DE102010035339B4 - Process for the production of molded components from a board of hardened hot-forming steel sheet - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zumindest partiell gehärteten Formbauteilen, insbesondere von Struktur- oder Karosseriebauteilen von Kraftfahrzeugen. Eine Platine aus ungehärtetem, warmumformbaren Stahlblech wird bis auf eine Temperatur im spezifischen Austenitisierungstemperaturbereich des Werkstoffs erwärmt und anschließend im Formraum (8) eines Pressenwerkzeugs (5) zum Formbauteil (1) warm umgeformt. Das Formbauteil (1) wird nach einer Zuhaltezeit des Pressenwerkzeug (5) von 0,1 sec bis maximal 3 sec aus diesem entnommen und durch zumindest partiellen Kontakt mit einem Kühlmittel (KM) abgekühlt und gehärtet.The invention relates to a method for producing at least partially hardened molded components, in particular structural or body components for motor vehicles. A blank made of unhardened, hot-formable sheet steel is heated to a temperature in the specific austenitizing temperature range of the material and then hot-formed in the mold space (8) of a press tool (5) to form the molded component (1). The molded component (1) is removed from the press tool (5) after a holding time of 0.1 seconds to a maximum of 3 seconds and is cooled and hardened by at least partial contact with a coolant (KM).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formbauteilen, insbesondere von Struktur- oder Karosseriebauteilen von Kraftfahrzeugen.The invention relates to a method for producing molded parts, in particular of structural or body parts of motor vehicles.
Zur Gewichtsreduzierung und zur Erhöhung der Crashfestigkeit werden in der Automobilindustrie hochfeste Stahlbleche eingesetzt, die zu Formbauteilen warm umgeformt und pressgehärtet werden. Die Warmumformung und Presshärtung von Metallblechen als solches ist bekannt, beispielsweise durch die
Auch in der Veröffentlichung ”Prozessnahe Umformsimulation des Presshärtens mit LS-DYNA”, sechstes LS-DYNA Anwenderforum, Frankenthal 2007, Seiten 1 bis 5 wird das Presshärten beschrieben. Bei dem kombinierten Umformen und Abschrecken wird eine Platine aus höchstfesten Vergütungsstählen zunächst bis zur Austenitisierungstemperatur in einem Ofen erwärmt. Danach wird die erwärmte Platine in ein Presswerkzeug transportiert. Beim Schließen des mit einer internen Wasserkühlung versehenen Werkzeugs wird das Bauteil umgeformt und gleichzeitig abgeschleckt.Also in the publication "Process-oriented Forming Simulation of Press Hardening with LS-DYNA", sixth LS-DYNA User Forum, Frankenthal 2007,
Des Weiteren erläutern die nachveröffentlichten
Ein entsprechendes Verfahren wird auch in der
Die Technik des Presshärtens wird auch in der Veröffentlichung ”ThyssenKrupp techforum”, Prospekt Juli 2005 beschrieben.The technique of press hardening is also described in the publication "ThyssenKrupp techforum", prospectus July 2005.
Bei der für die Härtung notwendigen Kühlung unterscheidet man zwischen indirekter Kühlung und direkter Kühlung.The cooling required for curing is divided into indirect cooling and direct cooling.
Die indirekte Kühlung erfolgt über Kühlkanäle, welche in Form von Bohrungen oder Schlitzen (Schachtkühlung) in einem definierten Abstand zur Umformoberfläche in das Werkzeug eingebracht sind. Durch diese Kanäle fließt ein Kühlmittel, in der Regel Wasser, das die von dem warmen Formbauteil an das Werkzeug abgegebene Wärme nach außen abführt. In diesem Zusammenhang kann auf die
Bei der direkten Kühlung wird das Formbauteil im Warmformwerkzeug direkt mit Kühlmedium in Kontakt gebracht. Bei dem aus der
Eine direkte Kühlung in einem Warmformwerkzeug ist weiterhin aus der
Die
Zum Stand der Technik zählt ferner noch die
Ein wesentlicher Faktor bei der Herstellung von Warmformwerkzeugen liegt in der mechanischen Bearbeitung und hier speziell in der Herstellung der Kühlmittelbohrungen, -kanäle oder -schlitze. Bei der konventionellen Warmformung wird die gesamte Wärmeenergie aus der erwärmten Platine an das Warmformwerkzeug abgegeben. Aus diesem Grund muss das Warmformwerkzeug eine sehr gute Kühlung zur Wärmeabfuhr besitzen. Diese Kühlung ist sehr aufwendig und vor allem auch kostenintensiv.An essential factor in the production of thermoforming tools lies in the mechanical processing and here especially in the production of coolant holes, channels or slots. In conventional thermoforming, all of the heat energy from the heated board is delivered to the thermoforming tool. For this reason, the thermoforming tool must have a very good cooling for heat dissipation. This cooling is very expensive and, above all, expensive.
Der Erfindung liegt, ausgehend vom Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von zumindest partiell gehärteten Formbauteilen durch eine effizientere Kühlstrategie zu verbessern, so dass auch kostengünstigere Warmformwerkzeuge zum Einsatz gelangen können.Based on the state of the art, the invention is based on the object of providing a method for producing at least partially cured molded components by means of a more efficient cooling strategy improve, so that less expensive thermoforming tools can be used.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach Anspruch 1 in einem Verfahren, bei dem eine Platine aus ungehärtetem, warm umformbaren Stahlblech erwärmt und in einem Pressenwerkzeug zum Formbauteil warm umgeformt wird, wobei das Formbauteil nach einer Zuhaltezeit des Pressenwerkzeug von 0,1 sec bis maximal 3 sec aus dem Pressenwerkzeug entnommen und durch zumindest partiellen Kontakt mit einem Kühlmittel abgekühlt und gehärtet wird.The solution to this problem consists of
Resultierend aus der sehr kurzen Zuhaltezeit werden die Formbauteile auf einem sehr hohen Temperaturniveau entnommen. Aufgrund der kurzen Zuhaltezeit geben die Formbauteile nur einen geringen Teil der Wärmeenergie an das Pressenwerkzeug ab, wodurch die Kühlung in dem Pressenwerkzeug deutlich vereinfacht werden kann. Dies führt sowohl anlagentechnisch als auch fertigungstechnisch zu einer deutlichen Kostenreduktion.As a result of the very short clamping time, the molded components are removed at a very high temperature level. Due to the short clamping time, the molded components release only a small part of the heat energy to the press tool, whereby the cooling in the press tool can be significantly simplified. This leads to a significant cost reduction both in terms of plant technology and manufacturing technology.
Bei einem konventionellen Warmformprozess wird ca. 90% der Wärmeenergie der Formbauteile in das Pressenwerkzeug abgegeben (Einlegetemperatur ca. 850°C, Entnahmetemperatur ca. 100°C). Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorgehensweise werden in Folge der kurzen Zuhaltezeit nur ca. 15% der Wärmeenergie in das Pressenwerkzeug eingetragen. Der Rest der Wärmeenergie wird über das anschließende Abkühlen abgeführt.In a conventional thermoforming process, about 90% of the heat energy of the molded components is released into the press tool (insertion temperature approx. 850 ° C, removal temperature approx. 100 ° C). In the procedure proposed according to the invention, only about 15% of the heat energy is introduced into the press tool as a result of the short closing time. The remainder of the heat energy is dissipated via the subsequent cooling.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verfahren sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 6.Advantageous developments of the method according to the invention are the subject of the
Vorzugsweise erfolgt die Abkühlung des Formbauteils in einem Kühlmittelbad. Hierbei werden die Formbauteile unterhalb der Martensit-Starttemperatur abgekühlt und gehärtet. Als Kühlmittel kommt insbesondere Wasser zur Anwendung, dessen hohe Verdampfungsenthalpie den Kühlvorgang begünstigt.Preferably, the cooling of the molded component takes place in a coolant bath. Here, the mold components are cooled below the martensite start temperature and cured. Water is used in particular as coolant, the high enthalpy of vaporization of which promotes the cooling process.
Die Effizienz des Wärmeübergangs und damit der Kühlvorgang kann dadurch gesteigert werden, dass die Formbauteile bei der Abkühlung bewegt werden. Dies kann im Kühlmittelbad erfolgen oder an Luft, während die Formbauteile mit Kühlmittel beaufschlagt werden.The efficiency of the heat transfer and thus the cooling process can be increased by moving the mold components during cooling. This can be done in the coolant bath or in air, while the mold components are exposed to coolant.
Durch Variation der Zuhaltezeit im Bereich von 0,1 sec bis 3 sec können in den Formbauteilen Zwischenstufengefüge eingestellt werden. Durch eine Variation der Zuhaltezeit lässt sich die Bauteilentnahmetemperatur aus dem Pressenwerkzeug steuern. Durch diese Variation der Temperaturführung lassen sich in den Formbauteilen verschiedenste Gefüge-, Bauteil- und Festigkeitseigenschaften einstellen.By varying the closing time in the range of 0.1 sec to 3 sec, interstage structures can be set in the mold components. By varying the closing time, the component removal temperature can be controlled from the press tool. Through this variation of the temperature control can be set in the mold components most diverse structural, component and strength properties.
Eine weitere Möglichkeit, um Zwischenstufengefüge in den Formbauteilen zu erzeugen, besteht darin, die Transferzeit von der Entnahme des Formbauteils aus dem Pressenwerkzeug bis zur Abkühlung zu steuern und definiert zu variieren, um so den Austenitzerfall im Stahlwerkstoff des Formbauteils zu steuern.Another way to create interstice structures in the mold components is to control and vary the transfer time from removal of the mold component from the press tool to cooling, so as to control the Austenitzerfall in the steel material of the mold component.
Die Formbauteile können komplett gehärtet oder partiell gehärtet hergestellt werden. Zur partiellen Härtung werden die Formbauteile nach der Entnahme aus dem Pressenwerkzeug nur in Teilbereichen mit Kühlmittel beaufschlagt. Die Teilbereiche werden mit einer kritischen Abkühlgeschwindigkeit abgekühlt und gehärtet. Demzufolge ergeben sich in den hergestellten Formbauteilen mindestens zwei unterschiedliche Festigkeitsbereiche.The molded components can be made completely hardened or partially hardened. For partial curing, the mold components are subjected to removal from the press tool only in some areas with coolant. The sections are cooled and hardened at a critical cooling rate. As a result, at least two different strength ranges result in the molded parts produced.
Vorzugsweise kann das Pressenwerkzeug mit geeigneten Mitteln wie Wasser oder Öl temperiert werden. Durch eine Temperierung ist es beispielsweise möglich, nach einer Produktionsstörung direkt mit stabilen Parametern die Produktion fortzusetzen. Weiterhin kann auf diese Weise der Temperaturunterschied zwischen dem Pressenwerkzeug und dem Formbauteil so gering wie möglich gehalten werden, um nach dem Abpressen die Temperaturgradienten im Formbauteil klein zu halten. Ferner kann durch ein temperiertes Pressenwerkzeug die Zuhaltezeit im Werkzeug in Richtung von 3 sec verlängert werden. Dies ist vorteilhaft, wenn beispielsweise das Warmformen nicht auf einer mechanischen Presse erfolgt, sondern auf einer hydraulischen Presse, die höhere Umschaltzeiten zwischen der Aufwärts- und der Abwärtsbewegung aufweist.Preferably, the press tool can be tempered with suitable means such as water or oil. By tempering it is possible, for example, to continue production after a production disruption directly with stable parameters. Furthermore, in this way the temperature difference between the press tool and the mold component can be kept as low as possible in order to keep the temperature gradient in the mold component small after pressing off. Furthermore, the closing time in the tool can be extended in the direction of 3 sec by a tempered press tool. This is advantageous if, for example, the thermoforming does not take place on a mechanical press, but on a hydraulic press which has higher switching times between the upward and the downward movement.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert, dabei zeigt:The invention is explained below with reference to an embodiment shown in the figure, in which:
Zur Herstellung eines Formbauteils
Die Platine
Die Schließbewegung des Pressenwerkzeugs
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Formbauteil
Aufgrund der kurzen Zuhaltezeit werden die Formbauteile
Die Kühlung des Formbauteils
Durch Variation der Zuhaltezeit im Pressenwerkzeug
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