VERFAHREN ZUM UMFORMEN VON STRUKTUREN AUS ALUMINIUM-LEGIERUNGEN

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen von Strukturen aus Aluminium- Legierungen, insbesondere aus naturharten AlMg-, naturharten AlMgSc-, und/oder aushärtbaren AlMgLi- Legierungen.

[0002] In der Luft- und Raumfahrttechnik werden komplexe Strukturen mit hoher Festigkeit und Steifigkeit benötigt, die unter Berücksichtigung von Gewicht und aerodynamischen Gesichtspunkten ein optimales Design aufweisen müssen. Derartige Strukturen bzw. Formteile erfassen beispielsweise Flügelhautflächen, Abdeck- und Tankelemente für Raumfahrzeuge, Flugzeugrumpfflächen mit Strukturversteifungselementen wie Stringer und Spante. Die konturgenaue und zeichnungsgerechte Herstellung solcher Formteile aus Aluminium-Legierungen ist in der Regel schwierig und erfordert zumeist mehrere Umformschritte der Einzelkomponenten mit entsprechenden Zwischenglühbehandlungen.

[0003] Die Umsetzung von geschweißten Integralbauweisen im Flugzeugbau setzt die Verwendung gut schweißbarer, korrosionsbeständiger Werkstoffe wie AlmgSc- und AlMgLi-Legierungen voraus. Diese Legierungen weisen aufgrund ihres Eigenschaftsspektrums nur eine sehr begrenzte Duktilität auf. Dadurch ist eine Formgebung zur gewünschten Endkontur mit konventionellen Methoden teilweise nicht möglich, da das Formänderungsvermögen nicht ausreichend ist.

[0004] Heutiger Stand der Technik ist, daß die Außenhautfelder aus Blechen der Legierung AA2024 im lösungsgeglühten Zustand mittels Streckziehen umgeformt werden.
Beim Streckziehen, das sowohl im kalten als auch im warmen Zustand durchgeführt werden kann, wird bekannterweise die umzuformende Struktur in einem oder mehreren Schritten bzw. Phasen (vgl. DE 195 04 649 C1) umgeformt. Dabei kann die umzuformende Struktur zunächst in Längsrichtung und anschließend über ein Formteil gezogen werden, das die gewünschte Endkontur aufweist.

[0005] Nachteilig ist hierbei, daß interne Spannungen durch den Formvorgang im Material entstehen, welche durch Überlagerung von Betriebslasten zum Versagen der Struktur führen können. Ferner ist ein Umformen in eine Struktur mit sphärischer Krümmung, d.h. mit Krümmungen entlang unterschiedlicher Raumrichtungen, schwierig und erfordert entsprechend ausgelegte Maschinen und formstabile Werkzeuge. Zudem wird die umzuformende Struktur durch Anbringen von Spannbacken meist an den Außenrändern verletzt, so daß diese Bereiche z.B. durch konturfräsen entfernt werden müssen. Dies führt nicht nur zu einem Materialverlust, sondern erfordert auch einen weiteren Bearbeitungsschritt, der zu unnötigem Aufwand und damit verbundenem Zeitverlust führt.

[0006] Bei den AlMg- Legierungen beobachtet man zudem bei Raumtemperaturumformung eine diskontinuierliche Verformung und die Ausbildung von charakteristischen Oberflächenerscheinungen, die auch als Lüder'sche Linien bezeichnet werden und sich störend auf die Materialeigenschaften auswirken können.

[0007] Ferner hat sich gezeigt, daß die Gruppe der AlMg- Legierungen eine planare Anisotropie mit einem r- Wertminimum in L- Richtung (Walzrichtung) aufweisen. Dies bedeutet, daß der Materialfluß beim Streckziehen zum Großteil aus der Blechdicke erfolgt und deshalb die umzuformende Struktur früher zur örtlichen Ausdünnung und zu vorzeitigem Versagen neigt. Ferner führt die Reduzierung der Blechdicke durch die Streckung dazu, daß das Erreichen einer zeichnungsgerechten Enddicke nur mit gleichmäßigen Dehnungsgraden erreicht werden kann und somit bei Bauteilen mit großen Abwicklungsunterschieden nur schwer zu realisieren ist.

[0008] Neben dem Streckziehen wird zum Umformen bekannterweise auch ein Aushärteverfahren verwendet, das beispielsweise unter Druck- und Temperatureinwirkung in einem Autoklaven oder Ofen durchgeführt wird, bei dem gleichzeitig ein Aushärteeffekt eintritt. Dieser sog. "age forming"- Prozeß wird für aushärtbare Al- Legierungen der 2xxx, 6xxx, 7xxx und 8xxx-Serien verwendet. Dabei erfolgt zunächst unter Druck- bzw. Krafteinwirkung eine elastische Formung der umzuformenden Struktur. Die umzuformende Struktur schmiegt sich an ein Formteil an, das einen kleineren Krümmungsradius als das fertige Bauteil aufweist, um dem sog. "Springback"-Effekt Rechnung zu tragen. Die umzuformende Struktur wird also zunächst über die gewünschte Endform hinaus geformt. Durch anschließende Erwärmung auf die legierungsspezifische Aushärtetemperatur erfolgt eine Formänderung unter teilweiser Spannungsrelaxation, wie das z.B. in dem Artikel von D.M. Hambrick, "Age forming technology expanded in an autoclave", SAE Technical Paper Series, General Aviation Aircraft Meeting and Exhibition, Wichita, Kansas April 16-19, 1985, No. 850885 beschrieben ist. Dies führt dazu, daß das Bauteil beim Abkühlen zu einem gewissen Grad rückfedert und erst dann die Endform einnimmt. Somit weist die umgeformte Struktur nach dem Abkühlen und Entlasten einen größeren Krümmungsradius auf als vor der Erwärmung. Dies ist vor allem für die Herstellung von Formteilen problematisch, da der "Springback"-Effekt mit hoher Genauigkeit vorausgesagt werden muß, um das Formteil so zu entwerfen, das letztendlich das fertige Bauteil die gewünschte Endform einnimmt. Dies erfordert wiederum eine aufwendige Simulation des "Springback"-Effekts, wie z.B. in den Druckschriften EP 0517982A1 und EP 0527570B1 beschrieben ist.

[0009] Neben den heute verwendeten aushärtbaren Legierungen (z.B. AA2024, AA6013, AA6056) sind für zukünftige Flugzeuggenerationen neue naturharte, d.h. nichtaushärtbare Legierungen entwickelt worden, die im Gegensatz zu den etablierten Legierungen aus metallurgischen Gründen nicht lösungsgeglüht werden können, da dies zu einem irreversiblen Festigkeitsverlust führen würde. Somit lassen sich die neuen Werkstoffe nicht problemlos durch konventionelle Verfahren umformen. Aufgrund dessen sind Alternativen für die Herstellung doppelt gekrümmter bzw. sphärischer Hautfelder erforderlich.

[0010] Somit ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem auf einfache Weise, d.h. mit möglichst wenig Prozeßschritten, komplexe Strukturen den erfindungsgemäßen Legierungen ohne nennenswerte Rückfederwirkung umgeformt werden können. Dabei soll gleichzeitig der Materialverlust durch Bearbeitungszugaben möglichst gering sein.

[0011] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0012] Auf diese Weise wird erreicht, daß das Bauteil ohne nennenswerte Rückfederung unter Wärmeeinwirkung umgeformt wird und dabei die durch die elastische Formung eingeprägte Endform nahezu beibehält. Das Bauteil weist also nach der Umformung und anschließenden Abkühlung prinzipiell die selbe Krümmung auf wie vor der Wärmebehandlung. Dies hat den Vorteil, daß die zur elastischen Formung verwendeten Formteile bzw. Halteeinrichtungen mit ausreichender Genauigkeit die selbe Form wie die theoretische Form des Bauteils aufweisen und somit eine komplexe Simulation zum Vorhersagen des "Springback"- Effekts nicht erforderlich ist.

[0013] Die elastische Formung des Bauteils vor der Wärmebehandlung, wobei das Bauteil bereits seine gewünschte Endform einnimmt, kann gemäß einer ersten Ausführungsform derart durchgeführt werden, daß nach dem Einlegen des umzuformenden Bauteils in eine Halteeinrichtung eine externe Kraft auf das Bauteil einwirkt, woraufhin das Bauteil unter elastischer Formung sich an die Kontur der Halteeinrichtung anschmiegt. Die externe Kraft kann dabei über eine mechanische Druck- bzw. Stempeleinrichtung übertragen werden, die das Bauteil in Richtung Halteeinrichtung drückt. Alternativ kann die elastische Formung durch Einwirken eines äußeren Druckes erfolgen, der beispielsweise in einem evakuierten Raum erzeugt wird.

[0014] Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es zweckmäßig, daß auf das in die Halteeinrichtung eingelegte Bauteil eine äußere Kraft derart einwirkt, daß sich das Bauteil in Richtung Halteeinrichtung elastisch durchbiegt, so daß zwischen Bauteil und Halteeinrichtung ein Hohlraum entsteht. Dieser Hohlraum wird dann mit einem Dichtmaterial abgedichtet und anschließend evakuiert. Durch den entstehenden Unterdruck schmiegt sich das Bauteil unter elastischer Formung an die Kontur der Halteeinrichtung vollständig an und nimmt die gewünschte Endform ein. Danach erfolgt unter Wärmeeinwirkung bei Temperaturen, die oberhalb der für die Kriechumformung und Spannungsrelaxation der Legierung erforderlichen Temperatur liegen, die Umformung des Bauteils.

[0015] Der Vorteil liegt also nicht nur darin, daß die Kontur der Halteeinrichtung der gewünschten Endform des umzuformenden Bauteils entspricht, sondern auch in der Tatsache, daß die Formung durch Einwirken der externen Kräfte rein elastischer Natur ist. Dies bedeutet, daß das Bauteil wieder in seine ursprüngliche Form übergeht, wenn keine externen Kräfte mehr auf das Bauteil einwirken. Somit sind Korrekturen oder ein erneutes Einlegen problemlos möglich. Die elastische Formung des Bauteils durch Einwirken der externen Kräfte kann somit jederzeit wiederholt werden.

[0016] Zweckmäßig ist es ferner, das Bauteil mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 20°C/s bis 10°C/h auf eine maximale Temperatur oberhalb der für die Kriechumformung und Spannungsrelaxation der Legierung erforderlichen Temperatur zu erwärmen und anschließend das Bauteil mit einer Rate zwischen 200°C/s bis 10°C/h abzukühlen. Vorzugsweise liegt die maximale Temperatur zwischen 200°C und 450°C und wird typischerweise für eine Zeitdauer von 0 bis 72 h konstant gehalten.

[0017] Vorteilhaft ist hierbei, daß innerhalb der genannten Bereiche die Erwärmungs- bzw. Abkühlrate sowie die maximale Temperatur an die verwendete Legierung oder an die gewünschten physikalischen Eigenschaften angepasst werden kann. Zudem kann nach dem Durchführen des Verfahrens eine erneute Umformung des Bauteils erfolgen, was mit den bekannten Verfahren nicht bzw. nur bedingt möglich ist.

[0018] Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß sowohl einfach gekrümmte als auch sphärische Strukturen in einem Arbeitsschritt umgeformt werden können. Zu diesem Zweck weist die Halteeinrichtung Krümmungen auf, die sich in unterschiedliche Raumrichtungen erstrecken und der fertigen Endkontur des umzuformenden Bauteils entsprechen. Femer können neben 2D- auch komplexe 3D-Strukturen, an denen bereits Stringer und Spante befestigt sind, auf einfache Art und Weise umgeformt werden. Gleichzeitig werden Verformungen, hervorgerufen durch Wärmespannungen durch einen vorangegangenen Schweißvorgang, durch das erfindungsgemäße Umformverfahren ausgeglichen.

[0019] Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Abbildungen in näheren Einzelheiten erläutert. In denen zeigt:

Fig. 1

eine schematische Darstellung zum Erläutern des Einlegens eines umzuformenden Bauteils in eine Halteeinrichtung;

Fig. 2

eine schematische Darstellung zum Erläutern des Einwirkens einer äußeren Kraft auf das umzuformende Bauteil;

Fig. 3

eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Umformschrittes; und

Fig. 4

ein T(t)- Diagramm der für die Umformung des Bauteils erforderlichen Wärmebehandlung.

[0020] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung zum Erläutern des Einlegens eines umzuformenden Bauteils 1 in eine Halteeinrichtung 2. Das umzuformende Bauteil 1 kann ein zweidimensionales Blech aus walzhartem, naturhartem Material sein. Ebenso können an dem Blech bereits mittels Reibrührschweißen, Laserschweißen oder anderen geeigneten Verfahren Versteifungselemente angebracht sein (nicht dargestellt), so daß die umzuformende Struktur eine dreidimensionale Gestalt aufweist. In diesem Fall wird das Blech derart in die Halteeinrichtung 2 eingelegt, daß die Verstärkungsstrukturen von der Halteeinrichtung 2 wegweisen. Im Allgemeinen kann jede beliebige, komplexe, dreidimensionale Struktur in die Halteeinrichtung zum Umformen eingelegt werden, die insbesondere aus einer naturharten, d.h. nicht aushärtbaren Aluminium- Legierungen besteht. Diese nicht aushärtbaren Aluminium- Legierungen können AlMg- Legierungen oder insbesondere AlMgSc- Legierungen sein. Aber auch aushärtbare AlMgLi-Legierungen können verwendet werden.

[0021] Die Halteeinrichtung 2, in die das umzuformende Bauteil 1 eingelegt wird, weist eine Form bzw. Kontur 2a auf, die der gewünschten Endform des umgeformten Bauteils 1 entspricht Im Folgenden wird die Endform des Bauteils 1 mit der Bezugsziffer 1a bezeichnet. Die Krümmung der Halteeinrichtung 2 kann sich sowohl in der in Fig. 1 dargestellten Ebene als auch in der dazu senkrechten Ebene erstrecken, so daß ein Bauteil auch in eine Endform mit sphärischer bzw. doppelter Krümmung in einem Arbeitsschritt umgeformt werden kann.

[0022] Das Bauteil 1 wird zunächst in seinem ungeformten Zustand in die Halteeinrichtung 2 eingelegt. Dabei bildet sich zwischen Bauteil 1 und Halteeinrichtung 2 ein Hohlraum 3.

[0023] Anschließend wirkt auf das ungeformte Bauteil 1 von oben, d.h. von der Halteeinrichtung 2 entgegengesetzten Seite des Bauteils 1, eine Kraft F ein. Diese Kraft F kann beispielsweise über eine in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellte Stempel- bzw. Druckanordnung 4 auf das Bauteil 1 übertragen werden. Andere geeignete Mittel zum Einwirken dieser äußeren Kraft sind ebenso möglich. Dies kann z.B. das Einwirken eines äußeren Druckes P innerhalb eines evakuierten Raumes sein, in dem sich Halteeinrichtung und Bauteil befinden. Ebenso ist eine Kombination der Kräfte F und P möglich.

[0024] Aufgrund des Einwirkens der äußeren Kraft F und/oder P wird das Bauteil 1 derart elastisch geformt, daß es sich in Richtung Halteeinrichtung 2 durchbiegt. Wie aus Fig. 2 zu sehen ist, ist dabei der Krümmungsradius des elastisch deformierten Bauteils 1 größer als der der Halteeinrichtung 2, so daß weiterhin ein Hohlraum 3 zwischen Bauteil 1 und Halteeinrichtung 2 vorhanden ist. Das Volumen des Hohlraumes 3 ist jedoch im Vergleich zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausgangszustand kleiner. Die elastische Formung des Bauteils 1 durch Einwirken der externen Kräfte führt auch dazu, daB die Auflagefläche zwischen Bauteil 1 und Halteeinrichtung 2 größer wird und somit der Hohlraum 3 unter Verwendung eines Dichtmaterials 5 luftdicht abgeschlossen werden kann. Das Dichtmaterial 5 ist hierbei typischerweise ein temperaturbeständiges, modifiziertes Silikonmaterial, das am Randbereich des Bauteils 1 aufgetragen wird.

[0025] Nach dem Abdichten wird der Hohlraum 3 zwischen Bauteil 1 und Halteeinrichtung 2 evakuiert. Zu diesem Zweck sind in der Halteeinrichtung 2 Durchbohrungen 6 angeordnet, über die der Hohlraum 3 an eine Vakuumpumpe (nicht dargestellt) angeschlossen wird. Durch das Evakuieren entsteht im Hohlraum ein Unterdruck p, wodurch das Bauteil 1 weiter in Richtung Halteeinrichtung 2 gezogen wird, bis es vollständig an der Kontur 2a der Halteeinrichtung 2 anliegt, wie in Figur 3 dargestellt ist. Es sei angemerkt, daß in Fig. 3 auf die Darstellung der Druck- bzw. Stempelanordnung verzichtet wurde. Zudem befindet sich die Anordnung in einem geschlossenen Gehäuse 7, das ein Ofen, ein Autoklave oder dergleichen sein kann.

[0026] In diesem Zusammenhang ist ferner anzumerken, daß in den Fällen, in denen die externe Kraft bzw. die externen Kräfte F und/oder P ausreichen, um das Bauteil bereits ganz an die Kontur 2a der Halteeinrichtung 2 zu drücken, auf das Evakuieren des Hohlraumes verzichtet werden kann. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn dünne Bleche bzw. gering gekrümmte Strukturen umgeformt werden.

[0027] Auch in dem in Fig. 3 dargestellten Zustand befindet sich das Bauteil 1 zunächst im elastisch geformten Zustand, so daß die Formung reversibel ist und der Prozeß von Neuem durchgeführt werden könnte, wenn keine externe Kraft mehr auf das Bauteil einwirken würde. D.h., wenn keine äußere Kraft mehr auf das umzuformende Bauteil einwirkt, kehrt es wieder in seine ungeformte ursprüngliche Ausgangslage zurück. Somit sind Korrekturen jederzeit problemlos möglich.

[0028] Nachdem das Bauteil durch die obigen Schritte unter elastischer Formung in seine Endform 1a gebracht wurde, wird das Bauteil 1 innerhalb des geschlossenen Gehäuses 7 unter Aufrechterhaltung des Vakuums wärmebehandelt. Durch die Erwärmung wird das Bauteil 1 unter Spannungsrelaxation der während der elastischen Formung in das Material eingebrachten Spannungen umgeformt. Nach Abschluß der Spannungsrelaxation durch Wärmeeinwirkung kann das Vakuum abgeschaltet werden und eine Abkühlphase schließt sich an. Das Bauteil behält dabei nahezu die durch die Kontur der Halteeinrichtung vorgegebene Endform 1a bei, ohne daß eine signifikante Rückfederung eintritt.

[0029] Die Wärmebehandlung erfolgt dabei gemäß dem in Figur 4 dargestellten schematischen T(t)-Verlauf. Im evakuierten Zustand, d.h. das Bauteil 1 liegt völlig an der Kontur 2a der Halteeinrichtung 2 an, wird das Bauteil 1 auf eine maximale Temperatur T₁ erwärmt, die oberhalb der für die Kriechumformung und Spannungsrelaxation der Legierung erforderlichen Temperatur liegt, die typischerweise größer oder gleich 200°C ist. Das Bauteil wird dabei mit einer Aufheizgeschwindigkeit zwischen 20°C/s und 10°C/h innerhalb eines ersten Zeitintervalls Δt₁ bis zu der gewünschten Zieltemperatur T₁ erwärmt. Die Aufheizrate kann dabei, entgegen des in Fig. 4 dargestellten kontinuierlichen Verlaufes, auch innerhalb des Intervalls Δt₁ stufenförmig oder in anderer geeigneter Weise variieren. Die maximale Temperatur T₁, die typischerweise zwischen 220°C und 450°C liegt, wird zum Zeitpunkt t₁ erreicht. Diese Temperatur wird dann für eine Zeitdauer Δt₂ konstant gehalten, wobei Δt₂ typischerweise zwischen 0 und 72 h liegt. Innerhalb dieses Zeitintervalls Δt₂ erfolgt die wesentliche Spannungsrelaxation des Bauteils. Nach Ablauf dieses Zeitintervalls, d.h. zum Zeitpunkt t₂, kann das Vakuum abgeschaltet werden und eine Abkühlphase mit einer Rate von typischerweise 200°C/s bis 10°C/h schließt sich an. Die Abkühlung kann, wie in Fig. 4 schematisch dargestellt, kontinuierlich erfolgen oder auch stufenweise. Die Abkühlung kann dabei durch normale Luftkühlung oder auf andere geeignete Weise erfolgen.

[0030] Wesentlich ist, daß das Bauteil während des Abkühlprozesses seine durch die Kontur 2a der Halteeinrichtung 2 vorgegebene Endform 1a nahezu beibehält. Eine signifikante Rückfederung in eine Form mit größerem Krümmungsradius als die Halteeinrichtung tritt nicht ein. Somit kann die Halteeinrichtung mit ausreichender Genauigkeit mit den Abmessungen der gewünschten Endform hergestellt werden. Eine komplizierte Simulation des Rückfedereffektes, wie es beispielsweise bei herkömmlichen aushärtbaren Legierungen, die durch das "age forming"-Verfahren umgeformt werden, der Fall ist, ist nicht erforderlich.

[0031] Wie eingangs bereits erwähnt, kommen als umzuformende Bauteile nicht nur zweidimensionale Bleche aus den oben genannten Aluminium- Legierungen sondern auch dreidimensionale Formen in Frage, die in eine gewünschte doppelt gekrümmte bzw. sphärische Form umgeformt werden können. Somit erübrigt sich ein aufwendiges Herstellen von gekrümmten Teilen vor dem Schweißvorgang. Dies war bisher erforderlich, da Bleche und Stringer im endkonturnahen Zustand z.B. durch Laserschweißen verbunden wurden.

[0032] Ferner wird ein durch Laserschweißen hervorgerufener Verzug des Bauteils bzw. Unebenheiten oder Welligkeiten der Bleche (auch Zeppelin-Effekt genannt), die z.B. beim Befestigen von Stringern mittels Laser-Schweißverfahren in dem Blech erzeugt werden, während des in Fig. 3 dargestellten schematischen Umformprozesses nahezu ausgeglichen. Somit hat das erfindungsgemäße Verfahren zudem den Vorteil, daß es derartige Unebenheiten nahezu vollständig kompensiert, ohne daß komplizierte Nachbehandlungsverfahren bzw. Richtvorgänge erforderlich sind.

[0033] Zudem gibt es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nur einen geringen Materialverlust, da die Randbereiche an den Längskanten, an denen beim konventionellen Formverfahren die Streckkraft eingeleitet wird, nicht abgetrennt werden müssen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Umformen von Strukturen aus Aluminium-Legierungen, insbesondere aus naturharten AlMg-, naturharten AlMgSc-, und/oder aushärtbären AlMgLi- Legierungen gekennzeichnet durch die Schritte:

a) elastisches Formen eines umzuformenden Bauteils (1) unter externer Krafteinwirkung (F, P, p), wobei das Bauteil (1) die Kontur (2a) einer Halteeinrichtung (2) einnimmt die der gewünschten Endform (1a) des Bauteils (1) entspricht;

b) Erwärmen des elastisch geformten Bauteils (1) auf eine Temperatur (T₁) größer als die für eine Kriechumformung und Spannungsrelaxation der Legierung erforderlichen Temperatur, so dass das Bauteil (1) unter Beibehaltung der im Schritt a) durch elastische Formung aufgeprägten Endform (1a) umgeformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Formung die folgenden Schritte umfasst:

- Einlegen des umzuformenden Bauteils (1) in eine Halteeinrichtung (2), die eine Kontur (2a) aufweist, die der gewünschten Endform (1a) des umzuformenden Bauteils (1) entspricht;

- Einwirken einer externen Kraft (F, P) auf das Bauteil (1), so daß sich das Bauteil (1) in Richtung Halteeinrichtung (2) elastisch durchbiegt;

- Abdichten des zwischen Bauteil (1) und Halteeinrichtung (2) entstehenden Hohlraumes (3) mit einem Dichtmaterial (5); und

- Evakuieren des Hohlraumes (3), so daß das Bauteil (2) sich an die Kontur (2a) der Halteeinrichtung (2) anlegt und die gewünschte Endform (1a) einnimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (1) mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 20°C/s bis 10°C/h auf die Temperatur (T₁) aufgeheizt wird, daß die Temperatur (T₁) für eine Zeitdauer zwischen 0 und 72 h gehalten wird, und daß anschließend das Bauteil (1) mit einer Rate von 200°C/s bis 10°C/h abkühit wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur (T₁) zwischen 200°C und 450°C liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Halteeinrichtung (2) eingelegte Bauteil (1) in ein Bauteil mit einfach und doppelt gekrümmter bzw. sphärischer Kontur umgeformt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß komplexe 2D- oder 3D-Strukturen zur Umformung in die Halteeinrichtung (2) eingelegt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das umzuformende Bauteil (1) aus einer naturharten AlMg- Legierung besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das umzuformende Bauteil (1) aus einer naturharten AlMgSc- Legierung besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das umzuformende Bauteil (1) aus einer aushärtbare AlMgLi- Legierung besteht.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das umzuformende Bauteil (1) aus einer Kombination der Werkstoffe gemäß Anspruch 7 - 9 besteht.

Claims

1. Process for the shaping of structures of aluminium alloys, in particular of self-hardening AlMg alloys, self-hardening AlMgSc alloys and/or hardenable AlMgLi alloys, characterised by the following steps:

a) elastic forming of a structural part (1) to be formed under external action of a force (F, P, p), in which the structural part (1) adopts the contour (2a) of a holding device (2) that corresponds to the desired end shape (1a) of the structural part (1) ;

b) heating of the elastically formed structural part (1) to a temperature (T₁) greater than the temperature necessary for a creep shaping and stress relaxation of the alloy, so that the structural part (1) is shaped while retaining the end shape (1a) imparted by elastic forming in step a).

2. Process according to claim 1, characterised in that the elastic forming comprises the following steps:

- insertion of the structural part (1) to be shaped into a holding device (2) that has a contour (2a) that corresponds to the desired end shape (1a) of the structural part (1) to be shaped;

- application of an external force (F, P) to the structural part (1) so that the structural part (1) elastically sags in the direction of the holding device (2) ;

- sealing of the cavity (3) formed between the structural part (1) and holding device (2) with a sealing material (5) ; and

- evacuation of the cavity (3) so that the structural part (2) rests against the contour (2a) of the holding device (2) and adopts the desired end shape (1a).

3. Process according to claim 1, characterised in that the structural part (1) is heated to the temperature (T₁) at a heating rate ranging from 20°C/sec to 10°C/hour, that the temperature (T₁) is held for a duration between 0 and 72 hours, and that the structural part (1) is then cooled at a rate ranging from 200°C/sec to 10°C/hour.

4. Process according to claim 1, characterised in that the temperature (T₁) is between 200°C and 450°C.

5. Process according to claim 1, characterised in that the structural part (1) inserted into the holding device (2) is shaped into a structural part having a singly and doubly curved or spherical contour.

6. Process according to claim 1, characterised in that complex two-dimensional or three-dimensional structures are inserted into the holding device (2) for shaping.

7. Process according to claim 1, characterised in that the structural, part (1) to be shaped consists of a self-hardening AlMg alloy.

8. Process according to claim 1, characterised in that the structural part (1) to be shaped consists of a self-hardening AlMgSc alloy.

9. Process according to claim 1, characterised in that the structural part (1) to be shaped consists of a hardenable AlMgLi alloy.

10. Process according to claim 1, characterised in that the structural part (1) to be shaped consists of a combination of the materials according to claims 7 to 9.

Revendications

1. Procédé pour le formage de structures en alliages d'aluminium, en particulier en alliages d'AlMg naturellement durs, d'AlMgSc naturellement durs et/ou d'AlMgLi durcissables par précipitation,
caractérisé par
les phases suivantes :

a) formage élastique d'une pièce à former (1) sous l'action d'une force externe (F, P, p), la pièce (1) prenant le contour (2a) d'un dispositif support (2), qui correspond à la forme finale (1a) souhaitée de la pièce (1) ;

b) chauffage de la pièce élastiquement formée (1) à une température (T₁) supérieure à la température nécessaire pour un formage par fluage et la relaxation des contraintes de l'alliage, de telle sorte que la pièce (1) se trouve formée avec maintien de la forme finale (1a) imprimée par formage élastique dans l'étape a).

2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
le formage élastique comporte les phases suivantes :

- installation de la pièce à former (1) dans un dispositif support (2) présentant un contour (2a) qui correspond à la forme finale souhaitée (1a) de la pièce à former (1) ;

- action d'une force externe (F, P) sur la pièce (1) de telle sorte que la pièce (1) se courbe élastiquement dans la direction du dispositif (2) ;

- réalisation de l'étanchéité de l'espace creux (3) formé entre la pièce (1) et le dispositif (2) avec une matière d'étanchéité (5) ; et

- établissement du vide dans l'espace creux (3) de telle sorte que la pièce (1) s'applique contre le contour (2a) du dispositif (2) et prenne la forme finale (1a) souhaitée.

3. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la pièce (1) est chauffée à une vitesse de 20°C/s à 10°C/h à une température (T₁), la température (T₁) est maintenue pendant une durée se situant entre 0 et 72 h et la pièce (1) est ensuite refroidie à une vitesse de 200°C/s à 10°C/h.

4. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la température (T₁) se situe entre 200°C et 450°C.

5. Procédé selon la revendication 1.
caractérisé en ce que
la pièce (1), installée dans le dispositif support (2) est formée en une pièce présentant un contour à courbure simple et double ou sphérique.

6. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
des structures en 2D ou 3D complexes sont installées pour formage dans le dispositif support (2).

7. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la pièce à former est constituée d'un alliage d'AlMg naturellement dur.

8. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la pièce (1) à former est constituée d'un alliage d'AlMgSc naturellement dur.

9. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la pièce (1) à former est constituée d'un alliage d'AlMgLi durcissable par précipitation.

10. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la pièce (1) à former est constituée d'une combinaison des matériaux selon les revendications 7 - 9.

Zeichnung