DE102013008853A1 - Plant and method for hot forming of blanks - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zum Warmumformen von Platinen (P) mit wenigstens einer Erwärmungseinrichtung (4) und wenigstens einer stromabwärtig der wenigstens einen Erwärmungseinrichtung (4) angeordneten Presseinrichtung (2), wobei stromabwärtig der Presseinrichtung (2) wenigstens eine Nacherwärmungseinrichtung (6) zur wenigstens partiellen Wärmebeaufschlagung der in der Presseinrichtung umgeformten Platinen vorgesehen ist.The present invention relates to a system for hot forming of blanks (P) with at least one heating device (4) and at least one pressing device (2) arranged downstream of the at least one heating device (4), with at least one reheating device (6) downstream of the pressing device (2). is provided for at least partial heat application to the blanks formed in the pressing device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Warmumformen von Platinen, sowie ein entsprechendes Verfahren zum Warmumformen von Platinen.The invention relates to a system for hot forming of blanks, as well as a corresponding method for hot forming of blanks.

Stand der TechnikState of the art

Die Warmumformung von Blechen ist ein relativ neuer Entwicklungstrend bei der Bauteilfertigung, insbesondere für Fahrzeugkarosserien. Hierbei verwendete Bleche werden im Rahmen dieser Anmeldung, dem gängigen Sprachgebrauch auf dem Gebiet der Formungstechnik entsprechend, auch als ”Platinen” bezeichnet. Eine Platine ist in der Regel ein entsprechend zugeschnittenes, ausgestanztes, gefügtes und/oder vorgeformtes Blech. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen können jedoch nicht nur bei ent-sprechend vorbereiteten Blechen zum Einsatz kommen sondern auch bei den jeweils verwendeten Ausgangsmaterialien. Die Erfindung erstreckt sich daher auf sämtliche Werkstücke bzw. Halbzeuge, die in einem entsprechenden Umformungsverfahren, beispielsweise durch Pressen und/oder Tiefziehen, geformt werden können.The hot forming of sheet metal is a relatively new development trend in component manufacturing, especially for vehicle bodies. In the context of this application, sheets used in this context are also called "sinkers", in accordance with common usage in the field of shaping technology. A circuit board is usually a suitably cut, punched, joined and / or preformed sheet metal. However, the measures according to the invention can be used not only for appropriately prepared sheets but also for the starting materials used in each case. The invention therefore extends to all workpieces or semi-finished products which can be formed in a corresponding shaping process, for example by pressing and / or deep-drawing.

Die Warmumformung ermöglicht es, Bauteile mit hoher Festigkeit und komplexer Geometrie rückfederungsfrei zu produzieren und erlaubt eine signifikante Gewichtsredu-zierung bei den hiermit z. B. gefertigten Karosserien sowie eine Erhöhung der Sicherheit, beispielsweise von Insassen eines entsprechenden Fahrzeugs.Hot forming allows components with high strength and complex geometry to be produced without springback and allows a significant reduction in weight in the case of the hereby described. B. manufactured bodies and an increase in safety, for example, occupants of a corresponding vehicle.

Durch die steigenden Anforderungen an Festigkeit und Steifigkeit von Strukturbauteilen, insbesondere im Fahrzeug, werden zunehmend hoch- und höchstfeste Stähle eingesetzt. Eine Erhöhung der Festigkeit ermöglicht eine Reduktion des Fahrzeuggewichts, was insbesondere einen reduzierten Schadstoffausstoß und Kraftstoffverbrauch ermöglicht. Bei aktuellen Fahrzeugmodellen können durch die Verwendung warmumgeformter Bauteile mehr als 30 kg Gewicht eingespart werden.Due to the increasing demands on strength and rigidity of structural components, in particular in the vehicle, increasingly high and very high strength steels are used. Increasing the strength allows a reduction of the vehicle weight, which in particular allows reduced pollutant emissions and fuel consumption. With current vehicle models, the use of hot-formed components can save more than 30 kg in weight.

Bei Warmumformungsverfahren handelt es sich dem Wesen nach um kombinierte Formgebungs- und Vergütungstechniken. Durch den Einsatz entsprechender Stähle, wie beispielsweise von Mangan-Bor-Stählen, können damit Festigkeiten von bis zu 1.500 MPa erzielt werden. Presshärteverfahren umfassen beispielsweise, Platinen auf eine Temperatur zu erwärmen, die oberhalb der vollständigen Austenitisierungstemperatur, z. B. oberhalb von 850°C, liegt, und die Platine anschließend im Werkzeug schnell abzukühlen. Hierdurch bildet sich die gewünschte Martensitstruktur mit der angestrebten Festigkeit. Die Kombination der Umformung mit dem Abschrecken in einem Werkzeug wird bisweilen auch als Press- oder Formhärten bezeichnet.Hot forming processes are essentially combined forming and tempering techniques. By using appropriate steels, such as manganese-boron steels, it is possible to achieve strengths of up to 1,500 MPa. Press hardening methods include, for example, heating boards to a temperature above the complete austenitizing temperature, e.g. B. above 850 ° C, and then cool the board quickly in the tool. This forms the desired martensite structure with the desired strength. The combination of forming with quenching in a tool is sometimes referred to as compression or form hardening.

Bei der Warmumformung höchstfester Werkstoffe für Automobilkarosserien werden z. B. sogenannte Rollenherdöfen für die Vorwärmung der Platinen verwendet. Die Erwärmung derartiger Öfen erfolgt üblicherweise mittels Strahlrohren, die elektrisch oder durch Gasbrenner erwärmt werden. Um möglichst kurze Prozesszykluszeiten zu erzielen, ist ein gewisser ”Vorrat” an vorgewärmten Bauteilen in der Anlage vorteilhaft. Die Wärmebehandlungsdauer für die Temperierung des Stahls stellt einen wesentlichen Parameter dar, der die Taktzeit einer entsprechenden Presse definiert. Rollenherdöfen weisen eine Länge von bis zu 40 Metern auf und benötigen daher entsprechende bauliche Voraussetzungen, inklusive einer effizienten Abfuhr überschüssiger Wärme. Auch Drehtrommelöfen, die alternativ zu Rollenherdöfen zur Vorwärmung von Bauteilen eingesetzt werden, weisen entsprechende Nachteile auf. Auch sie werden mittels Strahlrohren beheizt und sind hinsichtlich ihres Wirkungsgrads eher unbefriedigend.In the hot forming of ultra-high-strength materials for automotive bodies z. B. so-called roller hearth furnaces used for preheating the boards. The heating of such ovens is usually carried out by means of jet pipes, which are heated electrically or by gas burners. In order to achieve the shortest possible process cycle times, a certain "supply" of preheated components in the system is advantageous. The heat treatment time for the tempering of the steel is an essential parameter that defines the cycle time of a corresponding press. Roller hearth furnaces have a length of up to 40 meters and therefore require appropriate structural conditions, including an efficient removal of excess heat. Even rotary drum ovens, which are used as an alternative to roller hearth furnaces for preheating of components, have corresponding disadvantages. They too are heated by means of jet pipes and are rather unsatisfactory in terms of their efficiency.

Pressgehärtete Bauteile zeichnen sich durch ihre hohe Festigkeit und Steifigkeit aus. Wie erwähnt, können hierdurch Blechstärken reduziert und damit Gewicht eingespart werden. Problematisch ist jedoch die geringe Bruchdehnung pressgehärteter Bauteile, die bei nachgeschalteten Fertigungsoperationen, wie z. B. Anschweißen weiterer Teile, zu Rissbildung führen kann. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, bestimmte Bereiche z. B. einer Karosseriekomponente pressgehärtet auszubilden, und andere Bereiche der gleichen Komponente so auszubilden, dass diese eine höhere Duktilität aufweisen und somit mehr Energie durch plastische Verformung absorbieren können.Press-hardened components are characterized by their high strength and rigidity. As mentioned, this can be reduced sheet thicknesses and thus saved weight. However, the problem is the low elongation at break of press-hardened components, which in downstream manufacturing operations such. B. welding of other parts, can lead to cracking. For this reason, it is desirable certain areas z. As a body component form-hardened, and other areas of the same component in such a way that they have a higher ductility and thus can absorb more energy by plastic deformation.

Bisherige Ansätze, die zur Erzeugung derartiger lokal unterschiedlicher Eigenschaften, sogenannter ”Tailored Properties”, verwendet werden, umfassen die gezielte Beeinflussung von Legierungsbestandteilen entsprechender Halbzeuge, die Herstellung sogenannter ”Tailored Welded Blanks”, also Platinen, die aus unterschiedlichen Werkstoffen gefügt sind, das partielle (örtliche) Erwärmen mittels induktiver oder konduktiver Erwärmungstechnologien, die partielle Temperierung bestimmter Bereiche der Press-härtewerkzeuge durch lokales Beheizen und das Maskieren bestimmter Bauteilbereiche, um die Erwärmung (und damit die Austenitisierung) in einem entsprechenden Rollenherdofen zu unterdrücken. Derartige Verfahren sind jedoch aufwendig, im Ergebnis häufig nicht zufriedenstellend und verursachen übermäßige Kosten.Previous approaches that are used to produce such locally different properties, so-called "tailored properties", include the targeted influencing of alloy components of corresponding semi-finished products, the production of so-called "tailored welded blanks", ie boards that are joined from different materials, the partial (Local) heating by means of inductive or conductive heating technologies, the partial tempering of certain areas of the press-hardening tools by local heating and the masking of certain component areas to suppress the heating (and thus austenitizing) in a corresponding roller hearth furnace. However, such methods are expensive, often not satisfactory as a result and cause excessive costs.

Somit besteht Bedarf nach verbesserten Möglichkeiten zur Bereitstellung von Platinen mit lokal unterschiedlichen Eigenschaften.Thus, there is a need for improved ways to provide boards with locally different characteristics.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung eine Anlage zum Warmumformen von Platinen, sowie ein entsprechendes Verfahren zum Warmumformen von Platinen mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the present invention proposes a system for hot stamping of blanks, as well as a corresponding method for hot forming of blanks with the features of the independent claims. Preferred embodiments are subject of the dependent claims and the following description.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene wenigstens partielle Nacherwärmung, welche erst nach dem Umformen bzw. Presshärten der Platinen in der Presseinrichtung durchgeführt wird, lassen sich in besonders effektiver Weise Platinen bzw. Bauteile mit lokal unterschiedlichen Eigenschaften bereitstellen. Insbesondere können erfindungsgemäß sehr komplexe Formgebungen an beliebigen Stellen mit den gewünschten Materialeigenschaften, z. B. erhöhter Duktilität, bereitgestellt werden.By inventively provided at least partial reheating, which is performed only after the forming or press hardening of the boards in the pressing device can be in a particularly effective way boards or components provide locally different properties. In particular, according to the invention very complex shapes at any point with the desired material properties, eg. B. increased ductility provided.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Wie bereits zuvor erwähnt, sei der Begriff ”Platinen” im Rahmen dieser Anmeldung umfassend verstanden. Der Begriff beinhaltet Bleche, Halbzeuge, gefügte und/oder vorgeformte Komponenten, die in einer entsprechenden Anlage warmumgeformt, insbesondere pressgehärtet, werden.As previously mentioned, the term "boards" in the context of this application comprehensively understood. The term includes sheets, semi-finished products, joined and / or preformed components, which are hot-formed in a corresponding system, in particular press-hardened.

Ein besonders vorteilhafter Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines vormischenden Wasserstoff-Sauerstoff-Brenners oder Brenngas-Sauerstoff-Brenners. Derartige Brennertypen sind grundsätzlich, beispielsweise aus der DE 103 45 411 A1 , bekannt. Beispiels-weise werden vormischende Brenngas-Sauerstoff-Brenner zum sogenannten Feuerpolieren von Glasteilen, insbesondere Teilen aus Bleikristall oder Kalknatronglas, eingesetzt. Hierbei wird zumindest ein Teil der Oberfläche des Glasteils mit der Brenner-flamme erhitzt und aufgeschmolzen. Entsprechende Brenner sind auch als sogenannte Hydropox-Brenner bekannt und werden unter dieser Markenbezeichnung durch die Anmelderin vertrieben.A particularly advantageous aspect of the invention relates to the use of a premixing hydrogen-oxygen burner or fuel gas-oxygen burner. Such types of burners are basically, for example from the DE 103 45 411 A1 , known. For example, premixing fuel gas oxygen burners are used for so-called fire polishing of glass parts, in particular parts made of lead crystal or soda-lime glass. In this case, at least part of the surface of the glass part is heated and melted with the burner flame. Corresponding burners are also known as so-called Hydropox burners and are sold under this brand name by the applicant.

Vormischende Brenngas-Sauerstoff-Brenner, insbesondere Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner, zeichnen sich durch eine besonders hohe Wärmeübertragungseffizienz aus. Im Gegensatz zu sogenannten außenmischenden Brennern wird einem Brennerkopf eines vormischenden Brenngas-Sauerstoff-Brenners bereits ein Gasgemisch aus Brenngas und Sauerstoff zugeführt und nicht erst in einem entsprechenden Brennerkopf erzeugt. Vormischende Brenner erzeugen besonders harte Flammen, die sich dazu eignen, größere Oberflächenbereiche, die auch Vertiefungen oder andere Unregelmäßigkeiten aufweisen können, aufzuschmelzen. Dies stellt, wie erfindungsgemäß herausgefunden, einen entscheidenden Vorteil gegenüber außenmischenden Brennern dar. In außenmischenden Brennern kann nur eine weiche Flamme erzeugt werden, die insbesondere in Ecken, Löcher oder Vertiefungen einer Oberfläche nicht eindringen kann. Der Einsatz eines vormischenden Brenners ermöglicht damit insbesondere eine lokale Erwärmung von Bereichen, insbesondere von unterschiedlich geformten Bereichen, entsprechender Platinen. Durch längere Erwärmung mittels eines außenmischenden Brenners wäre zwar ebenfalls eine Erzielung hoher Temperaturen möglich, jedoch besteht dabei die Gefahr, dass sich die Platine insgesamt erwärmt, nicht nur in den gewünschten Bereichen.Premixing fuel gas-oxygen burners, in particular hydrogen-oxygen burners, are characterized by a particularly high heat transfer efficiency. In contrast to so-called external mixing burners, a gas mixture of fuel gas and oxygen is already fed to a burner head of a premixing fuel gas-oxygen burner and not first generated in a corresponding burner head. Premixing burners produce particularly hard flames, which are suitable for melting larger surface areas, which may also have pits or other irregularities. This constitutes, as found according to the invention, a decisive advantage over externally mixing burners. In externally mixing burners, only a soft flame can be produced, which in particular can not penetrate into corners, holes or depressions of a surface. The use of a premixing burner thus enables, in particular, local heating of areas, in particular of differently shaped areas, of corresponding boards. Although prolonged heating by means of an external mixing burner would also achieve a high temperature possible, but there is a risk that the board heats up altogether, not only in the desired areas.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage ist die wenigstens eine Nacherwärmungseinrichtung räumlich orientierbar und/oder räumlich verschiebbar ausgebildet. Beispielsweise kann die erfindungsgemäß verwendete Nacherwärmungseinrichtung an einen Industrieroboter montiert sein. Dies erlaubt die exakte Führung und Orientierung der Nacherwärmungseinrichtung entlang bzw. über der Oberfläche der umgeformten Platine, welche hierdurch in den gewünschten Bereichen (partiell) gleichmäßig auf einen gewünschten Temperaturbereich, z. B. zwischen 650 und 850°C, insbesondere 700°C–800°C, insbesondere etwa 750°C erwärmt werden kann.According to a particularly preferred embodiment of the system according to the invention, the at least one reheating device is spatially orientable and / or spatially displaceable. For example, the reheating device used according to the invention can be mounted on an industrial robot. This allows the exact guidance and orientation of the post-heating device along or over the surface of the formed board, which thereby in the desired areas (partially) evenly to a desired temperature range, eg. B. between 650 and 850 ° C, in particular 700 ° C-800 ° C, in particular about 750 ° C can be heated.

Bevorzugt ist die Erwärmungseinrichtung (zur insbesondere vollständigen Erwärmung der Platine vor dem Umformen in der Presseinrichtung) als Austenitisierungseinrichtung ausgebildet. Bevorzugt ist hierbei eine vollständige Austenitisierung. Eine Austenitisierung liefert die gewünschten Werkstoffeigenschaften, mit denen ein anschließendes Pressen unter gleichzeitigem Kühlen bzw. Abschrecken und hieran anschließend eine weitere wenigstens partielle Erwärmung (Nacherwärmung) durchführbar sind. Eine entsprechende Austenitisierungseinrichtung ist zum, insbesondere lokalen, Erwärmen der Platinen auf eine Temperatur von 750–1.050°C insbesondere von 800–1.000°C, beispielsweise von 850–950°C, eingerichtet. Eine entsprechende Temperatur richtet sich nach den jeweiligen Werkstoffen und liegt oberhalb einer Austenitisierungstemperatur. Diese liegt beispielsweise bei den erwähnten Mangan-Bor-Stählen bei ca. 850°C. Wird eine entsprechende Platine auf eine Temperatur knapp unterhalb der Austenitisierungstemperatur vorgewärmt, kann die Austenitisierungstemperatur durch einen entsprechenden Brenner insbesondere in vorbestimmbaren Bereichen der Platine schnell erreicht bzw. überschritten werden. Bei einem derartigen Kühlen während des Pressens bzw. Umformens werden die Platinen bevorzugt auf Temperaturen von 100°C–200°C abgekühlt, wobei auch eine Kühlung auf irgendeine Temperatur zwischen Raumtemperatur und 250°C möglich ist.Preferably, the heating device (for particular complete heating of the board before forming in the pressing device) is designed as Austenitisierungseinrichtung. Preference is given to complete austenitization. Austenitizing provides the desired material properties with which a subsequent pressing with simultaneous cooling or quenching and then a further at least partial heating (postheating) can be carried out. A corresponding Austenitisierungseinrichtung is for, in particular local, heating the boards to a temperature of 750-1.050 ° C in particular from 800-1000 ° C, for example, 850-950 ° C, furnished. A corresponding temperature depends on the respective materials and is above an austenitizing temperature. This is for example in the mentioned manganese-boron steels at about 850 ° C. If a corresponding board is preheated to a temperature just below the austenitizing temperature, the austenitizing temperature can be quickly reached or exceeded by a corresponding burner, in particular in predeterminable areas of the board. In such a cooling during the pressing or forming, the boards are preferably cooled to temperatures of 100 ° C-200 ° C, with a cooling to any Temperature between room temperature and 250 ° C is possible.

Eine entsprechende Anlage weist vorteilhafterweise ferner wenigstens eine Beladeeinrichtung zum Beladen der Anlage mit den Platinen und/oder wenigstens eine Transfer-einrichtung zum Transferieren der Platinen in die wenigstens eine Presseinrichtung der Anlage und/oder wenigstens eine Transfereinrichtung zum Transferieren der Platinen zu der Nacherwärmungseinrichtung auf.A corresponding system advantageously also has at least one loading device for loading the system with the blanks and / or at least one transfer device for transferring the blanks into the at least one pressing device of the system and / or at least one transfer device for transferring the blanks to the reheating device.

Vorteilhafterweise umfasst die wenigstens eine Erwärmungseinrichtung wenigstens einen Paternosterofen. Als Paternosteröfen, die grundsätzlich bekannt sind, können beispielsweise vertikale Paternosteröfen zum Einsatz kommen, die eine verbesserte Energieeffizienz aufweisen und insbesondere den Vorteil bieten, herkömmliche Rollenherdöfen, die, wie erwähnt groß bauen und daher entsprechende bauliche Gegeben-heiten voraussetzen, ersetzen zu können. Paternosteröfen sind beispielsweise elektrisch oder mit Brennstoff beheizbar und in entsprechenden Temperaturbereichen betreibbar, so dass eine effiziente und zuverlässige Erwärmung gewährleistet ist.Advantageously, the at least one heating device comprises at least one paternoster oven. As paternoster, which are basically known, for example, vertical paternoster furnaces are used, which have improved energy efficiency and in particular the advantage of conventional roller hearth furnaces, which, as mentioned build large and therefore require appropriate structural conditions to replace. Paternoster furnaces are for example electrically or fuel-heated and operable in corresponding temperature ranges, so that an efficient and reliable heating is ensured.

Die jeweils einzustellenden Temperaturen richten sich nach dem jeweiligen Material der Platinen. Beispielsweise liegt, wie erwähnt, die vollständige Austenitisierungstemperatur von Mangan-Bor-Stählen bei ca. 850°C. Der Fachmann kann entsprechende Temperaturen einfach aus zur Verfügung stehenden Materialkennzahlen ableiten.The respective temperatures to be set depend on the particular material of the boards. For example, as noted, the complete austenitizing temperature of manganese-boron steels is about 850 ° C. The person skilled in the art can easily derive corresponding temperatures from available material parameters.

Es erweist sich als vorteilhaft, auch die Erwärmungseinrichtung mit wenigstens einem vormischenden Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner oder Brenngas-Sauerstoff-Brenner auszubilden. Hiermit ist auch eine sehr effektive, insbesondere auch bereichsweise Erwärmung von Platinen möglich.It proves to be advantageous to also form the heating device with at least one premixing hydrogen-oxygen burner or fuel gas-oxygen burner. This is also a very effective, in particular area heating of boards possible.

Obwohl eine derartige Erwärmungseinrichtung, insbesondere Austenitisierungseinrichtung, Erwärmungseinrichtung im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt für eine vollständige Austenitisierung einer Platine eingesetzt wird, ist es auch möglich, sie zum partiellen Erwärmen, insbesondere Austenitisieren, also zum Erwärmen oder Austenitisieren bestimmter Regionen bzw. lokaler Bereiche von Platinen ausgebildet sein. Wenigstens eine Brennerflamme eines vormischenden Wasserstoff-Sauerstoff-Brenners kann dabei auf die zum partiellen Erwärmen, insbesondere Austenitisieren vorgesehene(n) Region(en) gerichtet werden. Eine entsprechende Brenneranordnung ermöglicht damit insbesondere eine definierte, lokale Austenitisierung von Regionen, in denen, beispielsweise durch Presshärten, anschließend eine hohe lokale Festigkeit erzielt werden kann. In den nicht austenitisierten Bereichen ist hingegen eine ausreichende Duktilität des Werkstoffs nach dem Presshärten gewährleistet. So wäre es z. B. denkbar, eine gewünschte Duktilität in ersten Bereichen der Platine mittels einer derartigen teilweisen Erwärmung durch die Erwärmungseinrichtung, also vor dem Umformen, und in zweiten Bereichen der Platine mittels Erwärmung durch die Nacherwärmungseinrichtung, also nach dem Umformen, bereitzustellen.Although such a heating device, in particular Austenitisierungseinrichtung, heating device is preferably used in the present invention for a complete Austenitisierung a board, it is also possible for partial heating, in particular austenitizing, ie for heating or austenitizing certain regions or local areas of boards be educated. At least one burner flame of a premixing hydrogen-oxygen burner can be directed onto the region (s) provided for partial heating, in particular austenitizing. A corresponding burner arrangement thus enables, in particular, a defined, local austenitization of regions in which, for example, by press hardening, a high local strength can subsequently be achieved. In the non-austenitized areas, however, sufficient ductility of the material after press hardening is ensured. So it would be z. B. conceivable to provide a desired ductility in first areas of the board by means of such partial heating by the heating means, ie before forming, and in second areas of the board by means of heating by the reheating device, ie after forming.

Vorteilhafterweise ist eine Erwärmungseinrichtung, insbesondere eine Austenitisierungseinrichtung, in einer entsprechenden Anlage mit einer Vorwärmeinrichtung in Form einer baulichen Einheit vorgesehen. Dies ermöglicht kompakte, klein bauende und energieeffizient betreibbare Anlagen, die beispielsweise nur noch eine Wärme- bzw. Temperaturisolierung benötigen.Advantageously, a heating device, in particular an austenitizing device, is provided in a corresponding system with a preheating device in the form of a structural unit. This allows compact, small-scale and energy-efficient plants that require, for example, only a heat or temperature insulation.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst, Platinen in eine erfindungsgemäße Anlage, zu laden, die Platinen in einer Erwärmungseinrichtung, insbesondere einer Austenitisierungseinrichtung zumindest lokal zu erwärmen bzw. zu austenitisieren, in einer Presseinrichtung durch Pressen umzuformen und anschließend wenigstens partiell in einer Nacherwärmungseinrichtung zu erwärmen. Wie erläutert kann es sich bei dem Pressverfahren um ein Presshärteverfahren handeln.A method according to the invention comprises loading blanks into a system according to the invention, at least locally heating or austenizing the blanks in a heating device, in particular an austenitizing device, shaping them in a pressing device by pressing and then at least partially heating them in a reheating device. As explained, the pressing process may be a press hardening process.

Die erfindungsgemäße Anlage zum Warmumformen von Platinen, und das erfindungsgemäße Verfahren profitieren gleichermaßen von den zuvor erläuterten Vorteilen.The inventive system for hot forming of boards, and the inventive method equally benefit from the advantages explained above.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.

Figurenbeschreibungfigure description

1 zeigt eine Anlage zum Warmumformen von Platinen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. 1 shows a system for hot forming of boards according to a preferred embodiment of the invention in a schematic representation.

2 zeigt einen Brennkopf zum Einsatz in einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. 2 shows a combustion head for use in an embodiment of the invention in a schematic representation.

3 zeigt ein Verfahren zum Warmumformen von Platinen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines Ablaufschemas. 3 shows a method for hot stamping of boards according to an embodiment of the invention in the form of a flowchart.

In den Figuren tragen gleiche oder gleichwirkende Elemente ggf. identische Bezugszeichen und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. In the figures, the same or equivalent elements may carry identical reference numerals and will not be explained repeatedly for the sake of clarity.

1 zeigt eine Anlage zum Warmumformen von Platinen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Anlage ist insgesamt mit 10 bezeichnet. Sie verfügt über eine Beladungseinrichtung 3, in der entsprechende Platinen P, beispielsweise ausgestanzte Blechstücke, in Pfeilrichtung (unterer horizontaler Pfeil) in eine entspre-chende Anlage geladen werden können. Eine Erwärmungseinrichtung 4 ist vorgesehen, die einen schematisch dargestellten Paternosterofen 4a aufweist. Die Platinen P werden in Pfeilrichtung in einen unteren Bereich der Errwärmungseinrichtung 4 eingebracht, nach oben angehoben (mittels vertikalem Pfeil veranschaulicht) und während des Anhebens kontinuierlich erwärmt. Es ist möglich, die Platinen in dem Paternosterofen 4a derart zu erwärmen, dass sie austenitisieren. In der 1 dargestellt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der die Erwärmungseinrichtung 4 eine stromabwärtig des Paternosterofens 4a vorgesehene Austenitisierungseinrichtung 4b aufweist. In diesem Fall dient der Paternosterofen zur Vorerwärmung der Platinen. 1 shows a plant for hot stamping of boards according to a preferred embodiment of the invention. The plant is in total with 10 designated. It has a loading device 3 in which corresponding blanks P, for example punched-out pieces of sheet metal, can be loaded in the direction of the arrow (lower horizontal arrow) into a corresponding installation. A heating device 4 is provided, which is a schematically illustrated Paternosterofen 4a having. The boards P are in the arrow direction in a lower portion of the heating device 4 introduced, lifted up (illustrated by vertical arrow) and continuously heated during lifting. It is possible to use the boards in the paternoster furnace 4a to heat up so that they austenitize. In the 1 however, an embodiment is shown in which the heating device 4 one downstream of the paternoster furnace 4a provided Austenitisierungseinrichtung 4b having. In this case, the paternoster oven serves to preheat the boards.

In einem oberen Bereich des Paternosterofens 4a verlassen die Platinen P diesen erneut in Pfeilrichtung (oberer horizontaler Pfeil). Sie durchlaufen anschließend die Aus-tenitisierungseinrichtung 4b, die einen Brenner 14 aufweist, der vorliegend als dreiflam-miger Brenner symbolisiert ist. Der Brenner 14 kann eine beliebige Anzahl von Bren-nerflammen aufweisen. Der Brenner 14 kann auch mobil ausgebildet sein und unter-schiedliche Bereiche einer Platine P nacheinander beaufschlagen. Hierzu können ent-sprechende Bewegungseinrichtungen vorgesehen sein, die beispielsweise auch unter Verwendung einer entsprechenden Steuerung vollautomatisch angesteuert werden können. Die Platinen P durchlaufen die Austenitisierungseinrichtung 4b in Pfeilrichtung und werden dort auf eine Temperatur (z. B. 900°C) erwärmt, die oberhalb einer Austenitisierungstemperatur des entsprechenden Werkstoffs liegt.In an upper area of the paternoster furnace 4a leave the boards P this again in the direction of arrow (upper horizontal arrow). They then go through the austenitization device 4b that have a burner 14 which is symbolized in the present case as dreiflam-miger burner. The burner 14 can have any number of burner flames. The burner 14 can also be designed mobile and subordinate different areas of a board P successively act. For this purpose, corresponding movement devices can be provided which, for example, can also be controlled fully automatically using a corresponding control. The boards P pass through the austenitizing device 4b in the direction of the arrow, where they are heated to a temperature (eg 900 ° C.) which is above an austenitizing temperature of the corresponding material.

Die Platinen P gelangen anschließend in eine Transfereinrichtung 5 und werden durch diese zu einem Presswerkzeug 8 transferiert. Das Presswerkzeug 8 formt die Platinen in der gewünschten Weise um, wobei gleichzeitig mit der Umformung eine Abkühlung der Platinen auf etwa 200°C oder weniger erfolgt.The boards P then go into a transfer device 5 and become a press tool 8th transferred. The pressing tool 8th Forms the boards in the desired manner, wherein simultaneously with the forming a cooling of the boards to about 200 ° C or less takes place.

Durch diese Abkühlung bzw. Abschreckung, welche vorzugsweise mit einer Rate von größer 30 K/sec erfolgt, entsteht in den austenisierten Bereichen der Platine ein Martinsit- bzw. Härtegefüge.As a result of this cooling or quenching, which preferably takes place at a rate of greater than 30 K / sec, a martinsite or hardened structure is formed in the austenized regions of the blank.

Wie erwähnt, weisen die umgeformten Platinen in diesem Zustand eine Temperatur von etwa 200°C auf. In diesem Zustand werden die umgeformten Platinen nun mittels einer Nacherwärmungseinrichtung 16, welche wenigstens einen vormischenden Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner 18 oder Brenngas-Sauerstoff-Brenner aufweist, partiell wärmebeaufschlagt. Hierdurch wird an den wärmebeaufschlagten Stellen der umgeformten Platine das Härtegefüge zu einem Mischgefüge umgewandelt, welches verbesserte Eigenschaften beispielsweise bzgl. Dehnbarkeit besitzt.As mentioned, the formed blanks in this state have a temperature of about 200 ° C. In this state, the formed boards are now by means of a Nacherwärmungseinrichtung 16 containing at least one premixing hydrogen-oxygen burner 18 or fuel gas-oxygen burner, partially heat-stressed. As a result, the hardened structure is converted to a mixed structure at the heat-stressed points of the formed blank, which has improved properties, for example with respect to ductility.

Die Nacherwärmungseinrichtung 16 kann beispielsweise an einen (nicht dargestellten) Industrieroboter montiert sein, womit eine dreidimensionale Verfahrbarkeit und Orientierbarkeit der Brenner 18 bereitstellbar ist. Dies erlaubt die exakte Führung der Brenner 18 entlang der Bauteiloberfläche, welche hierdurch in den gewünschten Bereichen gleichmäßig auf Temperaturen zwischen etwa 650 und 850°C erwärmt werden kann. Die hierdurch bereitgestellte Gefügeveränderung führt z. B. zu einer Verringerung der Härte sowie Zunahme der Dehnung bzw. Dehnbarkeit. In durchgeführten Versuchen konnten z. B. Verbesserungen der Dehnwerte um bis zu 18 Prozent realisiert werden.The reheating device 16 For example, it can be mounted on an industrial robot (not shown), thus providing three-dimensional movability and orientability of the burners 18 is available. This allows the exact guidance of the burner 18 along the component surface, which thereby can be uniformly heated in the desired areas to temperatures between about 650 and 850 ° C. The structural change provided by this leads z. As to a reduction in hardness and increase in elongation or extensibility. In experiments carried out z. B. Improvements of the expansion values can be realized by up to 18 percent.

Die Brenner 18 können in beliebigen Geometrien (auch mit kleinen Durchmessern beispielsweise für Schweißpunktbereiche) gefertigt werden, und sind somit in der Lage, unterschiedlichste Bereiche an einem Bauteil bzw. einer umgeformten Platine P zu erwärmen. Der Energieübergang ist hierbei sehr effizient, und die Behandlungsdauer kann auf wenige Sekunden beschränkt werden.The burners 18 can be made in any geometry (even with small diameters, for example for welding spot areas), and are thus able to heat a wide variety of areas on a component or a converted board P. The energy transfer is very efficient, and the treatment time can be limited to a few seconds.

Es bestehen deutliche Vorteile gegenüber anderen Erwärmungstechnologien, wie beispielsweise der Induktionserwärmung, die bei dreidimensionaler Geometrien bzw. Platinenformen nicht angewendet werden kann, da beispielsweise Innenradien nicht zielgerecht erwärmt werden können.There are significant advantages over other heating technologies, such as induction heating, which can not be used in three-dimensional geometries or board shapes, since, for example, inner radii can not be heated properly.

Auch gegenüber herkömmlichen lasergestützten Verfahren weist das erfindungsgemäße Verfahren Vorteile auf. Lasergestützte Verfahren sind zwar generell in der Lage, ähnliche Aufgaben zu verrichten, müssen jedoch aufgrund der hohen Energiedichte und der relativ kleinen Brennfläche mit deutlichen höherem Verfahrensaufwand betrieben werden, um beispielsweise größere zusammenhängende Bereiche zu erwärmen, was derartige Verfahren in der Praxis relativ ineffektiv macht.Even compared to conventional laser-based methods, the inventive method has advantages. While laser-assisted methods are generally capable of performing similar tasks, they must operate at significantly higher process cost due to the high energy density and relatively small focal area, for example to heat larger contiguous areas, making such methods relatively ineffective in practice.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich partielle Bereiche einer Platine, insbesondere einer dreidimensional umgeformten Platine, beispielsweise gehärteter Platinen aus UHS-Stahl, nachträglich in sehr variantenreicher und effektiver Weise erwärmen, wobei die Dehnung des Werkstoffes auf einen für eine gezielte Deformation ausreichenden Wert erhöht werden kann.With the method according to the invention can be partial areas of a board, in particular a three-dimensionally formed board, for example, hardened blanks made of UHS steel, subsequently in a very varied rich and effective Heat the method, wherein the elongation of the material can be increased to a value sufficient for a targeted deformation.

Mittels der erfindungsgemäß eingesetzten Brenner können Brennflecke beispielsweise einer Fläche von bis zu 10 bis 20 cm2 zur Verfügung gestellt werden. Als besonders bevorzugt erweisen sich Brenner, mittels der Brennflächen einer Größe von 2 cm × 2 cm oder 4 cm × 2 cm zur Verfügung gestellt werden können.By means of the burners used according to the invention, burn spots, for example, of an area of up to 10 to 20 cm 2 can be made available. Burners which can be provided by means of which burnt surfaces of a size of 2 cm × 2 cm or 4 cm × 2 cm prove to be particularly preferred.

In 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäß einsetzbaren Brennerkopfes dargestellt.In 2 is a preferred embodiment of an inventively usable burner head shown.

Ein erfindungsgemäß einsetzbarer vormischender Brennerkopf ist in 2 mit 22 bezeichnet.An inventively usable premixing burner head is in 2 With 22 designated.

Mit einem erfindungsgemäß verwendeten vormischenden Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner, der über einen Kanal 221 verfügt, über den eine Wasserstoff-Sauerstoff-Mischung dem Brennerkopf 22 zugeführt wird, kann eine sehr harte Brennerflamme erzeugt werden, die eine sehr gute Energieübertragung gewährleistet. Insbesondere sind z. B. mit Ausnehmungen oder komplexeren Konturen ausgebildete Bereiche zuverlässiger mit der nötigen Wärme beaufschlagbar. Die entsprechende Gasmischung strömt hier also bereits als Gemisch aus Brenndüsen 223 aus und wird dort entzündet.With a pre-mixing hydrogen-oxygen burner used according to the invention, via a channel 221 features a hydrogen-oxygen mixture over the burner head 22 is fed, a very hard burner flame can be generated, which ensures a very good energy transfer. In particular, z. B. trained with recesses or more complex contours areas reliably acted upon with the necessary heat. The corresponding gas mixture thus already flows here as a mixture of fuel nozzles 223 and is lit there.

3 zeigt einen Ablaufplan eines Verfahrens 100 gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. In einem ersten Verfahrensschritt 101 werden entsprechende Platinen P aus einem Blech ausgestanzt. Diese werden in einem Verfahrensschritt 102, beispielsweise mittels einer Beladungseinrichtung, in eine erfindungsgemäße Warmumformanlage geladen. Dies kann kontinuierlich erfolgen. In einem Schritt 103 werden die Platinen P in der Anlage vorgewärmt, wozu die zuvor erläuterten Mittel zum Einsatz kommen können. In einem Schritt 104 erfolgt eine Austenitisierung, wie ebenfalls zuvor erläutert. Nach der Austenitisierung werden die Platinen P in einem Schritt 105 durch eine Transfereinrichtung in ein Presswerkzeug transferiert und dort in einem Schritt 106 umgeformt bzw. gepresst und gleichzeitig abgeschreckt. Nach Abschrecken im Presswerkzeug werden die pressgehärteten Platinen, welche in diesem Zustand komplexe dreidimensionale Formen aufweisen können, mittels einer Nacherwärmungseinrichtung, insbesondere einem vormischenden Wasserstoff-Sauerstoff- oder Brenngas-Sauerstoff-Mischer, in der gewünschten Weise partiell erwärmt (Schritt 107), wodurch in den erwärmten Bereichen ein Mischgefüge mit gewünschten Eigenschaften (z. B. verbesserter Dehnungsfähigkeit) bereitgestellt werden kann. 3 shows a flowchart of a method 100 according to a particularly preferred embodiment of the invention in a schematic representation. In a first process step 101 corresponding boards P are punched out of a sheet. These are in one process step 102 For example, by means of a loading device, loaded in a hot-forming plant according to the invention. This can be done continuously. In one step 103 the boards P are preheated in the system, for which purpose the previously explained means can be used. In one step 104 Austenitization is carried out, as also explained above. After austenitizing, the boards P become one step 105 transferred by a transfer device in a pressing tool and there in one step 106 deformed or pressed and quenched at the same time. After quenching in the press tool, the press-hardened blanks, which in this state may have complex three-dimensional shapes, are partially heated in the desired manner in the desired manner by means of a post-heating device, in particular a premixing hydrogen-oxygen or fuel gas-oxygen mixer (step 107 ), whereby a mixed structure with desired properties (eg improved extensibility) can be provided in the heated areas.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (11)

Anlage zum Warmumformen von Platinen (P) mit wenigstens einer Erwärmungseinrichtung (4) und wenigstens einer stromabwärtig der wenigstens einen Erwärmungseinrichtung (4) angeordneten Presseinrichtung (2) zur Umformung der Platinen, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärtig der Presseinrichtung (2) wenigstens eine Nacherwärmungseinrichtung (16) zur wenigstens partiellen Wärmebeaufschlagung der in der Presseinrichtung umgeformten Platinen (P) vorgesehen ist.Plant for hot forming of boards (P) with at least one heating device ( 4 ) and at least one downstream of the at least one heating device ( 4 ) arranged pressing device ( 2 ) for forming the blanks, characterized in that downstream of the pressing device ( 2 ) at least one post-heating device ( 16 ) is provided for at least partial heat application of the formed in the pressing device boards (P). Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nacherwärmungseinrichtung (16) wenigstens einen vormischenden Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner oder einen vormischenden Brenngas-Sauerstoff-Brenner (18) aufweist.Plant according to claim 1, characterized in that the reheating device ( 16 ) at least one premixing hydrogen-oxygen burner or a premixing fuel gas-oxygen burner ( 18 ) having. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nacherwärmungseinrichtung (16) räumlich verschiebbar und/oder orientierbar ausgebildet ist.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the reheating device ( 16 ) is formed spatially displaceable and / or orientable. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Erwärmungseinrichtung (4) als Austenitisierungseinrichtung ausgebildet ist.Plant according to one of the preceding claims, in which the heating device ( 4 ) is designed as Austenitisierungseinrichtung. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, die ferner wenigstens eine Beladeeinrichtung (3) zum Beladen der Anlage mit Platinen und/oder wenigstens eine Transfereinrichtung zum Transferieren der Platinen in die wenigstens eine Presseinrichtung und/oder wenigstens eine Transfereinrichtung zum Transferieren der umgeformten Platinen zu der wenigstens einen Nacherwärmungseinrichtung (16) aufweist.Plant according to one of the preceding claims, further comprising at least one loading device ( 3 ) for loading the system with blanks and / or at least one transfer device for transferring the blanks into the at least one pressing device and / or at least one transfer device for transferring the converted blanks to the at least one postheating device ( 16 ) having. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungseinrichtung (4) wenigstens einen Paternosterofen umfasst.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device ( 4 ) comprises at least one paternoster furnace. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungseinrichtung wenigstens einen vormischenden Wasser-Sauerstoff-Brenner oder einen vormischenden Brenngas-Sauerstoff-Brenner aufweist.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device comprises at least one premixing water-oxygen burner or a premixing fuel gas-oxygen burner. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Presseinrichtung (8) derart ausgebildet ist, dass die Platinen während ihrer Umformung auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und 300°C, insbesondere 150 bis 250°C oder weniger als 200°C abgekühlt werden.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the pressing device ( 8th ) is formed such that the boards during their transformation to a temperature between room temperature and 300 ° C, in particular 150 to 250 ° C or less than 200 ° C are cooled. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nacherwärmungseinrichtung (16) erwärmte Bereiche der umgeformten Platine auf Temperaturen von etwa 650 bis 850°C, insbesondere 700 bis 800°C, insbesondere um 750°C erwärmt werden.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that in the reheating device ( 16 ) heated portions of the formed board to temperatures of about 650 to 850 ° C, in particular 700 to 800 ° C, in particular heated by 750 ° C. Verfahren zum Warmumformen von Platinen, bei denen die Platinen in einer Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche geladen, in einer Erwärmungseinrichtung der Anlage auf eine Austenitisierungstemperatur erwärmt werden, in einer Presseinrichtung umgeformt und hierbei abgekühlt werden, und anschließend in einer Nacherwärmungseinrichtung wenigstens partiell auf eine Temperatur von 650 bis 850°C, insbesondere 700 bis 800°C, insbesondere 750°C, erwärmt werden.Method for hot forming of blanks, in which the blanks are charged in a plant according to one of the preceding claims, heated in a heating device of the plant to an austenitizing temperature, formed in a pressing device and thereby cooled, and then at least partially in a reheating device to a temperature from 650 to 850 ° C, in particular 700 to 800 ° C, in particular 750 ° C, are heated. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass beschichtete Platinen warm umgeformt werden, insbesondere dass mit Aluminiumsilizium oder Zink beschichtete Platinen warm umgeformt werden.A method according to claim 10, characterized in that coated blanks are hot formed, in particular that are coated with aluminum-silicon or zinc-coated blanks warm.
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