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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Blechbauteils gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1.
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Die Herstellung geformter Blechbauteile, insbesondere für tragende Teile der Karosserie von Automobilen, erfolgt mittels Formhärten oder Presshärten. Hierbei handelt es sich um ein Warmformverfahren, bei dem eine ggf. vorgeformte Blechplatine zunächst auf ihre Austenitisierungstemperatur erwärmt und alsbald in ein Umformwerkzeug eingelegt wird. In dem Umformwerkzeug wird die Blechplatine sowohl umgeformt als auch gehärtet, wodurch die sich die Festigkeit deutlich erhöht. Durch mechanische Bearbeitung erlangt das Bauteil schließlich seine endgültige Form.
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Das Presshärten kommt hauptsächlich bei der Serienfertigung sicherheitsrelevanter Bauteile zum Einsatz. Neben den hohen Anforderungen an die Bauteil- und insbesondere Materialeigenschaften sind insbesondere wirtschaftliche Aspekte zu beachten, die sich neben der Materialeinsparung auch an effiziente Herstellungszeiten richten. Die Taktzeiten sind jedoch dadurch begrenzt, dass zur Härtung eine erhebliche Wärmemenge in sehr kurzer Zeit aus dem Blechbauteil abgeleitet werden muss. Auch wenn hohe Abkühlgeschwindigkeiten angestrebt werden, lassen sich diese aus produktionstechnischen und letztlich auch wirtschaftlichen Gründen nicht beliebig steigern. Das führt dazu, dass bestimmte Taktzeiten beim Presshärten kaum unterschritten werden können. Daher gehen die Bestrebungen in die Richtung, nachfolgende Prozessschritte effizient zusammenzulegen. Dazu zählen beispielsweise das Kalibrieren und das Beschneiden des Blechbauteils ebenso wie das Lochen in Innenbereichen des Blechbauteils.
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So offenbart die
DE 10 2006 015 666 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Formbauteils durch Warmumformen mit simultaner Beschneideoperation. Das Beschneiden des Formbauteils erfolgt im selben Prozessschritt wie das Warmumformen. Zu diesem Zweck wird ein Kombinationswerkzeug verwendet, welches eine eingelegte Platine einer kombinierten Warmumformungs- und Beschneideoperation unterzieht. Auf diese Weise wird eine einzige Abwärtsbewegung einer mit dem Kombinationswerkzeug gekoppelten Presse genutzt, um die Platine zu formen und beschneiden sowie zu härten.
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Die kombinierten Fertigungsoperationen können auch auf zwei benachbarte Werkzeuge verteilt werden, wobei ein erstes Werkzeug die Umformung sowie teilweise Abkühlung der Platine bewirkt, während das zweite Werkzeug die so vorbehandelte Platine aufnimmt und beschneidet sowie zum vollständigen Aushärten abkühlt. In beiden Varianten findet das Beschneiden an einem noch warmen Bauteil statt, um die Belastung der Schneidwerkzeuge zu reduzieren.
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Neben erhöhten Herstellungskosten für das Kombinationswerkzeug führt dessen lange Belegung bis zum vollständigen Aushärten des Bauteils allerdings zu einer Verlängerung der Taktzeiten. Auch die auf zwei Werkzeuge verteilten Operationen führen zu einer längeren Belegung des Beschneidewerkzeugs, da dieses auch zur vollständigen Aushärtung durch Abkühlung dient. Je nach Konfiguration des Blechbauteils kann die Maßhaltigkeit von Randbereichen sowie Aussparungen variieren, da der Bearbeitungsschritt an einem noch warmen Bauteil durchgeführt wird, welches erst nach vollständiger Auskühlung seine Endmaße erreicht. Trotz des im Werkzeug fixierten Abkühlens ist ein durch Schrumpfen bedingtes leichtes Rückfedern unvermeidlich.
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Der Erfindung liegt, ausgehend vom Stand der Technik, somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Blechbauteils dahingehend zu verbessern, die Haltezeiten in den einzelnen Werkzeugen zu reduzieren und dadurch die Taktzeiten zu verkürzen, wobei die einzelnen Werkzeuge zugleich einen einfachen und somit günstigen Aufbau aufweisen sollen.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Verfahren zur Herstellung eines Blechbauteils gemäß den Maßnahmen nach Anspruch 1.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 und 3.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Blechbauteils in einer Transferpresse mit mehreren Werkzeugstufen. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
In einem ersten Schritt wird eine Blechplatine auf eine Temperatur größer Ac3 erwärmt. Mit dem Ziel minimaler Verzunderung findet die Erwärmung vorteilhafterweise in einem Konduktorofen statt. Die Blechplatine wird hierbei bis zur vollständigen Austenitisierung erwärmt.
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Aus dem Ofen heraus erfolgt das Einlegen der erwärmten Blechplatine in eine erste Werkzeugstufe der Transferpresse. Um den Wärmeverlust während des Transports möglichst gering zu halten, befindet sich der Ofen in unmittelbarer Nähe zu der Transferpresse. Das Entnehmen des Bauteils aus dem Ofen sowie Einlegen in die erste Werkzeugstufe erfolgt über einen Manipulator.
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Das Warmumformen der Blechplatine erfolgt in der ersten Werkzeugstufe. Das Härten erfolgt in wenigstens einer Werkzeugstufe. Je nach Anforderungen und gewünschter Taktzeit kann das Abkühlen des Blechbauteils somit auf mehrere Werkzeugstufen verteilt werden. Während die erste Werkzeugstufe die warme Blechplatine umformt und härtet, erfolgt die weitergehende Abkühlung erst in einer weiteren Werkzeugstufe. Grundsätzlich kann dieser Prozess auch auf mehr als zwei Werkzeugstufen ausgedehnt werden. Der große Vorteil liegt hierbei in einer stark verkürzten Haltedauer des Blechbauteils innerhalb der einzelnen Werkzeugstufen, wodurch die zur Warmumformung dienende erste Werkzeugstufe innerhalb kürzester Zeit wieder neu belegt werden kann.
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Nachdem im Materialgefüge des Blechbauteils der Austenit durch die rasche Abkühlung vollständig in Martensit umgewandelt ist, wird das gehärtete Blechbauteil in eine weitere Werkzeugstufe zur Hartlochung überführt. Hierbei werden notwendige Aussparungen in das Blechbauteil durch Lochen und Stanzen eingebracht. Die Hartlochung erfolgt hierbei im bereits vollständig gehärteten Zustand des Blechbauteils. Auch wenn die Hartlochung innerhalb der zum Härten vorgesehenen Werkzeugstufe möglich wäre, kann es im Hinblick auf die Taktzeit von Vorteil sein, wenn die Lochung in dem bereits gehärteten Blechbauteil erfolgt. Neben einer als Ergebnis des Hartlochens hohen Maßhaltigkeit und Formtreue ist insbesondere die Zusammensetzung der einzelnen Werkzeugstufen in ihrer jeweiligen Funktion klar umrissen, was einen einfachen und somit kostengünstigen Aufbau der entsprechenden Werkzeuge ermöglicht.
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Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, dass das gehärtete Blechbauteil in eine weitere Werkzeugstufe zum Hartschneiden verlagert wird. Das vollständig ausgehärtete Blechbauteil erhält dadurch mit hoher Maßhaltigkeit seine endgültige Kontur. Der erfindungsgemäße Vorteil liegt neben der Maßhaltigkeit vor allem in einem einfachen Aufbau der zum Beschnitt dienenden Werkzeugstufe, da diese nicht mit anderen Operationen, wie beispielsweise der Warmumformung kombiniert ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Transferpresse eine Kurbelpresse ist, wobei ein Werkzeug der ersten Werkzeugstufe so weit wie möglich vor Erreichen des unteren Totpunkts schließt. Hierdurch wird ein möglichst früher Kontakt des insbesondere flüssigkeitsgekühlten Werkzeugs zur Umformung mit der Blechplatine des Blechbauteils erreicht. Auf diese Weise kann die Haltedauer des Blechbauteils innerhalb des Werkzeugs reduziert werden, da dessen Abkühlung durch den sehr frühen Kontakt mit dem gekühlten Werkzeug die hierfür notwendige Taktzeit verkürzt. Grundsätzlich kann die Anforderung des möglichst frühen Schließens des Werkzeugs auch an die zur weitern Abkühlung des Blechbauteils dienende Werkzeugstufe gestellt werden.
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Im Zusammenhang mit dem möglichst frühen Schließen des Werkzeugs sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das Werkzeug der ersten Werkzeugstufe so spät wie möglich vor Erreichen des oberen Totpunkts öffnet. Auch hierbei ergibt sich ein möglichst langer Kontakt des zu kühlenden Blechbauteils mit dem gekühlten Werkzeug. Gegenüber sonst üblichen Verfahren ergibt sich somit eine nochmals reduzierte Haltedauer des Blechbauteils innerhalb der Werkzeugstufe. Diese Forderung kann ebenfalls für die zum weiteren Abkühlen des Blechbauteils dienende Werkzeugstufe gelten.
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Durch die Kombination mehrerer Werkzeugstufen innerhalb einer Transferpresse ergibt sich für die eingelegte Blechplatine bzw. das Blechbauteil in jeder einzelnen Stufe dieselbe Verweildauer. Über die synchrone Taktung werden gleichzeitig mehrere mit jeweils unterschiedlichem Fertigungsgrad aufweisende Bauteile parallel bearbeitet. Durch die Verteilung auf mehrere einzelne Stufen wird die Taktzeit insgesamt verkürzt. In Kombination mit einem so lang wie möglich ausgestalteten Kontakt der Blechplatine bzw. des Blechbauteils mit den gekühlten Werkzeugen, wird die Verweildauer gleichzeitig verlängert. Durch den Einsatz einer konduktiven Erwärmung, die einen hohen Wirkungsgrad mit entsprechend kurzer Taktzeit ermöglicht, ergibt sich insgesamt eine Prozessverkettung, die gegenüber bekannten Verfahren einen deutlich einfacheren Aufbau der einzelnen Werkzeugstufen sowie eine Verkürzung der Haltedauer bewirkt.
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Durch die Hintereinanderschaltung aller der komplexen Formgebung dienenden Einzelschritte entfallen die sonst üblichen, innerbetrieblichen Transporte der Blechbauteile zur mechanischen Weiterbearbeitung.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. 1 zeigt die Ansicht einer erfindungsgemäßen mehrstufigen Prozesskette in Verbindung mit einem Ofen. Eine erfindungsgemäße Transferpresse 1 in Form einer Kurbelpresse ist mit vier einzelnen Werkzeugstufen 2a, 2b, 2c, 2d ausgestattet. Über die direkte Kopplung mit der Transferpresse 1 ist jede einzelne Werkzeugstufe 2a, 2b, 2c, 2d mit der benachbarten Werkzeugstufe 2a, 2b, 2c, 2d in der geradlinigen Relativbewegung der Transferpresse 1 gleichgerichtet und -getaktet. In unmittelbarer Nähe zur Transferpresse 1 ist ein Ofen 3 angeordnet, innerhalb dem eine Blechplatine 4 konduktiv erwärmt werden kann.
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Ein von dem Ofen 3 auf die Transferpresse 1 gerichteter Pfeil macht deutlich, dass die auf ihre Austenitisierungstemperatur erwärmte Blechplatine 4 aus dem Ofen 3 heraus direkt in die Transferpresse 1 eingebracht wird und dabei in die erste Werkzeugstufe 2a eingelegt wird. Durch die Abwärtsbewegung A der Transferpresse 1 wird die erwärmte Blechplatine 4 innerhalb der ersten Werkzeugstufe 2a umgeformt und teilweise abgekühlt. Die Abkühlung erfolgt hierbei bis unterhalb der Martensitstarttemperatur der Blechplatine 4. Das durch die Umformung entstandene Bauteil wird innerhalb der Aufwärtsbewegung B der Transferpresse 1 in die nächste Werkzeugstufe 2b eingebracht, innerhalb der das Bauteil bei der anschließenden Abwärtsbewegung A der Transferpresse 1 weiter abgekühlt wird, und zwar insbesondere bis unter seine Martensitfinishtemperatur.
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Über die folgende Aufwärtsbewegung B der Transferpresse 1 wird das gehärtete Bauteil aus der Werkzeugstufe 2b in die Werkzeugstufe 2c überführt, innerhalb der es bei der anschließenden Abwärtsbewegung A der Transferpresse 1 über darin angeordnete Stempel eine Hartlochung seiner erforderlichen Aussparungen erfährt.
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Im Zuge der anschließenden Aufwärtsbewegung B der Transferpresse 1 wird das Bauteil aus der Werkzeugstufe 2c heraus in die Werkzeugstufe 2d eingelegt, wobei das Bauteil bei der anschließenden Abwärtsbewegung A der Transferpresse 1 über die Werkzeugstufe 2d eine Randbeschneidung mittels Hartschneiden erfährt. Im Zuge der Aufwärtsbewegung B der Transferpresse 1 wird abschließend ein fertig geformtes Blechbauteil 5 aus der Transferpresse 1 entnommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Transferpresse
- 2a
- Werkzeugstufe
- 2b
- Werkzeugstufe
- 2c
- Werkzeugstufe
- 2d
- Werkzeugstufe
- 3
- Ofen
- 4
- Blechplatine
- 5
- Blechbauteil
- A
- Abwärtsbewegung von 1
- B
- Aufwärtsbewegung von 1
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006015666 A1 [0004]
