DE102011052773A1 - Tool useful for a press hardening tool, comprises a molding surface, where a blank is present for the purpose of transformation, and is microstructured partially by micro depressions introduced in molding surface - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Werkzeug für ein Presshärtwerkzeug mit einer formgebenden Oberfläche, an der ein Rohling zum Zwecke seiner Umformung anliegt. The invention relates to a tool for a press-hardening tool having a shaping surface on which a blank rests for the purpose of its forming.
Presshärtwerkzeuge sind Werkzeuge mit denen Metallrohlinge umgeformt und gehärtet werden. Für die Zwecke des Härtens wird je nach Ausgestaltung des Verfahrens ein entsprechend vorerwärmter Rohling dem Presshärtwerkzeug zugeführt, darin umgeformt und während der Umformung zu seiner Härtung hinreichend rasch abgekühlt. Eingesetzt werden derartige Presshärtwerkzeuge beispielsweise zum Herstellen von Strukturbauteilen von Kraftfahrzeugen. Bei den Rohlingen handelt es sich üblicherweise um Stahlblechplatinen. Press hardening tools are tools with which metal blanks are formed and hardened. For the purposes of hardening, depending on the configuration of the method, a correspondingly preheated blank is fed to the press-hardening tool, formed therein and cooled sufficiently rapidly during the shaping to harden it. Such press-hardening tools are used, for example, for producing structural components of motor vehicles. The blanks are usually sheet steel blanks.
Die Umformraten der durch ein solches Presshärtwerkzeug umzuformenden Platinen sind mitunter beträchtlich. Zudem können die umgeformten Rohlingen enge Radien aufweisen. Zum Zwecke eines Korrosionsschutzes sind die dem Umformprozess zu unterwerfenden Stahlplatinen mit einer metallischen Korrosionsschutzbeschichtung beschichtet, beispielsweise verzinkt oder mit Zink/Nickel oder mit Zink/Aluminium beschichtet, tragen mithin eine Beschichtung, die zusammen mit der Stahlplatine dem Umform- und Härtprozess unterworfen ist. Bei einem Einsatz derartiger korrosionsgeschützter Platinen hat sich allerdings gezeigt, dass diese nur mit einem beschränkten Umformgrad umgeformt werden können, ohne dass die Zinkbeschichtung Schaden nimmt. Insbesondere entstehen in einem derartig beschichteten Stahlblech Mikrorisse in der metallischen Korrosionsschutzbeschichtung die durch die gesamte Korrosionsschutzschicht gehen und auch bis ins Grundmaterial hineinreichen kann. Dadurch kann unter bestimmten Bedingungen die Funktion des Bauteils beeinträchtig werden. Der Einsatz von verzinkten Platinen als Rohlinge ist gegenüber einer Korrosionsschutzbeschichtung des pressgehärteten Halbzeuges bevorzugt. The forming rates of the boards to be reshaped by such a press-hardening tool are sometimes considerable. In addition, the formed blanks may have narrow radii. For the purpose of corrosion protection, the steel plates to be subjected to the forming process are coated with a metallic anticorrosive coating, for example galvanized or coated with zinc / nickel or with zinc / aluminum, thus carrying a coating which, together with the steel plate, is subjected to the forming and hardening process. When using such corrosion-protected boards, however, has shown that they can be formed only with a limited degree of deformation without the zinc coating is damaged. In particular, in such a coated steel sheet microcracks occur in the metallic corrosion protection coating which can pass through the entire corrosion protection layer and also extend into the base material. As a result, the function of the component can be impaired under certain conditions. The use of galvanized blanks as blanks is preferred over a corrosion protection coating of the press-hardened semifinished product.
Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Werkzeug dergestalt weiterzubilden, dass mit diesem auch Zink beschichtete Stahlplatinen als Rohlinge mit höheren Umformraten und mit relativ engen Radien umgeformt bzw. pressgehärtet werden können. Hauptsächlich entstehen die Mikrorisse in denjenigen Bereichen, wo sich beim Umformen Zug- und Druckspannungen überlagern. Based on this discussed prior art, the invention is therefore the object of developing an aforementioned tool in such a way that with this zinc-coated steel blanks can be formed as blanks with higher forming rates and with relatively narrow radii or press-hardened. The micro-cracks mainly occur in those areas where tensile and compressive stresses overlap during forming.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes Werkzeug, bei dem die formgebende Oberfläche des Werkzeuges zumindest bereichsweise durch in die Formoberfläche eingebrachte Mikrovertiefungen mikrostrukturiert ist und dadurch die für die Umformung eines Rohlings effektive Kontaktfläche zwischen der Formoberfläche mit einem Rohling auf die zwischen den Vertiefungen befindlichen Flächenanteile beschränkt ist. This object is achieved according to the invention by an aforementioned generic tool in which the shaping surface of the tool is microstructured at least partially by introduced into the mold surface microwells and thereby effective for the forming of a blank contact surface between the mold surface with a blank on the between the Wells located surface portions is limited.
Dieses Werkzeug weist zumindest bereichsweise eine mikrostrukturierte Oberfläche auf. Wenn nicht die gesamte Formoberfläche des Werkzeuges eines derartige Mikrostrukturierung aufweist, befinden sich die mikrostrukturierten Bereiche jedenfalls in denjenigen Formoberflächenbereichen, an denen die typischerweise einer Beschädigung der Zinkbeschichtung unterworfenen Bereiche des Rohlings anliegen. Die Mikrostrukturierung wird durch in die Formoberfläche eingebrachte Mikrovertiefungen erreicht. Die Mikrostrukturierung ist typischerweise dergestalt ausgeführt, dass sich hierdurch die Oberflächenstruktur des Rohlings nicht oder zumindest nicht visuell wahrnehmbar von derjenigen Oberfläche unterscheidet, die mit einem herkömmlichen Werkzeug ohne eine derartige Mikrostrukturierung erzielt wird. Durch diese Maßnahme ist bei diesem Werkzeug die effektive Kontaktfläche zwischen der Formoberfläche und einem Rohling auf die gegenüber den Vertiefungen hoch stehenden Bereiche beschränkt. Mithin ist die effektive Kontaktfläche der mikrostrukturierten Formoberfläche mit dem Rohling gegenüber der Fläche des mikrostrukturierten Formoberflächenbereiches reduziert. In Folge der reduzierten Kontaktfläche ist dementsprechend auch die auf die Oberfläche des daran anliegenden Rohlings wirkende Reibung entsprechend geringer. Es wird angenommen, dass hierin die mit dem Werkzeug erzielbaren Vorteile begründet sind. Es war überraschend festzustellen, dass mit einer derartigen Formoberfläche auch zinkbeschichtete Stahlplatinen einen Presshärtvorgang unterworfen werden können, bei dem beträchtliche Umformraten und Werkstücke mit engen Radien hergestellt werden konnten, ohne dass die Zinkbeschichtung nicht mehr zulässige Beschädigungen aufgewiesen hat. This tool has at least partially on a microstructured surface. In any case, if the entire mold surface of the tool does not have such a microstructure, the microstructured regions will be in those mold surface areas against which the portions of the blank typically subjected to zinc coating damage will rest. The microstructuring is achieved by introduced into the mold surface microwells. The microstructuring is typically carried out in such a way that the surface structure of the blank is not different or at least not visually perceptible from that surface which is achieved with a conventional tool without such a microstructuring. By this measure, the effective contact surface between the mold surface and a blank is limited to the high relative to the wells areas in this tool. Thus, the effective contact area of the microstructured mold surface with the blank is reduced relative to the area of the microstructured mold surface area. As a result of the reduced contact area, the friction acting on the surface of the blank adjacent thereto is accordingly correspondingly lower. It is believed that this is the benefits achieved with the tool benefits. It was surprisingly found that with such a mold surface, zinc coated steel blanks could also be subjected to a press hardening process, which could produce considerable forming rates and narrow radius workpieces without the zinc coating exhibiting unacceptable damage.
Die Mikrostrukturierung der Formoberfläche bzw. des oder der Formoberflächenbereiche wird typischerweise durch ein Mikroschmiedeverfahren, etwa im Wege eines Klopfprozesses erstellt. Von Vorteil bei einem solchen Prozess ist, dass nicht nur die Mikrovertiefungen als solche in die Werkzeugoberfläche eingebracht werden können, sondern sich zugleich durch diesen Prozess eine Kaltverfestigung und damit eine zusätzliche Härtung des diesbezüglich behandelten Formoberflächebereiches einstellt. Der Klopfprozess lässt sich besonders gut mit dem in
Ein solches, mit einer Spitze versehenes Klopfwerkzeug kann als Kegelspitze, Pyramidenspitze oder dergleichen ausgeführt sein. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der der Klopfkörper und dementsprechend die damit erstellten Mikrovertiefungen gleichseitige Umrissflächen aufweisen, mithin beispielsweise quadratisch oder nach Art einer Raute ausgeführt sind. Ebenfalls ist die Ausbildung von Vertiefungen mit mehr als vier Seiten möglich. Die Konzeption von Vertiefungen mit geraden Seitenflächen hat zur Folge, dass die zwischen den Vertiefungen verbleibenden Stege als Hochbereiche eine gleich bleibende Stegbreite aufweisen. Dem zur Folge ist die effektive Kontaktfläche zwischen zwei Vertiefungen über deren Erstreckung und damit die Reibung zwischen diesen Abschnitten und dem umzuformenden Rohling gleich. Such a tapping tool provided with a tip can be embodied as a cone tip, pyramid tip or the like. Preferred is an embodiment in which the tapping body and accordingly the micro-recesses created therewith have equilateral peripheral surfaces, thus, for example, are designed square or in the manner of a rhombus. Also, the formation of wells with more than four pages is possible. The design of recesses with straight side surfaces has the consequence that the remaining between the wells webs as high areas have a constant web width. As a result, the effective contact area between two recesses over the extent thereof and thus the friction between these sections and the blank to be formed is the same.
Die Vertiefungen wird man typischerweise nach Art eines geometrischen Rasters ausführen, zumindest weitgehend an ein solches Raster angenähert. Je nach Auslegung des Rasters und damit der Größe der Vertiefungen im Durchmesser sowie dem Abstand der Vertiefungen voneinander kann die effektive Kontaktfläche des oder der mikrostrukturierten Formoberflächenbereiche eingestellt werden. Dabei versteht es sich, dass bereits geringe Reduzierungen in der effektiven Kontaktfläche zu einer Reibungsverringerung und damit zu der Möglichkeit führen, beispielsweise zinkbeschichtete Stahlplatinen mit größeren Umformraten umzuformen. Auf der anderen Seite wird verständlich, dass die zwischen den Vertiefungen verbleibenden Stege, deren Oberseite die effektive Formoberfläche darstellt, nicht auf ein absolutes Minimum reduziert werden können, da dann die Formoberfläche nicht mehr die notwendige Werkzeugstabilität aufweisen würde. Es hat sich gezeigt, dass mit einer Reduzierung der effektiven Kontaktfläche des oder der mikrostrukturierten Formoberflächenbereiche auf 70 % Halbzeuge mit den gewünschten Umformraten und den gewünschten, auch engen Radien hergestellt werden können, ohne dass die Zinkbeschichtung den Korrosionsschutz beeinträchtigende Veränderungen erfährt. Als besonders zweckmäßig wird eine Kontaktfläche angesehen, die 60 % bis 65 % des mikrostrukturierten Formoberflächenbereiches entspricht. Für den Fall, dass der Umformprozess mit einer Schmiermittelunterstützung durchgeführt wird, brauchen die mikrostrukturierten Formoberflächenbereiche nur eine effektive Kontaktfläche von 80 % bis 85 % des mikrostrukturierten Formoberflächenbereiches aufweisen. The depressions are typically carried out in the manner of a geometric grid, at least largely approximated to such a grid. Depending on the design of the grid and thus the size of the recesses in the diameter and the distance of the recesses from each other, the effective contact surface of the microstructured or the surface areas of the mold surface can be adjusted. It is understood that even small reductions in the effective contact surface lead to a reduction in friction and thus to the possibility of reshaping, for example, zinc-coated steel blanks with larger forming rates. On the other hand, it will be understood that the ridges remaining between the recesses, the top of which is the effective mold surface, can not be reduced to an absolute minimum, since then the mold surface would no longer have the necessary tool stability. It has been found that with a reduction in the effective contact area of the microstructured molding surface area (s) to 70%, semifinished products can be produced with the desired forming rates and desired, even tight radii without the zinc coating undergoing corrosion inhibiting changes. A contact surface which corresponds to 60% to 65% of the microstructured molding surface area is considered particularly expedient. In the case where the forming process is performed with a lubricant support, the microstructured mold surface areas need only have an effective contact area of 80% to 85% of the microstructured mold surface area.
Weitere Vorteile der Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren Es zeigen: Further advantages of the embodiment of the invention will become apparent from the following description of an embodiment with reference to the accompanying drawings in which:
Ein Werkzeug
Von Besonderheit bei dem Werkzeug
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die gesamte Formoberfläche
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die durch die Vertiefungen
Bei einer Verwendung des Werkzeuges
Die Mikrovertiefungen
Mit dem Werkzeug
In einer in den Figuren nicht dargestellten Ausgestaltung ist vorgesehen, in die Mikrovertiefungen ein Schmiermittel einzubringen, durch welches die Reibung zwischen Formoberfläche und umzuformenden Rohling weiter reduziert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel dienen die Mikrovertiefungen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Werkzeug Tool
- 2 2
- Formoberfläche mold surface
- 3 3
- Vertiefung deepening
- 4 4
- Steg web
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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