DE102009050623A1

DE102009050623A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Stahlblechbauteiles

Info

Publication number: DE102009050623A1
Application number: DE200910050623
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Feuser; Arndt Dr.-Ing. Gerick; Dietmar Kallfass; Thomas Schweiker
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-10-24
Filing date: 2009-10-24
Publication date: 2010-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlblechbauteiles (1), wobei ein zugeschnittenes und/oder vorgeformtes Stahlblech (1') auf eine vorgebbare Temperatur erwärmt und zum Umformen und/oder Aushärten in einem Werkzeug (4) angeordnet wird, wobei nach dem Erwärmen und vor dem Umformen und/oder Aushärten vorgebbare Bereiche (B1 bis B4) des Stahlbleches (1') unterschiedlich temperiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlblechbauteiles, wobei ein zugeschnittenes und/oder vorgeformtes Stahlblech auf eine vorgebbare Temperatur erwärmt und zum Umformen und/oder Aushärten in einem Werkzeug angeordnet wird.
Aus der DE 197 23 655 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Stahlblechprodukten bekannt. Das Stahlblechprodukt wird in einem Paar an gekühlten Werkzeugen geformt, solange das Stahlblechprodukt heiß ist und wird in eine martensitische Struktur gehärtet, während dieses in den Werkzeugen verbleibt. Dabei dienen die Werkzeuge als Fixierung während des Härtens. Das Stahlblechprodukt wird in den Bereichen, in denen es bearbeitet, beispielsweise gestanzt, werden soll, im Flussstahlbereich gehalten. Einsätze in den Werkzeugen werden verwendet, um eine schnelle Abkühlung und dadurch eine martensitische Struktur in diesen Bereichen zu verhindern. Eine gleiche Wirkung kann durch Ausnehmungen in den Werkzeugen erreicht werden, so dass ein Spalt zwischen dem Stahlblech und den Werkzeugen auftritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Stahlblechbauteiles anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens durch die in Anspruch 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die in Anspruch 4 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Stahlblechbauteiles wird ein zugeschnittenes und/oder vorgeformtes Stahlblech auf eine vorgebbare Temperatur erwärmt und zum Umformen und/oder Aushärten in einem Werkzeug angeordnet.
Erfindungsgemäß werden nach dem Erwärmen und vor dem Umformen und/oder Aushärten vorgebbare Bereiche des Stahlbleches unterschiedlich temperiert, wodurch verschiedene Eigenschaften, insbesondere Werkstoffeigenschaften des Stahlblechbauteiles erzielbar sind.
Insbesondere handelt es sich bei dem Verfahren um ein Formhärten, auch Presshärten genannt.
Anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, gewünschte Anforderungen an bestimmte Bereiche des Stahlblechbauteiles, wie beispielsweise Festigkeit in einem vorgebbaren Bereich und Duktilität in einem weiteren vorgebbaren Bereich des Stahlblechbauteiles zu erreichen. Dadurch kann zur Herstellung des Stahlblechbauteiles, welches unterschiedliche Eigenschaften aufweisen soll, ein Fügeprozess von Stahlblechen unterschiedlicher Materialeigenschaften entfallen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ablauffolge eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
2 schematisch in perspektivischer Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ablauffolge eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In den 1 und 2 ist eine Ablauffolge eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Stahlblechbauteiles 1 dargestellt. Insbesondere ist in 1 die Ablauffolge des Verfahrens und in 2 eine weitere Ablauffolge des Verfahrens dargestellt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Stahlblechbauteil 1 um eine B-Säule eines Fahrzeuges.
In einem ersten Schritt des Verfahrens wird ein Stahlblech 1' entsprechend vorgebbarer Maße zugeschnitten und beispielsweise als Platine anschließend in einer Heizvorrichtung 2 angeordnet. Das Stahlblech 1' kann in vorteilhafter Weise jede geometrische Form, z. B. auch eine zweidimensionale Form des zu fertigenden Stahlblechbauteiles 1 aufweisen.
Die Heizvorrichtung 2 umschließt das Stahlblech 1' vorzugsweise vollständig, wobei dieses mittels der Heizvorrichtung 2 beispielsweise auf eine Temperatur von 900° bis 950° erwärmt wird.
Dem Erwärmvorgang folgend, wird das Stahlblech 1' aus der Heizvorrichtung 2 entnommen und vor einem Umformen in einem Zwischenwerkzeug 3 angeordnet. Das Zwischenwerkzeug 3 dient in besonders vorteilhafter Weise einer gezielten Temperierung des Stahlbleches 1', wobei durch die gezielte Temperierung realisiert werden kann, dass das fertige Stahlblechbauteil 1 verschiedene Eigenschaften, insbesondere Werkstoffeigenschaften aufweist.
Um eine Ausbildung der verschiedenen Eigenschaften realisieren zu können, muss das Stahlblech 1' in wenigstens einem vorgebbaren Bereich B1 bis B4 vorgegeben temperiert werden. Einem ersten Bereich B1, der Bereich, in dem das Stahlblech 1' ausgehärtet werden soll, wird Wärme entzogen. In den Bereichen B2, B3, B4, in denen das fertige Stahlblechbauteil 1 Duktilität aufweisen soll, also plastisch verformbar ist, wird ein Wärmeentzug vermieden oder weitere Wärme zugeführt.
Hierzu weist das Zwischenwerkzeug 3 in Abhängigkeit einer Geometrie des Stahlbleches 1' und/oder in Abhängigkeit gewünschter Eigenschaften an die Bereiche B1 bis B4 des Stahlblechbauteiles 1' nicht näher dargestellte Heiz- und/oder Kühlflächen auf.
Die Heiz- und/oder Kühlflächen kontaktieren in besonders vorteilhafter Weise direkt zumindest mit den Bereichen B1 bis B4 des in dem Zwischenwerkzeug 3 angeordneten Stahlbleches 1'. Dabei kann bzw. können die Heiz- und/oder Kühlflächen des Zwischenwerkzeuges 3 einerseits flächig und andererseits punktuell je nach Größe des Bereiches B1 bis B4 mit zu erzielender Eigenschaft ausgeführt sein.
Ist das Stahlblech 1' mittels des Zwischenwerkzeuges 3 bereichsweise unterschiedlich temperiert, so dass die verschiedenen Bereiche B1 bis B4 nach einem Umformen des Stahlbleches 1' zu dem Stahlblechbauteil 1 die geforderten Eigenschaften aufweisen, wird das Stahlblech 1' in einem weiteren Verfahrensschritt in einem Werkzeug 4, insbesondere in dem Umformwerkzeug angeordnet.
Beispielsweise wird dem Stahlblech 1' in vorgebbaren Bereichen B2, B3, B4 innerhalb des Zwischenwerkzeuges 3 nur so viel Wärme entzogen, dass ein Gefügezustand des Stahlbleches 1 zu Beginn des in dem Werkzeug 4 stattfindenden Umformens austenitisch ist. Das bedeutet, dass das Stahlblech 1' mit einer vergleichsweise geringen Umformkraft verformbar ist. Weiterhin kann das Stahlblechbauteil 1 durch einen schnellen Abkühlvorgang in dem Werkzeug 4 zu Martensit transformieren und aushärten. Voraussetzung für die Umwandlung zu Martensit ist dabei, dass eine Abkühlrate des Stahlblechbauteiles 1, insbesondere der Bereiche B2 bis B4 bis zur Beendigung des Umwandlungsvorganges zu Martensit größer als 27 K/s ist.
Durch eine durch das Zwischenwerkzeug 3 realisierbare Vorkühlung vorgebbarer Bereiche B2, B3, B4 des Stahlbleches 1' kann eine benötigte Zuhaltezeit des Werkzeuges 4, die Zeit in der das Werkzeug 4 zum Presshärten des Stahlblechbauteiles 1 geschlossen ist, reduziert werden, um das Stahlblechbauteil 1 vorzugsweise vollständig auszuhärten.
Aufgrund der reduzierten Zuhaltezeit des Werkzeuges 4 beim Presshärten kühlt der Bereich B1 des Stahlblechbauteiles 1, dem im Zwischenwerkzeug 3 keine Wärme entzogen wurde, auf eine Temperatur ab, bei der in vorteilhafter Weise die Transformation in Martensit noch nicht abgeschlossen ist. Nach Entnahme des Stahlblechbauteiles 1 wird in diesem Bereich B1 eine Gefügeumwandlung selbsttätig weiter fortgesetzt, wodurch sich neben martensitischem Werkstoffgefüge auch bainitisches und/oder restaustenitisches Werkstoffgefüge bildet. Dadurch wird in besonders vorteilhafter Weise erreicht, dass dieser Bereich B1 des Stahlblechbauteiles 1 eine reduzierte Härte bei gleichzeitig verbesserter Duktilität aufweist.
Mittels des Verfahrens zur Herstellung des Stahlblechbauteiles 1 ist es in Gewinn bringender Weise möglich, dass das Stahlblechbauteil 1 in vorgebbaren Bereichen B1 bis B4 unterschiedliche Werkstoffeigenschaften flächig und/oder punktuell aufweist. Dabei sind die unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften unabhängig von einer Geometrie des zu fertigenden Stahlblechbauteiles 1 einstellbar. Insbesondere sind durch die gezielte Kühlung und/oder Erwärmung in den Bereichen B1 bis B4 mittels des Zwischenwerkzeuges 3 Werkstoffkennwerte, wie z. B. Festigkeit, definiert vorgebbar.
Beispielsweise können als Zwischenwerkzeug 3 herkömmliche Warmumformwerkzeuge, die mit verschiedenen Heiz- und/oder Kühlquellen versehen werden, verwendet werden, wobei diese in einfacher Art und Weise in den Presshärtprozess integriert werden können.
Weiterhin lässt sich durch die gezielte Temperierung des Stahlbleches 1' mittels des Zwischenwerkzeuges 3 eine Taktzeit des Presshärtprozesses verringern, wodurch Kosten zur Herstellung des Stahlblechbauteiles 1 reduziert werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19723655 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Stahlblechbauteiles (1), wobei ein zugeschnittenes und/oder vorgeformtes Stahlblech (1') auf eine vorgebbare Temperatur erwärmt und zum Umformen und/oder Aushärten in einem Werkzeug (4) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erwärmen und vor dem Umformen und/oder Aushärten vorgebbare Bereiche (B1 bis B4) des Stahlbleches (1') unterschiedlich temperiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einem oder mehreren Bereichen (B1 bis B4) Wärme entzogen und/oder zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem oder mehreren Bereichen (B1 bis B4) eine Temperatur konstant gehalten wird.
Vorrichtung zur Herstellung eines Stahlblechbauteiles (1), umfassend eine Heizvorrichtung (2) zum Erwärmen eines Stahlbleches (1') und ein Werkzeug (4) zum Umformen und/oder Aushärten des Stahlbleches (1'), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Heizvorrichtung (2) und dem Werkzeug (4) ein Zwischenwerkzeug (3) angeordnet und derart ausgebildet ist, dass vorgebbare Bereiche (B1 bis B4) des Stahlbleches (1') unterschiedlich temperierbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenwerkzeug (3) Heiz-, Kühl- und/oder Dämmflächen aufweist.