DE102009040935A1 - Method for manufacturing chassis component e.g. A-column in doors of motor vehicle, involves assembling individual components to semi-finished product, and hot-deforming semi-finished product - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen, insbesondere Karosseriebauteilen für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Karosseriebauteil für die Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges. Weiterhin betrifft die Erfindung eine A-, B-, C- oder D-Säule für ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for producing components, in particular body parts for a motor vehicle. The invention further relates to a body component for a motor vehicle, in particular a body component for the passenger compartment of a motor vehicle. Furthermore, the invention relates to an A, B, C or D pillar for a motor vehicle.
Technologischer Hintergrund und Stand der TechnikTechnological background and state of the art
Bauteile, wie sie beispielsweise für die Karosserie von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, sind üblicherweise dahingehend optimiert, dass sie eine hohe Festigkeit bei einem geringen Gewicht aufweisen. Dadurch soll im Crashfall eine hohe Sicherheit für die Insassen der Fahrgastzelle des Fahrzeuges sichergestellt werden.Components, such as those used for the body of motor vehicles, are usually optimized so that they have a high strength with a low weight. This should ensure a high level of safety for the occupants of the passenger compartment of the vehicle in the event of a crash.
Um zugleich den Benzinverbrauch der Kraftfahrzeuge zu minimieren, sind diese Bauteile bzw. ist die Karosserie des Kraftfahrzeuges hinsichtlich des Gewichtes optimiert. Die Bauteile sind deshalb üblicherweise hohl ausgebildet und weisen zur Einsparung maximal möglichen Materiales über die Umfangsfläche gesehen, mehrfach Materialaussparungen auf. Es ergibt sich somit bei diesen Bauteilen gewöhnlich eine komplexe Form.In order to minimize the fuel consumption of motor vehicles at the same time, these components or the body of the motor vehicle are optimized in terms of weight. The components are therefore usually hollow and have to save maximum possible material over the peripheral surface seen multiple material recesses. It thus results in these components usually a complex shape.
Die Bauteile werden üblicherweise aufgrund ihrer Komplexität aus mehreren Einzelteilen einfachen Aufbaus zusammengesetzt. Um die geforderte hohe Festigkeit zu erlangen und einen hohen Umformgrad zu erzielen, werden diese Einzelteile durch Umformen von Formmaterial in einem Warmumformverfahren erzeugt. Erst nach dem Warmumformvorgang und einem anschließenden Abschrecken zum Härten werden die Einzelteile zu einem einzigen Bauteil beispielsweise mittels Schweißen miteinander verbunden.The components are usually composed due to their complexity of several parts simple structure. In order to achieve the required high strength and to achieve a high degree of deformation, these items are produced by forming material in a hot forming process. Only after the hot forming process and a subsequent quenching for curing the items are connected to a single component, for example by welding.
Dieses bekannte Herstellungsverfahren ist relativ aufwendig, da jedes Einzelteil separat warmumgeformt wird. Bei Bauteilen aus drei, vier oder fünf Einzelteilen sind somit entsprechend drei, vier oder fünf Warmumformvorgänge notwendig, bevor das Bauteil aus den warmumgeformten Einzelteilen zusammengesetzt werden kann. Auch hat es sich gezeigt, dass die auf diese Weise hergestellten Bauteile im Bereich der Verschweißung häufig ein derart geändertes Werkstoffgefüge aufweisen, welches gegenüber dem Bauteilmaterial außerhalb des Schweißbereiches verschlechterte Bauteileigenschaften hinsichtlich Härte und Festigkeit aufweisen.This known manufacturing method is relatively expensive, since each item is hot stamped separately. For components of three, four or five individual parts, accordingly, three, four or five hot forming operations are necessary before the component can be assembled from the hot-formed individual parts. It has also been found that the components produced in this way often have such a changed material structure in the area of the weld, which component properties with regard to hardness and strength have deteriorated compared to the component material outside the welding area.
Aufgabenstellungtask
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen bereitzustellen, durch welches auch komplexe Bauteile, insbesondere Karosseriebauteile für ein Kraftfahrzeug, in einfacher Weise hergestellt werden können. Ein weiterer Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens soll es sein, dass das damit erzeugte Bauteil, insbesondere Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug, auf gewünschte Materialeigenschaften eingestellt werden kann. Weiterhin soll ein entsprechendes Karosserieteil für ein Kraftfahrzeug, insbesondere A-, B-, C- oder D-Säule für ein Kraftfahrzeug, vorgeschlagen werden.It is therefore an object of the invention to provide a method with the features mentioned, by which even complex components, in particular body parts for a motor vehicle, can be produced in a simple manner. Another aspect of the method according to the invention is that the component produced therewith, in particular the body component for a motor vehicle, can be set to desired material properties. Furthermore, a corresponding body part for a motor vehicle, in particular A, B, C or D pillar for a motor vehicle to be proposed.
Erfindung und vorteilhafte WirkungenInvention and advantageous effects
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen, insbesondere Karosseriebauteilen für ein Kraftfahrzeug, vorgeschlagen, welches die in Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist. Ferner wird ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruches 12, ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruches 13 sowie eine A-, B-, C- oder D-Säule für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruches 14 vorgeschlagen. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.To solve the problem, a method for the production of components, in particular body parts for a motor vehicle, proposed which has the features mentioned in claim 1. Further, a body component for a motor vehicle with the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Bauteilen ist besonders für die Herstellung von Karosseriebauteilen eines Kraftfahrzeuges, vorzugsweise Karosseriebauteilen der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeuges geeignet. Derartige Karosseriebauteile können Crash-relevante Verstärkungsteile, wie beispielsweise die Schweller oder die A-, B-, C- oder D-Säulen des Kraftfahrzeuges sein. Derartige Karosserieteile können in Türen des Kraftfahrzeuges angeordnet sein und/oder Rahmenteile, Stoßfängerträger sowie Querträger für Boden und Dach, vordere und hintere Längsträger bilden.The inventive method for producing components is particularly suitable for the production of body parts of a motor vehicle, preferably body parts of the passenger compartment of the motor vehicle. Such body components may be crash-relevant reinforcement parts, such as the sills or the A, B, C or D pillars of the motor vehicle. Such body parts may be arranged in doors of the motor vehicle and / or frame parts, bumper beams and cross members for floor and roof, front and rear side members form.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass wenigstens zwei Einzelteile zu einem Halbzeug zusammengesetzt werden und anschließend das Halbzeug warmumgeformt wird.According to the invention, it is provided that at least two individual parts are assembled into a semi-finished product and then the semi-finished product is hot-formed.
Durch diese Maßnahme können die Bauteile besonders einfach hergestellt werden, da lediglich das eine Bauteil selbst mit seinen bereits zusammengefügten Einzelteilen einer Warmumformung unterzogen wird. Die bisher bekannten Verfahren führen dagegen zuerst eine Warmumformung jedes Einzelteiles durch und anschließend wird das Bauteil durch Zusammenfügen der bereits warmumgeformten Einzelteile erzeugt. Bei der erfindungsgemäßen Maßnahme ist somit lediglich ein einziger Warmumformschritt bei der Herstellung des Bauteiles notwendig. Weiterhin können Bauteile mit komplexer Gestalt in einfacher Weise hergestellt werden, indem die Komplexität des Bauteiles erst durch den Zusammenbau der Einzelteile erzeugt wird, wohingegen die Einzelteile lediglich in relativ einfacher Gestalt hergestellt werden müssen. Durch das Warmumformen des Bauteiles ist eine große Umformbarkeit der Werkstoffe durchführbar, wobei relativ geringe Umformkräfte notwendig sind. Unter Warmumformung werden im Sinne der Erfindung solche Umformschritte bezeichnet, die oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Werkstoffes stattfinden. Ferner wird im Sinne der Erfindung unter Halbzeug ein bereits wenigstens einmal umgeformtes Bauteil bzw. Einzelteil verstanden, welches dann in weiteren Bearbeitungsschritten zum Fertigteil ausgebildet wird.By virtue of this measure, the components can be produced in a particularly simple manner since only one component itself, with its already assembled individual parts, is subjected to hot working. By contrast, the previously known methods first of all carry out hot forming of each individual part and then the component is produced by joining the already hot-formed individual parts. In the measure according to the invention is thus only a single Hot forming step in the manufacture of the component necessary. Furthermore, components of complex shape can be easily manufactured by the complexity of the component is produced only by the assembly of the individual parts, whereas the items must be made only in relatively simple shape. Due to the hot forming of the component, a large formability of the materials is feasible, with relatively low forming forces are necessary. In the context of the invention, hot forming means such forming steps which take place above the recrystallization temperature of the material. Furthermore, in the context of the invention, a semifinished product is understood to mean a component or individual part that has already been formed at least once, which is then formed into the finished part in further processing steps.
Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass wenigstens eines der Einzelteile umgeformt wird, insbesondere kaltumgeformt wird. Dadurch sind die Einzelteile bereits auf eine vorgegebene vorläufige Gestalt bzw. Geometrie überführbar, so dass ein Verbinden der Einzelteile besonders leicht erfolgen kann. Durch das Umformen der Einzelteile können die Einzelteile bereits entsprechende Flansche oder dergleichen Anschlussabschnitte aufweisen, an denen die einzelnen Teile miteinander verbindbar sind. Das aus den umgeformten Einzelteilen gebildete zusammengesetzte Halbzeug ist somit bereits in eine Gestalt bzw. Geometrie bringbar, welche für ein anschließendes Warmumformverfahren verwendet werden kann. Indem die Einzelteile kaltumgeformt werden, ist auf besonders einfache Weise eine Umformung der Einzelteile realisiert, wobei der Umformgrad aufgrund der eintretenden Kaltverfestigung des Materials begrenzt ist.According to a first embodiment of the invention, it is provided that at least one of the individual parts is reshaped, in particular cold-formed. As a result, the individual parts can already be transferred to a predetermined provisional shape or geometry, so that a connection of the individual parts can be carried out particularly easily. By reshaping the individual parts, the individual parts can already have corresponding flanges or similar connection sections, on which the individual parts can be connected to one another. The composite semifinished product formed from the formed individual parts is thus already in a shape or geometry can be brought, which can be used for a subsequent hot forming process. By cold forming the individual parts, a transformation of the individual parts is realized in a particularly simple manner, wherein the degree of deformation is limited due to the cold work hardening of the material.
Unter Kaltumformung im Sinne der Erfindung ist ein Umformen von Materialien bei einer Temperatur von deutlich unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Werkstoffes zu verstehen. Als Kaltumformverfahren kann dabei ein Walzprofilieren, Tiefziehen, Prägen, Stanzen oder Rollen zum Einsatz kommen. Auch sind Kombinationen aus den einzelnen Kaltumformverfahren möglich.Cold forming in the sense of the invention is to be understood as forming materials at a temperature significantly below the recrystallization temperature of the material. Cold forming, deep drawing, stamping, punching or rolling can be used as the cold forming process. Also, combinations of the individual cold forming processes are possible.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Einzelteile zumindest über wenigstens einen Abschnitt mittels stoffschlüssigem Fügeverfahren, insbesondere mittels thermischem stoffschlüssigen Fügeverfahren, miteinander verbunden werden. Durch diese nicht lösbare Verbindung sind die Einzelteile dauerhaft fest miteinander verbunden, so dass den aus den Einzelteilen gebildeten Halbzeugen dauerhaft eine hohe Stabilität zukommt. Als stoffschlüssiges Fügeverfahren kommt beispielsweise ein Kleben der Einzelteile miteinander in Betracht. Unter thermischen stoffschlüssigen Fügeverfahren sind beispielsweise Lötverfahren, Schweißverfahren oder dergleichen Fügeverfahren unter Erwärmung der Einzelteile im Verbindungsbereich zu verstehen.According to a further embodiment of the invention, it is provided that the individual parts are connected to each other at least over at least one section by means of material-locking joining process, in particular by means of thermal material joining method. Through this non-detachable connection, the items are permanently connected to each other permanently, so that the semifinished products formed from the items permanently durable high stability. As cohesive joining process, for example, an adhesion of the individual parts with each other comes into consideration. Under thermal material joining methods are, for example, soldering, welding or the like joining process under heating of the individual parts in the connection area to understand.
Es bietet sich an, dass die Einzelteile mittels Laserschweißen und/oder Punktschweißen miteinander verbunden werden. Durch das Laserschweißen kann eine Schweißnaht präzise gesetzt werden, so dass lediglich geringe Bereiche der Einzelteile durch die Erwärmung im Schweißverfahren in ihrem Werkstoffgefüge verändert werden. Auch das Punktschweißen zielt darauf ab, mögliche Gefügeveränderungen aufgrund der Wärmeeinwirkung durch das Schweißen bei den Einzelteilen lediglich auch auf einzelne kleine Abschnitte des Einzelteiles zu beschränken. Auch ist aufgrund des Punktschweißens eine Einsparung von Schweißmaterial möglich.It is advisable that the individual parts are joined together by means of laser welding and / or spot welding. By laser welding a weld can be set precisely, so that only small areas of the individual parts are changed by the heating in the welding process in their material structure. Spot welding also aims to limit possible microstructural changes due to the heat generated by welding in the individual parts only to individual small sections of the item. Also, a saving of welding material is possible due to the spot welding.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Halbzeug vor dem Warmumformen kaltumgeformt wird. Dadurch kann das Halbzeug mit seinen zusammengesetzten Einzelteilen bereits vor dem Warmumformvorgang auf eine Form gebracht werden, welche in ein Formwerkzeug für das Warmumformen einsetzbar ist. Insofern ist dadurch ein weiterer Zwischenschritt bei der Herstellung eines Bauteiles mit komplexer Geometrie realisiert, mittels welchem das Halbzeug in eine Zwischenform bzw. Zwischengeometrie vor dem Warmumformen gebracht wird. Mittels des dann anschließenden Warmumformens kann eine weitere noch umfangreichere Umformung erfolgen, ohne dass es zu einer Kaltverfestigung kommt, welche die Grenzverformung eines Kaltumformvorganges bildet.According to a further embodiment of the invention, it is provided that the semifinished product is cold-formed before hot-forming. As a result, the semi-finished product with its assembled individual parts can already be brought to a shape before the hot-forming process, which mold can be inserted into a hot-forming mold. In this respect, a further intermediate step in the production of a component with complex geometry is realized, by means of which the semi-finished product is brought into an intermediate form or intermediate geometry prior to hot forming. By means of the then subsequent hot forming a further even more extensive forming can take place, without resulting in a strain hardening, which forms the boundary deformation of a cold forming process.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das warmumgeformte Halbzeug mittels eines Abkühlmediums abgeschreckt wird. Dadurch ist eine Erhöhung der mechanischen Widerstandsfähigkeit des Werkstoffes des Bauteiles durch gezielte Änderung und Umwandlung seines Gefüges erzielt. Durch das Abschrecken kommt es zu einer Festigkeitserhöhung des Materials, was vorzugsweise durch das Erreichen eines martensitischen Gefüges des Werkstoffes des Bauteiles zurückzuführen ist. Hierzu ist das Bauteil bevorzugt vorab auf eine Temperatur von etwa wenigstens 900° Celsius zu bringen, insbesondere bei einem Werkstoff aus Stahl.According to a further embodiment of the invention, it is provided that the hot-formed semi-finished product is quenched by means of a cooling medium. As a result, an increase in the mechanical resistance of the material of the component is achieved by targeted modification and transformation of its microstructure. By quenching it comes to an increase in strength of the material, which is preferably due to the achievement of a martensitic microstructure of the material of the component. For this purpose, the component is preferably to bring in advance to a temperature of about at least 900 ° C, especially in a material made of steel.
Bevorzugt sollte das Abschrecken bzw. schnelle Abkühlen mit wenigstens einer Geschwindigkeit von 25 Kelvin pro Sekunde, vorzugsweise wenigstens 30 Kelvin pro Sekunde, vorgenommen werden. Als Abschreckmedium können Wasser, Öl, Salzbad, wässrige Polymerlösungen, Luft oder Gase, wie beispielsweise Stickstoff oder Argon, zum Einsatz kommen.The quenching or rapid cooling should preferably be carried out with at least one speed of 25 Kelvin per second, preferably at least 30 Kelvin per second. As a quenching medium, water, oil, salt bath, aqueous polymer solutions, air or gases, such as nitrogen or argon, can be used.
Es bietet sich an, dass nach dem Abschrecken das Halbzeug einem Anlassvorgang unterworfen wird. Durch das Anlassen kann die beim Abschrecken gebildete Härte des Bauteiles vermindert werden und entsprechend der Höhe der Anlasstemperatur und der Dauer der Anlasstemperatur das Halbzeug auf die gewünschten bzw. vorgegebenen Gebrauchseigenschaften bezüglich Härte, Zugfestigkeit und/oder Zähigkeit gebracht werden. It is advisable that after quenching the semi-finished product is subjected to a starting process. By tempering, the hardness of the component formed during quenching can be reduced, and the semifinished product can be brought to the desired or predetermined service properties with regard to hardness, tensile strength and / or toughness in accordance with the height of the tempering temperature and the duration of the tempering temperature.
Bei einem Halbzeug, welches zumindest über einen Abschnitt länglich ausgebildet und zumindest der Abschnitt in Längsrichtung hohl ist, ist es nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass zumindest der Abschnitt über Austenitisierungstemperatur erwärmt wird und anschließend in diesem erwärmten Zustand, vorzugsweise in seiner Längsrichtung, umgeformt wird. Hierdurch kann das Halbzeug in Längsrichtung des hohlen Abschnittes in einfacher Weise umgeformt werden, wobei auch hohe Umformgrade problemlos erreicht werden, ohne dass es zu einer Zerstörung des Halbzeuges kommt. Es ist dazu das Halbzeug auf eine Temperatur zu bringen, in welcher das Werkstoffgefüge austenitisch vorliegt. Das Halbzeug ist dazu auf eine Temperatur von wenigstens 900° Celsius zu bringen und vorzugsweise zumindest über einen vorgegebenen Zeitraum, wie beispielsweise etwa 5 Minuten in diesem erwärmten Zustand zu halten. Indem das auf diese Weise erwärmte Halbzeug im erwärmten Zustand in Richtung seiner Längsachse umgeformt wird, kann dem Halbzeug trotz seines hohlen Abschnittes zerstörungsfrei in Längsrichtung gebogen werden. Das warmumgeformte Halbzeug ist dadurch in Längsrichtung gewölbt ausbildbar.In the case of a semifinished product which is elongate at least over a section and at least the section is hollow in the longitudinal direction, it is provided according to a preferred embodiment of the invention that at least the section is heated above the austenitizing temperature and subsequently in this heated state, preferably in its longitudinal direction, is transformed. As a result, the semifinished product can be formed in the longitudinal direction of the hollow portion in a simple manner, with high degrees of deformation are easily achieved without causing the destruction of the semifinished product. It is to bring the semi-finished product to a temperature in which the material structure is austenitic. The semi-finished product is to bring to a temperature of at least 900 ° Celsius, and preferably at least for a predetermined period, such as to hold about 5 minutes in this heated state. By the thus heated semi-finished product in the heated state is converted in the direction of its longitudinal axis, the semifinished product can be bent non-destructively in the longitudinal direction despite its hollow portion. The hot-formed semi-finished product can be formed arched in the longitudinal direction.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Hohlraum des Halbzeuges geschlossen ist oder mittels eines weiteren Verfahrensschrittes geschlossen wird und dass das auf über Austenitisierungstemperatur erwärmte Halbzeug mittels in den Hohlraum eingelassenem, unter Druck stehendem Medium gegen die Innenwände eines Formwerkzeuges expandiert wird. Hierdurch ist der Hohlraum des Halbzeuges, welcher beispielsweise durch einen rollprofilierten Querschnitt des Halbzeuges gebildet ist, auf einfache Weise in Umfangsrichtung umformbar. Das Formwerkzeug dient dabei als Matrize für die zu erzielende Außenkontur des Halbzeuges. Durch das Einblasen des unter Druck stehenden Mediums, wie beispielsweise Luft oder Wasser oder dergleichen anderer gasförmiger oder flüssiger Medien, kann eine Änderung der Querschnittskontur des Halbzeuges auf eine vorgegebene Form gezielt vorgenommen werden.According to a development of the invention, it is provided that the cavity of the semifinished product is closed or closed by means of a further process step and that the heated to austenitizing over the semifinished product is introduced by means of embedded in the cavity, pressurized medium against the inner walls of a mold. As a result, the cavity of the semifinished product, which is formed for example by a roll profiled cross section of the semifinished product, in a simple manner in the circumferential direction deformable. The molding tool serves as a die for the desired outer contour of the semifinished product. By injecting the pressurized medium, such as air or water or the like of other gaseous or liquid media, a change in the cross-sectional contour of the semifinished product can be made targeted to a predetermined shape.
Das Formwerkzeug kann dazu beispielsweise zwei Hälften aufweisen, wobei in die eine Hälfte das Halbzeug eingelegt wird und zum Umformen des Halbzeuges in seiner Längsrichtung die andere Hälfte gegen die Hälfte mit dem eingelegten Halbzeug gepresst wird. Es bietet sich dabei an, dass ein nachfolgendes Umformen durch Einblasen eines unter Druck stehenden Mediums die Hälften des Formwerkzeuges in zusammengedrückter Position verbleiben und in dieser Position der Hälften das Halbzeug dann gegen die Innenwandungen der Hälften expandiert wird.For example, the mold may have two halves, wherein in one half of the semi-finished product is inserted and for forming the semi-finished product in its longitudinal direction, the other half is pressed against the half with the inserted semifinished product. It is advisable that a subsequent forming by blowing a pressurized medium, the halves of the mold remain in compressed position and in this position of the halves the semi-finished product is then expanded against the inner walls of the halves.
Der Hohlraum des Halbzeuges ist bevorzugt durch das Zusammensetzen der Einzelteile gebildet. Die Einzelteile sind dazu bevorzugt längliche Profilteile mit einer vorzugsweise zumindest teilweisen Wannenform bezüglich ihres Querschnittes.The cavity of the semifinished product is preferably formed by the assembly of the individual parts. The items are preferably elongated profile parts with a preferably at least partially trough shape with respect to their cross section.
Bevorzugt sollte das Umformen mittels des in den Hohlraum eingelassenen, unter Druck stehenden Mediums im Anschluss an das Umformen des Halbzeuges in Richtung seiner Längsache vorgenommen werden. Bevorzugt sollten ferner beide Umformvorgänge bei einem auf über Austenitisierungstemperatur erwärmtem Halbzeug vorgenommen werden. Auch sollte bevorzugt die Warmumformung in Längsrichtung des Halbzeuges sowie die Warmumformung durch Einlassen des Mediums in den Hohlraum des Halbzeuges mittels eines einzigen Formwerkzeuges vorgenommen werden. Durch das einzige Formwerkzeug ist ein Warmumformen des Halbzeuges in unterschiedliche Wirkrichtungen in besonders einfacher Weise möglich, da ein Umspannen sowie ein zwischenzeitliches Abkühlen und Wiederaufwärmen des Halbzeuges vermieden wird.The forming should preferably be carried out by means of the pressurized medium introduced into the cavity following the shaping of the semifinished product in the direction of its longitudinal axis. In addition, both forming operations should preferably be carried out at a semi-finished product heated above the austenitizing temperature. Also, preferably the hot working in the longitudinal direction of the semi-finished product and the hot forming by introducing the medium into the cavity of the semi-finished product should be made by means of a single mold. By means of the single forming tool, hot forming of the semifinished product into different directions of action is possible in a particularly simple manner, since re-clamping and interim cooling and reheating of the semifinished product are avoided.
Darüber hinaus ist durch die Kombination der beiden Warmumformvorgänge ein Halbzeug mit besonders komplexer Geometrie erzeugbar. Indem das Halbzeug nach dem Warmumformen in Längsrichtung in dem Formwerkzeug verbleibt, ist mittels eines anschließenden Expandieren des Halbzeuges gegen die Innenwände des Formwerkzeuges durch Einlassen unter Druck stehenden Mediums in den Hohlraum eine Kalibrierung der Außenkontur gegenüber dem Formwerkzeug möglich, sodass Änderungen in der Außenkontur des Halbzeuges aufgrund des vorherigen Warmumformens in Längsrichtung des Halbzeuges rückgängig gemacht werden können.In addition, by combining the two hot forming operations, a semi-finished product with a particularly complex geometry can be produced. By the semi-finished product remains in the mold after the hot forming in the longitudinal direction, by means of a subsequent expansion of the semi-finished against the inner walls of the mold by introducing pressurized medium into the cavity, a calibration of the outer contour relative to the mold possible, so that changes in the outer contour of the semifinished product can be reversed due to the previous hot forming in the longitudinal direction of the semifinished product.
Es bietet sich an, dass das warmumgeformte Halbzeug mittels eines Abkühlmediums derart abgeschreckt wird, dass das abgeschreckte Halbzeug ein martensitisches Werkstoffgefüge aufweist. Um das martensitische Gefüge möglichst diffusionslos zu erreichen, sollte dabei bevorzugt eine Abkühlgeschwindigkeit von wenigstens 27 Kelvin pro Sekunde vorliegen. Das Abschrecken des auf über Austenitisierungstemperatur erhitzten und warmumgeformten Halbzeuges sollte im Anschluss an den letzten Warmumformvorgang vorgenommen werden. Durch das Führen des Werkstoffgefüges des Halbzeuges in die martensitische Struktur ist das Halbzeug auf eine hohe Festigkeit gebracht, um den Anforderungen, insbesondere Crash-Anforderungen, bei einem späteren Einsatz in einem Kraftfahrzeug zu bestehen.It is advisable that the hot-formed semi-finished product is quenched by means of a cooling medium such that the quenched semi-finished product has a martensitic material structure. In order to achieve the martensitic structure as diffusion-free as possible, it should preferably be a cooling rate of at least 27 Kelvin per second. The quenching of the over-austenitizing heated and hot-worked semi-finished product should be made subsequent to the last hot-forming operation. By guiding the material structure of the semifinished product into the martensitic structure, the semifinished product is in one brought high strength to meet the requirements, in particular crash requirements, in a later use in a motor vehicle.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass zum Abschrecken des Halbzeuges ein Abkühlmedium durch den Hohlraum des Halbzeuges hindurch geleitet wird. Hierdurch erfolgt ein Abkühlen des erhitzten und vorzugsweise warmumgeformten Halbzeuges durch unmittelbaren Kontakt mit dem Abkühlmedium, indem es durch das Halbzeug hindurch strömt. Das Halbzeug ist auf diese Weise besonders schnell auf eine besonders tiefe Temperatur abkühlbar, sodass das angestrebte martensitische Werkstoffgefüge in einfacher Weise ohne Diffusionserscheinungen erreicht wird.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that for quenching the semifinished product, a cooling medium is passed through the cavity of the semifinished product. This results in a cooling of the heated and preferably hot-formed semi-finished product by direct contact with the cooling medium, by flowing through the semifinished product. In this way, the semifinished product can be cooled particularly quickly to a particularly low temperature, so that the desired martensitic material structure is achieved in a simple manner without diffusion phenomena.
Es bietet sich an, dass nach dem Warmumformen, Abschrecken und/oder Anlassen im warmen Zustand und/oder im kalten Zustand das Halbzeug mechanisch, beispielsweise mittels Laser, bearbeitet wird, insbesondere wenigstens eine Materialausnehmung, Durchgangsöffnung und/oder Bohrung in das Halbzeug eingebracht wird. Durch die mechanische Bearbeitung des bereits warmumgeformten Halbzeuges können engen Maßtoleranzen eingehalten werden, da das Halbzeug die vorgegebene bzw. gewünschte Geometrie des Fertigteiles zumindest teilweise bereits im Wesentlichen exakt abbildet.It is advisable that after the hot forming, quenching and / or tempering in the warm state and / or in the cold state, the semi-finished machined, for example by means of laser, in particular at least one material recess, through hole and / or hole is introduced into the semifinished product , Due to the mechanical processing of the already hot-formed semi-finished product, narrow dimensional tolerances can be maintained because the semi-finished product at least partially already substantially exactly copies the predetermined or desired geometry of the finished part.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Karosseriebauteil für die Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges, welches insbesondere mittels dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Das Karosseriebauteil kann ein Schweller, Rahmenteil oder Stoßfängerträger, Querträger für den Boden oder das Dach des Kraftfahrzeuges sein. Auch kann das Karosseriebauteil der vordere oder hintere Längsträger des Kraftfahrzeuges sein. Ebenfalls kann das Karosseriebauteil die A-, B-, C- oder D-Säule des Kraftfahrzeuges sein. Das Karosseriebauteil weist wenigstens zwei Einzelteile auf, welche mittels thermischem stoffschlüssigem Fügeverfahren miteinander verbunden sind.A further aspect of the invention relates to a body component for a motor vehicle, in particular a body component for the passenger compartment of a motor vehicle, which is produced in particular by means of the method described above. The body component may be a sill, frame part or bumper beam, cross member for the floor or the roof of the motor vehicle. Also, the body panel may be the front or rear side members of the motor vehicle. Likewise, the body component may be the A, B, C or D pillar of the motor vehicle. The body component has at least two individual parts, which are connected to each other by means of thermal bonding method.
Es ist vorgesehen, dass wenigstens eines der Einzelteile im Bereich des thermischen Fügens Materialeigenschaften aufweist, welche den Materialeigenschaften des wenigstens einen Einzelteils außerhalb des Fügebereichs im Wesentlichen entsprechen.It is provided that at least one of the individual parts in the region of the thermal joining has material properties which essentially correspond to the material properties of the at least one individual part outside the joining region.
Dadurch ist das Karosseriebauteil in dem durch thermisches Fügen gebildeten Verbindungsbereich gar nicht oder nur unwesentlich geschwächt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Einzelteile durch thermisches stoffschlüssiges Fügen zuerst zusammengesetzt werden und dieses Halbzeug dann einer Warmumformung unterzogen wird. Durch das Erwärmen der beim Warmumformen üblichen Temperatur auf über die Rekristallisierungstemperatur des Bauteilwerkstoffes werden Schwächungen im Bauteil aufgrund des vorgenommenen thermischen Fügens, insbesondere Schweißens, wieder repariert. Das Werkstoffgefüge nach der Warmumformung ist daher im Fügebereich demjenigen außerhalb des Fügebereiches im Wesentlichen entsprechend. Das erfindungsgemäße Karosseriebauteil ist somit auch bei Grenzbelastungen wesentlich haltbarer als solche Karosseriebauteile, deren Einzelteile zuerst warmumgeformt werden und anschließend durch thermisches Fügen miteinander verbunden werden.As a result, the body component in the connection region formed by thermal joining is not weakened or only insignificantly weakened. This is due to the fact that the individual parts are first assembled by thermal material joining and then this semi-finished product is subjected to a hot forming. By heating the temperature customary during hot forming to above the recrystallization temperature of the component material, weakenings in the component are repaired again due to the thermal joining, in particular welding. The material structure after the hot forming is therefore substantially similar in the joint area to that outside the joint area. The body component according to the invention is therefore significantly more durable even at limit loads than those body parts whose individual parts are first hot-formed and then connected by thermal joining together.
Ein wiederum weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Karosseriebauteil für die Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges, insbesondere hergestellt mittels dem vorstehend beschriebenen Verfahren, mit wenigstens zwei Einzelteilen, welche mittels thermischem Fügeverfahren miteinander verbunden sind.Yet another aspect of the invention relates to a body component for a motor vehicle, in particular body component for the passenger compartment of a motor vehicle, in particular produced by the method described above, with at least two individual parts, which are interconnected by means of thermal joining process.
Bei dem Karosseriebauteil weist wenigstens eines der Einzelteile im Bereich des thermischen Fügens eine Härte auf, welche wenigstens 85% der Härte, vorzugsweise 90% der Härte, des wenigstens einen Einzelteils außerhalb des Fügebereiches entspricht.In the case of the body component, at least one of the individual parts in the region of thermal joining has a hardness which corresponds to at least 85% of the hardness, preferably 90% of the hardness, of the at least one individual part outside the joining region.
Es ist dadurch ein Karosseriebauteil realisiert, welches hinsichtlich seiner Härte zwar eine Schwächung im Fügebereich der Einzelteile aufweist. Diese Schwächung ist jedoch erheblich geringer als bei einem bekannten Karosseriebauteil, deren Einzelteile zuerst separat voneinander warmumgeformt werden und anschließend ein Zusammensetzen der Einzelteile mittels Schweißen erfolgt. Das erfindungsgemäße Karosseriebauteil ist dadurch bei Grenzbaubelastungen wesentlich haltbarer als die bekannten Karosseriebauteile.It is thereby realized a body component, which has a weakening in the joint area of the items in terms of its hardness. However, this weakening is considerably lower than in a known body component, the items are first hot-formed separately from each other and then an assembly of the items is done by welding. As a result, the body component according to the invention is considerably more durable at boundary loadings than the known body components.
Der Unterschied der Härte im Fügebereich gegenüber der Härte außerhalb des Fügebereiches bezieht sich im Wesentlichen auf einen mittleren Härtewert bezogen auf den Fügebereich sowie einen mittleren Härtewert bezogen auf die Härte des Einzelteiles außerhalb des Fügebereiches. Die Härteunterschiede sind auf eine Härte gemessen nach Vickers bezogen.The difference between the hardness in the joint area and the hardness outside the joint area essentially refers to an average hardness value in relation to the joint area and an average hardness value based on the hardness of the individual part outside the joint area. The hardness differences are based on a hardness measured according to Vickers.
Ein weiterer eigenständiger Gedanke der Erfindung betrifft eine A-, B-, C- oder D-Säule für ein Kraftfahrzeug, welches insbesondere mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens hergestellt ist, mit wenigstens zwei miteinander verbundenen Einzelteilen.Another independent concept of the invention relates to an A, B, C or D pillar for a motor vehicle, which is produced in particular by means of the method described above, with at least two interconnected individual parts.
Es ist vorgesehen, dass im eingebauten Zustand der Säule eines der Einzelteile unten und das andere der Einzelteile oben zu liegen kommt.It is envisaged that in the installed state of the column of one of the items below and the other of the items comes to rest.
Durch diese Maßnahme kann die Säule auf die im Betrieb des Fahrzeuges auftretenden Belastungen sowie auf den Crashfall in einfacher Weise optimiert werden. Denn dem Crash-relevanten unteren Bereich der Säule ist eines der Einzelteile zugeordnet, so dass durch die Dimensionierung und Gestaltung dieses Einzelteiles bereits dem Crashfall in optimaler Weise entgegengewirkt werden kann. Die Säule kann in einfacher Weise so ausgelegt werden, dass sie im oberen Bereich eine hohe Festigkeit aufweist und somit optimalen Personenschutz bietet und im unteren Bereich lediglich eine geringe Festigkeit aufweist, damit im Crashfall die Aufprallenergie durch eine bewusst zugelassene Deformation optimal abgebaut werden kann. Damit kann ohne lokal wirkende Umform- bzw. Bearbeitungsverfahren bereits alleine durch eine entsprechende Auswahl der Einzelteile den unterschiedlichen Bauteilanforderungen entsprochen werden. By this measure, the column can be optimized for the loads occurring during operation of the vehicle as well as the crash case in a simple manner. Because the crash-relevant lower portion of the column one of the items is assigned, so that the dimensioning and design of this item already the crash can be counteracted in an optimal manner. The column can be designed in a simple manner so that it has a high strength in the upper region and thus offers optimum protection and lower strength only low strength, so that in the event of a crash, the impact energy can be optimally reduced by a deliberately approved deformation. This can be met without local-acting forming or machining process alone by an appropriate selection of items to the different component requirements.
Es bietet sich dabei an, dass das obere Einzelteil gegenüber dem unteren Einzelteil eine höhere Festigkeit aufweist. Das untere Einzelteil ist somit weicher ausgebildet, sodass im Crashfall durch das Bauteil bzw. die Säule die auftretenden Kräfte aufgenommen werden können, indem ein hohes Maß an Verformung geleistet werden kann. Demgegenüber kommt dem oberen Bereich der Säule ein hohes Maß an Festigkeit zu, um den Anforderungen der Säule im Betrieb des Fahrzeuges optimal standhalten zu können.It is advisable that the upper part has a higher strength compared to the lower part. The lower part is thus made softer, so that in the event of a crash through the component or the column, the forces can be absorbed by a high degree of deformation can be made. In contrast, the upper part of the column has a high degree of strength in order to optimally withstand the requirements of the column during operation of the vehicle.
Bevorzugt weist das Karosserieteil ein drittes Einzelteil auf, an welchem das obere und das untere Einzelteil, vorzugsweise mittels thermischem Fügeverfahren, befestigt sind. Bevorzugt ist das auf diese Weise gebildete Halbzeug hohl ausgebildet.The body part preferably has a third individual part to which the upper and lower individual parts are fastened, preferably by means of a thermal joining process. Preferably, the semi-finished product formed in this way is hollow.
Es bietet sich an, dass wenigstens eines der Einzelteile aus einer Legierung, vorzugsweise Stahl, insbesondere einer Bor- oder Mangan-Legierung, besteht. Es bietet sich ferner an, dass wenigstens eines der Einzelteile aus härtbarem Material, insbesondere härtbarem Metall besteht. Dadurch kann ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug mit den gewünschten Bauteileigenschaften besonders gut realisiert werden.It is advisable that at least one of the individual parts consists of an alloy, preferably steel, in particular a boron or manganese alloy. It is also advisable that at least one of the individual parts consists of curable material, in particular hardenable metal. As a result, a body component for a motor vehicle with the desired component properties can be realized particularly well.
Es bietet sich ferner an, dass wenigstens eines der Einzelteile ein Tailored Rolled Blank oder Tailored Welded Blank ist. Unter einem Tailored Blank im Sinne der Erfindung ist eine Blechplatine zu verstehen, welche aus verschiedenen Werkstoffgüten und/oder Blechdicken zusammengesetzt ist. Es handelt sich hierbei um ein vorgefertigtes Halbzeug, welches anschließend zum Beispiel durch Tiefziehen weiter umgeformt werden kann. Das Tailored Rolled Blank wird dabei als Blechband erneut kaltgewalzt, wobei die Walzen durch auf- und abfahren unterschiedliche Blechdicken erzeugen, wodurch ein homogener Übergang zwischen zwei Dicken erreicht ist. Bei dem Tailored Welded Blank sind die einzelnen Blechplatinen aneinander geschweißt, beispielsweise mittels Laserschweißen als Stumpfstoß. Dadurch sind verschiedene Materialkombinationen und unterschiedliche Geometrien realisierbar. Die Tailored Blanks sind dabei bevorzugt aus Blech, insbesondere Stahlblech, hergestellt.It is also advisable that at least one of the items is a Tailored Rolled Blank or Tailored Welded Blank. Under a tailored blank in the context of the invention is a sheet metal plate to understand, which is composed of different grades and / or sheet thicknesses. This is a prefabricated semi-finished product, which can then be further formed, for example by deep drawing. The Tailored Rolled Blank is cold-rolled again as a sheet-metal strip, whereby the rolls produce different sheet thicknesses by raising and lowering, whereby a homogeneous transition between two thicknesses is achieved. In the Tailored Welded Blank, the individual sheet metal blanks are welded together, for example by means of laser welding as a butt joint. As a result, different material combinations and different geometries can be realized. The tailored blanks are preferably made of sheet metal, in particular sheet steel.
Bezüglich einer großer Vielzahl an Kombinationsmöglichkeiten hinsichtlich der Werkstoffe und Geometrien des Karosseriebauteiles bietet es sich ferner an, dass wenigstens zwei der Einzelteile in ihrer Dicke und/oder ihrem Material zueinander verschieden sind. Dadurch ist durch die Auswahl des Materiales wie auch der Dicke unterschiedlichen lokalen Belastungsanforderungen an das Karosserieteil Rechnung getragen, ohne dass dazu diese Bereiche durch aufwendige zusätzliche Verfahrensschritte behandelt werden müssen.With regard to a large variety of possible combinations with regard to the materials and geometries of the body component, it is also advisable that at least two of the individual parts differ in their thickness and / or their material from each other. As a result, by selecting the material and the thickness, different local load requirements for the body part are taken into account, without these areas having to be treated by expensive additional process steps.
Ausführungsbeispieleembodiments
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.Other objects, advantages, features and applications of the present invention will become apparent from the following description of several embodiments with reference to the drawings. All described and / or illustrated features alone or in any meaningful combination form the subject matter of the present invention, also independent of their summary in the claims or their dependency.
Es zeigen:Show it:
Anschließend werden die umgeformten Einzelteile
Durch das Zusammenfügen der Einzelteile
Durch das Zusammensetzen der Einzelteile
Im Zuge der mechanischen Bearbeitung können beispielsweise Öffnungen und Aussparungen sowie Bohrungen in das warmumgeformte Halbzeug
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Einzelteil
Die Einzelteile
Das Zusammenfügen der Einzelteile
Anschließend erfolgt ein Warmumformen des Halbzeuges
Nach dem Warmumformen erfolgt ein rasches Abkühlen bzw. Abschrecken des Halbzeuges
In einem weiteren Schritt erfolgt eine mechanische Bearbeitung des warmumgeformten Halbzeuges
Nach dem mechanischen Bearbeiten des warmumgeformten Halbzeuges
Die Einzelteile
In einem zweiten Warmumformschritt, wird das noch immer auf über Austenitisierungstemperatur befindliche Halbzeug dann durch Einlassen von unter Druck stehendem Medium in den Hohlraum des Halbzeuges
Aus den vorgenannten Bearbeitungsschritten gemäß Pfeil
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10, 10'10, 10 '
- Einzelteildetail
- 11, 11'11, 11 '
- Pfeilarrow
- 12, 12'12, 12 '
- umgeformtes Einzelteilremodeled item
- 13, 13'13, 13 '
- Pfeilarrow
- 14, 14'14, 14 '
- mechanisch bearbeitetes Einzelteilmechanically processed item
- 1515
- Pfeilarrow
- 20, 20'20, 20 '
- Einzelteildetail
- 2121
- Pfeilarrow
- 2222
- HalbzeugWorkpiece
- 2323
- Pfeilarrow
- 2424
- warmumgeformtes Halbzeughot-formed semi-finished product
- 2525
- Pfeilarrow
- 2626
- Fertigteilprecast
- 3030
- B-SäuleB-pillar
- 3131
- Einzelteildetail
- 3232
- Einzelteildetail
- 3333
- Einzelteildetail
- 3434
- HalbzeugWorkpiece
- 3535
- Pfeilarrow
- 3636
- Pfeilarrow
- 3737
- warmumgeformtes Halbzeughot-formed semi-finished product
- 3838
- Pfeilarrow
- 4040
- Karosseriebauteilbody component
- 4141
- Einzelteildetail
- 4242
- Einzelteildetail
- 4444
- HalbzeugWorkpiece
- 4545
- Pfeilarrow
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