Magnesiumblech

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Magnesiumblech durch Umformen eines Halbzeuges aus Magnesiumblech, insbesondere eines Halbzeuges in Form einer Magnesiumblechplatine, bei dem das Halbzeug vor dem Umformen auf eine erhöhte Temperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 200°C erwärmt und in einem einen Stempel und eine Matrize aufweisenden Umformwerkzeug

umgeformt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Anlage zur Herstellung eines Bauteils aus Magnesiumblech.

Aufgrund der hexagonalen Gitterstruktur des Magnesiums lassen sich Magnesiumbleche bei Raumtemperatur nur schlecht

umformen. Insbesondere Bauteile aus Magnesiumblech, die eine komplexe dreidimensionale Form aufweisen sollen, müssen zur Vermeidung von Rissen warm umgeformt werden. Generell werden Magnesiumplatinen im erwärmten Zustand unter Einsatz von temperierten Werkzeugen umgeformt. Im Stand der Technik sind verschiedene Ausgestaltungen von temperierten Werkzeugen zur Umformung von Magnesiumblechen bekannt. Zum Beispiel ist aus der koreanischen Patentanmeldung 10 2006 00 57 901 A eine Presse zum Warmumformen von Magnesiumblech bekannt, die mit einer elektrischen Widerstandsheizvorrichtung ausgestattet ist. Die Widerstandsheizvorrichtung ist dabei in einem oberen Werkzeugteil (Matrize) und in einem zugeordneten Blechhalter integriert . Temperierte Umformwerkzeuge erfordern im Vergleich zu in der Kaltumformung verwendeten konventionellen Werkzeugen einen höheren technischen Aufwand und damit höhere Investitionen sowie höhere Betriebskosten. Hierdurch werden die Kosten von Bauteilen aus Magnesium negativ beeinflusst.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anlage zur Herstellung eines

dreidimensionalen Bauteils aus Magnesiumblech anzugeben, die geringe Bauteilkosten ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Umformen des auf eine erhöhte Temperatur,

vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 200 °C erwärmten Halbzeuges ein ohne interne Wärmequelle

ausgeführtes Umformwerkzeug verwendet wird, wobei das erwärmte Halbzeug ohne direkten Kontakt mit dem Stempel und der Matrize in dem Umformwerkzeug platziert und anschließend mit einer Umformgeschwindigkeit im Bereich von 15 mm/s bis 500 mm/s umgeformt wird.

Die erfindungsgemäße Anlage ist dementsprechend dadurch gekennzeichnet, dass deren Umformwerkzeug ohne interne

Wärmequelle ausgeführt ist, mit einem Halbzeughalter versehen ist, auf dem das auf eine erhöhte Temperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 200°C erwärmte Halbzeug ohne direkten Kontakt mit dem Stempel und der Matrize im Umformwerkzeug platzierbar ist, und einen Antrieb aufweist, der eine Schließgeschwindigkeit von Stempel und Matrize im Bereich von 15 mm/s bis 500 mm/s bewirkt.

Durch die vorliegende Erfindung entfällt der zusätzliche Aufwand, der durch die Temperierung des ümformwerkzeug mittels einer internen Wärmequelle verursacht wird. Die Erfindung sieht die Verarbeitung eines erwärmten Magnesiumhalbzeuges in einem Umformwerkzeug ohne interne Wärmequelle vor. Dadurch lassen sich die Werkzeug- und Betriebskosten und somit letztlich die Bauteilkosten erheblich verringern.

Insbesondere bei der Herstellung von Bauteilen in relativ geringen Stückzahlen lässt sich durch die Verringerung der Werkzeugkosten ein wesentlicher Beitrag zur Wirtschaftlichkeit des Bauteils erzielen.

Durch Versuche konnten die Erfinder belegen, dass sich ein dreidimensional geformtes Bauteil aus einer zum Beispiel auf 250 °C erwärmten Magnesiumplatine in einem nicht temperierten Umformwerkzeug rissfrei herstellen lässt, wenn zu hohe

Temperaturverluste vor dem eigentlichen Umformprozess vermieden werden, indem ein direktes Ablegen der erwärmten Platine auf dem Stempel bzw. der Matrize beim Platzieren (Einlegen) der Platine im Umformwerkzeug verhindert wird, und die anschließende Umformung mit relativ hoher Umform- geschwindigkeit (15 - 500 mm/s) stattfindet.

Die mittlere Abkühlgeschwindigkeit für ein 2,00 mm dickes Magnesiumblech, das auf eine Temperatur im Bereich von 200°C bis 250°C erwärmt ist, beträgt beispielsweise an Luft bei Raumtemperatur von 20°C zwischen 2 und 12 K/s. Durch diesen relativ geringen Temperaturverlust kann bei einem geeigneten Transfersystem sichergestellt werden, dass das erwärmte Halbzeug bzw. die erwärmte Platine eine ausreichend hohe Starttemperatur vor der Umformung aufweist, um ein

fehlerfreies, insbesondere rissfreies Bauteil bei gegebenen Umformgraden zu ermöglichen.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines nicht temperierten Werkzeuges zur Umformung von erwärmten Magnesiumplatinen ergeben sich zudem positive Effekte hinsichtlich der

Maßhaltigkeit und des Handlings der so hergestellten

Bauteile. Denn aufgrund der deutlich verringerten Temperatur, die das Bauteil bei seiner Entnahme aus dem nicht

temperierten Umformwerkzeug besitzt, ist das Bauteil im

Vergleich zu einem in einem temperierten Werkzeug

hergestellten Bauteil formstabiler und damit weniger anfällig für ungewollte Verformungen bei seiner Entnahme aus dem

Umformwerkzeug und beim anschließenden Handling, was sich günstig auf die Maßhaltigkeit des Bauteils auswirkt. Des Weiteren lassen sich die erfindungsgemäß hergestellten

Bauteile aufgrund ihrer deutlich verringerten Temperatur, die sie bei ihrer Entnahme aus dem nicht temperierten

Umformwerkzeug besitzen, einfacher handhaben. Hier können konventionelle Transfersysteme zum Einsatz kommen, die nicht temperaturstabil sind bzw. eine vergleichsweise geringe

Temperaturstabilität besitzen.

In diesem Zusammenhang sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass als Umformwerkzeug ein Umformwerkzeug verwendet wird, dessen Stempel und/oder Matrize eine aktive Kühleinrichtung aufweisen. Hierdurch kann die Entnahmetemperatur des Bauteils schneller gesenkt, die

Maßhaltigkeit des Bauteils weiter verbessert sowie das

Handling des Bauteils weiter vereinfacht werden. Diese aktive Kühlung des Stempels und/oder der Matrize ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn vergleichsweise hohe Stückzahlen in einer vorgegebenen Zeit umgeformt werden sollen, d.h. wenn die gewünschte Umformleistung relativ hoch sein soll.

Allerdings kann auch ein Aufheizen des Umformwerkzeuges aufgrund des erwärmten Halbzeuges während der Produktion toleriert werden, wenn sich dadurch keine negativen

Auswirkungen auf die Maßhaltigkeit des fertigen Bauteils ergeben.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, die es

gestattet, dass das erwärmte Magnesiumblechhalbzeug nicht direkt auf dem Stempel bzw. der Matrize abgelegt werden muss, besteht darin, dass das erwärmte Halbzeug auf einem dem

Umformwerkzeug zugeordneten Halbzeughalter platziert wird, so dass der wesentliche Flächenbereich des erwärmten Halbzeuges vor dem eigentlichen Umformprozess zwischen Stempel und

Matrize und beabstandet von diesen freitragend in der

Umgebungsatmosphäre angeordnet ist. Die Umgebungsatmosphäre, vorzugsweise Umgebungsluft , wirkt dabei als Wärmeisolator.

Dadurch wird sichergestellt, dass das erwärmte Halbzeug vor dem eigentlichen Umformprozess nur eine sehr geringe

Abkühlung erfährt. Der Halbzeughalter kann dabei beispielsweise als aktiver Blechhalter ausgeführt sein, der oberhalb eines der Matrize zugeordneten Stempels positioniert wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass als Halbzeughalter ein Halbzeughalter verwendet wird, dessen das erwärmte Halbzeug berührender Oberflächenbereich eine poröse oder

Vertiefungen aufweisende Oberflächenstruktur aufweist.

Dadurch wird der durch Wärmeleitung von dem erwärmten Halbzeug auf den Halbzeughalter bedingte Wärme- bzw.

Temperaturverlust des erwärmten Halbzeuges verringert.

Zusätzlich oder alternativ sieht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass als Halbzeughalter ein Halbzeughalter verwendet wird, dessen das erwärmte Halbzeug berührender Oberflächenbereich aus einem Werkstoff gebildet oder mit einer Beschichtung ist, der/die eine Wärmeleitfähigkeit von maximal 20 W/mK bei 30°C bis 100°C Umgebungstemperatur aufweist. Auch dadurch lässt sich der durch Wärmeleitung von dem erwärmten Halbzeug auf den Halbzeughalter bedingte Wärme- bzw. Temperaturverlust

verringern . Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass als Matrize eine Matrize verwendet wird, in deren dem umzuformenden, erwärmten Halbzeug zugewandeten Formfläche Vertiefungen ausgebildet sind, die eine Reduzierung der dem erwärmten Halbzeug

zugewandten Kontaktfläche bewirken. Die Vertiefungen bzw. die darin enthaltene Luft wirkt wärmeisolierend, so dass sich auf diese Weise der Wärme- bzw. Temperaturverlust des erwärmten Halbzeuges reduzieren lässt. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Halbzeug mittels einer mit einer konduktiven Wärmequelle ausgestatteten Transfervorrichtung unmittelbar in das Umformwerkzeug transportiert wird. Dadurch kann dem umzuformenden Halbzeug eine

ausreichend hohe Starttemperatur vor der Umformung gegeben und zugleich der Temperaturverlust des Halbzeuges vor der Umformung minimiert werden. Durch den Einsatz eines nicht temperierten Umformwerkzeuges ist auch ein kostengünstiger integrierter Bauteilbeschnitt bei der Umformung des aus Magnesiumblech bestehenden

Halbzeuges denkbar. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dementsprechend dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug beim Umformen zugleich mit mindestens einem im Umformwerkzeug integrierten

Schneidelement beschnitten wird.

Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anlage sind in den Unteransprüchen

angegeben . Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere

Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Anlage bzw. Prozesslinie zur Herstellung von dreidimensional geformten Bauteilen aus

Magnesiumhalbzeugen;

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Prozesslinie zur Herstellung von dreidimensional geformten

Bauteilen aus Magnesiumhalbzeugen; und

Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Umformwerkzeug in

Vertikalschnittansicht .

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage umfasst im Wesentlichen eine Vorrichtung 1 zum Erwärmen eines Halbzeuges 2 aus

Magnesiumblech und ein Umformwerkzeug 3 ohne interne Wärmequelle zum Umformen des erwärmten Halbzeuges 2. Das umzuformende Halbzeug 2 kann beispielsweise in Form einer Magnesiumblechplatine vorliegen. Die Vorrichtung 1 zum Erwärmen des Halbzeuges 2 ist hier als Durchlaufofen, vorzugsweise als Rollenherdofen ausgeführt. Der Durchlaufofen bzw. Rollenherdofen 1 ist mit Induktoren, Heizstrahlern, Heißluftbrennern und/oder Rekuperatorbrennern ausgestattet. Auch der Einsatz von Infrarotstrahlern zur Erwärmung der umzuformenden Halbzeuge 2 ist denkbar.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden umzuformende Magnesiumblechplatinen 2 von einem Förderband oder einem Vorratsstapel 4 entnommen und in dem Durchlaufofen 1 auf eine erhöhte Temperatur erwärmt, die so gewählt wird, dass die Werkstücktemperatur am Ende der Umformung im Wesentlichen noch oberhalb von 180°C bis 220°C liegt. Hierzu wird die umzuformende Magnesiumblechplatine bzw. das Halbzeug 2 beispielsweise auf eine Temperatur im Bereich von 230°C und 260°C erwärmt.

Das erwärmte Halbzeug 2 wird dann mittels einer Transfervorrichtung 5, vorzugsweise eines Roboters im Bereich des Auslasses des Durchlaufofens ergriffen in das Umformwerkzeug 3 ohne direkten Kontakt mit dem Stempel 3.1 und der Matrize 3.2 eingelegt. Hierzu ist das Umformwerkzeug 3 mit einem Halbzeughalter (Blechhalter) 3.3 versehen, der im geöffneten Zustand des Umformwerkzeuges 3 oberhalb des Stempelkopfes positioniert wird, so dass das darauf abgelegte Halbzeug 2 weder den Stempel 3.1 noch die Matrize 3.2 berührt. In Fig. 1 ist zu erkennen, dass die im Umformwerkzeug platzierte

Platine 2 zunächst auf dem Halbzeughalter 3.3 abgelegt ist und dabei sowohl gegenüber dem Stempel 3.1 als auch gegenüber der Matrize 3.2 mit Abstand angeordnet ist. Dadurch wird zu schnelles Abkühlen der erwärmten Magnesiumplatine 2

verhindert .

Sodann wird das Werkzeug 3 geschlossen, um das erwärmte

Halbzeug in eine durch den Stempel 3.1 und die Matrize 3.2 vorgegebene Form umzuformen. Die Umformung erfolgt mit relativ hoher Umformgeschwindigkeit, so dass der Temperatur- verlust des erwärmten Werkstückes (Halbzeuges) 2 während der Umformung ebenfalls gering gehalten wird. Zur Erzielung einer entsprechend hohen Umformgeschwindigkeit weist das Umform- werkzeug 3 einen Antrieb (nicht gezeigt) auf, der eine

Schließgeschwindigkeit von Stempel 3.1 und Matrize 3.2 im Bereich von 15 mm/s bis 500 mm/s bewirkt.

Das so hergestellte Bauteil 2' wird nach Öffnen des Umform- werkzeuges 3 mittels einer geeigneten Transfervorrichtung 6, vorzugsweise einem Roboter aus dem Umformwerkzeug 3 entnommen und gegebenenfalls auf einem Transportmittel, beispielsweise einer Transportpalette oder dergleichen abgelegt bzw.

gestapelt .

Falls der Temperaturverlust für die jeweilige Bauteil- geometrie bzw. den jeweiligen Umformungsgrad aufgrund des

Einsatzes konventioneller Werkzeugstähle zu hoch sein sollte, kann das Werkzeug 3 zumindest in Teilbereichen aus

Werkstoffen mit geringerer Wärmeleitfähigkeit bestehen und/oder eine Beschichtung aufweisen, die eine geringe

Wärmeleitfähigkeit besitzt. Neben Keramiken können auch spezielle Werkzeugstähle diese Anforderungen erfüllen.

Beispielsweise können der Stempel 3.1 und/oder die Matrize 3.2 des Umformwerkzeuges 3 zumindest in Teilbereichen aus einem Werkstoff gebildet sein, der eine Wärmeleitfähigkeit von maximal 20 W/mK bei 30°C bis 100 °C Umgebungstemperatur aufweist. Alternativ kann die Reduzierung der Wärmeleit- fähigkeit auch mit einer geeigneten Beschichtung erfolgen.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage besteht darin, dass der das erwärmte Halbzeug 2 berührende Oberflächenbereich 3.31 des Halbzeughalters 3.3 eine poröse oder Vertiefungen 3.32 aufweisende Oberflächenstruktur aufweist. Dadurch wird der Temperaturverlust des erwärmten Halbzeugs 2 weiter verringert. Zusätzlich oder alternativ ist vorgesehen, dass der das erwärmte Halbzeug 2 berührende Oberflächenbereich 3.31 des Halbzeughalters 3.3 aus einem Werkstoff gefertigt ist, der eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, bzw. mit einem solchen Werkstoff beschichtet ist. Die Wärmeleitfähigkeit des für den Halbzeughalter 3.3 verwendeten Werkstoffs bzw. einer für den

Halbzeughalter 3.3 verwendeten Beschichtung beträgt Vorzugs - weise maximal 20 W/mK bei 30°C bis 100°C Umgebungstemperatur.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung eines dreidimensional geformten Bauteils 2' aus Magnesiumblech. Diese Anlage unter- scheidet sich von der Anlage gemäß Fig. 1 dadurch, dass die Erwärmung einer umzuformenden Magnesiumblechplatine 2 nicht in einem Durchlaufofen, sondern in bzw. mit einer

roboterartigen Transfervorrichtung 5' durchgeführt wird. Die Transfervorrichtung 5' ist hierzu mit einer Heizeinrichtung bzw. konduktiven Wärmequelle 5.1 ausgestattet, so dass die

Erwärmung des Magnesiumblechs 2 während dessen Transports von einem Vorratsstapel 4 oder eines Förderbandes in das Umformwerkzeug 3 erfolgt. Die konduktive Wärmequelle bzw. Heizeinrichtung 5.1 ist dabei insbesondere in Greif- oder Halteelementen der Transfervorrichtung 5' integriert, mit denen das Magnesiumblech (Halbzeug) 2 ergriffen bzw. zum Umformwerkzeug 3 transportiert und dort abgelegt wird.

Das Umformwerkzeug 3 der in Fig. 2 dargestellten Anlage ist entsprechend dem Umformwerkzeug 3 der Anlage gemäß Fig. 1 ausgebildet, so dass insoweit zur Vermeidung von Wieder- holungen auf die vorstehende Beschreibung der Fig. 1

verwiesen wird.

Bei den in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Anlagen handelt es sich um im Wesentlichen kontinuierlich arbeitende Prozesslinien. Nicht dargestellt ist, dass auch eine Abarbeitung vom Coil möglich ist, d.h. dass von einem Coil das Material abgehaspelt wird und je nach bestehender Prozesslinie entweder Rechteckplatinen abgelängt werden, beispielsweise wenn ein Beschnitt während oder nach dem

Umformen erfolgt, oder Formzuschnitte, deren Konturenden

Sollmaßen des fertigen Bauteils im Wesentlichen entsprechen.

In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßes Umformwerkzeug 3

schematisch in Vertikalschnittansicht gezeigt, das beispiels- weise in der Anlage gemäß Fig. 1 oder 2 zum Einsatz kommen kann. Das im geöffneten Zustand gezeigte Umformwerkzeug weist wiederum einen Stempel 3.1 und eine Matrize 3.2 zum Umformen einer Magnesiumblechplatine 2 auf. Das Umformwerkzeug 3 enthält keine interne Wärmequelle. Es ist mit einem

Halbzeughalter (Platinenhalter) 3.3 versehen, auf dem die erwärmte Platine 2 ohne direkten Kontakt mit dem Stempel 3.1 und der Matrize 3.2 platzierbar ist. Der als Ablagefläche für die erwärmte Platine 2 dienende Oberflächenbereich 3.31 des Halbzeughalters 3.3 befindet sich im geöffneten

Bestückungszustand des Umformwerkzeuges 3 zunächst oberhalb des Stempels 3.1. Der Oberflächenbereich 3.31 des Halbzeughalters 3.3 weist eine mit nutformigen Ausnehmungen oder Vertiefungen 3.32 versehene Oberflächenstruktur auf. Des Weiteren sind auch in der Oberfläche der den Stempelkopf aufnehmenden Mulde der Matrize 3.2 Ausnehmungen oder

Vertiefungen 3.21 ausgebildet. Die Ausnehmungen bzw. Vertiefungen 3.32 und 3.21 definieren Luftspalte bzw. Luftkanäle, die wärmeisolierend wirken und somit einen schnellen Wärme- bzw. Temperaturverlust der erwärmten Platine 2 verhindern. Die der Platine 2 zugewandte Oberfläche des Stempels 3.1, der zum Umformen der Platine 2 in die Mulde der Matrize 3.2 eingefahren wird, enthält dagegen keine Luftkanäle bildenden Vertiefungen, da diese Stempeloberfläche hier die eigentliche formgebende Oberfläche des Umformwerkzeuges 3 darstellt . Um bei höheren Stückzahlen von aus Magnesiumblech

herzustellen Bauteilen 2' die Temperatur des jeweiligen aus dem Umformwerkzeug 3 zu entnehmenden Bauteils 2' gering zu halten, können der Stempel 3.1 und/oder die Matrize 3.2 auch mit einer aktiven Kühlung (nicht gezeigt) ausgerüstet sein. Eine solche Kühlung kann beispielsweise durch eine Kronenbauweise und/oder durch Kühlkanäle in dem Stempel 3.1 und/oder der Matrize 3.2 integriert sein.