EP3997253A1 - Verfahren zum herstellen eines blechproduktes und blechprodukt - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines blechproduktes und blechprodukt

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EP3997253A1
EP3997253A1 EP20737116.2A EP20737116A EP3997253A1 EP 3997253 A1 EP3997253 A1 EP 3997253A1 EP 20737116 A EP20737116 A EP 20737116A EP 3997253 A1 EP3997253 A1 EP 3997253A1
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EP
European Patent Office
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sheet metal
product
depressions
rolled
coated
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EP20737116.2A
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Oliver Vogt
Benjamin LAUER
Stefan Wischmann
Sascha Sikora
Martin Koch
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Publication of EP3997253B1 publication Critical patent/EP3997253B1/de
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    • B21B1/222—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length in a rolling-drawing process; in a multi-pass mill
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Definitions

  • the present invention is based on a method for producing a sheet metal product, the sheet metal product being made from a sheet metal pre-product by mechanical forming.
  • Sheet metal pre-products are usually processed further using mechanical forming processes, such as deep drawing.
  • the forces introduced into the sheet metal material are transmitted to the sheet metal pre-product via the sheet metal surface.
  • the geometry of the sheet metal product and the frictional forces between the sheet metal surface and the forming tool that occur in the forming process result in some very high local stresses on the sheet metal surface. These local stresses, which are made up of normal and shear forces, can be subject to considerable changes during the forming process. For an optimal forming result, it is necessary to be able to control the sheet metal flow during the forming process.
  • the sheet metal flow is controlled, in particular, by influencing the retaining forces, which counteract the drawing force of the forming process. This influence occurs, for example, through additional lubrication with lubricants. This leads to a local reduction in frictional forces and thus to a reduction in the restraint forces.
  • An increase in the restraint forces can be achieved, for example, by using pull beads.
  • Laser texturing processes are known from the publication DE 10 2012 017 703 A1, with which chem skin-pass rollers can be verse with a deterministic, ie geometrically determined texture.
  • This texture is applied to the surface of the skin during the skin pass process
  • Transferred sheet metal pre-products to be processed as a negative, ie elevations on the surface of the Walzeno result in valleys in the surface of the sheet metal pre-product and vice versa.
  • the depressions made in this way in the surface of the sheet metal pre-product are used as so-called lubricant pockets, which hold a lubricant applied to the sheet metal surface and can carry it with them during the forming process.
  • the functionality of the lubricants used is essentially determined by the additives added to the lubricant.
  • the additives can, for example, cause the formation of a boundary layer through an accumulation of polymer chains or also through chemical reactions on the metallic surfaces of the forming tool and sheet metal precursor and prevent direct contact between the surfaces of the forming tool and sheet metal precursor.
  • the bond between the polymer chains is based on van der Waals forces. Therefore, these can be shifted relative to one another with relative ease.
  • the bonding of the polymer chains to the surfaces of the forming tool and sheet metal intermediate is based on a dipole bond.
  • the boundary layer is usually a few nanometers thin and can easily be detached from the surfaces of the forming tool and sheet metal pre-product.
  • the invention is therefore based on the technical problem of providing a manufacturing method for sheet metal products which does not have the disadvantages of the prior art, but instead offers effective lubrication when the sheet metal pre-product is formed while using less lubricant.
  • This object is achieved by a method for producing a sheet metal product from a sheet metal pre-product, wherein at least one surface of the sheet metal pre-product is coated with a Beschich device, wherein the sheet metal pre-product is rolled, with depressions being rolled into the surface during the rolling, after the coating and Rolling lubricant is introduced into the depressions, whereby the sheet metal pre-product is mechanically reshaped with a shaping tool after the introduction of lubricant, thereby marked net that the surface is coated in such a way that the coating in the forming tool during the forming process, in particular with relative movement between the sheet metal and tool surface, is elastically deformable under loads of 0.5 MPa to 20 MPa and plastically deformable under loads above 20 MPa .
  • the method according to the invention enables the lubricant in the depressions to be transported in a targeted manner to the critical areas of the forming tool as lubricant pockets.
  • the depressions enable the surface of the sheet metal pre-product to absorb the lubricant and to transport it largely without loss. Only at high loads, i.e. where the lubricant is required for lubrication between the sheet metal pre-product and the forming tool, is it released locally through plastic deformation of the depressions.
  • the volumes of the depressions correspond to the required amount of lubricant. It is conceivable that the amount of lubricant required is between 0.5 g / mm 2 and 1 g / mm 2 . It is also conceivable that sheet metal blanks or sheet metal in strip form are provided as the sheet metal intermediate product. It is also conceivable that a skin pass roller is used as the roller for rolling the indentations into the sheet metal pre-product, to which a geometric texture has been applied, in particular using a laser texturing process. All sheet metal deformations are conceivable as mechanical reshaping of the sheet metal pre-product to the sheet metal product. Examples are bending, deep drawing, twisting, pressing and stretch drawing. The coating is preferably between 1 pm and 30 pm, in particular between 2 pm and 15 pm, thick.
  • the surface is coated in such a way that the coating in the forming tool during the forming process, in particular with relative movement between the sheet metal and tool surface, under loads of 0.5 MPa to 15 MPa elastically deformable and under Loads above 25 MPa is plastically deformable.
  • the existing loads in the forming tool are expressed as pressure, i.e. force per area, on the surface of the sheet metal pre-product.
  • pressure i.e. force per area
  • the depressions are rolled in as closed depressions in relation to a main plane of extent of the sheet metal pre-product. This advantageously enables safe and largely loss-free transport of the lubricant. Due to the closed shape in relation to the main plane of extension of the sheet metal pre-product, no lubricant can run out of the recess from the side. This also ensures that the lubricant is released in the event of a plastic deformation of the recess and is not pressed away from the area of the plastic deformation along a non-closed recess.
  • the depressions are rolled in I-shaped, rectangular or square in relation to the main plane of extent of the sheet metal pre-product. This results in well-shaped depressions, for example. It has been shown that this enables very effective lubricant transport. However, it is also conceivable that the depressions are round, oval, triangular or cross-shaped in relation to the main plane of extent of the sheet metal pre-product.
  • the depressions are rolled in with a depth of 2 pm to 15 pm, preferably 2 pm to 10 pm and particularly preferably from 2 pm to 5 pm. This enables the volume of the depressions to be well adapted to the required volume of lubricant.
  • the depth of the Fung in the context of the present invention is the depth of the depression after the surface has been coated.
  • the depressions are rolled in with a ratio of depth to volume of the depression of 1: 3 to 1:15 and preferably 1: 5 to 1:10. A corresponding ratio also has a positive effect on lubricant transport and targeted local wetting with lubricant.
  • the volume of the depression in the context of the present invention is the volume of the depression after the surface has been coated.
  • depressions are rolled into at least 30% of the surface of the surface of the sheet metal pre-product. This ensures that lubricant is actually transported to wherever high loads in the forming tool make it necessary to introduce lubricant.
  • the depressions are rolled in such that a bottom of the depression has a smaller area than the projection of the depression onto the main plane of extent of the surface.
  • the depressions are rolled into, for example, trough-shaped or cup-shaped. This is particularly advantageous when releasing the lubricant when the recess is deformed.
  • the depressions are rolled in such that the walls of the depressions enclose an angle of 105 ° to 140 ° and preferably 110 ° to 120 ° with the main plane of extent of the surface.
  • the angle between the walls of the depressions and the main plane of extent of the surface the volume changes of the depressions can be specifically adjusted by the load.
  • Correspondingly designed angles between the walls of the wells and the main plane of extent of the upper surface have proven to be advantageous.
  • Zinc is ideal as a cathodic corrosion protection coating. If the zinc is processed accordingly, the flow limit ze of the zinc exceeded at the highly stressed points in the forming tool, whereby the lubricant is advantageously released in a targeted manner.
  • the sheet metal pre-product is coated by hot-dip galvanizing, the sheet metal pre-product being coated before rolling (rolling in the depressions).
  • Hot-dip galvanizing is well mastered and has already been integrated to a large extent in manufacturing processes.
  • the surface is preferably coated with a closed coating, the coating not being pierced when the depressions are rolled in.
  • the sheet metal pre-product is coated electrolytically, the sheet metal pre-product being coated after the rolling (rolling in of depressions).
  • the coatings follow the uncoated course of the surface to be coated very precisely. The coating can therefore take place after the depressions have been rolled in. This sequence enables a very uniform coating, even within the depressions.
  • Another object of the present invention for solving the above-mentioned task is a sheet metal product produced using the method according to the invention.
  • Figure 1 shows schematically the method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows schematically a section of a sheet metal pre-product according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows schematically a section of the surface of a Blechvorpro products according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the sheet metal pre-product 2 is provided as a strip (coil material) or Pla tine and rolled with skin-pass rollers 3.
  • the skin pass rollers roll 3 trough-shaped depressions (see Figure 2) into the surface of the sheet metal pre-product 2.
  • the depressions are several micrometers deep, several micrometers long and wide, regularly arranged and are rolled into about 40% of the surface.
  • the skin pass rollers 3 have previously been processed, preferably with a laser texturing process, in such a way that they have a corresponding negative for rolling in the depressions on their surface. It should be noted that the negative has an elevation for each depression, the elevation being higher than the depression rolled in by the elevation being deep.
  • a skin pass liquid for example, is preferably introduced between the sheet metal intermediate 2 and skin pass roll 3.
  • the surfaces in the coating installation 4 are electrolytically coated with zinc approximately 7 ⁇ m thick.
  • the zinc layer follows the surface geometry of the underlying surface, in particular the rolled-in depressions.
  • the coating with zinc is carried out by means of hot-dip galvanizing. In this case, however, the coating would have to be carried out before the rolling / skin-passing, since a coating applied by hot-dip galvanizing affects the surface geometry of the underlying surface, in particular the rolled-in surface Wells that follow less well compared to electrolytic plating. The rolling in of the recesses after the hot-dip galvanizing would, however, compensate for this disadvantage.
  • the lubricant 8.1 is now introduced into the depressions on the coated surface.
  • the rolled and coated sheet metal pre-product 2 is cut to length from the strip to form a blank and then subjected to forming in a forming tool 5.
  • a forming tool 5 One example is deep drawing as a possible form of forming.
  • the still platinenför shaped sheet metal precursor 2 is inserted into the forming tool 5.
  • Outer edges of the sheet metal pre-product 2 are held by hold-down devices 5.3 of the forming tool 5 on supports 5.4 of the forming tool 5, while the punch 5.1 presses the inner area of the sheet metal pre-product 2 into the die 5.2.
  • FIG 2 a section of a sheet metal pre-product 2 according to an exemplary embodiment of the present invention is shown schematically.
  • a section orthogonal to the plane of extension of the surface 7 of the sheet metal intermediate product 2 can be seen.
  • the regularly arranged depressions 6 are several micrometers deep and have the bottom 6.1 and the walls 6.2.
  • the walls 6.2 enclose an angle ⁇ with the main extension plane of the surface 7 of 110 ° to 120 °.
  • FIG. 3 schematically shows a section of the surface 7 of a sheet metal intermediate product 2 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Recesses 6 can be seen, the projections of which onto the main plane of extent of the surface 7 are I-shaped.
  • the surface 7 has the depressions 6 on more than 30% of its area.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Blechproduktes (1) aus einem Blechvorprodukt (2) vorgeschlagen, wobei zumindest eine Oberfläche (7) des Blechvorproduktes (2) mit einer Beschichtung beschichtet wird, wobei das Blechvorprodukt (2) gewalzt wird, wobei beim Walzen Vertiefungen (6) in die Oberfläche (7) eingewalzt werden, wobei nach dem Beschichten und Walzen Schmierstoff (8.1) in die Vertiefungen (6) eingebracht wird, wobei das Blechvorprodukt (2) nach dem Einbringen von Schmierstoff (8.1) mit einem Umformwerkzeug (5) mechanisch umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (7) derart beschichtet wird, dass die Beschichtung im Umformwerkzeug (5) während des Umformprozesses, insbesondere unter Relativbewegung zwischen Blech- und Werkzeugoberfläche, unter Belastungen von 0,5 MPa bis 20 MPa elastisch verformbar und unter Belastungen oberhalb von 20 MPa plastisch verformbar ist.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Blechproduktes und Blechprodukt
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Herstellen eines Blechproduktes, wobei das Blechprodukt durch mechanisches Umformen aus einem Blechvorprodukt herge stellt wird.
Blechvorprodukte werden üblicherweise mittels mechanischer Umformverfahren, wie z.B. dem Tiefziehen, weiterverarbeitet. Die hierbei in den Blechwerkstoff eingebrachten Kräfte werden über die Blechoberfläche in das Blechvorprodukt übertragen. Es ergeben sich unter anderem aus der Geometrie des Blechproduktes und den im Umformverfahren auftretenden Reibkräften zwischen Blechoberfläche und Umformwerkzeug teils sehr hohe lokale Beanspruchungen der Blechoberfläche. Diese lokalen Beanspruchungen, welche sich aus Normal- und Scherkräften zusammensetzen, können während der Umformung erheblichen Veränderungen unterliegen. Für ein optimales Umformergebnis ist erforderlich, den Blechfluss während des Umformprozes ses gezielt steuern zu können.
Neben der Anpassung des Zuschnitts des Blechvorprodukts erfolgt die Steuerung des Blech flusses insbesondere durch eine Beeinflussung der Rückhaltekräfte, die der Ziehkraft des Um formprozesses entgegenwirkt. Diese Beeinflussung geschieht beispielsweise durch eine zusätz liche Schmierung mit Schmierstoffen. Diese führt zur lokalen Verminderung von Reibkräften und somit zur Verminderung der Rückhaltekräfte. Eine Erhöhung der Rückhaltekräfte kann zum Beispiel durch den Einsatz von Ziehsicken realisiert werden.
Der Einsatz einer zusätzlichen Schmierung stellt einen erheblichen zusätzlichen Aufwand dar. Zum einen müssen die Schmierstoffe aufwendig aufgebracht werden und zum anderen erhöht sich der Reinigungsaufwand sowohl beim Blechprodukt als auch am Umformwerkzeug, da die eingebrachten Schmierstoffmengen im Stande sein können, die Prozessstabilität negativ zu be einflussen. Insbesondere vor dem Hintergrund einer umweltverträglichen Fertigung ist der ver meidbare Einsatz von Schmierstoffen kritisch zu betrachten.
Aus der Druckschrift DE 10 2012 017 703 Al sind Lasertexturierverfahren bekannt, mit wel chem Dressierwalzen mit einer deterministischen, d.h. geometrisch bestimmten Textur verse hen werden können. Diese Textur wird während des Dressiervorganges auf die Oberfläche der zu verarbeitenden Blechvorprodukte als Negativ übertragen, d.h. Erhebungen auf der Walzeno berfläche resultieren in Tälern in der Oberfläche des Blechvorprodukts und umgekehrt. Die auf diese Weise in die Oberfläche des Blechvorprodukts eingebrachten Vertiefungen finden als so genannte Schmierstofftaschen Verwendung, welche einen auf die Blechoberfläche aufgetrage nen Schmierstoff halten und während der Umformung mit sich führen können.
Die Funktionsweise der eingesetzten Schmierstoffe wird im Wesentlichen durch dem Schmier stoff beigefügte Additive bestimmt. Die Additive können beispielsweise durch eine Anlagerung von Polymerketten oder auch durch chemische Reaktionen an den metallischen Oberflächen von Umformwerkzeug und Blechvorprodukt die Ausbildung einer Grenzschicht bewirken und einen direkten Kontakt der Oberflächen von Umformwerkzeug und Blechvorprodukt verhindern. Die Bindung zwischen den Polymerketten beruht dabei auf van-der- Waals-Kräften. Daher las sen sich diese vergleichsweise leicht gegeneinander verschieben. Die Bindung der Polymerket ten an den Oberflächen von Umformwerkzeug und Blechvorprodukt beruht dagegen auf einer Dipolbindung. Die Grenzschicht ist üblicherweise wenige Nanometer dünn und lässt sich leicht von den Oberflächen von Umformwerkzeug und Blechvorprodukt ablösen. Um einen direkten metallischen Kontakt und somit Verschleiß des Umformwerkzeuges und des Blechvorproduk tes durch Adhäsion und Abrasion im Wesentlichen zu verhindern, ist es somit notwendig, die Oberflächen flächendeckend stetig neu mit Schmierstoff zu benetzen. Eine Reduktion des Schmierstoffeinsatzes steht somit im Kontrast zu den Erfordernissen eines Herstellungsprozes ses eines Blechteiles gemäß dem Stand der Technik.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die technische Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für Blechprodukte bereitzustellen, welches die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern eine effektive Schmierung beim Umformen des Blechvorproduktes bei gleichzeitig re duziertem Schmierstoffeinsatz bietet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Blechproduktes aus einem Blechvorprodukt, wobei zumindest eine Oberfläche des Blechvorproduktes mit einer Beschich tung beschichtet wird, wobei das Blechvorprodukt gewalzt wird, wobei beim Walzen Vertiefun gen in die Oberfläche eingewalzt werden, wobei nach dem Beschichten und Walzen Schmier stoff in die Vertiefungen eingebracht wird, wobei das Blechvorprodukt nach dem Einbringen von Schmierstoff mit einem Umformwerkzeug mechanisch umgeformt wird, dadurch gekennzeich- net, dass die Oberfläche derart beschichtet wird, dass die Beschichtung im Umformwerkzeug während des Umformprozesses, insbesondere unter Relativbewegung zwischen Blech- und Werkzeugoberfläche, unter Belastungen von 0,5 MPa bis 20 MPa elastisch verformbar und un ter Belastungen oberhalb von 20 MPa plastisch verformbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, dass der Schmierstoff in den Vertiefungen als Schmierstofftaschen zielgerichtet an die kritischen Bereiche des Umformwerkzeugs transpor tiert wird. Die Vertiefungen ertüchtigen die Oberfläche des Blechvorproduktes, den Schmier stoff aufzunehmen und größtenteils verlustfrei zu transportieren. Erst bei hohen Belastungen, also dort wo der Schmierstoff zum Schmieren zwischen Blechvorprodukt und Umformwerkzeug benötigt wird, wird dieser durch eine plastische Verformung der Vertiefungen lokal freigesetzt.
Relativbewegungen zwischen Blechvorprodukt und Umformwerkzeug treten beim Umformen, wie beispielsweise dem Tiefzeihen, insbesondere im Flansch bzw. Auflage des Umformwerk zeuges und an der Ziehkante des Umformwerkzeuges auf. Diese Bereiche unterscheiden sich erheblich in den auf das Blechvorprodukt einwirkenden Belastungen. Während im Flansch bzw. Auflage eine vorwiegend flächige Beanspruchung im einstelligen MPa-Bereich vorliegt, treten an der Ziehkante sehr starke Belastungen auf, die insbesondere im mittleren zweistelligen MPa- Bereich und darüber hinaus liegen können. Entsprechend den lokal auftretenden Belastungen werden die Vertiefungen plastisch verformt, wobei der Schmierstoff freigesetzt wird. Durch den Blechfluss beim Umformen werden kontinuierlich weitere schmierstoffgefüllte Vertiefungen in die Bereiche mit sehr hohen Belastungen gefördert, so dass diese Bereiche stetig neu mit Schmierstoff benetzt werden.
Denkbar ist, dass die Volumina der Vertiefungen der benötigten Schmierstoffmenge entspre chen. Denkbar dazu ist, dass die benötigte Schmierstoffmenge zwischen 0,5 g/mm2 und 1 g/mm2 beträgt. Denkbar ist ferner, dass als Blechvorprodukt Blechplatinen oder Blech in Bandform bereitgestellt wird. Denkbar ist weiterhin, dass als Walze zum Einwalzen der Vertie fungen in das Blechvorprodukt eine Dressierwalze verwendet wird, auf welche insbesondere mit einem Lasertexturierverfahren eine geometrische Textur aufgetragen wurde. Als mechani sche Umformung des Blechvorproduktes zum Blechprodukt sind alle Blechumformungen denk bar. Als Beispiele seien hier Biegen, Tiefziehen, Verwinden, Drücken und Streckziehen genannt. Vorzugsweise ist die Beschichtung zwischen 1 pm und 30 pm, insbesondere zwischen 2 pm und 15 pm dick. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Oberfläche derart beschichtet wird, dass die Beschichtung im Umformwerkzeug während des Umformprozesses, insbesondere unter Relativbewegung zwischen Blech- und Werkzeugo berfläche, unter Belastungen von 0,5 MPa bis 15 MPa elastisch verformbar und unter Belas tungen oberhalb von 25 MPa plastisch verformbar ist. Damit ist eine noch bessere Anpassung an im Umformwerkzeug vorliegende Verhältnisse möglich. Die vorliegenden Belastungen im Umformwerkzeug äußern sich als Druck, also Kraft pro Fläche, auf die Oberfläche des Blech vorproduktes. Durch eine entsprechend günstige Gestaltung der Vertiefungen ist eine Manipu lation der Fläche möglich, auf welche die Kraft wirkt. Entsprechend kann so die Verformbarkeit der Beschichtung gesteuert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vertiefungen bezogen auf eine Haupterstreckungsebene des Blechvorproduktes als ge schlossene Vertiefungen eingewalzt werden. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise einen siche ren und größtenteils verlustfreien Transport des Schmierstoffs. Durch die auf die Haupterstre ckungsebene des Blechvorproduktes bezogen geschlossene Form kann kein Schmierstoff seit lich aus der Vertiefung herauslaufen. Ferner ist so sichergestellt, dass der Schmierstoff bei ei ner plastischen Verformung der Vertiefung freigesetzt wird und nicht entlang einer nicht-ge schlossenen Vertiefung aus dem Bereich der plastischen Verformung weggepresst wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vertiefungen bezogen auf die Haupterstreckungsebene des Blechvorproduktes I-förmig, rechteckig oder guadratisch eingewalzt werden. Somit ergeben sich beispielsweise wannenför mige Vertiefungen. Es hat sich gezeigt, dass damit ein sehr effektiver Schmierstofftransport möglich ist. Denkbar ist aber auch, dass die Vertiefungen bezogen auf die Haupterstreckungs ebene des Blechvorproduktes rund, oval, dreieckig oder kreuzförmig sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vertiefungen mit einer Tiefe von 2 pm bis 15 pm, bevorzugt 2 pm bis 10 pm und besonders bevorzugt von 2 pm bis 5 pm eingewalzt werden. Damit ist eine gute Anpassung des Volumens der Vertiefungen an das benötigte Volumen an Schmierstoff ermöglicht. Die Tiefe der Vertie- fung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die Tiefe der Vertiefung nach der Beschichtung der Oberfläche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vertiefungen mit einem Verhältnis von Tiefe zu Volumen der Vertiefung von 1 :3 bis 1 :15 und bevorzugt 1 :5 bis 1 :10 eingewalzt werden. Ein entsprechendes Verhältnis wirkt weiterhin posi tiv auf den Schmierstofftransport und die gezielt lokale Benetzung mit Schmierstoff. Das Volu men der Vertiefung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist das Volumen der Vertiefung nach der Beschichtung der Oberfläche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass auf mindestens 30% der Fläche der Oberfläche des Blechvorproduktes Vertiefungen eingewalzt werden. Damit ist sichergestellt, dass tatsächlich auch überall Schmierstoff hin transportiert wird, wo hohe Belastungen im Umformwerkzeug zur Notwendigkeit des Einbringens von Schmierstoff führen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vertiefungen derart eingewalzt werden, dass ein Boden der Vertiefung eine kleinere Fläche aufweist als die Projektion der Vertiefung auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche. Mit anderen Worten werden die Vertiefungen beispielsweise wannenförmig oder napfförmig einge walzt. Dies ist besonders vorteilhaft bei der Freisetzung des Schmierstoffs bei der Verformung der Vertiefung.
Vorzugsweise ist dazu vorgesehen, dass die Vertiefungen derart eingewalzt werden, dass Wän de der Vertiefungen mit der die Haupterstreckungsebene der Oberfläche einen Winkel von 105° bis 140° und vorzugsweise 110° bis 120° einschließen. Mit dem Winkel zwischen den Wänden der Vertiefungen und der Haupterstreckungsebene der Oberfläche können die Volumenände rungen der Vertiefungen durch die Belastung gezielt eingestellt werden. Entsprechend gestal tete Winkel zwischen den Wänden der Vertiefungen und der Haupterstreckungsebene der Ober fläche haben sich als vorteilhaft erwiesen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass als Beschichtung Zink verwendet wird. Zink eignet sich hervorragend als kathodische Korrosi onsschutz-Beschichtung. Bei einer entsprechenden Verarbeitung des Zinks wird die Fließgren- ze des Zinks an den hoch beanspruchten Stellen im Umformwerkzeug überschritten, wodurch der Schmierstoff vorteilhaft gezielt freigesetzt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Blechvorprodukt durch Feuerverzinkung beschichtet wird, wobei das Blechvorprodukt vor dem Walzen (Einwalzen der Vertiefungen) beschichtet wird. Feuerverzinkung ist gut beherrscht und bereits in hohem Maße in Flerstellungsverfahren integriert. Vorzugsweise wird die Oberflä che mit einer geschlossenen Beschichtung beschichtet, wobei beim Einwalzen der Vertiefungen die Beschichtung nicht durchstoßen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist alternativ dazu vor gesehen, dass das Blechvorprodukt elektrolytisch beschichtet wird, wobei das Blechvorprodukt nach dem Walzen (Einwalzen von Vertiefungen) beschichtet wird. Bei elektrolytischen Beschich tungen folgen die Beschichtungen sehr genau dem unbeschichteten Verlauf der zu beschich tenden Oberfläche. Daher kann die Beschichtung im Anschluss an das Einwalzen der Vertiefun gen erfolgen. Durch diese Reihenfolge ist eine sehr gleichmäßige Beschichtung, auch inner halb der Vertiefungen, möglich.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs gestellten Aufga be ist ein Blechprodukt hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Alle vorstehenden Ausführungen unter„Offenbarung der Erfindung“ gelten gleichermaßen für das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Blechprodukt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt schematisch das Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung. Figur 2 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Blechvorproduktes gemäß ei ner beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt der Oberfläche eines Blechvorpro duktes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In Figur 1 ist das Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Er findung schematisch dargestellt. Das Blechvorprodukt 2 wird als Band (Coilmaterial) oder Pla tine bereitgestellt und mit Dressierwalzen 3 gewalzt. Dabei walzen die Dressierwalzen 3 wan nenförmige Vertiefungen (siehe Abbildung 2) in die Oberfläche des Blechvorproduktes 2. Die Vertiefungen sind mehrere Mikrometer tief, mehrere Mikrometer lang und breit, regelmäßig an geordnet und werden auf circa 40% der Oberfläche eingewalzt. Dazu sind die Dressierwalzen 3 zuvor vorzugsweise mit einem Lasertexturierungsverfahren so bearbeitet worden, dass sie ein entsprechendes Negativ zum Einwalzen der Vertiefungen auf ihrer Oberfläche aufweisen. Da bei ist zu beachten, dass das Negativ für jede Vertiefung eine Erhebung aufweist, wobei die Er hebung höher ist als die von der Erhöhung eingewalzte Vertiefung tief ist. Dies ist unter ande rem dadurch begründet, dass die Dressierwalzen 3 beim Walzen nicht vollflächig auf der Ober fläche des Blechvorproduktes 2 aufliegen, was zu negativen Effekten für den Walz-/Dressier- vorgang führen würde. Um dies zu vermeiden, wird vorzugsweise zwischen Blechvorprodukt 2 und Dressierwalze 3 beispielsweise eine Dressierflüssigkeit eingebracht.
Dem Walzen/Dressieren anschließend werden die Oberflächen in der Beschichtungsanlage 4 elektrolytisch etwa 7 pm dick mit Zink beschichtet. Die Zinkschicht folgt nach dem elektrolyti schen Beschichten der Oberflächengeometrie der unterliegenden Oberfläche, insbesondere den eingewalzten Vertiefungen. Alternativ denkbar ist, dass das Beschichten mit Zink mittels Feuerverzinkung durchgeführt wird. Dabei müsste allerdings das Beschichten vor dem Wal zen/Dressieren durchgeführt werden, da eine durch Feuerverzinken aufgetragene Beschichtung der der Oberflächengeometrie der unterliegenden Oberfläche, insbesondere den eingewalzten Vertiefungen, weniger gut folgt im Vergleich zum elektrolytischen Beschichten. Das der Feuer verzinkung nachgeordnete Einwalzen der Vertiefungen würde diesen Nachteil jedoch wieder kompensieren.
In der Beölungsanlage 8 wird nun der Schmierstoff 8.1 in die Vertiefungen auf der beschichte ten Oberfläche eingebracht. Zur Vermeidung unnötiger Kosten und zu Gunsten der Umwelt ist dabei zu beachten, dass im Wesentlichen nur so viel Schmierstoff 8 eingebracht wird, wie die Vertiefungen aufnehmen können.
Das gewalzte und beschichtete Blechvorprodukt 2 wird vom Band zu einer Platine abgelängt und anschließend einer Umformung in einem Umformwerkzeug 5 unterzogen. Beispielhaft dar gestellt ist hier das Tiefziehen als eine mögliche Form des Umformens. Das noch platinenför mige Blechvorprodukt 2 wird in das Umformwerkzeug 5 eingelegt. Äußere Ränder des Blech vorproduktes 2 werden von Niederhaltern 5.3 des Umformwerkzeuges 5 auf Auflagen 5.4 des Umformwerkzeuges 5 festgehalten, während der Stempel 5.1 den inneren Bereich des Blech vorproduktes 2 in die Matrize 5.2 presst. Dabei entstehen auf das Blechvorprodukt 2 wirkende Belastungen, unter anderem an den Niederhaltern 5.3, an den Auflagen 5.4 und am Stempel 5.1. Diese Belastungen bewegen sich im einstelligen MPa-Bereich. An den Ziehkanten 5.5 wir ken ebenfalls Belastungen auf das Blechvorprodukt 2. Die Belastungen hier sind jedoch deut lich höher und liegen in einem Bereich, in dem die Beschichtung plastisch verformt wird, die Vertiefungen eingeebnet werden und der in den Vertiefungen enthaltene Schmierstoff 8.1 zum Schmieren freigesetzt wird. Durch den Blechfluss von den Auflagen 5.4 in Richtung der Zieh kanten 5.5 während des Tiefziehvorgangs werden immer wieder neue Vertiefungen zu den Zieh kanten 5.5 transportiert, welche dort ebenfalls durch plastische Verformung eingeebnet wer den und den enthaltenen Schmierstoff 8.1 freisetzen. Somit ist eine kontinuierliche und sehr genau gezielte lokale Schmierung möglich. Der Fachmann versteht, dass das erfindungsgemä ße Verfahren ebenfalls bei anderen Umformverfahren eingesetzt werden kann. Nur als weitere Beispiele seien das Biegen, das Verwinden, das Drücken und das Streckziehen genannt, wobei die genannten Beispiele keine vollständige Aufzählung der möglichen Umformverfahren sind.
In Figur 2 ist ein Ausschnitt eines Blechvorproduktes 2 gemäß einer beispielhaften Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Zu erkennen ist ein Schnitt or thogonal zur Plauterstreckungsebene der Oberfläche 7 des Blechvorproduktes 2. Die regelmä ßig angeordneten Vertiefungen 6 sind mehrere Mikrometer tief und weisen den Boden 6.1 und die Wände 6.2 auf. Die Wände 6.2 schließen einen Winkel a mit der Haupterstreckungsebene der Oberfläche 7 von 110° bis 120° ein.
Figur 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt der Oberfläche 7 eines Blechvorproduktes 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zu erkennen sind Vertiefun gen 6, deren Projektionen auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche 7 I-förmig sind. Die Oberfläche 7 weist auf mehr als 30% ihrer Fläche die Vertiefungen 6 auf.
Bezugszeichenliste
1 Blechprodukt
2 Blechvorprodukt 3 Walze
4 Beschichtungsanlage
5 Umformwerkzeug
5.1 Stempel
5.2 Matrize
5.3 Niederhalter
5.4 Auflage
5.5 Ziehkante
6 Vertiefung
6.1 Boden
6.2 Wand
7 Oberfläche
8 Beölungsanlage
8.1 Schmierstoff a Winkel

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Blechproduktes (1) aus einem Blechvorprodukt (2), wobei zumindest eine Oberfläche (7) des Blechvorproduktes (2) mit einer Beschich tung beschichtet wird, wobei das Blechvorprodukt (2) gewalzt wird, wobei beim Walzen Vertiefungen (6) in die Oberfläche (7) eingewalzt werden, wobei nach dem Beschichten und Walzen Schmierstoff (8.1) in die Vertiefungen (6) eingebracht wird, wobei das Blechvorprodukt (2) nach dem Einbringen von Schmierstoff (8.1) mit einem Umform werkzeug (5) mechanisch umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflä che (7) derart beschichtet wird, dass die Beschichtung im Umformwerkzeug (5) wäh rend des Umformprozesses unter Belastungen von 0,5 MPa bis 20 MPa elastisch ver formbar und unter Belastungen oberhalb von 20 MPa plastisch verformbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Oberfläche (7) derart beschichtet wird, dass die Beschichtung im Umformwerkzeug (5) während des Umformprozesses unter Belastun gen von 0,5 MPa bis 15 MPa elastisch verformbar und unter Belastungen oberhalb von 25 MPa plastisch verformbar ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefungen (6) be zogen auf eine Haupterstreckungsebene des Blechvorproduktes (2) als geschlossene Vertiefungen (6) eingewalzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Vertiefungen (6) bezogen auf die Haupterstre ckungsebene des Blechvorproduktes (2) I-förmig, rechteckig oder guadratisch einge walzt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefungen (6) mit einer Tiefe von 2 pm bis 15 pm, bevorzugt 2 pm bis 10 pm und besonders bevorzugt von 2 pm bis 5 pm eingewalzt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Vertiefungen (6) mit einem Verhältnis von Tiefe zu Volumen der Vertiefung (6) von 1 :3 bis 1 :15 und bevorzugt 1 :5 bis 1 :10 gewalzt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf mindestens 30% der Fläche der Oberfläche (7) des Blechvorproduktes (2) Vertiefungen (6) eingewalzt wer den.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche, wobei die Vertiefungen (6) derart gewalzt wer den, dass ein Boden (6.1) der Vertiefung (6) eine kleinere Fläche aufweist als die Pro jektion der Vertiefung (6) auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche (7).
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Vertiefungen (6) derart eingewalzt werden, dass Wände (6.2) der Vertiefungen (6) mit der die Haupterstreckungsebene der Oberfläche (7) einen Winkel (a) von 105° bis 140° und vorzugsweise 110° bis 120° einschließen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Beschichtung Zink verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Blechvorprodukt (2) durch Feuerverzinkung beschichtet wird, wobei das Blechvorprodukt (2) vor dem Wal zen beschichtet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Blechvorprodukt (2) elektro lytisch beschichtet wird, wobei das Blechvorprodukt (2) nach dem Walzen beschichtet wird.
13. Blechprodukt (1) hergestellt mit einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
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