DE2037190A1 - Precision pattern on sheet metal - by photo-electrochemical etching - Google Patents

Abstract

Precision pattern on sheet metal is obtained by photographic method. The photographically unexposed parts are etched electro-chemically via sponge electrode. Computer drawn circular patterns are used in studying material behaviour in various sheet metal processes, e.g., car body mfr.

Description

Verfahren zum Anbringen eines Präzisionsrastermusters in der Oberfläche einer Metallplatte, und Metallplatte, behandelt nach diesem Verfahren Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Anbringung eines Präzisionsrastermusters in der Oberfläche einer Metallplatte, dadurch, daß ein Rasterkörper auf diese Oberfläche gebracht wird und in elektrochemischem Wege die davon nicht abgedeckten Teile dieser Oberfläche geätzt werden.Method for applying a precision grid pattern in the surface a metal plate, and metal plate treated according to this method. The invention relates to a method of applying a precision grid pattern in the Surface of a metal plate, in that a grid body on this surface is brought and in an electrochemical manner the parts of this not covered by it Surface to be etched.

Auch bezieht sich die Erfindung auf eine Metallplatte mit einem in der Oberfläche davon gemäß diesem Verfahren angeordneten Präzisionsraster.The invention also relates to a metal plate with an in precision grids arranged on the surface thereof according to this method.

Bei der Verformung von Metallplatten, insbesondere beim Tie£-ziehen von Stahlplatten, ist es von größter Wichtigkeit, zu wissen, wie der Verformungszustand der Platte sich während des Tiefziehens entwickelt und wie dieser nach dem Tiefziehen ist. Durch die Anordnung eines feinen Rasters auf dieser Platte vor der Verformiing kann durch Studium der Form dieses Rasters nach der VerSormurlg ein Bild von der Verformung der Platte von Stelle zur Stelle erhalten werden. Insbesondere können dadurch die am meisben und kritisch verformten Plattenteile studiert werden, sodaß man sich ein Urteil Uber die Frage bilden kann, ob und an welcher Stelle die Deformationen unzulässig groß gewesen sind.When deforming metal plates, especially when drawing of steel plates, it is of the utmost importance to know what the state of deformation is the plate develops during deep drawing and like this after deep drawing is. By arranging a fine grid on this plate before the deformation can by studying the shape of this grid according to the VerSormurlg a picture of the Deformation of the plate can be obtained from place to place. In particular, can thereby the most and critically deformed plate parts are studied, so that one can form a judgment about the question whether and at what point the deformations have been inadmissibly large.

Vielfach werden deshalb, z,B. bei der Prüfung von neuen Verformungswerkzeugen oder Verarbeitung neuer Plattenqualitäten mit den bestehenden Werkzeugen eine geringe Anzahl von Platten, welche mit einem Präzisionsraster versehen sind, verformt, wozu der Plattenlieferant verschiedene mit einem Raster versehene Platten mit liefert.In many cases, therefore, e.g. when testing new deformation tools or processing of new board qualities with the existing tools is less Number of plates, which are provided with a precision grid, deformed, for what purpose the plate supplier supplies various plates provided with a grid.

Die Zuverlässigkeit dieser Prüfungsmethode hängt von der Genauigkeit des angeordneten Rasters ab, und weiter von der Form davon und von der Beständigkeit des Rasters gegen Bearbeitung der Platte während der Verformung.The reliability of this testing method depends on its accuracy of the arranged grid, and further on the shape thereof and on the durability of the grid against machining of the plate during the deformation.

Bei dem bekannten Verfahren wird als Rast er körper ein Tuch auf die Oberfläche der Metallplatte gelegt, welches aus Kunststoff-Monofilamentdrähten gewebt worden ist, und danach kann mit Hilfe eines Elektrolyts in elektrochemischem Wege ein Muster auf die Platte geätzt werden.In the known method, as a rest he is a cloth on the body Surface of the metal plate, which is woven from plastic monofilament wires has been, and then can with the help of an electrolyte in an electrochemical way a pattern can be etched onto the plate.

Auf diese Weise ist es aber nicht möglich, den Abdruck des Rasters genügend scharf zu machen, und zwar deswegen, weil der Elektrolyt teilweise unterhalb der Drähte des Tuches hindurchdringt. Daraus ergibt sich eine ungenügende Genauigkeit der Markierung dieses Rasters. Zum genauen und schnellen Messen des Verformirngszustandes der verformten Platte ist es aber notwendig, daß die Elementarfiguren des Rasters alle untereinander sehr genau gleich in Form sind und sehr scharfe Begrenzungslinien haben. Weiterhin ist es dabei sehr stark erwünscht, daß diese Elementarfiguren aus Kreisen bestehen Bei der verformung eines Kreises zu einer Ellipse ist es nämlich sehr einfach, sofort die Hauptverformungs richtungen des ?lttenteils an jeder Stelle zu sehen und man kann durch t;1essen der Lange der Hauptachsen dieser Ellipse auch den lokalen Dehnungszustand berechnen Man hat auch schon versucht, auf fotografischem Wege ein Bild eines Rasters auf Metallplatten herzustellen. Es hat sich aber bis jetzt nicht als gut möglich erwiesen, einen auf diese Weise gebildeten Raster genügend gegen die schleifende Wirkung der Matrizen während der Verformung beständig zu machen.In this way it is not possible to print the grid To make it sharp enough, because the electrolyte is partially below the wires of the cloth penetrate through. This results in insufficient accuracy the marking of this grid. For precise and quick measurement of the state of deformation of the deformed plate, it is necessary that the elementary figures of the grid all of them are exactly alike in shape and have very sharp delimitation lines to have. Furthermore, it is very much desirable that these elementary figures from Circles exist When a circle is deformed into an ellipse, it is very simple, the main deformation directions of the oil part at each point immediately to see and one can by t; 1essen the length of the main axes of this ellipse also calculate the local strain state One has already tried to photographically produce an image of a grid on metal plates. It but has so far not proven to be very possible, one educated in this way Grid sufficient against the grinding effect of the dies during the deformation to make permanent.

Dank des Verfahrens nach der Erfindung ist es überraschenderweise möglich, sehr genaue Muster auf Metallplatten zu bilden, welche während des Verformungsprozesses fast völlig unbeschädigt bleiben.Thanks to the method according to the invention it is surprising possible to form very precise patterns on metal plates, which during the deformation process remain almost completely undamaged.

Demgemäß besteht die Erfindung darin, daß der als Zwischenphase auf der Metalloberfläche angebrachte Rasterkörper auf fotografischem Wege aufgebracht wird, und zwar durch Beleuchtung einer auf der Metallplatte angeordneten lichtempfindlichen Emulsion durch eine auf diese Emulsion gelegte transparente Folie hindurch, auf welcher das Rastermuster abgebildet ist. Nach Entwicklung und Wegspülung der unbeleuchteten Emulsion werden die blanken Teile geätzt. Dieses Verfahren eignet sich besonders dazu, ein Rastermuster aus untereinander gleichen Kreisen herzustellen, wovon die Mittelpunkte in den Ecken von Quadrate liegen. Wie schon bemerkt, ist es wegen der elliptischen Form der verformten Kreise sehr gut möglich, schnell eine exakte Information über den Verformungszustand der verformten Platte zu bekommen.Accordingly, the invention consists in that as an intermediate phase The grid body attached to the metal surface is applied photographically by illuminating a photosensitive device arranged on the metal plate Emulsion through a transparent film placed on top of this emulsion which the grid pattern is shown. After developing and flushing away the unlit Emulsion, the bare parts are etched. This method is particularly suitable to create a grid pattern from circles that are identical to one another, of which the Centers lie in the corners of squares. As noted, it's because of the elliptical shape of the deformed circles very well possible, an exact information quickly to get about the deformation state of the deformed plate.

Da der Rasterkörper nicht als gesonderter und nicht gut festliegender Körper auf die Metallplatte gelegt wird, sondern auf fotografischem Wege darauf gebracht wird, hat es sich als möglich erwiesen, sehr scharfe und sehr formfeste Begrenzungslinien des endgültig erhaltenen Präzisionsrasters auf der Platte zu bekommen. Der auf fotografischem Wege angeordnete Rasterkörper kann für sich auch sehr genau in seiner Form und sehr scharf in seinen Begrenzungen sein, insbesondere wenn eine an die Emulsionsschicht unter Vakuum gesaugte flache, transparente Folie durchleuchtet wird.Because the grid body is not as separate and not well-fixed Body is placed on the metal plate, but photographically on it is brought, it has proven possible, very sharp and very dimensionally stable To get boundary lines of the finally obtained precision grid on the plate. The grid body arranged by photographic means can also be very precise for itself in its Shape and be very sharp in its boundaries, in particular when a flat, transparent film sucked onto the emulsion layer under vacuum is x-rayed.

Nach der Erfindung ist es möglich, ein Präzisionsraster auf der Metallplatte zu bekommen welcher die gleiche Genauigkeit und Schärfe hat wie die Abbildung des Rastermusters auf der transparenten Folie, Es hat sich weiter gezeigt daß diese Abbildung auf der transparenten Folie auch dann mit der erwünschten Genauigkeit gemacht werden kann, wenn sie durch auf fotografischem Wege Verkleinern einer Zeichnung dieses Rastermusters erreicht worden ist, welches mit einer Zeichenmaschine hergestellt worden ist, die von einem programmierten Rechenautomaten gesteuert wird. Es hat sich gezeigt, daß es nicht möglich ist, von Hand eine Zeichnung eines Rasters er machen, welche eine entsprechende Schärfe und Genauigkeit zeigt.According to the invention it is possible to create a precision grid on the metal plate which has the same accuracy and sharpness as the image of the Grid pattern on the transparent film, it has also been shown that this Imaging on the transparent film with the desired accuracy can be done by zooming in on a drawing by photographic means this grid pattern has been achieved, which is produced with a drawing machine which is controlled by a programmed computer. It has has shown that it is not possible to draw a grid by hand make, which shows a corresponding sharpness and accuracy.

Die Erfindung bezieht sich nicht nur auf das beschriebene Verfahren, sondern auch auf die in dieser Weise hergestellten Metallplatten mit einem in der Oberfläche angeordneten Präzisionsraster. Es hat sich gezeigt, daß diese Platten es ermöglichen, mit einer größeren Zuverläßigkeit neue Preßwerk zeuge zu prüfen und Stahlqualitäten zu selektieren, welche der Verformung erfolgreich unterliegen können.The invention relates not only to the method described, but also on the metal plates produced in this way with one in the Precision grid arranged on the surface. It has been shown that these panels make it possible to test new press tools with greater reliability and to select steel grades that are successfully subject to deformation can.

Die Erfindung wird anhand folgenden Beispiels näher erläutert: Beispiel Auf einer Stahlplatte mit einer Stärke von 1 mm, bestimmt für die Verformung zu Stahl platten für Kraftwagen, wird ein Rastermuster angeordnets Dieses Rastermuster besteht aus preisen mit einem Durchmesser von 2 mm, wovon die Mittelpunkt@ in einem quadratischen Muster zueinander angeordnet sind in Abständen voneinander von 2,2 mm. Dadurch wird die Platte nach Entfettung bei Raumtemperatur in eine Emulsion getaucht, welche für ultraviolettes Licht empfindlich ist, und daraus wieder herausgezogen mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit von 1 mm pro Sekunde. Abhängig der chemischen Zusammensetzung der Platte könnte die Emulsionsschicht darauf, unter Zuführung von Wärme oder ohne Wärmezufuhr, eingetrocknet werden.The invention is explained in more detail using the following example: Example On a steel plate with a thickness of 1 mm, intended for deformation Steel plates for automobiles, a grid pattern is arranged. This grid pattern consists of prizes with a diameter of 2 mm, of which the center @ are arranged in a square pattern to each other at intervals from each other of 2.2 mm. This will make the plate after degreasing at room temperature immersed in an emulsion which is sensitive to ultraviolet light, and pulled out again at a constant speed of 1 mm per second. Depending on the chemical composition of the plate, the emulsion layer could be then be dried with the application of heat or without the application of heat.

Es ist z.B. nicht möglich, mit warmer Luft zu trocknen, falls die Platte aus unruhigem Stahl besteht. Dadurch würde nämlich die Gefahr einer beschleunigten Alterung des Stahl es hervorgerufen werden. Auf die getrocknete Emulsionsschicht, welche z.B. aus dem von der Kodak Company verhandelten lichtempfindlichen sauerbeständigen Werkstoff KPR3 bestehen kann, wird eine Folie gelegt, welche ein Bild des herzustellenden Rasters trägt. Dadurch, daß man das Ganze in einen evakuierten Raum bringt, wird ein gutes Anliegen der Folie auf der Emulsionsschicht erreicht. Die Folie soll vorzugsweise aus einem dimensionsstabilen und transparenten Material bestehen.For example, it is not possible to dry with warm air if the Plate is made of restless steel. This would namely accelerate the risk of a Aging of the steel will cause it. On the dried emulsion layer, such as those made from that sold by the Kodak Company Material KPR3 can consist, a film is put, which a picture of the to be produced Rasters wears. By putting the whole thing in an evacuated room, becomes a good fit of the film on the emulsion layer is achieved. The foil should preferably consist of a dimensionally stable and transparent material.

Gute Erfolge werden auch mit Folien aus Nitrozellulose erreicht.Good results are also achieved with films made of nitrocellulose.

Die Abbildung des Rasters auf dieser Folie wurde auf fotografischem Wege auf eine Weise erreicht, welche noch besprochen werden wird.The illustration of the grid on this slide was made on photographic Ways reached in a way that will be discussed.

Abhängig von den Anforderungen, welche man der fotografischen Reproduktion des Rasters in der Emulsionsschicht zu stellen wünscht, kann die Beleuchtung dieser Emulsion gewählt werden.Depending on the requirements which one of photographic reproduction desires to put the grid in the emulsion layer, the illumination of this Emulsion can be chosen.

Gute Erfolge wurden erreicht, mit Hilfe einer Beleuchtung mit Hochdruckquecksilberdampflampen mit einem Abstand zur Plattenoberfläche von 49 cm und während einer Periode von 1 3/4 Minute. Diese Beleuchtungsumstände wurden unter Verwendung einer Hochdruckquecksilberdampflampe von Philips, Typ HPR 125 Watt gewählt.Good results have been achieved with the help of lighting with high pressure mercury vapor lamps with a distance to the plate surface of 49 cm and for a period of 1 3/4 minute. These lighting conditions were made using a high pressure mercury vapor lamp chosen by Philips, type HPR 125 watts.

Mit einem für diese Emulsionswerkstoffe vom Lieferanten verhandelten Entwickler wird die beleuchtete Emulsion entwickelt, wodurch gemäß dem Muster des Rasters auf der Kunststoffolie ein Kreismuster entsteht, Zur Stelle der abgebildeten Linien ist die Plattenoberfläche jetzt blank geworden.Negotiated with one for these emulsion materials from the supplier Developer is developed the illuminated emulsion, creating according to the pattern of the Grid a circular pattern is created on the plastic film, instead of the one shown Lines, the plate surface has now become shiny.

Der endgültige Raster auf der Platte wird nun weiter dadurch hergestellt, daß die blank gewordenen Stellen auf der Platte auf elektrochemischem Wege geätzt werden0 Dazu wird auf die Platte ein Elektrolyt eines Typs, der für das Atzen von Rastern auf Stahlplatten bekannt ist, gebrachte Beispiele derartiger Elektrolyte sind das von der FirmDErichsen-Tecneco verhandelte K070 und das von der Firma Electroetsch verhan delte LNC. Die ätzung selber geschieht dadurch, daß ein Wechselstrom mit einer Stromstärke von ungefähr 0,7 Ampere pro cm Plattenbreite durch den Elektrolyten und die Stahlplatte gleitet wird. Nach dem Atzen wird die Platte neutralisiert und die beleuchtete Emulsion wird mit Trichloräthylen entfernt. Als Plattenbreite soll man hier selbstverständlich nur rechnen mit der Breite der Platte insoweit diese mit dem Rasterkörper versehen ist, Um den Atzprozess schnell und reproduzierbar durchführen zu können, wurde auch eine Mechanisierung erreichte Dazu wird die Platte mit Hilfe von Elektromagneten auf einen flachen unterstützenden Tisch gezogen, welcher auf Erde angeschlossen wird und ein Arm9 welcher über die ganze Breite der Platte reiehtS kann oberhalb davon in Längsrichtung bewegt werden. An diesem Arm sind ein rinnenförmiges Vorratsgefäß für Elektrolytflü.ssigket und ein Verteilelement für diese Elektrolytflüssigkeit befestigt0 Dieses Verteilelement könnte zOBe bestehen aus einem Schwamm oder einem Tuch, welcher über die ganze Breitswe der Platte in Berührung damit liegt. Das rinnenförmige Vorratsgefäß wird unter elektrische Spannung gesetzt, wodurch ein Weehz strom mit einer Stärke von ungefähr 0,7 Ampere pro cm Platten breite durch den Elektrolyten, das Verteilelement und die Stahlplatte strömt. Wenn man nun den Arm mit einer konstanten eschwindigkeit über die Stahlplatte bewegt, werden die blanken Teile der Stahloberfläche sehr gleichmäßig geätzt.The final grid on the plate is now further produced by that the blank areas on the plate are electrochemically etched To do this, an electrolyte of a type suitable for etching Scanning on steel plates is known, given examples of such electrolytes are the K070 negotiated by FirmDErichsen-Tecneco and that of Electroetsch negotiated LNC. The etching itself is done by using an alternating current a current of approximately 0.7 amps per cm of plate width through the electrolyte and the steel plate is sliding. After etching, the plate is neutralized and the illuminated emulsion is removed with trichlorethylene. The plate width should be you can of course only count on the width of the plate in this respect is provided with the grid, in order to make the etching process quick and reproducible To be able to carry out, mechanization was also achieved. This is what the plate pulled onto a flat supporting table with the help of electromagnets, which is connected to earth and an arm9 which extends over the entire width of the plate reichtS can be moved lengthways above it. On this arm are a Trough-shaped storage vessel for electrolyte liquid and a distribution element for this electrolyte liquid attached0 This distribution element could consist of zOBe from a sponge or cloth, which over the whole width of the plate in Touch with it lies. The channel-shaped storage vessel is under electrical voltage is set, creating a warming current with a strength of approximately 0.7 amps per cm of plate width through the electrolyte, the distribution element and the steel plate flows. If you now move your arm at a constant speed Moved over the steel plate, the bare parts of the steel surface become very even etched.

Zur weiteren Erläuterung wird wird auf die Figur hingewiesen.Reference is made to the figure for further explanation.

Diese gibt, die Anordnung der Atzvorrlchtung. Mit Bezugszeichen 1 ist darin die Stahlplatte bezeichnet, auf welche in stark vergrößertem Maßstab eine unterbrochene Emulsionsschicht 2 gezeichnet worden ist. Die Stahlplatte 1 wird mit Hilfe von Elektromagneten 3 gut flach angezogen gehalten. In dieser tage wird die Stahiplatte 1 elektrisch geerdet. Oberhalb dieser Platte 1 kann eine Rinne 4, welche an einem nicht-gezeichneten Arm befestigt ist, durch diesen Arm in Pfeilrichtung, d.h. in Längsrichtung der Platte, bewegt werden. Die Rinne ist mit Elektrolytflüssigkeit gefüllt worden und ist weit an eine Quelle elektrischer Wechselspannung angeschlossen.This gives the arrangement of the etching device. With reference number 1 the steel plate is referred to therein, on which a interrupted emulsion layer 2 has been drawn. The steel plate 1 is with With the help of electromagnets 3 kept well tightened flat. In these days the Steel plate 1 electrically grounded. Above this plate 1, a channel 4, which is attached to an arm not shown, through this arm in the direction of the arrow, i.e. in the longitudinal direction of the plate. The gutter is with electrolyte fluid has been filled and is widely connected to a source of alternating electrical voltage.

Blektris¢h leitend an die Rinne 4 ist ein Schwammkörper 5 angebracht, welcher während der Bewegung der Rinne 4 oberhalb der Platte 1 über Platte 1 streichen kann. Der Schwamm 5 ist mit Elektrolyten durchtränkt und dadurch elektrisch leitend.Blektris ¢ h conductive to the channel 4 a sponge body 5 is attached, which during the movement of the channel 4 brush above the plate 1 over plate 1 can. The sponge 5 is saturated with electrolytes and is therefore electrically conductive.

Während der Bewegung des Schwamm 5 über Platte 1 wird dadurch eine gleichmäßige Befeuchtung und eine gleichmäßige ätzung der blanken Teile der Plattenoberfläche erzielt Die Abbildung des Rasters auf der Folie ist mittels einer Zeichenmaschine hergestellt, welche von einem programmierten Bechenautomaten gesteuert wird. Diese Maschine zeichnet einen Teil des Rasters mit hoher Präzision in stark vergrößervergrößertem Maßstab. Auf fotografischem Wege wird dieser Teil jetzt, stark verkleinert, auf eine transparente Folie auf Basis von Nitrozellulose übertragen. Auch wird dabei dieser Teil des Rasters mehrfach auf diese Folie abgebildet, so daß eine Rasterfolie von im Prinzip unbeschränkten Abmessungen hergestellt werden kann.During the movement of the sponge 5 over plate 1 is thereby a Uniform moistening and uniform etching of the bare parts of the plate surface Achieved The illustration of the grid on the foil is by means of a drawing machine manufactured, which is controlled by a programmed cup machine. These Machine draws part of the grid with high precision in a greatly enlarged Scale. In a photographic way, this part is now, greatly reduced, on a transparent one Transfer film based on nitrocellulose. This also becomes part of the grid reproduced several times on this film, so that a grid film of in principle unlimited Dimensions can be made.

Claims (3)

P a t e n t a n s p r ü c h e P a t e n t a n s p r ü c h e 0 Verfahren zum Anbringen eines Präionsrastermusters in der Oberfläche einer Metallplatte durch Aufbringen eines Rasterkörpers auf diese Oberfläche sind durch elektrochemisches Atzen der davon nicht abgedeckten Teile dieser Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rasterkörper auf fotografischem Wege mittels Beleuchtung einer auf der Metallplatte angeordneten lichtempfindlichen Emulsion durch eine transparente, ein Rastermuster aufweisende Folie hindurch aufgetragen wird, welche auf diese Emulsion gelegt wird. 0 Procedure for applying a preion grid pattern in the surface a metal plate by applying a grid to this surface by electrochemical etching of the uncovered parts of this surface, characterized in that the grid body photographically by means of lighting a light-sensitive emulsion arranged on the metal plate through a transparent, a screen pattern having film is applied therethrough, which on this emulsion is placed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rastermuster aus untereinander gleichen Kreisen besteht, wovon die Mittelpunkte auf den Ecken von imaginären Quadraten angeordnet sind. 2. The method according to claim 1, characterized in that the grid pattern consists of circles that are equal to each other, the centers of which are on the corners arranged by imaginary squares. 3. Verfahren naoh Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung den Rastermusters auf der transpatenten Bolie dadurch erreicht wird, daß auf fotografischem Wege eine mit einer mittels eines programmierten Rechenautomaten gesteuerten Zeichenmaschine hergestellte Zeichnung des Rastermusters verkleinert wird. 3. The method naoh claim 1 or 2, characterized in that the mapping of the grid pattern on the transparent bolie is achieved by that in a photographic way one with one by means of a programmed computer controlled drawing machine made drawing of the raster pattern reduced in size will. L e e r s e i t eL e r s e i t e