DE102006049146B4

DE102006049146B4 - Verfahren zur Herstellung einer aus mindestens zwei miteinander verbundenen Blechteilen bestehenden Baugruppe

Info

Publication number: DE102006049146B4
Application number: DE200610049146
Authority: DE
Inventors: Manfred Beck; Elisabeth Braun
Original assignee: Braun CarTec GmbH
Current assignee: Hfs Hotforming Solutions De GmbH
Priority date: 2006-10-17
Filing date: 2006-10-17
Publication date: 2012-12-27
Anticipated expiration: 2026-10-18
Also published as: DE102006049146A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer aus wenigstens zwei verbundenen Blechteilen bestehenden Baugruppe. Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines (1) der Blechteile (1, 2) formgehärtet und unter Verformung des Bleches von wenigstens einem (1) der Blechteile (1, 2) eine Kraft- oder/und Formschlussverbindung, z. B. eine Bördelverbindung (3), zwischen den Blechteilen (1, 2) hergestellt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das wenigstens eine Blechteil (1) in seiner Gesamtheit erwärmt und dann mit dem zweiten Blechteil verbunden und formgehärtet, wobei die Verbindung und die Formhärtung vorzugsweise gleichzeitig in einem Arbeitsgang erfolgen, bei welchem ein gegen die Blechteile (1, 2) anliegendes Formhärtwerkzeug als Werkstückhalterung für die bei der Verbindung der Blechteile (1, 2) erfolgende Verformungsbearbeitung dient.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer aus mindestens zwei miteinander verbundenen Blechteilen, insbesondere Blechformteilen, bestehenden Baugruppe.
Insbesondere Blechbaugruppen von Fahrzeugkarosserien unterliegen ständig steigenden Anforderungen an die Festigkeit, die möglichst unter Gewichtsreduzierung erfüllt werden sollen. In diesem Zusammenhang gewinnen formgehärtete Blechbauteile zunehmend an Bedeutung.
Die DE 698 18 472 T2 beschreibt ein Verfahren zur Verbesserung der Falzbarkeit von Blech aus aushärtbarem Aluminium, bei dem die mit einem Saum zu versehende Zone eines vorher ausscheidungsgehärteten Aluminiumlegierungsblechs durch eine kurzzeitige Erwärmung auf 250°C bis 500°C und durch anschließendes Abschrecken selektiv einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Die so behandelten Bereiche erlangen ihre ursprüngliche Festigkeit durch Kaltverfestigen und anschließendes Altern wieder.
Die JP 2006110566 A beschreibt ein Verfahren, drei Blechteile durch eine gemeinsame Bördelverbindung miteinander zu verbinden, wobei die Blechteile vor dem Verbinden eine unterschiedliche Vorbiegung aufweisen und durch ein spezielles Formwerkzeug miteinander verbunden werden.
Die DE 10 2004 047 229 A1 beschreibt eine unlösbare und verdrehsichere Bauteilverbindung, bei der neben Kraftschluss auch ein Formschluss vorgesehen ist, der durch Einprägungen ausgebildet wird.
Der Aufsatz „Wärmebehandlung. Entwicklungstendenzen beim Presshärten in der Automobilindustrie”. In UMFORMTECHNIK, 2006, H.03, S. 38–41, führt aus, dass Presshärten hochfester Blechwerkstoffe den Bau leichter und dennoch extrem steifer Karosseriebauteile durch die Kombination von Wärmebehandlung, Formgebung und gleichzeitig kontrollierter Abkühlung ermöglicht.
Auch der Internet-Artikel „VW setzt Maßstäbe bei der Warmumformung von Blechen”, www,industrieforum.net/de/biechonlinede/mai052006/weltmeister im formhärten/URL:http//www.industrie-forum.net, beschreibt den Prozess des Formhärtens von Blechteilen und die Vorteile dieser Technologie.
Die DE 10 2006 036 009 A1 beschreibt ein Verfahren zum Verbinden von chalenteilen, die beispielsweise durch Tiefziehen von Blech gefertigt wurden. Zwischen den beiden Schalenteilen wird in einem Werkzeug eine Falzverbindung ausgebildet Nach dem Falzvorgang wird der Falz in einem weiterem Werkzeug erwärmt und anschließend nochmals zusammengepresst. Dadurch wird eine verbesserte, spaltfreie Falzverbindung ausgebildet. Es kann vorgesehen sein, die erwärmte Falzverbindung anschließend beschleunigt abzukühlen und so zusätzlich zu härten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Möglichkeiten zum Einsatz formgehärteter Blechbauteile zu erweitern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der obengenannten Art gelöst, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens eines der Blechteile formgehärtet und unter Verformung des Bleches von wenigstens einem der Blechteile eine Kraft- oder/und Formschlussverbindung zwischen den Blechteilen hergestellt wird.
Vorteilhaft kombiniert die Erfindung das Formhärten mit auf Kraft- oder/und Formschluss beruhenden Verbindungen innerhalb von Baugruppen aus Blechteilen.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann ein zur Verbindung mit dem zweiten Blechteil vorgesehener Abschnitt des wenigstens einen Blechteils von einer vor der Verbindung erfolgenden Formhärtung ausgenommen oder zur Wiederherstellung der Verformbarkeit nach Formhärtung des gesamten Blechteils erwärmt werden. In dem betreffenden Abschnitt ist das Blechmaterial dann ausreichend dehnbar, um durch Formung eine Kraft- oder/und Formschlussverbindung herstellen zu können.
Vorzugsweise wird das wenigstens eine Blechteil in seiner Gesamtheit erwärmt und dann mit dem zweiten Blechteil verbunden und formgehärtet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgen die Verbindung der Blechteile und die Formhärtung unter wesentlicher Zeit- und Kosteneinsparung gleichzeitig in einem Arbeitsgang.
Vorteilhaft können bei der Herstellung der Verbindung die Formteile durch ein gegen diese anliegendes Formhärtwerkzeug gehalten werden. Gesonderte Werkstückhalterungen, welche die Verformung mindestens eines der Blechteile zwecks Verbindungen mit dem anderen Blechteil ermöglichen, können ggf. entfallen. Entsprechend verringert sich insgesamt der Herstellungsaufwand für Werkzeuge.
In einer Ausführungsform der Erfindung dient zur Verbindung mit dem anderen Blechteil ein Randabschnitt des einen Blechteils, wobei unter Biegung des Randabschnitts vorzugsweise eine Bördelverbindung mit dem andere Blechteil hergestellt wird. Das andere Blechteil braucht zur Herstellung der Bördelverbindung nicht verbogen zu werden. Es kann daher z. B. vorab in seiner Gesamtheit formgehärtet worden sein oder aus einem harten, wenig dehnbaren Material bestehen.
Zweckmäßig erfolgt eine Vorformung des zur Verbördelung vorgesehenen Randabschnitts, insbesondere kann dieser Abschnitt um mehr als 90° vorgebogen werden, so dass die zur Verbördelung erforderliche Restbiegung nur noch einen verhältnismäßig kleinen Biegewinkel erfordert, Entsprechend einfach kann das Bördelwerkzeug konstruiert sein.
Die Verbindung der Blechteile kann in mehreren, zueinander im Abstand angeordneten Verbindungsabschnitten erfolgen.
Vorzugsweise wird zur weiteren Verfestigung der Bördelverbindung in den durch die Bördelung gebildeten Flansch, vorzugsweise in einem Arbeitsgang mit der Bördelung, eine Vertiefung eingeprägt, Der zwischen den U-Schenkeln der Bördelung gehaltene Blechflansch des anderen Blechteils wird dadurch in Richtung der U-Schenkel nicht nur kraft- sondern auch formschlüssig gehalten. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind durch die Bördelung drei oder mehr Blechteile miteinander verbunden.
Bei Herstellung der Verbindung im warmen Zustand kann zur weiteren Verfestigung zusätzlich ein Lot- oder ein Heißkleber eingesetzt werden.
In einer alternativen Ausführungsform wird zur Herstellung der Kraft- oder/und Formschlussverbindung in einen Abschnitt des einen Blechteils eine Vertiefung eingepresst und dadurch auf der anderen Blechseite ein Vorsprung gebildet, welcher in eine Öffnung in dem anderen Blechteil eingreift. Vorzugsweise weitet sich die Öffnung In dem anderen Blechteil in Pressrichtung auf und der Vorsprung wird innerhalb der Öffnung durch eine entgegengerichtete Presskraft in der Art eines Nietenschaftes aufgeweitet. So wird auf diese Weise neben einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen den Blechteilen auch eine Formschlussverbindung hergestellt.
Vorzugsweise erfolgt die Herstellung dieser Verbindung im warmen Zustand wenigstens des einen Blechteils.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen weiter erläutert, Es zeigen:
1 Ausschnitte einer erfindungsgemäß hergestellten Baugruppe aus Blechformteilen in einer Querschnitts- und Seitenansicht,
2 eine die Vorformung eines Blechformteils für eine Bördelverbindung erläuternde Darstellung,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß hergestellte Baugruppe in einer Querschnittsansicht und einer Seitenansicht,
4 eine Teilansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß hergestellten Baugruppe in Seitenansicht,
5 eine Gesamtdarstellung der Baugruppe von 1 in einer Draufsicht,
6 eine Gesamtdarstellung der Baugruppe von 3 in einer Draufsicht,
7 ein viertes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß hergestellte Baugruppe in einer Draufsicht,
8 eine Querschnittsteildarstellung der Baugruppe von 7 gemäß Schnittlinie I-I,
9 eine Querschnittsteildarstellung der Baugruppe von 7 gemäß Schnittlinie J-J,
10 ein fünftes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß hergestellte Baugruppe, die aus drei Blechformteilen besteht,
11 zwei Blechformteile für eine erfindungsgemäß herzustellende Baugruppe, wobei in einem Randabschnitt der Blechformteile beide Blechformteile zwecks Bördelung vorgebogen sind, und
12 eine erfindungsgemäß herzustellende Baugruppe vor der Bördelung, wobei im Bördelbereich ein Lot- oder ein Heißkleber aufgetragen ist.
Eine in 1 und 5 gezeigte Baugruppe besteht aus einem ersten Blechformteil 1 und einem zweiten Blechformteil 2, Beide Blechformteile wurden bei ihrer Herstellung formgehärtet. Bei dem Blechformteil 1 wurde ein zur Herstellung einer Bördelverbindung 3 dienender Randabschnitt 4 des Blechformteils 1 von der Formhärtung ausgenommen. Dadurch ist das Material dieses Abschnitts genügend dehnbar, um den Abschnitt zur Herstellung der Bördelverbindung 3, wie in 1a dargestellt, U-förmig abbiegen zu können.
Wie 5 zeigt, weist die aus den zwei schalenförmigen Blechformteilen 1 und 2 gebildete Baugruppe insgesamt drei Bördelverbindungsbereiche 3, 3' und 3''. Entsprechend wurden drei im Abstand von jeweils 120° angeordnete Randabschnitte 4, 4' und 4'' von der Formhärtung des Blechformteils 1 ausgenommen.
Vor der Bördelung erfolgte eine Vorformung der Randabschnitte 4, 4', 4'' durch Abwinklung um mehr als 90° zu einem spitzen Winkel α, wie dies in 2 dargestellt ist. Durch diese Vorbiegung lässt sich die Bördelung wesentlich vereinfachen und der erforderliche Aufwand für Bördelwerkzeuge entsprechend verringern.
In den folgenden Ausführungsbeispielen sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie in 1, 2 und 5 bezeichnet, wobei der betreffenden Bezugszahl jeweils der Buchstabe a, b, d, e bzw. f beigefügt ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 3 und 6 wurden wenigstens das schalenförmige Blechformteil 1a vor der Herstellung einer Bördelverbindung 3a auf eine Temperatur oberhalb der zur Ausbildung eines Austenitgefüges erforderlichen Temperatur erwärmt.
Die Bördelung erfolgte im erwärmten Zustand. Unmittelbar anschließend an die Bördelung wurde in den Bördelungsflansch eine Vertiefung 5 eingeprägt, welche in Richtung der U-Schenkel der Bördelverbindung 3a zusätzlich zur Kraftschlussverbindung für eine Formschlussverbindung zwischen den Blechteilen 1a und 2a sorgt Die Baugruppe wurde in einem Arbeitsgang mit der Bördelung und Prägung durch ein gekühltes, von beiden Seiten gegen die Kontur der Baugruppe angelegtes Press- bzw. Formwerkzeug gehalten und wenigstens das Blechformteil 1a formgehärtet.
Vorteilhaft übernimmt das härtende Presswerkzeug die zur Herstellung der Bördelverbindung und Prägung erforderliche Halterung der Baugruppe.
Auch die Bördelbereiche (oder auch nur die Bördelbereiche) könnten abschließend formgehärtet werden, ggf. unter Nutzung der Bördelwerkzeuge.
Wie 6 zeigt, sind auch bei dieser Baugruppe insgesamt drei Bördelbereiche 3, 3a' und 3a'' zueinander im Abstand von 120° gebildet, wobei sich die Einprägung 5 jeweils über die gesamte Länge der Bördelverbindung erstreckt.
Wie aus 4 hervorgeht, können statt der durchgehenden Einprägung 5 auch zueinander im Abstand angeordnete Einprägungen 5b erzeugt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 7 sind neben drei Bördelverbindungsbereichen 3c, 3c' und 3'' zwischen Blechformteilen 1c und 2c stellenweise auch Verbindungen 6 hergestellt, wobei jeweils ein verkürzter Flansch 7 des Blechformteils 1c mit einem verkürzten Flansch 8 des Blechformteils 2c verbunden worden ist.
Zur Herstellung der Verbindungen 6 wird jeweils in den Flansch 7 eine Vertiefung 9 eingepresst. Ein durch die Vertiefung gebildeter Vorsprung 10 ragt in eine vorgefertigte Öffnung 11 im Flansch 8 des anderen Blechformteils 2c hinein. Wie in 9 zu erkennen ist, weitet sich die Vertiefung 11 in Pressrichtung auf. Durch einen Pressgegenhalter lässt sich der Vorsprung 10 innerhalb der Öffnung 11 in der Art eines Nietenschafts aufweiten, so dass neben einer Kraftschlussverbindung zwischen dem Flansch 7 und dem Flansch 8 auch eine Formschlussverbindung zwischen diesen Teilen entsteht.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 und 6 wird wenigstens das zur Verbindung zu verformende Blechformteil 1c vor dem Bördeln und der Herstellung der Verbindungen 6 in seiner Gesamtheit erwärmt und während der Verbindung der Teile durch ein gekühltes, die schalenförmigen Blechteile 1c und 2c zusammenhaltendes Werkzeug formgehärtet.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 10 ist eine Verbindung zwischen drei Blechformteilen 1d, 2d und 12 hergestellt, wobei wenigstens das zu verformende Blechformteil 1d erwärmt und ein Flansch 13 des dritten Blechformteils 12 zusammen mit einem Flansch des Blechformteils 2d zwischen den U-Schenkeln einer Bördelverbindung 3d eingeklemmt worden ist.
11 zeigt miteinander zu verbindende Blechformteile 1e und 2e mit Abschnitten 4e und 4e', die für eine Bördelung vorgebogen sind. Abweichend von den vorangehenden Ausführungsbeispielen gemäß 1 bis 9 werden also zur Herstellung einer Bördelverbindung zwei Randabschnitte 4e und 4e' abgebogen. Im gebördelten Zustand schließen die Enden der Abschnitte 4e und 4e' vorzugsweise bündig miteinander ab.
12 zeigt miteinander im warmen Zustand zu verbördelnde Blechformteile 1f und 2f mit einem vorgebogenen Randabschnitt 4f des Blechformteils 1f. Zur weiteren Verfestigung der Verbindung zwischen den Blechformteilen ist im Verbördelungsbereich ein Lot- oder Heißkleber 14 aufgetragen.
Statt der oben erwähnten Erwärmung gesamter Blechformteile könnte die Erwärmung und ggf. Presshärtung auch auf die Verbindungsbereiche beschränkt sein. Insbesondere die Verbindungen 6 könnten sogar unter punktueller Materialerwärmung hergestellt werden. Auch könnte einer Erwärmung und Presshärtung der gesamten Baugruppe nach Herstellung der Verbindung zwischen den Blechteilen erfolgen.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer aus mindestens zwei miteinander verbundenen Blechteilen (1, 2), bestehenden Baugruppe, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines (1) der Blechteile (1, 2) formgehärtet wird und einen Abschnitt aufweist, der zur Verbindung mit dem anderen Blechteil (2) vorgesehen ist und von der vor der Verbindung erfolgenden Formhärtung ausgenommen oder zur Wiederherstellung der Verformbarkeit nach Formhärtung des gesamten Blechteils (1) erwärmt wird, und dass unter Verformung des Bleches von wenigstens einem (1) der Blechteile (1, 2) eine Kraft- oder/und Formschlussverbindung zwischen den Blechteilen (1, 2) hergestellt wird, wobei die Verbindung der Blechteile (1, 2) und die Formhärtung gleichzeitig in einem Arbeitsgang erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das eine Blechteil (1) in seiner Gesamtheit erwärmt und dann mit dem anderen Blechteil (2) verbunden und formgehärtet wird,
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechteile (1, 2) bei der Herstellung der Kraft- oder/und Formschlussverbindung durch ein gegen die Blechteile anliegendes Press- bzw. Formhärtwerkzeug gehalten werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des einen Blechteils (1) mit dem anderen Blechteil (2) in einem Randabschnitt (4, 7) des einen Blechteils (1) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass unter Biegung des Randabschnitts (4) eine Bördelverbindung (3) mit dem anderen Blechteil (2) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Randabschnitt (4) zur Bördelung vorgeformt wird und insbesondere eine Verbiegung um mehr als 90° erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Blechteile (1, 2, 12) in mehreren, zu einander im Abstand angeordneten Verbindungsabschnitten (4, 4', 4'') des einen Blechteils (1) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den durch die Bördelverbindung (3) gebildeten Flansch in einem Arbeitsgang mit oder nach der Bördelung wenigstens eine Vertiefung (5) eingeprägt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass, vorzugsweise durch die Bördelung, drei Blechteile (1d, 2d, 12) miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechteile (1f, 2f) zusätzlich durch ein Lot- oder/und einen Heißkleber (14) miteinander verbunden werden,
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Kraft- oder/und Formschlussverbindung, vorzugsweise in einem Randabschnitt (7) des einen Blechteils (1c) in das eine Blechteil eine Vertiefung (9) eingepresst und ein dadurch auf der anderen Blechseite gebildeter Vorsprung (10) in eine Öffnung (11) in dem anderen Blechteil (2c) eingepresst wird,
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Öffnung (11) in dem anderen Blechteil (2c) in Pressrichtung aufweitet und der Vorsprung (10) innerhalb der Öffnung (11) durch eine entgegengerichtete Presskraft in der Art eines Nietenschafts aufgeweitet ist.