DE102006015666B4 - Method for producing a metallic molded component by hot forming with a simultaneous trimming operation - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines metallischen Formbauteils (1), insbesondere eines Karosseriebauteils, aus einem Halbzeug (2) aus einem härtbaren warmumformbaren Stahlblech, wobei aus dem Halbzeug (2) mittels Warmumformen das Formbauteil (1) hergestellt wird und wobei das Halbzeug (2) oder das Formbauteil (1) beschnitten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschneiden im selben Prozessschritt wie das Warmumformen erfolgt.Method for producing a metallic molded component (1), in particular a body component, from a semi-finished product (2) made of a hardenable, hot-formable steel sheet, wherein the molded component (1) is produced from the semi-finished product (2) by means of hot forming and wherein the semi-finished product (2) or the molded component (1) is trimmed, characterized in that the trimming takes place in the same process step as the hot forming.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Formbauteils, insbesondere eines Karosseriebauteils, aus einem Halbzeug aus einem härtbaren warmumformbaren Stahlblech nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise aus der DE 102 54 695 B3 als bekannt hervorgeht. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kombinationswerkzeug zur Herstellung eines metallischen Formbauteils durch kombiniertes Warmumformen, Härten und Beschneiden.The invention relates to a method for producing a metallic molded component, in particular a body component, from a semi-finished product made from a hardenable, hot-formable steel sheet according to the preamble of claim 1, as for example from DE 102 54 695 B3 emerges as known. The invention further relates to a combination tool for producing a metallic molded component by combined hot forming, hardening and trimming.

Im Fahrzeug-Karosseriebau kommen verstärkt hochfeste und höchstfeste Stahlwerkstoffe zum Einsatz, welche -je nach Zusammensetzung und Wärmebehandlung - sehr hohe Festigkeiten aufweisen. Die Herstellung von Karosseriebauteilen aus solchen hochfesten Stahlblechen erfolgt vorzugsweise in einem Warmumformprozess, bei dem - wie beispielsweise in der DE 24 52 486 A1 oder der DE 100 49 660 A1 beschrieben - eine Platine erwärmt und anschließend in einem speziellen Formwerkzeug geformt und gehärtet wird. Durch eine geeignete Wahl der Prozessparameter während des Warmumformens können dabei die Festigkeits- und Zähigkeitswerte des Bauteils gezielt eingestellt werden.In vehicle body construction, high-strength and ultra-high-strength steel materials are increasingly being used, which - depending on their composition and heat treatment - have very high strengths. The production of body components from such high-strength steel sheets is preferably carried out in a hot forming process in which - such as in DE 24 52 486 A1 or the DE 100 49 660 A1 described - a circuit board is heated and then shaped and hardened in a special mold. By appropriately selecting the process parameters during hot forming, the strength and toughness values of the component can be specifically adjusted.

Zur Herstellung eines solchen Bauteils mit Hilfe der Warmumformung wird zunächst aus einem Coil eine Platine ausgeschnitten, die anschließend oberhalb der Gefügeumwandlungstemperatur des Stahlwerkstoffs, oberhalb derer das Werkstoffgefüge im austenitischen Zustand vorliegt, erwärmt, im erwärmten Zustand in ein Umformwerkzeug eingelegt und in die gewünschte Bauteilform umgeformt und unter mechanischer Fixierung des gewünschten Umformzustands abgekühlt wird, wobei eine Vergütung bzw. Härtung des Bauteils erfolgt.To produce such a component using hot forming, a blank is first cut out of a coil, which is then heated above the structural transformation temperature of the steel material, above which the material structure is in the austenitic state, inserted into a forming tool in the heated state and formed into the desired component shape and is cooled with mechanical fixation of the desired forming state, whereby the component is tempered or hardened.

Um ein auf diese Weise hergestelltes Bauteil maßhaltig zu schneiden, ist allerdings ein hoher apparativer Aufwand erforderlich: Insbesondere sind zum kalten Schneiden gehärteter Werkstoffe sehr hohe Schneidkräfte erforderlich, was zu einem schnellen Werkzeugverschleiß und hohen Instandhaltungskosten führt. Weiterhin ist das kalte Beschneiden solcher hochfester Bauteile problematisch, da beispielsweise die im kalten Zustand beschnittenen Bauteilkanten mehr oder weniger große Grate aufweisen, was aufgrund der hohen Kerbempfindlichkeit der hochfesten Werkstoffe zu einer schnellen Rissbildung im Bauteil führen kann.However, in order to cut a component manufactured in this way to true dimensions, a high level of equipment is required: in particular, very high cutting forces are required for cold cutting of hardened materials, which leads to rapid tool wear and high maintenance costs. Furthermore, cold trimming of such high-strength components is problematic because, for example, the component edges trimmed in the cold state have more or less large burrs, which can lead to rapid crack formation in the component due to the high notch sensitivity of the high-strength materials.

Zur Vermeidung dieser beim mechanischen Beschneiden der gehärteten Bauteile auftretenden Schwierigkeiten werden vielfach alternative Schneidverfahren eingesetzt, wie zum Beispiel das Laserschneiden oder das Wasserstrahlschneiden. Zwar kann mit Hilfe dieser Verfahren ein qualitativ hochwertiger Beschnitt der Bauteilkante erreicht werden, jedoch arbeiten diese Schneidverfahren vergleichsweise langsam, da die Zykluszeiten hier unmittelbar von der Länge der Schnittkante sowie von den einzuhaltenden Toleranzen abhängen. Der abschließende Beschneidungsprozess stellt somit einen Flaschenhals bei der Herstellung warmumgeformter Bauteile dar, der die Zahl der pro Zeiteinheit herzustellenden Bauteile begrenzt.To avoid these difficulties that arise when mechanically cutting the hardened components, alternative cutting methods are often used, such as laser cutting or water jet cutting. Although these methods can be used to achieve high-quality trimming of the component edge, these cutting methods work comparatively slowly because the cycle times depend directly on the length of the cutting edge and the tolerances that must be maintained. The final trimming process therefore represents a bottleneck in the production of hot-formed components, which limits the number of components that can be produced per unit of time.

Zur Vermeidung eines solchen abschließenden Beschneidungsprozesses wird in der gattungsbildenden DE 102 54 695 B3 vorgeschlagen, das Bauteil bereits vor der Warmumformung zu beschneiden. Hierzu wird zunächst in einem Kaltumformschritt aus einer Platine ein Bauteil-Rohling geformt, der bereits (näherungsweise) die gewünschte dreidimensionale Form des fertigen Bauteils hat. Dieser Rohling wird anschließend endkonturnah beschnitten und schließlich in einem Warmumform-Werkzeug kalibriert und gehärtet. Da der Bauteil-Rohling zu Beginn der Warmumformung bereits annähernd die gewünschten Maße aufweist, ist während der Warmumformung nur noch eine verhältnismäßig geringe Anpassung bzw. Korrektur der Bauteilkontur notwendig. Dadurch werden die Bauteilränder nur unwesentlich geändert, so dass die Notwendigkeit einer abschließenden Beschneidung der Bauteilränder entfällt.To avoid such a final pruning process, in the genus DE 102 54 695 B3 suggested trimming the component before hot forming. For this purpose, a component blank is first formed from a circuit board in a cold forming step, which already has (approximately) the desired three-dimensional shape of the finished component. This blank is then trimmed to near-net shape and finally calibrated and hardened in a hot forming tool. Since the component blank already has approximately the desired dimensions at the start of hot forming, only a relatively small adjustment or correction of the component contour is necessary during hot forming. This means that the component edges are only changed insignificantly, so that there is no need for final trimming of the component edges.

Bei Verwendung des in der DE 102 54 695 B3 beschriebenen Verfahrens kann somit auf eine abschließende Beschneidungsoperation des Bauteils nach dem Warmumformen verzichtet werden. Allerdings setzt dies ein Vorformen des Bauteil-Rohlings voraus, so dass die Erzeugung der dreidimensionalen Bauteilkontur in zwei Umformschritten - einem Kaltumformschritt, gefolgt von einem Warmumformschritt - erfolgt. Dies geht einher mit erhöhten Werkzeugkosten für zwei Umformwerkzeuge.When using the in the DE 102 54 695 B3 Using the method described, a final trimming operation of the component after hot forming can be dispensed with. However, this requires the component blank to be preformed, so that the three-dimensional component contour is generated in two forming steps - a cold forming step, followed by a hot forming step. This is accompanied by increased tool costs for two forming tools.

WO 2005 / 120 741 A2 zeigt eine Vorrichtung zum Schneiden von hochfestem Blech, wobei das Verfahren auf einem herkömmlichen Schervorgang beruht, bei dem ein Werkstück durch Einleiten ausreichend großer Schubspannungen zerteilt wird. Werden diesen Schubspannungen Zugspannungen überlagert, die die Einleitung der Werkstücktrennung begünstigen. Diese Zugspannung bzw. Zugkraftkomponente wirkt quer zu der gewünschten, zu erzeugenden Biegelinie. Die Zugspannungen werden durch eine Biegebeanspruchung des Werkstücks erzeugt. Die Biegebeanspruchung wird dabei derart gewählt, dass die entstehende Zugspannung an einer dem Schneidwerkzeug zugewandten Seite des Werkstücks liegt.WO 2005/120 741 A2 shows a device for cutting high-strength sheet metal, the method being based on a conventional shearing process in which a workpiece is divided by introducing sufficiently large shear stresses. If these shear stresses are superimposed on tensile stresses, which promote the initiation of workpiece separation. This tensile stress or tensile force component acts transversely to the desired bending line to be created. The tensile stresses are generated by bending stress on the workpiece. The bending stress is selected such that the resulting tensile stress lies on a side of the workpiece facing the cutting tool.

Durch die gleichzeitige Biegebeanspruchung und Scherbeanspruchung des zu trennenden Werkstücks wird die Ausbildung einer Trennebene in dem zu trennenden Werkstück wesentlich begünstigt. Es kommt zu einer drastischen Verminderung der Schnittkräfte und einer ebenso drastischen Verminderung des Werkzeugverschleißes bei gleichzeitiger Verbesserung der Schnittflächenqualität.Due to the simultaneous bending stress and shear stress on the work to be separated The formation of a parting plane in the workpiece to be separated is significantly promoted. There is a drastic reduction in cutting forces and an equally drastic reduction in tool wear while at the same time improving the quality of the cut surface.

DE 100 49 660 A1 zeigt ein Verfahrensschema, das zum Herstellen eines räumlich geformten Strukturteils dient, welches aus einem Basisblech und aus einem kleineren, lokal angeordneten Verstärkungsblech besteht. Dabei wird das Basisblech des Strukturteils im Flachzustand mit dem Verstärkungsblech an der für die spätere Verstärkungsstelle vorbestimmten Stelle verbunden und die Teile des so gepatchten Verbundblechs werden anschließend mittels eines öffen- und schließbaren Umformwerkzeuges in einer Umformpresse gemeinsam umgeformt. DE 100 49 660 A1 shows a process diagram that is used to produce a spatially shaped structural part, which consists of a base plate and a smaller, locally arranged reinforcing plate. The base sheet of the structural part is connected in the flat state to the reinforcing sheet at the location predetermined for the later reinforcement point and the parts of the composite sheet patched in this way are then formed together in a forming press using an openable and closable forming tool.

Um das Herstellungsverfahren hinsichtlich Verfahrenserzeugnis und -ergebnis zu verbessern sowie bezüglich der verfahrensausübenden Mittel zu entlasten, wird das gepatchte Verbundblech vor dem gemeinsamen Umformen auf eine oberhalb der Umformtemperatur des Werkstoffs liegende Temperatur erwärmt, im Warmzustand bei mäßiger Werkzeugbeanspruchung in die gewünschte Form umgeformt und anschließend unter mechanischer Fixierung des gewünschten Umformzustandes in dem geschlossen gehaltenen Umformwerkzeug und/oder in einem anschließenden Fixier- und Beschneidewerkzeug definiert abgekühlt und dadurch gezielt wärmebehandelt.In order to improve the manufacturing process with regard to the process product and result as well as to relieve the burden on the means involved in the process, the patched composite sheet is heated to a temperature above the forming temperature of the material before the joint forming, is formed into the desired shape in the warm state with moderate tool stress and then under mechanical fixation of the desired forming state in the closed forming tool and / or in a subsequent fixing and trimming tool cooled in a defined manner and thereby specifically heat treated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Formbauteilen aus warmumformbaren Blechen vorzuschlagen, bei dem die Werkzeugkosten für die Ausformung der dreidimensionalen Bauteilkontur reduziert sind und gleichzeitig eine auf die Warmumformung folgende, abschließende Beschneidung gehärteter Bereiche minimiert wird bzw. ganz entfällt. Weiterhin soll ein Werkzeug bereitgestellt werden, das sich zur Durchführung dieses Verfahrens eignet.The invention is based on the object of proposing a method for producing molded components from hot-formable sheets, in which the tool costs for forming the three-dimensional component contour are reduced and at the same time a final trimming of hardened areas following hot forming is minimized or eliminated entirely. Furthermore, a tool should be provided that is suitable for carrying out this method.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst.The object is achieved according to the invention by the features of claims 1 and 6.

Danach erfolgt das Beschneiden des Formbauteils im selben Prozessschritt wie das Warmumformen. Ausgewählte Randbereiche des Bauteils werden prozessbegleitend zum Warmumformen bzw. unmittelbar anschließend an das Warmumformen abgeschnitten. Hierzu wird vorteilhafterweise ein Kombinationswerkzeug verwendet, in dem das Bauteil sowohl umgeformt und gezielt abgekühlt (pressgehärtet) als auch (zumindest bereichsweise) beschnitten wird.The molded component is then trimmed in the same process step as hot forming. Selected edge areas of the component are cut off during the hot forming process or immediately after the hot forming. For this purpose, a combination tool is advantageously used in which the component is both formed and selectively cooled (press-hardened) as well as trimmed (at least in areas).

Zur Herstellung des pressgehärteten, beschnittenen Bauteils wird ein entsprechend dimensioniertes, evtl. bereits vorgeformtes Halbzeug aus härtbarem warmumformbarem Stahlblech erwärmt und in das Kombinationswerkzeug eingelegt. In diesem Kombinationswerkzeug wird das Halbzeug im Warmzustand in die gewünschte dreidimensionale Form umgeformt und unter mechanischer Aufrechterhaltung des Umformungszustands definiert abgekühlt. Vorzugsweise folgt das Beschneiden der Bauteilränder im Kombinationswerkzeug unmittelbar anschließend an das Ausformen der dreidimensionalen Kontur. Dabei wird die noch aus der Warmumformung vorhandene Restwärme ausgenutzt: Der Beschnitt erfolgt zweckmäßigerweise bei einer Temperatur zwischen 400° C und 700° C. Bei diesen Temperaturen ist die Endfestigkeit bzw. die Endhärte des pressgehärteten Bauteils noch nicht erreicht, so dass das Beschneiden in einem noch weichen Zustand erfolgt. Dadurch kann die Beschneideoperation ohne hohen Werkzeugverschleiß mit Hilfe eines im Kombinationswerkzeug angeordneten konventionellen mechanischen Schneidwerkzeugs durchgeführt werden; ein nachträgliches Laser- oder Wasserstrahlbeschneiden des fertigen Bauteils entfällt.To produce the press-hardened, trimmed component, an appropriately sized, possibly already pre-formed semi-finished product made of hardenable, hot-formable steel sheet is heated and inserted into the combination tool. In this combination tool, the semi-finished product is formed into the desired three-dimensional shape while warm and cooled to a defined extent while mechanically maintaining the forming state. Preferably, the trimming of the component edges in the combination tool follows immediately after the three-dimensional contour has been formed. The residual heat from the hot forming is used: the trimming is expediently carried out at a temperature between 400° C and 700° C. At these temperatures, the final strength or final hardness of the press-hardened component has not yet been reached, so that the trimming takes place in one while still in a soft state. As a result, the trimming operation can be carried out without high tool wear using a conventional mechanical cutting tool arranged in the combination tool; There is no need for subsequent laser or water jet cutting of the finished component.

Das Kombinationswerkzeug umfasst ein Oberwerkzeug und eine federgelagerte Matrize, die bei geöffnetem Werkzeug in Schließrichtung über die randseitig angeordneten Schneidstempel hinausragt. Beim Absenken des Oberwerkzeugs auf ein in die Matrize eingelegtes, erhitztes Halbzeug wird zwischen Matrize und Oberwerkzeug die dreidimensionale Bauteilform ausgeformt; gleichzeitig bzw. unmittelbar anschließend wird das Bauteil mittels der Schneidstempel randseitig beschnitten, wenn die Matrize durch die Pressenkraft abgesenkt wird und seitlich überstehende Bauteilränder zwischen Matrizenrand und Schneidstempeln abgeschert werden.The combination tool includes an upper tool and a spring-loaded die, which protrudes beyond the cutting punches arranged on the edge in the closing direction when the tool is open. When the upper tool is lowered onto a heated semi-finished product placed in the die, the three-dimensional component shape is formed between the die and the upper tool; At the same time or immediately afterwards, the edge of the component is trimmed using the cutting punches when the die is lowered by the press force and laterally protruding component edges are sheared off between the die edge and the cutting punches.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment shown in the figures.

Dabei zeigen:

  • 1 ein Verfahrensschema des Herstellungsprozesses eines pressgehärteten Bauteils:
  • 1a Zuschneiden eines Halbzeugs;
  • 1b Erhitzen, Warmumformung und Beschneiden der Ränder;
  • 2 eine schematische Darstellung eines Kombinationswerkzeug zum Warmumformen und Beschneiden:
  • 2a Einlegen des Halbzeugs in das geöffnete Kombinationswerkzeug;
  • 2b Umformung;
  • 2c Beschneiden.
Show:
  • 1 a process diagram of the manufacturing process of a press-hardened component:
  • 1a Cutting a semi-finished product;
  • 1b Heating, hot forming and trimming the edges;
  • 2 a schematic representation of a combination tool for hot forming and trimming:
  • 2a Inserting the semi-finished product into the opened combination tool;
  • 2 B reshaping;
  • 2c Trimming.

1a und 1b zeigen eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines räumlich geformten, pressgehärteten (d.h. warmumgeformten und gezielt abgekühlten) Formbauteils 1 aus einem Halbzeug 2. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Halbzeug 2 eine Platine 2' verwendet, welche aus einem abgewickelten Blechcoil aus härtbarem, warmumformbarem Stahlblech ausgeschnitten wird. Alternativ kann als Halbzeug ein Verbundblech zum Einsatz kommen, welches - wie in der DE 100 49 660 A1 beschrieben - aus einem Basisblech und mindestens einem Verstärkungsblech besteht. Weiterhin kann als Halbzeug ein Tailored Blank verwendet werden, welches aus mehreren zusammengeschweißten Blechen unterschiedlicher Materialstärke und/oder unterschiedlicher Materialbeschaffenheit besteht. Alternativ kann das Halbzeug ein durch ein beliebiges Umformverfahren hergestelltes, dreidimensional geformtes Blechteil sein, welches mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine weitere Umformung sowie eine lokale oder bauteilübergreifende Festigkeitserhöhung erfahren soll. Das Halbzeug kann mit einer Korrosionsschutzschicht aus einem Metall oder einer Legierung, insbesondere auch mit einer Schutzschicht aus einer intermetallischen Verbindung, versehen sein. 1a and 1b show a schematic representation of a method for producing a spatially shaped, press-hardened (ie hot-formed and specifically cooled) molded component 1 from a semi-finished product 2. In the present exemplary embodiment, a circuit board 2 'is used as the semi-finished product 2, which consists of an unwound sheet metal coil made of hardenable, hot-formable steel sheet is cut out. Alternatively, a composite sheet can be used as a semi-finished product, which - as in the DE 100 49 660 A1 described - consists of a base sheet and at least one reinforcing sheet. Furthermore, a tailored blank can be used as a semi-finished product, which consists of several sheets of different material thickness and/or different material properties welded together. Alternatively, the semi-finished product can be a three-dimensionally shaped sheet metal part produced by any forming process, which is to undergo further forming and a local or cross-component strength increase using the method according to the invention. The semi-finished product can be provided with a corrosion protection layer made of a metal or an alloy, in particular also with a protective layer made of an intermetallic compound.

In einem ersten Prozessschritt wird die Platine 2' - wie in 1a dargestellt - aus einem abgewickelten und geradegerichteten Abschnitt des Coils 5 aus warmumformbarem Blech ausgeschnitten. Der warmumformbare Werkstoff befindet sich zu diesem Zeitpunkt in einem „weichen“ (d.h. ungehärteten) Zustand, so dass die Platine 2' problemlos mit Hilfe konventioneller mechanischer Schneidmittel - beispielsweise mit Hilfe einer Hubschere 4 - ausgeschnitten werden kann. Im Großserieneinsatz erfolgt das Zuschneiden der Platine 2' vorteilhafterweise mit Hilfe einer Platinenpresse 6, welche eine automatische Zuführung des Coils 5 und ein automatisches Ausstanzen und Abführen der ausgeschnittenen Platine 2' ermöglicht.In a first process step, the circuit board 2' - as in 1a shown - cut out from an unwound and straightened section of the coil 5 made of hot-formable sheet metal. At this point, the hot-formable material is in a “soft” (ie unhardened) state, so that the circuit board 2′ can be easily cut out using conventional mechanical cutting means - for example using lifting scissors 4. In large-scale production, the blank 2' is advantageously cut to size with the aid of a blank press 6, which enables the coil 5 to be fed automatically and the cut blank 2' to be automatically punched out and removed.

Die ausgeschnittenen Platinen 2' werden auf einem Stapel 7 abgelegt und werden in gestapelter Form einer Warmumformstation 8 zugeführt (siehe 1b). In dieser Warmumformstation wird das Halbzeug 2 einer kombinierten Warmumformungs- und Beschneideoperation unterzogen, im Rahmen derer das Halbzeug 2 in die dreidimensionale Formbauteil 1 gebracht, bauteilübergreifend oder lokal gehärtet und zumindest abschnittsweise beschnitten wird. Hierzu wird das Halbzeug 2 zunächst von einem Manipulator 9 in einen Durchlaufofen 10 eingelegt, wo es auf eine Temperatur erhitzt wird, die oberhalb der Gefügeumwandlungstemperatur in den austenitischen Zustand liegt; je nach Stahlsorte entspricht dies einer Erhitzung auf eine Temperatur zwischen 700°C und 1100°C. Vorteilhafterweise ist die Atmosphäre des Durchlaufofens 10 durch eine gezielte und ausreichende Zugabe eines Schutzgases inertisiert, um ein Verzundern nicht beschichteter Schnittstellen der Halbzeuge 2 oder - bei Verwendung unbeschichteter Bleche - der gesamten Halbzeugsoberfläche zu verhindern.The cut boards 2 'are placed on a stack 7 and are fed in stacked form to a hot forming station 8 (see 1b) . In this hot forming station, the semi-finished product 2 is subjected to a combined hot forming and trimming operation, in which the semi-finished product 2 is brought into the three-dimensional molded component 1, hardened across components or locally and trimmed at least in sections. For this purpose, the semi-finished product 2 is first inserted by a manipulator 9 into a continuous furnace 10, where it is heated to a temperature that is above the structural transformation temperature into the austenitic state; Depending on the type of steel, this corresponds to heating to a temperature between 700°C and 1100°C. Advantageously, the atmosphere of the continuous furnace 10 is inerted by a targeted and sufficient addition of a protective gas in order to prevent scaling of uncoated interfaces of the semi-finished products 2 or - when using uncoated sheets - of the entire semi-finished product surface.

Das erhitzte Halbzeug 2 wird mit Hilfe eines Manipulators 11 in ein Kombinationswerkzeug 12 eingelegt, in dem die dreidimensionale Gestalt des Formbauteils 1 erzeugt wird. Im Kombinationswerkzeug 12 wird das erhitzte Halbzeug 2 umgeformt und schnell abgekühlt, wobei ein feinkörniges martensitisches oder bainitisches Werkstoffgefüge eingestellt wird. Dieser Verfahrensschritt entspricht einer Härtung des Formbauteils 1 und ermöglicht eine gezielte Einstellung der Werkstofffestigkeit. Einzelheiten und verschiedenen Ausgestaltungen dieses Härtungsprozesses sind beispielsweise in der DE 100 49 660 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hiermit in die vorliegende Anmeldung übernommen wird. Unmittelbar anschließend an die Warmumformung und prozessbegleitend zur gezielten Abkühlung wird das umgeformte Formbauteil 1 im Kombinationswerkzeug 12 beschnitten. Der Beschnitt erfolgt zu einem Zeitpunkt, an dem die dreidimensionale Bauteilform bereits (zumindest lokal) fertig ausgeformt ist, an dem aber noch so viel Restwärme im Formbauteil 1 befindet, dass die Härtung des Formbauteils 1 noch nicht vollständig vollzogen ist; während des Beschneidens ist der zu beschneidende Bereich des Bauteils 1 also noch in einem „weichen“ oder zumindest in einem „nicht vollkommen durchgehärteten“ Zustand, so dass der Beschnitt mit Hilfe eines konventionellen mechanischen Werkzeugs, beispielsweise eines Schneideinsatzes 20, 20' im Kombinationswerkzeug 12, durchgeführt werden kann.The heated semi-finished product 2 is inserted with the aid of a manipulator 11 into a combination tool 12, in which the three-dimensional shape of the molded component 1 is generated. In the combination tool 12, the heated semi-finished product 2 is formed and quickly cooled, whereby a fine-grained martensitic or bainitic material structure is set. This process step corresponds to hardening of the molded component 1 and enables the material strength to be specifically adjusted. Details and various configurations of this hardening process are, for example, in DE 100 49 660 A1 described, the disclosure content of which is hereby incorporated into the present application. Immediately after the hot forming and during the process for targeted cooling, the formed molded component 1 is trimmed in the combination tool 12. The trimming takes place at a point in time at which the three-dimensional component shape has already been fully formed (at least locally), but at which there is still so much residual heat in the molded component 1 that the hardening of the molded component 1 has not yet been completely completed; During trimming, the area of the component 1 to be trimmed is still in a “soft” or at least in a “not completely hardened” state, so that the trimming can be done with the help of a conventional mechanical tool, for example a cutting insert 20, 20 'in the combination tool 12 , can be carried out.

Das Kombinationswerkzeug 12 umfasst ein Oberwerkzeug 13, das an einem Pressenstößel 14 einer Umformpresse 15 befestigt ist (siehe 2a). Weiterhin umfasst das Kombinationswerkzeug 12 eine Matrize 17, die über Kraftelemente 18 auf einem Pressentisch 16 der Umformpresse 15 gelagert ist. Die Kraftelemente 18 sind hydraulische, pneumatische oder mechanische Federn 18', mit deren Hilfe eine Gegenkraft gegenüber dem am Pressenstößel 14 montierten Oberwerkzeug 13 aufgebaut wird. Oberwerkzeug 13 und Matrize 17 weisen Funktionsflächen 13', 17' auf, zwischen denen das Halbzeug 2 umgeformt wird. Randseitig 21 an der Matrize 17 sind Schneidstempel 19 mit Schneideinsätzen 20 angeordnet, mit denen das Formbauteil 1 nach dem Umformen bzw. prozessbegleitend zum Umformen beschnitten wird. Die Schneidstempel 19 können die Matrize 17 ringförmig umgeben, so dass der gesamte Außenrand des Formbauteils 1 beschnitten wird; alternativ können die Schneidstempel 19 auch nur in ausgewählten Bereichen entlang des Matrizenrandes 21 angeordnet sein. Zum Ausschneiden von Aussparungen, Lochungen etc. im Bauteilinnenbereich können weiterhin - wie in 2a gestrichelt angedeutet - säulenförmige Schneidstempel 19' mit Schneideinsätzen 20' vorgesehen sein, die in Aussparungen 22 der Matrize 17 geführt sind.The combination tool 12 includes an upper tool 13, which is attached to a press ram 14 of a forming press 15 (see 2a) . Furthermore, the combination tool 12 includes a die 17, which is mounted on a press table 16 of the forming press 15 via force elements 18. The force elements 18 are hydraulic, pneumatic or mechanical springs 18 ', with the help of which a counterforce is built up against the upper tool 13 mounted on the press ram 14. Upper tool 13 and die 17 have functional surfaces 13 ', 17' between which the semi-finished product 2 is formed. Cutting punches 19 with cutting inserts 20 are arranged on the edge 21 of the die 17, with which the molded component 1 is trimmed after forming or during the forming process. The cutting punches 19 can surround the die 17 in a ring shape, so that the entire outer edge of the mold component 1 is trimmed; alternatively, the cutting punches 19 can also only be used in selected areas of the matrix edge 21 can be arranged. For cutting out recesses, holes, etc. in the interior of the component, you can still use it - as in 2a indicated by dashed lines - column-shaped cutting punch 19 'with cutting inserts 20' can be provided, which are guided in recesses 22 of the die 17.

Die Funktionsweise des Kombinationswerkzeugs 12 während des kombinierten Umformens, Presshärtens und Beschneidens ist in den 2a bis 2c erläutert: The functionality of the combination tool 12 during the combined forming, press hardening and trimming is shown in the 2a until 2c explains:

2a zeigt das Kombinationswerkzeug 12 im geöffneten Zustand. Die Matrize 17 wird in diesem Zustand durch die Kraftelemente 18 so weit in Richtung Oberwerkzeug 13 gedrückt, dass die Funktionsfläche 17' der Matrize 17 in Schließrichtung 23 der Presse 14 um einen Versatz 25 gegenüber den Schneideinsätzen 20, 20' der Schneidstempel 19, 19' versetzt sind. 2a shows the combination tool 12 in the open state. In this state, the die 17 is pressed so far in the direction of the upper tool 13 by the force elements 18 that the functional surface 17 'of the die 17 in the closing direction 23 of the press 14 is offset 25 relative to the cutting inserts 20, 20' of the cutting punches 19, 19'. are offset.

Das im Warmumformstation 8 erhitzte Halbzeug 2 wird in das geöffnete Kombinationswerkzeug 12 eingelegt. Da die Matrize 17 aufgrund der Druckkraft der Kraftelemente 18 gegenüber den Schneidstempeln 19, 19' angehoben ist, liegt das Halbzeug 2 dabei auf der Matrize 17 auf, ohne die Schneidwerkzeuge 20, 20' zu berühren. Beim Absenken des Pressenstößels 14 wird das Halbzeug 2 zwischen Oberwerkzeug 13 und Matrize 17 umgeformt. Aufgrund der dem Pressendruck entgegenwirkenden Druckkraft der Kraftelemente 18 verbleibt die Matrize 17 während des Umformvorgangs in der in 2a gezeigten angehobenen Lage; die Matrize 17 wird also durch den Pressendruck während des Umformvorgangs nicht (oder nur unwesentlich) abgesenkt. Ist die dreidimensionale Form des Formbauteils 1 fertig ausgeformt (2b), so drückt das Oberwerkzeug 13 beim weiteren Absenken des Pressenstößels 14 die Matrize 17 gegen die Druckkraft der Kraftelemente 18 in Richtung Pressentisch 16 zurück. Beim Abtauchen der Matrize 17 wird der Rand 24 des ausgeformten Formbauteils 1 an den am Matrizenrand 21 angeordneten Schneidwerkzeugen 20 entlanggeführt und dabei abgeschnitten; ebenso dringen die im Matrizeninneren angeordneten Schneidstempel 19' in das Formbauteil 1 und schneiden beim weiteren Absenken der Matrize 17 entsprechende Aussparungen bzw. Löcher aus dem Formbauteil 1 aus (2c). Die ab- bzw. ausgeschnittenen Blechbereiche 24' werden als Abfall entsorgt.The semi-finished product 2 heated in the hot forming station 8 is inserted into the opened combination tool 12. Since the die 17 is raised relative to the cutting punches 19, 19 'due to the pressure force of the force elements 18, the semi-finished product 2 rests on the die 17 without touching the cutting tools 20, 20'. When the press ram 14 is lowered, the semi-finished product 2 is formed between the upper tool 13 and the die 17. Due to the pressure force of the force elements 18 counteracting the press pressure, the die 17 remains in the in 2a raised position shown; The die 17 is therefore not lowered (or only insignificantly) by the press pressure during the forming process. Is the three-dimensional shape of the molded component 1 completely formed ( 2 B) , the upper tool 13 presses the die 17 back against the pressure force of the force elements 18 towards the press table 16 when the press ram 14 is lowered further. When the die 17 is submerged, the edge 24 of the formed molded component 1 is guided along the cutting tools 20 arranged on the die edge 21 and cut off in the process; Likewise, the cutting punches 19 ' arranged inside the die penetrate into the molded component 1 and cut out corresponding recesses or holes from the molded component 1 when the die 17 is lowered further ( 2c ). The cut or cut sheet metal areas 24' are disposed of as waste.

Im Kombinationswerkzeug 12 erfolgt somit in schneller zeitlicher Abfolge ein Umformen des erhitzten Halbzeugs 2 und ein Beschneiden des daraus geformten Formbauteils 1. Weiterhin erfolgt im Kombinationswerkzeug 12 eine Abkühlung des ausgeformten Formbauteils 1, wobei das Formbauteil 1 während dieser Abkühlzeit in dem gewünschten Umformzustand mechanisch fixiert wird. Um ein gezieltes Abkühlen des umgeformten Formbauteils 1 im Kombinationswerkzeug 12 zu ermöglichen, sind die Werkzeugteile mit (in den Figuren nicht dargestellten) Kühlkanälen versehen, die in einen Kühlkreislauf einbezogen sind. Bei der gezielten Abkühlung kann eine bauteilübergreifende Härtung des gesamten Formbauteils 1 erfolgen; alternativ können durch eine geeignete Gestaltung des Kombinationswerkzeugs 12 (z.B. isolierende Einsätze, Luftspalte etc.) ausgewählte Bereiche des Formbauteils 1 von der Härtung ausgespart werden und somit im „weichen“ Zustand verbleiben. Gleichzeitig bzw. zeitlich leicht versetzt zur Abkühlung des Formbauteils 1 erfolgt das oben beschriebene Beschneiden durch die Schneidwerkzeuge 20, 20'. bzw. Um den Verschleiß der Schneideinsätze 20, 20' zu minimieren, werden die Bauteilränder bzw. -aussparungen 24 zweckmäßigerweise zu einem Zeitpunkt beschnitten, in dem das Formbauteil1 noch „weich“ ist. Die Einstellung des Beschneidezeitpunkts relativ zum Umformungszeitpunkt erfolgt durch Einstellung des Versatzes 25 zwischen Matrize 17 und Schneidstempel 19, 19' bzw. durch die Absenkgeschwindigkeit des Pressenstößels 14. Um eine verschleißarme Beschneideoperation sicherzustellen, wird der Versatz 25 (in Abhängigkeit von der Absenkgeschwindigkeit des Pressenstößels, der Temperatur des eingelegten Halbzeugs 2, der Bauteilgestalt etc.) also auf ein solches Maß eingestellt, dass sich die den Schneidwerkzeugen 20, 20' benachbarten Bauteilränder 24 des Formbauteils 1 in einem „weichen“ bzw. einem „nicht vollständig durchgehärteten“ Zustand befinden, wenn sie auf die Schneidwerkzeuge 20, 20' treffen. Sollen unterschiedliche Bereiche des Formbauteils 1 in unterschiedlichen Phasen der Härtung beschnitten werden, so kann der Versatz 25 lokal variiert werden; ebenso kann durch eine lokale Variation des Versatzes 25 erreicht werden, dass ausgewählte Randbereiche bereits zu einem frühen Zeitpunkt beschnitten werden, zu dem andere Bereiche des Formbauteils 1 noch nicht vollständig ausgeformt sind.In the combination tool 12, the heated semi-finished product 2 is formed in quick succession and the molded component 1 formed therefrom is trimmed. Furthermore, the formed molded component 1 is cooled in the combination tool 12, the molded component 1 being mechanically fixed in the desired forming state during this cooling time . In order to enable targeted cooling of the formed molded component 1 in the combination tool 12, the tool parts are provided with cooling channels (not shown in the figures) which are included in a cooling circuit. During targeted cooling, cross-component hardening of the entire molded component 1 can take place; Alternatively, through a suitable design of the combination tool 12 (e.g. insulating inserts, air gaps, etc.), selected areas of the molded component 1 can be spared from hardening and thus remain in the “soft” state. At the same time or slightly offset in time from the cooling of the molded component 1, the trimming described above is carried out by the cutting tools 20, 20 '. or In order to minimize the wear of the cutting inserts 20, 20 ', the component edges or recesses 24 are expediently trimmed at a time when the molded component 1 is still “soft”. The trimming time is adjusted relative to the forming time by adjusting the offset 25 between the die 17 and the cutting punch 19, 19 'or by the lowering speed of the press ram 14. In order to ensure a low-wear trimming operation, the offset 25 (depending on the lowering speed of the press ram, the temperature of the inserted semi-finished product 2, the component shape, etc.) is set to such a level that the component edges 24 of the molded component 1 adjacent to the cutting tools 20, 20 'are in a "soft" or "not completely hardened" state, when they hit the cutting tools 20, 20'. If different areas of the molded component 1 are to be trimmed in different phases of hardening, the offset 25 can be varied locally; Likewise, by locally varying the offset 25, it can be achieved that selected edge areas are trimmed at an early point in time, at which other areas of the molded component 1 are not yet completely formed.

Durch geeignete geometrische Gestaltung der Schneideinsätze 20, 20' kann der gesamte Bauteilrand 24 beschnitten werden. Alternativ können auch nur ausgewählte Bereiche des Bauteilrandes 24 beschnitten werden. Vorteilhafterweise werden im Kombinationswerkzeug 12 alle diejenigen Bereiche des Formbauteils 1 beschnitten, die sich nach Abschluss des kombinierten Warmumformens/Beschneidens/Abkühlens in einem gehärteten Gefügezustand befinden; dadurch wird sichergestellt, dass das Formbauteil 1 in diesen Bereichen keiner Endbeschneidung mit Hilfe eines Laser- oder Wasserstrahlwerkzeugs unterzogen zu werden braucht. Ungehärtete Bereiche des Formbauteils 1 können hingegen auch nach Entnahme des Formbauteils 1 aus dem Kombinationswerkzeug 12 nachbeschnitten werden, da ein Beschneiden dieser Bereiche ohne großen Verschleiß mit einem konventionellen (mechanischen) Schneidwerkzeug durchgeführt werden kann.The entire component edge 24 can be trimmed by suitable geometric design of the cutting inserts 20, 20'. Alternatively, only selected areas of the component edge 24 can be trimmed. Advantageously, all those areas of the molded component 1 that are in a hardened structural state after completion of the combined hot forming/trimming/cooling are trimmed in the combination tool 12; This ensures that the molded component 1 does not need to be subjected to final trimming in these areas using a laser or water jet tool. However, unhardened areas of the molded component 1 can also be removed after the molded component 1 has been removed from the Combination tool 12 can be re-trimmed, since trimming these areas can be carried out with a conventional (mechanical) cutting tool without much wear.

Das warmumgeformte und (zumindest teilweise) beschnittene Formbauteil 1 wird mit Hilfe eines Manipulators 28 aus dem Kombinationswerkzeug 12 entnommen und auf einer Ablage 29 abgelegt (siehe 1b).The hot-formed and (at least partially) trimmed molded component 1 is removed from the combination tool 12 with the aid of a manipulator 28 and placed on a shelf 29 (see 1b) .

Wurde bisher ein Prozess beschrieben, in dem die Umformung die und Beschneidung gemeinsam in einem Kombinationswerkzeug 12 durchgeführt werden, so können die beiden Schritte auch in getrennten Werkzeugen stattfinden. Insbesondere kann das Halbzeug 2 zunächst in ein erstes (Umform-)Werkzeug eingelegt werden, in dem die dreidimensionale Kontur des Formbauteils 1 geformt wird und eine gezielte Abkühlung auf eine erste Temperatur T1 erfolgt. Anschließend wird das Formbauteil 1 in ein benachbartes zweites (Fixier-)Werkzeug übergeben, in dem das Formbauteil 1 beschnitten und unter mechanischer Fixierung weiter abgekühlt wird. Die beiden benachbarten Werkzeuge (Umform- und Fixierwerkzeug) sind innerhalb der Umformpresse 15 nach Art von Stufenwerkzeugen angeordnet und durch eine an sich bekannte Transfereinrichtung verbunden, die beim Öffnen der Presse die Bauteile aus den benachbarten Werkzeugen synchron heraushebt und sie ins nächste Werkzeug bzw. in die außerhalb der Presse angeordnete Ablage 29 weiterreicht.While a process has so far been described in which the forming and trimming are carried out together in a combination tool 12, the two steps can also take place in separate tools. In particular, the semi-finished product 2 can first be inserted into a first (forming) tool in which the three-dimensional contour of the molded component 1 is formed and targeted cooling to a first temperature T1 takes place. The molded component 1 is then transferred to an adjacent second (fixing) tool, in which the molded component 1 is trimmed and further cooled with mechanical fixation. The two adjacent tools (forming and fixing tools) are arranged within the forming press 15 in the manner of step tools and are connected by a transfer device known per se, which synchronously lifts the components out of the adjacent tools when the press is opened and places them in the next tool or in the shelf 29 arranged outside the press passes on.

Vorteilhafterweise wird nicht nur die Erwärmung der Halbzeuge 2, sondern auch die Warmumformung/Beschneidung in einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt. In diesem Fall ist das Kombinationswerkzeug 12, wie in 1b gestrichelt angedeutet, in die Schutzgasatmosphäre 27 des Durchlaufofens 10 integriert. Dadurch wird ein zunderfreier Presshärtungsprozess realisiert, so dass eine nachfolgende Trockenreinigung der Formbauteile 1 entfallen kann.Advantageously, not only the heating of the semi-finished products 2, but also the hot forming/trimming is carried out in a protective gas atmosphere. In this case the combination tool is 12, as in 1b indicated by dashed lines, integrated into the protective gas atmosphere 27 of the continuous furnace 10. This results in a scale-free press hardening process, so that subsequent dry cleaning of the mold components 1 can be omitted.

Zusätzlich zu den in 2 gezeigten Elementen können im Kombinationswerkzeug Niederhalter vorgesehen sein, um ein kontrolliertes randseitiges Einziehen des Halbzeugs sicherzustellen.In addition to the in 2 The elements shown can be provided with hold-down devices in the combination tool in order to ensure controlled pulling in of the semi-finished product at the edge.

Claims (6)

Verfahren zur Herstellung eines metallischen Formbauteils (1), insbesondere eines Karosseriebauteils, aus einem Halbzeug (2) aus einem härtbaren warmumformbaren Stahlblech, wobei aus dem Halbzeug (2) mittels Warmumformen das Formbauteil (1) hergestellt wird und wobei das Halbzeug (2) oder das Formbauteil (1) beschnitten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschneiden im selben Prozessschritt wie das Warmumformen erfolgt.Method for producing a metallic molded component (1), in particular a body component, from a semi-finished product (2) made of a hardenable, hot-formable steel sheet, wherein the molded component (1) is produced from the semi-finished product (2) by means of hot forming and wherein the semi-finished product (2) or the molded component (1) is trimmed, characterized in that the trimming takes place in the same process step as the hot forming. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Beschneiden unmittelbar anschließend an das Warmumformen erfolgt.Procedure according to Claim 1 characterized in that the trimming takes place immediately after the hot forming. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Beschneiden im selben Werkzeug (Kombinationswerkzeug 12) wie das Warmumformen erfolgt.Procedure according to Claim 1 or 2 characterized in that the trimming takes place in the same tool (combination tool 12) as the hot forming. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Beschneiden bei einer Temperatur zwischen 400°C und 700°C erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the trimming takes place at a temperature between 400°C and 700°C. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Formbauteil (1) nach dem Warmumformen in einer solchen Weise im Kombinationswerkzeug (12) abgekühlt wird, dass eine Presshärtung erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the molded component (1) is cooled in the combination tool (12) after hot forming in such a way that press hardening takes place. Kombinationswerkzeug zur Herstellung eines metallischen Formbauteils (1), insbesondere eines Karosseriebauteils, durch kombiniertes Warmumformen, Härten und Beschneiden, ausgehend von einem erhitzten Halbzeug (2) aus einem härtbaren warmumformbaren Stahlblech, wobei das Kombinationswerkzeug (12) - ein an einem Pressenstößel (14) befestigtes Oberwerkzeug (13), eine über Kraftelemente (18) auf einem Pressentisch (16) gelagerte Matrize (17), und mindestens ein auf einem Schneidstempel (19, 19') fixiertes Schneidwerkzeug (20, 20') umfasst, - wobei der Schneidstempel (19, 19') am Rand (21) oder in einer Aussparung (22) der Matrize (17) angeordnet ist, wobei ein dem Schneidstempel (19, 19') benachbarter Bereich der Funktionsfläche (17') der Matrize (17) im geöffneten Zustand des Kombinationswerkzeugs (12) um einen Versatz (25) gegenüber dem Schneidstempel (19, 19') versetzt ist, und wobei der Versatz (25) zwischen Schneidstempel (19, 19') und Matrize (17) in einer solchen Weise eingestellt ist, dass ein dem Schneidstempel (19, 19') gegenüberliegender Bauteilrand (24) des warmumgeformten Bauteils (1) sich in einem ungehärteten oder unvollständig gehärteten Zustand befindet, wenn dieser Bauteilrand (24) des Bauteils (1) mit dem Schneidstempel (19, 19') in Kontakt kommt.Combination tool for producing a metallic molded component (1), in particular a body component, by combined hot forming, hardening and trimming, starting from a heated semi-finished product (2) made of a hardenable hot-formable steel sheet, the combination tool (12) - one on a press ram (14) attached upper tool (13), a die (17) mounted on a press table (16) via force elements (18), and at least one cutting tool (20, 20') fixed on a cutting punch (19, 19 '), - the cutting punch (19, 19') is arranged on the edge (21) or in a recess (22) of the die (17), an area of the functional surface (17') of the die (17) adjacent to the cutting punch (19, 19') in Open state of the combination tool (12) is offset by an offset (25) relative to the cutting punch (19, 19 '), and the offset (25) between the cutting punch (19, 19') and the die (17) is set in such a way is that a component edge (24) of the hot-formed component (1) opposite the cutting punch (19, 19') is in an unhardened or incompletely hardened state when this component edge (24) of the component (1) is in contact with the cutting punch (19, 19') comes into contact.
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