DE3008679C2

DE3008679C2 - Tiefziehfähiges Blech oder Band aus Nichteisen-Metall oder Legierung daraus, insbesondere aus Aluminium sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE3008679C2
Application number: DE3008679A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Prof. Dr.-Ing.habil. 8051 Neufahrn Fischer
Original assignee: VEREINIGTE METALLWERKE RANSHOFEN-BERNDORF AG 5282 BRAUNAU AM INN OBEROESTERREICH AT; Vereinigte Metallwerke Ranshofen Berndorf Ag 5282 Braunau Am Inn Oberoesterreich
Current assignee: Austria Metall AG
Priority date: 1980-03-06
Filing date: 1980-03-06
Publication date: 1983-08-18
Also published as: DE3008679A1; EP0035718A1; ATE8853T1; US4634475A; EP0035718B1

Description

Die Erfindung betrifft ein tiefziehfähiges Blech oder Band aus Nichteisen-Metall oder Legierungen daraus, insbesondere aus Aluminium, mit einer für das Tiefziehen behandelten Oberfläche. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieses Bleches, ^h0 Bandes od. dgl.

Es ist bekannt, daß beim Tiefziehen von Blechen, insbesondere von relativ dünnen Blechen, den Reibungsverhältnissen zwischen Niederhalter und dem Ziehteil besondere Bedeutung zukommt, weil diese das *" Nachfließen des Werkstoffes in die Matrize beeinflussen. Um falten- und rißfreie Werkstücke zu erhalten, sind neben diesen Reibungsverhältnissen noch weitere Parameter, wie Werkstoff, Ziehteilform, Ziehspalt, Niederhalterdruck, usw. aufeinander abzustimmen. So kann die Faltenbildung am Ziehteil nicht durch unbegrenzte Erhöhung des Niederhalterdruckes verhindert werden, weil erhöhte Reibungskräfte zur Rißbildung im Ziehteil führen. Auch der Einsatz von Schmiermitteln erbringt nicht den erwünschten Erfolg, wenn die üblichen glatten oder gerichteten Oberflächenstrukturen verwendet werden. Der Schmiermittelfilm wird in diesem Falle vom Niederhalter weggequetscht, so daß die Reibung an dieser Stelle höchster Beanspruchung rasch ein unzulässiges Maß annimmt und zum Reißen des Ziehteiles führt Es ist ferner bekannt, daß eine Verbesserung der Reibungsverhältnisse im Ziehspalt und im Niederhalter erzielt wird, wenn anstelle der üblichen walzblanken, mattgewalzten, gebürsteten, geschliffenen oder auch mit Tiefziehfolie beschichteten Platinen-Oberfläche eine gerauhte Oberfläche verwendet wird, die an der Berührungsfläche Werkzeug-Platine den Aufbau eines hohen Schmiermitteldruckes ermöglicht. So wurde schon erkannt, daß beim Tiefziehen von Stahlblechen (DE-Z »Stahl und Eisen« 80 (1960), Seiten 1524 bis 1531) die Mikrooberfläche einen besonderen Einfluß auf die Tiefzieheigenschaften der Stahlbleche hat. Nach diesen Versuchsergebnissen soll die geometrische Ausbildung und Aufgliederung der Oberflächenfeingestalt der Rauhigkeiten eine möglichst große Zahl von gleichmäßig verteilten Spitzen aufweisen und die Oberfläche soll so gut verformbar sein, daß ein belastetes Werkzeug verhältnismäßig tief in diese Oberflächen-Profilierung einsinkt und sied der Werkzeugdruck auf eine Vielzahl abgeplatteter Profilspitzen verteilt. Eine Mikrooberfläche mit einem Mittenrauhwert R₁ 0,8—1,5 μπι (gemäß DIN 4768) hat sich als besonders günstig erwiesen. Beim Walzen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen ist es ferner bekannt, die Arbeitswalzen mit riefenförmigen Vertiefungen, die durch Schleifen erzeugt werden (AT 3 45 236), zu versehen, um damit einen großen Abwalzgrad von 70 bis 93% zu erzielen. Durch diese Vertiefungen auf der Walzenoberfläche soll dabei das Schmiermittel während des Walzens festgehalten werden. Ein auf diese Weise hergestelltes Aluminiumblech verhält sich jedoch beim Tiefziehen nicht günstig, weil die Vertiefungen in der Blechoberfläche infolge des hohen Abwalzgrades eine starke Längserstreckung erfahren und somit gerichtet werden. Dadurch kann beim Tiefziehen das aufgebrachte Schmiermittel in dieser Richtung ausweichen.

Der Erfindung Hegt daher die Aufgabe zugrunde, an einem Aluminiumblech oder -band die Oberfläche so auszubilden, daß damit verbesserte Tiefziehergebnisse erzielt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Aluminiumblech, -band od. dgl. dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche Mikrorauhigkeiten von etwa 0,8 bis 5 μπι Mittenrauhwert R₁ aufweist, die auf die Oberfläche fein verteilt überwiegend schlanke Spitzen zeigen.

Der Mittenrauhwert R₁ ist dabei gemäß DIN 4768 bestimmt.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß ein Ziehteil mit einer derart ausgebildeten Mikrooberfläche beim Tiefziehen sehr günstige Reibungsverhältnisse zwischen Niederhalter und Ziehteil schafft, wodurch ein qualifiziertes Nachfließen des Werkstoffes in die Matrize ermöglicht und so die Risse- und Faltenbildung weitgehend vermieden wird. Besonders in Verbindung mit einem Schmiermittel erweist sich eine solche

Mikrooberfläche als besonders vorteilhaft, weil die spitzen, unorientierten Profile der Rauhigkeiten in Verbindung mit dem aufgesetzten Niederhalter das Schmiermittel abdichten und am Wegdrücken hindern.

Um diese Wirkung zu erreichen, war es nicht naheliegend, die zum Tiefziehen von Stahlblechen als günstig erkannte Oberflächenfeingestalt einfach auf Aluminiumbleche zu übertragen. Eine der Ursachen für die Nichtbeachtung dieser Oberflächenausbildung bei Aluminiumbleche.i lag zweifellos in den prinzipiellen mechanisch-technologischen Unterschieden zwischen Stahl und Aluminium, wie Verfestigungsmechanismus, Duktilität, Kerbempfindlichkeit, Oberflächenoxydhaut usw. Weil die Aluminium-Oberflächen wegen des V₃ so großen £-ModuIs wie bei Stahl wesentlich weicher wirken, war ein zu Stahl vergleichbarer Effekt nicht zu erwarten. Ein zur Überprüfung dieses Effektes notwendiger hohex Aufwand ließ daher die Fachwelt andere Wege gehen. Wie die Fachliteratur beweist, wurde ausschließlich versucht, die Tiefziehfähigkeit von Aluminiumblechen, insbesondere für Fahrzeugkarosserien, über eine Legierungsopiimierung und fviaximierung der technologischen Eigenschaften (Gkichmaßdehnung, Verfestigungsexponent) zu verbessern. Wobei noch die Oberflächenausführungen »walzblank« und »matt« (gerichtete Rauhigkeit durch Schleifen) in Betracht gezogen worden sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Mikro-Vertiefungen im Bereich ihres Grundes zur Vermeidung einer Kerbwirkung abgeflacht oder abgerundet sind.

Es hat sich ferner als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Mikro-Profil des Bleches eine möglichst niedrige Härte aufweist.

Erfindungsgemäß läßt sich die Mikro-Oberfläche an einem Blech oder Band am einfachsten und besten durch Nachwalzen erreichen, wenn die Walze mittels Sandstrahiung entsprechend aufgerauht ist.

Zweckmäßig ist es, wenn die Walzung mit mindestens einer aufgerauhten Walze in einem letzten Walzgang mit einer Dickenabnahme von höchstens 6%, vorzugsweise 3%, erfolgt.

Die Walzung soll zur Erzielung eines weichen, rekristallisierten Gefüges im Bereich der Mikroerhebungen vor dem Lösungs- oder Weichglühen erfolgen.

Nachfolgend wird ein Aluminiumblech bzw. -band gemäß der Erfindung beschrieben, das auch in Figuren schematisch dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 einen Blechquerschnitt mit einem spitzen Oberflächen-Profil.

F i g. 2 einen Schnitt durch das gleiche Blech, jedoch mit aufgedrücktem Niedernalter und

Fig.3 einen Blechquerschnitt mit einer ungünstigeren Mikro-Oberfläche.

Beim dargestellten Blechausschnitt 1 erheben sich auf der Oberfläche Mikro-Profile 2, die im wesentlichen gleichmäßig verteilt sind. Sie haben die Form schlanker Kegel mit den Spitzen 3. Die Vertiefungen 4 zwischen den Profilen sind zweckmäßig abgeflacht oder abgerundet, um Kerbwirkungen zu vermeiden. Die Mikro-Oberfläche ist mit einem Schmiermittel 5 bedeckt. Wie aus Fig,2 zu sehen ist, werden die Spitzen der Profile 2 durch einen Niederhalter 7 bei 8 geplattet, wobei die Verliefungen 4 abgedichtet werden, so daß die aufgenommene Schmit-'rmittel-Füllung eingeschlossen bleibt.

Um diese gcwüiisch¹»; Mikro-Oberfläche zu erhalten, schlägt die Erfindung ein Nachwalzen mit Walzen vor. deren W;il/fl;iehe se» sandgestrahlt ist. daß eine weitgehend gleichmäßige Oberfläche entsteht die durch eine geringfügige Abplattung der gestrahlten Profile auf der Walze keine scharfen Kerben im Profilgrund des damit gewalzten Bleches ergibt. Als optimale Rauhigkeit wurde Ra mit 1.5 bis 33 μηι ermittelt Um eine Ausrichtung bzw. Orientierung der Oberflächenstruktur durch die Verformung zu vermeiden, ist es außerdem günstig, den Walzstich nicht wesentlich größer als 3% zu wählen. Insbesondere für komplizierte Ziehteile, bei denen bis an die Grenze der Verformbarkeit gegangen wird, ist der Walzstich vor einem Weich- oder Lösungsglühen, je nach eingesetzter Legierung, durchzuführen. Durch das nachträgliche Glühen werden die beim Nachwalzen erhärteten Profile wieder erweicht, wodurch die Spitzen durch den Niederhalter leichter abgeplattet werden können. Das Glühen kommt somit der Forderung nach einer möglichst weichen Charakteristik des Mikro-Profiles nach. Die Glühung soll so beschaffen sein, daß ihre Wirkung möglichst nur auf eine Beeinflussung des Mikro-Profiles ausgerichtet ist und die mechanisch technologischen Wert· des Grundmateriais nicht unerwünscht beeinflußt werden

Die zum Nachwalzen der Bleche zu verwendenden Walzen werden zweckmäßig in einer Kabine sandgestrahlt. Die Walzenhärte soll mindestens 95 Shore-C betragen Dazu kann ein Strahl aus Stahlgußbruch mit einer Härte HRC 62 bis 65 und den Körnungen Nr. 2 bis Nr. 4 bei einer maximalen Korngröße 0,5 bis 1,5 mm und abgesiebtem Feinanteil verwendet werden. Die Schleudergeschwindigkeiten sollen SO bis 150 m/s betragen. Die Bestrahlung erfolgt bei rotierender Walze und unter Axialverschiebung des Strahles.

Das Weichglühen wird zweckmäßig in einem kontinuierlich arbeitenden Banddurchzugsofen mit oder ohne Schutzgas durchgeführt. Die Durchlaufzeit durch den Ofen soll zwischen 30 bis 90 Sekunden, vorzugsweise 50 bis 60 Sekunden, und die Endtemperatur des Bandes 400 bis 500⁰C, vorzugsweise 490 bis 520⁰C, betragen.

Die Versuche zur Beurteilung der Verbesserung der Tiefziehfähigkeit durch Erzeugen einer Mikro-Oberfläche wurden mit den Aluminiumlegierungen AIMg* und AlMg Si für großflächige, komplizierte Tiefziehteile für die Fahrzeugindustrie mit Platinengrüßen von 900 · 1550 mm durchgeführt. Zum Vergleich wurden Platinen aus den gleichen Werkstoffen, jeweils sogar aus den gleichen Warmbändern, aber mit walzblanker und matter sowie mit Tiefziehfolie beschichteter mattgewalzter Oberfläche herangezogen. Die Platinendicke war 1,0 mm. Alle Platinen, auch die kunststoffbeschichteten wurden befettet. Bei den Tiefziehversuchen mit den erfindungsgemäß ausgeführten Mikro-Oberflächen zeigte bereits der um 10—15% niedrigere Preßdruck, der zi'- Herstellung des Tiefziehteiles notwendig war. den Einfluß auf die Reibungsverhältnisse. Die gewählten, komplizierten Tiefziehkörper ergaben bei den Vergleichsvarianten 30 bis 100% Ausschuß durch Rißbildung, während von 40 tiefgezogenen Teilen mit der gewählten Mikro-Oberfläche, erzeugt durch Walzen, Ra = 1,8 μπι, kein Ausschuß entstand. Weiter war die Faltenbildung, zu deren Vermeidung bei den Vergleichsblechen ein relativ hoher Niederhaltfrdruck erforderlich war. bei den Blechen mit MiKi o-Obcrfläche deutlich geringer, so daß zur weiteren Erhöhung der Sicherheit gegen Reißen, der Niederhalterdruck sogar etwas reduziert werden komite.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das in den F i g. I und 2 dargestellte Ausführungsbeispic¹. So

müssen nicht sämtliche Mikro-Krhebungen eine gleichmäßige K.egelform aufweisen. Die Erhebungen können in der Höhe auch voneinander abweichen, wie auch die Querschnittsflächen parallel /ur Höhen- oder Basisachse durchaus recht vielgestaltig sein können. Wesentlich hingegen ist. daß die Mikro-Profile in nicht ausgerichteter, sondern gegeneinander versetzter Anordnung in möglichst feiner Verteilung auf der Blech-Obcrflächc ausgebildet sind. Dadurch wird ein ausreichendes und gleichmäßiges Nachfließen des Werkstoffes in die Matrize bzw. das Gesenk erreicht und bei Anwendung eines Schmiermittels zudem ein Wegdrücken desselben weitgehend verhindert.

Bei einem Mikro-Profil gemäß F i g. J der Zeichnung mit sehr unregelmäßig verteilten, blockartigen Erhebungen 10 und mit größeren Zwischenräumen I). einer sogenannten Tafelberg-Oberfläche, lassen sich nicht die vorerwähnten Vorteile erzielen.

Die Erfindung soll alle möglichen Verfahren, wie chemischer, mechanischer, thermischer od. dgl. Art einschließen, die geeignet sind, die vorgeschlagene Mikro-Oberfläche herzustellen.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Tiefziehfähiges Blech. Band od. dgl. aus Nichteisen-Metall oder Legierungen daraus, insbesondere aus Aluminium, mit einer für das Tiefziehen ι behandelten Oberfläche, dadurch gekennzeichne t, daß die Oberfläche Mikrorauhigkeiten von etwa 0,8 bis 5μπι aufweist, die auf die Oberfläche feinverteilt überwiegend schlanke Spitzen zeigen. "'

2. Tiefziehfähiges Blech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhigkeiten 1,5 bis 2μΐη betragen.

3. Tiefziehfähiges Blech nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrovertiefungen π (4) im Bereich ihres Grundes zur Vermeidung von Kerbwirkungen abgeflacht oder abgerundet sind.

4. Tiefziehfähiges Blech nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikro-Profile (2), insbesondere an ihren Spitzen (3), im weichen Zustand vorliegen.

5. Veif=shren zur Herstellung eines tiefziehfähigen Bleches, Bandes od. dgl. gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche durch Walzen profiliert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung im letzten Walzgang erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzgang mit einer Dickenabnahme von höchstens 6% durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wnlzganj' ,nit einer Dickenabnahme von etwa 3% erfolgt. J5

9. Verfahren nach einem έ- r Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikro-Profile nach ihrer Formung weichgeglüht werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blech-Oberfläche -to mit einer Walze, deren Oberfläche mit Stahlgußbruch mit einer Härte HRC 62 bis 65 und den Körnungen Nr. 2 bis Nr. 4 bei einer Schleudergeschwindigkeit von 50 bis 150 m/s bestrahlt ist, gewalzt wird. -t5

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Weichglühen die Bänder durch einen Banddurchzugsofen mit einer Geschwindigkeit zwischen 30 bis 90 Sekunden geführt werden und die Endtemperatur des Bandes 400 bis 550⁰C beträgt.