DE10149221C1 - Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines gehärteten BlechprofilsInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils 4 aus einer gegebenenfalls vorgeformten Platine 1 wird zunächst zumindest eine topfartige Ausformung 2 an der Platine 1 ausgeformt. Anschließend wird die Platine 1 in einem Pressenwerkzeug 3 zum Blechprofil warm umgeformt und gehärtet. Hierbei erfolgt im Pressenwerkzeug 3 eine endformgebende Kalibrierung der Ausformung 2. Vorzugsweise wird eine Ausformung 2 hergestellt, deren Abmessungen von Durchmesser und Tiefe ein Verhältnis von 2 : 1 aufweisen. In Nachfolgeoperationen kann das Blechprofil 4 beschnitten werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blech
profils aus einer gegebenenfalls vorgeformten Platine. Der Begriff Platine
wird nachfolgend einheitlich sowohl für eine ebene Stahlblechplatine als
auch für ein bereits vorgeformtes Halbzeug verwendet.
Durch die DE 24 52 486 A1 zählt ein Verfahren zur Herstellung eines ge
härteten Blechprofils aus einer Platine in einem Presshärtverfahren zum
Stand der Technik. Hierbei wird eine aus einem härtbaren Stahl bestehende
Platine auf Härtetemperatur erhitzt, dann in einem Pressenwerkzeug warm
umgeformt und anschließend ausgehärtetet, während das Blechprofil im
Pressenwerkzeug verbleibt. Da das Blechprofil bei der im Zuge des Här
tungsvorgangs vorgenommene Kühlung im Pressenwerkzeug eingespannt
ist, erhält man ein Produkt mit guter Maßhaltigkeit.
Das Warmumformen und Härten im Pressenwerkzeug ist aufgrund der Kom
bination von Umform- und Vergütungsvorgang in einem Werkzeug eine
rationelle Arbeitsweise.
Im Rahmen der WO 99/07492 A1 ist vorgesehen, das vorbeschriebene Press
härtverfahren zu modifizieren und im Pressenwerkzeug die randseitigen Be
reiche von vorgefertigten Löchern abzubiegen, so dass Kragen entstehen.
Das Abbiegen der Löcher geschieht im Pressenwerkzeug vor dem Härten.
Die Öffnungen im Blechprofil sollen als Durchführungslöcher für Befesti
gungsschrauben dienen. Im Stand der Technik ist es auch üblich, solche
fachterminologisch als Durchzüge bezeichnete Öffnungen als Referenz
löcher bzw. Aufnahmen für die positionsgenaue Ausrichtung des Blechprofils
in Folgeprozessen zu nutzen. Des Weiteren dienen sie als Montagefrei
gänge oder als Versteifungsmaßnahme.
Das Ausformen der Durchzüge im Pressenwerkzeug bringt jedoch einen
vergleichsweise großen Werkzeugverschleiss mit sich. Auch ist nur eine
begrenzte Umformung des Kragens möglich. Nachteilig wirken sich zudem
die gegenüber dem konventionellen Kaltumformen höheren Fertigungs
kosten aus.
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von gehärteten Blechprofilen öko
nomischer und rationeller zu gestalten.
Die Lösung dieser Aufgabe zeigt Patentanspruch 1 auf. Danach werden an
der Platine eine oder mehrere topfartige Ausformungen hergestellt, und zwar
bevor die Platine in einem Pressenwerkzeug zum Blechprofil warm umge
formt und gehärtet wird.
Die Ausformungen können beliebige Formen aufweisen. Sie können bei
spielsweise rund oder oval gestaltet sein.
Da die topfartigen Ausformungen vor dem Warmumformprozess hergestellt
werden, ist der Werkzeugverschleiss im Vergütungswerkzeug geringer.
Durch die Herstellung der Töpfe in einem Vorformwerkzeug ist zudem die
Formgebungsmöglichkeit sehr viel größer. Im Vorformwerkzeug kann eine
topfartige Ausformung auch in mehreren Stufen hergestellt werden. Insge
samt werden die Fertigungskosten verringert.
Das Blechprofil kann in Folgeprozessen anhand der Ausformungen als Refe
renzpunkte aufgenommen werden und ist so exakt lagepositioniert. Selbst
verständlich können die Ausformungen auch als Versteifung des Blechprofils
dienen.
Eine besonders vorteilhafte Verfahrensmaßnahme sieht gemäß Patentan
spruch 2 vor, dass im Pressenwerkzeug eine endformgebende Kalibrierung
der Ausformung erfolgt. Im Pressenwerkzeug wird die Ausformung auf ihr
exaktes genaues Maß gebracht. Dann setzt der Härteprozess ein. Bei der
hierbei vorgenommenen Kühlung ist das Blechprodukt im Pressenwerkzeug
eingespannt.
Bevorzugt kommt eine Platine bzw. ein Halbzeug aus einem Stahl zum Ein
satz, der in Gewichtsprozenten ausgedrückt besteht aus Kohlenstoff (C) 0,19
bis 0,25, Silizium (Si) 0,15 bis 0,50, Mangan (Mn) 1,10 bis 1,40, Titan (Ti)
0,020 bis 0,050, Bor (B) 0,002 bis 0,005, Aluminium (Al) 0,02 bis 0,06 sowie
Phosphat (P) in einem Anteil bis max. 0,025, Schwefel (S) max. 0,015,
Chrom (Cr) max. 0,35 und Molybdän (Mo) max. 0,35, wobei der Rest Eisen
(Fe) ist einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.
Die mit einer oder mehreren Ausformungen versehene Platine wird in der
Wärmebehandlungsanlage auf Härtungstemperatur, das heißt auf eine über
Ac3 liegende Temperatur erhitzt, wo sich der Stahl in austenitischem Zustand
befindet. In der Regel liegt diese Temperatur zwischen 775°C und 1000°C.
Anschließend erfolgt der Umformvorgang im Pressenwerkzeug, worauf
durch Kühlung das Härten einsetzt. Hierbei stellt sich ein feinkörniges mar
tensitisches oder bainitisches Werkstoffgefüge ein. Das Blechprofil befindet
sich während des Härtungsvorgangs eingespannt im Pressenwerkzeug. Die
hierbei vorgenommene Kühlung kann direkt oder indirekt durchgeführt wer
den. Bei der direkten Kühlung wird das Blechprofil unmittelbar in Kontakt mit
einem Kühlmittel gebracht. Bei der indirekten Kühlung wird das Pressen
werkzeug bzw. Teile hiervon gekühlt.
Nach den Merkmalen von Patentanspruch 3 ist vorgesehen, dass der Boden
einer Ausformung im Pressenwerkzeug herausgetrennt wird. Dies kann
durch eine entsprechende Gestaltung des Stempels des Pressenwerkzeugs
erfolgen. Beim Kalibrieren des vorgezogenen Topfs wird der Boden dann
herausgerissen.
Vorzugsweise wird eine Ausformung hergestellt, bei der die Abmessungen
von Durchmesser und Tiefe im Verhältnis 2 : 1 sind, wie dies Patentanspruch
4 vorsieht. Als für die Praxis vorteilhaft werden Ausformungen angesehen
mit einem Durchmesser von mindestens 20 mm bei einer Tiefe von ca.
10 mm.
Das Blechprofil kann in Nachfolgeoperationen beschnitten werden (Patent
anspruch 5). Hierbei können die topfartigen Ausformungen beschnitten wer
den. Auch das Blechprofil selbst kann Schneideoperationen unterzogen
werden. Sofern die Ausformungen nicht mehr benötigt werden und im Ab
fallbereich des Blechprodukts liegen, können auch diese selbst entfernt wer
den.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestell
ten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 im Schema technisch vereinfacht einen Ausschnitt aus einem
Pressenwerkzeug mit eingelegter Blechplatine;
Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Blechprodukt mit einer topfartigen
Ausformung in der Seitenansicht und
Fig. 3 die Darstellung gemäß Fig. 2 in der Draufsicht.
Fig. 1 zeigt eine Stahlblechplatine 1, in der bereits eine topfartige Ausfor
mung 2 hergestellt ist. Die Herstellung der Ausformung 2 erfolgt an der
Stahlblechplatine 1 vor dem Umformvorgang und dem Vergütungsprozess.
Die Platine 1 wird auf Härtungstemperatur, d. h. auf eine über Ac3 liegenden
Temperatur erhitzt. Je nach Stahl wird die Temperatur zwischen 700°C und
1.100°C eingestellt. Der Stahl ist dann in einem austernitischen Zustand. Die
Platine 1 wird anschließend in einem Pressenwerkzeug 3 zum Blechprofil 4
umgeformt. Das Pressenwerkzeug 3 weist ein Obergesenk 5 und ein Unter
gesenk 6 auf. Im Untergesenk 6 befindet sich eine auf die Kontur der topf
artigen Ausformung 2 abgestimmte Matrize 7, wohingegen im Obergesenk 5
ein entsprechender Stempeleinsatz 8 vorgesehen ist. Während des Pressen
vorgangs wird die Ausformung 2 im Pressenwerkzeug 3 kalibriert, d. h. auf ihr
endgültiges genaues Maß gebracht. Hierbei erfolgt lediglich noch eine ge
ringfügige Endformgebung an der Ausformung 2. Noch im Pressenwerkzeug
3 eingespannt wird das Blechprofil 4 dann durch schnelle Abkühlung gehär
tet.
Die Fig. 2 und 3 zeigen eine topfartige Ausformung 2 in einem Blechpro
fil 4. Die Ausformung 2 weist in dem hier dargestellten Beispiel eine Tiefe t
von 10 mm auf und hat einen mittleren Durchmesser d von 20 mm. Die
Ausformung 2 verjüngt sich unten mit einem Winkel α von etwa 10° oder
größer. Dies gewährleistet, dass das Blechprofil 4 aus dem Pressenwerk
zeug 3 gut herausgenommen werden kann. Die Verjüngung der Ausformung
2 stellt zudem sicher, dass das Blechprofil 4 in Nachfolgeoperationen einfach
und positionsgetreu anhand der Ausformung 2 aufgenommen werden kann.
Die Ausformung 2 kann sowohl als Referenztopf als auch als Verstärkungs
ausformung am fertigen Bauteil dienen.
Durch eine entsprechende Gestaltung des Stempeleinsatzes 8 kann beim
Kalibrieren der vorgezogenen Ausformung 2 deren Boden 9 abgetrennt bzw.
ausgerissen werden. Auf diese Weise erhält man eine Durchstellung. Der
ausgerissene Boden 9 kann durch einen Schrottabfuhrkanal 10 im Unterge
senk 6 abgeführt werden.
1
Platine
2
Ausformung
3
Pressenwerkzeug
4
Blechprofil
5
Obergesenk
6
Untergesenk
7
Matrize
8
Stempeleinsatz
9
Boden v.
2
10
Schrottabfuhrkanal
d Durchmesser v.
d Durchmesser v.
2
t Tiefe v.
2
α Verjüngungswinkel
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils aus einer
gegebenenfalls vorgeformten Platine (1), wobei zunächst zumindest eine
topfartige Ausformung (2) an der Platine (1) ausgeformt wird, wonach die
Platine (1) in einem Pressenwerkzeug zum Blechprofil warm umgeformt
und gehärtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Pressenwerkzeug eine endformge
bende Kalibrierung der Ausformung (2) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Pressenwerkzeug der Bo
den (9) einer Ausformung (2) herausgetrennt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Ausformung (2)
hergestellt wird, deren Verhältnis der Abmessungen von Durchmesser
(d) und Tiefe (t) 2 : 1 ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Blechprofil in
einer Nachfolgeoperation beschnitten wird.
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