DE19704300A1

DE19704300A1 - Verfahren zur Herstellung von Platinen mit unterschiedlichen Dicken

Info

Publication number: DE19704300A1
Application number: DE1997104300
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Streubel; Udo Dr Ing Klasfauseweh; Christian Dr Ing Smatloch; Axel Dipl Ing Hinder
Original assignee: Benteler Deutschland GmbH
Current assignee: Benteler Deutschland GmbH
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 1998-08-20
Anticipated expiration: 2017-02-07
Also published as: DE19704300B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Platinen mit unterschiedlichen Dicken durch Verformung eines annähernd gleichmäßig dicken Ausgangsma terials.

Aus Blechen hergestellte Bauteile oder Formkörper sind je nach Anwendungsfall in verschiedenen Bereichen unter schiedlich starken Belastungen unterworfen. Eine be reichsweise Wanddickenreduktion wird daher insbesondere bei solchen Bauteilen vorgenommen, die unter äußerer Be lastung stehen und die auftretenden Spannungen aufgrund der Bauteilkonstruktion verteilt über das Bauteil in un terschiedlicher Höhe vorliegen.

Dies ist beispielsweise bei Karosserieteilen oder Fahr werkskomponenten von Kraftfahrzeugen so. Werden die Bau teile nach der Maximalbelastung dimensioniert, führt das nicht nur zu einem höheren Materialeinsatz, sondern vor allem auch zu einem unnötigen Gewicht. Diese Nachteile können dadurch vermieden werden, daß die Bauteile ent sprechend ihrer späteren Belastung in den einzelnen Be reichen unterschiedlich dimensioniert werden.

Platinen zur Herstellung von Bauteilen dieser Art werden in der Regel aus Metallblechen als Ausgangsmaterial ge fertigt. Diese werden vor der Weiterverarbeitung mit un terschiedlichen Dicken versehen, wobei die Dickenreduk tion gezielt auf die späteren betrieblichen Belastungen eines Bauteils abgestimmt wird. Auf diese Weise ist die Herstellung von qualitativ hochwertigen Bauteilen in Leichtbauweise möglich.

Zur Herstellung von Platinen mit unterschiedlichen Dicken sind mehrere Fertigungstechnologien bekannt.

Im Rahmen der EP 0 279 866 B1 wird vorgeschlagen, Kon struktionselemente entweder aus schon verformten einzel nen Blechteilen unterschiedlicher Dicke zusammenzu schweißen oder unterschiedlich dicke Blechteile zunächst zusammenzuschweißen und dann insgesamt zu einem Tragkör per zu verformen. Die Schweißarbeiten werden mittels Laser- oder Plasmaschweißverfahren verrichtet.

Neben dem hohen verfahrenstechnologischen und kostenmäßi gen Aufwand wirkt sich bei solchen Konstruktionselementen der diskontinuierliche Übergang an der Nahtstelle nach teilig aus. Die Schweißnaht ist eine potentielle Schwach stelle, an der es zu unerwünschten Spannungsspitzen kom men kann. Desweiteren können in den Bereichen neben den Schweißnähten Gefügeveränderungen auftreten, was zu einer Rißanfälligkeit führt.

Weiterhin gehört es beispielsweise durch die DE-PS 1 04 875 zum Stand der Technik eine bereichsweise Wanddickenreduktion von Metallblechen walztechnisch durchzuführen. Hierbei wird eine walzende Verformung des Blechs mit in Längsrichtung unterschiedlichen Blechdicken vorgenommen.

Auch in der DE 33 43 709 A1 ist eine solche Vorgehens weise beschrieben.

Bei diesen Verfahren wird das Metallblech partiell kalt ausgewalzt. Die hierbei erzielbare Dickenreduktion des Metallblechs ist begrenzt. Besonders nachteilig macht sich die Verfestigung und die damit verbundene Abnahme der Verformungsfähigkeit des Werkstoffs durch den Walz vorgang bemerkbar. Die verbleibende Restdehnung ist dann häufig für eine weitere Bearbeitung der Platinen, bei der zusätzliche Dehnungen auftreten, unzureichend.

Um das durch die Kaltverformung verzerrte Gefüge wieder in einen unverzerrten Gefügezustand zurückzuführen, müs sen die Platinen vor der Weiterverarbeitung einer Wärme behandlung unterzogen werden, beispielsweise einem Rekri stallisationsglühen. Hierfür sind Temperaturen im Bereich von 700°C erforderlich.

Auf diese Weise werden die mechanischen Eigenschaften der Platinen verbessert. Dennoch bleibt die Dickenreduktion verfahrenstechnisch begrenzt, da ein mehrstufiges bzw. mehrfaches Walzen problematisch ist, insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Reproduzierbarkeit bei einer Mas senfertigung.

Ferner ist eine nachträgliche Wärmebehandlung mit erheb lichem Zeitaufwand und erhöhten Kosten verbunden, insbe sondere wegen des zusätzlichen Transport- und logisti schen Aufwands.

Das Ausmaß der Dickenreduktion des Ausgangsmaterials wird daher begrenzt durch die Zunahme der Verfestigung und die Abnahme der Verformungsfähigkeit des Werkstoffs. Damit stößt die kaltwalztechnische Dickenreduktion an ihre ver fahrenstechnischen Grenzen. Bauteilkonstruktiv mögliche Dickenreduktionen können nicht vollkommen ausgenutzt wer den.

Der Erfindung liegt daher ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches die Herstellung von partiell dickenreduzierten Platinen mit ausreichender Verformungsfähigkeit vereinfacht, hö here Abstreckraten des Ausgangsmaterials ermöglicht und damit eine weitere Ausnutzung möglicher Dickenreduktionen erlaubt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Kernpunkt der Erfindung bildet die Maßnahme, das Aus gangsmaterial zunächst zu erwärmen und anschließend eine gezielte partielle walzende Verformung des erwärmten Aus gangsmaterials mit in Walzrichtung bereichsweise wech selnden Dicken vorzunehmen.

Durch den Warmwalzprozeß kommt es zur dynamischen Rekri stallisation des Werkstoffgefüges. Es können größere und präzisere Dickenreduktionen am Ausgangsmaterial als bis her durchgeführt werden. Auf diese Weise sind hohe Ab streckraten möglich, wobei die mechanischen Eigenschaften der aus dem Ausgangsmaterial hergestellten Platinen auch nach dem Walzvorgang in etwa den mechanischen Eigenschaf ten vor dem Walzen entsprechen.

Die aus dem Ausgangsmaterial hergestellten Platinen wei sen eine ausreichende Duktilität bzw. Verformungsfähig keit auf, so daß eine problemlose Weiterverarbeitung durch Umformvorgänge möglich ist, beispielsweise durch Tiefziehen.

Nach den Merkmalen des Anspruchs 2 wird die Erwärmung bis oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Ausgangsma terials vorgenommen. In der Praxis läßt sich eine Induk tionserwärmungsanlage besonders vorteilhaft in eine Fer tigungslinie integrieren (Anspruch 3).

Die induktive Aufheizung wird als parallel laufender Ver gütungsvorgang zum Walzvorgang genutzt. Die Sauberkeit des Aufheizvorgangs und der geringe Platzbedarf gestatten eine Aufstellung der Induktionserwärmungsanlage direkt in der Fertigungslinie, wodurch kostspielige Werkstücktrans porte entfallen.

Durch richtige Wahl der Frequenz, der elektrischen Lei stung und der Einwirkzeit läßt sich die Erwärmung gezielt steuern. Dabei sind durch hohe Leistungsdichten kürzeste Erwärmungszeiten möglich. Das induktive Verfahren bietet insbesondere die Möglichkeit, die Erwärmung gezielt auf die erforderlichen Temperaturen und den nachfolgenden Walzprozeß abzustimmen.

Das Ausgangsmaterial wird zweckmäßigerweise in Bandform auf einem Coil aufgewickelt bereitgestellt. Vom Coil wird das Ausgangsmaterial abgewickelt und zunächst gerichtet (Anspruch 4).

Anschließend durchläuft das Band eine Induktionserwär mungsanlage, in der die Rekristallisationstemperatur leicht überschritten wird. Hieran schließt sich der gege benenfalls mehrstufige Walzvorgang an mit einem Partiel len Auswalzen des Ausgangsprofils.

Wie bereits erwähnt, kommt es bei dem erfindungsgemäßen Warmwalzprozeß zu einer dynamischen Rekristallisation des Werkstoffgefüges. Hierunter versteht man Vorgänge, die zur Entstehung und Verschiebung von Großwinkelkorngrenzen führen. Diese Gefügeveränderung hat eine Kornverfeinerung und den Abbau der Versetzungsdichte zur Folge. Hierdurch wird dem Werkstoff wieder eine ausreichende Duktilität gegeben.

Nach dem Walzvorgang wird das Ausgangsmaterial in be darfsgerechte Platinen geteilt. Hierzu kommen zweckmäßi gerweise fliegende Scheren zum Einsatz.

Grundsätzlich ist es auch möglich, das Ausgangsprofil be reits vor dem Einlauf in das Walzgerüst zu teilen, wie dies Anspruch 5 vorsieht.

Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah rens ist in den Merkmalen des Anspruchs 6 charakteri siert. Hierbei wird dem zu walzenden Ausgangsmaterial durch einen den Erwärmungsprozeß vorgelagerten Stanzpro zeß eine definierte Form gegeben.

Um die auf die Walzen beim Umformprozeß übertragene Wärme möglichst gering zu halten, ist nach den Merkmalen des Anspruchs 7 vorgesehen, daß die Geschwindigkeit eines vom Ausgangsmaterial vor dem Walzen abgetrennten Blechstrei fens während des Walzvorgangs höher bemessen wird als die Abwickelgeschwindigkeit des vom Coil abgezogenen Aus gangsmaterials. Hierdurch können gegebenenfalls notwen dige Walzenkühlungen entfallen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist aufgrund des Ab senkens der kritischen Fließspannung gegenüber einer Kaltumformung ein geringerer Kraft- und Arbeitsbedarf notwendig. Desweiteren nimmt die Bruchdehnung des Werk stoffs zu, und zwar bei einem vergleichsweise geringem Verlust an Festigkeit nach dem Walzen. Es sind größere Abstreckraten als bisher möglich, wobei die dynamische Rekristallisation die Verformungsfähigkeit des Werkstoffs erhöht. Die hergestellten Platinen verfügen über ein größeres Umformvermögen als bisher.

Schließlich kann auf ein kostenintensives und zeitaufwen diges nachträgliches Glühen verzichtet werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnun gen dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine partiell gewalzte Platine;

Fig. 2 in technisch generalisierter Darstellungs weise eine erste Fertigungslinie des erfin dungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3 die schematische Darstellung eines Warmwalz vorgangs mit dynamischer Rekristallisation und

Fig. 4 und 5 verfahrenstechnische Abwandlungen der Ferti gungslinie gemäß Fig. 2.

In der Fig. 1 ist eine Platine 1 aus Blech dargestellt, bei der durch eine gezielte walzende Verformung Bereiche 2-5 abgestreckt worden sind mit in Walzrichtung WR wech selnden Platinendicken S₂-S₅.

In den Übergangsbereichen 6, 7 und 8 gehen die Bereiche 2-5 nahezu stufenlos ineinander über.

Hinsichtlich ihrer Mittelquerebene MQ ist die Platine 1 symmetrisch ausgebildet.

Die Platine 1 weist in den Bereichen 2-5 präzise solche Dicken S₂-S₅ auf, die abgestimmt sind auf die jeweiligen Belastungen und Spannungsspitzen, denen ein aus der Pla tine 1 gefertigtes Karosserie- oder Fahrwerksbauteil un terliegt.

Um die für die Herstellung von Karosserie- oder Fahr werksbauteilen notwendigen Umformvorgänge durchführen zu können, ist eine ausreichende Verformungsfähigkeit der Platine 1 wichtig.

Die Herstellung der Platine 1 erfolgt in einer Ferti gungslinie, wie sie in der Fig. 2 schematisch darge stellt ist.

Das in Bandform bereitgestellte Ausgangsmaterial 9 wird von einem Coil 10 abgezogen und in einem Richtapparat 11 gerichtet.

Anschließend durchläuft das Ausgangsmaterial 9 eine In duktionserwärmungsanlage 12, in der das Ausgangsmaterial 9 auf eine Temperatur erwärmt wird, welche geringfügig oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Ausgangsma terials 9 liegt.

Im folgenden Walzgerüst 13 wird dem Ausgangsmaterial 9 durch die Walzen 14, 15 die gewünschte Dicke gegeben. Hierbei wird das Ausgangsmaterial 9 partiell ausgewalzt und bereichsweise in seiner Dicke reduziert.

Nach dem Walzvorgang wird das Ausgangsmaterial 9 durch eine fliegende Schere 16 in Platinen 17 mit den benötig ten Abmessungen geteilt und die Platinen 17 in eine Sta peleinheit 18 überführt.

Die Induktionserwärmungsanlage 12 ist direkt in der Fer tigungslinie aufgestellt, wodurch kostspielige Werkstück transporte entfallen.

Durch den Warmwalzprozeß kommt es innerhalb der Ferti gungslinie zu einer dynamischen Rekristallisation des Werkstoffgefüges, wie dies anhand der Fig. 3 verdeut licht ist.

Das auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisations temperatur erwärmte Ausgangsmaterial 19 erfährt durch die Walzen 20, 21 eine partielle Dickenreduktion.

Nach dem Walzvorgang kommt es in einer Zone 22 zur Rekri stallisation. Dieser Vorgang führt zur Entstehung und Verschiebung von Großwinkelkorngrenzen, welche eine Neu- bzw. Umbildung des Werkstoffgefüges bewirken. Dies hat eine Kornverfeinerung und den Abbau der Versetzungsdichte zur Folge, wodurch die Duktilität des Werkstoffs erhöht und mechanische Eigenschaften erreicht werden, wie sie etwa vor der Verformung vorlagen.

Aus der Fig. 4 geht eine Fertigungslinie hervor, bei der das Ausgangsmaterial 23 als Blechband wiederum von einem Coil 24 abgewickelt, im Richtapparat 25 ausgerichtet und in einer Induktionserwärmungsanlage 26 erwärmt wird. Falls erforderlich, kann die Erwärmung unter Schutzgas atmosphäre erfolgen.

Durch eine der Induktionserwärmungsanlage 26 nachgeschal tete Schere 27 wird das Ausgangsmaterial 23 zunächst in Blechstreifen 28 auf die benötigten Längen geteilt. Die abgetrennten Blechstreifen 28 werden anschließend im Walzgerüst 29 partiell zu Platten mit bereichsweise wech selnden Dicken ausgewalzt.

Um die auf die Walzen 31, 32 übertragene Wärme gering zu halten, kann die Walzengeschwindigkeit höher gewählt wer den als die Geschwindigkeit, mit der das Ausgangsmaterial 23 vom Coil 24 abgezogen wird. Ein Blechstreifen 28 wird dann im Walzgerüst 29 entsprechend beschleunigt.

Schließlich ist in der Fig. 5 eine weitere Fertigungs linie dargestellt, deren grundsätzlicher Aufbau der zuvor beschriebenen Anlage entspricht. Aus diesen Gründen tra gen einander entsprechende Bauteile die gleichen Bezugs zeichen.

Hier wird das Ausgangsmaterial 23 vor der Erwärmung in der Induktionserwärmungsanlage 26 durch einen stanztech nischen Formschnitt zugeschnitten. Dazu ist der Induk tionserwärmungsanlage 26 eine Stanze 33 vorgelagert, so daß zugeschnittene Platinen 34 den Erwärmungs- und Warm walzprozeß durchlaufen.

Bezugszeichenliste

1

Platine

2

Bereich v.

1

3

Bereich v.

1

4

Bereich v.

1

5

Bereich v.

1

6

Übergangsbereich

7

Übergangsbereich

8

Übergangsbereich

9

Ausgangsmaterial

10

Coil

11

Richtapparat

12

Induktionserwärmungsanlage

13

Walzgerüst

14

Walze

15

Walze

16

Schere

17

Platinen

18

Stapeleinheit

19

Ausgangsmaterial

20

Walze

21

Walze

22

Rekristallisationszone

23

Ausgangsmaterial

24

Coil

25

Richtapparat

26

Induktionserwärmungsanlage

27

Schere

28

Blechstreifen

29

Walzgerüst

30

Platine

31

Walze

32

Walze

33

Stanze

34

Platine
S₂

Dicke v.

2

S₃

Dicke v.

3

S₄

Dicke v.

4

S₅

Dicke v.

5

WR Walzrichtung
MQ Mittelquerebene

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von metallischen Platinen (1, 17, 30, 34) mit unterschiedlichen Dicken (S₂-S₅) durch Verformung eines annähernd gleichmäßig dicken Ausgangsmaterials (9, 19, 23), dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial (9, 19, 23) zunächst in einem Durchlaufprozeß erwärmt und anschließend eine partielle walzende Verformung des Ausgangsmaterials (9, 19, 23) mit in Walzrichtung (WR) bereichsweise wechselnden Dicken (S₂-S₅) er folgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial (9, 19, 23) auf eine Temperatur oberhalb der Rekri stallisationstemperatur erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung induk tiv durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial (9, 23) von einem Coil (10, 24) ab gezogen und vor der Erwärmung gerichtet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial (9, 23) vor oder nach dem Walzvor gang bedarfsgerecht geteilt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial (23) vor der Erwärmung durch einen stanztechnischen Formschnitt zugeschnitten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit eines vom Ausgangsmaterial (23) abge trennten Blechstreifens (28) während des Walzvorgangs höher bemessen wird als die Geschwindigkeit des vom Coil (24) abgezogenen Ausgangsmaterials (23).