DE102011055643A1

DE102011055643A1 - Verfahren und Umformwerkzeug zum Warmumformen und Presshärten von Werkstücken aus Stahlblech, insbesondere verzinkten Werkstücken aus Stahlblech

Info

Publication number: DE102011055643A1
Application number: DE102011055643A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Banik Janko; Sascha Sikora; Dipl.-Ing. Köyer Maria; Thomas Struppek
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2011-11-23
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2013-05-23
Also published as: EP2782689B1; ES2569351T3; HUE027539T2; CN103958087A; MX341647B; MX2014006178A; CA2856679C; WO2013075888A1; RU2606359C2; PL2782689T3; US9770750B2; RU2014125268A; US20140311205A1; KR20140094021A; CN103958087B; EP2782689A1; JP5886977B2; JP2014533608A; CA2856679A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmumformen und Presshärten von plattenförmigen oder vorgeformten Werkstücken aus Stahlblech, insbesondere verzinkten Werkstücken (1) aus Stahlblech, bei dem das Werkstück (1) auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erhitzt und anschließend in einem gekühlten Umformwerkzeug, das einen Stempel (2) und eine Matrize (3) aufweist, umgeformt und abgeschreckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Warmumformen und Presshärten verwendete Matrize (3) in ihrem durch einen positiven Ziehradius definierten Ziehkantenbereich mit Material (6, 6') stoffschlüssig beschichtet und/oder dort mit mindestens einem Einsatzteil (5) versehen ist, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die um mindestens 10 W/(m·K) geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit des dem Ziehkantenbereich benachbarten Abschnitts (3.1) der Matrize (3), der beim Warmumformen und Presshärten des Werkstückes (1) mit demselben in Kontakt gelangt, wobei die dem Werkstück (1) zugewandte Oberfläche des im Ziehkantenbereich aufgetragenen Materials (6; 6') oder angeordneten Einsatzteiles (5) ein sich über die Ziehkante (7) erstreckendes Quermaß besitzt, das im Bereich des 1,6-fachen bis 10-fachen des positiven Ziehradius der Matrize (3) liegt. Ferner wird ein entsprechendes Umformwerkzeug beansprucht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmumformen und Presshärten von plattenförmigen oder vorgeformten Werkstücken aus Stahlblech, insbesondere verzinkten Werkstücken aus Stahlblech, bei dem das Werkstück auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erhitzt und anschließend in einem gekühlten Umformwerkzeug, das mindestens einen Stempel und mindestens eine Matrize aufweist, umgeformt und abgeschreckt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Umformwerkzeug zum Warmumformen und Presshärten von plattenförmigen oder vorgeformten Werkstücken aus Stahlblech, insbesondere verzinkten Werkstücken aus Stahlblech, mit mindestens einem Stempel und einer dem Stempel zugeordneten Matrize, wobei der Stempel und/oder die Matrize Kühlkanäle zum Durchleiten eines Kühlfluids aufweisen.
Hinsichtlich der Warmumformung und Presshärtung von Werkstücken aus Stahlblech sind Vorrichtungen bekannt, die mindestens zwei Werkzeughälften aufweisen, wobei diese bereichsweise derart ausgebildet sind, dass sie unterschiedliche Wärmeleiteigenschaften besitzen, die genutzt werden, um lokal unterschiedliche Festigkeitseigenschaften in dem herzustellenden Bauteil einstellen zu können. Das mit diesen Vorrichtungen ausgeführte Verfahren wird von Fachleuten mit dem Begriff „Tailored-Tempering” bezeichnet. Eine entsprechende Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2009 018 798 A1 bekannt.
Ferner ist es bekannt, die Maß- und Passgenauigkeit von umgeformten Bauteilen dadurch zu erhöhen, dass die zur Herstellung verwendeten Werkzeughälften im Bereich von Rundungen des Werkstücks positive Radien aufweisen und in den gegenüberliegenden Bereichen Luftspalte bilden, wobei benachbart zu den Luftspalten Vorsprünge derart ausgebildet sind, dass ein verzugsfreies Klemmen ermöglicht wird. Dadurch können auch unterschiedliche Härtegrade im Bauteil eingestellt werden. Eine entsprechende Vorrichtung zum Herstellen von gehärteten Bauteilen aus Stahlblech ist in der DE 10 2004 038 626 B3 beschrieben.
Untersuchungen haben gezeigt, dass bei der Warmumformung von verzinkten Stahlplatinen in konventionellen Umformwerkzeugen mitunter Risse in der Zinkbeschichtung entstehen. Die Risse können sich in die Platine fortsetzen, so dass es zu einem vorzeitigen Bauteilversagen kommen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. ein Umformwerkzeug der eingangs genannten Art anzugeben, das die Fließeigenschaften für Stahlwerkstoffe während der Warmumformung verbessert, so dass die Gefahr des Auftretens von Rissen bei der Warmumformung von Werkstücken aus Stahlblech, insbesondere verzinkten Stahlplatinen erheblich verringert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Umformwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird die zum Warmumformen und Presshärten verwendete Matrize in ihrem durch einen positiven Ziehradius definierten Ziehkantenbereich mit Material beschichtet und/oder mit mindestens einem Einsatzteil versehen, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die um mindestens 10 W/(m·K) geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit des dem Ziehkantenbereich benachbarten Abschnitts der Matrize, der beim Warmumformen und Presshärten des Werkstückes mit demselben in Kontakt gelangt. Das im Ziehkantenbereich aufgetragene Material oder dort angeordnete Einsatzteil, welches erfindungsgemäß eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, wird so ausgebildet, dass sich dessen dem Werkstück zugewandte Oberfläche ein sich über die Ziehkante erstreckendes Quermaß besitzt, das im Bereich des 1,6-fachen bis 10-fachen, vorzugsweise im Bereich des 1,6-fachen bis 6-fachen des positiven Ziehradius der Matrize liegt. Die Quererstreckung (Quermaß) des eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden, im Ziehkantenbereich angeordneten Materials bzw. Einsatzteils ist also beschränkt und vergleichsweise klein.
Insbesondere in dem durch einen positiven Ziehradius definierten Ziehkantenbereich der Matrize wird das umzuformende beschichtete Stahlblech (Werkstück) hohen plastischen Verformungen unterworfen. Durch das Einwirken des Werkzeugstempels erfährt das Werkstück in diesem Bereich zunächst eine Druckbeanspruchung, die sich während der fortgesetzten Schließbewegung des Umformwerkzeuges in eine Zugbeanspruchung wandelt. Aufgrund des hohen Temperaturunterschiedes zwischen dem Werkstück und dem Umformwerkzeug werden die lokalen Fließeigenschaften des Werkstücks in einem herkömmlichen Umformwerkzeug, insbesondere im Ziehradius des Gesenks eines herkömmlichen Umformwerkzeuges negativ beeinflusst, wobei es häufig zu Rissen in der Beschichtung, beispielsweise Zinkschicht kommt. Mit zunehmender Blechdicke und in Abhängigkeit der Komplexität der Geometrie des herzustellenden Bauteils können sich unterschiedliche Risstiefen ausbilden, die sich bis in das Blech des beschichteten Bauteils erstrecken können.
Erfindungsgemäß ist das im Ziehkantenbereich beispielsweise durch Beschichten aufgetragene, eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisende Material bzw. das dort angeordnete, eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisende Einsatzteil so bemessen, dass sichergestellt ist, dass das durch Warmumformen und Presshärten hergestellte Bauteil ein im Wesentlichen vollständig martensitisches Gefüge aufweist. Der durch die Ziehkante der Matrize, d. h. das eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisende Material bzw. Einsatzteil beeinflusste Teil des pressgehärteten Bauteils kann dabei eine geringere Härte aufweisen als ein anderer Teil oder der restliche Teil des Bauteils, wobei jedoch dieser so beeinflusste Teil des pressgehärteten Bauteils erfindungsgemäß stets noch eine oberhalb einer geforderten Mindesthärte liegende Härte aufweist, die einem martensitischen Gefüge entspricht. Auf diese Weise werden Risse in der Beschichtung, beispielsweise in einer Zinkschicht, sowie in dem entsprechend beschichteten Blech vermieden oder zumindest Risstiefen in der Beschichtung bzw. dem beschichteten Blech erheblich reduziert.
Die bei der Warmumformung des beschichten, z. B. verzinkten Werkstückes (Stahlblechs) auftretenden Spannungen und Dehnungen sowie die auftretende Verfestigung im Umformprozess werden durch den reduzierten Wärme- bzw. Temperaturverlust im Vergleich zu demjenigen bei einer konventionellen temperierten Umformung vermindert. Hierdurch wird auch ein eventuelles lokales Materialversagen reduziert oder verhindert.
Durch die vorliegende Erfindung werden somit die Fließeigenschaften von Werkstücken aus Stahlblech während der Warmumformung verbessert und damit die Gefahr des Auftretens von Rissen bei der Warmumformung von Werkstücken aus Stahlblech, vorzugsweise verzinkten Stahlplatinen erheblich reduziert. Insbesondere wird durch die vorliegende Erfindung die Machbarkeit von Bauteilen, die eine komplexe dreidimensionale Form aufweisen und aus beschichtetem, z. B. verzinktem Stahlblech herzustellen sind, verbessert.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, dass die Wärmeleitfähigkeit des im Ziehkantenbereich angeordneten Einsatzteils oder aufgetragenen Materials weniger als 40 W/(m·K), vorzugsweise weniger als 30 W/(m·K), besonders bevorzugt weniger als 20 W/(m·K) beträgt. Hierdurch wird der Wärme- bzw. Temperaturverlust während der Warmumformung des Werkstückes vorteilhaft reduziert und das Umformverhalten des Werkstückes entsprechend verbessert.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Einsatzteil und der Matrize eine Wärmeisolierschicht angeordnet wird bzw. ist. Auf diese Weise kann der Wärme- bzw. Temperaturverlust während der Warmumformung des Werkstückes weiter verringert werden. Insbesondere ermöglicht diese Ausgestaltung, ein Einsatzteil zu verwenden, das aus einem besonders verschleißfesten Werkstoff hergestellt ist, der jedoch eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, wobei die Wärmeisolierschicht, die im Vergleich zu dem den Ziehkantenbereich bildenden Einsatzteil keiner hohen mechanischen Beanspruchung, insbesondere keiner hohen Reibbeanspruchung ausgesetzt ist, aus einem Wärmeisoliermaterial, zum Beispiel Kunststoff oder Holzwerkstoff, mit geringer Verschleißfestigkeit bestehen kann.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass das Einsatzteil einen gegenüber dem Innenumfang der Matrize und/oder gegenüber der an die Kavität der Matrize angrenzenden Randumfangsfläche vorstehenden Vorsprung aufweist. Durch diesen eine lokale Erhöhung darstellenden Vorsprung kann die Wärmeabfuhr aus dem umzuformenden Werkstück vor dem Ziehradius noch wirksamer reduziert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass das im Ziehkantenbereich der Matrize aufgetragene Material durch Auftragsschweißen, vorzugsweise Laserauftragsschweißen auf die Matrize aufgetragen wird. Auf diese Weise lässt sich relativ einfach die Wärmeleitfähigkeit im Ziehkantenbereich der Matrize zuverlässig verringern. Der eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisende Materialauftrag kann durch Auftragsschweißen, vorzugsweise Laserauftragsschweißen kostengünstig erneuert werden, wenn dies aufgrund einer verschleißbedingten Abnutzung (Abtragung) erforderlich ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ziehkantenbereich der Matrize mittels einer in der Matrize integrierten Wärmequelle oder eines ein Heizfluid führenden Kanals örtlich selektiv erwärmt wird. Auch hierdurch können die Wärmeabfuhr aus dem umzuformenden Werkstück erheblich verringert und damit die Fließeigenschaften des Stahlwerkstoffs während der Warmumformung verbessert werden.
Es liegt auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, mehrere der vorgenannten oder alle vorgenannten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung miteinander zu kombinieren.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
1 einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Umformwerkzeuges in Schnittansicht;
2 einen Abschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Umformwerkzeuges in Schnittansicht;
3 eine Schnittansicht eines eine Ziehkante umfassenden Abschnitts eines erfindungsgemäßen Umformwerkzeuges mit einer im Ziehkantenbereich angeordneten, eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Beschichtung;
4 und 7 jeweils eine Schnittansicht eines eine Ziehkante umfassenden Abschnitts eines erfindungsgemäßen Umformwerkzeuges mit im Ziehkantenbereich durch Auftragsschweißen aufgebrachtem Material, das jeweils eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist; und
5, 6 und 8 jeweils eine Schnittansicht eines eine Ziehkante umfassenden Abschnitts eines erfindungsgemäßen Umformwerkzeuges mit einem im Ziehkantenbereich angeordneten Einsatzteil, das eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
In den 1 und 2 sind jeweils Abschnitte von gekühlten Umformwerkzeugen zum Warmumformen und Presshärten eines plattenförmigen oder vorgeformten Werkstückes 1 aus Stahlblech, insbesondere eines verzinkten Werkstückes aus Stahlblech dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 2 ist ein Stempel und mit dem Bezugszeichen 3 ist eine Matrize (Gesenk) des jeweiligen Umformwerkzeuges bezeichnet. Darüber hinaus kann das in 1 und/oder 2 dargestellte Umformwerkzeug optional einen Niederhalter (Blechhalter) aufweisen, der beim Umformvorgang das Werkstück 1 gegen die Matrize 3 drückt. Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Umformwerkzeug jedoch als blechhalterloses (niederhalterloses) Umformwerkzeug ausgebildet.
Die Matrize (Gesenk) 3 enthält eine Kavität 4, in die der Stempel 2 beim Umformen bzw. Tiefziehen des Werkstücks 1 eindringt. In den 1 und 2 ist das jeweilige Umformwerkzeug jeweils im geschlossenen Zustand mit dem darin umgeformten Werkstück 1 gezeigt.
In dem Stempel 2 und/oder der Matrize 3 sind nahe der formgebenden Werkzeugoberfläche Kühlkanäle (nicht gezeigt) zum Durchleiten eines Kühlfluids vorhanden. Das umzuformende Werkstück 1 wird vor dem Einlegen in das geöffnete Umformwerkzeug zunächst auf eine Zieltemperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erhitzt und anschließend in dem gekühlten Umformwerkzeug umgeformt und abgeschreckt.
Die Temperatur des erhitzen plattenförmigen oder vorgeformten Werkstücks 1 wird vor der Umformung vorzugsweise möglichst hoch gehalten, um eine Verbesserung der bei der Umformung wirkenden Fließeigenschaften des Werkstücks 1 bzw. eine Reduzierung der Spannungen und/oder Dehnungen zu erzielen.
Dies kann zum Beispiel über die gewählte Höhe der Erwärmungstemperatur und/oder durch kurze Transferzeiten, d. h. kurzen Handlingzeiten zwischen der Erwärmungsvorrichtung (nicht gezeigt), beispielsweise einem Durchlaufofen, und dem Start der Umformung, beeinflusst werden.
Das erfindungsgemäße Umformwerkzeug zeichnet sich durch einen optimierten Wärmeübergangskoeffizienten aus. Hierdurch wird eine zu schnelle lokale Abkühlung des erhitzen Werkstücks 1 (z. B. der verzinkten Stahlplatine) nach dem Positionieren und während der Umformung im Werkzeug verhindert. Erfindungsgemäß ist zumindest die Matrize 3 hinsichtlich des Wärmeübergangskoeffizienten optimiert. Hierzu ist die Matrize 3 in ihrem durch einen positiven Ziehradius definierten Ziehkantenbereich mit Material stoffschlüssig beschichtet und/oder dort mit mindestens einem Einsatzteil 5 versehen, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die um mindestens 10 W/(m·K) geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit des dem Ziehkantenbereich benachbarten Abschnitts 3.1 der Matrize 3, der beim Warmumformen und Presshärten des Werkstückes mit demselben in Kontakt gelangt. Die Mittel mit vergleichsweise geringer Wärmeleitfähigkeit sind dabei derart bemessen, dass weiterhin gewährleistet ist, dass sich im umgeformten Bauteil (Werkstück) 1 nach Abschluss des Abschreckvorgangs (Presshärtens) ein vollständig martensitisches Gefüge einstellt, wohingegen der durch den erfindungsgemäß ausgeführten Ziehkantenbereich beeinflusste Werkstückbereich eine Reduzierung der Härte, die jedoch im Rahmen der geforderten Mindesthärte liegen muss, aufweisen kann, wodurch Risse im Werkstück 1 vermieden bzw. Risstiefen reduziert werden können. Die dem Werkstück 1 zugewandte Oberfläche des im Ziehkantenbereich aufgetragenen Materials 6 (vgl. 3) oder angeordneten Einsatzteiles 5 besitzt daher erfindungsgemäß ein sich über die Ziehkante 7 erstreckendes Quermaß, das im Bereich des 1,6-fachen bis 10-fachen des positiven Ziehradius der Matrize 3 liegt.
In den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen weist die jeweilige Matrize 3 in ihrem einen positiven Ziehradius definierten Ziehkantenbereich mindestens ein Einsatzteil 5 auf, dessen Wärmeleitfähigkeit vorzugsweise weniger als 40 W/(m·K), besonders bevorzugt weniger als 30 W/(m·K) beträgt. Das mindestens eine Einsatzteil 5 ist ringförmig oder leistenförmig ausgebildet und in eine im Ziehkantenbereich der Matrize 3 ausgebildete Ausnehmung 3.2 eingesetzt.
In den 3 bis 8 sind weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Umformwerkzeuges, vorzugsweise einer Matrize 3 schematisch dargestellt.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine zum Warmumformen und Presshärten dienende Matrize 3 in ihrem durch einen positiven Ziehradius definierten Ziehkantenbereich mit Material 6 beschichtet, das eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Bei dem Material (Beschichtung) 6 handelt es sich vorzugsweise um Keramik, beispielsweise um Aluminiumoxid oder Zirkonoxid. Das selektive Beschichten des Ziehkantenbereichs kann beispielsweise durch Flammspritzen, insbesondere Pulverflammspritzen oder Drahtflammspritzen, oder durch Lichtbogenspritzen oder Plasmaspritzen erfolgen.
Das Quermaß der sich über die Ziehkante 7 erstreckenden Beschichtung 6 liegt beispielsweise im Bereich des 1,6-fachen bis 4-fachen, vorzugsweise im Bereich des 1,6-fachen bis 2-fachen des positiven Ziehradius der Matrize 3. Die Beschichtung 6 steht bzw. kann gegenüber der benachbarten Oberfläche 3.1 der Matrize 3 geringfügig vorstehen, beispielsweise um ca. 0,25 mm bis 0,5 mm oder auch mehr.
Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zum Warmumformen und Presshärten dienende Matrize 3 im Ziehkantenbereich mit einem durch Auftragsschweißen hergestellten Materialauftrag 6' versehen, der eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Vor dem Auftragsschweißen wird im Ziehkantenbereich der Matrize 3 zum Beispiel durch spanende Bearbeitung eine sich quer über die Ziehkante erstreckende Vertiefung 3.3 hergestellt. In dieser Vertiefung (Ausnehmung) 3.3 wird anschließend durch Auftragsschweißen Material 6' mit relativ geringer Wärmeleitfähigkeit angeordnet. Bei diesem Auftragsmaterial 6' kann es sich beispielsweise um Chromstahl, Titan oder hoch legierten Stahl, wie z. B. X5CrNi18–10 handeln, die eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 30 W/(m·K) bzw. weniger als 30 W/(m·K) aufweisen. Das durch Auftragsschweißen auf den Ziehkantenbereich aufgetragene Material 6' wird soweit aufgetragen bzw. anschließend durch Fräsen oder Schleifen abgetragen, dass es im Wesentlichen flächenbündig im der Oberfläche 3.1 der Matrize 3 abschließt oder geringfügig gegenüber der Oberfläche 3.1 der Matrize 3 vorsteht.
Die in 5 in einem Abschnitt dargestellte Matrize 3 entspricht im Wesentlichen dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel. Auch hier ist im Ziehkantenbereich der Matrize 3 ein leistenförmiges Einsatzteil 5 mit relativ geringer Wärmeleitfähigkeit angeordnet. Das Einsatzteil 5 besteht beispielsweise aus Keramik, vorzugsweise aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Zirkonoxid. Die den Ziehkantenbereich bildende Außenseite des Einsatzteils 5 schließt im Wesentlichen bündig mit der Oberfläche 3.1 der Matrize 3 ab.
In 5 ist zudem eine weitere Option oder Alternative zur Reduzierung des Wärmeverlustes des erhitzten Werkstücks dargestellt. Diese Alternative oder zusätzliche Option besteht darin, dass in der Matrize 3 eine Wärmequelle oder ein Heizfluid führender Kanal 8 integriert ist, mittels der/dem der Ziehkantenbereich der Matrize 3 örtlich selektiv beheizbar ist. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Wärmequelle, beispielsweise in Form eines oder mehrerer elektrischer Heizdrähte, oder der ein Heizfluid führende Kanal 8 in dem den Ziehkantenbereich bildenden Einsatzteil 5 integriert ist.
Das in 6 dargestellt Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den in den 1, 2 und 5 gezeigten Ausführungsbeispielen dadurch, dass zwischen dem Einsatzteil 5 und der Matrize 3 eine Wärmeisolierschicht 9 angeordnet ist. Die Wärmeisolierschicht 9 ist einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet und besteht beispielsweise aus Kunststoff und/oder Mineralwolle.
Bei dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zum Warmumformen und Presshärten dienende Matrize 3 im Ziehkantenbereich wiederum mit einem durch Auftragsschweißen hergestellten Materialauftrag 6' versehen, der eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist der Materialauftrag 6' jedoch so ausgebildet, dass er einen gegenüber dem Innenumfang der Matrize 3 oder gegenüber der an die Kavität 4 der Matrize 3 angrenzenden Randumfangsfläche vorstehenden Vorsprung 6.1 aufweist. Durch diese lokale Erhöhung bzw. diesen lokalen Vorsprung 6.1 aus einem eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Material wird die Wärmeabfuhr aus dem erhitzten Werkstück 1 reduziert. Ergänzend zu diesem Materialauftrag 6' kann in der Matrize wiederum eine Wärmequelle oder ein Heizfluid führender Kanal 8 integriert sein, mittels der/dem der Ziehkantenbereich der Matrize 3 örtlich selektiv beheizt werden kann.
Das in 8 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 dadurch, dass das Einsatzteil 5 einen gegenüber dem Innenumfang der Kavität 4 der Matrize 3 oder gegenüber der an die Kavität 4 angrenzenden Randumfangsfläche vorstehenden Vorsprung 5.1 aufweist. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet dabei wiederum eine zwischen dem Einsatzteil 5 und der Matrize 3 angeordnete Wärmeisolierschicht.
Die Ausführung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen und/oder in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind zahlreiche Varianten oder Abwandlungen denkbar, die auch bei einer von den Ausführungsbeispielen abweichenden Gestaltung von der in den beiliegenden Ansprüchen angegebenen Erfindung Gebrauch machen. So können beispielsweise zusätzlich auch der Stempel und/oder gegebenenfalls auch der Blechhalter (Niederhalter) mit Mitteln 5, 5.1, 6, 6', 6.1 und/oder 9 mit geringer Wärmeleitfähigkeit zur Optimierung des Wärmeübergangskoeffizienten versehen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009018798 A1 [0002]
DE 102004038626 B3 [0003]

Claims

Verfahren zum Warmumformen und Presshärten von plattenförmigen oder vorgeformten Werkstücken (1) aus Stahlblech, insbesondere verzinkten Werkstücken (1) aus Stahlblech, bei dem das Werkstück auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erhitzt und anschließend in einem gekühlten Umformwerkzeug, das mindestens einen Stempel (2) und mindestens eine Matrize (3) aufweist, umgeformt und abgeschreckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Warmumformen und Presshärten verwendete Matrize (3) in ihrem durch einen positiven Ziehradius definierten Ziehkantenbereich mit Material (6, 6') stoffschlüssig beschichtet und/oder dort mit mindestens einem Einsatzteil (5) versehen ist, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die um mindestens 10 W/(m·K) geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit des dem Ziehkantenbereich benachbarten Abschnitts (3.1) der Matrize (3), der beim Warmumformen und Presshärten des Werkstückes (1) mit demselben in Kontakt gelangt, wobei die dem Werkstück (1) zugewandte Oberfläche des im Ziehkantenbereich aufgetragenen Materials (6; 6') oder angeordneten Einsatzteiles (5) ein sich über die Ziehkante (7) erstreckendes Quermaß besitzt, das im Bereich des 1,6-fachen bis 10-fachen des positiven Ziehradius der Matrize (3) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit des im Ziehkantenbereich angeordneten Einsatzteils (5) oder aufgetragenen Materials (6, 6') weniger als 40 W/(m·K), vorzugsweise weniger als 30 W/(m·K) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Einsatzteil (5) leistenförmig ausgebildet und in eine im Ziehkantenbereich der Matrize (3) ausgebildete Ausnehmung (3.2) eingesetzt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Einsatzteil (5) und der Matrize (3) eine Wärmeisolierschicht (9) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (5) einen gegenüber dem Innenumfang der Matrize (3) und/oder gegenüber der an die Kavität (4) der Matrize (3) angrenzenden Randumfangsfläche (3.1) vorstehenden Vorsprung (5.1) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das im Ziehkantenbereich der Matrize (3) aufgetragene Material (6') durch Auftragsschweißen auf die Matrize (3) aufgetragen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ziehkantenbereich der Matrize (3) mittels einer in der Matrize integrierten Wärmequelle oder eines ein Heizfluid führenden Kanals (8) örtlich selektiv erwärmt wird.
Umformwerkzeug zum Warmumformen und Presshärten von plattenförmigen oder vorgeformten Werkstücken (1) aus Stahlblech, insbesondere verzinkten Werkstücken (1) aus Stahlblech, mit mindestens einem Stempel (2) und einer dem Stempel zugeordneten Matrize (3), wobei der Stempel (2) und/oder die Matrize (3) Kühlkanäle zum Durchleiten eines Kühlfluids aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (3) in ihrem durch einen positiven Ziehradius definierten Ziehkantenbereich mit Material (6; 6') stoffschlüssig beschichtet und/oder dort mit mindestens einem Einsatzteil (5) versehen ist, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die um mindestens 10 W/(m·K) geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit des dem Ziehkantenbereich benachbarten Abschnitts (3.1) der Matrize (3), der beim Warmumformen und Presshärten des Werkstückes (1) mit demselben in Kontakt gelangt, wobei die dem Werkstück (1) zugewandte Oberfläche des im Ziehkantenbereich aufgetragenen Materials (6; 6') oder angeordneten Einsatzteiles (5) ein sich über die Ziehkante (7) erstreckendes Quermaß besitzt, das im Bereich des 1,6-fachen bis 10-fachen des positiven Ziehradius der Matrize (3) liegt.
Umformwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit des im Ziehkantenbereich angeordneten Einsatzteils (5) oder aufgetragenen Materials (6, 6') weniger als 40 W/(m·K), vorzugsweise weniger als 30 W/(m·K) beträgt.
Umformwerkzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Einsatzteil (5) leistenförmig ausgebildet und in eine im Ziehkantenbereich der Matrize (3) ausgebildete Ausnehmung (3.2) eingesetzt ist.
Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Einsatzteil (5) und der Matrize (3) eine Wärmeisolierschicht (9) angeordnet ist.
Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (5) einen gegenüber dem Innenumfang der Matrize (3) und/oder gegenüber der an die Kavität (4) der Matrize (3) angrenzenden Randumfangsfläche (3.1) vorstehenden Vorsprung (5.1) aufweist.
Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das im Ziehkantenbereich der Matrize (3) aufgetragene Material (6') durch Auftragsschweißen auf die Matrize (3) aufgetragen ist.
Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Matrize (3) eine Wärmequelle oder ein Heizfluid führender Kanal (8) integriert ist, mittels der/dem der Ziehkantenbereich der Matrize (3) örtlich selektiv beheizbar ist.