DE102006040893B3

DE102006040893B3 - Verfahren zur Herstellung eines Blechbauteils für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102006040893B3
Application number: DE102006040893A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Knaup
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2026-09-01
Also published as: JP4608529B2; JP2008055511A; US20080053184A1; CZ299907B6; US7654124B2; CZ2007513A3; FR2905291A1; FR2905291B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Blechbauteils für Kraftfahrzeuge aus einer Platine 7, wobei die Platine in einem Formwerkzeug 1 zum Blechbauteil umgeformt wird. Die Platine 7 wird zunächst an einander gegenüberliegenden Längsseiten 8 zwischen äußeren unteren Formbacken 5 aufgenommen. Die äußeren unteren Formbacken 5 werden aufeinander zubewegt und die Platinen eingespannt. Anschließend werden äußere obere Formbacken 6 in ihre Schließposition gebracht und die Längsseiten 8 der Platine 7 zwischen den äußeren unteren Formbacken 5 und den äußeren oberen Formbacken 6 lagefixiert. Vor oder in der ersten Phase der eigentlichen Umformung wird ein mittlerer Bereich der Platine in einem Pressenwerkzeug 2 eingespannt und die äußeren Formbacken 5 und 6 sowie das Pressenwerkzeug 2 werden relativ aufeinander zubewegt und das Blechbauteil endgeformt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Blechbauteils für Kraftfahrzeuge aus einer Platine, wobei die Platine in einem Formwerkzeug zum Blechbauteil umgeformt wird.
Bei der Serienherstellung von Bauteilen aus Blechen für Kraftfahrzeuge werden heute auch Teile mit relativ gleichmäßigen Profilen und geringen Krümmungen mit und ohne Blechhalter gezogen oder formgestanzt. Dies gilt sowohl für die normale Kaltumformung als auch für das Presshärten der Blechbauteile bei dem diese in einem gekühlten Werkzeug bei Ausgangstemperaturen über 900°C warmgeformt und anschließend im Werkzeug abgekühlt und dadurch gehärtet werden.
Wegen des von zahlreichen Faktoren abhängigen unterschiedlichen Einlaufens der Platine in das Formwerkzeug schwankt die Lage der Beschnittkanten relativ stark, so dass bei den meisten Bauteilen ein nachträgliches Beschneiden der Kanten erforderlich ist. Auch die Lage und Form von bereits in der Platine ein gebrachten Löchern schwankt mitunter so stark, dass in den meisten Fällen ein nachträgliches Lochen notwendig wird.
Nachträgliches Beschneiden und Lochen ist jedoch insbesondere bei warmgeformten, pressgehärteten Bauteilen unvorteilhaft. Zunächst ist hierfür ein zusätzlicher Arbeitsgang erforderlich, der jedoch insbesondere bei warmgeformten gehärteten Bauteilen nicht ohne weiteres in den Herstellungsprozess zu integrieren ist. Auch stellt das mechanische Beschneiden der gehärteten Bleche sehr hohe Anforderungen an die Werkzeuge und Maschinen und führt zu einem hohen Werkzeugverschleiß. Außerdem ist für den Beschnitt immer eine Materialzugabe erforderlich. Ferner sind die technischen und wirtschaftlichen Möglichkeiten des mechanischen Beschneidens durch Blechstärke und den Schneidkantenverlauf begrenzt. Oberhalb solcher Grenzen muss thermisch, zum Beispiel mittels Laserschneiden, getrennt werden. Schließlich haben mechanische und auch thermisch beschnittene Kanten aufgrund der bei den Schneideoperationen entstehenden Mikrorissen, Kerben und Verfestigungen schlechtere Festigkeitseigenschaften und sind rissanfällig.
Durch die DE 103 34 483 B4 und die US 4 077 813 zählen Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Blechbauteilen aus einer Platine zum Stand der Technik. Die Platine wird hier in einem Formwerkzeug zum Blechbauteil umgeformt. Zur Fixierung der Platine im Form- bzw. Pressenwerkzeug sind sich bewegende Einspannmittel vorgesehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Blechbauteils für Kraftfahrzeuge aus einer Platine aufzuzeigen, bei dem ein nachträgliches Beschneiden und/oder Lochen nicht mehr erforderlich ist.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Verfahren mit den im Anspruch 1 aufgezeigten Schritten.
Zur Herstellung eines Blechbauteils wird zunächst eine Platine aus Stahlblech in einem Formwerkzeug an einander gegenüberliegenden Längsseiten zwischen äußeren unteren Formbacken aufgenommen. Anschließend werden die äußeren unteren Formbacken aufeinander zubewegt und die Platine eingespannt. Hierzu werden die äußeren unteren Formbacken über Schieber oder hydraulischen bzw. elektrische Servoantriebe gleichmäßig nach innen bewegt, so dass die Platine zwischen den äußeren unteren Formbacken fixiert wird. Beim Einspannen der Platine in den äußeren unteren Formbacken gelangt diese an Anschlägen in den äußeren unteren Formbacken zur Anlage.
Das Formwerkzeug umfasst ferner äußere obere Formbacken. Diese werden nun in ihre Schließposition gebracht, wobei die Längsseiten der Platinen zwischen den äußeren unteren Formbacken und den äußeren oberen Formbacken lagefixiert werden. Die äußeren oberen Formbacken klemmen die Platine bzw. die Längsseiten der Platine zwischen sich und den äußeren unteren Formbacken exakt positioniert und fest ein, so dass die Platine sich während der Umformung nicht verschieben kann.
Die äußeren Formbacken sowie ein dazwischen angeordnetes Pressenwerkzeug werden dann relativ aufeinander zubewegt und das Blechbauteil endgeformt. Hierbei wird die Platine um den Stempel des Pressenwerkzeugs herum geformt. Dabei wird in Kauf genommen, dass sich während des Umformvorgangs zwischen den Formelementen ein Materialüberschuss bildet, der bei der Ausformung des Blechbauteils eliminiert wird.
Man erhält ein Blechbauteil mit definierten Längskantenbereichen von hoher Qualität. Ein nachträgliches Beschneiden des Blechbauteils entlang der Längsseiten oder auch ein nachträgliches Lochen ist nicht mehr erforderlich. Des Weiteren gibt es bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise nur sehr wenig Relativbewegung zwischen den Wirkelementen des Formwerkzeugs und der Platine. Hierdurch können der Werkzeugverschleiß, die Riefenbildung, der Abrieb einer Beschichtung und deren Anbacken und Ablagerungen im Werkzeug stark reduziert werden. Auch den ansonsten beim Ziehen und Formstanzen notwendigen Formspalt gibt es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht. Hierdurch können auch die damit verbundenen Nachteile wie Luft zwischen Stempel und Matrize und der daraus resultierend schlechtere Kontakt des Blechs mit einem kühlenden Werkzeug vermieden werden. Bei der Kaltumformung hochfester Stähle ist es besonders vorteilhaft, dass die so genannte Zargenkrümmung nicht entsteht und die Rückfederung des Profils verhältnismäßig einfach durch Überbiegen kompensiert werden kann.
Vor allem beim Warmformen lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr kleine Bauteilradien realisieren. Demzufolge kann der zur Verfügung stehende Bauraum besser genutzt sowie Material, und demzufolge Fahrzeuggewicht, eingespart werden.
Außerdem lassen sich im Gegensatz zum üblichen Ziehen oder Formstanzen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch hinterschnittene Blechbauteile, die sich innerhalb ihrer Elastizität vom Stempel abstreifen lassen, ohne zusätzlichen Aufwand in einem Arbeitsgang herstellen. Die Entformung von Bauteilen mit geringem Hinterschnitt erfolgt durch einfaches Aufbiegen im elastischen Bereich. Bei größeren Hinterschneidungen muss lediglich der Stempel mit einem Mechanismus, beispielsweise einem sogenannten Füllschieber, zur Entformung ausgerüstet werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 10.
Falls die Lage von in der Platine vorhandenen Löchern wichtiger ist, werden diese Löcher vorrangig aufgenommen und die Platine mit den Löchern an Aufnahmestiften in den äußeren unteren Formbacken fixiert.
Vor oder in der ersten Phase der eigentlichen Umformung (Verfahrensschritt d)) kann ein mittlerer Bereich der Platine im Pressenwerkzeug eingespannt werden.
Vorzugsweise werden beim Umformvorgang die äußeren Formbacken, also die äußeren unteren Formbacken und die äußeren oberen Formbacken, gemeinsam auf das Pressenwerkzeug zu und vertikal hierzu bewegt. Hierbei werden die äußeren unteren Formbacken und die äußeren oberen Formbacken miteinander verriegelt. Die Bewegung der äußeren Formbacken kann auf einer Kurvenbahn erfolgen. Des Weiteren ist es möglich, dass die Schließbewegung der äußeren Formbacken mittels Keilschiebern erzeugt wird und entlang einer Geraden verläuft.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann das Blechbauteil sowohl warm als auch kalt umgeformt werden. Beim Warmumformen wird vorteilhaft eine zumindest partielle Härtung des Blechbauteils im Formwerkzeug vorgenommen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Die Darstellungen in den 1 bis 7 zeigen den Umformvorgang einer Stahlblechplatine in einem Formwerkzeug in verschiedenen Verfahrensstadien.
Anhand der 8 ist eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.
Der Umformvorgang wird durchgeführt in einem Formwerkzeug 1, von dem in den 1 bis 7 jeweils immer nur die rechte Hälfte dargestellt ist. Bei dem Formwerkzeug 1 kann es sich sowohl um ein Kaltumformwerkzeug als auch um ein Warmumformwerkzeug mit integrierter Kühlung handeln.
Das Formwerkzeug 1 umfaßt ein Pressenwerkzeug 2 mit einem unteren Stempel 3 und einem oberen Niederhalter 4 sowie äußere untere Formbacken 5 und äußere obere Formbacken 6. Die äußeren Formbacken 5 und 6 sind in der Ausgangslage bei geöffnetem Formwerkzeug 1 mit Abstand a zum Pressenwerkzeug 2 angeordnet.
Zur Herstellung eines Blechbauteils wird eine Platine 7 mit ihren Längsseiten 8 zwischen schulterartigen Anschlägen 9 in den äußeren unteren Formbacken 5 abgelegt (1). Die Längsseiten 8 bilden später die Beschnittkontur bzw. die Längskanten des fertigen Bauteils. Falls die Lage von in der Platine 7 vorab eingebrachten Löchern im Hinblick auf das spätere Bauteil geometriegenau beibehalten werden soll, werden diese Löcher vorrangig aufgenommen und an Aufnahmestiften 10 – wie in der 2 dargestellt – in den äußeren unteren Formbacken 5 fixiert.
Die äußeren unteren Formbacken 5 werden dann über Schieber oder hydraulische bzw. elektrische Servoantriebe 11 gleichmäßig so nach innen bewegt, dass die Platine 7 zwischen den Anschlägen 9 geklemmt bzw. mittels der Aufnahmestifte 10 in den Löchern fixiert wird. Um zu einer sicheren Anlage zu kommen, wird dabei bewusst in Kauf genommen, dass sich das Blech etwas auswölbt, wie in 2 zu erkennen.
Im nächsten Verfahrensschritt (siehe hierzu 3) werden die äußeren oberen Formbacken 6 in ihre Schließposition gebracht und die Längsseiten 8 der Platine 7 zwischen den äußeren unteren Formbacken 5 und den äußeren oberen Formbacken 6 lagefixiert. Die äußeren oberen Formbacken 6 klemmen die Längsseiten 8 der Platine 7 zwischen sich und den äußeren unteren Formbacken 5 exakt positioniert und so fest ein, dass sich die Platine 7 während des Umformvorgangs nicht verschieben kann.
Vor oder in der ersten Phase der eigentlichen Umformung wird ein mittlerer Bereich 12 der Platine 7 zwischen dem Stempel 3 und dem Niederhalter 4 des Pressenwerkzeugs eingespannt.
Während der Schließbewegung werden die äußeren Formbacken 5 und 6 mechanisch z.B. über Kurvenbahnen 13 (wie in 4 dargestellt), schiefe Ebenen und ähnliches oder mittels hydraulischer bzw. elektrischer Antriebe unter Verringerung des Abstands a so nach innen auf das Pressenwerkzeug 2 zu und vertikal bewegt, dass keine Relativbewegung zwischen der Platine 7 und den Formbacken 5, 6 und höchstens ein geringer Materialüberschuss in den freien, nicht eingespannten Bereichen 14 der Platine 7 entsteht. Die äußeren oberen Formbacken 6 werden dabei form- oder reibschlüssig so mit den äußeren unteren Formbacken 5 verriegelt bzw. gekoppelt, dass sie sich mit den äußeren unteren Formbacken 5 nach innen bewegen, so dass ein Gleichlauf zwischen den äußeren Formbacken 5 und 6 besteht. Diese Bewegung kann, falls erforderlich, auch durch separate Servoantriebe erzeugt oder unterstützt werden.
Während der Umformung wird die Platine 7 über Formradien 15 am Stempel 3 und Formradien 16 an den äußeren oberen Formbacken 6 ohne nennenswerte Relativbewegungen zwischen dem Stempel 3 bzw. der äußeren oberen Formbacke 6 und der Platine 7 gebogen (5).
Kurz vor dem unteren Umkehrpunkt des Formwerkzeugs 1 erreichen die äußeren Formbacken 5 und 6 ihre horizontale Endposition (6), so dass die Platine 7 bzw. das hieraus geformte Blechbauteil 17 bei der weiteren Schließbewegung über den Stempel 3 gestreckt (Pfeil P) und ausgeformt wird (7). Durch die dadurch erzeugte mehr oder weniger große Streckung des Materials, können eventuelle Schwankungen der Platinenabmessung ebenso wie durch Werkzeugverschleiß oder andere Ursachen bedingte Abweichungen von der Sollgeometrie ausgeglichen werden. Man erhält ein Blechbauteil 17 von hoher Qualität und mit definierten Längsseiten bzw. Bauteilkanten. Ein nachträglicher Beschnitt des Blechbauteils 17 entlang der Längsseiten ist nicht erforderlich. Die Position von vorgelochten Bereichen der Platine 7 in Relation zum fertigen Blechbauteil 17 wird bauteilgerecht beibehalten.
Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist anhand der 8 erläutert. Auch von dem Formwerkzeug 18 gemäß der 8 ist nur die rechte Hälfte dargestellt. Das Formwerkzeug 18 umfasst wiederum ein Pressenwerkzeug 2 mit einem unteren Stempel 3 und einem oberen Niederhalter 4 sowie äußeren unteren Formbacken 5 und äußeren oberen Formbacken 6.
Die Platine 7 wird mit ihren Längsseiten 8 zwischen Anschlägen 9 in den äußeren unteren Formbacken 5 aufgenommen sowie eingespannt und mittels der äußeren oberen Formbacken 6 lagefixiert. Anschließend werden die äußeren Formbacken 5 und 6 auf das Pressenwerkzeug 2 zu und vertikal hierzu bewegt. Dies erfolgt mittels Keilschiebern 19 entlang einer Linearführung 20 auf einer schräg verlaufenden Geraden 21. Die generelle Horizontalbewegung ist in der 8 durch den Pfeil H, die Vertikalbewegung durch den Pfeil V gekennzeichnet. Die lineare Abwärtsbewegung der äußeren Formbacken 5 und 6 mittels des Keilschiebers 19 auf der Geraden 21 ist durch den Pfeil L verdeutlicht.
Im Gegensatz zu der anhand der 1 bis 7 beschriebenen Vorgehensweise wird die Platine 7 beim Umformvorgang nicht zwischen dem Stempel 3 und dem Niederhalter 4 eingespannt. Bei der Schließbewegung der äußeren Formbacken 5 und 6 beult sich die Platine 7 nach oben durch und wird dann mittels der äußeren Formbacken 5 und 6 über den Stempel 3 zum Blechbauteil endgeformt, einschließlich eines gegebenenfalls notwendigen Streckvorgangs. Während des Umformvorgans kann sich zwischen den Formelementen, also den äußeren Formbacken 5 und 6 sowie dem Stempel 3 ein Materialüberschuss bilden, der bei der Ausformung des Blechbauteils eliminiert wird.

1: Formwerkzeug
2: Pressenwerkzeug
3: Stempel
4: Niederhalter
5: äußere untere Formbacke
6: äußere obere Formbacke
7: Platine
8: Längsseite
9: Anschlag
10: Aufnahmestift
11: Servoantrieb
12: mittlerer Bereich v. 1
13: Kurvenbahn
14: frei kragender Bereich v. 1
15: Formradius
16: Formradius
17: Blechbauteil
18: Formwerkzeug
19: Keilschieber
20: Linearführung
21: Gerade
a: Abstand
P: Pfeil
H: Pfeil
V: Pfeil
L: Pfeil

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Blechbauteils für Kraftfahrzeuge aus einer Platine (7), wobei die Platine (7) in einem Formwerkzeug (1) zum Blechbauteil (17) umgeformt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) die Platine (7) wird an einander gegenüberliegenden Längsseiten (8) zwischen äußeren unteren Formbacken (5) aufgenommen, b) die äußeren unteren Formbacken (5) werden aufeinander zu bewegt und die Platine (7) eingespannt, wobei die Platine (7) an Anschlägen (9) in den äußeren unteren Formbacken (5) zur Anlage gelangt, c) äußere obere Formbacken (6) werden in ihre Schließposition gebracht und die Längsseiten (8) der Platine (7) zwischen den äußeren unteren Formbacken (5) und den äußeren oberen Formbacken (6) lagefixiert, d) die äußeren Formbacken (5 und 6) und ein Pressenwerkzeug (2) werden relativ aufeinander zu bewegt, e) das Blechbauteil (17) wird endgeformt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verfahrensschritt d) ein mittlerer Bereich der Platine (7) im Pressenwerkzeug (2) eingespannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (7) an Aufnahmestiften (10) in den äußeren unteren Formbacken (5) fixiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Formbacken (5 und 6) auf das Pressenwerkzeug (2) zu und vertikal hierzu bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Formbacken (5 und 6) auf einer Kurvenbahn (13) bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Formbacken (5 und 6) entlang einer Geraden (21) bewegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil (17) bei der Endformgebung gestreckt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere untere Formbacke (5) und die äußeren oberen Formbacke (6) miteinander verriegelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil (17) im Formwerkzeug (1) warm umgeformt und zumindest partiell gehärtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil (17) im Formwerkzeug (1) kalt umgeformt wird.