DE3008679C2 - Tiefziehfähiges Blech oder Band aus Nichteisen-Metall oder Legierung daraus, insbesondere aus Aluminium sowie Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Tiefziehfähiges Blech oder Band aus Nichteisen-Metall oder Legierung daraus, insbesondere aus Aluminium sowie Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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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 (11)
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.
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