EP2886216B1

EP2886216B1 - Production method for metal sheets made of magnesium and high-strength aluminium

Info

Publication number: EP2886216B1
Application number: EP13400039.7A
Authority: EP
Inventors: Thomas Aurich; Udo Binder; Wolfgang Horke
Original assignee: Aweba Werkzeugbau GmbH AUE
Current assignee: Aweba Werkzeugbau GmbH AUE
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2033-12-17
Also published as: EP2886216A1; PL2886216T3; ES2586038T3

Description

Die Erfindung geht von dem im Oberbegriff des Patentanspruchesdefinierten Verfahren aus, welches auch in JP-A-2003053437 offenbart ist.The invention is based on the method defined in the preamble of patent claim, which is also described in JP-A-2003053437 is disclosed.

Stand der Technik ist, dass zur Sicherstellung einer guten Qualität diese aus Magnesium und aus hochfestem Aluminium zu fertigenden Blechteile in einem Prozessfenster, in einer Arbeitstemperatur zwischen 120 und 380°C liegend zu bearbeiten sind.The state of the art is that in order to ensure good quality, these sheet metal parts to be produced from magnesium and high-strength aluminum are to be processed in a process window, lying at a working temperature between 120 and 380 ° C.

Beispielhaft für andere dem Stand der Technik zuzuordnenden erfinderischen Lösungsbeschreibungen sind in

WO 2012/055688 A1
ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung jeweils nur eines von den förmigen Magnesiumblech-Teilen beschrieben.
Die Anlage besteht aus einem abkühlbaren Umformwerkzeug mit Stempel und Matrize, wobei die Magnesiumblech-Teile mit einer Greifvorrichtung einzeln von einer separat angeordneten Teile-Erwärmungsvorrichtung entnommen und in dieses Einzelwerkzeug eingelegt werden. Nach dem Formen wird das Magnesiumblech-Teil mit einer zweiten Greifvorrichtung aus dem Umformwerkzeug entnommen und abgestapelt.
DD 202 403 A
beinhaltet eine Einrichtung zur beheizten Herstellung von Blechteilen aus Blechbändern, wobei das Umformwerkzeug aus mehreren Einzelwerkzeugen besteht. Es ist ebenfalls abkühlbar. Die Teile-Erwärmungsvorrichtung ist brückenartig über den Blechbändern und separat in einem Abstand vor dem Umformwerkzeug angeordnet.
DE 101 28 199 B4
beinhaltet eine Vorrichtung zur Umformung von Magnesiumblechen, wobei mit einem Einzelwerkzeug eine Wölbung mittels zweier Abrundungen und einer Abkantung in eine Blechtafel eingearbeitet wird. Die Teil-Erwärmungsvorrichtung ist eine Gasheizung, wobei die Gasflammen an den Aktivflächen des Einzelwerkzeuges und an dem Magnesiumblech-Verformungsflächen wirken und diese kontaktieren.
DE 10 2011 051 943 A1 .
DE 10 2010 005 263 A1 und
DE 10 2009 000 981 T5
beinhalten weiterhin Formwerkzeuge mit denen die Bearbeitung erwärmter Blechzuschnitte und Platinen aus hochfestem Aluminium bestehend durchführbar ist.
Aus technischen Gründen verfügen diese Werkzeuge aber nur über Bearbeitungsstellen und Formstationen mit jeweils einer Fertigungsstufe. Damit sind diese Ausbildungen in einem individuellen, mehrstufigen Schneid- und Formteilfertigung nicht einsetzbar.

Exemplary of other prior art inventive solution descriptions are in

WO 2012/055688 A1
a method and an apparatus for producing only one of the shaped magnesium sheet parts described.
The system consists of a coolable forming tool with punch and die, wherein the magnesium sheet parts are removed with a gripping device individually from a separately arranged parts heating device and inserted into this single tool. After molding, the magnesium sheet part is removed from the forming tool with a second gripping device and stacked.
DD 202 403 A
includes a device for heated production of sheet metal parts from sheet-metal strips, wherein the forming tool consists of several individual tools. It is also coolable. The parts-heating device is arranged like a bridge over the metal bands and separately at a distance in front of the forming tool.
DE 101 28 199 B4
includes a device for forming magnesium sheets, wherein a buckle by means of two rounding and a fold is incorporated into a metal sheet with a single tool. The partial heater is a gas heater wherein the gas flames act on and contact the active surfaces of the single tool and the magnesium sheet deformation surfaces.
DE 10 2011 051 943 A1 ,
DE 10 2010 005 263 A1 and
DE 10 2009 000 981 T5
also include molds with which the processing of heated sheet metal blanks and boards made of high-strength aluminum is feasible.
For technical reasons, however, these tools only have processing stations and forming stations, each with a production level. Thus, these training in an individual, multi-stage cutting and molding production can not be used.

Nachteilig ist an diesen erfinderischen Lösungen, dass

die Erwärmungsvorrichtung zur Erwärmung von Blechteilen und Platinen in der Ausbildung als Blechbänder oder als zugeschnittene Blechtafeln und Platinen separiert von dem Bearbeitungswerkzeug zur Teileherstellung angeordnet sind und damit eine verfahrensbehindernde Abkühlung bereits vor der ersten Bearbeitung erfolgt,
an den Einzetwerkzeugen in dem Bearbeitungswerkzeug keine Nacherwärmung oder temperaturkonstanthaltende Aufheizung der Aktivflächen durchführbar ist, so dass an den Schnitt- und Formflächen optische und technologische Funktions- und Qualitätsmängel entstehen können,
bei Erwärmung der Magnesiumblech-Teilen mittels Gasheizungen durch die unmittelbare Flammeneinwirkung auf die Schnitt- und Formflächen ebenfalls optische und technologische Qualitätsmängel feststellbar sein werden und dass
diese bekannten Verfahren und Werkzeugkonstruktionen keine industrielle Herstellung mit großer Fertigungstiefe in Folgeverbundwerkzeugen und Transferwerkzeugen mit einer großen Anzahl von Verfahrensschritten zum Schneiden. Formen und Ausschneiden in Einzelwerkzeugstufen nicht erlauben, da sie jeweils für nur eine Fertigungsstufe konzipiert sind.

A disadvantage of these inventive solutions that

the heating device for heating sheet metal parts and blanks in the form of metal strips or cut sheet metal plates and blanks separated from the machining tool for parts production are arranged and thus a process-hindering cooling takes place even before the first processing,
no reheating or constant heating of the active surfaces can be carried out on the individual tools in the processing tool so that optical and technological defects in function and quality can arise at the cutting and forming surfaces,
When heating the magnesium sheet parts by means of gas heaters by the direct action of flame on the cutting and shaping surfaces also optical and technological quality defects will be detectable and that
these known methods and tool designs no industrial production with great vertical range in progressive dies and transfer tools with a large number of process steps for cutting. Do not allow forming and cutting in single-tool steps as they are designed for one manufacturing step at a time.

Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt deshalb die Problemstellung zu Grunde, dass Verfahren zur Herstellung von Blechteilen aus Magnesium- und hochfestem Aluminium so auszubilden, dass

nach einer grundhaften Erwärmung von Blechband oder Platinen verfahrensbehindernde Abkühlungen oder Zwischenabkühlungen von der ersten Bearbeitung vermieden werden.
ergänzende Erwärmungen an den Einzelwerkzeugstufen zum Ausgleich von Temperaturverlusten und zur Konstanthaltung der nominellen Arbeitstemperatur ermöglicht werden,
optische und technologische Qualitätsmängel an den Aktivflächen der Einzelwerkzeugstufen und an den Schnitt- und Formflächen der Blechteile aus Magnesium- und hochfesten Aluminiumteile ausgeschlossen sind,
ein industrielles Herstellungsverfahren mit großer Fertigungstiefe in einem laufenden Prozess realisierbar ist.
und dass
die Anwendungsvorteile von Blechteilen aus Magnesium und aus hochfesten Aluminiumteilen im Automobilbau und in anderen Produktherstellungsbereichen bezogen auf Leichtgewichtigkeit. Kostenminimierung und Qualität voll zum tragen kommen.

The invention specified in the claim is therefore based on the problem that the method for the production of sheet metal parts made of magnesium and high-strength aluminum in such a way that

after a thorough heating of sheet metal strip or blanks process-hindering cooling or intermediate cooling of the first processing can be avoided.
supplemental heating at the individual tool stages to compensate for temperature losses and to keep the nominal working temperature constant,
optical and technological quality defects on the active surfaces of the individual tool steps and on the cutting and forming surfaces of the sheet metal parts of magnesium and high-strength aluminum parts are excluded,
an industrial manufacturing process with large vertical integration in a running process is feasible.
and that
The application advantages of sheet metal parts made of magnesium and high-strength aluminum parts in the automotive industry and in other product manufacturing areas based on lightweight. Cost minimization and quality come to fruition.

Diese Problemstellung wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst.This problem is solved by a method according to the features of the claim.

Alle für die qualitative Herstellung von Blechteilen aus Magnesium und aus hochfesten Aluminiumteilen erforderlichen Verfahrensschritte laufen durchgängig, nacheinander getaktet sowie gesteuert in einem Folgeverbundwerkzeug oder in einem Transferwerkzeug ab.All required for the qualitative production of sheet metal parts made of magnesium and high-strength aluminum parts process steps run consistently, one after the other timed and controlled in a progressive tool or in a transfer tool.

Durch die im Patentanspruch benannten Verfahrensmerkmale werden die benannten Nachteile des Standes der Technik überwunden und die Problemstellungen gelöst.By the method features mentioned in the claim, the named disadvantages of the prior art are overcome and solved the problems.

Die Erfindung und ihre Anwendung ist im folgenden Teil der Beschreibung ergänzend erläutert. In den Figuren 1 und 2 ist das Verfahren, in einem mehrstufigen Werkzeug ablaufend, vereinfacht mit einer geringen Stufenanzahl ausgestattet grafisch dargestellt.The invention and its application is explained in the following part of the description in addition. In the FIGS. 1 and 2 is the process, running in a multi-stage tool, simplified with a low number of steps equipped graphically.

Das von mehreren Speziatunternehmen bereitgestellte Magnesium- und Aluminiumblech für flächige Bauteile ist wie in Fig. 1 dargestellt als dünnes Blechband 10 von einem Coil 7 direkt abnehm- und abrollbar. Wesentliches Arbeitsmittel des Verfahrens zur Herstellung der Magnesium- und hochfesten Aluminiumblechteile 11 ist ein achtstufiges Folgeverbundwerkzeug 4.The magnesium and aluminum sheet for laminar components provided by several specialist companies is as in Fig. 1 shown as a thin sheet metal strip 10 from a coil 7 directly removable and unrolled. Essential working means of the method for producing the magnesium and high-strength aluminum sheet metal parts 11 is an eight-step progressive tool. 4

In seiner Eingangs-Position 1 findet eine kurzzeitige grundhafte Erwärmung des Blechbandes 10 mittels flächigen Heizkomponenten 5 statt. Für die weitere Verfahrensdurchführung steht ein Temperatur-Prozessfenster zur Verfügung, da auch der Magnesiumwerkstoff eine spezifische Arbeitstemperatur für seine Verarbeitung in guter Qualität benötigt.In its input position 1 is a brief basic heating of the sheet metal strip 10 by means of flat heating components 5 instead. For the further process implementation, a temperature process window is available, since the magnesium material also requires a specific working temperature for its processing in good quality.

In den Fertigungspositionen 2 sind die Einzelwerkzeugstufen für das Schneiden, Formen und Ausschneiden der Magnesiumblech- Teile 11 mit und aus dem Blechband 10 in sechs Stufen statt.In the manufacturing positions 2, the individual tool stages for cutting, forming and cutting out the magnesium sheet metal parts 11 with and out of the sheet metal strip 10 take place in six stages.

Die Heizkomponenten 5 an und in den Aktivflächen der Einzelwerkzeugstufen in den Fertigungspositionen 2 angeordnet gewährleisten

die Konstanthaltung einer einheitlichen Arbeitstemperatur, ohne Überhitzungseffekte sowie
eine geringe und gleichbleibende oder ausgeglichene Eigentemperatur der Einzelwerkzeugstufen sowie der Temperaturen in den Ober- und Unterteilen des Folgeverbundwerkzeuges 4.

Ensure that the heating components 5 are arranged on and in the active surfaces of the individual tool stages in the production positions 2

the constant maintenance of a uniform working temperature, without overheating effects as well
a low and constant or balanced natural temperature of the individual tool stages and the temperatures in the upper and lower parts of the progressive tool 4.

Die qualitätsbestimmende Positionierung und Führung des Blechbandes 10 gewährleistet die Schienenbahn 6 über die gesamte Länge des Folgeverbundwerkzeuges 4. In den Ableit- und Auswurf-Positionen 3 des Folgeverbundwerkzeuges 4 erfolgt die Ableitung der fertig hergestellten Magnesiumblech-Teile 11 über Rutschen in das behälterförmige Transportmittel 8 und Ableitung des Restmateriales der Blechbänder 10 in passende palettenartige Transportmittel 9.The quality-determining positioning and guiding the sheet metal strip 10 ensures the rail track 6 over the entire length of the progressive tool 4. In the discharge and ejection positions 3 of the progressive tool 4, the derivation of the finished magnesium sheet parts 11 takes place via slides in the container-shaped transport 8 and Derivation of the residual material of the metal strips 10 in suitable pallet-like transport 9th

In Fig. 2 ist das mehrstufige Werkzeug 4 als Transferwerkzeug ausgebildet dargestellt. Verfahrenstechnisch ist, dass die vorher bereits kalt geschnittenen Platinen 13 aus Magnesium oder hochfestem Aluminium bestehend mittels Greiferbacken 14 gehalten und einem getakteten, schrittweisen Transport von Einzelwerkzeugstufe zu Einzelwerkzeugstufe in Richtung des Verfahrensablaufes 12 erfahren. Vergleichbar mit dem in Fig. 1 dargestellten Verfahrensablauf erfahren die Blechteile in der Eingangsposition 1 eine grundhafte Erwärmung auf Arbeitstemperatur und in der Fertigungsposition 2 die Konstanthaltung dieser Arbeitstemperatur. Bezugszeichenliste 1 Eingangs-Position an 4 2 Fertigungs-Positionen an 4 3 Ableit- und Auswurf-Position an 4 4 mehrstufiges Werkzeug 5 Heizkomponenten 6 Schienenbahn für 10 7 Coil 8 Transportmittel 9 Transportmittel 10 Blechband 11 Magnesiumblech-Teil (e) 12 Richtung des Verfahrensablaufes 13 Platinen 14 Greiferbacken 15 Schnittstelle für Platinen In Fig. 2 the multi-stage tool 4 is designed as a transfer tool. In terms of process technology, the previously cold-cut blanks 13 made of magnesium or high-strength aluminum are held by means of gripper jaws 14 and undergo a timed, step-by-step transport from the single tool stage to the single tool stage in the direction of the process sequence 12. Comparable to the in Fig. 1 process shown process the sheet metal parts in the input position 1 a basic heating to working temperature and in the production position 2, the constant maintenance of this working temperature. LIST OF REFERENCE NUMBERS 1 Input position at 4 2 Manufacturing locations at 4 3 Discharge and ejection position at 4 4 multi-stage tool 5 Heating components 6 rail track for 10 7 coil 8th Mode of Transport 9 Mode of Transport 10 metal strip 11 Magnesium sheet part (s) 12 Direction of the procedure 13 boards 14 gripper jaws 15 Interface for boards

Claims

Production method for metal sheets made of magnesium and high-strength aluminium in a high vertical range of industrial manufacture where all technological process steps occur in continuous, sequential cycling and control in a multi-step tool in compliance with material-specific and part-specific operating temperatures and where the finished metal sheet parts are dischargeable and removable in a discharging and ejecting position from the multi-step tool by means of part-specific transport means, characterised in
That, directly after uncoiling from coil (7) the unfolded sheets (13) cut from the straightened metal tape (10) are held, positioned, and guided in a rail path (16) or between the gripper jaws (14) of the multi-step tool (4),
That the metal tape (10) or the unfolded sheets (13)
• Successively experience a basic heating on or between heating components (5) in an input position (1) of the multi-step tool (4), and

• In a sequence of further strung production positions (2), a multiple cutting, shaping and blanking with simultaneous sufficient, complementary heating to maintain constant the heating temperature of the metal tape (10), the unfolded sheets (13) or other metal parts produced in the input position (1) at the active surfaces of the production positions (2) allow that all heating components (5) in the production positions (2) and the control of their energy supply is switched on and off depending on the heat difference owed to the situationally different heating temperatures at the active surfaces of the single tool steps, and

• That, starting from the base point positions of the heating components (5), a partial heating only and a compensating, radially structured and also opposing heat expansion leading to low heat impact is feasible through a segmented structure, a separated, isolating arrangement and a small dimensioning of the single tool steps in both, the upper and lower part of the multi-step tool (4) in its production positions (2).