DE102008043401A1

DE102008043401A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Blechbauteilen mittels Warmumformung sowie dadurch hergestellte Blechbauteile

Info

Publication number: DE102008043401A1
Application number: DE102008043401A
Authority: DE
Inventors: Peter Oelkers; Roland Dr. Malek
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-11-03
Filing date: 2008-11-03
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2028-11-04
Also published as: DE102008043401B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Blechbauteilen, wobei das Verfahren eine Warmumformung, insbesondere Presshärten, eines Blechwerkstückes (1) umfasst, und die folgenden Schritte durchgeführt werden: - Erwärmen des Blechwerkstückes (1) auf eine Temperatur von wenigstens 1023 K - Einlegen des Blechwerkstückes (1) in ein Umformwerkzeug (40), - Fixierung des Blechwerkstückes (1) im Umformwerkzeug (40) durch Herstellung mindestens einer spätestens bei Aufbringung von Umformkräften wirkenden formschlüssigen Verbindung zwischen dem Blechwerkstück (1) und dem Umformwerkzeug (40), - Umformen des Blechwerkstückes (1) mittels Relativbewegung wenigstens eines Umformstempels (42) des Umformwerkzeugs (40) in Bezug zu einer Matrize des Umformwerkzeugs (40). Erfindungsgemäß wird spätestens mit Beginn des Umformens des Blechwerkstückes (1) das Blechwerkstück (1) im Bereich der formschlüssigen Verbindung mittels einer Kühleinheit (50) gekühlt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen mittels Warmumformung, insbesondere mittels Presshärten. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und das durch Verfahren und Vorrichtung hergestellte Blechbauteil sowie dessen Verwendung als Bestandteil eines Kraftfahrzeuges.
Es ist bekannt, Blechwerkstücke wie zum Beispiel Platinen oder Abwicklungen in Umformwerkzeugen Umformprozessen zu unterziehen, wie zum Beispiel beim Tiefziehen. Zur Verringerung der benötigten Umformkräfte kann dabei das Werkstück im warmen Zustand umgeformt werden, wodurch die Biege- und Zugfestigkeit des Werkstückes herabgesetzt wird und somit weniger Energie zum Umformen des Werkstückes eingesetzt werden muss. Als positiver Nebeneffekt stellt sich eine geringere Belastung der mechanisch vermindert beanspruchten Umformwerkzeugteile ein. Ein negativer Nebeneffekt ist die thermische Wechselbeanspruchung, die zu einem Verschleiß durch Oberflächenzerrüttung führt.
In einer besonderen Ausgestaltung eines Warmumformungsverfahrens wird das Werkstück einer Presshärtung im Umformwerkzeug unterzogen. Das Presshärten ist eine Kombination von Umform- und Abschreckvorgängen, die bei geeigneten Werkstoffen zur Herstellung von Bauteilen mit ausgezeichneten Festigkeitswerten dienen. Bevorzugt werden höchstfeste Vergütungsstähle wie zum Beispiel der 22MnB5 im Presshärtungsprozess form- und festigkeitsverändert. Zu diesem Zweck wird eine Platine des Vergütungsstahls bis in den Bereich der Austenitisierungstemperatur erwärmt. Anschließend wird das Blechwerkstück in das Umformwerkzeug eingelegt und während des Umformprozesses sowie nach dem Umformprozess im Werkzeug abgekühlt.
Um Fertigungszeiten zu mindern, wird eine endmaßnahe Fertigung angestrebt. Das heißt, dass versucht wird, den Warmumform- beziehungsweise Presshärtungsprozess derart durchzuführen, dass das damit hergestellte Werkstück die gewünschte Endkontur und Endmaße aufweist. Somit müssen bei warmumgeformten Platinen beziehungsweise Abwicklungen nach dem Umformprozess keine weiteren Bearbeitungsschritte mehr durchgeführt werden, sondern dieses Bauteil kann im Wesentlichen seinem Endverwendungszweck zugeführt werden. Um dies zu ermöglichen, muss das Blechwerkstück im Umformwerkzeug exakt positioniert und anschließend fixiert werden, um eine unzulässige Bewegung des Werkstückes während des Umformprozesses, welche zu Form- und Maßungenauigkeiten führen würde, zu vermeiden. Folge derartiger Ungenauigkeiten wäre eine notwendige Nachbearbeitung oder auch die Produktion von Ausschuss.
Zur Realisierung der Positionierung und Fixierung des Blechwerkstückes im Umformwerkzeug werden zum Beispiel formschlüssige Verbindungen in Form eines Lochs im Blechwerkstück und eines dazu passenden Stiftes im Umformwerkzeug angewendet, wobei das Blechwerkstück beim Einlegen in das Umformwerkzeug mit dem Loch auf den Stift gefädelt wird, wodurch automatisch die Position des Werkstückes in wenigstens zwei translatorischen Freiheitsgraden festgelegt ist. Bei Verwendung von mehreren Loch-Stift-Verbindungen werden dem Blechwerkstück auch rotatorische Freiheitsgrade genommen. Durch die formschlüssige Verbindung ist das Blechwerkstück somit auch im Umformwerkzeug fixiert.
Es hat sich allerdings als nachteilig herausgestellt, dass insbesondere bei Warmumformungsprozessen, in denen das Blechwerkstück eine verminderte Zugfestigkeit aufweist, sich die Löcher aufgrund der hohen Umformkräfte aufweiten, so dass es trotz der ursprünglichen formschlüssigen Verbindung zu einer Verlagerung des Blechwerkstückes im Umformwerkzeug und einer damit verbundenen Endmaßungenauigkeit sowie Beschädigung durch die Lochaufweitung kommen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welchen eine Warmumformung von Blechwerkstoffen zur Erzielung eines Endmaße aufweisenden Blechbauteils realisierbar ist.
Die Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens schließen sich in den Unteransprüchen 2 bis 7 an. Außerdem wird das Verfahren durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 8 bis Anspruch 10 gelöst. Bestandteil der Erfindung ist außerdem ein erfindungsgemäß hergestelltes Blechbauteil und dessen Verwendung in einem Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 11 und 12.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren die Warmumformung, insbesondere Presshärten, eines Blechwerkstückes umfasst, wobei das Blechwerkstück auf eine Temperatur von wenigstens 1023 K erwärmt wird, das Blechwerkstück in ein Umformwerkzeug eingelegt wird, das Blechwerkstück im Umformwerkzeug fixiert wird durch Herstellung mindestens einer spätestens bei Aufbringung von Umformkräften wirkenden formschlüssigen Verbindung zwischen dem Blechwerkstück und dem Umformwerkzeug, und das Blechwerkstück mittels Relativbewegung wenigstens eines Umformstempels des Umformwerkzeuges in Bezug zu einer Matrize des Umformwerkzeuges umgeformt wird. Erfindungsgemäß wird spätestens mit Beginn des Umformens des Blechwerkstückes das Blechwerkstück im Bereich der formschlüssigen Verbindung mittels einer Kühleinheit gekühlt. In bevorzugter Ausgestaltung ist das Blechwerkstück eine Platine, das heißt eine Abwicklung, so dass nach erfolgter Umformung ein Blechbauteil mit Endmaßen zur Verfügung gestellt wird. Der Bereich der formschlüssigen Verbindung ist dabei die formschlüssige Verbindung selbst, die durch das Loch und den Stift hergestellt wird, sowie eine Randzone um das Loch herum. Die Temperatur des Werkstückes im Werkzeug beträgt vor der Umformung 1023 K bis 1223 K, vorzugsweise 1073 K bis 1123 K.
Die Einlegetemperatur des Blechwerkstückes in das Umformwerkzeug sollte im Bereich von 1193 K bis 1243 K sein. Bei Einsatz eines Blechwerkstückes aus 22MnB5 sollte dessen Temperatur vor dem Einlegen in das Umformwerkzeug wenigstens 1223 K betragen.
Die Elemente zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung sollten spätestens bei Aufbringen der Umformkräfte miteinander die formschlüssige Verbindung bewirken. Das heißt, dass die Verbindung derart ausgestaltet sein kann, dass sie entweder schon beim Einlegen des Werkstückes durch Formschluss hergestellt ist, wie zum Beispiel durch die Loch-Stift-Verbindung, oder dass sich bei Beginn der Verschiebung des Werkstückes aufgrund der Umformkraft die Formelemente des Blechwerkstückes und des Umformwerkzeuges aneinander anlegen, so dass dem Werkstück zumindest in Richtung der Bewegung des Werkstückes aufgrund der Umformkräfte der translatorische Freiheitsgrad genommen ist. Realisierbar ist eine solche zweite Variante der formschlüssigen Verbindung zum Beispiel durch eine Stufenbildung im Werkstück sowie im Umformwerkzeug.
Durch den Verfahrensschritt des Einlegens ist bei Anwendung der formschlüssigen Verbindung, die bereits beim Einlegen des Werkstücks in das Umformwerkzeug realisiert wird, auch das Positionieren umfasst.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dass vor dem Wirken der eigentlichen Umformkräfte auf das Werkstück dieses im Bereich der formschlüssigen Verbindung derart gekühlt wird, dass der Bereich um die formschlüssige Verbindung herum eine höhere Festigkeit aufweist als die übrigen, den Umformkräften ausgesetzten Bereiche, so dass eine Lochaufweitung aufgrund der wirkenden Umformkräfte stark vermindert, wenn nicht sogar ausgeschlossen wird. Dies hat zur Folge, dass das Werkstück während des Umformvorganges im Umformwerkzeug ständig an der korrekten Position gehalten wird, so dass die Herstellung mit gewünschten Maßen beziehungsweise Endmaßen gewährleistet ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Elemente für die formschlüssige Verbindung bei weiteren Verarbeitungen oder auch bei der Verwendung des hergestellten Blechbauteils als Positionierungs- und/oder Fixierungshilfe dienen können.
In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Kühleinheit Bestandteil eines gekühlten Niederhalters oder Blechhalters ist, der spätestens mit Beginn der Umformung des Blechwerkstückes an dem Bereich der formschlüssigen Verbindung und diesen kontaktierend angeordnet wird. Derartige Niederhalter oder Blechhalter sind Bestandteile des Umformwerkzeuges, wobei dieses und das erfinderische Verfahren derart konzipiert sind, dass möglichst vor dem Beginn der Umformung der Bereich der formschlüssigen Verbindung abgekühlt wird, um die frühe Festigkeitserhöhung in diesem Bereich zu ermöglichen.
Wie bereits erwähnt, besteht die vorteilhafte Ausbildung der formschlüssigen Verbindung durch wenigstens ein Loch im Blechwerkstück und einen im Wesentlichen komplementär zur Lochweite und Lochform ausgebildeten Stift, der am Umformwerkzeug angeordnet ist, wobei die formschlüssige Verbindung mittels Aufstecken des Blechwerkstückes auf den Stift realisiert wird. Der Stift kann dabei zum Beispiel an einem Umformstempel angeordnet sein, oder an einem Niederhalter, der gegenüber dem Stempel angeordnet ist und zusammen mit dem Stempel eine Relativbewegung in Bezug zur Matrize ausführt. Der Stift kann allerdings auch an einem feststehenden Blechhalter am Rand des Werkstückes angeordnet sein.
Mit Stift sind in Bezug zur vorliegenden Erfindung alle dreidimensionalen Formen gemeint, die geeignet sind, zum Zweck der Lagesicherung eines Bauteils in eine zumindest abschnittsweise komplementär ausgestaltete Öffnung des Bauteils gesteckt zu werden.
Um eine ausreichende Festigkeitserhöhung im Bereich der formschlüssigen Verbindung zu realisieren, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Blechwerkstück im Bereich der formschlüssigen Verbindung mit einer Abkühlrate abgekühlt wird, die größer ist als die durch das Umformwerkzeug insgesamt realisierte Abkühlung des gesamten Blechbauteils, insbesondere bei Ausführung der Warmumformung als Presshärten. Das heißt, dass beim Umformen beziehungsweise Presshärten eine größere Abkühlungsrate im Bereich der formschlüssigen Verbindung durch die Kühleinrichtung im Niederhalter oder Blechhalter erzeugt wird und damit eher eine größere Härte im Bereich der formschlüssigen Verbindung als bei der durch die restlichen Bauteile des Umformwerkzeuges bewirkten Abkühlung realisiert wird, die auf die anderen Bereiche des Blechwerkstückes gerichtet ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Blechwerkstück im Bereich der formschlüssigen Verbindung mit einer Abkühlrate von 60 K bis 200 K je Sekunde abgekühlt wird. Das heißt, dass die Kühleinheit derart ausgelegt und konstruiert ist, dass mit ihr derartige Abkühlungsraten realisierbar sind. Die Abkühlung hängt dabei wesentlich von der Blechdicke ab. Bei einer Blechdicke von zum Beispiel 2,5 mm sollte die Abkühlungsrate mindestens 60 K je Sekunde betragen. Bei einer Blechdicke von 1 mm und Verwendung eines Niederhalters als Kühleinrichtung aus Werkzeugstahl oder Warmarbeitsstahl sollte die Abkühlungsrate mindestens 150 K bis 200 K je Sekunde betragen.
Um die Verfestigung eines ausreichend großen Bereiches um das Loch herum zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass die Abkühlung des Blechwerkstückes in einer Zone um das Loch mit einem bestimmten Durchmesser (DZone) durchgeführt wird, welche zum Durchmesser des Loches (DLoch) das folgende Verhältnis aufweist: DLoch/DZone = 0,25...0,36.
Technisch günstige Werte sind zum Beispiel bei einem Lochdurchmesser DLoch = 15 mm bis 20 mm ein Durchmesser der Zone DZone = 55 mm bis 60 mm.
Das heißt, dass die Breite der Zone um das Loch herum 20 mm beträgt, die durch eine extra Kühleinrichtung gekühlt wird. Diese Werte lassen sich insbesondere bei Karosserieblechen mit Dickenbereichen von vorzugsweise 1 mm bis 2,5 mm anwenden. Der Durchmesser des Loches DLoch entspricht dabei im Wesentlichen auch dem Durchmesser des darin befindlichen Stiftes bei Realisierung der formschlüssigen Verbindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dann vorteilhaft ausgestaltet, wenn nach dem Einlegen des Blechwerkstückes in das Umformwerkzeug ein abkühlungsbedingter Längenschrumpfungsprozess des Blechwerkstückes einsetzt und als formschlüssige Verbindungen wenigstens eine Rundloch-Stift-Verbindung und wenigstens eine Langloch-Stift-Verbindung eingesetzt werden, wobei die Größe und Position des Langloches im Blechwerkstück derart bemessen sind, dass bei wenigstens teilweise erfolgender Längenschrumpfung eine Relativbewegung zwischen Stift und Langlochrand stattfindet.
Das heißt, dass eine Verschiebung des Langloches, geführt durch den Stift, ermöglicht wird. Eine Längenschrumpfung kann dadurch ermöglicht werden, ohne dass dem Blechwerkstück der Freiheitsgrad der Bewegung quer zur Längenschrumpfungsrichtung gewährt wird.
Bei starker Längenschrumpfung und/oder kurzem Langloch kann die Situation auftreten, dass der Stift der Langloch-Stift-Verbindung nach Längenschrumpfung an einem Ende des Langloches positioniert ist. Dies dient dem Zweck, dass nach abgeschlossener Längenschrumpfung ein zum Beispiel runder Stift im Wesentlichen einen konstanten Abstand zum gerundeten Bereich eines Endes des Langloches aufweist oder an diesem unter Vorspannung anliegt. Das heißt, dass er im Wesentlichen den gerundeten Endbereich des Langloches ausfüllt, so dass bei Einleitung von Umformkräften keine Verschiebung des Werkstückes in Längsrichtung des Langloches zu der dem Stift gegenüberliegenden Seite auftreten kann.
Das Verfahren sollte dabei vorzugsweise derart durchgeführt werden, dass der Bereich der formschlüssigen Verbindung während der Umformung des Blechwerkstückes zumindest zeitweise eine Temperatur von maximal 673 K aufweist, während das Blechwerkstück in seinen anderen Bereichen eine Temperatur von über 673 K aufweist. Bevorzugt sollte vorgesehen sein, dass das Blechwerkstück in seinen anderen Bereichen eine Temperatur von über 773 K aufweist. Dadurch wird erreicht, dass im Bereich der Abkühlung einer formschlüssigen Verbindung wenigstens teilweise martensitisches Gefüge besteht, wohingegen in den anderen Bereichen ein austenitisches Gefüge vorliegt. Das martensitische Gefüge weist üblicherweise eine höhere Härte und Festigkeit auf, so dass bei Einleitung der Umformkräfte in das Blechwerkstück die gewünschten Umformungen realisiert werden, ohne das Loch beziehungsweise die formschlüssige Verbindung zu deformieren. Das Verfahren lässt sich vorteilhaft mit Vergütungsstählen, insbesondere 22MnB5, ausführen, wobei der Stahl mit einer Oberflächenbeschichtung wie zum Beispiel AlSi vorliegen kann und warm- oder kaltgewalzt sein kann.
Innerhalb des Gesamt-Herstellungsverfahrens von Blechbauteilen kann des Weiteren vorgesehen sein, dass das einen Bestandteil der formschlüssigen Verbindung ausbildende Loch im Blechwerkstück in wenigstens einem weiteren Verfahrensschritt als Positionierungs- und/oder Fixierungshilfe dient. Neben diesem Verwendungszweck kann das Loch auch zur Befestigung des Blechbauteils an der Karosse oder zur Befestigung weiterer Bauteile am Blechbauteil dienen.
Erfindungsgemäß wird des Weiteren eine Vorrichtung zur Warmumformung von Blechwerkstücken zur Verfügung gestellt, welche wenigstens eine Aufnahme für ein Blechwerkstück aufweist sowie wenigstens einen Umformstempel zum Aufbringen einer Umformkraft auf das Blechwerkstück, wenigstens eine Matrize und wenigstens ein Formelement aufweist, mit welchen in Zusammenwirkung mit einem hinsichtlich der Form komplementär ausgestalteten Formelement am Blechwerkstück eine formschlüssige Verbindung herstellbar ist, wobei die Vorrichtung des Weiteren einen Niederhalter und/oder Blechhalter umfasst, welcher wenigstens eine Kühleinheit zur bereichsweisen Kühlung des Bereiches der formschlüssigen Verbindung aufweist. Ein typischer Niederhalter ist dabei gegenüber dem Stempel angeordnet und wird bei Bewegung des Stempels zusammen mit diesem verfahren und somit relativ zur Matrize verfahren. Blechhalter dienen üblicherweise der Blechhalterung an der Blechrandzone und weisen während der Umformung einen konstanten Abstand zur Matrize auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich somit als Umformwerkzeug zur Realisierung des erfinderischen Herstellungsverfahrens einsetzen.
Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass das Formelement zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung ein an dem Niederhalter oder Blechhalter angeordneter Stift ist, der in ein im Blechwerkstück angeordnetes Loch steckbar ist.
Zur Realisierung einer effektiven Kühlung des Bereiches der formschlüssigen Verbindung ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Kühleinheit im Wesentlichen durch im Niederhalter oder Blechhalter angeordnete Kanäle ausgebildet ist, welche mit einem Fluid zur Realisierung eines Wärmetransportes durchströmbar oder durchströmt sind.
In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist auch der Stift ein Bestandteil der Kühleinrichtung oder weist eine gesonderte Kühleinrichtung auf, so dass der am Stift anliegende Lochrand durch den Stift selbst gekühlt werden kann.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Kühleinheit derart ausgestaltet ist, dass sie mit einer Fläche an das Blechwerkstück anlegbar ist und mit ihr eine Kühlzone realisierbar ist, die einen Durchmesser (DZone) aufweist, welcher zum Durchmesser eines Loches (DLoch) zur Realisierung der formschlüssigen Verbindung das folgende Verhältnis aufweist: DLoch/DZone = 0,25...0,36. Günstige Wertebereiche sind dabei zum Beispiel für den Durchmesser des Loches DLoch = 15 mm bis 20 mm sowie für den Durchmesser der gekühlten Zone DZone = 55 mm bis 60 mm. Das heißt, dass bei diesem Verhältnis die Breite der Zone um das Loch herum, die durch die extra Kühleinrichtung gekühlt wird, 20 mm beträgt. Der Durchmesser bezieht sich dabei auf den Mindestabstand des Randes des gekühlten Bereiches zu seinem Zentrum, wie zum Beispiel auch bei nicht-runden Zonen.
Gegenstand der Erfindung ist des Weiteren ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Blechbauteil, insbesondere ein Karosserieteil eines Kraftfahrzeuges.
Außerdem umfasst die Erfindung ein Kraftfahrzeug, welches das erfindungsgemäße Blechbauteil aufweist beziehungsweise in dem das erfindungsgemäße Blechbauteil eingebaut ist.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert.
Es zeigt dabei:
1 den Bereich der formschlüssigen Verbindung im Umformwerkzeug und
2 die Anordnung von Stiften in Löchern zur Realisierung der formschlüssigen Verbindung.
Wie in 1 dargestellt, wird ein Blechwerkstück 1 zum Zweck der Verformung in ein Umformwerkzeug 40 eingelegt. Es liegt dabei an den Blechhaltern 46 an. Zur Einleitung der Umformkraft drückt ein Stempel 42 auf das Blechwerkstück 1, so dass dieses in eine (nicht dargestellte) Matrize eingedrückt und somit in die Endform überführt wird. Um die flächige Anlage des Blechwerkstückes 1 an der kraftausübenden Fläche des Stempels 42 zu gewährleisten, ist in diesem Bereich dem Stempel 42 gegenüber ein Niederhalter 44 angeordnet.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des dargestellten Umformwerkzeuges 40 besteht darin, dass am Stempel 42 ein Stift 20 angeordnet ist, der in ein Loch 12 im Blechwerkstück 1 eingesteckt ist und somit zusammen mit dem Loch 12 die formschlüssige Verbindung realisiert. Eine translatorische Bewegung des Blechwerkstückes 1 in der Ebene des dargestellten Blechwerkstückes 1 ist somit ausgeschlossen.
Der Niederhalter 44 ist wie dargestellt gleichzeitig eine Kühleinheit 50 oder ist integraler Bestandteil der Kühleinheit 50, wobei diese Kühleinheit 50 Kanäle 52 aufweist, welche im Betrieb der Kühleinheit 50 beziehungsweise des Umformwerkzeuges 40 mit einem Kühl-Fluid 54 durchflossen sind. Dies bewirkt, dass bei Anlage des als Kühleinheit 50 ausgestalteten Umformwerkzeuges 40 am Blechwerkstück 1, welches in einem warmen Zustand in das Umformwerkzeug 40 eingelegt wurde, am Blechwerkstück 1 im Bereich der formschlüssigen Verbindung 10, welche im Wesentlichen durch den Stift 20 und das Loch 12 sowie durch eine Randzone 30 um das Loch 12 herum gebildet ist, eine Abkühlung stattfindet, die intensiver ist als die ansonsten durch die Anlage des Blechwerkstückes 1 im Umformwerkzeug 40 realisierte insgesamte Abkühlung.
Das hat zur Folge, dass der Bereich der formschlüssigen Verbindung 10 im Blechwerkstück 1 eine erhöhte Festigkeit aufweist, die eine Lochaufweitung verhindert, so dass eine ungewollte Verschiebung des Blechwerkstückes 1 ausgeschlossen ist. Somit lässt sich in einfacher und kostengünstiger Weise gewährleisten, dass durch die genaue Positionierung und Fixierung des Blechwerkstückes 1 im Umformwerkzeug 40 der Nachbearbeitungsaufwand außerordentlich gering gehalten werden kann, wenn nicht sogar eliminiert wird.
In 2 ist dargestellt, wie bei Verwendung von mehreren Löchern 12 und darin angeordneten Stiften 20 die Lochausgestaltung vorzusehen ist. Auf der rechten Seite ist dabei eine herkömmliche Loch-Stift-Verbindung dargestellt, wobei der Stift-Durchmesser 22 ein derartiges Größenverhältnis zum Loch-Durchmesser 14 aufweist, dass der Stift 20 leicht in das Loch 12 steckbar ist. Das heißt, dass nicht der dargestellte relativ große Spalt zwischen Stift 20 und Loch 14 vorhanden sein muss, sondern dass die Aufnahme des Stiftes 20 im Loch 14 durch eine Spielpassung hergestellt sein kann.
Bei erfolgter Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens entsteht eine Randzone 30 um den Bereich der formschlüssigen Verbindung 10 herum, in dem das Blechwerkstück eine höhere Festigkeit als in seinen anderen weiteren Bereichen aufweist. Dieser Bereich mit höherer Festigkeit ist durch die erfindungsgemäße Abkühlung vor beziehungsweise während des Umformverfahrens im Bereich der formschlüssigen Verbindung hergestellt worden. Der Durchmesser 32 der Randzone 30 hängt im Wesentlichen von der Blechwerkstückdicke, den eingeleiteten Kräften, dem Umformgrad sowie der Umformgeschwindigkeit und dem Abkühlungsvermögen durch die Kühleinheit 50 ab.
Um die Aufnahme des Blechwerkstückes 1 auf mehreren Stiften 20 im Umformwerkzeug 40 zu gewährleisten, muss wenigstens eines der Löcher 12 als Langloch 16 ausgestaltet sein, um die Längenschrumpfung des Blechwerkstückes 1 während dessen Abkühlung auszugleichen. Wie auf der linken Seite von 2 dargestellt, wird dabei der Stift 20 in der punktiert dargestellten Position vor der Abkühlung 34 in das Langloch 16 eingeschoben. Bedingt durch die Längenschrumpfung des Blechwerkstückes 1 verringern die beiden Löcher 14 und 16 ihren Abstand zueinander, so dass der Stift 20 am linken Rand des Langloches 16 positioniert ist beziehungsweise an diesem zur Anlage kommt. Es lässt sich somit das Blechwerkstück 1 an der vorgeschriebenen Position, in erster Linie bestimmt durch die rechts dargestellte formschlüssige Verbindung, fixieren, auch wenn eine relativ starke Längenschrumpfung des Blechwerkstückes 1, zum Beispiel bei sehr langen Abmessungen des Blechwerkstückes 1, auftreten sollte.

1: Blechwerkstück
10: Bereich der formschlüssigen Verbindung
12: Loch
14: Loch-Durchmesser
16: Langloch
20: Stift
22: Stift-Durchmesser
30: Randzone
32: Zonen-Durchmesser
34: Position vor Abkühlung
40: Umformwerkzeug
42: Umformstempel
44: Niederhalter
46: Blechhalter
50: Kühleinheit
52: Kanal
54: Fluid

Claims

Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen, welches eine Warmumformung, insbesondere Presshärten, eines Blechwerkstückes (1) umfasst, wobei die folgenden Schritte durchgeführt werden: – Erwärmen des Blechwerkstückes (1) auf eine Temperatur von wenigstens 1023 K – Einlegen des Blechwerkstückes (1) in ein Umformwerkzeug (40), – Fixierung des Blechwerkstückes (1) im Umformwerkzeug (40) durch Herstellung mindestens einer spätestens bei Aufbringung von Umformkräften wirkenden formschlüssigen Verbindung zwischen dem Blechwerkstück (1) und dem Umformwerkzeug (40), – Umformen des Blechwerkstückes (1) mittels Relativbewegung wenigstens eines Umformstempels (42) des Umformwerkzeuges (40) in Bezug zu einer Matrize des Umformwerkzeuges (40), dadurch gekennzeichnet, dass spätestens mit Beginn des Umformens des Blechwerkstückes (1) das Blechwerkstück (1) im Bereich der formschlüssigen Verbindung mittels einer Kühleinheit (50) gekühlt wird.
Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (50) Bestandteil eines Niederhalters (44) oder Blechhalters (46) ist, der spätestens mit Beginn der Umformung des Blechwerkstückes (1) an dem Bereich der formschlüssigen Verbindung (10) und diesen kontaktierend angeordnet wird.
Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung (10) durch wenigstens ein Loch (12) im Blechwerkstück (1) und einem im Wesentlichen komplementär zur Lochweite und Lochform ausgebildeten Stift (20), der am Umformwerkzeug (40) angeordnet ist, mittels Aufstecken des Blechwerkstückes (1) auf den Stift (20) realisiert wird.
Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechwerkstück (1) im Bereich der formschlüssigen Verbindung (10) mit einer Abkühlrate abgekühlt wird, die größer ist als die durch das Umformwerkzeug (40) insgesamt realisierte Abkühlung des gesamten Blechbauteils, insbesondere bei Ausführung der Warmumformung als Presshärten.
Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Einlegen des Blechwerkstückes (1) in das Umformwerkzeug (40) ein abkühlungsbedingter Längenschrumpfungsprozess des Blechwerkstückes (1) einsetzt und als formschlüssige Verbindungen wenigstens eine Rundloch-Stift-Verbindung und wenigstens eine Langloch-Stift-Verbindung eingesetzt werden, wobei die Größe und Position des Langloches (16) im Blechwerkstück (1) derart bemessen ist, dass bei wenigstens teilweise erfolgender Längenschrumpfung eine Relativbewegung zwischen Stift (20) und Langlochrand stattfindet.
Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der formschlüssigen Verbindung (10) während der Umformung des Blechwerkstückes (1) zumindest zeitweise eine Temperatur von maximal 673 K aufweist, während das Blechwerkstück (1) in seinen anderen Bereichen eine Temperatur von über 673 K aufweist.
Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch (12) im Blechwerkstück (1) in wenigstens einem weiteren Verfahrensschritt als Positionierungs- und/oder Fixierungshilfe dient.
Vorrichtung zur Warmumformung, insbesondere Presshärten, von Blechwerkstücken, mit wenigstens einer Aufnahme für ein Blechwerkstück (1), wenigstens einem Umformstempel zum Aufbringen einer Umformkraft auf das Blechwerkstück (1), wenigstens einer Matrize und mit wenigstens einem Formelement, mit welchem in Zusammenwirkung mit einem hinsichtlich der Form komplementär ausgestalteten Formelement am Blechwerkstück (1) eine formschlüssige Verbindung herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung des Weiteren einen Niederhalter (44) und/oder Blechhalter (46) umfasst, welcher wenigstens eine Kühleinheit (50) zur bereichsweisen Kühlung des Bereiches der formschlüssigen Verbindung aufweist.
Vorrichtung zur Warmumformung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Formelement zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung ein an dem Niederhalter (44) oder Blechhalter (46) angeordneter Stift (20) ist, der in ein im Blechwerkstück (1) angeordnetes Loch (12) steckbar ist.
Vorrichtung zur Warmumformung nach wenigstens einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (50) im Wesentlichen durch im Niederhalter (44) oder Blechhalter (46) angeordnete Kanäle (52) ausgebildet ist, welche mit einem Fluid (54) zur Realisierung eines Wärmetransportes durchströmbar oder durchströmt sind.
Blechbauteil, insbesondere Karosserieteil eines Kraftfahrzeuges, dessen Herstellung Warmumformung, insbesondere Presshärten, umfasst, wobei bei der Warmumformung ein Blechwerkstück auf eine Temperatur von mindestens 1023 K erwärmt wird, das Blechwerkstück in ein Umformwerkzeug eingelegt wird, das Blechwerkstück im Umformwerkzeug durch Herstellung mindestens einer spätestens bei Aufbringung von Umformkräften wirkenden formschlüssigen Verbindung zwischen dem Blechwerkstück und dem Umformwerkzeug fixiert wird, das Blechwerkstück mittels Relativbewegung wenigstens eines Umformstempels des Umformwerkzeuges in Bezug zu einer Matrize des Umformwerkzeugs umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass spätestens mit Beginn des Umformens des Blechwerkstückes (1) dieses im Bereich der formschlüssigen Verbindung mittels einer Kühleinheit (50) gekühlt wird.
Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens ein Blechbauteil nach Anspruch 11.