DE102006030509A1 - Method for treating a sheet metal component used in chassis construction comprises hardening the component in predetermined regions by introducing locally delimited energy into the mold - Google Patents

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Abstract

Method for treating a sheet metal component comprises hardening the component in predetermined regions by introducing locally delimited energy into the mold.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines in einem Umformverfahren zu einem Halbfertigerzeugnis oder Fertigerzeugnis umgeformten Blechbauteils, insbesondere Karosseriestrukturbauteils, aus einem Stahlblech.The The invention relates to a method for treating a in a forming process to a semi-finished or finished product formed sheet metal component, in particular body structure component, made of a sheet steel.
  • An Karosseriestrukturbauteile werden stetig steigende Anforderungen an die Steifigkeit und Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht gestellt. Für den Einsatz in der Automobilindustrie ist aus dem Stand der Technik der Einsatz von hoch- und höchstfesten Stählen beispielsweise für Stoßfänger, Säulen und Querträger oder für den Seitenaufprallschutz, die bei einem Crash die Insassen eines Wagens vor Verletzungen bewahren sollen, bekannt.At Body structural components are constantly increasing demands to the stiffness and strength with low weight posed. For the Use in the automotive industry is from the prior art the use of high and ultra high strength toughen for example Bumpers, pillars and crossbeam or for the side impact protection, which in a crash the occupants of a Trolley to protect against injuries known.
  • Weiterhin ist aus dem Stand der Technik auch bereits ein als Presshärten bekanntes Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mit hoher Festigkeit bei gleichzeitiger Verringerung von Blechstärke und Gewicht vorbekannt. Im Vergleich zum Kaltumformen von höher- und hochfesten Stählen werden beim Presshärten die Bauteile erst durch die Warmumformung und das abschließende Abkühlen vergütet. Hierzu werden Vergütungsstähle bei Temperaturen von 900 bis 1000°C beim Presshärten dadurch verarbeitet, dass die Umformung des Werkstoffs zum Bauteil und den Härtungsprozess in einem Arbeitsgang zusammengefasst werden. Das Bauteil wird beim Kontakt der erwärmten Platine mit einem kalten Werkzeug abgekühlt. Die mikrostrukturellen Eigenschaften, die die Festigkeit bedingen, können damit weder die Formbarkeit behindern, noch werden sie durch die Hitze zerstört. Durch das Presshärten werden die Festigkeiten der höher- und hochfesten Stähle erheblich gesteigert.Farther is already known from the prior art as a press-hardening Method of making high strength components simultaneous reduction of sheet thickness and weight previously known. Compared to the cold forming of high and high strength steels press hardening the components are tempered only by the hot forming and the final cooling. For this hardened steels are added Temperatures from 900 to 1000 ° C during press hardening processed by the fact that the transformation of the material to the component and the curing process be summarized in one operation. The component is at Contact the heated ones Board cooled with a cold tool. The microstructural Properties that require the strength can thus neither the formability hinder, nor are they destroyed by the heat. Become through the press hardening the strengths of the higher and high strength steels considerably increased.
  • Ferner ist auch das Induktionshärten bereits grundsätzlich bekannt. Mit diesem Verfahren werden vor allem kompliziert geformte Werkstücke durch partielles Härten lediglich in bestimmten Bereichen auf die erforderliche Härtetemperatur gebracht, um sie anschließend abzuschrecken. Dabei erreichen die bevorzugten Vergütungsstähle Werte, die konventionellem Härten nahe kommen.Further is also induction hardening already in principle known. With this method are mainly complicated shaped workpieces by partial hardening only in certain areas to the required hardening temperature brought to her afterwards deter. The preferred tempering steels achieve values the conventional hardening to come close.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Gebrauchseigenschaften von Blechbauteilen mit geringem Aufwand wesentlich zu verbessern.In front In this background, the invention is based on the object, the Use properties of sheet metal components with little effort essential to improve.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.These Task is solved with a method according to the features of the claim 1. The dependent claims relate to particularly expedient developments the invention.
  • Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem im Anschluss an die Formgebung durch einen lokal begrenzten Energieeintrag ein Härtungsprozess in vorbestimmten Bereichen des Blechbauteils vorgenommen wird. Durch den partiellen thermischen Energieeintrag und die dadurch auf einen vorbestimmten Bereich begrenzte Wärmebehandlung des Blechbauteils, insbesondere Karosseriestrukturbauteils, werden lokal mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Presshärten erzielbaren Festigkeitseigenschaften vergleichbare Eigenschaften mit einem vergleichsweise geringen Aufwand erzielt. Der örtlich begrenzte Härtungsprozess erfolgt zudem als abschließender Arbeitsgang bei der Herstellung des Blechbauteils, so dass komplizierte Beschneideoperationen entfallen. Außerdem wird durch den begrenzten Energieeintrag nur ein geringer Wärmebetrag in das Blechbauteil eingebracht, was zu geringeren Eigenspannungen und letztlich zu einer höheren Genauigkeit des Blechbauteils führt. Vor allem aber ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine gezielte Erhöhung der Festigkeit, insbesondere der Zugfestigkeit und der Streckgrenze in denjenigen Bereichen des Blechbauteils, in denen eine solche erhöhte Festigkeit erforderlich oder sinnvoll ist. In den übrigen Bereichen, in denen eine solche erhöhte Festigkeit nicht erforderlich ist, bleibt hingegen der Ausgangszustand mit seiner hohen Dehnung und damit hohem Energieaufnahmepotential erhalten. Weiterhin gestattet der lokal begrenzte thermische Energieeintrag eine besonders wirtschaftliche Durchführung des Verfahrens und damit kostengünstige Herstellung des Blechbauteils.According to the invention is thus a method is provided in which following the shaping by a localized energy input a hardening process in predetermined Regions of the sheet metal component is made. By the partial thermal energy input and thereby to a predetermined Area limited heat treatment the sheet metal component, in particular body structural component, be locally achievable with the known from the prior art press hardening Strength properties comparable properties with a comparatively achieved little effort. The local limited curing process takes place also as a final Operation in the production of the sheet metal component, so that complicated Cropping operations are eliminated. It is also limited by the Energy input only a small amount of heat in the sheet metal component introduced, resulting in lower residual stresses and ultimately to a higher Accuracy of the sheet metal component leads. In front everything possible the inventive method a targeted increase the strength, in particular the tensile strength and the yield strength in those areas of the sheet metal component in which such increased Strength required or useful. In the remaining areas, in which such increased Strength is not required, however, remains the initial state obtained with its high elongation and thus high energy absorption potential. Furthermore, the locally limited thermal energy input allows a particularly economical implementation of the method and thus inexpensive Production of the sheet metal component.
  • Der lokal begrenzte thermische Energieeintrag könnte hierzu beispielsweise mittels einer elektromagnetischen Strahlung eingebracht werden. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hingegen dann erreicht, wenn der Energieeintrag induktiv erfolgt, um so in einfacher Weise die lokale Erwärmung auch dann sicherzustellen zu können, wenn der ausgewählte Bereich eine mehrfach gekrümmte Oberflächentopographie aufweist. Zudem kann durch den induktiven Energieeintrag eine Beschädigung der Oberfläche des Blechbauteils zuverlässig ausgeschlossen werden.Of the For example, locally limited thermal energy input could be used be introduced by means of electromagnetic radiation. A particularly advantageous embodiment the method according to the invention On the other hand, it is reached when the energy input is inductive, so as to ensure local heating in a simple manner to be able to if the selected one Area a multi-curved surface topography having. In addition, by the inductive energy input damage to the surface of the Sheet metal component reliable be excluded.
  • Weiterhin erweist es sich als besonders praxisgerecht, wenn im Anschluss an den thermischen Energieeintrag ein gesteuerter, auf einen vorbestimmten Bereich beschränkter Abkühlprozess eingeleitet wird und dadurch die Gefügeausbildung während des Abkühlprozesses partiell unterschiedlich eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise ein stetiger Übergang der Festigkeitseigenschaften von dem unbehandelten Bereich des Blechbauteiles zu den durch die Behandlung gehärteten Bereichen erzielt werden. An sich gegensätzliche Zielsetzungen hinsichtlich der gewünschten Eigenschaften können dadurch in einem einzigen Blechbauteil zusammengefasst realisiert werden.Farther proves to be particularly practical, if following the thermal energy input a controlled, to a predetermined Restricted area cooling process initiated and thereby the structure education during the cooling process partially can be set differently. In this way For example, a steady transition of the strength properties from the untreated area of the sheet metal component to those through the Hardened treatment Areas are achieved. In contrast, objectives with regard to the desired Properties can thereby realized in a single sheet metal component realized become.
  • Eine weitere besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass der Härtungsprozess und der Abkühlungsprozess unter Abschluss gegenüber der Umgebungsatmosphäre, insbesondere unter Schutzgas durchgeführt werden. Hierdurch werden unerwünschte Veränderungen der Oberfläche des Blechbauteils und die damit verbundene Nachbearbeitung, insbesondere Entzunderungsarbeitsgänge, überflüssig. Als Schutzgas können in der Praxis beispielsweise Stickstoff, Argon oder Wasserstoff eingesetzt werden.A further particularly advantageous embodiment The invention is also achieved in that the curing process and the cooling process under graduation opposite the ambient atmosphere, be carried out in particular under protective gas. This will be undesirable changes the surface the sheet metal component and the associated post-processing, in particular Descaling operations, superfluous. As a protective gas can in practice, for example, nitrogen, argon or hydrogen be used.
  • Dabei zeigt es sich, dass besonders zielführende Verfahrensresultate dann realisiert werden können, wenn das Blechbauteil aus einem dünnwandigen vergütbaren Stahlwerkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,18% und 0,35% hergestellt wird und durch den Härtungsprozess eine gezielte Umwandlung des Blechbauteils in die Martensitstufe oder eine Zwischenstufe erfolgt. Die gewünschte Härte kann dadurch mit hoher, reproduzierbarer Genauigkeit eingestellt werden.there it turns out that particularly goal-oriented procedural results can then be realized if the sheet metal component of a thin-walled heat-treatable steel material with a carbon content of between 0.18% and 0.35% and through the hardening process a targeted transformation of the sheet metal component in the martensite or an intermediate stage takes place. The desired hardness can be characterized by high, reproducible accuracy.
  • Weiterhin erweist es sich als besonders sinnvoll, wenn das Blechbauteil während des Härtungsprozesses in einer Spannvorrichtung insbesondere formschlüssig fixiert wird. Hierdurch wird eine unerwünschte Verformung durch den Härtungsprozess vermieden, so dass eine umständliche Nachbearbeitung entfallen kann. Der Aufnahme des Blechbauteils dient beispielsweise eine Spannvorrichtung oder eine Schablone.Farther it proves to be particularly useful if the sheet metal component during the curing is fixed in a form-fitting manner in particular in a clamping device. hereby becomes an undesirable Deformation avoided by the hardening process so a complicated one Post-processing can be omitted. The recording of the sheet metal component is used for example, a clamping device or a template.
  • Das Verfahren eignet sich zur Anwendung bei nahezu beliebigen profilierten oder geformten Blechbauteilen. Eine besonders sinnvolle Einsatzmöglichkeit ergibt sich hingegen in der Praxis aus einer Kombination des lokal begrenzten thermischen Energieeintrag und der Umformung des Blechbauteils mittels eines Hydro- oder Hochdruckumformverfahrens. Beispielsweise sind mit integrierten Fertigungssystemen der Innenhochdruckumformung in Verbindung mit dem lokal begrenzten thermischen Energieeintrag wesentlich reduzierte Herstellungskosten insbesondere auch bei komplex geformten Hohlkörpern möglich.The Method is suitable for use in almost any profiled or shaped sheet metal components. A particularly useful application on the other hand results in practice from a combination of the local limited thermal energy input and the deformation of the sheet metal component by means of a hydro or high pressure forming process. For example are with integrated manufacturing systems of hydroforming in conjunction with the localized thermal energy input significantly reduced production costs, especially in complex shaped hollow bodies possible.
  • Zur weiteren Verdeutlichung des Grundprinzips der Erfindung wird diese ergänzend in einem Ablaufdiagramm (1) dargestellt. Im Anschluss an ein an sich bekanntes Umformverfahren 1 zur Herstellung eines komplex geformten, als Karosseriestrukturbauteil ausgeführten Blechbauteils, aus einen Stahlblech erfolgt zunächst die formschlüssige Fixierung 2 desselben in einer Spannvorrichtung. Durch einen lokal begrenzten thermischen Energieeintrag wird nachfolgend ein Härtungsprozess 3 in lokal begrenzten, vorbestimmten Bereichen des Blechbauteils durchgeführt. Eine Beeinträchtigung der Oberfläche wird dabei durch den induktiven Energieeintrag vermieden, der dabei ebenso unter eine Schutzgasatmosphäre wie der sich anschließende, zeitlich gesteuerte Abkühlungsprozess 4 erfolgt. Das derart behandelte Blechbauteil erfordert keine weitere Nachbearbeitung. Vielmehr bleiben die lokalen Verbesserungen der Gebrauchseigenschaften durch eine Erhöhung der lokalen Streckgrenze und Zugfestigkeit ohne einen nachteiligen Einfluss auf die unbehandelten Bereiche.To further clarify the basic principle of the invention, this is supplemented in a flow chart ( 1 ). Following a known per se forming process 1 for producing a complex-shaped, designed as a body structural component sheet metal component, from a steel sheet is initially the positive fixation 2 the same in a jig. By a localized thermal energy input is subsequently a curing process 3 performed in locally limited, predetermined areas of the sheet metal component. An impairment of the surface is thereby avoided by the inductive energy input, which also under a protective gas atmosphere as the subsequent, timed cooling process 4 he follows. The sheet metal component treated in this way requires no further post-processing. Rather, the local improvements in performance remain due to an increase in local yield strength and tensile strength without adversely affecting the untreated areas.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Behandlung eines in einem Umformverfahren zu einem Halbfertigerzeugnis oder Fertigerzeugnis umgeformten Blechbauteils, insbesondere Karosseriestrukturbauteils, aus einen Stahlblech, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die Formgebung durch einen lokal begrenzten Energieeintrag ein Härtungsprozess in vorbestimmten Bereichen des Blechbauteils vorgenommen wird.A method of treating a sheet metal component, in particular a body structural component, formed from a sheet steel in a forming process into a semi-finished or finished product, characterized in that a hardening process is carried out in predetermined areas of the sheet metal component following the shaping by a locally limited energy input.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag induktiv erfolgt.Method according to claim 1, characterized in that that the energy input is made inductively.
  3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den thermischen Energieeintrag ein gesteuerter, auf einen vorbestimmten Bereich beschränkter Abkühlprozess eingeleitet wird.Process according to claims 1 or 2, characterized that following the thermal input of energy a controlled, is initiated on a predetermined range limited cooling process.
  4. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Härtungsprozess und/oder Abkühlungsprozess unter Abschluss gegenüber der Umgebungsatmosphäre, insbesondere unter Schutzgas durchgeführt wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the hardening process and / or cooling process under Conclusion opposite the ambient atmosphere, is carried out in particular under protective gas.
  5. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil aus einem dünnwandigen vergütbaren Stahlwerkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,18% und 0,35% hergestellt wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the sheet metal component of a thin-walled treatable Steel material with a carbon content between 0.18% and 0.35% will be produced.
  6. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Härtungsprozess eine gezielte Umwandlung des Blechbauteils in die Martensitstufe oder eine Zwischenstufe erfolgt.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that by the hardening process a targeted Conversion of the sheet metal component in the martensite or an intermediate stage he follows.
  7. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil während des Härtungsprozesses in einer Spannvorrichtung insbesondere formschlüssig fixiert wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the sheet metal component during the curing process in a clamping device in particular fixed in a form-fitting manner becomes.
  8. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil mittels eines Hydro- oder Hochdruckumformverfahrens umgeformt wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the sheet metal component by means of a hydro or high pressure forming process is reformed.
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