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Dokumentenidentifikation DE102004035043A1 13.04.2006
Titel Verfahren zum Umformen eines Leichtmetall-Blechs und entsprechendes Leichtmetall-Blechbauteil
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Brodt, Martin, Dipl.-Ing. (FH), 71263 Weil der Stadt, DE;
Kirschbaum, Michael, 72649 Wolfschlugen, DE;
Lange, Dieter, Dipl.-Ing., 71106 Magstadt, DE;
Wieland, Timo, 71384 Weinstadt, DE
DE-Anmeldedatum 20.07.2004
DE-Aktenzeichen 102004035043
Offenlegungstag 13.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.04.2006
IPC-Hauptklasse C22F 1/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C22F 1/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Das Verfahren dient zum Umformen mindestens eines Leichtmetall-Blechs mittels eines Umformwerkzeugs unter Ausbildung eines Leichtmetall-Blechbauteils mit hinreichender Formgenauigkeit. Hierbei ist vorgesehen, dass das Leichtmetall-Blech vor dem Umformprozess einer definierten Wärmebehandlung unterzogen wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen mindestens eines Leichtmetall-Blechs mittels eines Umformwerkzeugs unter Ausbildung eines Leichtmetall-Blechbauteils mit hinreichender Formgenauigkeit, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ferner betrifft die Erfindung ein Leichtmetall-Blechbauteil, insbesondere ein Karosseriebauteil für ein Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.

Verfahren und Blechbauteile der eingangs genannten Art sind bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 195 24 235 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit unterschiedlichen Materialstärken. Derartige Formteile sind als Blechkörper oder Segmente derselben, insbesondere beim Kraftfahrzeugbau, weit verbreitet. Ein im Hinblick auf die Materialausnutzung besonders effektiver Leichtbau wird dadurch erzielt, dass in einem ersten Verfahrensschritt eine Basisplatine auf ein Zwischen- oder Fertigmaß zugeschnitten wird. Anschließend erfolgt eine Befestigung von plattenartigen Verstärkungselementen auf der Basisplatine mittels einer geeigneten Fügetechnik. Der so hergestellte Verbund aus Basisplatine und Verstärkungselementen wird mittels wenigstens eines Form- und / oder Schnittwerkzeugs umgeformt. Dieses Verfahren ist grundsätzlich auf Stahl- und Leichtmetallwerkstoffe anwendbar. Dabei ist es auch möglich, dass unterschiedliche Werkstoffe oder unterschiedliche Werkstoffqualitäten miteinander kombiniert werden können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein fertigungsgünstiges Verfahren zum Umformen mindestens eines Leichtmetall-Blechs vorzuschlagen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Leichtmetall-Blechbauteil anzugeben.

Die Aufgabe wird erfüllt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtmetall-Blech vor dem Umformprozess einer definierten Wärmebehandlung unterzogen wird. Hierdurch ist es möglich, das Leichtmetall-Blech einer materialspezifischen und umformgünstigen Wärmevorbehandlung zu unterziehen, so dass auch bei Einsatz von Leichtmetallen unterschiedlichen Umformverhaltens eine hinreichend genaue Formgenauigkeit beim Umformprozess reproduzierbar erzielt werden kann. Mittels einer Wärmevorbehandlung des Leichtmetall-Blechs lassen sich flexibel fertigungsgünstige Umformeigenschaften während des Umformprozesses an unterschiedlichen Leichtmetallen generieren.

Mit Vorteil ist die Wärmebehandlung des Leichtmetall-Blechs ein materialspezifisches Lösungsglühen bei einer Lösungsglühtemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Leichtmetalls. Hierdurch ist es möglich, ein erwünschtes Umformverhalten des Leichmetall-Materials während des Umformprozesses zu erzielen.

Gemäß einer möglichen Ausführungsvariante erfolgt zusätzlich während des Umformprozesses eine Wärmebehandlung des Leichtmetall-Blechs, indem das Leichtmetall-Blech auf einer materialspezifischen Umformtemperatur unterhalb der Lösungsglühtemperatur gehalten und bei dieser Umformtemperatur mittels des Umformwerkzeugs umgeformt wird unter Ausbildung des Leichtmetall-Blechbauteils. Alternativ hierzu ist es auch möglich, das Leichtmetall-Blech ab einer definierten Umformtemperatur umzuformen, wobei das Leichtmetall-Blech während des Umformprozesses und gegebenenfalls auch danach abkühlen kann. Dabei kann die Lösungsglühtemperatur und / oder die Umformtemperatur und / oder die entsprechenden Haltezeiten in Abhängigkeit des Umformgrads und / oder der Sollfestigkeit des Leichtmetall-Blechbauteils bestimmt werden. Es ist somit hierdurch möglich, bei geeigneten Wärmebehandlungstemperaturen optimale Umformeigenschaften des jeweiligen Leichtmetallmaterials während des Umformprozesses zu erzielen. Dabei wird eine sich während des Umformprozesses einstellende, verhältnismäßig geringe Warmfestigkeit des jeweiligen Leichtmetallmaterials zur Gewährleistung einer relativ geringen Rückfederung des umgeformten Leichtmetall-Blechs genutzt.

Vorzugsweise wird das Leichtmetall-Blech nach dem Lösungsglühen von der Lösungsglühtemperatur auf die Umformtemperatur abgekühlt und anschließend nach Abschluss des Umformprozesses als Leichtmetall-Blechbauteil (umgeformtes Leichtmetall-Blech) von der Umformtemperatur oder von einer niedrigeren Temperatur auf Raumtemperatur abgekühlt. Gegebenenfalls kann das Abkühlen auf Raumtemperatur (ca. 20°C) mittels Abschrecken erfolgen. Die Umformtemperatur hängt vom jeweiligen Leichtmetallmaterial ab und kann beispielsweise bei Aluminium bzw. bei einer Aluminiumlegierung ca. 200°C betragen.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsvariante enthält das Leichtmetall-Blechbauteil mindestens ein Blech aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung oder aus Titan oder einer Titanlegierung. Hierbei handelt es sich um traditionelle Leichtmetallmaterialien, die beispielsweise zur Realisierung von Leichtbaukonzepten insbesondere im Fahrzeug-Karosseriebau zunehmend zum Einsatz kommen. Deshalb ist die Gewährleistung einer hinreichenden Formgenauigkeit bei umgeformten Leichtmetall-Blechbauteilen, unter Berücksichtigung der grundsätzlich nicht zu vermeidenden Rückfederungsneigung nach dem Umformprozess, beispielsweise in der Großserienfertigung von Fahrzeugkarosserien von besonderer Bedeutung.

Das Leichtmetall-Blechbauteil kann Bereiche mit unterschiedlich großen Blechstärken aufweisen und gegebenenfalls ein Verbundbauteil sein, das mindestens ein Leichtmetall-Basisblech und mindestens ein Leichtmetall-Verstärkungsblech enthält. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit besonders vorteilhaft zur Durchführung der sogenannten "Patchwork-Technik" von Leichtmetall-Blechen beispielsweise im Fahrzeug-Karosseriebau geeignet.

Das Leichtmetall-Verstärkungsblech kann vor der Wärmebehandlung mittels Kleben und / oder mittels Löten und / oder mittels Schweißen mit dem Leichmetall-Basisblech verbunden werden. Gegebenenfalls können auch weitere Fügeverfahren bzw. Kombinationen derselben im Rahmen der "Patchwork-Technik" unter Einsatz des oben beschriebenen Verfahrens zur Anwendung kommen.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Leichtmetall-Blechbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Ein mittels des oben genannten Verfahrens hergestelltes Leichtmetall-Blechbauteil zeichnet sich insbesondere durch eine verhältnismäßig geringe Rückfederung nach dem Umformprozess aus.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.

Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen:

1 ein mögliches Wärmebehandlungs-Schaubild zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsvariante und

2 ein weiteres mögliches Wärmebehandlungs-Schaubild zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsvariante.

Das Verfahren zum Umformen mindestens eines Leichtmetall-Blechs mittels eines Umformwerkzeugs unter Ausbildung eines Leichtmetall-Blechbauteils mit hinreichender Formgenauigkeit zeichnet sich dadurch aus, dass das Leichtmetall-Blech vor dem Umformprozess einer definierten Wärmebehandlung unterzogen wird. Eine derartige mögliche Wärmebehandlung ist in alternativen Ausführungsvarianten in den 1 und 2 dargestellt, die jeweils ein Temperatur-Zeit-Schaubild darstellen.

Gemäß 1 wird das Leichtmetall-Blech von einer Temperatur T0 (Raumtemperatur) auf eine vorgebbare Lösungsglühtemperatur T1 erwärmt, die unterhalb der Schmelztemperatur des jeweiligen Leichtmetalls liegt. Bei dieser Lösungsglühtemperatur T1 wird das Leichtmetall-Blech für eine definierte Zeit (t11 bis t12) lösungsgeglüht und anschließend auf eine vorgebbare Umformtemperatur T2 abgekühlt. Das Leichtmetall-Blech wird bei dieser Umformtemperatur T2 innerhalb des Zeitraums t21 bis t22 mittels des Umformwerkzeugs umgeformt. Das nach dem Umformprozess erhaltene Leichtmetall-Blechbauteil kann anschließend auf Raumtemperatur T0 abgekühlt werden, wobei das Leichtmetall-Blechbauteil aufgrund der verhältnismäßig geringen Warmfestigkeit des Leichtmetallmaterials während des Umformprozesses durch eine relativ geringe Rückfederung gekennzeichnet ist. Dadurch zeichnet sich das Leichtmetall-Blechbauteil nach Abkühlung auf Raumtemperatur T0 durch eine hinreichende und reproduzierbare Formgenauigkeit aus.

Das Umformwerkzeug muss bei dieser Verfahrensvariante nicht notwendigerweise temperiert werden, sondern kann auf Raumtemperatur-Niveau zum Umformen derartiger Leichtmetall-Bleche vorteilhaft eingesetzt werden. Hierdurch wird der Umformprozess vereinfacht, da das Umformwerkzeug während des Umformprozesses nicht erwärmt bzw. gekühlt werden muss und die lösungsgeglühten Leichtmetall-Bleche bei einer vorgebbaren Umformtemperatur dem Umformwerkzeug zugeführt werden können.

Alternativ ist es gemäß 2 möglich, das Leichtmetall-Blech wie in 1 von einer Temperatur T0 (Raumtemperatur) auf eine vorgebbare Lösungsglühtemperatur T1 zu erwärmen, die wiederum unterhalb der Schmelztemperatur des jeweiligen Leichtmetalls liegt. Bei dieser Lösungsglühtemperatur T1 wird das Leichtmetall-Blech auch hier für eine definierte Zeit (t11 bis t12) lösungsgeglüht und anschließend auf eine vorgebbare Umformtemperatur T2 abgekühlt. Auf dieser Umformtemperatur T2 wird das Leichtmetall-Blech für einen vorgebbaren Verweilzeitraum t21 bis t22 gehalten und anschließend während des Zeitintervalls t22 bis t33 umgeformt. Das Leichtmetall-Blech kann während dieses Umformprozesses von der höheren Umformtemperatur T2 auf eine niedrigere Umformtemperatur T3 abkühlen, wobei T3 größer als die Umgebungstemperatur T0 ist. Dies kann mit einem temperierten, d.h. definiert gekühlten Umformwerkzeug erzielt werden. Schließlich kann das nun erhaltene Leichtmetall-Blechbauteil auf Raumtemperatur T0 abkühlen. Das Leichtmetall-Blechbauteil zeichnet sich durch eine hinreichende und reproduzierbare Formgenauigkeit aus.

Das Verfahren eignet sich besonders zum Umformen von Leichtmetall-Blechen aus Aluminium und / oder Magnesium und / oder Titan bzw. aus einer entsprechenden Legierung, unter Einsatz der "Patchwork-Technik", die an sich bereits bekannt ist. Die jeweils geeignete Lösungsglühtemperatur und / oder Umformtemperatur und / oder die jeweils günstigen Haltezeiten des Leichtmetall-Blechs auf den entsprechenden Temperaturen ist vom jeweiligen Umformgrad und / oder der Sollfestigkeit des Leichtmetall-Blechbauteils abhängig, so dass eine werkstoffspezifische und umformoptimale Wärmebehandlung eines Leichtmetall-Blechs unter Berücksichtigung der genannten Parameter durchgeführt werden kann.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Umformen mindestens eines Leichtmetall-Blechs mittels eines Umformwerkzeugs unter Ausbildung eines Leichtmetall-Blechbauteils mit hinreichender Formgenauigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtmetall-Blech vor dem Umformprozess einer definierten Wärmebehandlung unterzogen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung des Leichtmetall-Blechs ein materialspezifisches Lösungsglühen bei einer Lösungsglühtemperatur (T1) unterhalb der Schmelztemperatur des Leichtmetalls ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich während des Umformprozesses eine Wärmebehandlung des Leichtmetall-Blechs erfolgt, indem das Leichtmetall-Blech auf einer materialspezifischen Umformtemperatur (T2) unterhalb der Lösungsglühtemperatur (T1) gehalten und bei dieser Umformtemperatur (T2) mittels des Umformwerkzeugs umgeformt wird unter Ausbildung des Leichtmetall-Blechbauteils.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich während des Umformprozesses eine Wärmebehandlung des Leichtmetall-Blechs erfolgt, indem das Leichtmetall-Blech ab einer definierten Umformtemperatur (T2) umgeformt wird und während des Umformprozesses abkühlen kann.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtmetall-Blech von der Lösungsglühtemperatur (T1) auf die Umformtemperatur (T2) abgekühlt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das umgeformte Leichtmetall-Blechbauteil auf Raumtemperatur (T0) abgekühlt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtmetall-Blechbauteil mindestens ein Blech aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung oder aus Titan oder einer Titanlegierung enthält.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösungsglühtemperatur (T1) und/oder die Umformtemperatur (T2) und/oder die entsprechenden Haltezeiten in Abhängigkeit des Umformgrads und/oder der Sollfestigkeit des Leichtmetall-Blechbauteils bestimmt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtmetall-Blechbauteil Bereiche mit unterschiedlich großen Blechstärken aufweist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtmetall-Blechbauteil ein Verbundbauteil ist, das mindestens ein Leichtmetall-Basisblech und mindestens ein Leichtmetall-Verstärkungsblech enthält.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichmetall-Verstärkungsblech vor der Wärmebehandlung mittels Kleben und/oder mittels Löten und/oder mittels Schweißen mit dem Leichtmetall-Basisblech verbunden wird.
  12. Leichtmetall-Blechbauteil, insbesondere Karosseriebauteil für ein Fahrzeug, wobei das Leichtmetall-Blechbauteil mittels des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt worden ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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