Verfahren zur Herstellung eines Formteils

Abstract

 Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils (1) aus einem eine Aluminiumlegierung aufweisenden Aluminiumblech (2) gezeigt, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung der 5000 Reihe, bei dem wenigstens das Aluminiumblech (2) in ein Umformwerkzeug (3) eingebracht und durch dieses kaltumgeformt wird und in einem weiteren Schritt bzw. in weiteren Schritten das kaltumgeformte Aluminiumblech (2) wenigstens einmal zumindest bereichsweise erwärmt sowie wenigstens einmal weiter umgeformt wird. Um vorteilhafte Verfahrensbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass das erwärmte Aluminiumblech (2) noch vor einem Erreichen einer Temperatur, die das Aluminiumblech (2) bei seiner Kaltumformung aufweist, der weiteren Umformung unterworfen wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem eine Aluminiumlegierung aufweisenden Aluminiumblech, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung der 5000 Reihe, bei dem wenigstens das Aluminiumblech in ein Umformwerkzeug eingebracht und durch dieses kaltumgeformt wird und in einem weiteren Schritt bzw. in weiteren Schritten das kaltumgeformte Aluminiumblech mindestens einmal zumindest bereichsweise erwärmt sowie wenigstens einmal weiter umgeformt wird.

[0002] Um einen hohen Umformungsgrad bei vergleichsweise hoher Festigkeit eines Formteils erreichen zu können, ist es aus dem Stand der Technik bekannt (DE 10 2008 032 911 A1), ein Aluminiumblech zuerst einer Kaltumformung bei Raumtemperatur, dann einer Erwärmung bzw. einer Warmauslagerung und abschließend nochmals einer Kaltumformung bei Raumtemperatur zu unterwerfen. Insbesondere sollen durch das Warmauslagern Kaltverfestigungen, die durch das Kaltumformen entstehen, reduziert werden, um so einen erhöhten Umformungsgrad garantieren zu können. Von Nachteil bei diesem bekannten Verfahren ist dessen vergleichsweise lange Verfahrensdauer, weil insbesondere das Warmauslagern mit seinem Erwärmen und anschließenden Abkühlen zeitintensiv ist. Schnelle Durchlaufzeiten bzw. eine flexible Anpassung in der Anzahl der Produktion von Formteilen können mit solch einem Verfahren nicht ermöglicht werden. Hinzu kommt, dass ein Warmauslagern in einem Ofen vergleichsweise kostenintensiv und auch einen großen Platzbedarf fordert, so dass damit eine kostengünstige Herstellung von Formteilen nicht durchgeführt werden kann.

[0003] Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art derart zu verbessern, dass trotz einer hohen Festigkeit des Formteils eine schnelle Durchlaufzeit in der Herstellung des Formteils und ein flexibel anpassbarer Produktionsausstoß an Formteilen ermöglicht werden können. Außerdem soll dieses Verfahren eine kostengünstige Herstellung von Formteilen schaffen.

[0004] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass das erwärmte Aluminiumblech noch vor einem Erreichen einer Temperatur, die das Aluminiumblech bei seiner Kaltumformung aufweist, der weiteren Umformung unterworfen wird.

[0005] Wird das erwärmte Aluminiumblech noch vor einem Erreichen einer Temperatur, die das Aluminiumblech bei seiner Kaltumformung aufweist, der weiteren Umformung unterworfen, dann kann nicht nur die Zeitspanne zwischen den beiden Umformschritten vermindert werden, so dass vergleichsweise kurze Durchlaufzeiten ermöglicht werden können, sondern es kann sich auch herausstellen, dass damit die Festigkeit des Formteils nicht wesentlich gegenüber anderen Verfahren vermindert ist. Die Erwärmung kann nämlich vorteilhaft genutzt werden bzw. durchaus für die Erholung des Gefüges der Aluminiumlegierung herangezogen werden, um unerwünschten Kaltverfestigungen entgegenwirken zu können. Dies ist einem Fachmann durchaus über die Parameter Zeit und/oder Temperaturhöhe beim Erwärmen und gegebenenfalls auch über die Zeit eines anschließenden Abkühlens ohne weiteres möglich. Die Parameter beim Erwärmen und beim dadurch nicht ausgeschlossenen Abkühlen des Aluminiumblechs können durchaus derart gewählt bzw. eingestellt werden, dass beispielsweise noch vor einem Abkühlen des erwärmten und kaltumgeformten Aluminiumblechs auf Raumtemperatur das Aluminiumblech der weiteren Umformung unterworfen werden kann. Dies schließt jedoch nicht aus, dass mehrmals ein Erwärmen und/oder Abkühlen des Aluminiumblechs bis zum weiteren Umformen durchgeführt wird, entscheidend kann nur sein, dass das erwärmte Aluminiumblech noch vor einem Erreichen einer Temperatur, die das Aluminiumblech bei seiner Kaltumformung aufweist, der weiteren Umformung unterworfen wird. Erfindungsgemäß kann nun ein Verfahren geschaffen werden, dass die aus dem Stand der Technik gegenläufigen Vorteile einer kurzen Durchlaufzeit auf der einen Seite mit einem vergleichsweise hohen Umformungsgrad und einer vergleichsweise hohen Festigkeit auf der anderen Seite verbinden kann. Vorstellbar zur Erhöhung des Umformungsgrads ist weiter, dass das kaltumgeformte und in einem weiteren Schritt erwärmte Aluminiumblech ohne wesentliche Abkühlung direkt der weiteren Umformung zugeführt wird und dann das Aluminiumblech einer Halbwarmumformung unter der Rekristallisationstemperatur oder einer Warmumformung über der Rekristallisationstemperatur der Aluminiumlegierung unterworfen wird. Auf jeden Fall kann mit einer Vermeidung einer Warmauslagerung ein Verfahren geschaffen werden, mit dem eine vergleichsweise durchgehende Bearbeitung des Aluminiumblechs erfolgen kann. Solche Verfahren werden auch als "In-Line" Verfahren bezeichnet, da bei diesen vom ersten Verfahrensschritt bis zum fertigen Formteil keine erheblichen Lagerzeiten eingehalten werden müssen. Aus diesem Grund kann auch das erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung eines Formteils mit einer Aluminiumlegierung auf vergleichsweise große Produktionsflächen, die beispielsweise durch eine Lagerung beim Warmauslagern bestehen müssen, verzichtet werden, so dass damit auch eine kostengünstige Herstellung möglich werden kann. Hinzu kann kommen, dass damit ein Ofen für ein Warmauslagern vermeidbar sein kann, wodurch dafür nicht eine erhebliche Anzahl an kaltumgeformten Aluminiumblechen hergestellt werden müssen, so dass durch das erfindungsgemäße Verfahren ein flexibel anpassbarer Produktionsausstoß möglich werden kann. Außerdem wird noch festgehalten, dass ein Aluminiumblech als ein flaches Walzwerkfertigprodukt aus einem Aluminiumwerkstoff bzw. einer Aluminiumlegierung verstanden werden kann.

[0006] Wird das Aluminiumblech durch das Kaltumformen in eine Teilform des Formteils und durch das weitere Umformen in die Endform des Formteils umgeformt, dann können sich erhöhte Umformungsgrade beim Formteil eröffnen, weil das Aluminiumblech durch ein erwärmtes weiteres Umformen erhöhten Belastungen aussetzbar ist. Außerdem bzw. alternativ dazu kann beim Kaltumformen mit einer verminderten Umformung des Aluminiumblechs zu einer Teilform begonnen werden, so dass auch mit einer verminderten Gefahr des Entstehens von Kaltverfestigungen gerechnet werden muss. Insbesondere kann der Umformungsgrad beim Kaltumformen derart eingestellt werden, dass das in einem nächsten Schritt durchgeführte Erwärmen und gegebenenfalls das Abkühlen ausreicht, derart Kaltverfestigungen im Gefüge zu vermindern, dass mit keiner wesentlichen Festigkeitsänderung gerechnet werden muss.

[0007] Eine vorteilhafte Erholung des Gefüges nach der Kaltumformung kann sich ergeben, wenn das kaltumgeformte Aluminiumblech unterhalb der Rekristallisationstemperatur der Aluminiumlegierung, insbesondere zwischen 150 und 350 Grad Celsius, erwärmt wird.

[0008] Wird vor dem Kaltumformen das Aluminiumblech mit einem temperaturbeständigen Schmiermittel versehen, dann kann das erfindungsgemäße Verfahren erlauben, vom Aluminiumblech das Schmiermittel erst in einem Schritt nach dem weiteren Umformen zu entfernen. Das aufgetragene Schmiermittel kann so während des Verfahrens am Aluminiumblech verbleiben, weil dessen Zerfall durch eine Vermeidung einer aus dem Stand der Technik bekannten Warmauslagerung vermeidbar ist. Kosten- und zeitintensive Reinigungsschritte sind so vorteilhaft vermindert, weil erst in einem Schritt nach dem weiteren Umformen das Schmiermittel vom Aluminiumblech entfernt wird. Schmiermittel bzw. Schmierstoffe mit einer Temperaturbeständigkeit bis zu 350 Grad Celsius sind aus dem Stand der Technik bekannt.

[0009] Vorteilhafte Eigenschaften zur Herstellung des Formteils ergeben sich, wenn das Aluminiumblech durch Tiefziehen wenigstens teilweise umgeformt wird. Ebenso kann dadurch eine Kombination an Tiefziehen und Streckziehen zum Umformen des Aluminiumblechs angewandt werden.

[0010] Wird das Aluminiumblech beim weiteren Umformen in ein Umformwerkzeug eingebracht, dann können vorteilhafte Verfahrensbedingungen zur Herstellung des Formteils geschaffen werden. Außerdem kann möglich werden, dass das bereits beim Kaltumformen benutze Umformwerkzeug nochmals verwendet wird, was Kosten sparen kann. Ist das Umformwerkzeug erwärmt, dann kann ein eventuelles Abkühlen des Aluminiumblechs vermindert werden.

[0011] Wird das kaltumgeformte Aluminiumblech vor und/oder nach dem weiteren Umformen zumindest teilweise beschnitten, dann kann eine besondere Genauigkeit des damit geschaffenen Formteils ermöglicht werden.

[0012] In den Figuren ist beispielsweise ein Ablaufbeispiel des Verfahrens gemäß dem Erfindungsgegenstand dargestellt. Es zeigen

Fig. 1

ein Besprühen eines Aluminiumblechs mit Schmiermittel,

Fig. 2

einen Schritt des Kaltumformens des Aluminiumblechs mit einem Umformwerkzeug,

Fig. 3

ein Beschneiden des kaltumgeformten Aluminiumblechs mit einem weiteren Werkzeug,

Fig. 4a und 4b

alternative Möglichkeiten zum Erwärmen des kaltumgeformten Aluminiumblechs,

Fig. 5

ein weiteres Umformen des erwärmten Aluminiumblechs in einem Umformwerkzeug,

Fig. 6

ein abschließendes Endbeschneiden des Aluminiumblechs mit einem Werkzeug und

Fig. 7

das durch das Verfahren hergestellte Formteil.

[0013] Gemäß den Figuren 1 bis 6 wird beispielsweise das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Formteils 1 nach Fig. 7 näher beschrieben. So ist gemäß Fig. 1 zu erkennen, dass ein Aluminiumblech 2, das eine Aluminiumlegierung, beispielsweise der 5000, 6000 oder 7000 Reihe, aufweist, nach Fig. 2 einer Formveränderung insbesondere Umformung unterworfen wird. Insbesondere die 5000 Reihe hat sich als bevorzugt herausgestellt, da diese Legierung vergleichsweise fest, umformbar und leichter weiter verarbeitbar ist. Das Aluminiumblech 2 wird zum Zweck der Umformung in das Umformwerkzeug 3 eingebracht und wird in diesem bei Raumtemperatur kaltumgeformt, insbesondere tiefgezogen. Danach wird das kaltumgeformte Aluminiumblech 2 dem Umformwerkzeug 3 entnommen und über einen gemäß Fig. 4a schematisch dargestellten Gasbrenner 4 erwärmt. Andere Arten zum Erwärmen des Aluminiumblechs 2 sind vorstellbar und einem Fachmann geläufig, beispielsweise kann dies über Waffeleisen, Infrarot, Laser, Induktion, Ultraschall und/oder auch über konduktive Verfahren erfolgen. Im Allgemeinen kann damit das kaltumgeformte Aluminiumblech 2 gesamt oder auch teilweise erwärmt werden, im letzteren Fall kann dies im oder im umliegenden Bereich der durch das Umformen am meisten beanspruchten Bereiche des Aluminiumblechs 2 liegen. Temperaturen in der Höhe von 150 bis 350 Grad Celsius sind vorstellbar, das Erwärmen soll jedoch unterhalb der Rekristallisationstemperatur der Aluminiumlegierung liegen. In einem weiteren Schritt nach Fig. 5 wird nun das Aluminiumblech 2 einer weiteren Umformung mit einem Umformwerkzeug 5 unterworfen, wobei dieses Umformwerkzeug 5 auch gegebenenfalls das Umformwerkzeug 3 nach Fig. 2 darstellen kann. Auch hier wird das Aluminiumblech 2 mit Hilfe des Umformwerkzeugs 5 tiefgezogen. Um besondere Voraussetzungen bei der Herstellung des Formteils 1 zu schaffen, weist das Aluminiumblech 2 bei dieser weiteren Umformung nach Fig. 5 zumindest teilweise eine gegenüber der Temperatur bei der Kaltumformung erhöhte Temperatur auf. Dies kann dadurch erreicht werden, dass noch vor einem Abkühlen des erwärmten kaltumgeformten Aluminiumblechs 2 auf seine Temperatur bei der Kaltumformung nach Fig. 2 das Aluminiumblech 2 der weiteren Umformung nach Fig. 5 unterworfen wird. Es kann daher ein "In-Line" Verfahren in der Fertigung geschaffen werden, weil das aus dem Stand der Technik bekannte Warmauslagern das erfindungsgemäße Verfahren nicht unterbrechen kann. Sohin kann schneller auf Kundenanforderungen in der Stückzahl reagiert werden, was unter anderem auch eine aufwendige Lagerhalterung vermeiden kann. Hinzu kommt, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch ermöglicht, eine Vorrichtung mit einem verminderten Platzbedarf zur Verfügung zu stellen, weil beispielsweise der vergleichsweise große Platzbedarf beim Warmauslagern vermieden werden kann.

[0014] Um den Grad der Kaltverfestigungen beim ersten Umformen des Aluminiumblechs 2 nach Fig. 2 zu vermindern, wird das Aluminiumblech 2 beim Kaltumformen zunächst in eine Teilform 6 des Formteils 1 gebracht. Anschließend wird dann durch das weitere Umformen nach Fig. 5 das Aluminiumblech 2 bzw. die Teilform 6 in die Endform 7 des Formteils 1 gebracht. Die nach Fig. 2 und Fig. 5 verschiedene Umformung kann beispielsweise an den in der Höhe unterschiedlichen linken Teilen der Formwerkzeuge 3 und 5 erkannt werden. Sohin kann den Figuren 2 und 4 entnommen werden, dass das Aluminiumblech 2 beim weiteren Umformen gegenüber dem Kaltumformen erhöht umgeformt wird, um so verminderte Kaltverfestigungen beim Kaltumformen zu erhalten. Der Umformgrad bei den beiden Schritten zur Umformung kann jedoch auch umgekehrt oder gleich sein, was nicht näher dargestellt worden ist.

[0015] Vor dem Kaltumformen des Aluminiumblechs 2 wird dieses mit einem temperaturbeständigen Schmiermittel 8 versehen. Zu dieser Darstellung des Verfahrensschritts ist in Fig. 1 eine Sprühdüse 9 dargestellt, über die das Schmiermittel 8 auf das Aluminiumblech 2 aufgebracht werden kann. Da das erfindungsgemäße Verfahren lange Verfahrensschritte, wie diese beispielsweise ein Warmauslagern bedingt, vermeiden kann, und im Gegensatz dazu in vergleichsweise kurzen Zeitabständen das Aluminiumblech 2 zu einem Formteil 1 geformt wird, kann das Schmiermittel 8 unter der Voraussetzung einer Temperaturbeständigkeit bis zum letzten Verfahrensschritt auf dem Aluminiumblech 2 bleiben, ohne dass eine Zersetzung des Schmiermittels 8 befürchtet werden muss. Aufwendige Reinigungsprozesse oder auch ein mehrmaliges Auftragen von Schmiermittel 8 kann so vermieden werden. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist sohin vorstellbar, dass Schmiermittel 8 vom Aluminiumblech 2 erst in einem Schritt nach dem weiteren Umformen nach Fig. 5 zu entfernen, was beispielsweise im Schritt nach Fig. 7 erfolgen kann.

[0016] Eine besonders gleichmäßige und/oder positionsgenaue Erwärmung des kaltumgeformten Aluminiumblechs 2 kann erfolgen, wenn dieses in der Form des Aluminiumblechs 2 zumindest teilweise folgende Gegenformen 10, 11 eines Heizwerkzeugs 12 eingebracht wird, welches Heizwerkzeug 12 in Fig. 4b dargestellt ist. Entlang der Kontur der Gegenformen 10, 11 sind an den Stellen der gewünschten Erwärmung Heizmittel 13 vorgesehen.

[0017] Nach dem Kaltumformen nach Fig. 2 wird das kaltumgeformte Aluminiumblech 2 in ein Werkzeug 14 eingebracht, um dieses zumindest auf Teilmaß beschneiden zu können. Dieses Werkzeug 14 kann bereits mit Mitteln zum Erwärmen des kaltumgeformten Aluminiumblechs 2 versehen sein, was jedoch nicht näher dargestellt worden ist. Damit könnte jedoch der Verfahrensschritt nach Fig. 4a oder 4b vermieden werden.

[0018] Nach dem weiteren Umformen nach Fig. 5 kann die Endform 7 weiter beschnitten werden, wozu in Fig. 6 dieses in ein Werkzeug 15 eingebracht wird. Dieses Werkzeug 15 kann auch das Werkzeug 14 nach Fig. 3 darstellen. Ebenso kann in diesem Verfahrensschritt nach Fig. 6 oder in weiteren nicht dargestellten Verfahrensschritten die Endform 7 abgekanntet und/oder eventuell auch gelocht werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Formteils (1) aus einem eine Aluminiumlegierung aufweisenden Aluminiumblech (2), insbesondere aus einer Aluminiumlegierung der 5000 Reihe, bei dem wenigstens das Aluminiumblech (2) in ein Umformwerkzeug (3) eingebracht und durch dieses kaltumgeformt wird und in einem weiteren Schritt bzw. in weiteren Schritten das kaltumgeformte Aluminiumblech (2) mindestens einmal zumindest bereichsweise erwärmt sowie wenigstens einmal weiter umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das erwärmte Aluminiumblech (2) noch vor einem Erreichen einer Temperatur, die das Aluminiumblech (2) bei seiner Kaltumformung aufweist, der weiteren Umformung unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumblech (2) durch das Kaltumformen in eine Teilform (6) des Formteils (1) und durch das weitere Umformen in die Endform (7) des Formteils (1) umgeformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das kaltumgeformte Aluminiumblech (2) unterhalb der Rekristallisationstemperatur der Aluminiumlegierung, insbesondere zwischen 150 und 350 Grad Celsius, erwärmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Kaltumformen das Aluminiumblech (2) mit einem temperaturbeständigen Schmiermittel (8) versehen wird, wobei erst in einem Schritt nach dem weiteren Umformen das Schmiermittel (8) vom Aluminiumblech (2) entfernt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumblech (2) beim weiteren Umformen in ein, insbesondere erwärmtes Umformwerkzeug (5) eingebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumblech (2) durch Tiefziehen wenigstens teilweise umgeformt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erwärmen des kaltumgeformten Aluminiumblechs (2) dieses in eine der Form des Aluminiumblechs zumindest teilweise folgende Gegenform (10, 11) eines Heizwerkzeugs (12) eingebracht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das kaltumgeformte Aluminiumblech (2) vor und/oder nach dem weiteren Umformen zumindest teilweise beschnitten wird.

Zeichnung