WO2012055688A1 - Verfahren und anlage zur herstellung eines bauteils aus magnesiumblech - Google Patents

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forming
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Sascha Sikora
Franz-Josef Lenze
Thorsten KÖHLER
Ralf Scheitza
Hans-Peter Vogt
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Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Mgf Magnesium Flachstahl Gmbh
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    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a component from magnesium sheet by forming a semifinished product from magnesium sheet, in particular a semifinished product in the form of a magnesium sheet, in which the semi-finished product before forming to an elevated temperature, preferably heated to a temperature of at least 200 ° C and in a forming tool having a punch and a die
  • the invention relates to a system for producing a component from magnesium sheet.
  • magnesium sheets Due to the hexagonal lattice structure of magnesium, magnesium sheets are poor at room temperature
  • tempered tools for forming magnesium sheets are known.
  • a press for hot-forming magnesium sheet which is equipped with an electric resistance heating device.
  • the resistance heating device is integrated in an upper tool part (die) and in an associated blank holder.
  • Tempered forming tools require in comparison to conventional tools used in cold forming a higher technical complexity and thus higher investment and higher operating costs. This negatively affects the cost of magnesium components.
  • the present invention is based on the object, a method and a system for producing a
  • the method according to the invention is characterized in that, for forming the product at an elevated temperature,
  • executed forming tool wherein the heated semi-finished product is placed without direct contact with the punch and the die in the forming tool and then with a forming speed in the range of 15 mm / s to 500 mm / s transformed.
  • Heat source is provided with a semi-finished product holder on which the heated to an elevated temperature, preferably to a temperature of at least 200 ° C semifinished product without direct contact with the punch and the die in the forming tool can be placed, and has a drive which causes a closing speed of punch and die in the range of 15 mm / s to 500 mm / s.
  • the present invention eliminates the additional expense caused by the temperature of the ümformwerkmaschine by means of an internal heat source.
  • the invention provides for the processing of a heated magnesium semi-finished product in a forming tool without an internal heat source. As a result, the tool and operating costs and thus ultimately the component costs can be significantly reduced.
  • a three-dimensionally shaped component can be produced without cracking in a non-tempered forming tool, for example, from a magnesium circuit board heated to 250 ° C., for example
  • the average cooling rate for a 2.00 mm thick magnesium sheet, which is heated to a temperature in the range of 200 ° C to 250 ° C, is for example in air at room temperature of 20 ° C between 2 and 12 K / s. This relatively low temperature loss can be ensured in a suitable transfer system that the heated Semifinished product or the heated board has a sufficiently high starting temperature before forming to a
  • the component is in
  • an advantageous embodiment of the method according to the invention provides that a forming tool is used as the forming tool, whose punch and / or die have an active cooling device. As a result, the removal temperature of the component can be reduced faster, the
  • This active Cooling of the stamp and / or the die is particularly advantageous when relatively high numbers of pieces are to be formed in a given time, that is, when the desired Umform intricate should be relatively high.
  • Forming tool assigned semi-finished holder is placed so that the essential surface area of the heated semi-finished product before the actual forming process between the punch and
  • Ambient atmosphere is arranged.
  • the ambient atmosphere preferably ambient air, acts as a heat insulator.
  • the semifinished product holder can be designed, for example, as an active sheet metal holder, which is positioned above a die associated with the die.
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that a semifinished product holder is used as a semifinished product holder, the surface region of which the heated semifinished product has a porous or
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention provides that a semifinished product holder is used as a semifinished product holder whose surface area touching the heated semifinished product is formed from a material or has a coating which has a thermal conductivity of not more than 20 W / mK at 30 ° C to 100 ° C ambient temperature. This also allows the thermal or temperature loss caused by heat conduction from the heated semifinished product to the semifinished product holder
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that a die is used as the die, in the forming surface, which faces the hot semi-finished product to be reshaped, depressions are formed which reduce the heated semi-finished product
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the semifinished product is transported directly into the forming tool by means of a transfer device equipped with a conductive heat source. As a result, the semifinished product to be formed can have a
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention is accordingly characterized in that the semifinished product at the same time integrated with at least one integrated in the forming tool during forming
  • Cutting element is cut.
  • Fig. 1 is a plant or process line for the production of three-dimensionally shaped components
  • Fig. 2 shows another embodiment of a process line for the production of three-dimensionally shaped
  • Fig. 3 shows an inventive forming tool
  • the plant shown in FIG. 1 essentially comprises a device 1 for heating a semifinished product 2
  • the semifinished product 2 to be formed may be in the form of a magnesium sheet, for example.
  • the device 1 for heating the semifinished product 2 is designed here as a continuous furnace, preferably as a roller hearth furnace.
  • the continuous furnace or roller hearth furnace 1 is equipped with inductors, radiant heaters, hot air burners and / or recuperative burners.
  • the use of infrared radiators for heating the semi-finished products 2 to be formed is also conceivable.
  • magnesium sheet blanks 2 to be reshaped are removed from a conveyor belt or a supply stack 4 and heated in the continuous furnace 1 to an elevated temperature, which is selected so that the workpiece temperature at the end of the forming substantially still above 180 ° C to 220 ° C is.
  • the magnesium sheet metal plate or semifinished product 2 to be reshaped is heated, for example, to a temperature in the range of 230 ° C. and 260 ° C.
  • the heated semi-finished product 2 is then inserted by means of a transfer device 5, preferably a robot in the region of the outlet of the continuous furnace into the forming tool 3 without direct contact with the stamp 3.1 and the die 3.2 inserted.
  • a transfer device 5 preferably a robot in the region of the outlet of the continuous furnace into the forming tool 3 without direct contact with the stamp 3.1 and the die 3.2 inserted.
  • the forming tool 3 is provided with a semifinished product holder (blank holder) 3.3, which is positioned above the stamp head in the opened state of the forming tool 3, so that the semifinished product 2 deposited on it touches neither the stamp 3.1 nor the die 3.2.
  • Fig. 1 it can be seen that the placed in the forming tool
  • the forming tool 3 To transform semi-finished product into a shape predetermined by the stamp 3.1 and the die 3.2.
  • the forming takes place with a relatively high forming speed, so that the temperature loss of the heated workpiece (semifinished product) 2 during the forming is likewise kept low.
  • the forming tool 3 has a drive (not shown), which has a
  • the component 2 'produced in this way is removed from the forming tool 3 by means of a suitable transfer device 6, preferably a robot, and optionally deposited on a means of transport, for example a transport pallet or the like, or
  • the stamp 3.1 and / or the die 3.2 of the forming tool 3 may be formed, at least in some areas of a material having a maximum thermal conductivity of 20 W / mK at 30 ° C to 100 ° C ambient temperature.
  • the reduction of the thermal conductivity can also be carried out with a suitable coating.
  • a further preferred embodiment of the system according to the invention consists in that the surface area 3.31 of the semifinished product holder 3.3 contacting the heated semifinished product 2 has a surface structure having porous or depressions 3.32. As a result, the temperature loss of the heated semifinished product 2 is further reduced. Additionally or alternatively, it is provided that the surface area 3.31 of the semifinished product holder 3.3 touching the heated semifinished product 2 is made of a material which has a relatively low thermal conductivity or is coated with such a material. The thermal conductivity of the material used for the semi-finished 3.3 or one for the
  • Semifinished product holder 3.3 used is preferably a maximum of 20 W / mK at 30 ° C to 100 ° C ambient temperature.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a system according to the invention for producing a three-dimensionally shaped component 2 'made of magnesium sheet.
  • This plant differs from the system according to FIG. 1 in that the heating of a magnesium sheet metal plate 2 to be reshaped does not take place in a continuous furnace but in or with a continuous furnace
  • the transfer device 5 ' is for this purpose equipped with a heating device or conductive heat source 5.1, so that the
  • the conductive heat source or heating device 5.1 is integrated in particular in gripping or holding elements of the transfer device 5 ', with which the magnesium sheet (semifinished product) 2 is gripped or transported to the forming tool 3 and deposited there.
  • the forming tool 3 of the system shown in FIG. 2 is designed in accordance with the forming tool 3 of the system according to FIG. 1, so that in this respect to avoid repetition in the above description of FIG.
  • FIGS. 1 and 2 are essentially continuously operating process lines. It is not shown that a processing from the coil is possible, i. E. that the material is unwound from a coil and, depending on the existing process line, either rectangular blanks are cut to length, for example if a trimming is done during or after the process
  • Forming takes place, or shape blanks whose contour ends
  • Specified dimensions of the finished component substantially correspond.
  • Fig. 3 is an inventive forming tool 3rd
  • the forming tool shown in the open state in turn has a punch 3.1 and a die 3.2 for forming a magnesium sheet 2.
  • the forming tool 3 contains no internal heat source. It is with one
  • Semi-finished holder (board holder) 3.3 provided, on which the heated board 2 can be placed without direct contact with the stamp 3.1 and the die 3.2.
  • the as a storage area for the heated board 2 serving surface area 3.31 of the semi-finished 3.3 is in the open
  • the surface area 3.31 of the semifinished product holder 3.3 has a surface structure provided with groove-shaped recesses or depressions 3.32. Furthermore, in the surface of the die head receiving recess of the die 3.2 recesses or
  • Recesses 3.21 formed.
  • the recesses or depressions 3.32 and 3.21 define air gaps or air ducts which have a heat-insulating effect and thus prevent rapid heat or temperature loss of the heated blank 2.
  • the plate 2 facing surface of the punch 3.1 which is retracted for forming the board 2 in the trough of the die 3.2, however, contains no air channels forming depressions, since this die surface here represents the actual shaping surface of the forming tool 3.
  • magnesium sheet At higher volumes of magnesium sheet
  • the stamp 3.1 and / or the die 3.2 can also be equipped with an active cooling (not shown).
  • Such cooling can be integrated, for example, by a crown construction and / or by cooling channels in the stamp 3.1 and / or the die 3.2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung eines Bauteils (2') aus Magnesiumblech mit einem einen Stempel (3.1) und eine Matrize (3.2) aufweisenden Umformwerkzeug (3) zum Umformen eines Halbzeuges (2) aus Magnesiumblech, insbesondere eines Halbzeuges in Form einer Magnesiumblechplatine, und einer Vorrichtung (1) zum Erwärmen des Halbzeugs (2) vor dem Umformen auf eine erhöhte Temperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 200°C. Um die Bauteilkosten zu verringern, schlägt die Erfindung vor, dass das Umformwerkzeug (3) ohne interne Wärmequelle ausgeführt wird, mit einem Halbzeughalter (3.3) versehen wird, auf dem das erwärmte Halbzeug (2) ohne direkten Kontakt mit dem Stempel (3.1) und der Matrize (3.2) im Umformwerkzeug (3) platzierbar ist, und einen Antrieb aufweist, der eine Schließgeschwindigkeit von Stempel und Matrize im Bereich von 15 mm/s bis 500 mm/s bewirkt.

Description

Verfahren und Anlage zur Herstellung eines Bauteils aus
Magnesiumblech
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Magnesiumblech durch Umformen eines Halbzeuges aus Magnesiumblech, insbesondere eines Halbzeuges in Form einer Magnesiumblechplatine, bei dem das Halbzeug vor dem Umformen auf eine erhöhte Temperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 200°C erwärmt und in einem einen Stempel und eine Matrize aufweisenden Umformwerkzeug
umgeformt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Anlage zur Herstellung eines Bauteils aus Magnesiumblech.
Aufgrund der hexagonalen Gitterstruktur des Magnesiums lassen sich Magnesiumbleche bei Raumtemperatur nur schlecht
umformen. Insbesondere Bauteile aus Magnesiumblech, die eine komplexe dreidimensionale Form aufweisen sollen, müssen zur Vermeidung von Rissen warm umgeformt werden. Generell werden Magnesiumplatinen im erwärmten Zustand unter Einsatz von temperierten Werkzeugen umgeformt. Im Stand der Technik sind verschiedene Ausgestaltungen von temperierten Werkzeugen zur Umformung von Magnesiumblechen bekannt. Zum Beispiel ist aus der koreanischen Patentanmeldung 10 2006 00 57 901 A eine Presse zum Warmumformen von Magnesiumblech bekannt, die mit einer elektrischen Widerstandsheizvorrichtung ausgestattet ist. Die Widerstandsheizvorrichtung ist dabei in einem oberen Werkzeugteil (Matrize) und in einem zugeordneten Blechhalter integriert . Temperierte Umformwerkzeuge erfordern im Vergleich zu in der Kaltumformung verwendeten konventionellen Werkzeugen einen höheren technischen Aufwand und damit höhere Investitionen sowie höhere Betriebskosten. Hierdurch werden die Kosten von Bauteilen aus Magnesium negativ beeinflusst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anlage zur Herstellung eines
dreidimensionalen Bauteils aus Magnesiumblech anzugeben, die geringe Bauteilkosten ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Umformen des auf eine erhöhte Temperatur,
vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 200 °C erwärmten Halbzeuges ein ohne interne Wärmequelle
ausgeführtes Umformwerkzeug verwendet wird, wobei das erwärmte Halbzeug ohne direkten Kontakt mit dem Stempel und der Matrize in dem Umformwerkzeug platziert und anschließend mit einer Umformgeschwindigkeit im Bereich von 15 mm/s bis 500 mm/s umgeformt wird.
Die erfindungsgemäße Anlage ist dementsprechend dadurch gekennzeichnet, dass deren Umformwerkzeug ohne interne
Wärmequelle ausgeführt ist, mit einem Halbzeughalter versehen ist, auf dem das auf eine erhöhte Temperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 200°C erwärmte Halbzeug ohne direkten Kontakt mit dem Stempel und der Matrize im Umformwerkzeug platzierbar ist, und einen Antrieb aufweist, der eine Schließgeschwindigkeit von Stempel und Matrize im Bereich von 15 mm/s bis 500 mm/s bewirkt.
Durch die vorliegende Erfindung entfällt der zusätzliche Aufwand, der durch die Temperierung des ümformwerkzeug mittels einer internen Wärmequelle verursacht wird. Die Erfindung sieht die Verarbeitung eines erwärmten Magnesiumhalbzeuges in einem Umformwerkzeug ohne interne Wärmequelle vor. Dadurch lassen sich die Werkzeug- und Betriebskosten und somit letztlich die Bauteilkosten erheblich verringern.
Insbesondere bei der Herstellung von Bauteilen in relativ geringen Stückzahlen lässt sich durch die Verringerung der Werkzeugkosten ein wesentlicher Beitrag zur Wirtschaftlichkeit des Bauteils erzielen.
Durch Versuche konnten die Erfinder belegen, dass sich ein dreidimensional geformtes Bauteil aus einer zum Beispiel auf 250 °C erwärmten Magnesiumplatine in einem nicht temperierten Umformwerkzeug rissfrei herstellen lässt, wenn zu hohe
Temperaturverluste vor dem eigentlichen Umformprozess vermieden werden, indem ein direktes Ablegen der erwärmten Platine auf dem Stempel bzw. der Matrize beim Platzieren (Einlegen) der Platine im Umformwerkzeug verhindert wird, und die anschließende Umformung mit relativ hoher Umform- geschwindigkeit (15 - 500 mm/s) stattfindet.
Die mittlere Abkühlgeschwindigkeit für ein 2,00 mm dickes Magnesiumblech, das auf eine Temperatur im Bereich von 200°C bis 250°C erwärmt ist, beträgt beispielsweise an Luft bei Raumtemperatur von 20°C zwischen 2 und 12 K/s. Durch diesen relativ geringen Temperaturverlust kann bei einem geeigneten Transfersystem sichergestellt werden, dass das erwärmte Halbzeug bzw. die erwärmte Platine eine ausreichend hohe Starttemperatur vor der Umformung aufweist, um ein
fehlerfreies, insbesondere rissfreies Bauteil bei gegebenen Umformgraden zu ermöglichen.
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines nicht temperierten Werkzeuges zur Umformung von erwärmten Magnesiumplatinen ergeben sich zudem positive Effekte hinsichtlich der
Maßhaltigkeit und des Handlings der so hergestellten
Bauteile. Denn aufgrund der deutlich verringerten Temperatur, die das Bauteil bei seiner Entnahme aus dem nicht
temperierten Umformwerkzeug besitzt, ist das Bauteil im
Vergleich zu einem in einem temperierten Werkzeug
hergestellten Bauteil formstabiler und damit weniger anfällig für ungewollte Verformungen bei seiner Entnahme aus dem
Umformwerkzeug und beim anschließenden Handling, was sich günstig auf die Maßhaltigkeit des Bauteils auswirkt. Des Weiteren lassen sich die erfindungsgemäß hergestellten
Bauteile aufgrund ihrer deutlich verringerten Temperatur, die sie bei ihrer Entnahme aus dem nicht temperierten
Umformwerkzeug besitzen, einfacher handhaben. Hier können konventionelle Transfersysteme zum Einsatz kommen, die nicht temperaturstabil sind bzw. eine vergleichsweise geringe
Temperaturstabilität besitzen.
In diesem Zusammenhang sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass als Umformwerkzeug ein Umformwerkzeug verwendet wird, dessen Stempel und/oder Matrize eine aktive Kühleinrichtung aufweisen. Hierdurch kann die Entnahmetemperatur des Bauteils schneller gesenkt, die
Maßhaltigkeit des Bauteils weiter verbessert sowie das
Handling des Bauteils weiter vereinfacht werden. Diese aktive Kühlung des Stempels und/oder der Matrize ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn vergleichsweise hohe Stückzahlen in einer vorgegebenen Zeit umgeformt werden sollen, d.h. wenn die gewünschte Umformleistung relativ hoch sein soll.
Allerdings kann auch ein Aufheizen des Umformwerkzeuges aufgrund des erwärmten Halbzeuges während der Produktion toleriert werden, wenn sich dadurch keine negativen
Auswirkungen auf die Maßhaltigkeit des fertigen Bauteils ergeben.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, die es
gestattet, dass das erwärmte Magnesiumblechhalbzeug nicht direkt auf dem Stempel bzw. der Matrize abgelegt werden muss, besteht darin, dass das erwärmte Halbzeug auf einem dem
Umformwerkzeug zugeordneten Halbzeughalter platziert wird, so dass der wesentliche Flächenbereich des erwärmten Halbzeuges vor dem eigentlichen Umformprozess zwischen Stempel und
Matrize und beabstandet von diesen freitragend in der
Umgebungsatmosphäre angeordnet ist. Die Umgebungsatmosphäre, vorzugsweise Umgebungsluft , wirkt dabei als Wärmeisolator.
Dadurch wird sichergestellt, dass das erwärmte Halbzeug vor dem eigentlichen Umformprozess nur eine sehr geringe
Abkühlung erfährt. Der Halbzeughalter kann dabei beispielsweise als aktiver Blechhalter ausgeführt sein, der oberhalb eines der Matrize zugeordneten Stempels positioniert wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass als Halbzeughalter ein Halbzeughalter verwendet wird, dessen das erwärmte Halbzeug berührender Oberflächenbereich eine poröse oder
Vertiefungen aufweisende Oberflächenstruktur aufweist.
Dadurch wird der durch Wärmeleitung von dem erwärmten Halbzeug auf den Halbzeughalter bedingte Wärme- bzw.
Temperaturverlust des erwärmten Halbzeuges verringert.
Zusätzlich oder alternativ sieht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass als Halbzeughalter ein Halbzeughalter verwendet wird, dessen das erwärmte Halbzeug berührender Oberflächenbereich aus einem Werkstoff gebildet oder mit einer Beschichtung ist, der/die eine Wärmeleitfähigkeit von maximal 20 W/mK bei 30°C bis 100°C Umgebungstemperatur aufweist. Auch dadurch lässt sich der durch Wärmeleitung von dem erwärmten Halbzeug auf den Halbzeughalter bedingte Wärme- bzw. Temperaturverlust
verringern . Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass als Matrize eine Matrize verwendet wird, in deren dem umzuformenden, erwärmten Halbzeug zugewandeten Formfläche Vertiefungen ausgebildet sind, die eine Reduzierung der dem erwärmten Halbzeug
zugewandten Kontaktfläche bewirken. Die Vertiefungen bzw. die darin enthaltene Luft wirkt wärmeisolierend, so dass sich auf diese Weise der Wärme- bzw. Temperaturverlust des erwärmten Halbzeuges reduzieren lässt. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Halbzeug mittels einer mit einer konduktiven Wärmequelle ausgestatteten Transfervorrichtung unmittelbar in das Umformwerkzeug transportiert wird. Dadurch kann dem umzuformenden Halbzeug eine
ausreichend hohe Starttemperatur vor der Umformung gegeben und zugleich der Temperaturverlust des Halbzeuges vor der Umformung minimiert werden. Durch den Einsatz eines nicht temperierten Umformwerkzeuges ist auch ein kostengünstiger integrierter Bauteilbeschnitt bei der Umformung des aus Magnesiumblech bestehenden
Halbzeuges denkbar. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dementsprechend dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug beim Umformen zugleich mit mindestens einem im Umformwerkzeug integrierten
Schneidelement beschnitten wird.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anlage sind in den Unteransprüchen
angegeben . Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere
Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Anlage bzw. Prozesslinie zur Herstellung von dreidimensional geformten Bauteilen aus
Magnesiumhalbzeugen;
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Prozesslinie zur Herstellung von dreidimensional geformten
Bauteilen aus Magnesiumhalbzeugen; und
Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Umformwerkzeug in
Vertikalschnittansicht .
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage umfasst im Wesentlichen eine Vorrichtung 1 zum Erwärmen eines Halbzeuges 2 aus
Magnesiumblech und ein Umformwerkzeug 3 ohne interne Wärmequelle zum Umformen des erwärmten Halbzeuges 2. Das umzuformende Halbzeug 2 kann beispielsweise in Form einer Magnesiumblechplatine vorliegen. Die Vorrichtung 1 zum Erwärmen des Halbzeuges 2 ist hier als Durchlaufofen, vorzugsweise als Rollenherdofen ausgeführt. Der Durchlaufofen bzw. Rollenherdofen 1 ist mit Induktoren, Heizstrahlern, Heißluftbrennern und/oder Rekuperatorbrennern ausgestattet. Auch der Einsatz von Infrarotstrahlern zur Erwärmung der umzuformenden Halbzeuge 2 ist denkbar.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden umzuformende Magnesiumblechplatinen 2 von einem Förderband oder einem Vorratsstapel 4 entnommen und in dem Durchlaufofen 1 auf eine erhöhte Temperatur erwärmt, die so gewählt wird, dass die Werkstücktemperatur am Ende der Umformung im Wesentlichen noch oberhalb von 180°C bis 220°C liegt. Hierzu wird die umzuformende Magnesiumblechplatine bzw. das Halbzeug 2 beispielsweise auf eine Temperatur im Bereich von 230°C und 260°C erwärmt.
Das erwärmte Halbzeug 2 wird dann mittels einer Transfervorrichtung 5, vorzugsweise eines Roboters im Bereich des Auslasses des Durchlaufofens ergriffen in das Umformwerkzeug 3 ohne direkten Kontakt mit dem Stempel 3.1 und der Matrize 3.2 eingelegt. Hierzu ist das Umformwerkzeug 3 mit einem Halbzeughalter (Blechhalter) 3.3 versehen, der im geöffneten Zustand des Umformwerkzeuges 3 oberhalb des Stempelkopfes positioniert wird, so dass das darauf abgelegte Halbzeug 2 weder den Stempel 3.1 noch die Matrize 3.2 berührt. In Fig. 1 ist zu erkennen, dass die im Umformwerkzeug platzierte
Platine 2 zunächst auf dem Halbzeughalter 3.3 abgelegt ist und dabei sowohl gegenüber dem Stempel 3.1 als auch gegenüber der Matrize 3.2 mit Abstand angeordnet ist. Dadurch wird zu schnelles Abkühlen der erwärmten Magnesiumplatine 2
verhindert .
Sodann wird das Werkzeug 3 geschlossen, um das erwärmte
Halbzeug in eine durch den Stempel 3.1 und die Matrize 3.2 vorgegebene Form umzuformen. Die Umformung erfolgt mit relativ hoher Umformgeschwindigkeit, so dass der Temperatur- verlust des erwärmten Werkstückes (Halbzeuges) 2 während der Umformung ebenfalls gering gehalten wird. Zur Erzielung einer entsprechend hohen Umformgeschwindigkeit weist das Umform- werkzeug 3 einen Antrieb (nicht gezeigt) auf, der eine
Schließgeschwindigkeit von Stempel 3.1 und Matrize 3.2 im Bereich von 15 mm/s bis 500 mm/s bewirkt.
Das so hergestellte Bauteil 2' wird nach Öffnen des Umform- werkzeuges 3 mittels einer geeigneten Transfervorrichtung 6, vorzugsweise einem Roboter aus dem Umformwerkzeug 3 entnommen und gegebenenfalls auf einem Transportmittel, beispielsweise einer Transportpalette oder dergleichen abgelegt bzw.
gestapelt .
Falls der Temperaturverlust für die jeweilige Bauteil- geometrie bzw. den jeweiligen Umformungsgrad aufgrund des
Einsatzes konventioneller Werkzeugstähle zu hoch sein sollte, kann das Werkzeug 3 zumindest in Teilbereichen aus
Werkstoffen mit geringerer Wärmeleitfähigkeit bestehen und/oder eine Beschichtung aufweisen, die eine geringe
Wärmeleitfähigkeit besitzt. Neben Keramiken können auch spezielle Werkzeugstähle diese Anforderungen erfüllen.
Beispielsweise können der Stempel 3.1 und/oder die Matrize 3.2 des Umformwerkzeuges 3 zumindest in Teilbereichen aus einem Werkstoff gebildet sein, der eine Wärmeleitfähigkeit von maximal 20 W/mK bei 30°C bis 100 °C Umgebungstemperatur aufweist. Alternativ kann die Reduzierung der Wärmeleit- fähigkeit auch mit einer geeigneten Beschichtung erfolgen.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage besteht darin, dass der das erwärmte Halbzeug 2 berührende Oberflächenbereich 3.31 des Halbzeughalters 3.3 eine poröse oder Vertiefungen 3.32 aufweisende Oberflächenstruktur aufweist. Dadurch wird der Temperaturverlust des erwärmten Halbzeugs 2 weiter verringert. Zusätzlich oder alternativ ist vorgesehen, dass der das erwärmte Halbzeug 2 berührende Oberflächenbereich 3.31 des Halbzeughalters 3.3 aus einem Werkstoff gefertigt ist, der eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, bzw. mit einem solchen Werkstoff beschichtet ist. Die Wärmeleitfähigkeit des für den Halbzeughalter 3.3 verwendeten Werkstoffs bzw. einer für den
Halbzeughalter 3.3 verwendeten Beschichtung beträgt Vorzugs - weise maximal 20 W/mK bei 30°C bis 100°C Umgebungstemperatur.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung eines dreidimensional geformten Bauteils 2' aus Magnesiumblech. Diese Anlage unter- scheidet sich von der Anlage gemäß Fig. 1 dadurch, dass die Erwärmung einer umzuformenden Magnesiumblechplatine 2 nicht in einem Durchlaufofen, sondern in bzw. mit einer
roboterartigen Transfervorrichtung 5' durchgeführt wird. Die Transfervorrichtung 5' ist hierzu mit einer Heizeinrichtung bzw. konduktiven Wärmequelle 5.1 ausgestattet, so dass die
Erwärmung des Magnesiumblechs 2 während dessen Transports von einem Vorratsstapel 4 oder eines Förderbandes in das Umformwerkzeug 3 erfolgt. Die konduktive Wärmequelle bzw. Heizeinrichtung 5.1 ist dabei insbesondere in Greif- oder Halteelementen der Transfervorrichtung 5' integriert, mit denen das Magnesiumblech (Halbzeug) 2 ergriffen bzw. zum Umformwerkzeug 3 transportiert und dort abgelegt wird.
Das Umformwerkzeug 3 der in Fig. 2 dargestellten Anlage ist entsprechend dem Umformwerkzeug 3 der Anlage gemäß Fig. 1 ausgebildet, so dass insoweit zur Vermeidung von Wieder- holungen auf die vorstehende Beschreibung der Fig. 1
verwiesen wird.
Bei den in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Anlagen handelt es sich um im Wesentlichen kontinuierlich arbeitende Prozesslinien. Nicht dargestellt ist, dass auch eine Abarbeitung vom Coil möglich ist, d.h. dass von einem Coil das Material abgehaspelt wird und je nach bestehender Prozesslinie entweder Rechteckplatinen abgelängt werden, beispielsweise wenn ein Beschnitt während oder nach dem
Umformen erfolgt, oder Formzuschnitte, deren Konturenden
Sollmaßen des fertigen Bauteils im Wesentlichen entsprechen.
In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßes Umformwerkzeug 3
schematisch in Vertikalschnittansicht gezeigt, das beispiels- weise in der Anlage gemäß Fig. 1 oder 2 zum Einsatz kommen kann. Das im geöffneten Zustand gezeigte Umformwerkzeug weist wiederum einen Stempel 3.1 und eine Matrize 3.2 zum Umformen einer Magnesiumblechplatine 2 auf. Das Umformwerkzeug 3 enthält keine interne Wärmequelle. Es ist mit einem
Halbzeughalter (Platinenhalter) 3.3 versehen, auf dem die erwärmte Platine 2 ohne direkten Kontakt mit dem Stempel 3.1 und der Matrize 3.2 platzierbar ist. Der als Ablagefläche für die erwärmte Platine 2 dienende Oberflächenbereich 3.31 des Halbzeughalters 3.3 befindet sich im geöffneten
Bestückungszustand des Umformwerkzeuges 3 zunächst oberhalb des Stempels 3.1. Der Oberflächenbereich 3.31 des Halbzeughalters 3.3 weist eine mit nutformigen Ausnehmungen oder Vertiefungen 3.32 versehene Oberflächenstruktur auf. Des Weiteren sind auch in der Oberfläche der den Stempelkopf aufnehmenden Mulde der Matrize 3.2 Ausnehmungen oder
Vertiefungen 3.21 ausgebildet. Die Ausnehmungen bzw. Vertiefungen 3.32 und 3.21 definieren Luftspalte bzw. Luftkanäle, die wärmeisolierend wirken und somit einen schnellen Wärme- bzw. Temperaturverlust der erwärmten Platine 2 verhindern. Die der Platine 2 zugewandte Oberfläche des Stempels 3.1, der zum Umformen der Platine 2 in die Mulde der Matrize 3.2 eingefahren wird, enthält dagegen keine Luftkanäle bildenden Vertiefungen, da diese Stempeloberfläche hier die eigentliche formgebende Oberfläche des Umformwerkzeuges 3 darstellt . Um bei höheren Stückzahlen von aus Magnesiumblech
herzustellen Bauteilen 2' die Temperatur des jeweiligen aus dem Umformwerkzeug 3 zu entnehmenden Bauteils 2' gering zu halten, können der Stempel 3.1 und/oder die Matrize 3.2 auch mit einer aktiven Kühlung (nicht gezeigt) ausgerüstet sein. Eine solche Kühlung kann beispielsweise durch eine Kronenbauweise und/oder durch Kühlkanäle in dem Stempel 3.1 und/oder der Matrize 3.2 integriert sein.

Claims

Pat ent ansprüche
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (2' ) aus
Magnesiumblech durch Umformen eines Halbzeuges (2) aus Magnesiumblech, insbesondere eines Halbzeuges in Form einer Magnesiumblechplatine, bei dem das Halbzeug (2) vor dem Umformen auf eine erhöhte Temperatur, vorzugsweise eine Temperatur von mindestens 200 °C erwärmt und in einem einen Stempel (3.1) und eine Matrize (3.2) aufweisenden
Umformwerkzeug (3) umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umformen des erwärmten Halbzeuges (2) ein ohne interne Wärmequelle ausgeführtes Umformwerkzeug (3) verwendet wird, wobei das erwärmte Halbzeug (2) ohne direkten Kontakt mit dem Stempel (3.1) und der Matrize (3.2) in dem Umformwerkzeug (3) platziert und anschließend mit einer Umformgeschwindigkeit im Bereich von 15 mm/s bis 500 mm/s umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erwärmte Halbzeug (2) auf einem dem Umformwerkzeug (3) zugeordneten Halbzeughalter (3.3) platziert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbzeughalter ein Halbzeughalter (3.3) verwendet wird, dessen das erwärmte Halbzeug berührender Oberflächenbereich (3.31) eine poröse oder Vertiefungen (3.32) aufweisende Oberflächenstruktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbzeughalter ein Halbzeughalter (3.3) verwendet wird, dessen das erwärmte Halbzeug (2) berührender Oberflächenbereich (3.31) aus einem Werkstoff gebildet oder mit einer Beschichtung versehen ist, der/die eine
Wärmeleitfähigkeit von maximal 20 W/mK bei 30°C bis 100°C Umgebungstemperatur aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass als Matrize eine Matrize (3.2) verwendet wird, in deren dem umzuformenden, erwärmten
Halbzeug (2) zugewandten Formfläche Vertiefungen (3.21) ausgebildet sind, die eine Reduzierung der dem erwärmten Halbzeug (2) zugewandten Kontaktfläche bewirken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass als Umformwerkzeug ein Umformwerkzeug (3) verwendet wird, dessen Stempel (3.1) und/oder Matrize (3.2) eine aktive Kühleinrichtung aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass das Halbzeug (2) mittels einer mit einer konduktiven Wärmequelle (5.1) ausgestatteten
Transfervorrichtung (5' ) unmittelbar in das Umformwerkzeug (3) transportiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass das Halbzeug (2) beim Umformen
zugleich mit mindestens einem im Umformwerkzeug (3) integrierten Schneidelement beschnitten wird.
Anlage zur Herstellung eines Bauteils (2' ) aus Magnesiumblech mit einem einen Stempel (3.1) und eine Matrize (3.2) aufweisenden Umformwerkzeug (3) zum Umformen eines
Halbzeuges (2) aus Magnesiumblech, insbesondere eines Halbzeuges in Form einer Magnesiumblechplatine, und einer Vorrichtung (1, 5.1) zum Erwärmen des Halbzeugs (2) vor dem Umformen auf eine erhöhte Temperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 200 °C, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (3) ohne interne Wärmequelle ausgeführt ist, mit einem Halbzeughalter (3.3) versehen ist, auf dem das erwärmte Halbzeug (2) ohne direkten
Kontakt mit dem Stempel (3.1) und der Matrize (3.2) im Umformwerkzeug (3) platzierbar ist, und einen Antrieb aufweist, der eine Schließgeschwindigkeit von Stempel und Matrize im Bereich von 15 mm/s bis 500 mm/s bewirkt.
0. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der das erwärmte Halbzeug (2) berührende Oberflächenbereich (3.31) des Halbzeughalters (3.3) eine poröse oder
Vertiefungen (3.32) aufweisende Oberflächenstruktur aufweist .
1. Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der das erwärmte Halbzeug (2) berührende
Oberflächenbereich (3.31) des Halbzeughalters (3.3) aus einem Werkstoff gebildet oder mit einer Beschichtung versehen ist, der/die eine Wärmeleitfähigkeit von maximal 20 W/mK bei 30°C bis 100°C Umgebungstemperatur aufweist.
2. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass der Stempel (3.1) und/oder die Matrize (3.2) des Umformwerkzeuges (3) zumindest in Teilbereichen aus einem Werkstoff gebildet oder mit einer Beschichtung versehen ist, der/die eine Wärmeleitfähigkeit von maximal 20 W/mK bei 30°C bis 100°C Umgebungstemperatur aufweist.
13. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (3.1) und/oder die Matrize (3.2) des Umformwerkzeuges (3) eine aktive Kühleinrichtung aufweisen.
14. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass dem Umformwerkzeug (3) eine mit einer konduktiven Wärmequelle (5.1) ausgestattete Transfervorrichtung (5' ) zugeordnet ist, mit der das umzuformende Halbzeug (2) unmittelbar auf den Halbzeughalter (3.3) platzierbar ist.
15. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass in der Matrize (3.2) Vertiefungen (3.21) ausgebildet sind, die eine Reduzierung der dem erwärmten Halbzeug (2) zugewandten Kontaktfläche bewirken.
16. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (3) mit mindestens einem Schneidelement versehen ist.
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