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Title:
METHOD FOR SURFACE-FINISHING A METAL SHEET, AND SURFACE-FINISHED METAL SHEET
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/078524
Kind Code:
A1
Abstract:
A method for surface-finishing a metal sheet (1) is proposed, wherein the metal sheet (1) is rolled with a skin-pass roll, wherein depressions (6) are rolled into at least one surface (7) of the metal sheet (1) during rolling, wherein material is displaced when the depressions (6) are being rolled in, wherein the displaced material is formed into elevations in a targeted manner during rolling. Also proposed is a metal sheet (1).

Inventors:
VOGT, Oliver (Dortmund, DE)
KESSLER, Lutz (Dortmund, DE)
Application Number:
EP2020/078196
Publication Date:
April 29, 2021
Filing Date:
October 08, 2020
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP STEEL EUROPE AG (Duisburg, DE)
International Classes:
B21H8/00; B21B1/22; B21B27/00
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP STEEL EUROPE AG (Kaiser-Wilhelm-Straße 100, Duisburg, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Bleches (1), wobei das Blech (1) mit einer Dressierwalze (3) gewalzt wird, wobei beim Walzen in mindestens eine Oberfläche (7) des Bleches (1) Vertiefungen (6) eingewalzt werden, wobei beim Einwalzen der Vertiefungen (6) Material verdrängt wird, wobei das verdrängte Material beim Walzen gezielt zu Anhebungen (9) geformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anhebungen eine Oberflächenrauheit des Ble ches (1) überragend geformt werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anhebungen (9) durch konkave Formgebungsvertiefungen (10) auf einer Walzenoberfläche der Dres sierwalze (3) gezielt geformt werden, wobei die Flöhe der einzelnen Anhebungen (9) bevorzugt durch die geometrische Ge stalt der Formgebungsvertiefungen (10) bestimmt wird, wobei besonders bevorzugt zur Erzielung einer ersten Flöhe einer ersten Anhebung (9‘) eine erste Formgebungsvertiefung (10‘) mit einer ersten Ausdehnung einer entlang ei ner Flaupterstreckungsfläche der Walzenoberfläche verwendet wird und zur Erzielung einer zweiten Flöhe einer zweiten Anhebung (9“) eine zweite Formgebungsvertiefung (10“) mit einer zweiten Ausdehnung einer entlang der Flaupterstreckungsfläche der Walzenoberfläche verwendet wird, wobei die erste Flöhe größer ist als die zweite Flöhe und die erste Ausdehnung größer ist als die zweite Ausdehnung.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flöhe der einzelnen Anhebungen (9) durch die Anzahl der die Anhebung (9) umgebenden Vertiefungen (6) pro Fläche auf der Oberfläche (7) bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flöhe der einzelnen Anhebungen (9) durch die Ausdehnung der die Anhebung (9) umgebenden Vertiefun gen (6) entlang der Flaupterstreckungsfläche der Oberfläche (7) pro Fläche auf der Oberfläche (7) bestimmt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine oder mehrere Anhe bungen (9) bezogen die Flaupterstreckungsebene der Oberfläche (7) in einer Vertiefung (6) angeordnet geformt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefungen (6) je weils einen Tiefenverlauf entlang der Haupterstreckungsebene der Oberfläche (7) auf weisend gewalzt werden, wobei das Formen der Anhebungen (9) durch den Tiefenver lauf unterstützt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anhebungen (9) mit einer Höhe von jeweils zwischen 0,1 pm und 3,5 pm und bevorzugt zwischen 0,3 pm und 1,8 pm geformt werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefungen (6) be zogen auf eine Haupterstreckungsebene des Bleches (1) als geschlossene Vertiefun gen (6) eingewalzt werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine oder mehrere weite re Vertiefungen (6‘) bezogen die Haupterstreckungsebene der Oberfläche (7) auf einer Anhebung (9) angeordnet eingewalzt werden, wobei die weiteren Vertiefungen (6‘) bezogen auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche (7) bevorzugt als geschlossene weitere Vertiefungen (6‘) eingewalzt wer den, wobei die weiteren Vertiefungen (6‘) besonders bevorzugt mit einer Tiefe zwischen 0,05 pm und 2,5 pm, insbesondere zwischen 0,1 pm und 0,8 pm, auf der Anhebung (9) eingewalzt werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefungen (6) be zogen auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche (7) I-förmig, rechteckig, oval, rund und/oder quadratisch eingewalzt werden.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anhebungen (9) be zogen auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche I-förmig, rechteckig, oval, rund und/oder quadratisch geformt werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefungen (6) mit einer Tiefe von 0,5 pm bis 15 pm, bevorzugt 0,5 pm bis 6 pm und besonders bevor zugt von 2 pm bis 4 pm eingewalzt werden.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Blech (1) durch Schmelztauchbeschichtung beschichtet wird, wobei das Blech (1) vor dem Walzen be schichtet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Blech (1) elektrolytisch be schichtet wird, wobei das Blech (1) nach dem Walzen beschichtet wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Schmierstoff (8.1) in die Vertiefungen (6) eingebracht wird, wobei der Schmierstoff (8.1) vorzugsweise nach dem Beschichten und Walzen eingebracht wird.

17. Blech (1), wobei mindestens eine Oberfläche des Bleches (1) mit einem Verfahren ge mäß einem der vorhergehenden Ansprüche bearbeitet wurde.

Description:
Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Bleches und oberflächenbearbeitetes Blech

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Bleches, wobei das Blech mit einer Dressierwalze gewalzt wird.

Bleche werden üblicherweise mittels mechanischer Umformverfahren, wie z.B. dem Tiefziehen, zu Blechprodukten weiterverarbeitet. Die hierbei in das Blech eingebrachten Kräfte werden über die Oberfläche des Bleches in das Blech übertragen. Es ergeben sich unter anderem aus der Geometrie des Blechproduktes und den im Umformverfahren auftretenden Reib kräften teils sehr hohe lokale Beanspruchungen der Blechoberfläche. Diese lokalen Beanspruchungen, welche sich aus Normal- und Scherkräften zusammensetzen, können während der Umformung erhebli chen Veränderungen unterliegen. Für ein optimales Umformergebnis ist erforderlich, den Blechfluss während des Umformprozesses gezielt steuern zu können.

Neben der Anpassung des Zuschnitts des Bleches vor dem Umformprozess erfolgt die Steuerung des Blechflusses beispielsweise durch eine zusätzliche Schmierung mit Schmierstoffen zur lokalen Vermin derung von Reibkräften zwischen Blechoberfläche und Umformwerkzeug und somit zur Verminderung der Rückhaltekräfte. Eine Erhöhung der Rückhaltekräfte kann zum Beispiel durch den Einsatz von Zieh sicken realisiert werden.

Der Einsatz einer zusätzlichen Schmierung stellt einen erheblichen zusätzlichen Aufwand dar. Zum einen müssen die Schmierstoffe aufwendig aufgebracht werden und zum anderen erhöht sich der Reinigungs aufwand sowohl beim Blechprodukt als auch am Umformwerkzeug. Insbesondere vor dem Hintergrund einer umweltverträglichen Fertigung ist der vermeidbare Einsatz von Schmierstoffen kritisch zu betrach ten.

Aus der Druckschrift DE 10 2012 017 703 Al sind Lasertexturierverfahren bekannt, mit welchen Dres sierwalzen mit einer deterministischen, das heißt mit einer geometrisch bestimmten, Textur versehen werden können. Diese Textur wird während des Dressiervorganges, also des Walzens des Blechs mit der Dressierwalze, auf die Oberfläche des Blechs als Negativ übertragen. Anhebungen auf der Walzeno berfläche resultieren in Vertiefungen in der Oberfläche des Bleches. Die auf diese Weise in die Oberflä che des Blechvorprodukts eingebrachten Vertiefungen finden als sogenannte Schmierstofftaschen Ver wendung, welche einen auf die Blechoberfläche aufgebrachten Schmierstoff halten und während der Umformung mit sich führen. Die Funktionsweise der eingesetzten Schmierstoffe wird im Wesentlichen durch dem Schmierstoff bei gefügte Additive bestimmt. Die Additive können beispielsweise durch eine Anlagerung von Polymerket ten oder auch durch chemische Reaktionen an den metallischen Oberflächen von Umformwerkzeug und/oder Blechvorprodukt die Ausbildung einer Grenzschicht bewirken und einen direkten Kontakt der Oberflächen von Umformwerkzeug und Blechvorprodukt verhindern. Die Bindung zwischen den Poly merketten beruht dabei auf van-der-Waals-Kräften. Daher lassen sich diese vergleichsweise leicht ge geneinander verschieben. Die Bindung der Polymerketten an den Oberflächen von Umformwerkzeug und Blechvorprodukt beruht dagegen auf einer Dipolbindung. Die Grenzschicht ist üblicherweise weni ge Nanometer dünn und lässt sich leicht von den Oberflächen von Umformwerkzeug und Blechvorpro dukt ablösen. Um einen direkten metallischen Kontakt und somit Verschleiß des Umformwerkzeuges und Beschädigung der Oberfläche des Blechvorproduktes durch Adhäsion und Abrasion zu verhindern, ist es somit notwendig, die Oberflächen flächendeckend stetig neu mit Schmierstoff zu benetzen.

Aus Umweltschutzgründen und zur Einsparung von Produktionskosten ist es wünschenswert, möglichst wenig Schmierstoff einzusetzen. Zur Reduktion des Schmierstoffeinsatzes ist es notwendig, den aufge brachten Schmierstoff zielgerichtet an die kritischen Werkzeugbereiche zu transportieren. Zu diesem Zweck muss die Blechoberfläche dahingehend ertüchtigt werden, den Schmierstoff aufzunehmen, mög lichst verlustfrei zu transportieren und entsprechend der auftretenden Beanspruchung lokal freizuset zen.

Relativbewegungen treten bei Blechumformprozessen, wie dem Tiefziehen, insbesondere im Werkzeug flansch und bzgl. der Ziehkante auf. Diese Bereiche unterscheiden sich erheblich in den an auf den Blechwerkstoff einwirkenden Beanspruchungen. Während im Flanschbereich eine vorwiegend flächige Beanspruchung im einstelligen MPa-Bereich vorliegt, treten an der Ziehkante (Ziehradius), insbesondere am Einlauf der Ziehkante sogar linienförmig, erheblich größere Beanspruchungen im Bereich von 40 MPa bis 100 MPa auf, die beispielsweise lokal die Fließgrenze von Zinkwerkstoffen der Beschichtung überschreiten können. Dieses zeigt sich makroskopisch an optisch stark abgegrenzten Übergängen von einer matten Zinkoberfläche im Flanschbereich zu einem metallisch glänzenden Bereich des Blechpro duktes an der Ziehkante und Zarge an der Außenseite des Ziehteils erkennbar.

Die sich im Einzelfall einstellende Beanspruchung hängt auf Grund der aufzubringenden Umformarbeit und des sich hieraus ergebenden Kraftniveaus zudem vom eingesetzten Werkstoff des Bleches ab. Mit steigender Festigkeit des Werkstoffes nehmen die lokalen Beanspruchungen der Oberfläche des Ble ches zu, so dass der oben genannte Effekt insbesondere bei Werkstoffen höherer Festigkeiten zu beob achten ist.

Um die sich aus den Beanspruchungen ergebenden Anforderungen an das Blech zu erfüllen, muss des sen Oberfläche in der Lage sein, die aufgebrachte Schmierstoffmenge vollständig aufzunehmen und zwar derart, dass stets eine ausreichende Benetzung zwischen Blech und Umformwerkzeug gewährleis- tet ist. Es hat sich jedoch in ersten Untersuchungen gezeigt, dass mit dem Lasertexturierverfahren tex turierte Bleche mit geschlossen Schmierstofftaschen auf Grund einer erhöhten Adhäsionsneigung zwi schen der Oberfläche des Umformwerkzeugs der Oberfläche des Blechs insbesondere zu Beginn des Umformprozesses ein nachteiliges ausgeprägtes Maximum im Stempelkraftverlauf aufweisen. Dieses ist darauf zurückzuführen, dass der sich zwischen den rauen Oberflächen von Blech und Umformwerk zeug ergebene Luftspalt in den Bereichen der Vertiefungen auf der Oberfläche des Blechs durch den sich dort befindlichen Schmierstoff überbrückt bzw. geschlossen wird. Je größer der Anteil der Vertie fungen an der Oberfläche des Bleches ist, desto stärker äußert sich die Adhäsion. Von der Druckschrift DE 10 2012 017 703 Al wird beispielsweise ein Flächenanteil der Vertiefungen von 35% vorgeschla gen, was einen ausgeprägten Anstieg der Umformkraft zu Beginn des Umformprozesses bewirkt.

Dieser Effekt wird insbesondere durch glatte Werkzeugoberflächen unterstützt, da diese die Adhäsions neigung unterstützen. Hierdurch wird bereits zu Beginn des Ziehprozesses ein Teil des Formänderungs vermögens aufgezehrt, der für die Ausformung komplexerer Bauteilgeometrien genutzt werden könnte. Hierdurch wird das Anwendungsspektrum von mit Lasertexturierverfahren hergestellten Blechen unnö tig eingeschränkt.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Bleches sowie ein Blech bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik nicht auf weisen, sondern es ermöglichen, eine Adhäsion zwischen Blech und Umformprozess zu Beginn des Um formprozesses zu verringern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Bleches, wobei das Blech mit einer Dressierwalze gewalzt wird, wobei beim Walzen in mindestens eine Oberfläche des Ble ches Vertiefungen eingewalzt werden, wobei beim Einwalzen der Vertiefungen Material verdrängt wird, wobei das verdrängte Material beim Walzen gezielt zu Anhebungen geformt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, durch die Anhebungen gezielt Bereiche der Oberflä che des Bleches bereitzustellen, welche für eine ausreichende Beabstandung zu einem Umformwerk zeug sorgen und so eine Adhäsion zwischen der Oberfläche des Bleches und einer Oberfläche des Um formwerkzeuges verringern. Durch das Einwalzen der Vertiefungen beim Dressieren des Bleches wird Material aus den Vertiefungen verdrängt. Das verdrängte Material wird vorteilhafter Weise zur Formung der Anhebungen genutzt. Die Vertiefungen ertüchtigen die Oberfläche des Blechvorproduktes, beispiels weise einen Schmierstoff aufzunehmen und größtenteils verlustfrei zu transportieren. Erst bei hohen Be lastungen, also dort wo der Schmierstoff zum Schmieren zwischen der Oberfläche des Bleches und ei nem Umformwerkzeug benötigt wird, wird der Schmierstoff durch eine plastische Verformung der Ver tiefungen lokal freigesetzt. Denkbar ist, dass auf die Oberfläche des Blechs ein Schmierstoff aufgetragen wird. Dazu ist denkbar, dass die Oberfläche mit Öl besprüht wird. Ferner ist denkbar, dass zwischen 0,25 g/m 2 und 1,5 g/m 2 Öl auf die Oberfläche aufgetragen wird. Denkbar ist weiterhin, dass eine Dressierwalze verwendet wird, auf welche mit einem Lasertexturierverfahren eine geometrische Textur aufgetragen wurde.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Anhe bungen eine Oberflächenrauheit des Bleches überragend geformt werden. Damit ist es auf vorteilhafte Weise möglich, dass die Beabstandung zwischen dem Blech und einem Umformwerkzeug in einem ho hen Maße kontrolliert wird. Dadurch, dass die Anhebungen durch Rauigkeit erhabene Bereiche überra gen, ist sichergestellt, dass ein Kontakt zwischen der Oberfläche des Bleches und der Oberfläche des Umformwerkzeugs anfänglich größtenteils zwischen den Anhebungen und der Oberfläche des Umform werkzeugs stattfindet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Anhe bungen durch konkave Formgebungsvertiefungen auf einer Walzenoberfläche der Dressierwalze gezielt geformt werden, wobei die Flöhe der einzelnen Anhebungen bevorzugt durch die geometrische Gestalt der Formgebungsvertiefungen bestimmt wird, wobei besonders bevorzugt zur Erzielung einer ersten Flö he einer ersten Anhebung eine erste Formgebungsvertiefung mit einer ersten Ausdehnung einer ent lang einer Flaupterstreckungsfläche der Walzenoberfläche verwendet wird und zur Erzielung einer zwei ten Flöhe einer zweiten Anhebung eine zweite Formgebungsvertiefung mit einer zweiten Ausdehnung ei ner entlang der Flaupterstreckungsfläche der Walzenoberfläche verwendet wird, wobei die erste Flöhe größer ist als die zweite Flöhe und die erste Ausdehnung größer ist als die zweite Ausdehnung. Damit ist es auf vorteilhafte Weise möglich, das Formen der Anhebungen gezielt zu steuern. Es hat sich völlig überraschend gezeigt, dass die Flöhe der Anhebungen durch Änderungen der Ausdehnungen der Form gebungsvertiefungen entlang einer zur Flöhe der Anhebungen orthogonalen Fläche gesteuert werden kann. Beim Dressieren bilden sich zunächst Anhebungen im Bereich von Formgebungsvertiefungen mit großer Ausdehnung entlang der Flaupterstreckungsfläche der Walzenoberfläche aus. Anhebungen im Bereich von Formgebungsvertiefungen mit geringerer Ausdehnung bilden sich erst später. Betrachtet man nun die endliche Zeitdauer des Dressiervorgangs pro Fläche auf der Oberfläche des Bleches, so können durch Formgebungsvertiefungen mit großer Ausdehnung hohe Anhebungen und durch Form gebungsvertiefungen mit kleiner Ausdehnung niedrige Anhebungen geformt werden.

Formgebungsvertiefungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind zum Inneren der Dressierwalze hin gerichtete geometrische Ausbildungen auf der Dressierwalze. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Höhe der einzelnen Anhebungen durch die Anzahl der die Anhebung umgebenden Vertiefungen pro Fläche auf der Oberfläche bestimmt wird. Damit ist auf vorteilhafte Weise eine weitere Möglichkeit geschaffen, das Formen der Anhebungen zu steuern. Die Anzahl der die Anhebung umgebenden Vertiefungen pro Fläche auf der Oberfläche hat Einfluss auf die Menge des verdrängten Materials. Wird weniger Material verdrängt, werden Anhebungen mit geringerer Höhe geformt. Wird mehr Material verdrängt, werden Anhebungen mit größerer Höhe geformt.

Die Vertiefungen und die daraus resultierenden Anhebungen auf der Oberfläche des Bleches hängen neben den geometrischen Verhältnissen der Oberfläche der Dressierwalze insbesondere von den Ma terialeigenschaften des Bleches und von den wirkenden Kräften der Dressierwalzen (Dressierkräfte) ab. Mittels Simulation kann die Geometrie der Walzenoberfläche und dadurch die gewünschten Vertiefun gen und Erhebungen auf der Blechoberfläche gezielt eingebracht werden. Blechseitige Anhebungsradi en für mindestens zwei gegebene Geometrien, welche beispielsweise walzenseitig anhand von Formge bungsvertiefungen mit bestimmter Breite, wobei insbesondere die Längserstreckung der Formgebungs vertiefung größer ist als die Breite, und in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften, die der Simu lation zugrunde liegen, können für abweichende Geometrien auf der Walzenoberfläche, relativ zu den zuvor ermittelten Ausgangsradien, analytisch ermittelt werden und somit zur gezielten Auslegung der Walzenoberfläche beisteuern. Aus dem Anhebungsradius resultiert eine Anhebungshöhe. Bei geschlos senen Konturen auf der Oberfläche des Bleches, welche den Formgebungsvertiefungen entsprechen, ist das jeweils geringste lichte Maß für den Formänderungswiderstand k w bestimmend. Die Materialei genschaften werden anhand der Fließspannung berücksichtigt, die ihrerseits eine Funktion des Umform grades (Dressierkräfte) ist. Insbesondere ist der Formänderungswiderstand einer Oberfläche eines Blechs somit die Summe aller lokalen Formänderungswiderstände. Die Formgebungsvertiefungsbreite ist somit beispielsweise entscheidend für den Materialfluss in eine Formgebungsvertiefung. Gemäß des Prinzips des geringsten Zwanges, vgl. auch Artikel „Inverse 3D-Materialflusssteuerung zur Zwischen auslegung für das Gesenkschmieden“, s. www.researchgate.net/publication/258508368, wird das Ma terial bevorzugt in größere Kavitäten, d.h. breitere Formgebungsvertiefungen, einfließen. Unterschiedli che Formgebungsvertiefungsbereiche können durch einbeschriebene Kreise in der Ebene bzw. räum lich als Kugeln gekennzeichnet und verglichen werden. Sobald ein entsprechendes Druckniveau erreicht ist, beginnt das Material zu fließen. Mit steigendem Druck werden schmalere und/oder tiefere Bereiche der Formgebungsvertiefung mit Material gefüllt. Eine in eine Formgebungsvertiefung eindringe Kugel erfährt eine Verringerung des Radius. Das Verhältnis von Ausgangsradius zu Endradius kann als Um formgrad innerhalb einer Formfunktion q als ein Maß für den Formänderungswiderstand k w aufgefasst werden. Der Formänderungswiderstand k w lässt sich aus dem Produkt k und q ermitteln, wobei g aus dem Produkt aus In ( /h + i) und C, bestimmbar ist, wobei i unterschiedliche Geometrien innerhalb einer Oberfläche lokal berücksichtigt. C ist hierbei ein empirisch zu ermittelnder Faktor, der mittels Simulation und/oder experimentell bestimmt werden kann. Der Faktor C kann in diesem Zusammenhang auch zur Kalibrierung der Simulation mittels experimenteller Daten dienen. Insbesondere werden der Anhebungsradius r von benachbarten Formelementen beeinflusst, wobei im Querschnitt betrachtet ein Kreis definiert wird, welcher einer Formgebungsvertiefung walzenseitig zuge ordnet wird und welcher in mindestens zwei Punkten die Kontur der Formgebungsvertiefung berührt, wobei zwischen den zwei Punkten ein Abstand b ableitbar ist und daraus resultierend die Anhebungs höhe t anhand folgender Formel berechnet werden kann:

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Flöhe der einzelnen Anhebungen durch die Ausdehnung der die Anhebung umgebenden Vertiefungen entlang der Flaupterstreckungsfläche der Walzenoberfläche pro Fläche auf der Oberfläche bestimmt wird. Damit ist auf vorteilhafte Weise eine weitere Möglichkeit geschaffen, das Formen der Anhebungen zu steuern. Die Ausdehnung der die Anhebung umgebenden Vertiefungen entlang der Flaupterstreckungsfläche der Walzenoberfläche pro Fläche auf der Oberfläche hat Einfluss auf die Menge des verdrängten Materials. Wird weniger Material verdrängt, werden Anhebungen mit geringerer Flöhe geformt. Wird mehr Materi al verdrängt, werden Anhebungen mit größerer Flöhe geformt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass eine oder mehrere Anhebungen bezogen auf eine Flaupterstreckungsebene der Oberfläche in einer Vertiefung an geordnet geformt werden. Damit ist es auf vorteilhafte Weise möglich, eine oder mehrere Anhebungen als Insel bzw. Inseln in einer Vertiefung anzuordnen. Die Beabstandung der Vertiefung, welche vorzugs weise mit Schmierstoff gefüllt ist, von einer Oberfläche eines Umformwerkzeugs wird so stabiler und ge zielter, was die Adhäsion zwischen der Oberfläche des Bleches und dem Umformwerkzeug auf vorteil hafte Weise weiter senkt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Ver tiefungen jeweils einen Tiefenverlauf entlang der Flaupterstreckungsebene der Oberfläche aufweisend gewalzt werden, wobei das Formen der Anhebungen durch den Tiefenverlauf unterstützt wird. Damit ist es auf vorteilhafte Weise möglich, die Richtung zu beeinflussen, in welcher beim Einwalzen der Vertie fungen Material verdrängt wird und damit das Formen der Anhebungen besser zu steuern. Ein Tiefen verlauf im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Änderung der Tiefe der Vertiefung parallel zur Flaupterstreckungsebene der Oberfläche des Bleches.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Anhe bungen mit einer Flöhe von jeweils zwischen 0,1 pm und 3,5 pm und bevorzugt zwischen 0,3 pm und 1,8 pm geformt werden. Es hat sich durch aufwendige Simulationen und Experimente ergeben, dass ei ne Flöhe von jeweils zwischen 0,1 pm und 3,5 pm und bevorzugt zwischen 0,3 pm und 1,8 pm optimal für die Ausgestaltung der Anhebungen ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Ver tiefungen bezogen auf eine Haupterstreckungsebene des Bleches als geschlossene Vertiefungen einge walzt werden. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise einen sicheren und größtenteils verlustfreien T rans- port eines Schmierstoffes in den Vertiefungen. Durch die auf die Haupterstreckungsebene der Oberflä che des Bleches bezogen auf eine geschlossene Form kann kein Schmierstoff seitlich aus der Vertie fung herauslaufen. Ferner ist so sichergestellt, dass der Schmierstoff bei einer plastischen Verformung der Vertiefung während eines Umformprozesses in einem Umformwerkzeug freigesetzt wird und nicht entlang einer nicht-geschlossenen Vertiefung aus dem Bereich der plastischen Verformung wegge presst wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass eine oder mehrere weitere Vertiefungen bezogen auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche auf einer Anhe bung angeordnet eingewalzt werden, wobei die weiteren Vertiefungen bezogen auf die Haupterstre ckungsebene der Oberfläche bevorzugt als geschlossene weitere Vertiefungen eingewalzt werden, wo bei die weiteren Vertiefungen besonders bevorzugt mit einer Tiefe zwischen 0,05 pm und 2,5 gm, ins besondere zwischen 0, 1 pm und 0,8 pm, auf der Anhebung eingewalzt werden. Damit wird auf vorteil hafte Weise eine verbesserte Schmierung während eines Umformprozesses bei gleichzeitig verminder ter Adhäsion zwischen Blech und Umformwerkzeug ermöglicht. Durch die weiteren Vertiefungen ist es möglich, ein Schmierstoff gezielt an eine durch die Anhebung erzeugte Berührstelle zwischen der Ober fläche des Bleches und einem Umformwerkzeug zu verbringen. Die geringe Tiefe der weiteren Vertie fung bewirkt dabei, dass so wenig Schmierstoff durch die weitere Vertiefung mitgeführt wird, dass es durch den Schmierstoff in der weiteren Vertiefung zu nicht merklich mehr Adhäsion kommt. Ist eine Be schichtung des Bleches vorgesehen, so ist die Tiefe der weiteren Vertiefung im Sinne der vorliegenden Erfindung die Tiefe der weiteren Vertiefung nach der Beschichtung der Oberfläche des Bleches.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Ver tiefungen bezogen auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche I-förmig, rechteckig, oval, rund und/oder quadratisch eingewalzt werden. Somit ergeben sich beispielsweise wannenförmige Vertiefun gen. Es hat sich gezeigt, dass damit ein sehr effektiver Schmierstofftransport möglich ist. Denkbar ist aber auch, dass die Vertiefungen bezogen auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche des Bleches dreieckig und/oder kreuzförmig sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Anhe bungen bezogen auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche I-förmig, rechteckig, oval, rund und/oder quadratisch geformt werden. Denkbar ist aber auch, dass die weiteren Anhebungen bezogen auf die Haupterstreckungsebene der Oberfläche des Bleches dreieckig und/oder kreuzförmig sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Ver tiefungen mit einer Tiefe von 0,5 pm bis 15 pm, bevorzugt 0,5 pm bis 6 pm und besonders bevorzugt von 2 mih bis 4 mih eingewalzt werden. Damit ist eine gute Anpassung des Volumens der Vertiefungen an das benötigte Volumen an Schmierstoff ermöglicht. Ist eine Beschichtung des Bleches vorgesehen, so ist die Tiefe der Vertiefung im Sinne der vorliegenden Erfindung die Tiefe der Vertiefung nach der Be schichtung der Oberfläche.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Ver tiefungen mit einem Verhältnis von Tiefe zu Volumen der Vertiefung von 1:3 bis 1:15 und bevorzugt 1:5 bis 1:10 eingewalzt werden. Ein entsprechendes Verhältnis wirkt weiterhin positiv auf den Schmierstoff transport und die gezielt lokale Benetzung mit Schmierstoff. Das Volumen der Vertiefung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist das Volumen der Vertiefung nach der Beschichtung der Oberfläche.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Blech durch Schmelztauchbeschichtung, insbesondere Feuerverzinkung beschichtet wird, wobei das Blech vor dem Walzen beschichtet wird. Schmelztauchbeschichtung ist gut beherrscht und bereits in hohem Ma ße in Herstellungsverfahren integriert. Vorzugsweise wird die Oberfläche mit einer geschlossenen Be schichtung beschichtet, wobei beim Einwalzen der Vertiefungen die Beschichtung nicht durchstoßen wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist alternativ vorgesehen, dass das Blech elektrolytisch beschichtet wird, wobei das Blech nach dem Walzen beschichtet wird. Bei elek trolytischen Beschichtungen folgen die Beschichtungen sehr genau dem unbeschichteten geometri schen Verlauf der zu beschichtenden Oberfläche. Daher kann die Beschichtung im Anschluss an das Einwalzen der Vertiefungen erfolgen. Durch diese Reihenfolge ist eine sehr gleichmäßige Beschichtung, auch innerhalb der Vertiefungen, möglich. Denkbar ist, dass als Beschichtung Zink verwendet wird. Zink eignet sich hervorragend als Beschichtung. Bei einer Verarbeitung entsprechenden Verarbeitung des Zinks wird die Fließgrenze des Zinks an den hoch beanspruchten Stellen im Umformwerkzeug überschrit ten, wodurch der Schmierstoff vorteilhaft gezielt freigesetzt wird. Ferner verhindert eine Beschichtung mit Zink Korrosion des Blechproduktes.

Neben der elektrolytischen Beschichtung wie auch der Schmelztauchbeschichtung sind auch andere Be schichtungsverfahren denkbar, wie zum Beispiel PVD, CVD etc.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich oder alternativ vor gesehen, dass ein Schmierstoff in die Vertiefungen eingebracht wird, wobei der Schmierstoff vorzugs weise nach dem Beschichten und/oder Walzen eingebracht wird. Dazu ist denkbar, dass die Oberfläche mit Öl besprüht wird. Ferner ist denkbar, dass zwischen 0,25 g/m 2 und 1,5 g/m 2 Öl auf die Oberfläche aufgetragen wird. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe ist ein Blech, wobei mindestens eine Oberfläche des Bleches mit einem erfindungsgemäßen Verfahren bear beitet wurde.

Alle vorstehenden Ausführungen unter „Offenbarung der Erfindung“ gelten gleichermaßen für das er findungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Blech.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt schematisch ein Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Blech gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während des Dressierens.

Figur 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt der Oberfläche eines Bleches gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 4 zeigt schematisch einen Ausschnitt der Oberfläche eines Bleches gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 5 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Blech und eine Walze gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während des Dres sierens.

Figur 6 zeigt schematisch einen Ausschnitt der Oberfläche einer Walze gemäß einer bei spielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt. In Figur 1 ist das Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Das Blech 1 wird als Band bereitgestellt und mit Dressierwalzen 3 gewalzt. Da bei walzen die Dressierwalzen 3 wannenförmige Vertiefungen in die Oberfläche (siehe Figur 2) des Ble ches 2. Die Vertiefungen sind mehrere Mikrometer tief, mehrere Mikrometer lang und breit und können auf circa 40% der Oberfläche eingewalzt werden. Dazu sind die Dressierwalzen 3 zuvor mit einem La sertexturierungsverfahren so bearbeitet worden, dass sie ein entsprechendes Negativ zum Einwalzen der Vertiefungen auf ihrer Walzenoberfläche aufweisen. Dabei ist bevorzugt, dass das Negativ für jede Vertiefung eine Erhebung aufweist, wobei die Erhebung höher ist als die von der Erhöhung eingewalzte Vertiefung tief ist. Dies ist unter anderem dadurch begründet, dass die Dressierwalzen 3 beim Walzen nicht vollflächig auf der Oberfläche des Blechvorproduktes 2 aufliegen, was zu negativen Effekten für den Walzvorgang führen würde. Um dies zu vermeiden, wird vorzugsweise zwischen Blechvorprodukt 1 und Dressierwalze 3 eine Dressierflüssigkeit angeordnet. Beim Einwalzen der Vertiefungen wird Materi al verdrängt, aus welchem gezielt Anhebungen auf der Oberfläche des Bleches 1 geformt werden (sie he Abbildung 2).

Dem Walzen anschließend werden die Oberflächen in der Beschichtungsanlage 4 elektrolytisch etwa 7 pm dick mit Zink beschichtet. Die Zinkschicht folgt nach dem elektrolytischen Beschichten der Ober flächengeometrie der unterliegenden Oberfläche, insbesondere den eingewalzten Vertiefungen und den geformten Anhebungen. Alternativ denkbar ist, dass das Beschichten mit Zink mittels Schmelztauchbe schichtung respektive Feuerverzinkung durchgeführt wird. Dabei müsste allerdings das Beschichten vor dem Dressieren durchgeführt werden, da eine durch Schmelztauchbeschichtung aufgetragene Be schichtung der Oberflächengeometrie der unterliegenden Oberfläche des Bleches 1, insbesondere den eingewalzten Vertiefungen, weniger gut folgt. Das der Feuerverzinkung nachgeordnete Einwalzen der Vertiefungen und Formen der Anhebungen würde diesen Nachteil jedoch wieder kompensieren.

In der Beölungsanlage 8 wird nun der Schmierstoff 8.1 auf die beschichtete Oberfläche aufgebracht, welcher sich u. a. in den Vertiefungen auf der beschichteten Oberfläche sammelt. Zur Vermeidung un nötiger Kosten und zu Gunsten der Umwelt ist dabei zu beachten, dass nur so viel Schmierstoff 8 auf gebracht wird, wie die Vertiefungen aufnehmen können.

Das gewalzte und beschichtete und zusätzlich beölte Blech 1 in Form eines Bandes wird zu einer Platine abgelängt, welches anschließend einer Umformung in einem Umformwerkzeug 5 zu einem Blechpro dukt 2 unterzogen wird. Beispielhaft dargestellt ist hier das Tiefziehen als eine mögliche Form des Um formens. Das noch platinenförmige Blech 1 wird in das Umformwerkzeug 5 eingelegt. Äußere Ränder des Bleches 1 werden von Niederhaltern 5.3 des Umformwerkzeuges 5 auf Flanschen 5.4 des Umform werkzeuges 5 festgehalten, während der Stempel 5.1 den inneren Bereich des Bleches 1 in die Matrize 5.2 presst. Dabei entstehen auf das Blech 1 wirkende Belastungen, unter anderem an den Niederhal tern 5.3, am Flansch 5.4 und am Stempel 5.1. Diese Belastungen bewegen sich im einstelligen MPa- Bereich. Insbesondere zu Beginn des Umformprozesses kommt es bei Blechen gemäß dem Stand der Technik zu einer unerwünschten Adhäsion zwischen der Oberfläche des Bleches und dem Umformwerk zeug 5. Grund dafür ist, dass das in den Vertiefungen mitgeführte Schmiermittel in einen durch die Ober flächenrauigkeit des Bleches und des Umformwerkzeugs 5 gebildeten Luftspalt einfließt. Dies wird durch die Anhebungen auf der Oberfläche des erfindungsgemäßen Bleches 1 verhindert. Die Anhebungen sorgen für einen ausreichenden Luftspalt zwischen dem Blech 1 und dem Umformwerkzeug 5, so dass die Adhäsion wirkungsvoll verringert wird.

An den Ziehkanten 5.5 wirken ebenfalls Belastungen auf das Blech 1. Die Belastungen hier sind jedoch deutlich höher als an den Niederhaltern 5.3, am Flansch 5.4 und am Stempel 5.1 und liegen in einem Bereich, in dem die Beschichtung plastisch verformt wird, die Vertiefungen also zerstört und der in den Vertiefungen enthaltene Schmierstoff 8.1 zum Schmieren freigesetzt wird. Durch den Blechfluss von den Flanschen 5.4 in Richtung der Ziehkanten 5.5 während des Tiefziehvorgangs werden immer wieder neue Vertiefungen zu den Ziehkanten 5.5 transportiert, welche dort ebenfalls durch plastische Verformung zerstört werden und den enthaltenen Schmierstoff 8.1 freisetzen. Somit ist eine kontinuierliche und sehr genau gezielte lokale Schmierung ermöglicht. Der Fachmann versteht, dass das erfindungsgemäße Ver fahren ebenfalls bei anderen Umformverfahren eingesetzt werden kann. Nur als weitere Beispiele seien das Biegen, das Verwinden, das Drücken und das Streckziehen genannt, wobei die genannten Beispiele keine vollständige Aufzählung der möglichen Umformverfahren sind.

In Figur 2 ist schematisch ein Schnitt durch ein Blech 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während des Dressierens dargestellt. Zu erkennen ist ein Schnitt orthogonal zur Flaupterstreckungsebene der Oberfläche 7 des Bleches 1. Die Dressierwalze 3 walzt mit den Form gebungsanhebungen 11 Vertiefungen 6 in die Oberfläche 7 des Bleches 1. Das aus den Vertiefungen 6 verdrängte Material wird in den Formgebungsvertiefungen 10, 10‘, 10“ zu Anhebungen 9, 9‘, 9“ ge formt. Die Flöhe Anhebungen 9, 9, 9“ wird dabei durch die Ausdehnung der Formgebungsvertiefungen 10, 10‘, 10“ gesteuert. Die erste Formgebungsvertiefung 10‘ weist eine große Ausdehnung entlang der Flaupterstreckungsfläche der Walzenoberfläche auf. Die in der ersten Formgebungsvertiefung 10‘ ge formte erste Anhebung 9‘ wird schnell geformt und erwächst während des Dressiervorgangs so zu ei ner großen Flöhe. Die zweite Formgebungsvertiefung 10“ weist eine geringe Ausdehnung entlang der Flaupterstreckungsfläche der Walzenoberfläche auf. Die in der zweiten Formgebungsvertiefung 10“ ge formte zweite Anhebung 9“ wird langsamer geformt und erwächst durch die nur endliche Zeit des Dres siervorgangs so zu einer geringeren Flöhe.

Figur 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt der Oberfläche 7 eines Bleches 1 gemäß einer beispielhaf ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zu erkennen sind Vertiefungen 6, deren Projektionen auf die Flaupterstreckungsebene der Oberfläche 7 I-förmig sind. Die Vertiefungen 6 weisen den Schmier stoff (hier nicht gezeigt) auf. Die Oberfläche 7 weist auf mehr als 30% ihrer Fläche die Vertiefungen 6 auf. In den Vertiefungen 6 vollständig von den Vertiefungen 6 umschlossen sind die Anhebungen 9 an geordnet. Figur 4 zeigt schematisch einen Ausschnitt der Oberfläche 7 eines Bleches 1 gemäß einer weiteren bei spielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zu erkennen sind Vertiefungen 6. In den Ver tiefungen 6 vollständig von den Vertiefungen 6 umschlossen sind die Anhebungen 9 angeordnet. Auf den Anhebungen 9 vollständig von den Anhebungen 9 umschlossen sind die weiteren Vertiefungen 6‘ angeordnet. Die, wie die Vertiefungen 6, mit Schmierstoff (hier nicht gezeigt) gefüllten weiteren Vertie fungen 6‘ verbessern das Schmieren der Oberfläche 7 des Bleches 1 im Umformwerkzeug weiterhin, ohne dabei jedoch zu einer merklich vermehrten Adhäsion zwischen der Oberfläche 7 des Bleches 1 und dem Umformwerkzeug beizutragen. Die Menge des Schmierstoffes in den weiteren Vertiefungen 6‘ ist zu gering, um die Adhäsion nachteilig zu verstärken.

Figur 5 zeigt im Schnitt eine Geometrie der Walzenoberfläche, welche in Form von Formgebungsvertie fungen 10, 10‘, 10“ auf der Walze 3 von links nach rechts in der Breite bzw. in der Erstreckung ab nimmt. Die unterschiedliche Geometrie auf der Oberfläche der Walze 3 respektive die Abnahme der Brei te hat Einfluss auf die Ausbildung der Anhebungen 9, 9, 9“ auf der Oberfläche 7 des Bleches 1, so dass Anhebungen 9, 9‘, 9“ gezielt einstellbar sind durch entsprechende Strukturierung der Oberfläche der Walze 3. Unterschiedliche Formgebungsvertiefungsbereiche können durch einbeschriebene Kreise in der Ebene gekennzeichnet und verglichen werden. So ergeben sich in dieser Darstellung vier Kreise mit vier unterschiedlichen Radien r, welche jeweils die Kontur der zugeordneten Formgebungsvertiefung in zwei Punkten berührt, woraus der jeweilige Abstand b ableitbar ist. Daraus wiederrum kann die Anhe bungshöhe t bestimmt werden. Zu entnehmen ist, dass Material aus dem Bereich der schmälsten Form gebungsvertiefung (ganz rechts) in Richtung der links daneben angeordneten Formgebungsvertiefung verdrängt wird, so dass dort eine größere Anhebungshöhe eingestellt werden kann. In der breitesten Formgebungsvertiefung (ganz links) kann leichter Material einfließen, wobei in der Formgebungsvertie fung rechts daneben infolge einer Druckverminderung weniger Material einfließen kann. Die gezeigten, optionalen kleinen Formgebungsvertiefungen jeweils zwischen den Formgebungsvertiefungen mit vari ierender Breite weisen derart hohe Fließwiderstände auf, sodass zu Beginn des Dressierens kaum Ma terial einfließt, sondern sich die Form erst mit zunehmenden und sehr hohen Walzkräften füllt.

Angewandt auf Formgebungsvertiefungen mit variabler Breite ergeben sich somit unterschiedliche An hebungshöhen t als Funktion der lokalen Breite b. Beispiele sind der folgenden Tabelle zu entnehmen: Figur 6 zeigt schematisch einen Ausschnitt der Oberfläche einer Walze 3 gemäß einer weiteren beispiel haften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zu erkennen sind Formgebungsvertiefungen 10, 10‘, 10“, die unterschiedlich ausgeführt sein können. Kreisförmig dargestellt sollen Anhebungen 9, 9‘, 9“ gekennzeichnet sein, die unterschiedliche Radien r und unterschiedliche Anhebungshöhen t lokal aufweisen können.

Bezugszeichenliste

1 Blech

2 Blechprodukt 3 Dressierwalze

4 Beschichtungsanlage

5 Umformwerkzeug

5.1 Stempel

5.2 Matrize 5.3 Niederhalter

5.4 Flansch

5.5 Ziehkante

6 Vertiefung 6 weitere Vertiefung 6.1 Boden

7 Oberfläche

8 Beölungsanlage

8.1 Schmierstoff

9, 9‘, 9‘“ Anhebung 10, 10‘, 10“ Formgebungsvertiefung

11 Formgebungsanhebung r Radius Kreis, Kugel t Anhebungshöhe b Abstand zwischen zwei Punkten