DE1211236B

DE1211236B - Verfahren zur Erzielung einer besseren spanlosen Verformbarkeit, insbesondere beim Tiefziehen und Stanzen

Info

Publication number: DE1211236B
Application number: DEST16207A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Fritz Fischer; Dr-Ing Karlhein Schmitt-Thomas; Vincenz Seul
Original assignee: Stahl & Walzwerke Rasselstein
Current assignee: Stahl & Walzwerke Rasselstein
Priority date: 1960-03-08
Filing date: 1960-03-08
Publication date: 1966-02-24
Also published as: GB967199A; US3160533A; NL121568C; NL262144A; BE601099A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES Wj|w PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

C21d

Deutsche Kl.: 18 c -9/48

Nummer: 1211236

Aktenzeichen: St 16207 VI a/18 c

Anmeldetag: 8. März 1960

Auslegetag: 24. Februar 1966

Die ständig wachsenden Anforderungen an die Verarbeitbarkeit von Feinblechen im Tiefzug und im Stanzvorgang nötigen den Hersteller, alle Wege durch Versuche zu prüfen, die geeignet sind, die Tiefziehmaterialien den gestellten Anforderungen anzupassen.

Für Tiefzieh- oder zu Stanzzwecken vorgesehene Bleche erkannte man als besonders bedeutungsvoll für eine qualifizierte Verarbeitung folgende Komponenten:

1. Analyse (Kohlenstoffgehalt, Reinheitsgrad sowie Begleitelemente zur Verhinderung der Alterung),

2. Korngröße und Kornform,

3. Streckgrenze (numerischer Wert und insbesondere Ausbildung des Streckgrenzbereichs).

Daneben erkannte man aber in steigendem Maße den Einfluß der Mikrooberfläche auf das Tiefziehverhalten, der in ungünstigen Fällen so weit gehen kann, daß bei vorgegebenen optimalen sonstigen Eigenschaften ein qualifiziertes Tiefziehen kaum möglich ist.

Man versuchte bis heute, das durch eine Abtastung und Aufzeichnung gewonnene Bild des Oberflächenprofils und daraus sich ergebende Maßzahlen (Rauhigkeitswerte) in Beziehung zum späteren Verhalten im Tiefziehen zu setzen. Dies führte in der Praxis zu den wiedersprechendsten Ansichten und zu wechselhaften und nicht reproduzierbaren Ergebnissen. Eine Erklärung für diese Tatsache findet man bei einer analytischen Betrachtung der Reibungsvorgänge, wie sie beim Tiefziehen vorliegen.

Zusammengefaßt ergibt sich danach der Mechanismus der Reibung wie folgt:

1. Die beiden im Tiefzug in Berührung stehenden Körper sinken unter entsprechendem Druck so weit ineinander ein, bis genügend tragende Spitzen der beiden Oberflächenprofile ein statisches Gleichgewicht herstellen.

2. Bei nachfolgendem Angriff einer Horizontalkraft werden sie schließlich gegeneinander verschoben. Die hierbei notwendigen Kräfte setzen sich zusammen aus Scherkräften, die durch das Abscheren auf einanderruhender Spitzen mit entsprechender Haftung bedingt sind, und aus Schnittkräften, die durch das Hindurchziehen der einen Oberfläche durch die andere entstehen. Hierbei erfolgt ein weiteres Einsinken der beiden in Berührung stehenden Körper.

Verfahren zur Erzielung einer besseren spanlosen Verformbarkeit, insbesondere beim Tiefziehen
und Stanzen

Anmelder:

Stahl- und Walzwerke Rasselstein/Andernach
Aktiengesellschaft, Neuwied/Rhein

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Fritz Fischer, Mich;

Dr.-Ing. Karlheinz Schmitt-Thomas, Mainz;

Vincenz Seul, Andernach

Die Wirkung der Mikrooberfläche auf das Ziehverhalten setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen:

1. Die Gestalt und Aufgliederung des Oberflächenprofils und das dieser Geometrie spezifisch zugeordnete Verhalten;

2. die mechanischen Eigenschaften, insbesondere Festigkeit, Härte und Streckgrenze der tragenden Spitzen, die bei einem Tiefzug folgende Vorgänge bestimmen:

a) den Eindringweg einer mit der Materialoberfläche in Wechselwirkung stehenden Werkzeugoberfläche unter dem Einfluß reiner Druckkräfte;

b) die Größe der Horizontalkraft, die sich bei der Gleitung aus Seher- und Schnittkräften zusammensetzt.

Aufgabe der Erfindung ist nun die Schaffung eines Verfahrens zur Erzielung einer besseren spanlosen Verformbarkeit, insbesondere beim Tiefziehen und Stanzen.

Auf Grund eingehender Untersuchungen wurde festgestellt, daß zur Herstellung eines zur spanlosen Verformung, insbesondere zum Tiefziehen am besten geeigneten Materials eine ganz bestimmte Oberflächencharakteristik erforderlich ist, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt. Diese Oberflächencharakteristik wird sowohl bestimmt durch die geometrische Gestaltung des Oberflächenprofils als auch durch die technologischen Eigenschaften des-

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selben. Es wurde erkannt, daß eine zur spanlosen unter Druck in Berührung gebracht, so wird die

Formgebung, insbesondere im Tiefzug, am besten Werkzeugoberfläche sofort größere Auflageflächen

geeignete Oberfläche eine Charakteristik aufweisen vorfinden und bei Erhöhung des Auflagedrucks nur

muß, die durch folgende Kennzeichen bestimmt ist: noch wenig unter weiterer Vergrößerung der in Be-„ ^. . , _, ■"-■,- , » "-V,'.' , ⁵ rührung stehenden Flächenelemente einsinken. Diese

1. Die geometrische Gestaltung und Aufgliederung _Profil_e 1 "bis 3 sind also unter Berücksichtigung der des Oberflachenprofils· in eine möglichst große _obeQ. angegebenen Oberflächencharakteristik für Zahl gleichmäßig verteilter, schlanker Spitzen, Tiefziehen nicht geeignet, da Faltenbildung bzw. ein derart, daß bei zunehmendem Abstand der Pro- _{Reißen des Materials eintritt}

fflschnitte von^der Hülhnie die Zunahme des _{l0 Die} Oberflächenprofile 5, 6 und 7 zeigen eine

Traganteils verhältnismäßig gering ist. Vielzahl von im wesentlichen gleichmäßig verteilter

2. Das Material des Oberflächenpronls muß eine und schlanker Spitzen. Bei gleichen technologischen so gute Verformbarkeit, d. h. entsprechend ge- Eigenschaften wie 1, 2 und 3 findet eine Werkzeugringe Werte von Streckgrenze, Festigkeit und oberfläche, die mit den Profilen 5, 6 und 7 in BeHärte aufweisen, daß das Werkzeug bei dem 15 rührung gebracht wird, an verhältnismäßig vielen

.. angewendeten Druck.verhältnismäßig tief in das Stellen Spitzen vor, die sich bei einer Erhöhung eines Oberfläehenprofil einsinkt, hierbei dieser Druck Auflagedrucks abplatten und ein weiteres Einsinken von einer Vielzahl von im wesentlichen gleich- der Werkzeugoberfläche in das Profil unter ent' mäßig verteilten, durch die Verformung ab- sprechender Vergrößerung der tragenden Flächengeplatteten Spitzen aufgenommen wird, und die 20 elemente gestatten. Dies veranschaulicht Fig. 2. Es zum Durchziehen der beiden unter Druck ' ist ersichtlich, daß das Werkzeug 8 (Faltenhalter) in stehenden Oberflächenprofile erforderlichen das Oberfläehenprofil, das etwa den Profilen 6 oder 7 Kräfte verhältnismäßig gering sind. entspricht, verhältnismäßig tief, d, h, um die

Größe S₁ einsinkt, wobei die tragenden. Flächen^

Aus dieser Öberflächencharakteristik ergibt sich, 25 elemente 9 über die Oberfläche annähernd gleichdaß nicht nur eine bisher in der Praxis für ivesent- mäßig verteilt sind. Im Gegensatz hierzu ist dieser lieh angesehene bestimmte Rauhigkeit der Ober- Einsinkweg S₂ bei dem in F i g. 3 gezeigten Oberfläche für das Tiefziehverhalten maßgebend ist, son- flächenprofil, das etwa dem Profil3 der Fig. 1 entdern daß außer einer bestimmten geometrischen spricht, verhältnismäßig klein, da das aufgepreßte Profilierung die technologischen Eigenschaften des 30 Werkzeug 8 sofort -große tragende Flächen-Oberflächenprofils wesentlich sind. Es ist bekannt, elemente 9 a vorfindet, die bei dieser Profilausbildung daß unberuhigter Flußstahl eine gute Tiefziehfähig- über die gesamte Oberfläche ungleichmäßig verteilt keit besitzt, weil die reine, kohlenstoffarme Rand- sind. Diese in F i g. 2 und 3 veranschaulichten Einzone eine hohe Verformbarkeit des reinen Eisens der sinkwege S₁, s₂ entsprechen in F i g. 1 dem Abstand a Oberfläche ermöglicht.. Bei dieser Randzone handelt 35 zwischen Profilschnitt und Hüllinie. Fig, 4 zeigt nun es sich jedoch um einen Teil bzw. eine Schicht des die Traganteile in Abhängigkeit von diesem Ab-Grundmaterials,' nicht aber um das Oberfläehenprofil stand a.
als solches, also die Mikrooberfläche. Die Traganteilkurven 1 bis 7 entsprechen den in

Zur Erzielung der gewünschten besseren spanlosen Fig. 1 gezeigten Profilen! bis 7. Fig. 4 zeigt_? daß Verformbarkeit wird nun bei dem Verfahren nach 4° bei den Oberflächenprofilen 1 und 2 bei geringem der Erfindung im wesentlichen nur das Oberflächen- Abstand a, d. h. bei geringem Einsinkweg des Werkprofil des zu verformenden Materials einer kurzzeiti- zeugs, hohe Traganteile vorhanden sind, während bei gen Erwärmung unterworfen. Diese Erwärmung er- den Profilen 5, 6 und 7 die gleichen Traganteile erst folgt in der Weise, daß die hierbei eventuell in das bei wesentlich größerem Abstand λ, also bei größe-. Grundmaterial eindringende Wärme keine Ver- 45 rem Einsinkweg erhalten werden. Nach Fig. 4 entänderung desselben bewirkt. Um eine solche Be- sprechen also die Profile 5 bis 7 der oben aneinflussung des Grundmaterials zu vermeiden, wird gegebenen erwünschten Oberflächencharakteristik, dieser Wärmestoß vorteilhaft durch die Anwendung da bei zunehmendem Abstand der Profilschnitte von einer induktiven Erwärmung mittels entsprechender der Hüllinie die Zunahme des Traganteils verhältais-Hochfrequenz ausgeführt. 50 mäßig gering ist.

Um weiterhin die Verformbarkeit zu verbessern, Aus den vorstehenden Erläuterungen geht hervor,

kann zusätzlich, d.h. gleichzeitig mit dem Wärme- daß die beispielsweise in Fig. 1 gezeigten Oberstoß, in Verbindung mit einer reduzierenden Gas- flächenprofile 5 bis 7 der geometrischen Komponente atmosphäre eine Entkohlung und/oder Entwicklung der angegebenen Oberflächencharakteristik entdes Oberflächenpronls bewirkt werden. 55 sprechen. Diese für das Tiefziehen günstigsten Ober-

Die Auswirkungen bzw, Vorteile des erfindungs- flächenprofile sind in der Praxis nicht immer hergemäßen Verfahrens sind im folgenden an Hand der stellbar, da durch die Abnutzung der zum Nachzeichnung näher erläutert. Es zeigt walzen der Bleche verwendeten Walzen bzw, auch

Fig. 1 sieben verschiedene Oberflächenprofile mit durch ungünstige Strahlverhältnisse beim Sandstrahden zugehörigen maximalen Hauhwerten R_max und 60 len Oberflächenprofile erzeugt werden, die beispielsden arithmetischen MittelrandwertenR₀, weise den Profilen3 und 4 von Fig. 1 entsprechen.

Fig. 2 und 3 zwei verschiedene Oberflächen- Diese an sich ungünstigen Profile können nun bei

profile in "Wechselwirkung mit einem Werkzeug bzw. Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, d. h. Druckstempel·. durch die Profilvergütung für das Tiefziehen brauch-

Fig, 4 die Traganteilkurven der in Fig. 1 ge- 65 bar gemacht werden. Andererseits kann ein Material, .zeigten Profile. . das wegen ungünstiger mechanischer Eigenschaften,

Wird ein Werkzeug, das eine glatte Oberfläche z. B, zu großer Härte, Festigkeit und Streckgrenze, aufweist, mit den Profilen 1, 2 oder 3 (Fig. 1) für einen Tiefzug weniger geeignet ist, bei An-

Wendung des erflndungsgemäßen Verfahrens eine Oberflächencharakteristik erhalten, die es für einen qualifizierten Tiefzug brauchbar macht.

Es ist weiterhin zu berücksichtigen, daß Tiefziehbleche ihre Oberflächenprofilierung durch das Nachwalzen erhalten. Hierbei tritt eine Verfestigung des Oberflächenprofils ein, also gegenüber dem Grundmaterial eine Erhöhung von Streckgrenze, Härte und Festigkeit des Oberflächenprofils, so daß durch diesen Nachwalzvorgang die Oberflächencharakteristik (Komponente 2 der obengenannten Charakteristik) verschlechtert wird. Wird nun das erfindungsgemäße Verfahren angewandt, so kann nicht nur die durch den Nachwalzvorgang verursachte Verfestigung der Oberfläche wieder aufgehoben, sondern darüber hinaus gegebenenfalls noch eine größere und bessere Verformbarkeit des Oberflächenprofils gegenüber dem Grundmaterial erreicht werden.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung eine Profilvergütung erreicht wird, die in jedem Fall eine Verbesserung der Tiefzieheignung bewirkt, d.h., es können Tiefziehbleche mit den verschiedensten Oberflächenprofilen Verwendung finden. Will man jedoch ein Optimum der Oberflächencharakteristik erzielen, so wird erfindungsgemäß dergestalt verfahren, daß das der Erwärmung zu unterwerfende Oberflächenprofil eine möglichst große Zahl gleichmäßig verteilter schlanker Spitzen aufweist und mit zunehmendem Abstand der Profilschnitte von der Hüllinie die Zunahme des Traganteils verhältnismäßig gering ist. Verwendet man also in diesem Sinne Oberflächenprofile, wie beispielsweise in F i g. 1 mit den Profilen 5 bis 7 veranschaulicht, und erzielt man weiterhin durch Anwendung des erfindungsgemäßen Profilvergütungsverfahrens eine hervorragende Verformbarkeit dieses Oberflächenprofils, so erhält man eine optimale Oberflächencharakteristik.

Bei Verwendung eines eine solche optimale Oberflächencharakteristik aufweisenden Materials ist es dann möglich, schwierige Tiefziehteile leichter herzustellen als bisher, ferner Arbeitsgänge- einzusparen und schließlich auch möglich, Verarbeitungsgeschwindigkeiten zu erzielen, die bisher nicht erreichbar sind.

Bekanntlich wird das Oberflächenprofil der Bleche beim Nachwalzen durch einen Negativabdruck der Walzenoberfläche erzielt. Um nun einen den Oberflächenprofilen5 bis 7 nach Fig. 1 entsprechenden Negativabdruck zu erhalten, müssen die Walzen mit einem Stahlmittel entsprechend behandelt werden. Um diese Oberflächenprofile zu erhalten, ist es erforderlich, ein verhältnismäßig feinkörniges Stahlmittel (kleines Korn) zu verwenden, das mit großer Geschwindigkeit, also großer kinetischer Energie auf die Walzenoberfläche geschleudert wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzielung einer besseren spanlosen Verformbarkeit, insbesondere beim Tiefziehen und Stanzen, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen nur das Oberflächenprofil des zu verformenden Materials einer kurzzeitigen Erwärmung unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung einer induktiven Erwärmung bei Anwendung entsprechender Hochfrequenz.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Wärmestoß eine Entkohlung und/oder Entstickung des Oberflächenprofils bewirkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Erwärmung zu unterwerfende Oberflächenprofil eine möglichst große Zahl gleichmäßig verteilter schlanker Spitzen aufweist und mit zunehmendem Abstand der Profilschnitte von der Hüllinie die Zunahme des Traganteils verhältnismäßig gering ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
E. Houdremont, »Handbuch der Sonderstahlkunde«, 1956, 3. Auflage, Bd. I, S. 445;

»Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure«, 1949, Heft 2, S. 25 bis 32.

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