WO2014166474A1 - Verfahren und anlage zur herstellung von blechen aus strangförmigen profilen - Google Patents

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    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/02—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C23/00—Alloys based on magnesium

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for producing sheets of extruded profiles of small thickness, which are in particular made of magnesium or magnesium alloys, by means of a
  • DE 101 50 021 B4 discloses a method and apparatus for producing profiles or sheet metal parts made of magnesium or magnesium alloys by means of pressure forming by extrusion, rolling, forging or casting, wherein the liquid melt in a continuous casting or extrusion for producing a semi-finished product is introduced and immediately thereafter
  • CONFIRMATION COPY Semi-finished by forming in the hot state is brought by forming in its final form, the temperature of the material is held after solidification from the melt during the entire production in a range of 250 ° C to 350 ° C and the manufacturing process from casting to cooling the moldings in total in an inert atmosphere or in a vacuum is performed.
  • the apparatus for performing these method steps is characterized in that the arrangement consists of a concatenation of a melting furnace, a continuous casting or extrusion, with and without roll stand, a cutter one or more presses and a cooling device, the entirety or parts the aforementioned devices are arranged in a protective gas or vacuum space.
  • DE 103 17 080 B4 describes a process for producing shaped sheet metal parts from magnesium, in which a sheet metal part is formed directly after the rolling process by forming with at least one press in a temperature range of> 350 ° C to 450 ° C. can be produced.
  • This device which consists of a linking of a melting furnace or crucible, a continuous casting device, one or more rolling stands, a cutting device, one or more presses and a cooling device and is operated in a protective gas or vacuum space, is characterized in that in that a punching device is provided between the cutting device and the press designed as a forming press, with which punching and / or punching holes which are dimensionally stable and have a cross-sectional stability can be introduced into the blanks coming from the cutting device.
  • a semi-finished product in the form of a sheet by forming preferably is brought into its final shape by compression molding, wherein in a process step immediately before the forming process, the surface is removed by removal of chips, preferably by scraping, of impurities.
  • a disadvantage of this method it is further that only parts can be made with a limited width, because for larger parts, a considerable overhead for the working pressures to be controlled is required.
  • the tool and the machine frame must withstand the extrusion pressure applied during production of the semi-finished products or the parts with a corresponding back pressure and thus necessarily be dimensioned much larger.
  • Cross-sectionally stepped and solid profile having sheet metal with different wall thickness in which first a semi-finished product is produced, whose cross section is similar to the cross section of the sheet in the thickness direction, and in which a sheet is rolled from the semi-finished, wherein for the production of the semifinished product
  • Hollow profile with circumferentially distributed, the desired wall thickness profile of the semifinished product corresponding wall thickness profile is extruded, while the hollow profile is separated along a surface line and formed into the semifinished product.
  • two complementary profiles are superimposed, wherein at least one of the profiled contact sides of the complementary profiles is provided with a release agent, and the two complementary profiles are rolled out simultaneously with cylindrical, that is unampled rolls. Before rolling, the two complementary profiles are separated on two opposite generatrices.
  • Production process is discontinuous and only relatively narrow parts can be produced.
  • a disadvantage is further that only relatively narrow parts made can be and the fact that due to the production of semi-finished with two different wall thicknesses and a stepped roller assembly of the manufacturing process is relatively expensive.
  • the method comprises the steps of extruding or continuously casting a tubular body, cutting open the tubular body in its longitudinal direction, widening the tubular body into a two-dimensional body, rendering the flat body into a component suitable for drawing by means known per se
  • the device consists essentially of a concatenation of a melting unit, a continuous casting or extrusion, a
  • Longitudinal cutting device Longitudinal cutting device, a rolling stand, one or more forming units.
  • the object of the invention is that a method and a system for the production of sheets of extruded profiles of small thickness, in particular of magnesium or magnesium alloys, indicate, wherein the emerging from an extrusion open or closed Extrusions continuously formed into a flat sheet metal can be. According to the invention this object is achieved by the specified continuous embodiment of the recited in claim 1 steps. That from the
  • 1 shows a schematic diagram of a plant for the production
  • the plant consists essentially of an extruder 1 for producing an extruded profile 6, a forming device consisting of a working coil 2 and an abutment 3 and a calibration device. 4
  • the extruder 1 By means of the extruder 1 is a billet of a magnesium alloy to an extruded profile 6, for example, a profile 6, that in cross section has three sinnusförmige bows formed. Subsequently, the profile 6 is positioned above the working coil 2 and formed without contact by the action of force of a pulsed magnetic field with a very high intensity, wherein the profile 6 is formed against the abutment 3 to a flat plate 7.
  • a time-varying magnetic field 6 By a time-varying magnetic field 6 eddy currents are induced in the electrically conductive profile.
  • the magnetic field exerts forces on these currents. The strength of the forces depends on the spatial gradient of the magnetic flux density and on the size of the induced currents.
  • the profile 6 experiences a directed towards lower flux density forces.
  • the for the deformation of the profiles 6 to flat sheets. 7 necessary magnetic fields are generated by discharging charged capacitors in the course of a few microseconds over a matched to the profile geometry coil. This results in the profile surface, a very high magnetic pulse, as a result, in the profile 6, a current flows, which is directed in opposite directions to the coil current, the profile 6 is moved towards lower fields.
  • the strength of the induced currents and concomitantly the force on the profile 6 depend on the electrical conductivity. Since magnesium or the magnesium alloy have a relatively good electrical conductivity, act on the surface of the profile 6 high pressures. These can be up to several thousand megapascals. This pressure prevails only in a short time range, namely in the range of a few microseconds, during the duration of the discharge of the capacitors.
  • the profile 6 absorbs the required deformation energy in the form of pulses during this time. After an acceleration phase, the material of the profile 6 moves very quickly due to its low mass. In this case, speeds of up to 300 m / s can be achieved.
  • the stresses occurring in the profile 6 are so high that a flow in the sense of forming technology occurs and the profile 6 is formed into a flat sheet 7.
  • the sheet 7 passes through a calibration device for smoothing and is wound to the coil 5.
  • a calibration device for smoothing
  • profiles 6 to form a sheet metal are provided in the profile production either with a predetermined breaking point along the surface line or separated by a cutting device along the surface line.
  • profiles 6 with introduced predetermined breaking point they are separated by the action of magnetic forces and converted to sheet 7.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Blechen aus strangförmigen Profilen geringer Dicke aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen, wobei in einem vorhergehenden Verfahrensschritt ein offenes oder geschlossenes Strangpreßprofil hergestellt wird, wobei das aus dem Strangpreßwerkzeug einer Strangpresse (1) austretende Strangpreßprofil (6) durch berührungsloses Einwirken elektromagnetischer Kräfte zu einem ebenen Blech (7) verformt wird.

Description

Verfahren und Anlage zur Herstellung von Blechen aus strangförmigen Profilen
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Blechen aus strangförmigen Profilen geringer Dicke, welche insbesondere aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen hergestellt werden, mittels einer
Strangpreßanlage.
[0002] Allgemein bekannt ist das Herstellen von Blechen durch Walzen in konventionellen Walzgerüsten, wobei für das Herstellen von Blechen entsprechende Materialblöcke durch Walzvorgänge zu Blechen umgearbeitet werden. Aufgrund der großen Anzahl von Walzstichen vom Grob- zum Feinblech ist dieses Verfahren sehr kostenintensiv. Bei der Verarbeitung von Magnesium-Blöcken zu entsprechenden Blechen ist dies jedoch sehr aufwendig und bedingt durch die dem Magnesium eigene Sprödigkeit treten oftmals Rißbildungen auf. Die hohe Anzahl von Walzstichen wirkt sich auch negativ auf die Gefügestruktur und somit auf die mechanischen
Eigenschaften aus.
[0003] In der DE 101 50 021 B4 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Profilen oder Blechteilen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen mittels Druckumformung durch Strangpressen, Walzen, Schmieden oder Gießen offenbart, wobei die flüssige Schmelze in eine Stranggieß- oder Strangpreßeinrichtung zur Herstellung eines Halbzeuges eingebracht wird und unmittelbar danach dieses
BESTÄTIGUNGSKOPIE Halbzeug durch Umformung im Warmzustand durch Umformung in seine endgültige Form gebracht wird, wobei die Temperatur des Werkstoffes nach dem Erstarren aus der Schmelze während der gesamten Fertigung in einem Bereich von 250 ° C bis 350 ° C gehalten wird und der Fertigungsprozeß vom Gießen bis zur Abkühlung der Formteile insgesamt in einer inerten Atmosphäre oder im Vakuum durchgeführt wird.
[0004] Die Vorrichtung zur Durchführung dieser Verfahrensschritte ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus einer Verkettung von einem Schmelzofen, einer Stranggieß- oder Strangpreßeinrichtung, mit und ohne Walzgerüst, einer Schneideinrichtung einer oder mehreren Pressen und einer Abkühleinrichtung besteht, die Gesamtheit oder Teile aus den vorgenannten Einrichtungen in einem Schutzgasoder Vakuumraum angeordnet sind.
[0005] Weiterhin wird in der DE 103 17 080 B4 ein Verfahren zur Herstellung von Blechformteilen aus Magnesium beschrieben, bei dem ein Blechformteil direkt im Anschluß an den Walzprozeß durch Umformen mit mindestens einer Presse in einem Temperaturbereich von >350° C bis 450° C hergestellt werden kann. Die zur
Durchführung dieses Verfahrens angegebene Vorrichtung, welche aus einer Verkettung von einem Schmelzofen oder - tiegel, einer Stranggießeinrichtung, einem oder mehreren Walzgerüsten, einer Schneideinrichtung, einer oder mehrer Pressen und einer Abkühleinrichtung besteht und in einem Schutzgas- oder Vakuumraum betrieben wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schneideinrichtung und der als Umformpresse ausgebildeten Presse eine Stanzeinrichtung vorgesehen ist, mit der in die von der Schneideinrichtung kommenden Platinen form- und querschnittsstabile Stanz- und/oder Formlöcher einbringbar sind.
[0006] Mit der DE 102 47 129 AI wird ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Profilen oder Blechformteilen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen
wiedergegeben, bei dem ein Halbzeug in Form eines Bleches durch Umformen, vorzugsweise durch Formpressen, in seine endgültige Form gebracht wird, wobei in einem Verfahrensschritt unmittelbar vor dem Umformvorgang die Oberfläche durch Spanabhebung, vorzugsweise durch Schaben, von Verunreinigungen befreit wird.
[0007]Von Nachteil bei diesem Verfahren ist es weiterhin , daß nur Teile mit einer beschränkten Breite hergestellt werden können, denn bei größeren Teilen wird ein erheblicher Mehraufwand für die zu beherrschenden Arbeitsdrücke erforderlich. Das Werkzeug und das Maschinengestell müssen dem beim Fertigen der Halbzeuge bzw. der Teile anliegenden Strangpreßdruck mit einem entsprechenden Gegendruck standhalten und so notwendigerweise wesentlich größer dimensioniert werden.
[0008] Die DE 43 33 500 C2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines im
Querschnitt gestuften und ein Vollprofil aufweisenden Bleches mit unterschiedlichen Wandstärken, bei dem zunächst ein Halbzeug hergestellt wird, dessen Querschnitt zu dem Querschnitt des Bleches in Dickenrichtung ähnlich ist, und bei welchem aus dem Halbzeug ein Blech gewalzt wird, wobei für die Herstellung des Halbzeuges ein
Hohlprofil mit am Umfang verteilten, dem gewünschten Wanddickenverlauf des Halbzeuges entsprechendem Wanddickenverlauf stranggepreßt wird, und dabei das Hohlprofil entlang einer Mantellinie aufgetrennt und zu dem Halbzeug umgeformt wird. Weiterhin werden dabei zwei Komplementär-Profile aufeinandergelegt, wobei zumindest eine der profilierten Berührungsseiten der Komplementär-Profile mit einem Trennmittel versehen wird, und die beiden Komplementär-Profile gleichzeitig mit zylindrischen, das heißt ungestuften Walzen ausgewalzt werden. Vor dem Walzen werden die beiden Komplementär-Profile an zwei gegenüberliegenden Mantellinien getrennt.
[0009] Mit diesem Verfahren werden jeweils zwei Teile hergestellt. Der
Fertigungsablauf ist diskontinuierlich und es können nur relativ schmale Teile hergestellt werden. Ein Nachteil ist weiterhin, daß nur relativ schmale Teile gefertigt werden können und die Tatsache, daß auf Grund der Fertigung des mit zwei unterschiedlichen Wandstärken ausgeführten Halbzeuges sowie einer gestufte Walzenanordnung der Fertigungsprozeß relativ aufwendig ist.
[0010] Aus der DE 10 2008 048 AI ist ein Verfahren zur Herstellung von
Blechformteilen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt. Das Verfahren umfaßt die Schritte - Strangpressen oder Stranggießen eines rohrförmigen Körpers, - Aufschneiden des rohförmigen Körpers in seiner Längsrichtung, - Aufweiten des rohrförmigen Körpers zu einem flächigen Körper, -Ausfertigen des flächigen Körpers zum zeichnungsgerechten Bauteil mittels an sich bekannter
Fertigungstechnologien. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Verkettung von einer Schmelzeinheit, einer Stranggieß- oder Strangpreßeinheit, einer
Längsschneideinrichtung, einem Walzgerüst, einer oder mehreren Umformeinheiten.
[0011] Aus der DE 10 2007 002 322 AI ist ein Verfahren zur Herstellung von Blechen oder Blechteilen aus Leichtmetall, vorzugsweise Magnesium, bekannt, wobei in einem oder mehreren vorgehenden Verfahrensschritten ein Strangpreßprofil in einer offenen Struktur bzw. einer geschlossenen Struktur mit anschließendem Aufschlitzen zu einer offenen Struktur hergestellt wird und dieses anschließend in einem oder mehreren Schritten einem Richtwalzen und Richtbiegen über mehrere Walz- und Biegestufen unterworfen wird.
[0012] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, daß ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Blechen aus strangformigen Profilen geringer Dicke, insbesondere aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen, anzugeben, wobei die aus einem Strangpreßwerkzeug austretenden offenen oder geschlossenen Strangpreßprofile kontinuierlich zu einem ebenen Blech umgeformt werden können. [0013] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die angegebene kontinuierliche Ausführung der im Anspruch 1 genannten Arbeitsschritte gelöst. Das aus dem
Strangpreßwerkzeug einer Strangpresse austretende Strangpreßprofil durch
berührungsloses Einwirken elektromagnetischer Kräfte zu einem ebenen Blech
verformt wird und anschließend einem Glättungsprozeß mittels einer Walz- oder
Kalibriereinrichtung unterworfen.
[0014] Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den übrigen Unteransprüchen und aus dem nachfolgend prinzipmäßig beschriebenen
Ausführungsbeispiel ersichtlich.
[0015] Die Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Anlage zur Herstellung
strangförmiger Profile mittels einer Strangpresse 1, die anschließend zu einem ebenen Blech umgeformt werden. Die Anlage besteht im wesentlichen aus einer Strangpresse 1 zur Herstellung eines Strangpressprofils 6, einer Umformeinrichtung bestehend aus einer Arbeitsspule 2 und einem Gegenlager 3 sowie einer Kalibriereinrichtung 4.
[0016] Mittels der Strangpresse 1 wird ein Pressbolzen aus einer Magnesiumlegierung zu einem Strangpressprofil 6, beispielsweise einem Profil 6, dass im Querschnitt drei sinnusförmige Bögen aufweist, geformt. Anschließend wird das Profil 6 oberhalb der Arbeitsspule 2 positioniert und durch Krafteinwirkung eines gepulsten Magnetfeldes mit einer sehr hohen Intensität berührungslos umgeformt, wobei das Profil 6 gegen das Gegenlager 3 zu einem ebenen Blech 7 umgeformt wird.
[0017] Durch ein zeitlich verändertes Magnetfeld werden im elektrisch leitenden Profil 6 Wirbelströme induziert. Auf diese Ströme übt das Magnetfeld Kräfte aus. Die Stärke der Kräfte ist abhängig vom räumlichen Gradienten der magnetischen Flußdichte und von der Größe der induzierten Ströme abhängig. Das Profil 6 erfährt dabei eine hin zu geringeren Flußdichte gerichtete Kräfte. Die für die Umformung der Profile 6 zu ebenen Blechen 7 notwendigen Magnetfelder werden erzeugt, indem geladene Kondensatoren im Verlauf von wenigen Mikrosekunden über eine an die Profilgeometrie angepaßte Spule entladen werden. Dadurch entsteht in der Profiloberfläche ein sehr hoher Magnetimpuls, in deren Folge im Profil 6 ein Strom fließt, der gegenläufig zum Spulenstrom gerichtet ist, wobei das Profil 6 hin zu niedrigeren Feldern bewegt wird.
[0018] Die Stärke der induzierten Ströme und damit einhergehend die Krafteinwirkung auf das Profil 6 hängen von der elektrischen Leitfähigkeit ab. Da Magnesium bzw. die Magnesiumlegierung eine relativ gute elektrische Leitfähigkeit besitzen, wirken auf die Oberfläche des Profils 6 hohe Drücke. Diese können bis zu mehreren tausend Megapascal betragen. Dieser Druck herrscht nur in einem kurzen zeitlichen Bereich, nämlich im Bereich von wenigen Mirkosekunden, während der Dauer der Entladung der Kondensatoren. Das Profil 6 nimmt in dieser Zeit die benötigte Umformenergie in Form von Impulsen auf. Nach einer Beschleunigungsphase bewegt sich das Material des Profils 6 aufgrund seiner geringen Masse sehr schnell. Dabei können Geschwindigkeiten von bis zu 300 m/s erreicht werden. Die im Profil 6 auftretenden Spannungen werden so hoch, dass ein Fließen im Sinne der Umformtechnik eintritt und das Profil 6 zu einem ebenen Blech 7 umgeformt wird.
[0019] Anschließend durchläuft das Blech 7 eine Kalibriereinrichtung zur Glättung und wird zum Coil 5 aufgewickelt. Alternativ dazu ist es möglich, das Aufwickeln zum Coil 5 durch eine Stanz- oder Schneideinrichtung zu ersetzen, mit deren Hilfe aus dem aus der Kalibriereinrichtung kommenden Blech 7 Bauteile gestanzt werden bzw. das Blech 7 zu Tafeln oder Bändern geschnitten werden.
[0020] Um geschlossene Profile 6 zu einem Blech umzuformen, werden diese bei der Profil herstellung entweder mit einer Sollbruchstelle entlang der Mantellinie versehen oder mittels einer Schneideinrichtung entlang der Mantellinie aufgetrennt. Bei Profilen 6 mit eingebrachter Sollbruchstelle werden diese durch die Einwirkung magnetischer Kräfte aufgetrennt und zum Blech 7 umgeformt.
[0021] Besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen zum einen darin, dass die Magnetfelder und die magnetischen Kräfte ungehindert durch das Material wirken, wodurch das Magnetumformen auch unter Vakuum oder einer Schutzatmosphäre angewendet werden kann, und andererseits benötigen Magnetumformanlagen keinen mechanischen Kontakt zum Werkstück, wodurch Oberflächenverunreinigungen oder Werkzeugabdrücke vermieden werden. Von Vorteil sind auch die kurzen Prozeßzeiten für den Umformvorgang zum Blech 7, die unter 0,1 s liegen.
Bezugszeichenaufstellung
Strangpresse
Arbeitsspule
Gegenlager
Walz- /Kalibriereinrichtung Coil
Strangpressprofil Blech

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Blechen aus strangförmigen Profilen geringer Dicke aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen, wobei in einem
vorhergehenden Verfahrensschritt ein offenes oder geschlossenes
Strangpreßprofil hergestellt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
das aus dem Strangpreßwerkzeug einer Strangpresse (1) austretende
Strangpreßprofil (6) durch berührungsloses Einwirken elektromagnetischer Kräfte zu einem ebenen Blech (7) verformt wird.
2. Verfahren zur Herstellung von Blechen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
nach der Umformung zu einem ebenen Blech (7) ein Schritt zur Glättung mittels einer Walz- oder Kalibriereinrichtung (4) durchgeführt wird.
3. Verfahren zur Herstellung von Blechen nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Strangpreßprofil (6) als offenes Profil mit einer Kontur, die mindestens einen sinusförmigen Abschnitt aufweist, hergestellt wird.
4. Verfahren zur Herstellung von Blechen nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Strangpreßprofil (6) als geschlossenes Profil mit einer kreisförmigen oder annähernd kreisförmigen Kontur oder einer Kontur, die mindestens einen sinusförmigen Abschnitt aufweist, hergestellt wird.
5. Verfahren zur Herstellung von Blechen nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei einem geschlossenen Strang preßprofil (6) entlang seiner Mantellinie mittels des Strangpreßwerkzeuges eine Sollbruchstelle eingebracht wird.
6. Verfahren zur Herstellung von Blechen nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei einem geschlossenen Strangpreßprofil (6) dieses entlang seiner Mantellinie mittels einer Schneideinrichtung aufgetrennt wird.
7. Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 und mindestens einem der Ansprüche 2 bis 6 zur Herstellung eines Strangpressprofils und anschließender Umformung zu einem ebenen Blech,
dadurch gekennzeichnet, dass
diese aus einer Strangpresse (1), einer Umformeinrichtung, bestehend aus einer Arbeitsspule (2) und einem Gegenlager (3) sowie einer Walz- oder Kalibriereinrichtung (4) besteht.
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