DE102007062233A1 - Hardened tubular hollow workpiece producing method, involves expanding workpiece by introducing fluid medium in finished forging, and quenching workpiece in forming tool during expansion by fluid medium - Google Patents

Hardened tubular hollow workpiece producing method, involves expanding workpiece by introducing fluid medium in finished forging, and quenching workpiece in forming tool during expansion by fluid medium Download PDF

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Abstract

The method involves heating a tubular hollow workpiece (4) at high temperature of about 850 to 950 degree centigrade in an initial condition, and introducing the workpiece into a forming tool (2). The workpiece is expanded by introducing a fluid medium e.g. water emulsion, in a finished forging, and the workpiece is quenched in the forming tool during the expansion. The forming tool is cooled up to the withdrawal of the finished workpiece, after the introduction of the workpiece into the forming tool, where the workpiece is simultaneously expanded and quenched by the fluid medium.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen Werkstücks gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to a method for producing a hollow workpiece according to the preamble of claim 1.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE 698 03 588 T2 bekannt. Dort wird ein rohrförmiges Werkstück auf eine Temperatur zwischen 775°C und 1000°C erhitzt und anschließend in ein Umformwerkzeug eingeführt, welches beheizt wird. Danach erfolgt durch Einleiten eines vorgeheizten gasförmigen Druckmediums und Ausüben eines Druckes von 300–800 bar eine Aufweitung des Werkstücks, bis dieses sich an die Gravur des Umformwerkzeuges anlegt. Nach Erreichen des fertig geformten Werkstückes wird dieses durch Kühlen des Umformwerkzeuges und durch Einleiten kühler Luft in das fertig geformte Werkstück abgeschreckt und dabei gehärtet. Das bekannte Verfahren dauert relativ lange und ist mit hohem apparativem Aufwand verbunden, da das Umformwerkzeug aufwändig beheizt werden muss.A generic method is from the DE 698 03 588 T2 known. There, a tubular workpiece is heated to a temperature between 775 ° C and 1000 ° C and then introduced into a forming tool, which is heated. Thereafter, by introducing a preheated gaseous pressure medium and exerting a pressure of 300-800 bar an expansion of the workpiece until it applies to the engraving of the forming tool. After reaching the finished molded workpiece, this is quenched by cooling the forming tool and by introducing cool air into the finished molded workpiece and thereby hardened. The known method takes a relatively long time and is associated with high equipment complexity, since the forming tool must be heated consuming.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend weiterzubilden, dass eine relativ schnelle Herstellung eines gehärteten hohlen Werkstückes erreicht wird.Of the Invention is based on the object, a generic To develop a method that a relatively fast Production of a hardened hollow workpiece is reached.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.The Task is according to the invention by the features of claim 1.

Dank der Erfindung wird das hoch erhitzte Werkstück bereits während des Aufweitens im Umformwerkzeug abgeschreckt. Durch die Zusammenlegung der Verfahrensschritte wird erheblich Zeit für die Herstellung eingespart, wobei trotzdem die gewünschte Form des Werkstücks erzielt und eine ausreichende Härtung erreicht werden. Im Falle der Verwendung eines Stahlwerkstoffes für das Werkstück wird bei Drücken von mindestens 800 bar bis 3000 bar, je nach Stahlsorte und Wanddicke des Werkstückes umgeformt und das Werkstück dabei in seine gewünschte pressgehärtete Endform aufgeweitet. Aufgrund der Abschreckung beim Aufweiten entfällt die Heizvorrichtung des Umformwerkzeugs vollkommen, so dass die Herstellungsvorrichtung und der damit verbundene apparative Aufwand zur Herstellung des Werkstücks enorm herabgesetzt werden. Denkbar ist einerseits, das Werkstück gleich mit Beginn des Aufweitvorgangs abzuschrecken, was die Herstellung beschleunigt. Andererseits kann auch die Abschreckung ein wenig zeitversetzt einsetzen, wodurch die durch die Erhitzung erlangte Fließfähigkeit des Werkstückmaterials eine besonders gute Ausformung mit hohen Umformgraden zulässt.thanks the invention, the highly heated workpiece already quenched during expansion in the forming tool. By merging the process steps is considerable time Saved for the production, while still the desired Form of the workpiece achieved and sufficient hardening be achieved. In case of using a steel material for the workpiece is pressed by pressing at least 800 bar to 3000 bar, depending on steel grade and wall thickness formed of the workpiece and the workpiece thereby expanded into its desired press-hardened final shape. by virtue of the deterrent during expansion eliminates the heater of the forming tool completely, so that the manufacturing device and the associated apparatus required for the production of the Workpiece be reduced enormously. On the one hand, it is conceivable to quench the workpiece at the start of the expansion process, which speeds up the production. On the other hand, the deterrent use a little time-shifting, which by heating attained fluidity of the workpiece material a particularly good shape with high degrees of deformation allows.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 2 wird das Umformwerkzeug zumindest vom Einbringen des Werkstücks an bis zur Entnahme des fertig geformten Werkstücks gekühlt. Durch diese Maßnahme wird der Herstellungsprozess noch weiter beschleunigt, da das Abschrecken bereits mit dem Schließen des Umformwerkzeugs einsetzt. Die Kühlung besteht vorzugsweise in einer Wasserkühlung, mit der die Außenseite des Werkzeugs in einfacher Weise beaufschlagt wird. Etwas aufwändiger ist die Kühlung der Gravur, die den Formraum für das Werkstück bildet. Hier sind mehrere Kanäle vorzusehen, die mit Kühlflüssigkeit geflutet werden.In an advantageous development of the invention The method according to claim 2, the forming tool is at least from Insert the workpiece until ready to be removed cooled cooled workpiece. This measure will the manufacturing process is even further accelerated as quenching already begins with the closing of the forming tool. The cooling is preferably in a water cooling, with the outside of the tool in a simple manner is charged. Somewhat more complex is the cooling of the Engraving, which forms the cavity for the workpiece. Here are several channels to provide with coolant be flooded.

In einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 wird das Werkstück mittels des Druckmediums gleichzeitig aufgeweitet und abgeschreckt. Hierdurch wird das Werkstück von innen zum Abschrecken erfasst, wobei das Druckmedium in Abhängigkeit von der thermischen Wechselbelastbarkeit des Werkstückmaterials sowie der Wandstärke gekühlt sein oder Raumtemperatur besitzen kann. Auch ist denkbar, dass das Druckmedium leicht erwärmt ist, jedoch so, dass im Vergleich zu dem aus der Ofenhitze kommenden Werkstück die Temperatur immer noch so niedrig ist, dass ein Abschreckungseffekt eintritt. Die Abschreckung durch das Druckmedium kann ausschließlich nur von diesem oder zusätzlich durch die Kühlung des Umformwerkzeugs ausgeführt werden.In a further particularly preferred embodiment of the invention According to claim 3, the workpiece by means of the pressure medium simultaneously widened and quenched. This will cause the workpiece detected from the inside for quenching, the pressure medium depending on from the thermal capacity of the workpiece material as well as the wall thickness be cooled or room temperature can own. It is also conceivable that the print medium heats up slightly is, however, so that in comparison to the coming of the furnace heat workpiece the temperature is still so low that a deterrent effect entry. The quenching by the pressure medium can only be from this or additionally by the cooling of the Forming tool to be executed.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 wird als Druckmedium Wasser oder eine Wasseremulsion verwandt. Dadurch, dass Wasser bzw. die Wasseremulsion ein inkompressibles Druckmedium ist, können prozesssicher sehr hohe Drücke erzeugt werden, was zu einer besonders hohen Anpressung des Werkstückmaterials an der Werkzeuggravur führt, die in Verbindung mit dem Abschreckvorgang das damit einhergehende Presshärten des Werkstücks entscheidend verbessert. Hierbei können sehr hohe Festigkeitswerte des Werkstücks im Bereich von 1500 N/mm2 und darüber eingestellt werden. Somit erhält das unter Hochdruck stehende Druckmedium Wasser eine Doppelfunktion, die des Aufweitens zur Ausformung des Werkstücks und die der Pressung für das Presshärten. Aufgrund des hohen Temperaturgradienten und damit des hohen Wärmeübergangs zwischen Werkstück und Druckmedium dehnt sich letzteres aus, wodurch noch höhere Drücke für die Pressung erzeugt werden können. Die erzeugte Endform des Werkstücks, also das Hohlprofil ist durch das erfindungsgemäße Verfahren praktisch fertigungstechnisch toleranzfrei und weist eine hochpräzise exakt reproduzierbare Kontur auf.In a further preferred embodiment of the invention according to claim 4, water or a water emulsion is used as the pressure medium. Due to the fact that water or the water emulsion is an incompressible pressure medium, very high pressures can be reliably generated, which leads to a particularly high contact pressure of the workpiece material on the tool engraving, which decisively improves the associated press hardening of the workpiece in connection with the quenching process. In this case, very high strength values of the workpiece in the range of 1500 N / mm 2 and above can be set. Thus, the pressurized water under pressure receives a dual function of water, the expansion of the molding of the workpiece and the pressure for press hardening. Due to the high temperature gradient and thus the high heat transfer between the workpiece and the pressure medium, the latter expands, whereby even higher pressures for the pressure can be generated. The final shape of the workpiece produced, that is, the hollow profile is practically free of tolerances by the method according to the invention and has a high-precision, exactly reproducible contour.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 wird das sich im Ausgangszustand befindende Werkstück auf eine Temperatur im Bereich von 850°C bis 950°C erhitzt. Dieser Bereich hat sich nach vielfältigen Untersuchungen als am vorteilhaftesten für eine hohe Festigkeit bei gleichzeitiger bestmöglicher Ausformung des Werkstücks herausgestellt.In a preferred embodiment of the invention according to claim 5, the workpiece in the initial state is heated to a temperature in the range of 850 ° C to 950 ° C. This area has been found after a variety of studies as the most advantageous for high strength at the same time the best possible shape of the workpiece.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 wird als Werkstück ein rohrförmiges Hohlprofil verwandt. In das Hohlprofil ist das Druckmedium leicht einzuleiten, wobei es ohne weiteres hochdruckdicht abgedichtet werden kann. Die Gestaltungsmöglich der Vorform des Hohlprofils bzw. des Ausgangszustandes des Werkstücks ist nahezu beliebig. Das Hohlprofil kann ein gezogenes Rohr, ein Strangpressprofil oder auch eine gerollte und dann längsnahtgeschweißte Platine sein. Das Hohlprofil kann weiterhin vorgebogen oder/und mit unterschiedlichen Querschnitten profiliert sein. Des Weiteren kann es auch einen Befestigungsflansch besitzen. Das pressgehärtete Hohlprofil ist für viele Zwecke einsetzbar, beispielhaft als Träger oder Rahmenteil im Rohbau eines Kraftfahrzeugs oder als Überrollbügel. Die Hohlprofile können auch in Form von tailored tubes ausgebildet sein.In a further preferred embodiment of the invention according to claim 6 is a workpiece as a tubular hollow profile related. In the hollow profile, the print medium is easy to initiate, where it can be easily sealed high pressure tight. The Gestaltungsmöglich the preform of the hollow profile or the Initial state of the workpiece is almost arbitrary. The Hollow profile can be a drawn tube, an extruded profile or else a rolled and then longitudinally welded board be. The hollow profile can further pre-bent and / or with different Be profiled cross sections. Furthermore, it can also have a mounting flange. The press-hardened hollow profile is for many purposes can be used, for example as a carrier or frame part in Shell of a motor vehicle or as a roll bar. The hollow sections can also be in the form of tailored tubes be educated.

In einer hierzu alternativen Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 7 dienen als Werkstück zwei aufeinander gelegte Bleche, die im Umformwerkzeug gemeinsam eingespannt werden und zwischen die das Druckmedium zur Bildung des hohlen Werkstücks eingeleitet wird. Hierdurch sind Hohlprofile erzeugbar, die einen Längsflansch für eine spätere Weiterverbauung des Hohlprofils besitzen. Gegebenenfalls kann es im Einspannbereich der Bleche aufgrund der hohen Hitze und der Einspannkraft zu Verschweißungen der Bleche kommen, wodurch eine zusätzlich betriebene Verschweißung des fertig geformten und gehärteten Hohlprofils entfallen kann. Weiterhin ist es denkbar, dass im Falle eines Unterbleibens der Verschweißung das erzeugte Hohlprofil in einfacher Weise in zwei gegebenenfalls formgleiche Halbschalen getrennt werden kann, in dem das Oberteil des Hohlprofils vom Unterteil abgehoben wird. Somit wird eine verfahrensökonomische Herstellung von Gleichteilen erreicht. Die Bleche können in Form von tailored blanks ausgebildet sein.In an alternative embodiment of the invention according to claim 7 serve as a workpiece two stacked sheets, which are clamped together in the forming tool and between which introduced the pressure medium to form the hollow workpiece becomes. As a result, hollow profiles can be produced, which have a longitudinal flange for a subsequent further development of the hollow profile have. Optionally, it may be in the clamping area of the sheets due the high heat and the clamping force to welds the sheets come, creating an additional operated welding eliminated the finished molded and hardened hollow profile can. Furthermore, it is conceivable that in case of failure the welding the hollow profile produced in a simple Way in two optionally identical half-shells are separated can, in which the upper part of the hollow profile is lifted from the lower part. Thus, a procedural economic production of identical parts reached. The sheets can be in the form of tailored blanks be educated.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.following the invention is closer with reference to an embodiment shown in the drawing explained.

Dabei zeigt die 1 in einer seitlichen, teils geschnittenen Ansicht eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.It shows the 1 in a lateral, partly sectional view of an apparatus for carrying out the method according to the invention.

In 1 ist eine Vorrichtung in Form einer Innenhochdruck-Umformpresse 1 dargestellt, in der ein zweigeteiltes Umformwerkzeug 2 angeordnet ist, dessen Gravur 3 den Formraum für das eingelegte umzuformende Hohlprofil 4 begrenzt.In 1 is a device in the form of a hydroforming press 1 represented in the a two-part forming tool 2 is arranged, whose engraving 3 the mold space for the inserted hollow profile to be formed 4 limited.

Da Hohlprofil 4 ist an beiden Enden 5, 6 durch jeweils einen Axialstempel 10 abgedichtet, über den in das Hohlprofilinnere ein Druckmedium einleitbar ist. Das Druckmedium wird kalt über Kühlleitungen 7 den Axialstempeln 10 zugeführt. Des Weiteren weist das Umformwerkzeug 2 an beiden Teilen hier nicht gezeigte Kühlvorrichtungen auf, die deren Außenseite 8, 9 kühlen. Ebenfalls nicht gezeigt verlaufen in den Werkzeugteilen Kanäle, durch die zur Kühlung der Gravur 3 ebenfalls ein Kühlmedium geleitet wird.Because hollow profile 4 is at both ends 5 . 6 by an axial punch 10 sealed, via the in the hollow profile inside a pressure medium can be introduced. The pressure medium becomes cold via cooling lines 7 the axial punches 10 fed. Furthermore, the forming tool 2 Cooling devices not shown here on both parts, the outside of which 8th . 9 cool. Also not shown run in the tool parts channels through which the cooling of the engraving 3 also a cooling medium is passed.

Zur Herstellung des hohlen Werkstücks, hier des rohrförmigen Hohlprofils 4, wird das sich in einem Ausgangszustand befindende Hohlprofil 4 außerhalb des Umformwerkzeugs 2 in einem Durchlaufofen hoch erhitzt, vorzugsweise auf austenitische Umwandlungstemperatur bzw. auf etwa 900°C. Anschließend wird das Hohlprofil 4 in das gekühlte Umformwerkzeug 2 eingelegt, welches darauf schnell geschlossen wird. Die Axialstempel 10 werden nun in die Enden 5, 6 des Hohlprofils 4 eingefahren und dichten diese ab. Dann wird das kühle Druckmedium in Form von einer Wasseremulsion oder Wasser über die Kühlleitungen 7 und die Axialstempel 10 in das Hohlprofil 4 hineingeleitet, worauf das Druckmedium hoch gespannt wird. Infolge dessen wird das Hohlprofil 4 in seine gewünschte Endform unter Ausbildung von Nebenformelementen aufgeweitet und gleichzeitig durch die immense Kühlung abgeschreckt. Das somit unter hohem Druck und Abkühlung pressgehärtete und fertig geformte Hohlprofil 4 wird nach Entspannung des Druckmediums und Öffnen des Umformwerkzeugs 2 dessen Gravur 3 entnommen.For the production of the hollow workpiece, here the tubular hollow profile 4 , The hollow profile is in an initial state 4 outside the forming tool 2 heated in a continuous furnace, preferably at austenitic transformation temperature or at about 900 ° C. Subsequently, the hollow profile 4 into the cooled forming tool 2 inserted, which is closed quickly. The axial stamp 10 Now be in the ends 5 . 6 of the hollow profile 4 retracted and sealed off this. Then the cool pressure medium is in the form of a water emulsion or water over the cooling lines 7 and the axial punches 10 in the hollow profile 4 fed in, whereupon the print medium is stretched high. As a result, the hollow profile 4 expanded into its desired final shape to form secondary features and simultaneously quenched by the immense cooling. The thus under high pressure and cooling press-hardened and finished shaped hollow profile 4 will after relaxation of the pressure medium and opening the forming tool 2 its engraving 3 taken.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 69803588 T2 [0002] - DE 69803588 T2 [0002]

Claims (7)

Verfahren zur Herstellung eines hohlen Werkstücks, wobei ein sich in einem Ausgangszustand befindenden Werkstück hoch erhitzt, anschließend in ein Umformwerkzeug eingebracht und mittels eines eingeleiteten Druckmediums in die Endform des Werkstücks aufgeweitet wird, und wobei das Werkstück im Umformwerkzeug abgeschreckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (4) im Umformwerkzeug (2) beim Aufweiten abgeschreckt wird.A method for producing a hollow workpiece, wherein a workpiece in a starting state is heated to high, then introduced into a forming tool and expanded by means of an introduced pressure medium in the final shape of the workpiece, and wherein the workpiece is quenched in the forming tool, characterized in that the Workpiece ( 4 ) in the forming tool ( 2 ) is quenched during expansion. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (2) zumindest vom Einbringen des Werkstücks (4) an bis zur Entnahme des fertiggeformten Werkstücks (4) gekühlt wird.Method according to claim 1, characterized in that the forming tool ( 2 ) at least from the introduction of the workpiece ( 4 ) until removal of the finished workpiece ( 4 ) is cooled. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (4) mittels des Druckmediums gleichzeitig aufgeweitet und abgeschreckt wird.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the workpiece ( 4 ) is simultaneously expanded and quenched by means of the pressure medium. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckmedium Wasser oder eine Wasseremulsion verwandt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that as the pressure medium water or a Water emulsion is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das sich im Ausgangszustand befindende Werkstück (4) auf eine Temperatur im Bereich von 850°C bis 950°C erhitzt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the workpiece in the initial state ( 4 ) is heated to a temperature in the range of 850 ° C to 950 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstück (4) ein rohrförmiges Hohlprofil verwandt wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that as a workpiece ( 4 ) a tubular hollow profile is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstück (4) zwei aufeinander gelegte Bleche dienen, die im Umformwerkzeug (2) gemeinsam eingespannt werden und zwischen die das Druckmedium zur Bildung des hohlen Werkstücks (4) eingeleitet wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that as a workpiece ( 4 ) serve two stacked sheets, in the forming tool ( 2 ) are clamped together and between the pressure medium to form the hollow workpiece ( 4 ) is initiated.
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