Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von kaltumgeformten Bauteilen aus einem aushärtbarem Aluminiumwerkstoff, bei dem eine prozeßintegrierte Wärmebehandlung durchgeführt wird. Aushärtbare Aluminiumwerkstoffe, wie Al-Mg-Cu-, Al-Mg-Si-, Al-Zn-Mg-, Al-Cu-Mg- oder vergleichbare Legierungen, werden bevorzugt zur Herstellung von kaltumgeformten, insbesondere tiefgezogenen Bauteilen eingesetzt. Dabei weisen aushärtbare Legierungen hinsichtlich der durch Wärmeeinfluß erreichbaren Festigkeiten besondere Vorzüge auf. So haben sich beispielsweise im Bereich des Automobilbaus Karosserie-Bauteile, wie Motorhauben, Türen etc., bewährt, die aus einer Al-Cu-Mg- oder Al-Mg-Si-Legierung hergestellt worden sind. Die Festigkeit der aus diesen Legierungen hergestellten Bauteile läßt sich beispielsweise durch die beim Aufbringen einer Einbrennlackierung wirkende Wärme steigern ("bake hardening").
Üblicherweise wird zur Herstellung von kaltverformten Aluminium-Bauteilen ein Aluminiumband verwendet, welches durch aufeinander folgendes Warm- und Kaltwalzen einer gegossenen Aluminium-Bramme erzeugt worden ist. Abhängig vom jeweils vom Endverwender gewünschten Zustand des Aluminiumbandes wird dem Walzprozeß nachgeschaltet eine Wärmebehandlung durchgeführt, welche ein Glühen des Bandes im Durchlaufofen umfaßt.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der
Im Zusammenhang mit der Verarbeitung von nicht aushärtbaren Aluminium-Legierungen ist es aus der deutschen Auslegeschrift
Die verschiedenen Lieferzustände von Aluminiumbändern sind beispielsweise in Aluminium-Zentrale: Aluminium-Taschenbuch, Aluminium-Verlag Düsseldorf, 1974, S. 989 ff, angegeben.
Die zur Durchführung gattungsgemäßer Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus aushärtbaren Aluminium-Legierungen eingesetzten Durchlauföfen müssen so ausgelegt sein, daß in ihnen Bänder unterschiedlichster Breite und Dicke geglüht werden können. Dies bringt einerseits hohe Investitionskosten bei der Errichtung und dem Betrieb derartiger Öfen mit sich. Andererseits stellt sich in der Praxis das Problem, nicht nur breite, dünne Bänder zu glühen, sondern auch schmale Bänder mit einer größeren Dicke. Dies macht es schwierig, einen Durchlaufofen unter Berücksichtigung der erwünschten Kapazitätsauslastungen so auszulegen, daß er jeder Erwärmungsaufgabe gerecht wird.
Die erläuterte Herstellung des Aluminiumbands findet in der Regel in einem Walzwerk statt. Der Verarbeiter, bei dem aus dem Aluminiummaterial durch Kaltumformen das herzustellende Bauteil gefertigt wird, bezieht von dem Walzwerk Aluminiumbänder oder - bleche. Anschließend wird dieses Material beim Verarbeiter in der Regel eine gewisse Zeit gelagert, bevor es der Kaltumformung zugeführt wird. Das Lager hat dabei die Funktion eines Puffers, durch den sichergestellt ist, daß stets eine ausreichende Materialmenge für die Verarbeitung zur Verfügung steht.
Ein Problem bei der Lagerung von aus aushärtbaren Werkstoffen der voranstehend erläuterten Art hergestellten Aluminiumbändern besteht darin, daß bei Bändern, die sich beim Verlassen des Walzwerks im geglühten und abgeschreckten Zustand befinden, dieser Zustand nicht stabil ist. So setzt unmittelbar nach dem Beenden der Wärmebehandlung ein als "Kaltaushärtung" bezeichneter Prozeß ein, im Zuge dessen sich in zunehmenden Mengen feine, metastabile Werkstoff-Phasen bilden, durch welche die Verformbarkeit des Werkstoffs beeinträchtigt wird. Daher müssen Aluminiumbänder innerhalb bestimmter Fristen, beispielsweise spätestens nach drei Monaten, idealerweise aber schon innerhalb von 14 Tagen, nach ihrer Herstellung der Kaltumformung zugeführt werden. Nach Ablauf dieser Zeit härten die Bänder so stark aus, daß ihre störungsfreie Weiterverarbeitung nicht mehr gewährleistet ist. Die begrenzte Haltbarkeit der Aluminiumbänder bringt für den Verarbeiter logistische Probleme und die Gefahr mit sich, daß im Fall einer Betriebsstörung größere Mengen der auf Vorrat gehaltenen Aluminiumbänder unbrauchbar werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von kaltumgeformten Bauteilen aus aushärtbaren Aluminiumwerkstoffen anzugeben, bei dem die Verarbeitbarkeit des verwendeten Aluminiumbandes unabhängig von der Lagerzeit ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen von kaltumgeformten Bauteilen aus einem aushärtbarem Aluminiumwerkstoff mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Die Wärmebehandlung umfaßt üblicherweise ein Glühen und Abschrecken des Aluminiumbandes oder -blechs.
Im Unterschied zur herkömmlichen Vorgehensweise sieht die Erfindung vor, die Wärmebehandlung der Aluminiumbänder erst nach dem Lagern kurz vor der Kaltumformung durchzuführen. Da damit erfindungsgemäß zwischen der Wärmebehandlung und der Kaltumformung nur eine geringe Zeitspanne liegt, kann der Prozeß der Kaltaushärtung nicht mehr in nennenswertem Umfang einsetzen. Das Aluminiumband befindet sich auf diese Weise bei seinem Eintritt in die Kaltumformvorrichtung in einem für die Verformung optimalen Gefügezustand, in welchem es eine niedrige Streckgrenze, ein günstiges Streckgrenzenverhältnis und hohe Dehnwerte aufweist.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es nicht mehr erforderlich ist, das gewalzte Aluminiumband vor seiner Einlagerung im Lager des Verarbeiters einer umfangreichen Glühbehandlung zu unterziehen. So können die bei herkömmlicher Vorgehensweise erforderlichen Investitionen erheblicher Höhe für die Errichtung und den Betrieb der zum Glühen eingesetzten Durchlauföfen eingespart werden. Statt dessen können kleine, kompakte und damit preisgünstige Vorrichtungen zur Wärmebehandlung beim Verarbeiter aufgestellt werden. Diese Vorrichtungen können problemlos im Hinblick auf die jeweilige Erwärmungsaufgabe optimiert werden. Der Verarbeiter wird auf diese Weise unabhängig von Haltbarkeitsfristen und kann das jeweils benötigte Aluminiumband jederzeit entsprechend dem tatsächlichen Bedarf verbrauchen. Kapazitätsengpässe oder mangelnde Auslastung der zur Verarbeitung der Aluminiumbänder oder -bleche eingesetzten Vorrichtungen können vermieden werden.
Gleichzeitig steht für die Herstellung der Endprodukte ein Ausgangsmaterial zur Verfügung, welches sich hinsichtlich seiner Verarbeitbarkeit in einem optimalen Zustand befindet. Auf diese Weise werden durch das erfindungsgemäße Verfahren bei der Verarbeitung von Aluminiumbändern oder Aluminiumblechen nicht nur die Investitions- und Betriebskosten vermindert und Auslastungseffizienz erheblich verbessert, sondern auch die Qualität der hergestellten Produkte.
Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Aluminiumband, das eine geringe Breite und eine im Verhältnis zur Breite größere Dicke aufweist. Gerade derartige Bänder können in kostengünstig herstell- und betreibbaren Vorrichtungen effektiv wärmebehandelt werden, wobei die jeweiligen Erwärmungsvorrichtungen im Unterschied zu herkömmlicherweise eingesetzten Durchlauföfen auf einfache Weise an die spezielle Aufgabenstellung angepaßt sein können. Dies führt dazu, daß die erfindungsgemäße Vorgehensweise insbesondere bei der Verarbeitung schmaler, dicker Bänder besonders deutliche Kostenvorteile gegenüber der herkömmlichen Herstellung derartiger Aluminiumbänder besitzt. So lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt Bänder mit einer Breite bis zu 1000 mm und einer Dicke über 3 mm verarbeiten.
Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung besteht im Zusammenhang mit der Verarbeitung dicker, schmaler Aluminiumbänder darin, daß die für die Erwärmung dieser Bänder eingesetzten Einrichtungen ohne besonderen Aufwand so ausgelegt werden können, daß eine sichere Durchwärmung des jeweils erwärmten Aluminiumbandes gewährleistet ist. Dies führt zu einer weiteren Verbesserung der Qualität der aus den dicken Bändern hergestellten Endprodukte.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung während des Glühens induktiv erfolgt. Einrichtungen, in denen durch Einwirkung eines elektromagnetischen Feldes eine induktive Erwärmung des jeweils verarbeiteten Guts durchgeführt wird, ermöglichen es, das zu erwärmende Band innerhalb kurzer Zeit auf die erforderliche Glühtemperatur zu erwärmen. Dabei kann sowohl die Dauer als auch die Temperaturentwicklung exakt gesteuert werden, so daß ein optimales Behandlungsergebnis erreicht wird. Aus diesem Grund eignen sich induktiv arbeitende Erwärmungseinrichtungen besonders zur Wärmebehandlung von schmalen und dicken Bändern bei denen eine ordnungsgemäße Durchwärmung des Materials erforderlich ist, welche in herkömmlicherweise eingesetzten Durchlauföfen nur unter Schwierigkeiten zu gewährleisten ist.
Selbstverständlich ist es ebenso denkbar, die Bänder vor der Kaltumformung beispielsweise in mit Gas oder anderen Energieträgern betriebenen Öfen zu erwärmen. Dies ist beispielsweise dann angezeigt, wenn die baulichen Verhältnisse eine Montage der für die induktive Erwärmung erforderlichen Bauteile, wie Spulen, Umrichter etc., schwierig macht.
Bei vielen Anwendungen ist es zweckmäßig, das Aluminiumband zu Zuschnitten zu konfektionieren, bevor es der Kaltumformung zugeführt wird. In einem solchen Fall ist es günstig, wenn die Konfektion an zentraler Stelle erfolgt, von der aus die Zuschnitte an die Einrichtungen zur Kaltumformung weitergeleitet werden, und wenn die Wärmebehandlung des Aluminiumbandes unmittelbar vor dem Eintritt in die Konfektionier-Einrichtung durchgeführt wird. Durch diese Maßnahme kann der Aufwand für die Wärmebehandlung vermindert werden. Gleichzeitig ist die zwischen dem Zuschneiden und dem Kaltumformen vergehende Zeit so kurz, daß die in dieser Zeit sich einstellende, unerwünschte Kaltaushärtung nur ein geringes Ausmaß erreicht und auf das Ergebnis der Kaltumformung keinen nennenswerten Einfluß hat.
Um die zwischen der Wärmebehandlung und der Kaltumformung vergehende Zeit zu minimieren, ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung günstig, wenn die Wärmebehandlung im Einzugsbereich der für das Kaltumformen verwendeten Einrichtung erfolgt. Bei dieser Vorgehensweise ist gewährleistet, daß das Aluminiumband bzw. der daraus hergestellte Zuschnitt im für die Weiterverarbeitung bestmöglichen Zustand in die Kaltumformung gelangt. Besonders geeignet für die Verwirklichung dieser Maßnahmen sind dabei aufgrund ihrer geringen Baugröße induktiv arbeitende Erwärmungseinrichtungen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer zwei Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
Ein aus einer aushärtbaren Legierung erzeugtes Aluminiumband 1 von geringer Breite und großer Dicke wird in einem Walzwerk 2 in herkömmlicher Weise durch Walzen aus einer Bramme hergestellt. Das zu Coils 3 gehaspelte Aluminiumband 1 verläßt das Walzwerk 2, ohne zuvor einer abschließenden Wärmebehandlung, wie einem Lösungsglühen und Abschrecken in einem Durchlaufofen, unterzogen worden zu sein.
Die Coils 3 werden an einen Verarbeiter 4, bei dem es sich beispielsweise um ein Werk zur Herstellung von Karosseriebauteilen handeln kann, geliefert und in dessen Lager 5 eingelagert. Aus dem Lager 5 werden die Coils 3 bei Bedarf entnommen und in eine Fertigungslinie 6 überführt.
Die Fertigungslinie 6 umfaßt eine Abhaspeleinrichtung 7, eine Wärmebehandlungseinrichtung 8, eine Platinenstanzpresse 9 und eine Mehrstufenpresse 10. Als Einrichtungen zum Kaltumformen kommen u.a. neben Mehrstufenpressen, d.h. Umformpressen, z.B. auch Rollprofilieranlagen in Frage. Die Wärmebehandlungseinrichtung 8 ist im Einzugsbereich 9a der Platinenstanzpresse 9 angeordnet. Sie umfaßt eine hier im einzelnen nicht gezeigte Einrichtung 8a zum induktiven Erwärmen und eine ebenfalls nicht im einzelnen dargestellte Abschreckeinrichtung 8b. In der Erwärmungseinrichtung 8a ist eine sich über die Breite des zu erwärmenden Guts erstreckende, nicht gezeigte Induktionsspule angeordnet, die ein elektromagnetisches Feld erzeugt, daß die Erwärmung des jeweils im Wirkungsbereich der Spule sich befindenden Guts bewirkt.
Die aus dem Lager 5 entnommenen Coils 3 werden in die Abhaspeleinrichtung 7 gegeben. Von dieser wird das abgehaspelte Aluminiumband 1 der Wärmebehandlungseinrichtung 8 zugeführt. Der sich in der Wärmebehandlungseinrichtung 8 befindende Abschnitt des Aluminiumbandes 1 wird zunächst für eine kurze Zeit, beispielsweise 2 bis 3 Sekunden, von der induktiv arbeitenden Erwärmungseinrichtung 8a auf Lösungsglühtemperatur gebracht. Anschließend wird der betreffende, auf Glühtemperatur erwärmte Abschnitt des Aluminiumbandes 1 in der Abschreckeinrichtung 8b abgeschreckt. Der derart wärmebehandelte Abschnitt des Aluminiumbandes 1 gelangt anschließend in die Platinenstanzpresse 9, welche aus dem Band Zuschnitte 11 stanzt. Die Zuschnitte 11 werden dann der Mehrstufenpresse 10 zugeführt.
In der Mehrstufenpresse 10 werden die geglühten und abgeschreckten Zuschnitte 11 zu Karosseriebauteilen 12 kaltumgeformt. Aufgrund des geringen räumlichen Abstands zwischen der Wärmebehandlungseinrichtung 8, der Platinenestanzpresse 9 und der Mehrstufenpresse 10 ist die zwischen der Wärmebehandlung und der Kaltumformung in der Mehrstufenpresse 10 vergehende Zeit kurz. Daher besitzen die Zuschnitte 11 bei ihrem Eintritt in die Mehrstufenpresse 10 einen hinsichtlich ihrer Umformbarkeit optimalen Gefügezustand.
Bei dem in
Die Wärmebehandlungseinrichtung 22 ist im Einzugsbereich 23a der Platinenstanzpresse 23 angeordnet. Sie umfaßt wie die in
In die Abhaspeleinrichtung 21 wird ein zu einem Coil 30 gewickeltes, aus einer aushärtbaren Legierung bestehendes Aluminiumband 31 gegeben, welches zuvor wie beim Ausführungsbeispiel gemäß
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