EP0035718B1

EP0035718B1 - Verfahren zur Herstellung eines tiefziehfähigen Bleches, Bandes oder dgl. aus Aluminium oder- legierungen

Info

Publication number: EP0035718B1
Application number: EP81101433A
Authority: EP
Inventors: Friedrich Dr. Ing. Fischer
Original assignee: Austria Metall AG; Vereinigte Metallwerke Ranshoffen Berndorf AG
Current assignee: Austria Metall AG
Priority date: 1980-03-06
Filing date: 1981-02-27
Publication date: 1984-08-08
Also published as: ATE8853T1; EP0035718A1; US4634475A; DE3008679C2; DE3008679A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines tiefziehfähigen Bleches, Bandes od. dgl. aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen nach Patentanspruch 1.
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 wiederum zur Rißbildung im Ziehteil führen. Auch der Einsatz von Schmiermitteln erbringt nicht den erwünschten Erfolg, wenn übliche glatte oder gerichtete Oberflächenstrukturen verwendet werden, weil der Schmiermittelfilm in diesem Falle vom Niederhalter weggequetscht wird und die Reibung an dieser Stelle höchster Beanspruchung rasch ein unzulässiges Maß annimmt, was zum Reißen des Ziehteiles führt. Eine Verbesserung der Reibungsverhältnisse im Ziehspalt und im Niederhalter wird erzielt, wenn anstelle der üblichen walzblanken, mattgewalzten, gebürsteten, geschliffenen oder auch mit Tiefziehfolie beschichteten Platinenoberfläche eine gerauhte Oberfläche verwendet wird, die an der Berührungsfläche Werkzeug-Platine den Aufbau eines hohen Schmiermitteldruckes ermöglicht. Um eine solche Oberflächenrauhigkeit am Tiefziehblech zu erhalten, ist es bekannt, beim Walzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen Arbeitswalzen mit riefenförmigen Vertiefungen, die durch Schleifen erzeugt werden (AT-A-345 236), bzw. mit muldenförmigen Vertiefungen, die durch Sandstrahlen erzeugt werden (AT-A-347 387), anzuwenden, um einen großen Abwalzgrad von 70-95% zu ermöglichen, da durch die Vertiefungen das Schmiermittel beim Walzen festgehalten wird. Ein auf diese Weise erzeugtes 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. Es ist ferner bei Tiefziehblechen aus Stahl bekannt (DE-A-2 549 249), die Oberfläche zwischen den Walzen eines Kaltwalzwerkes aufzurauhen. Dazu wird die Oberfläche der Walzen mit Hilfe physikalischer Verfahren behandelt, z. B. durch Granulierung, Funkenbildung oder elektrochemische Verfahren. Beispielsweise werden zum Aufrauhen 20 bis 40 Metallkörner pro mm² in einer Größe von 500 bis 700 um auf die Oberfläche der Walze in zwei Durchgängen aufgebracht. Mit diesen Walzen läßt sich dann am gewalzten Blech eine Oberflächenrauhigkeit mit möglichst ausgedehnten Plateaus gewinnen, wobei eine Plateauhöhe, die größer als 6 !J.m, vorzugsweise zwischen 10 und 25 µm, ist, sich ausbildet. Diese verhältnismäßig hohen Erhebungen in Form von Plateaus lassen unerwünschte Tafelberge entstehen. Um ein Stahlblech für verschiedene Nachbearbeitungsvorgänge vorzubereiten, ist es auch schon bekannt (US-A-3487674), seine beiden Oberflächen mit unterschiedlichen Rauhigkeiten zu versehen. Dabei soll die mit Verformungswerkzeugen, wie Ziehstempel, in Berührung kommende Blech-oberfläche Rauhigkeiten von mindestens 7 ghmax (japanische Industrienorm B0601) aufweisen, während die zum Beschichten vorgesehene Oberfläche merklich glatter sein soll. Die Oberflächen der Verformungswalzen werden hierzu für die glatte Oberfläche durch Schleifen und für die grobere Oberfläche durch Sandstrahlen entsprechend bearbeitet. Die dazu verwendeten Korngrößen ergeben wiederum verhältnismäßig hohe und ausgedehnte Oberflächenrauhigkeiten. Diese bei der Herstellung von tiefziehfähigen Stahlblechen gewonnenen Erkenntnisse konnten an Aluminiumblechen angewandt keine günstigen Ergebnisse erbringen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, an einem Aluminiumblech oder -band die Oberfläche so auszubilden, daß damit verbesserte Tiefziehergebnisse erzielt werden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines tiefziehfähigen, feine möglichst nichtorientierte Mikrorauhigkeiten aufweisenden Bleches, Bandes od. dgl. aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen durch Walzprofilieren mit einer Walze, deren Oberfläche Mikrorauhigkeiten möglichst ohne Vorzugsorientierung aufweist, wobei beim Walzprofilieren eine Dickenabnahme des Bleches, Bandes od. dgl. von etwa 3% erfolgt und dem Walzprofilieren ein Weichglühen nachgeschaltet ist.
Als besonders vorteilhaft hat sich ein Verfahren erwiesen, bei dem beim Walzprofilieren mit einer Walze, deren Oberfläche mit Stahlgußbruch mit einer Härte HRC 62-65 und den Körnungen Nr. bis Nr. 4 bei einer Schleudergeschwindigkeit von 50-150 m/s bestrahlt ist, gewalzt wird.
Zweckmäßigerweise werden zum Weichglühen die Bänder durch einen Banddurchzugsofen mit einer Geschwindigkeit zwischen 30 und 90 Sekunden geführt, wobei die Endtemperatur des Bandes 400 bis 450° C beträgt.
Vorteilhaft kann es ferner sein, daß lediglich die Spitzen der Mikrorauhigkeiten des Bleches, Bandes od. dgl. nach dem Walzprofilieren weichgeglüht werden.
Die Mikrorauhigkeit der beim Walzprofilieren verwendeten Walze kann auch durch chemische, mechanische oder thermische Behandlung erzeugt werden.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß ein gemäß der Erfindung hergestelltes Aluminiumblech mit einer derart ausgebildeten Mikro oberfläche beim Tiefziehen sehr günstige Reibungsverhältnisse zwischen Niederhalter und Blech 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.
Nachfolgend wird ein Aluminiumblech bzw. -band gemäß der Erfindung beschrieben, das auch in der Zeichnung schematisch dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 einen Blechquerschnitt mit einem spitzen Oberflächen-Profil,
Fig. 2 einen Schnitt durch das gleiche Blech, jedoch mit aufgedrücktem Niederhalter und
Fig. 3 einen Blechquerschnitt mit einer ungünstigeren Mikrooberfläche.

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 Vertiefungen 4 abgedichtet werden, so daß die aufgenommene Schmiermittel-Füllung eingeschlossen bleibt.
Um diese gewünschte Mikro-Oberfläche zu erhalten, schlägt die Erfindung ein Nachwalzen vor, deren Walzfläche so 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 günstige MikroRauhigkeit wurde ein Mittenrauhwert R_a von 0,8 bis 5 !J.m, vorzugsweise 1,5 bis 3,3 µm ermittelt. Um eine Ausrichtung bzw. Orientierung der Oberflächenstruktur durch die Verformung zu vermeiden, ist es außerdem wichtig, den Walzgang mit einer Dickenabnahme von höchstens 6%, vorzugsweise von etwa 3% durchzuführen. 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 Werte des Grundmaterials 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 50 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 und 90 Sekunden, vorzugsweise 50 bis 60 Sekunden, und die Endtemperatur des Bandes 400 bis 550° C, vorzugsweise 490 bis 520° C, betragen.
Die Versuche zur Beurteilung der Verbesserung der Tiefziehfähigkeit durch Erzeugen einer Mikro-Oberfläche wurden mit den Aluminiumlegierungen AIMg4 und AIMg Si für großflächige, komplizierte Tiefziehteile für die Fahrzeugindustrie mit Platinengrößen von 900 x 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 zur 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, R_a = 1,8µm, kein Ausschuß entstand. Weiters war die Faltenbildung, zu deren Vermeidung bei den Vergleichsblechen ein relativ hoher Niederhalterdruck erforderlich war, bei den Blechen mit Mikro-Oberfläche deutlich geringer, so daß zur weiteren Erhöhung der Sicherheit gegen Reißen, der Niederhalterdruck sogar etwas reduziert werden konnte.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel. So müssen nicht sämtliche Mikro-Erhebungen eine gleichmäßige Kegelform aufweisen. Die Erhebungen können in der Höhe auch voneinander abweichen, wie auch die Querschnittsflächen parallel zur 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-Oberfläche 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 Fig. 3 der Zeichnung mit sehr unregelmäßig verteilten, blockartigen Erhebungen 10 und mit größeren Zwischenräumen 11, einer sogenannten Tafelberg-Oberfläche, lassen sich nicht die vorerwähnten Vorteile erzielen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines tiefziehfähigen, feine möglichst nichtorientierte Mikrorauhigkeiten aufweisenden Bleches, Bandes od. dgl. aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen durch Walzprofilieren mit einer Walze, deren Oberfläche Mikrorauhigkeiten möglichst ohne Vorzugsorientierung aufweist, wobei beim Walzprofilieren eine Dickenabnahme des Bleches, Bandes od. dgl. von etwa 3% erfolgt und dem Walzprofilieren ein Weichglühen nachgeschaltet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem beim Walzprofilieren 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.

3. Verfahren nach Anspruch 1, 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 550°C beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, daß lediglich die Spitzen der Mikrorauhigkeiten des Bleches, Bandes od. dgl. nach dem Walzprofilieren weichgeglüht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, daß die Mikrorauhigkeit der beim Walzprofilieren verwendeten Walze durch chemische, mechanische oder thermische Behandlung erzeugt wird.