DE102007039096A1

DE102007039096A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Warmumformen und Härten eines Blechbauteils

Info

Publication number: DE102007039096A1
Application number: DE102007039096A
Authority: DE
Inventors: Volker Huthmacher; Josef Bast; Herbert Bachschneider; Christian Gebhard
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2007-08-18
Filing date: 2007-08-18
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2027-08-19
Also published as: DE102007039096B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Warmumformen und Härten eines Blechbauteils, wobei ein erhitzter Blechzuschnitt (6) in das geöffnete, gekühlte Ziehpresswerkzeug (1) eingebracht und beim Schließen geformt und gehärtet wird. Erfindungsgemäß überragt der erhitzte Blechzuschnitt (6) zumindest teilweise mit einem Randbereich (7, 8) den Schließbereich zwischen Matrize (2) und Stempel (3), so dass bei geschlossenem Ziehpresswerkzeug (1) dieser Randbereich (7, 8) keinen Werkzeuganlagekontakt hat und damit noch nicht gekühlt und gehärtet wird und weiter formbar bleibt. In einem anschließenden Nachform-Verfahrensschritt wird durch eine Relativbewegung zwischen Werkzeugteilen (2, 3, 4, 5) der Randbereich (7, 8) nachgeformt und gelangt für eine Härtung in Anlage zu einem gekühlten Werkzeugbereich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmumformen und Härten eines Blechbauteils in einem Ziehwerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Beim allgemein bekannten Verfahren zum Warmumformen und Härten (Presshärten) von Stahlblech wird dieses in einem Ofen auf etwa 950°C erhitzt und mit einem gekühlten Ziehpresswerkzeug, welches analog herkömmlicher Ziehwerkzeuge aus Stempel, Blechhalter und Matrize besteht umgeformt. Das Stahlblech als Blechplatine wird dabei im gekühlten Ziehpresswerkzeug abgeschreckt und durch eine Gefügeumwandlung (Martensitbildung) gehärtet.
Ein Nachformen des Blechs z. B. zum Abstellen von Flanschen ist nicht mehr möglich, da durch die im Ziehpresswerk erfolgte Abschreckung bereits die Gefügeänderung und damit die Härtung stattgefunden hat. Ohne erneutes Aufheizen ist eine weitere Umformung des Materials nicht möglich, so dass bisher regelmäßig beim Warmumformen die gesamte herzustellende Geometrie auf den Stempel gelegt und mit dem Stempel in einem Verfahrensschritt umgeformt wird.
Bei Modifikationen des vorstehenden allgemein bekannten Verfahren zum Warmumformen ( DE 102 47 301 A1 ) wird ein glühend erhitzter Blechzuschnitt in das geöffnete Ziehpresswerkzeug eingebracht und vor dem Umformvorgang frei liegend abgestützt, wodurch sich der Blechzuschnitt randseitig für eine leichtere Einwölbung in die Matrize leicht abkühlen soll.
Weiter sind Verfahren zum Warmumformen und partiellen Härten von Blechbauteilen bekannt, wobei die Werkzeughälften segmentweise unterteilt und durch Wärmedämmungen voneinander getrennt sind. Damit können in den einzelnen Segmenten unterschiedliche Heiz- und Kühltemperaturen eingestellt werden, wodurch sich Blechbauteile mit bereichsweise unterschiedlicher Härte herstellen lassen ( DE 10 2005 032 113 B3 ; DE 10 2004 026 762 A1 ). Auch bei diesen Verfahren wird die Umformung und Härtung in einem Verfahrensschritt durchgeführt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Warmumformen und Härten eines Blechbauteils so weiterzubilden, dass konstruktive und fertigungstechnische Freiräume hinsichtlich der Bauteilgeometrie, insbesondere bei Flanschgeomtrien bei hoher Bauteilqualität geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß Anspruch 1 überragt der erhitzte Blechzuschnitt durch eine entsprechende Zuschnittform zumindest teilweise mit einem Randbereich den Schließbereich zwischen Matrize und Stempel, so dass bei geschlossenem Ziehpresswerkzeug dieser Randbereich keinen Werkzeuganlagekontrakt an gekühlte Werkzeugteile hat. Damit ist der Randbereich vorerst noch nicht so stark gekühlt, dass eine Härtung erfolgt, wodurch er noch gut formbar bleibt. In einem anschließenden Nachform-Verfahrensschritt wird durch eine Relativ bewegung zwischen Werkzeugteilen der Randbereich nachgeformt und gelangt dabei für eine Härtung in Anlage zu gekühlten Werkzeugbereichen. Für eine solche Nachformung können sowohl Bewegungen des Stempels oder der Matrize relativ zu feststehenden zusätzlichen Werkzeugteilen verwendet werden oder solche zusätzliche Werkzeugteile sind für die Nachformung bewegbar ausgeführt.
Durch die angegebene Nachformung in einem separaten weiteren Verfahrensschritt können mit weiteren Gestaltungsfreiräumen Randbereiche insbesondere zur Flanschgeomterie nachgeformt und gehärtet werden. Beim Versuch die hier möglichen Gestaltungsgeometrien in nur einem Umformschritt mit den bekannten Warmumformverfahren durchzuführen hat sich zudem gezeigt, dass sich bei einer solchen Umformung nachteilig häufig Materialaufdickungen bzw. Oberflächenunruhen durch Faltenbildung während der Umformung ergeben. Diese Nachteile treten bei der erfindungsgemäßen zweistufigen Umformung mit einem Nachform-Verfahrensschritt nicht auf, so dass eine hohe Bauteilqualität erhalten wird. Im Vergleich zum Ziehen mit Blechhaltern ist zudem ein geringerer Materialeinsatz erforderlich.
Einfach und vorteilhaft wird nach Anspruch 2 im Nachform-Verfahrensschritt die Matrize durch den Stempel mit dem dazwischenliegenden geformten Blechzuschnitt und mit dem Randbereich noch ohne Werkzeugkontakt in Pressrichtung des Stempels durch eine weitere Stempelbewegung zwischen Nachformbacken verdrängt. Dadurch wird der überragende Randbereich an den Nachformbacken entgegen der Pressrichtung abgestellt und durch Anlagekontakt zum gekühlten Werkzeug gehärtet.
Das Verfahren ist nach Anspruch 3 besonders einfach und mit wenig Aufwand durchzuführen, indem die Nachformbacken bodenfest angebracht sind und im Nachform-Verfahrensschritt die Matrize dazwischen gegen eine Stützkraft, gegebenenfalls nach einer Entriegelung, durch den darüber liegenden Stempel nach unten verdrängt wird. Damit wird der überragende Randbereich des Blechzuschnitts an den Nachformbacken nach oben abgestellt.
Zweckmäßig wird nach Anspruch 4 als Blechzuschnitt eine Stahlblechplatine verwendet, aus der ein Blechbauteil mit Flanschen geformt wird, dabei werden die Flansche aus den im Nachform-Verfahrensschritt abgestellten Randbereichen gebildet.
Nach Anspruch 5 wird der Blechzuschnitt vor der Umformung in einem Ofen auf vorzugsweise etwa 950°C erhitzt und dann dem geöffneten gekühlten Ziehpresswerkzeug zugeführt.
Gemäß der Vorrichtung wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Dazu besteht die Vorrichtung aus einem Ofen zur Erhitzung eines Blechzuschnitts vorzugsweise auf 950°C mit einer nachgeordneten Transporteinheit zum Weitertransport und aus einem Ziehpresswerkzeug mit einem Stempel und einer Matrize. Erfindungsgemäß weist das Ziehpresswerkzeug weiter Nachformbacken auf, wobei diese bodenfest angebracht sind und nach oben abragen. Zudem ist die Matrize aus einer ersten angehobenen Position für den ersten Formverfahrensschritt zwischen den Nachformbacken in eine zweite abgesenkte Position beim Nachform-Verfahrensschritt gegen eine Stützkraft durch den darüber liegenden Stempel verdrängbar. Eine solche Vorrichtung ist relativ einfach aufzubauen und zu betreiben.
Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
1a ein geöffnetes Ziehpresswerkzeug mit eingelegter Blechplatine;
1b das Ziehpresswerkzeug nach dem Schließen und Formen;
1c das Ziehpresswerkzeug nach dem Nachform-Verfahrensschritt;
In den 1a, b, c ist dasselbe Ziehpresswerkzeug 1 jeweils in einer anderen Funktionsposition dargestellt. Das Ziehpresswerkzeug 1 besteht aus einer Matrize 2, einem Stempel 3 und bodenfest angebrachten Nachformbacken 4, 5.
Die Matrize 2 ist zwischen den (schematisch gezeichneten) Nachformbacken 4, 5 aus der in den 1a und 1b dargestellten ersten angehobenen Position in eine in 1c dargestellte zweite abgesenkte Position durch den darüber liegenden Stempel 3, gegebenenfalls nach einer Entriegelung, gegen eine Stützkraft verlagerbar. Damit kann folgendes Verfahren zum Warmumformen und Härten eines Blechbauteils durchgeführt werden:
In einem (nicht dargestellten) Ofen wird eine Blechplatine 6 aus Stahlblech auf ca. 950°C erhitzt und wie schematisch in 1a dargestellt dem geöffneten Ziehpresswerkzeug 1 zugeführt. Dabei befindet sich die Matrize 2 in der angehobenen Position mit ihrer Formgebungsfläche oberhalb der Oberseite der Nachformbacken 4, 5. Die Blechplatine 6 überragt mit Randbereichen 7, 8 den Schließbereich zwischen Matrize 2 und Stempel 3, wodurch wie in 1b gezeigt diese Randbereiche 7, 8 bei geschlossenem Ziehpresswerkzeug 1 keinen Werkzeuganlagekontakt mit gekühlten Werkzeugteilen aufweisen, so dass sie noch nicht gehärtet und noch weiter formbar sind.
In einem nachfolgenden Nachform-Verfahrensschritt wird der Stempel 3 zusammen mit der Matrize 2 weiter nach unten bewegt, wie in 1c dargestellt, wodurch die Randbereiche 7, 8, beispielsweise als Flansche nach oben abgestellt und durch den nun erfolgenden Anlagekontakt zum gekühlten Werkzeug gehärtet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10247301 A1 [0004]
- DE 102005032113 B3 [0005]
- DE 102004026762 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Warmumformen und Härten eines Blechbauteils in einem Ziehpresswerkzeug mit folgenden Verfahrensschritten – ein erhitzter Blechzuschnitt (6) wird in das geöffnete, gekühlte Ziehpresswerkzeug (1) zwischen eine Matrize (2) und einen Stempel (3) eingebracht, – das Ziehpresswerkzeug (1) wird geschlossen, wodurch der Blechzuschnitt (6) entsprechend der Form der Matrize (2) und des Stempels (3) geformt und durch ein Abschrecken im gekühlten Ziehpresswerkzeug (1) im Anlagebereich zwischen Matrize (2) und Stempel (3) gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erhitzte Blechzuschnitt (6) durch eine entsprechende Zuschnittform zumindest teilweise mit einem Randbereich (7, 8) den Schließbereich zwischen Matrize (2) und Stempel (3) überragt, so dass bei geschlossenem Ziehpresswerkzeug (1) dieser Randbereich (7, 8) keinen Werkzeuganlagekontakt hat und damit noch nicht stark gekühlt und nicht gehärtet wird, wodurch er noch formbar bleibt, und dass in einem anschließenden Nachform-Verfahrensschritt durch eine Relativbewegung zwischen Werkzeugteilen (2, 3, 4, 5) der Randbereich (7, 8) nachgeformt wird und dabei für eine Härtung in Anlage zu einem gekühlten Werkzeugbereich gelangt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Nachform-Verfahrensschritt die Matrize (2) durch den Stempel (3) mit dem dazwischen liegenden, geformten Blechzuschnitt (6) und mit dem Randbereich (7, 8) noch ohne Werkzeugkontakt in Pressrichtung des Stempels (3) durch eine Weitere Stempelbewegung zwischen Nachformbacken (4, 5) verdrängt wird und dadurch der überragende Randbereich (7, 8) an den Nachformbacken (4, 5) entgegen der Pressrichtung abgestellt und durch Anlagekontakt zum gekühlten Ziehpresswerkzeug (1) gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nachformbacken (4, 5) bodenfest angebracht sind und im Nachform-Verfahrensschritt die Matrize (2) dazwischen gegen eine Stützkraft, gegebenenfalls nach einer Entriegelung, durch den darüber liegenden Stempel (3) nach unten verdrängt wird, so dass der überragende Randbereich (7, 8) des Blechzuschnitts (6) an den Nachformbacken (4, 5) nach oben abgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Blechzuschnitt eine Stahlblechplatine (6) verwendet wird, aus der ein Blechbauteil mit Flanschen geformt wird, wobei die im Nachform-Verfahrensschritt abgestellten Randbereiche (7, 8) die Flansche bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechzuschnitt (6) in einem Ofen auf vorzugsweise etwa 950°C erhitzt und dann dem geöffneten, gekühlten Ziehpresswerkzeug (1) zugeführt wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, wobei die Vorrichtung aus einem Ofen zur Erhitzung eines Blechzuschnitts (6) vorzugsweise auf ca. 950°C mit einer nachgeordneten Transporteinheit zum Weitertransport und aus einem Ziehpresswerkzeug (1), mit einem Stempel (3) und einer Matrize (2) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Ziehpresswerkzeug (1) weitere Nachformbacken (4, 5) aufweist, wobei die Nachformbacken (4, 5) bodenfest angebracht sind und nach oben abragen, und dass die Matrize (2) aus einer ersten angehobenen Position für den ersten Form-Verfahrensschritt zwischen den Nachformbaken (4, 5) eine zweite abgesenkte Position beim Nachform-Verfahrensschritt gegen eine Stützkraft durch den darüber liegenden Stempel (3) verdrängbar ist.