen zu bestimmen, die in einem soliden, rissfreien Stanzartikel entstehen. Die Kenntnis der maximalen Spannungen im gestanzten Artikelmodell kann dann verwendet werden, um der Umformgrad des Teils zu bewerten. Typischerweise geschieht dies unter Zuhilfenahme von Verformungsgrenzdiagrammen oder ähnlichen Hilfsmitteln für spezifische Legierungen spezifischer Härtestufen. Anhand der Bewertung des Umformgrads wird dann die Auswahl einer geeigneten Aluminiumlegierung und Umformtemperatur, wie unten beschrieben, vorgenommen. In einigen Fällen, in welchen die Formwerkzeuge physisch bereits hergestellt wurden, kann der oben beschriebene Prozess im Wesentlichen physisch reproduziert werden. Dafür wird eine hoch formbare Legierung mit dem gewünschten Schmiermittel verwendet, um die sich daraus ergebenden Spannungen bei der Auswahl von Legierung und Umformtemperatur zu Hilfe zu nehmen. Modellierungen oder experimentelle Ansätze dieser Art sind dem Fachmann auf dem Gebiet gut bekannt.
Mit Kenntnis der Formungsbedingungen, kann eine Legierung und Umformtemperatur ausgewählt werden, die des Umformgrads des fraglichen Teils entspricht. Diese Temperatur und Legierung können aus den festgelegten Beziehungen zwischen der Formbarkeit einer beliebigen Anzahl von Aluminiumlegierungen, die für die Verwendung bestimmt sind, und der Umformtemperatur abgeleitet werden. Das Verfahren sollte auch die Härtestufe der Legierungen berücksichtigen. Zu geeigneten Ansätzen gehören zum Beispiel der Vergleich der erwarteten Spannungen im Formteil mit Verformungsgrenzdiagrammen der möglichen Legierungen und Härtestufen. Die Formteilspannungen dürfen die Bruchdehnung nicht überschreiten, bevorzugt sollten sie die Spannungen im sicheren Bereich des Verformungsgrenzdiagramms hinsichtlich einer bestimmten, in Frage kommenden Legierung mit dem entsprechenden Härtegrad und bei der entsprechenden Temperatur nicht überschreiten.
Wo modellierte Daten verfügbar sind, ist die Modellierung der Teilspannungen und Teilverformungen unter Verwendung von Verformungsgrenzdiagrammen auf Spannungsbasis einem verformungsbasierten Ansatz möglicherweise vorzuziehen. Es wird darauf hingewiesen, dass das Umformen eines kaltgewalzten Blechs zu einer Veränderung des Umformwegs führt und daher eine spannungsbasierte Analyse geeigneter ist. Wenn es allerdings gewünscht wird, aufgrund der Kompatibilität mit angrenzenden Teilen oder aus wirtschaftlichen Gründen eine spezifische Legierung zu verwenden, kann die Untersuchung der Formbeziehungen auf nur eine bestimmte Legierung beschränkt werden.
Sobald die Legierung und die Formtemperatur ausgewählt wurden, kann der Härtegrad des Blechs bestimmt werden. Die Absicht ist, nach der Halbwarmumformung immer einen ausreichenden Verfestigungsbeitrag zu behalten, damit die Teilefestigkeit höher ist als die Festigkeit der Legierung mit Härtegrad O. bevorzugt sollte das Teil eine Festigkeit von mindestens ein und ein Viertel mal der Festigkeit der Legierung in ihrer Härtestufe O aufweisen, wobei eine höhere Festigkeit bevorzugt wird. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass selbst wenn die Kaltverfestigung durch die Warmumformung vollständig rückgängig gemacht wird und die Teilefestigkeit nicht größer ist als wenn das Stanzen unter Verwendung einer Legierung mit Härtestufe O durchgeführt worden wäre, der Halbwarmumformung dennoch einige Vorteile zuzuschreiben sind, da der Schritt des Temperns des kaltgewalzten Blechs entfällt.
Diese bevorzugte Teilfestigkeit sollte während des Stanzprozesses ohne weitere Verformungen erreichbar sein. Lokale Bereiche eines beliebigen gestanzten Artikels, wie scharfe Kanten 25 oder Merkmale, wie die Aussparung für das Kfz-Kennzeichen 20 im Kofferraum-Außendeckel 100 von 3, können während der Umformung eine erhebliche zusätzliche Belastung erfahren. Es ist jedoch üblich, dass große Bereiche eines Stanzteils, wie der horizontale Teil 5 von 3, während der Umformung nur eine minimale Belastung erfahren. Bei solchen im Wesentlichen unverformten Teilen des gestanzten Artikels, wie dem horizontalen Teil 5, kann man sich nur auf den Teil der Kaltverformung verlassen, der im Blech nach dem Halbwarmumformen verbleibt, um das bevorzugte Ziel für die Teilefestigkeit zu erreichen.
Zur Vereinfachung wird das Verfahren zunächst anhand einer anderen nicht aushärtbaren Legierung AA5182-O veranschaulicht (theoretische Zusammensetzung nach Gewicht: 4 bis 5 % Mg; 0,2-0,5 % Mn; Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen), eine Legierung mit einer Streckgrenze von ca. 130-140 MPa. Die Wahl von 5182-O ist beispielhaft und nicht einschränkend. Die nachgenannte Verfahrensweise gilt gleichermaßen für jede andere nichtaushärtbare Aluminiumlegierung der Serien AA1xxx, AA3xxx, AA4xxx oder AA5xxx.
Sobald eine Legierung ausgewählt ist, in diesem Beispiel AA5182, wird eine geeignete Umformtemperatur ausgewählt. Die Umformtemperatur sollte anhand des Umformgrads des Teils und der Formbarkeit bzw. der Zugfestigkeit und der Duktilität der entsprechenden Härtestufe des Blechs ausgewählt werden.
Wenn die Umformtemperatur ausgewählt wurde, muss entschieden werden, ob die Rekristallisations-Prozesstemperatur für die Härtestufe H18 geringer oder größer sein soll als die Umformtemperatur. Wenn die Rekristallisations-Prozesstemperatur für H18 größer als die Umformtemperatur ist, sollte die Legierung in der Härtestufe H18 verwendet werden, um anhand von Kaltverfestigung die maximale Verfestigung zu erzielen.
Wenn die Rekristallisations-Prozesstemperatur für H18 geringer als die Umformtemperatur ist, aber die Umformtemperatur geringer die Rekristallisations-Prozesstemperatur für H14 ist, dann muss eine Legierung der Härtestufe H14 verwendet werden, da die Legierung in dieser Härtestufe aufgrund der Kaltverfestigung einen Großteil ihrer Festigkeit behält und damit die Festigkeitsanforderungen erfüllt.
Wenn die Rekristallisations-Prozesstemperatur für H14 geringer als die Umformtemperatur ist, dann sollte eine Härtestufe von H12 in Erwägung gezogen werden, da die geringere Kaltverfestigung der Härtestufe H12 zu einer niedrigeren Rekristallisations-Prozesstemperatur führt, welche geringer sein kann als die Umformtemperatur. Wie oben erwähnt, hat 5182 mit Härtestufe H32 eine Streckgrenze von 235 MPa und ist, je nach der Rekristallisations-Prozesstemperatur möglicherweise in der Lage, eine Festigkeitsanforderung von 165-175 MPa im geformten Teil zu erfüllen. Wenn eine Härtestufe von HX2, wobei X eine beliebige der Härtestufenbezeichnungen 1, 2 oder 3 sein kann, die Anforderungen für die Teilefestigkeit nicht erfüllt, gibt es drei Optionen zur Behandlung der zu prüfenden Legierung - in diesem Beispiel 5182-O: iterativ eine andere Legierung auswählen und das oben beschriebene Verfahren wiederholen; eine andere Umformtemperatur wählen und das oben beschriebene Verfahren wiederholen oder den Sollwert für die Festigkeit lockern, damit dieser nicht unterhalb der Festigkeit der Legierung in Härtestufe O liegt.
Es ist es auch möglich, dass mehr als eine Legierung für die Formung eines bestimmten Teils geeignet ist. In diesem Fall ist es möglicherweise vorzuziehen, die Legierung auszuwählen, die die höchste absolute Festigkeit entwickelt. Unter Umständen kann jedoch aufgrund von Erwägungen im Zusammenhang mit z. B. Verbinden, Schweißen oder Korrosion ein Teil von geringerer absoluter Stärke vorgezogen werden. Aber wenn die Erwägungen im Zusammenhang mit Verbinden, Schweißen oder Korrosion in Zusammenhang mit einer Legierungsfamilie stehen, wie z. B. 6XXX, und nicht mit einer bestimmten Legierung in der Legierungsfamilie, gibt es bestimmt verschiedene Möglichkeiten, die Festigkeit durch die geeignete Wahl der speziellen Legierung innerhalb der bevorzugten Legierungsfamilie zu maximieren.
Die der Kaltverfestigung zuzuschreibende Festigkeitszunahme kann auch vorteilhaft zur Festigkeit von Teilen oder Bauteilen beitragen, die aushärtbare Legierungen verwenden, wie z. B. AA2xxx, AA6xxx, AA7xxx oder AA8xxx. Da jedoch die konventionelle Verarbeitung dieser Legierungen eine Festigkeitszunahme aufgrund von Aushärtung bedeutet, sollte auch der Einfluss der Prozesstemperatur auf die Aushärtungsreaktion dieser Legierungen berücksichtigt werden.
Ausgehärtete Legierungen unterliegen einem Lösungsglühen bei erhöhten Temperaturen, was der Lieferant durchführt, um zumindest einen Teil der Legierungselemente in der Aluminiummatrix aufzulösen und diese Elemente in einer metastabilen Lösung bei Raumtemperatur zu behalten. Unter entsprechenden Zeit-Temperatur-Kombinationen werden diese metastabile Lösungen aus der Lösung herausgenommen und bilden stärkende Ausscheidungen zur Erhöhung der Festigkeit der Legierung.
Daher profitiert die Festigkeit von Teilen, die ausgehärtete Legierungen verwenden, von einer Aushärtungsreaktion der Legierung bei Raumtemperatur beim Übergang vom Lieferanten, wobei die Verformung während des Formstanzens erfolgt, und einer zweiten Aushärtungsreaktion während des Lackeinbrennvorgangs, in der Regel etwa 20 Minuten bei einer Temperatur von etwa 180°C, um die Fahrzeuglackierung einzubrennen. Bei Temperaturen, die deutlich über etwa 250°C liegen, tritt eine Überaushärtung auf, die den Aushärtungsprozess weniger wirksam oder, bei erhöhter Legierungsfestigkeit, sogar unwirksam macht.
Somit ist bei kaltverfestigt gehärteten Legierungen die Beibehaltung einer Prozesstemperatur von 250°C oder weniger vorzuziehen, um erhebliche Festigkeitsbeiträge aus dem Aushärten neben dem zusätzlichen Festigkeitszunahme aufgrund der einbehaltenen Kaltverfestigung beizubehalten. Dies schränkt das Verfahren für die Auswahl einer geeigneten Legierung und Legierungshärtestufe, wie oben beschrieben, für nichtaushärtbare Legierungen natürlich weiter ein.
Wo die Formbarkeit der aushärtbaren Legierung unzureichend ist, um die Bauteilelemente durch das Formstanzen bei Temperaturen von 250°C und niedriger auszubilden, kann es zweckmäßig sein, eine höhere Temperatur zu verwenden. Diese höhere Temperatur kann das Lösungsglühen der Legierungzusätze fördern, sodass wenn der gestanzte Artikel rasch abgekühlt werden kann, zum Beispiel durch maschinelle Luftkühlung, Kühlung durch Anwendung einer Nasssprühkomposition oder sogar durch thermischen Austausch mit den kalten Formwerkzeugen, ein Teil der gelösten Legierung in Lösung zurückbehalten und damit während des Lackeinbrennzyklus' eine größere Aushärtungsreaktion erzielt werden kann. Diese Ergebnisse sind in den 1a-d und 2a-d schematisch dargestellt.
In jeder dieser 1a-d und 2a-d wird die Streckgrenze der Legierung, wie zum Beispiel gemessen in einem Zugversuch, durch die Gesamthöhe der Balken dargestellt, und die einzelnen Beiträge zur Streckgrenze werden durch die einzelnen Teile der Balken angezeigt.
zeigen schematisch Festigkeit und Festigkeitsbeiträge für ein halbwarmumgeformtes, kaltverfestigtes Blech einer aushärtbaren Legierungszusammensetzung bei einer Temperatur unter der Rekristallisations-Prozesstemperatur. Diese können mit den illustrativen Daten aus 1c und 1d verglichen werden, die ähnliche Daten für konventionell gestanztes Material zeigen.
Das zunächst kaltverfestigte Blech muss die Festigkeit aufweisen, die in 1a dargestellt ist, bestehend aus einer rekristallisierten Grundfestigkeit 2 (typisch für die Härtestufe O), zu welcher ein Kaltverfestigungsbeitrag 4 hinzugefügt wird. Die endgültige Teilefestigkeit, wie in 1b dargestellt, beinhaltet einen Beitrag von der Grundfestigkeit nach dem Umformen 2', sowie weitere Beiträge aus zurückbehaltener Kaltverfestigungen 4' und Aushärtung 6, 8. Der Beitrag der Kaltverfestigung 4', wie in 1b dargestellt, liegt aufgrund von umformungs-/temperaturbedingter Enthärtung unter dem in 1a. Aber da die Halbwarmumformung bei einer für das Aushärten dieser Legierung geeigneten Temperatur durchgeführt wurde, gibt es vom Aushärten 6 einen Beitrag zur Gesamtfestigkeit. Es gibt auch eine noch eine weitere Erhöhung der Festigkeit durch zusätzliche Aushärtung während des Lackeinbrennvorgangs 8 (1b). Es ist anzumerken, dass die Grundfestigkeit nach dem Umformen 2' etwas anders ist als die rekristallisierte Grundfestigkeit 2. Dies ist angemessen, da, wie oben erwähnt, die an gestanzten Artikeln vorgenommene Verformung in der Regel nicht gleichmäßig ist und es nicht ungewöhnlich ist, dass große Teile der gestanzten Artikel nur minimalen Verformungen und daher auch nur einer minimalen Festigung unterzogen werden. Natürlich werden die Teile des gestanzten Artikels, die während der Umformung einer nennenswerten Verformung unterzogen wurden, noch höhere Festigkeiten aufweisen.
Das zusätzliche Härten, das während des Einbrennens der Farbe auftritt, kann basierend auf Erfahrung, Experiment oder Modellierung vorhergesagt oder antizipiert werden und bei der Festlegung der Festigkeit des Bauteils berücksichtigt werden, wenn geeignete ausgehärtete Legierungszusammensetzungen und Härtestufen bei der praktischen Anwendung der Erfindung festgelegt werden.
Die Entwicklung der Festigkeit einer konventionell verarbeiteten Legierung („Stand der Technik“) geht aus den 1c und 1d hervor. Die Legierung hat zunächst eine Festigkeit gleich der rekristallisierten Grundfestigkeit 2 (dargestellt in 1c). Bei der Umformung und beim Durchlaufen des Lackeinbrennzyklus' wird nach dem Formen 2' aufgrund der Aushärtung während des Lackeinbrennens von 8' ein Festigkeitsbeitrag zu der Grundfestigkeit hinzugefügt, was zu der endgültigen Festigkeit führt, die durch die Länge des Balkens in 1d dargestellt wird. Wieder ist die dargestellte Festigkeit repräsentativ für jene Teile des gestanzten Artikels, die während der Umformung eine minimale Verformung und eine minimale Festigung durchlaufen haben. Der Vergleich der relativen Höhe der in 1b und 1d schematisch dargestellten Balken zeigt die Zunahme der Festigkeit 9, erreichbar durch die praktische Anwendung der Verfahren dieser Erfindung.
2a-d zeigen einen ähnlichen Vergleich für ein Umformverfahren, das bei einer höheren Temperatur durchgeführt wurde. Die höhere Temperatur verringert erheblich den Beitrag zur endgültigen Teilefestigkeit ( . Der Kaltverfestigungsbeitrag 4" wird deutlich reduziert, wie auch das Ausmaß des Aushärtens während des Lackeinbrennprozesses 8". Doch selbst in diesem Fall können diese verminderten Festigkeitsbeiträge eine Teilfestigkeit beisteuern, die im Wesentlichen identisch mit der ist, die konventionell ( 2d) gewonnen wird. In diesem Fall kann es noch vorteilhaft sein, das beschriebene Halbwarmumformungsverfahren zu befolgen, wenn es eine einfachere und vermutlich kostengünstigere vorgeschaltete Verarbeitung ermöglicht.
Wie im Fall der nicht aushärtbaren Legierungen, kann mehr als eine Legierung ein geeigneter Kandidat sein, um das betreffende Teil zu formen. Wieder ist die endgültige Wahl der Legierung abhängig von Erwägungen die absolute Festigkeit, die Verbindungen, Korrosion oder andere technische Attribute betreffend, die dem Teil, seiner Einbaulage und Funktion im Fahrzeug entsprechen.
3 und 4 stellen am Beispiel eines Kofferraum-Außendeckels als einem Stanzteil, das von der praktischen Anwendung dieser Erfindung profitieren kann, ein geeignetes Verarbeitungsschema dar. Der Einfachheit halber wird der Kofferraum-Außendeckel als Fertigteil gezeigt, und zwar nach entsprechenden Nachformarbeiten einschließlich dem Entfernen von überschüssigem Material zur Herstellung der beabsichtigten Außenlinie des Fertigteils. Diese Nachformarbeiten verändern jedoch nicht die geformte dreidimensionalen Teileform, die bei der Umformung entstanden ist.
Der Kofferraum-Außendeckel eines Fahrzeugs 100 (3) besteht in der Regel aus einem horizontalen Abschnitt 5, der den Stauraum des Fahrzeugs abdeckt, sowie aus einem vertikalen Teil 15, der den hinteren Teil des Stauraums umschließt und eine kritische Rückfläche des Fahrzeugs bildet. Zur vertikalen Fläche des Kofferraum-Außendeckels gehört oft ein Bereich 20, der für das Anbringen eines Kfz-Kennzeichens vorgesehen ist. Und sowohl die horizontalen als auch die vertikalen Bereiche des Kofferraumdeckelblechs haben oft komplexe Krümmungen sowohl in der Richtung vorn-nach-hinten als auch in den Quer-Richtungen. Dort wo die Form des Metalllegierungsblechs von ihrem horizontalen Bereich in ihren vertikalen Bereich übergeht, kann das Blech zudem Rippen 25 oder geformte Abschnitte mit relativ kleinen Krümmungsradien haben, die über die Breite des Blechs reichen. bevorzugt haben diese Rippen oder rippenähnlichen Merkmale, wie die Radien, die dem eingekerbten Bereich 20 zugeordnet sind, Radien von 1T bis 8T, wobei T der Blechradius ist. Somit entspricht ein Radius 2T in einem einen Millimeter dicken Blech einem Radius von 2 Millimetern. Es wird darauf hingewiesen, dass bei einem derartig scharfen Radius Bereiche, wie der eingekerbte Bereich 20, die Aussparung für das Kfz-Kennzeichen, und die Rippen 25 schwierig zu formen sind.
4 veranschaulicht das Formen von solchen Kofferraumdeckeln entsprechend der praktischen Anwendung der Erfindung. Ein kaltverfestigtes Blechwerkstück oder Rohling, 30, in der Regel flach, wird aus einem Lager solcher Werkstücke, das sich in der Nähe des Formungsvorgangs befindet, zu einem Heizofen 32 oder einer anderen geeigneten Heizvorrichtung befördert. Das Blechwerkstück 30 kann eine Dicke von etwa 0,65 - 6 mm aufweisen und hat gegenüberliegende ebene Flächen 50, 52, die durch die Formflächen 20, 24 der Formwerkzeuge 12, 14 des Formwerkzeugsatzes 10 in Bearbeitungslage gebracht werden. Der Heizofen 32, wie in 4 dargestellt, ist mit einem Heizelement 34 versehen, um das Werkstück 30 schnell auf eine bestimmte Umformtemperatur aufzuheizen, die von der Teilegeometrie, der Umformlegierung und der Bauteilfestigkeit abhängig ist. Die angegebene Umformtemperatur wird wie zuvor beschrieben, bestimmt. Das Blechwerkstück 30 wird dann über ein geeignetes Fördermittel (nicht abgebildet) durch den Einlass 36 des Heizofens 32 in die Heizkammer 38 transportiert. Das Blechwerkstück 30 verbleibt in der Heizkammer 38 für die Dauer einer bestimmten Erwärmungszeit und verlässt dann den Wärmeofen 32 durch den Auslass 40.
Das beheizte Werkstück 30' wird dann umgehend zwischen die Flächen 20, 24 der Formwerkzeuge 12, 14 platziert. Normalerweise erfolgt der Transport des erhitzten Werkstücks 30' aus der Heizkammer 38 zu dem Formwerkzeugsatz 10 mit wenig oder keiner Verzögerung, um den Wärmeverlust während des Transports zu minimieren.
Eine oder beide Formwerkzeugflächen 20, 24 können mit einem Schmierfilm 26 bedeckt sein (dargestellt nur über einen Teil der Flächen 20, 24). Alternativ, obwohl weniger bevorzugt, kann Schmiermittel auch auf eine oder beide Blechflächen 50, 52 aufgebracht werden. Wie in 5 gezeigt, sind die Formwerkzeuge 12, 14 in einer Presse angebracht (nicht dargestellt), bevorzugt in einer mechanischen Presse oder einer anderen entsprechend schnell schließenden Presse zur Minimierung der Wärmeübertragung vom Blech zu den Düsen während des Umformens. Die Formwerkzeuge 12, 14 werden durch die Wirkung ihres Pressmechanismus' gegen die obere Fläche 50 und die untere Fläche 52 des erhitzten Blechwerkstücks 30' geschlossen, sodass das erhitzte Werkstück 30' in die Form eines Kofferraum-Außendeckels 100 (3) für ein KFZ geformt werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass es mit einer mechanischen Presse mit den entsprechenden Mechanismen zur Blechzuführung und Entfernung des gestanzten Artikels möglich ist, auch große Artikel, wie den dargestellten Kofferraumdeckel, bei Taktzeiten von 6-10 Stanzvorgängen pro Minute zu stanzen. Die Produktionsrate des gestanzten Artikels soll im Wesentlichen von der Geschwindigkeit des Pressvorgangs vorgegeben werden, da der Transport des nächsten Werkstücks von der Heizkammer zur Presse und der Transport des vorherigen Artikels während des Formens erfolgt. Bei Verwendung von üblichen Produktionsraten und einer mechanischen Presse ist eine Taktzeit von etwa 6-10 Sekunden für große Artikel typisch. Somit kann davon ausgegangen werden, dass zwischen dem Entfernen des erhitzten Werkstücks aus der Heizkammer und dem Stanzen des Teils ein Zeit von etwa 6-10 Sekunden vergeht.
Dagegen bewegt sich die Heizzeit für einzelne Bleche in der Größenordnung von Minuten. Somit versteht es sich, dass das Einzelblech und der einzige Ofen, die in der Figur dargestellt sind, nur zur Veranschaulichung dienen und nicht repräsentativ sind. Das Erfüllen einer vorgegebenen Stanzrate erfordert die Verwendung von Schnellerwärmungs-Ansätzen, wie Induktionsheizung oder die gleichzeitige Nutzung mehrerer Öfen, von welchen jeder fähig ist, ein einzelnes Blech zu verarbeiten. Vorzuziehen ist jedoch der Einsatz einer oder mehrerer Öfen, die gleichzeitig mehrere Bleche lagern und erhitzen können.
Die praktische Anwendung der Erfindung wurde durch ihre Anwendung auf Aluminiumlegierungen veranschaulicht, aber Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass die Erfindung nicht auf Aluminiumlegierungen beschränkt ist, sondern auf einen weiten Bereich von kaltverarbeiteten Blechmaterialien angewendet werden kann. Eine geeignete Blechmaterialfamilie von Interesse für die Anwendung bei Automobilen ist die der Magnesiumlegierungen. Es ist ausdrücklich beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung zumindest Magnesium und Blechprodukte aus Magnesiumlegierung umfasst.

Claims

Verfahren zur iterativen Auswahl einer Legierungszusammensetzung, Härtestufe und Umformtemperatur zum Warmformen eines gestanzten Artikels, der frei von Spalten und Rissen ist, aus einem kaltgewalzten, kaltverfestigten Blech oder Rohling, wobei der gestanzte Artikel an einer Stelle innerhalb des gestanzten Artikels eine Steckgrenze bei einer vorgewählten Umgebungstemperatur hat, wobei die Steckgrenze bei vorgewählter Umgebungstemperatur größer ist als die Steckgrenze bei Umgebungstemperatur an einer gleichen Stelle eines gleichen Artikels, der bei Umgebungstemperatur aus einem geglühten Blech oder Rohling mit gleicher Legierungszusammensetzung gestanzt wurde, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a) Auswerten des Umformgrads des Artikels b) Vergleichen des Umformgrads des Artikels mit der Formbarkeit einer ersten Vielzahl von Kandidatenmaterialien, wobei jedes Kandidatenmaterial eine Legierungszusammensetzung und eine Härtestufe umfasst und, basierend auf diesem Vergleich ein Auswählen einer Umformprozesstemperatur, die höher ist als die Umgebungstemperatur, und ein aus der ersten Vielzahl von Kandidatenmaterialien erfolgendes Auswählen einer zweiten Vielzahl von Kandidatenmaterialien, deren Formbarkeit bei der Umformprozesstemperatur ausreichend ist, um das Teil ohne Einführen von Spalten oder Rissen zu formen; c) ein aus der zweiten Vielzahl von Kandidatenmaterialien erfolgendes Identifizieren eines oder mehrerer Materialien, die nach dem Umformen bei der ausgewählten Umformprozesstemperatur eine Streckgrenze bei Umgebungstemperatur an einer bestimmten Stelle beibehalten, die höher ist als die Streckgrenze bei Umgebungstemperatur an der bestimmten Stelle eines gleich gestanzten Artikels, der bei Umgebungstemperatur aus einem geglühten Rohling einer gleichen Zusammensetzung geformt wurde; und, d) Auswählen eines Materials aus dem oder den identifizierten formungs- und festigkeitsfähigen Materialien, wobei das ausgewählte Material optional das eine oder die mehreren formungs- und festigkeitsfähigen Materialien mit der höchsten absoluten Streckgrenze nach der Umformung ist oder sind oder falls das eine oder die mehreren identifizierten Materialien nicht in der Lage sind, die Festigkeitsanforderungen aus Schritt c) zu erfüllen, Rückkehren zu Schritt b), Auswählen einer niedrigeren Umformprozesstemperatur und Fortsetzen des Ausführens der Schritte b) bis d), bis ein Material ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend bei Schritt c) für aushärtbare Legierungen Hinzufügen einer erwarteten Festigkeitserhöhung durch Aushärtung während des Lackeinbrennens zu der Streckgrenze bei Umgebungstemperatur an der bestimmten Stelle des Artikels, der aus dem kaltverfestigten Blech bei Prozesstemperatur geformt wurde.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei mindestens eine der Kandidatenblechlegierungen eine AA6111-Legierung nach Norm DIN EN 573-1 2005-02. Aluminium und Aluminiumlegierungen - Chemische Zusammensetzung und Form von Halbzeug - Teil 1: Numerisches Bezeichnungssystem ist.