用于工件的表面处理的方法.pdf

本发明涉及一种用于工件(2)的表面处理的方法，特别是为了热成型而对有镀膜的金属的工件(2)的表面处理。为了实现工件(2)的更好的表面处理，建议采取以下步骤:b)将工件(2)部分地或者全面地加热到至少为Ac1的温度，c)使用至少一股压缩空气气流(7)对加热后的工件(2)进行工件表面(12)的清洁，d)对加热并且清洁过的工件(2)进行成型加工，以及e)对已成型的工件(2)进行冷却。

1.  一种用于工件(2)的表面处理的方法,特别是为了热成型而对有镀膜的金属的工件(2)的表面处理，所述方法包含以下步骤:
b)将所述工件(2)部分或全面地加热到至少为Ac1的温度，
c)使用至少一股压缩空气气流(7)对已加热的所述工件(2)的工件表面(12)进行清洁，
d)对加热并且清洁过的所述工件(2)进行成型加工，以及
e)对已成型的所述工件(2)进行冷却。

2.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤c)中的所述压缩空气气流(7)具有的倾角(α,α’)在10°到80°之间的区间内，特别是在20°到70°之间的区间内。

3.  根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤c)中使用多股具有不同倾角(α,α’)的所述压缩空气气流(7)对所述工件表面(12)进行清洁。

4.  根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤c)中将所述压缩空气气流(7)以高于环境温度的温度导向所述工件表面(12)。

5.  根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤c)中所述压缩空气气流(7)包含来自用于加热所述工件(2)的指定加热炉(4)内的预热的空气。

6.  根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，在用于加热所述工件(2)的指定加热炉(4)内实施所述步骤c)。

7.  根据权利要求1至6中任意一项所述的方法，其特征在于， 在所述步骤c)中增加所述压缩空气气流(7)中的氧气含量。

8.  根据权利要求1至7中任意一项所述的方法，其特征在于以下步骤:
ca)吸出在所述步骤c)中通过所述压缩空气气流(7)从所述工件表面(12)上去除的不洁物。

9.  根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其特征在于在所述步骤b)前实施的以下步骤:
a)所述工件(2)的冷成型加工。

10.  根据权利要求1至9中任意一项所述的方法，其特征在于，所述工件(2)的镀膜含有锌或锌合金。

用于工件的表面处理的方法
技术领域
本发明涉及一种用于工件的表面处理的方法，特别是为了热成型而对镀膜的金属的工件的表面处理。
背景技术
热成型是熟知的并且常用于使金属的材料塑性变形的方法。与冷成型相反的是，热成型在高于待成型的工件的再结晶温度的温度下进行，并因此能够达到非常高的变形程度。由于热成型所必需的工件的加热而存在了这样的风险，即，镀膜的部分脱落并成为不洁物黏结在加热后的工件上。这样的不洁物可能会在后续的热成型过程中损坏(挤压)工具或者降低完成的配件的表面质量以及尺寸稳定性，因此应该避免其产生。
由DE 10 2007 012 180 B3已知一种用于在直通式炉内热处理金属制半成品的方法。该直通式炉具有两个区域，以传送方向一个接一个地设置这两个区域并且通过隔板使其尽可能相互分隔。可以移动隔板，以便于能够根据传输通过加热炉的半成品的大小对其位置进行调整。在直通式炉的两个区域内都设有供热装置，这些供热装置实施为煤气燃烧器并且可以借由这些装置在两个区域内设定不同的温度。
根据DE 10 2007 012 180 B3的教导，可以在两个区域中的每个里面的上方设置用于产生气流并且将此气流导向位于区域内的半成品上的鼓风机。加热炉具有输入管道，借由这些输入管道可以从外部导入空气或保护气体。此外还具有回程管道，借由这些回程管道可以将气体从加热炉内引出并且再次导入到加热炉内—也就是使气体循环。就此可以实现对循环的气体的冷却。这两种管道在鼓风机的区域内通入加热炉内。通过鼓风机以及输入和回程管道，产生了不同的处理半成品的可能性。在将加热过的半成品从直通式炉中输出后，应 该将半成品输送到下一个处理或成型工序。
从DE 10 2007 012 180 B3中已知的解决方案具有多个缺陷。所述解决方案的一个缺陷在于，通过鼓风机产生的气流始终为垂直的，即，以大约90°的角度击中半成品。却不能够设置其他的角度，例如基于流体力学的理由所期望的角度。另一个缺陷在于，通过鼓风机不能产生定向的压缩气流却只能产生具有极小压力的漩涡气流。
发明内容
鉴于这样的技术背景本发明的目的在于，这样设计以及改进开头以及前文中所述的方法，即，实现优化的工件表面处理。
通过根据权利要求1所述的方法而达到了这一目的。
根据本发明的方法涉及一种用于工件的表面处理的方法，特别是为了热成型而对镀膜的金属的工件的表面处理。工件的表面处理尤其可以涉及到工件表面的清洁。特别是针对随后应热成型加工的金属工件而进行处理。因此这个处理应该起到为热成型做准备的用途。工件可以涉及到例如钢制的板材或者薄片，其厚度小于3.5毫米，尤其小于2.5毫米。工件可以具有镀膜，这个镀膜尤其包含锌、铝或镁(或者由这些元素组成的合金)。
根据本发明的方法具有至少以下步骤:b)将工件部分地或者全面地加热到至少为Ac1的温度；c)使用至少一股压缩空气气流对加热后的工件进行工件表面的清洁；d)对加热并且清洁过的工件进行成型加工；以及e)对成型的工件进行冷却。
步骤b)涉及工件的加热，并且能够在一个加热炉内，例如在辊底式加热炉内或者在“分批加热炉”内完成。工件必须加热到高于工件的再结晶温度的温度，因为只有在这个温度区间可以实现热成型加工。依据材料的原料及其具体的合金组成成分而定，再结晶温度会有所不同。因此应该将工件部分地或全面地加热到至少Ac1的温度，优选加热到至少Ac3的温度。对于钢而言Ac1可以理解为这样的(转变)温度，即，以这个温度加热时奥氏体开始形成。对于钢而言Ac3可以理解为这样的(转变)温度，即，以这个温度加热时从铁素体向奥氏体 的转变终止。对工件表面的清洁通过压缩空气气流完成。压缩空气气流可以理解为任意包含了空气的气流；除了空气以外还可以具有其他的组成成分。优选以至少4bar,特别是至少为6bar的操作压力或压缩压力产生压缩空气气流。此外，每股压缩空气气流优选地具有至少为100l/min的体积流量，特别是至少为200l/min的体积流量。至今为止，常常不考虑使用压缩空气进行喷射，因为这会导致工件的快速冷却(通过“对流”而热传导)。尽管如此，可以例如通过在加热炉内进行压缩空气的喷射和/或使用加热的空气进行喷射来限制或者完全地阻止冷却。以这种方法甚至可以通过压缩空气气流来使工件的温度进一步升高。通过“压缩空气淋浴”可以将不洁物从工件上清除，这些不洁物黏着在工件上并且可能会在后续的热成型加工中对(挤压)工具造成损坏或者降低完成的配件的表面质量以及尺寸稳定性。不洁物的产生原因是镀膜的部分脱落，例如锌氧化膜或锌锰氧化膜或铝氧化膜。在清洁后随后完成热成型(步骤d)以及工件的冷却(步骤e)。步骤d)和e)可以依次或者同时完成。
根据本方法的设计方案这样设置，即，压缩空气气流在步骤c)中具有的倾角在10°到80°之间的区间内，特别是在20°到70°之间的区间内。这个倾角理解为平坦的工件的表面与压缩空气气流的中轴之间的夹角。对于具有不平坦表面的工件而言，其倾角理解为平坦的—在这个情况下想象的—工件表面与压缩空气气流的中轴之间的夹角。因此对于辊底式加热炉而言，这个倾角—无关于工件的几何形态—始终相当于通过辊子而形成的工件的传输平面与压缩空气气流中轴之间的夹角。通过压缩空气气流在设定的角度区间内的倾斜，实现了非常全面地将不洁物从工件上清除。反之，90°的倾角只可能会把不洁物垂直压在工件表面上。
在本方法的另一个设计中这样设置，在步骤c)使用具有不同倾角的多股压缩空气气流对工件表面进行清洁。通过设置不同的倾角，可以特别有效地实现不洁物的去除。例如可以为了将不洁物从工件表面上的分离而优化第一股压缩空气气流的倾角，同时可以为了将已经分离的不洁物从工件表面上吹走而优化第二股压缩空气气流的倾角。 替代不同的倾角的设置或者在不同的倾角的基础上额外地，压缩空气气流可以具有不同的方向并且例如在侧面对准，从而将不洁物从工件的侧面吹下。
在本方法的另一种设计方案中这样设置，即，在步骤c)中将压缩空气气流以高于环境温度的温度导向工件表面。换言之，应该对压缩空气气流进行加热或者预热。加热的压缩空气气流的好处在于不会使已加热的工件降温至低于再结晶温度的温度，由于这样的强烈冷却可能会使随后的热成型难以实现并且因此部分地破坏了之前对工件进行的高耗能的加热的效果。优选地，将具有一定温度的压缩空气气流导向工件表面上，这个温度至少相当于工件加热后的温度。通过将压缩空气气流温度设定为高于工件温度甚至可以实现工件的进一步加热。
根据本方法的另一个教导这样设置，即，在步骤c)中压缩空气气流包含来自用于工件的加热的指定加热炉内的预热的空气。通过使用来自加热炉的已加热的空气，可以免除单独用于加热压缩空气气流的加热炉。同时可以实现，使压缩空气气流具有与加热炉内部始终相同的温度，并且因此也具有与加热炉内加热的工件大约相同的温度。压缩空气气流仅由加热炉的热空气组成或者除了加热炉的热空气以外还具有其他的组成部分(例如加热炉热空气与周围环境的冷空气的混合物)。
根据本方法的另一种设计方案而这样建议，即，在用于工件的加热的指定加热炉内实施步骤c)。在加热炉内部喷射压缩空气具有多个好处。其中一个好处在于，由于在压缩空气的喷射过程中可以通过加热炉对工件进一步进行加热，能够防止工件的冷却。另一个好处在于，加热炉形成了将工件包围的全面或尽可能封闭的外罩，这以有利于环境与健康的方式使对从工件上吹下的不洁物的收集成为可能。此外，这还降低了由于大面积表面扬起的不洁物而造成的火灾和爆炸的风险。
本方法的另一个实施方案这样设置，即，在步骤c)中增加压缩空气气流中的氧气含量。通过加氧气的混合物可以例如避免氧化物和 /或氮化物的形成。氧化物和/或氮化物是非常坚硬的化合物，这种化合物在热成型加工时可能会导致对挤压工具更大的磨损损伤。
本方法的另一个设计方案特征在于以下步骤:ca)吸出在步骤c)中通过压缩空气气流从工件表面去除的不洁物。这个吸出步骤还起到降低对环境和健康的危害这一用途。可以持续地或以一定时间间隔地—即间歇地—完成吸出步骤。在使用辊底式加热炉的情况下，因为不洁物由于重力作用总归会积聚在辊子下的区域，可以优选地在辊子下面收集并吸出不洁物。
本方法可以根据另一种实施方案通过在步骤b)之前实施以下步骤而得到补充：a)工件冷成型加工。前置的冷成型的好处在于，使工件可以预先定形并且只需要在热成型过程中再对其进行轻微的变形或校正处理。
最后根据本方法的另一种设计方案可以这样设置，即，工件的镀膜含有锌或锌合金。镀锌膜能够提供有效的防腐蚀保护并因此经常得到使用。镀锌膜中的个别成分在加热时可能会从工件表面上脱落，从而使通过压缩空气气流而对工件进行的清洁步骤针对镀锌膜而言特别有好处。
附图说明
下面根据仅示出了一种优选实施例的附图，对本发明进一步进行说明。其中：
图1示出了用于实施根据本发明的方法的设备的第一种方案，
图2示出了用于实施根据本发明的方法的设备的第二种方案，
图3示出了用于清洁工件表面的两个喷嘴以及两股压缩空气气流，
图4示出了根据本发明的方法的流程的示意图。
具体实施方式
在图1中，示出了用于实施根据本发明的方法的设备1的第一种方案。设备1包含了多个工作站，在这些工作站内可以对工件2依次 进行加工或处理。图1中所示的设备1中所涉及的工件2为金属的板材或薄片，这些工件以箭头方向通过设备1。在图1中示出的设备1具有作为第一工作站的用于对工件2进行冷成型加工的装置3。装置3可以为一种压力机，在这个压力机中使工件2塑性变形。变形的工件2此后进入作为设备1下一个工作站的加热炉4内。在图1中所示的加热炉4为辊底式加热炉，在这个加热炉中，在辊子5上传送并且加热已经变形的工件2。也可以安装将工件2分层布置的分批加热炉来代替这种辊底式加热炉，就像从DE 10 2010 043 229 A1中已知的那种。
在加热炉4内部设置有两个喷嘴6，从这两个喷嘴中分别喷出对准已经加热的工件2的压缩空气气流7。喷嘴6分别具有中轴，这些中轴相对通过辊子5所形成的输送平面—图1中没有示出—以倾角α倾斜。这引起了这样的后果，即，从喷嘴6中喷出的压缩空气气流7同样地倾斜并且因此倾斜地冲击到工件2上。通常压缩空气气流7从喷嘴6中喷出后会扩大其横截面积，由此会产生例如圆锥形的具有开放角度β的气流束形状—这个开放角度在图1中也没有示出。通过压缩空气气流7对工件2倾斜的冲击，有效地清洁了工件。由于对工件2的气流喷射在加热炉4内部进行，还可以避免了工件2的冷却。
对于在图1中所示的设备1，通过用于对工件2进行热成型加工的装置8构成了下一个工作站。就像用于冷成型的装置3，用于热成型的装置8也可以是一种压力机，在其顶面与底面之间使工件2轻微地塑性变形或得到校正。可以这样设置，即，用于热成型的装置8具有冷却通道9，从而在热成型过程中对工件2进行冷却。
最后图1所示的设备1具有两个对工件2进行后加工或后处理的工作站。就此，首先涉及到切削装置10，这个装置可以例如是激光切削装置。在对工件2进行切削以后，可以在喷射箱11内对其进行喷射，这个喷射可以大概是一种具有喷砂或者喷丸的喷射。
图2示出了用于实施根据本发明的方法的设备1’的第二种方案。已经根据图1而描述过的设备1的区域在图2中用同样的附图标记来表示。图2中所示的设备1’由此而特别不同于图1中所示设备1，即，没有在工件2进入加热炉4之前对其进行冷成型加工。与之相应地， 在设备1’中去除用于冷成型的装置3并且将工件2以还没有变形的平坦的状态输入到加热炉4内。随后在加热炉4内对工件2的加热以及喷射处理同样地在工件没有变形的状态下完成。直到工件2从加热炉4中出来以后才会在装置8内对其进行第一次(热)成型加工。因此在图2中所示的过程也可以描述为“直接热成型”，而在图1中所示的过程可以描述为“间接热成型”。图1中的设备1和图2中的设备1’的另一个区别在于，设备1’中还去除了第二个后处理的工作站，即喷射箱11。
在图3中示出了清洁工件表面12时的两个喷嘴6以及两股压缩空气气流7。工件2在图3中所示的情况下还没有变形；此工件因此具有平坦的工件表面12。两个喷嘴6具有中轴13,13’，这两个中轴相对工件表面12以倾角α,α’而倾斜。倾角α,α’优选地处于10°到80°区间(起始于工件表面12)。在图3中所示的两个喷嘴6以不同程度地倾斜并且具有例如α＝20°和α’＝70°的倾角。喷嘴6的倾斜引起了这样的后果，即，从喷嘴6中喷出的压缩空气气流7同样地倾斜并且因此倾斜地冲击到工件2的工件表面12上。在图3中所示的压缩空气气流7在从喷嘴6中喷出后扩大其横截面积，由此产生了具有开放角度β，β’的圆锥形或截锥形的气流束形状。在图3中所示的压缩空气气流7具有例如在10°到50°区间的开放角度β，β’。
图4以示意图示出了根据本发明的方法的流程。首先对待处理的工件2进行冷成型加工。可以将其理解为以低于再结晶温度的温度(通常在室温条件下)进行的成型加工。冷成型加工仅是可选的并且可以免除(在图4中通过虚线框来表示)。在下一个步骤中会加热待处理的工件2。为了准备工件2下一步的热成型加工，优选部分或全面地加热到明确高于Ac1或Ac3的温度下。在部分的或全面的加热后，利用压缩空气气流7对工件表面12完成清洁。通过压缩空气气流7，可以从表面12去除不洁物。优选地使加热和清洁处理都在加热炉4内进行，例如在辊底式加热炉内。在清洁后进行热成型加工。因为之前已经对工件2的表面12完成了清洁，可以排除不洁物以及由此而造成的成型工具的损坏的可能性。在热成型加工过程中和/或过程后完成—图4中没 有示出的—工件2的冷却。在热成型加工后可以最后进行工件2的后处理。后处理可以是例如对工件2的切削或喷射(例如喷砂，喷丸)。后处理也仅为可选工序并且能够被免除(在图4中通过虚线框来表示)。
附图标记说明
1,1’:设备
2:工件
3:用于冷成型的装置
4:加热炉
5:辊子
6:喷嘴
7:压缩空气气流
8:用于热成型的装置
9:冷却通道
10:切削装置
11:喷射箱
12:工件表面
13,13’:中轴
α,α’:(喷嘴6或压缩空气气流7的)倾角
β,β’:(压缩空气气流7的)开放角度