DE102008032911A1

DE102008032911A1 - Verfahren zur Herstellung eines Formteils

Info

Publication number: DE102008032911A1
Application number: DE200810032911
Authority: DE
Inventors: Asa Dipl.-Ing. Bengtsson; Michael Fütterer; Alfons Honsel
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-07-12
Filing date: 2008-07-12
Publication date: 2009-03-19
Anticipated expiration: 2028-07-13
Also published as: DE102008032911B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminium-Formteils (16), umfassend folgende Schritte: Einlegen eines Aluminiumblechs (2) in ein Umformwerkzeug (6), Teilumformung des Aluminiumblechs (2) bei Raumtemperatur zu einem teilumgeformten Aluminiumblech (10), Warmauslagerung des teilumgeformten Aluminiumblechs (10) und anschließendes Endumformen des teilumgeformten Aluminiumblechs (10) bei Raumtemperatur in eine Endform des Aluminium-Formteils (16).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumformteils nach Anspruch 1.
Zur Umformung von Aluminiumblechen zu Aluminiumformteilen beispielsweise als Karosserieteile für den Automobilbau gibt es verschiedene Verfahren. Zunächst wäre hierbei das Kaltumformen in seiner klassischen Form zu nennen. Hierbei werden bei Raumtemperatur gezielt Formänderungen bei gleichbleibender Masse und Stoffzusammensetzung eines Bleches durchgeführt. Bei Aluminiumblechen sind durch Kaltumformung keine Umformgrade zu erzielen, die die von Stählen übersteigen, wenn entsprechende Anforderungen an Festigkeit und Korrosion des Aluminiumbleches gestellt werden.
Alternativ zum Kaltumformen werden Halbwarm- und Warmumformverfahren verwendet. Mit diesen Verfahren kann der Umformgrad im Vergleich zum Kaltumformen gesteigert werden. Bei der Halbwarmumformung wird das Blech auf eine Temperatur erwärmt, die noch unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Werkstoffes liegt. Beim Warmumformen wird der Werkstoff oberhalb der Rekristallisationstemperatur umgeformt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumformteils bereitzustellen, das gegenüber dem Stand der Technik kostengünstig herstellbar ist und wobei ein hoher Umformgrad bei vergleichsweise hoher Festigkeit erzielt werden kann.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumformteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Hierbei wird ein Aluminiumblech in ein Umformwerkzeug, beispielsweise in ein Presswerkzeug eingelegt und bei Raumtemperatur bis zu einem bestimmten Umformgrad teilumgeformt. Hierbei handelt es sich um ein so genanntes Kaltumformverfahren, das bei Raumtemperatur stattfindet. Unter Raumtemperatur wird hierbei eine Temperatur bis zu 80°C verstanden. Bevorzugt wird dem Aluminiumblech jedoch während des Umformprozesses keine zusätzliche Wärmeenergie zugeführt.
Das teilumgeformte Werkstück wird nun in einem Zwischenglühprozess warmausgelagert. Anschließend wird dieses Werkstück in einem zweiten Kaltumformprozess zu dem endgültigen Formteil umgeformt.
Durch den Zwischenglühprozess werden Kaltverfestigungen, die beim ersten Teilumformprozess im Werkstück auftreten, reduziert, was einen weiteren, höheren Umformgrad ermöglicht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im Weiteren werden an Hand der folgenden Figuren weitere Merkmale uns Ausgestaltungsformen der Erfindung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 Besprühen eines Bleches mit Schmierstoff,
2 erster Teilumformprozess in einem Umformwerkzeug,
3 Reinigung des Werkstückes in einem Reinigungsbad,
4 Warmauslagern des teilumgeformten Werkstückes,
5 weiteres Besprühen mit Schmierstoff und
6 den Endumformprozess zum Aluminiumformteil.
An Hand der 1 bis 6, die jeweils einen Teilschritt des Verfahrens zeigen wird im Folgenden erläutert, wie dieser Umformprozess im Einzelnen verläuft.
Zunächst wird ein Aluminiumblech 2 mit einem Schmierstoff z. B. Öl durch einen Sprühkopf 4 besprüht (1). Auf die Wahl des Schmierstoffes und die damit verbundenen Verfahrensvarianten wird im weiteren Verlauf noch näher eingegangen.
Das Aluminiumblech 2 besteht bevorzugt aus einer so genannten 5xxx-Aluminiumlegierung, die sich vor allem dadurch auszeichnet, dass sie Magnesium als Hauptlegierungsbestandteil aufweist. Dabei liegt der Magnesium-Anteil beispielsweise bei 2,7 bis 3,1 Gewichtsprozent (Gew.%) (Legierung 5454 und 5457) oder sogar über 3,5 Gew.% (Legierung 5182). Diese 5xxx Legierungen zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit, guter Umformbarkeit und eine gute Schweißbarkeit aus. Dabei sind sie ausgesprochen korrosionsbeständig.
Das mit Schmierstoff versehene Aluminiumblech 2 wird in ein Umformwerkzeug 6, in diesem Beispiel ein Presswerkzeug, gegeben (2). Dabei wird ein Pressstempel 8 in der Art bewegt, dass das Blech 2 in einen Formhohlraum 7 gepresst wird. Hierbei wird das Blech nur bis zu einem bestimmten Umformgrad umgeformt, so dass ein teilumgeformtes Aluminiumblech 10 entsteht.
Dieses Aluminiumblech 10 wird nun in ein Reinigungsbad 12 gegeben (3). In dem Reinigungsbad wird der Schmierstoff, der zum Umformen notwendig ist und in dem Prozess nach 1 aufgebracht wurde, entfernt. Das Entfernen des Schmierstoffes ist notwendig, da beim nachfolgenden Zwischenglühen sich dieser zersetzen würde. Der zersetzte (gekrackte) Schmierstoff ließe sich nicht mehr prozesssicher vom umgeformten Blech entfernen.
Im nächsten Verfahrensschritt gemäß 4 wird das teilumgeformte Aluminiumblech 10 in einen Auslagerungsofen gegeben und bei einer Temperatur oberhalb von 120°C warmausgelagert, um eine beim Kaltumformen entstandene Verfestigung im Aluminiumwerkstoff zu reduzieren und eine weitere Umformung bei geringer Rissbildungsgefahr zu ermöglichen. Die Temperatur kann dabei je nach Legierung schwanken, beispielsweise in einem Intervall zwischen 120°C und 175°C. Sie kann aber auch deutlich höher, beispielsweise zwischen 200°C und 350°C liegen. Dabei sollte die Temperatur so hoch wie möglich, aber unterhalb der Rekristallisationstemperatur gewählt werden.
Das Warmauslagern bewirkt einen Abbau der Kaltverfestigung im Material durch Ausheilen und Umordnen von Gitterfehlstellen. Daraus resultiert ein Absinken der Streckgrenze und eine Erhöhung der Bruchdehnung, was eine Erhöhung des Umformgrades zulässt.
Gemäß 5 wird das teilumgeformte und warmausgelagerte Aluminiumblech 10 ein weiteres Mal mit einem Schmierstoff besprüht und anschließend wieder, bevorzugt in das selbe Umformwerkzeug 6 gegeben. Im letzten Prozessschritt gemäß 6 wird das Aluminiumblech 10 in seine endgültige Form zu einem Aluminiumformteil 16 bei Raumtemperatur kaltumgeformt. Dieser Umformschritt kann gegebenenfalls auch in einem weiteren Presswerkzeug erfolgen, wenn die Geometrie des Bauteils dies erfordert.
Es soll noch darauf eingegangen werden, dass bei Verwendung von Temperaturbeständigen Schmierstoffen, beispielsweise Trockenschmierstoffen ein Reinigen des teilumgeformten Bleches 10 gemäß 3, sowie ein weiteres Versehen des Bleches 10 mit dem Schmierstoff gemäß 5 entfallen kann. Durch diese Maßnahme können die Prozesskosten gegenüber dem beschriebenen Verfahren noch gesenkt werden.
Im Übrigen weist das beschriebene Verfahren gegenüber den üblichen Warmumformverfahren niedrigere Prozesskosten auf, da insbesondere am Umformwerkzeug Kosten eingespart werden können. Dabei werden aber dieselben Umformgrade wie bei den Warmumformverfahren bei einem geringeren Kostenaufwand erzielt.
Gegenüber den klassischen Kaltumformverfahren werden deutlich höhere Umformgrade erzielt, wobei nur geringfügig höhere Kosten entstehen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumformteils (16), umfassend folgende Schritte: Einlegen eines Aluminiumbleches (2) in ein Umformwerkzeug (6), Teilumformung des Aluminiumblechs (2) bei Raumtemperatur zu einem teilumgeformten Aluminiumblech (10), Warmauslagerung des teilumgeformten Aluminiumblechs (10) und anschließendes Endumformen des teilumgeformten Aluminiumblechs (10) bei Raumtemperatur in eine Endform des Aluminiumformteils (16).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumblech (2) aus einer Aluminium-Magnesiumlegierung besteht.
Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung mehr als 2,7 Gewichtsprozent Magnesium enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmauslagerung oberhalb einer Temperatur von 120°C, insbesondere zwischen 120°C und 175°C erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmauslagerung unterhalb einer eutektischen Temperatur des Aluminium-Magnesium-Phasendiagramms erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumblech (2) vor dem ersten Teilumformen mit einem hitzebeständigen Schmierstoff versehen wird.