DE102013105361A1

DE102013105361A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines geformten Bauteils

Info

Publication number: DE102013105361A1
Application number: DE102013105361.0A
Authority: DE
Inventors: Sascha Sikora; Jörg Gorschlüter
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2014-11-27
Also published as: US20160101456A1; US9498814B2; CN105246612B; CN105246612A; WO2014187852A1; WO2014187852A9

Abstract

Die vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines geformten Bauteils mittels einer Vorrichtung, wobei ein einen Hohlbereich aufweisendes und zumindest teilweise aus einem Stahl-Werkstoff bestehendes Werkstück in ein Werkzeug der Vorrichtung eingebracht wird und wobei mit einem Andockstempel der Vorrichtung unter Druck ein Fluid in den Hohlbereich des in dem Werkzeug befindlichen Werkstücks eingebracht wird und das Werkstück in der Vorrichtung warmumgeformt wird. Die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, welches die wirtschaftliche Herstellung von Bauteilen auch mit komplexer Geometrie erlaubt und gleichzeitig eine zufriedenstellende Härtung der Bauteile ermöglicht, wird dadurch gelöst, dass im Bereich des Andockstempels der Abkühlung des Werkstücks entgegengewirkt wird. Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines geformten Bauteils mittels einer Vorrichtung, wobei ein einen Hohlbereich aufweisendes und zumindest teilweise aus einem Stahl-Werkstoff bestehendes Werkstück in ein Werkzeug der Vorrichtung eingebracht wird und wobei mit einem Andockstempel der Vorrichtung unter Druck ein Fluid in den Hohlbereich des in dem Werkzeug befindlichen Werkstücks eingebracht wird und das Werkstück in der Vorrichtung warmumgeformt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Formen eines einen Hohlbereich aufweisenden und zumindest teilweise aus einem Stahl-Werkstoff bestehenden Werkstücks mit einem Werkzeug zur Aufnahme des Werkstücks und mit mindestens einem Andockstempel zum Einbringen eines Fluids in den Hohlbereich des in dem Werkzeug befindlichen Werkstücks.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Werkstücke aus Stahl wie Rohre oder Platinen bzw. die daraus hergestellten Bauteile wie etwa Profile bei oder nach ihrer Umformung zu Härten. Dabei werden die Werkstücke bzw. Bauteile je nach Stahl-Werkstoff auf eine Temperatur oberhalb der Ac1- bzw. der Ac3-Temperatur gebracht, sodass ein im Wesentlichen austenitisches Gefüge vorliegt, und anschließend abgekühlt oder abgeschreckt. Das sich so einstellende martensitische Gefüge verleiht dem Bauteil dann eine gesteigerte Härte, sodass vergleichsweise stabile Bauteile trotz geringen Gewichts hergestellt werden können.
Insbesondere bei der großtechnischen Herstellung von gehärteten Profilen, vor allem bei Hohlprofilen, wurden in der Vergangenheit lediglich vergleichsweise einfache Geometrien umgesetzt. Komplexere Geometrien können hingegen beispielsweise dadurch erzielt werden, dass die Profile aus mehreren Teilen, etwa Halbschalen, zusammengesetzt werden. Durch die benötigte Verbindung der Teile zu einem Profil können jedoch die Stabilität, das Gewicht und der Herstellungsprozess des Profils negativ beeinflusst werden.
Ein anderer Ansatz, um Bauteile wie etwa Profile mit einer komplexeren Struktur herstellen zu können, wird mit dem sogenannten Heiß-Blasformen verfolgt. Beim Heiß-Blasformen wird ein heißes in der Regel gasförmiges Fluid mit einem Andockstempel unter Druck in einen durch den Andockstempel abgedichteten Hohlbereich eines Werkstücks, etwa in das Innere eines Rohres, eingebracht. Das unter Hochdruck eingebrachte Fluid formt das Werkstück gegen ein äußeres formgebendes Werkzeug (sogenanntes Innenhochdruckumformen oder „high pressure hydroforming”) und/oder das äußere formgebende Werkzeug wird gegen das unter moderatem Druck stehende Werkstück gepresst (sogenanntes „low pressure hydroforming”). Im letzteren Fall dient das eingebrachte Fluid zur Fixierung eines bestimmten Volumens im Hohlbereich des Werkstücks, um das Werkstück sodann von außen mit dem Werkzeug umformen zu können.
Soll das hergestellte Bauteil gehärtet sein, kann das Bauteil in einem separaten Prozessschritt gehärtet werden. Dies stellt allerdings eine vergleichsweise kostenintensive Lösung dar, um gehärtete Profile mit komplexen Geometrien bereitstellen zu können. Daher wurde im Stand der Technik der Ansatz verfolgt, das Heiß-Blasformen und das Härten in einer Vorrichtung zu realisieren.
Hierzu geeignete Verfahren und Vorrichtungen sind beispielsweise aus dem Stand der Technik der DE 698 03 588 T2 bekannt. Es wird vorgeschlagen, ein hohles Stahlwerkstück mit einem erhitzten und unter Druck gesetzten Medium blaszuformen und anschließend in dem Umformwerkzeug abzuschrecken, indem das dominierende erwärmte Medium durch ein unter Druck gesetztes kühles Medium ersetzt wird.
Zwar kann auf diese Weise eine Verbesserung des Herstellungsprozesses von gehärteten Bauteilen mit komplexen Geometrien erreicht werden. Es hat sich allerdings gezeigt, dass die auf diese Weise hergestellten Bauteile aus dem Stand der Technik, insbesondere in ihren Endbereichen, also dort, wo die Fluide in den Hohlbereich des Werkstücks eingebracht werden, keine zufriedenstellende Qualität aufweisen. Insbesondere kann dadurch kein entlang seiner gesamten Länge vollständig durchgehärtetes Profil bereitgestellt werden. Auch ist die Umformbarkeit des Werkstücks in diesen Bereichen nicht zufriedenstellend, sodass es zu einem frühen Materialversagen kommen kann. Aus diesem Grund werden in der Regel die Enden solcher Bauteile oder Profile nach dem Umformen oder Härten entfernt, was jedoch zu einem hohen Materialausschuss oder Schrottanteil führt und somit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigt.
Vor diesem Hintergrund stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welches bzw. welche die wirtschaftliche Herstellung von Bauteilen auch mit komplexer Geometrie erlaubt und gleichzeitig eine zufriedenstellende Härtung der Bauteile ermöglicht.
Die zuvor genannte Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung durch ein gattungsgemäßes Verfahren dadurch gelöst, dass im Bereich des Andockstempels der Abkühlung des Werkstücks entgegengewirkt wird, insbesondere während der Warmumformung. Der Abkühlung kann dabei sowohl durch zusätzliche Mittel als auch durch die Vorrichtung selbst entgegengewirkt werden.
Es hat sich gezeigt, dass das Vorhandensein des Andockstempels bzw. der Vorrichtung im Bereich des Andockstempels selbst für zuvor genannte Nachteile verantwortlich ist, da durch den Kontakt des Andockstempels bzw. der Vorrichtung mit dem Werkstück, um unter Druck das Fluid in den Hohlbereich des Werkstücks einzubringen und das Werkstück umzuformen, ein Teil der Wärme von dem Werkstück im Bereich des Andockstempels über den Andockstempel abgeführt wird. Dadurch kann sich während der Warmumformung die Temperatur des Werkstücks im Bereich des Andockstempels und auch in angrenzenden Werkstückbereichen verringern bzw. bereits keine ausreichend hohe Temperatur erreicht werden. Der gewünschte Temperaturverlauf des Werkstücks bei einem Aufheizen über die Ac1- oder die Ac3-Temperatur, einem anschließenden Warmumformen vorzugsweise bei Temperaturen oberhalb der Ac1- oder Ac3-Temperatur des Stahl-Werkstoffs und einem darauf folgenden raschen Abkühlen wird dadurch beeinträchtigt.
Dadurch, dass nun im Bereich des Andockstempels der Abkühlung von dem Werkstück entgegengewirkt wird, kann der nachteilige Effekt eines unerwünschten Temperaturverlaufs des Werkstücks im Bereich des Andockstempels reduziert oder minimiert werden. Somit kann eine zufriedenstellende Umformbarkeit auch im Bereich des Andockstempels erreicht werden und ein im Wesentlichen vollständig durchgehärtetes Bauteil hergestellt werden, sodass Materialausschüsse im Bereich des Andockstempels reduziert oder sogar vermieden werden können. Gleichzeitig können die Vorteile des Blasformens, das heißt die Herstellung auch von komplexen Geometrien, genutzt werden. Es hat sich zudem gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren ein Nachschieben des Materials des Werkstücks aus den Bereichen der Andockstempel begünstigt und hohe Umformgerade erreichbar sind.
Im Ergebnis kann ein Verfahren bereitgestellt werden, welches die wirtschaftliche Herstellung von Bauteilen auch mit komplexer Geometrie erlaubt und gleichzeitig eine zufriedenstellende Härtung der Bauteile ermöglicht.
Unter einer Entgegenwirkung der Abkühlung des Werkstücks wird insbesondere verstanden, dass der Abkühlung soweit entgegengewirkt wird, dass eine durch Abkühlung hervorgerufene Phasentransformation im Werkstück im Wesentlichen unterbunden werden kann, insbesondere während der Warmumformung des Werkstücks. Die Werkstücktemperatur kann also auch im Bereich des Andockstempels oberhalb der Rekristallisationstemperatur oder der Ac1- oder sogar Ac3-Temperatur des Stahl-Werkstoffs gehalten werden. Erst nach dem Warmumformen, beispielsweise durch Abschrecken, wird das Werkstück wieder unter diese Temperatur gebracht.
Die Werkstücke sind in der Regel Halbzeuge, welche zu einem Bauteil, insbesondere zu einem Profil, umgeformt werden können. Besonders bevorzugt sind die Werkstücke rohrförmige Werkstücke, welche zu einem rohrförmigen Profil umgeformt werden können. Die rohrförmigen Werkstücke können beispielsweise zwei Öffnungen aufweisen, zum Beispiel an jedem Ende eine. In diesem Fall kann ein Andockstempel für jede Öffnung des Werkstücks vorgesehen sein. Es ist jedoch auch denkbar, Werkstücke mit einer oder mehr als zwei Öffnungen zu verwenden. In diesem Fall kann eine entsprechende Zahl von Andockstempeln vorgesehen sein. Die hergestellten Bauteile, insbesondere rohrförmige Profile, eignen sich insbesondere als Karosseriebauteile, etwa als Säulen oder Träger einer Fahrzeugkarosserie. Besonders im Automobilbereich sind die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Vorteile, wie eine hohe Steifigkeit der Bauteile bei geringem Gewicht und wirtschaftlicher Herstellung, erwünscht.
Der Stahl-Werkstoff des Werkstücks kann beispielsweise ein Mangan-Bohr-Stahl sein. Diese Stähle können je nach Legierung durch eine Härtung Zugfestigkeiten von über 1500 MPa bis Mn zu 2000 MPa erreichen.
Für das erfindungsgemäße Verfahren sind darüber hinaus Werkstücke bevorzugt, welche eine Wanddicke zwischen 0,5 und 3,0 mm aufweisen.
Das zum Formen verwendete Fluid weist vorzugsweise eine Temperatur oberhalb er Ac1- oder Ac3-Temperatur des Stahlwerkstoffs des Werkstücks auf. Das Fluid ist vorzugsweise ein Gas, grundsätzlich kann jedoch auch eine Flüssigkeit vorgesehen sein. Durch eine ausreichend hohe Temperatur des Fluids kann einer zu starken Abkühlung des Werkstücks bei der Warmumformung entgegengewirkt werden.
Alternativ kann das Fluid auch untemperiert in das Werkstück, beispielsweise bei Raumtemperatur eingebracht werden. Insbesondere Fluide mit geringer Wärmeleitfähigkeit eignen sich besonders gut, da zumindest für die Zeitdauer der Warmumformung keine zu starke Abkühlung des Werkstücks eintritt.
Das Werkstück kann beispielsweise vor dem Einbringen in das Werkzeug oder auch erst in der Vorrichtung selbst auf eine Temperatur zum Warmumformen gebracht werden, also auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur oberhalb der Ac1- oder Ac3-Temperatur des Stahl-Werkstoffs.
Das Werkzeug umgreift das Werkstück vorzugsweise zumindest teilweise. Beispielsweise ist das Werkzeug als Gesenk ausgebildet. Beispielsweise umfasst das Werkzeug zwei Gesenkhälften, in die das Werkstück eingebracht werden kann. Das Werkzeug ist vorzugsweise ein formgebendes Werkzeug und weist beispielsweise zumindest abschnittsweise eine Negativform des herzustellenden Bauteils auf.
Der Andockstempel weist auf seiner Außenumfangsfläche bevorzugt einen Dichtbereich auf, über welchen der Hohlbereich des Werkstücks gegenüber dem Außenbereich abgedichtet wird. In Abhängigkeit von der Geometrie des umzuformenden Werkstücks können auch zwei oder mehr Andockstempel vorgesehen sein. Der Andockstempel kann die zusätzliche Funktion haben, während der Warmumformung Material des Werkstücks nachzuschieben. Im Falle von mehr als einem Andockstempel kann im Bereich aller oder nur einzelner Andockstempel der Abkühlung des Werkstücks entgegengewirkt werden.
Die Warmumformung in der Vorrichtung kann einerseits dadurch erreicht werden, dass der Druck des in den Hohlbereich des Werkstücks eingebrachten Fluids selbst bereits ausreicht, um eine Umformung des Werkstücks zu erreichen. Hierbei drückt eine im Wesentlichen nach außen gerichtete Umformkraft das Werkstück gegen das Werkzeug. Ein als Gesenk ausgebildetes Werkzeug umschließt das Werkstück hierbei in der Regel vollständig, bevor das Fluid unter Hochdruck in den Hohlbereich des Werkstücks eingebracht wird. Andererseits kann das unter Druck eingebrachte Fluid auch dazu dienen, ein bestimmtes Volumen in dem Hohlbereich des Werkstücks zu fixieren. Die Umformung kann dann beispielsweise durch das Werkzeug der Vorrichtung von außen erfolgen. Ein als Gesenk ausgebildetes Werkzeug schließt sich dabei erst vollständig, nachdem das Fluid unter moderatem Druck eingebracht wurde. Es kann grundsätzlich auch eine Kombination der zuvor genannten Verfahren angewandt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Abkühlung entgegenwirkt, indem das Werkstück in dem Werkzeug im Bereich des Andockstempels zumindest zeitweise erwärmt wird. Hierzu kann die Vorrichtung beispielsweise Mittel zum Erwärmen des Werkstücks im Bereich des Andockstempels aufweisen, beispielsweise im Werkzeug oder im Andockstempel. Es hat sich gezeigt, dass durch ein Erwärmen des Werkstücks im Bereich des Andockstempels, insbesondere während des Warmumformens, trotz einer gleichzeitigen Wärmeabführung über die Vorrichtung, etwa den Andockstempel, einem zu starken oder schnellen Abkühlen des Werkstücks in diesem Bereich ausreichend entgegengewirkt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Abkühlung entgegengewirkt, indem im Bereich des Andockstempels die Wärmeübertragung von dem Werkstück auf die Vorrichtung reduziert wird. Es hat sich gezeigt, dass auch durch eine Reduzierung der Wärmeübertragung von dem Werkstück auf die Vorrichtung einem zu starken oder schnellen Abkühlen des Werkstücks in dem Bereich des Andockstempels entgegengewirkt werden kann. Dass die Wärmeübertragung auf die Vorrichtung reduziert wird, heißt beispielsweise, dass die Wärmeübertragung auf das Werkzeug im Bereich des Andockstempels und/oder auf den Andockstempel selbst reduziert wird,
Gemäß einer nächsten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wärmeübertragung reduziert, indem die Wärmeleitfähigkeit der Vorrichtung im Bereich des Andockstempels reduziert wird. Durch die Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit der Vorrichtung im Bereich des Andockstempels kann trotz einer eventuell bestehenden Temperaturdifferenz zwischen der Vorrichtung im Bereich des Andockstempels und dem Werkstück im Bereich des Andockstempels der Wärmeübertragung entgegenwirkt werden. Hierbei kann beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit des Andockstempels selbst und/oder die Wärmeleitfähigkeit des Werkzeugs im Bereich des Andockstempels reduziert sein. Beispielsweise kann die Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu vom Andockstempel entfernten Bereichen des Werkzeugs reduziert sein. Insbesondere kann dies erreicht werden, indem eine Vorrichtung (beispielsweise das Werkzeug oder der Andockstempel) aufweisend ein Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit im Bereich des Andockstempels verwendet wird. Beispielsweise kann ein Andockstempel im Wesentlichen bestehend aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit und/oder eine Werkzeug mit einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit im Bereich des Andockstempels verwendet werden. Das Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit kann beispielsweise ein Werkzeugstahl mit geringer Wärmeleitfähigkeit sein. Es sind jedoch auch andere Materialien wie beispielsweise Keramik denkbar.
Unter einer reduzierten Wärmeleitfähigkeit bzw. einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit wird insbesondere eine Wärmeleitfähigkeit verstanden, welche geringer ist als die des verwendeten Stahl-Werkstoffs. Beispielsweise ist die Wärmeleitfähigkeit des Materials mit geringer Wärmeleitfähigkeit geringer als 40, vorzugsweise geringer als 30 oder sogar geringer als 20 W/(m·K).
Wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Wärmeübertragung reduziert, indem ein Zusatzstoff zwischen dem Werkstück und der Vorrichtung, insbesondere dem Werkzeug, eingebracht wird, kann eine Reduzierung der Wärmeübertragung ohne wesentliche Modifikationen der Vorrichtung erreicht werden. Beispielsweise kann im Bereich des Andockstempels ein Schmiermittel, ein Zellstoff oder eine Keramik zwischen der Vorrichtung und dem Werkstück vorgesehen sein. Dadurch werden die Wärmeleitfähigkeit und damit die Wärmeübertragung auf die Vorrichtung weiterhin verringert. Wird der Zusatzstoff zwischen dem Werkstück und der Vorrichtung vorgesehen, wird zudem die Dichtung zwischen dem Werkstück und dem Andockstempel nicht beeinträchtigt. Der Zusatzstoff kann beispielsweise mit dem Werkstück in die Vorrichtung eingebracht werden oder bereits auf der Vorrichtung vorgesehen sein.
Der Zusatzstoff weist bevorzugt eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, insbesondere eine geringere Wärmeleitfähigkeit als der verwendete Stahl-Werkstoff des Werkstücks und/oder als das Material der Vorrichtung im Bereich des Andockstempels. Beispielsweise ist die Wärmeleitfähigkeit des Zusatzstoffs geringer als 20, vorzugsweise geringer als 10 oder sogar geringer als 1 W/(m·K).
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wärmeübertragung durch eine Reduzierung der Kontaktfläche zwischen dem Werkstück und der Vorrichtung reduziert, insbesondere durch eine geometrische Modifizierung der Oberfläche des Andockstempels, vorzugsweise durch eine Strukturierung, insbesondere eine oder mehrere Aussparungen. Alternativ oder zusätzlich kann auch das Werkzeug im Bereich des Andockstempels derart geometrisch modifiziert sein. So kann über eine Reduzierung der Kontaktfläche zwischen der Vorrichtung und dem Werkstück die Wärmeleitfähigkeit und damit die Wärmeübertragung von dem Werkstück auf die Vorrichtung verringert werden, sodass im Endeffekt der Abkühlung des Werkstücks im Bereich des Andockstempels entgegengewirkt werden kann. Häufig ist es nicht möglich, zusätzliche Stoffe insbesondere zwischen dem Werkstück und dem Andockstempel zu positionieren, ohne die Dichtungsfunktion des Andockstempels zu beeinträchtigen. Es hat sich jedoch herausgestallt, dass eine Reduzierung der Kontaktfläche, wie durch das Vorsehen von einer oder mehreren Aussparungen auf der Oberfläche des Andockstempels, auch im Dichtbereich des Andockstempels die Wärmeübertragung reduziert werden kann und trotzdem eine ausreichende Abdichtung für das Umformen, wie das Heiß-Blasformen, hergestellt werden kann. Durch eine Modifizierung kann auf besonders einfache Weise der Kontakt zwischen Vorrichtung und Werkstück verringert werden, wobei die in den Aussparungen vorzugsweise vorgesehene Luft als Isoliermedium dienen kann. Unter einer Reduzierung der Kontaktfläche wird beispielsweise verstanden, dass die Kontaktfläche im Vergleich zu einer Kontaktfläche ohne eine geometrische Modifizierung der Oberfläche um mindestens 20%, vorzugsweise um mindestens 40%, besonders bevorzugt um mindestens 60%, reduziert ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wärmeübertragung reduziert, indem die Temperaturdifferenz zwischen der Vorrichtung und dem Werkstück im Bereich des Andockstempels reduziert wird. Dadurch kann trotz möglicherweise hoher Wärmeleitfähigkeiten der verwendeten Materialien die Wärmeübertragung reduziert werden. Eine Einschränkung auf die Verwendung von Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit oder Zusatzstoffen kann so umgangen werden, sodass eine größere Freiheit bei der Gestaltung der Vorrichtung erreicht werden kann. Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich die Wärmeübertragung sowohl durch eine Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit als auch der Temperaturdifferenz zu minimieren.
Unter einer Reduzierung der Temperaturdifferenz wird verstanden, dass zumindest eine positive Temperaturdifferenz zwischen der Vorrichtung und dem Werkstück im Bereich des Andockstempels (wenn also die Temperatur des Werkstücks im Bereich des Andockstempels größer ist als die Temperatur der Vorrichtung im Bereich des Andockstempels) reduziert wird. Eine derartige zu hohe positive Temperaturdifferenz führt nämlich zu einer Reduzierung der Temperatur im Werkstück, sodass ein Nachschieben des Materials während der Umformung bzw. eine Abschreckung von einer ausreichend hohen Werkstückstemperatur und somit Härtung beeinträchtigt wird. Die Temperaturen der Vorrichtung und des Werkstücks im Bereich des Andockstempels sind während der Warmumformung im Optimalfall also im Wesentlichen gleich.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Temperaturdifferenz dadurch reduziert, dass die Vorrichtung, insbesondere der Andockstempel und/oder das Werkzeug, im Bereich des Andockstempels temperiert wird. So kann die Temperaturdifferenz in den maßgeblichen Bereichen besonders einfach und effizient reduziert werden. Derartige temperierte Bereiche können beispielsweise Heizelemente aufweisen. Insbesondere ist durch die Temperierung die Ac1- oder sogar die Ac3-Temperatur des Stahl-Werkstoffs erreichbar. Dadurch kann das Werkstück im Bereich des Andockstempels während der Warmumformung oberhalb der Rekristallisationstemperatur oder oberhalb der Ac1- oder sogar der Ac3-Temperatur gehalten werden. Beispielsweise wird der Andockstempel oder das Werkzeug im Bereich des Andockstempels vor und/oder während der Warmumformung auf eine entsprechende Temperatur aufgeheizt. Die Temperierung kann beispielsweise durch induktive Erwärmung oder durch Heizpatronen erfolgen, um nur einige Beispiele zu nennen.
Wird nach dem Warmumformen des Werkstücks das umgeformte Werkstück in der Vorrichtung, insbesondere mittels eines Kühlmediums, abgeschreckt, kann das Härtegefüge besonders wirtschaftlich eingestellt werden und ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung gehärteter Bauteile bereitgestellt werden. Dies ist möglich, da keine zusätzliche Erwärmung des umgeformten Werkstücks bzw. Bauteils auf oberhalb der Ac1- bzw. Ac3-Temperatur notwendig ist, da der Stahl-Werkstoff auch nach der Umformung in den Bereichen des Andockstempels ausreichend hohe Temperaturen aufweist. Somit ist ein Abschrecken innerhalb der Vorrichtung möglich, welches etwaige zusätzliche Transportschritte und Abschreckvorrichtungen erspart. Die Abschrecktemperatur ist dabei wesentlich von dem verwendeten Stahl-Werkstoff abhängig. Als Kühlmedium kann beispielsweise eine Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser, vorgesehen sein. Es können aber auch andere Kühlmedien vorgesehen sein, etwa gasförmige oder feste. Das Abschrecken des Werkstücks erfolgt bevorzugt bei zurückgefahrenem Andockstempel. Es ist jedoch auch denkbar, das Kühlmedium über den Andockstempel in das umgeformte Werkstück einzubringen.
Es versteht sich, dass die verschiedenen aufgezeigten Möglichkeiten, um einer Abkühlung des Werkstücks im Bereich des Andockstempels entgegenzuwirken, miteinander kombiniert werden können.
Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die eingangs aufgezeigte Aufgabe mit einer gattungsgemäßen Vorrichtung zum Formen eines einen Hohlbereich aufweisenden und zumindest teilweise aus einem Stahl-Werkstoff bestehenden Werkstücks, insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, dadurch gelöst, dass im Bereich des Andockstempels Mittel vorgesehen sind, um der Abkühlung des Werkstücks entgegenzuwirken.
Die Mittel, um der Abkühlung des Werkstücks entgegenzuwirken, können dabei sowohl zusätzliche Mittel sein als auch beispielsweise Teile oder besondere Ausgestaltungen der Vorrichtung selbst sein. Auch können die Mittel durch eine bestimmte Materialwahl oder eine bestimmte geometrische Ausgestaltung realisiert sein.
Somit kann wie in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren bereits ausgeführt, der nachteilige Effekt eines unerwünschten Temperaturverlaufs des Werkstücks im Bereich des Andockstempels, insbesondere während des Warmumformens, reduziert werden. So kann eine zufriedenstellende Umformbarkeit auch im Bereich des Andockstempels erreicht und ein im Wesentlichen vollständig durchgehärtetes Bauteil hergestellt werden, sodass Materialausschüsse im Endbereich der Bauteile reduziert oder sogar vermieden werden können. Gleichzeitig können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft auch komplexe Geometrien hergestellt werden.
Die Mittel, um der Abkühlung des Werkstücks entgegenzuwirken, können insbesondere derart eingerichtet sein, dass während der Warmumformung des Werkstücks eine Phasentransformation im Werkstück durch Abkühlung im Wesentlichen unterbunden werden kann, die Werkstücktemperatur also auch im Bereich des Andockstempels oberhalb der Rekristallisationstemperatur oder der Ac1- oder sogar der Ac3-Temperatur des Stahl-Werkstoffs gehalten werden kann.
Im Ergebnis kann daher eine Vorrichtung bereitgestellt werden, welche die wirtschaftliche Herstellung von Bauteilen auch mit komplexer Geometrie erlaubt und gleichzeitig eine zufriedenstellende Härtung der Bauteile ermöglicht.
Die Vorrichtung kann zudem weitere Mittel zur Durchführung zuvor beschriebener Verfahrensschritte aufweisen. Beispielsweise kann die Vorrichtung Mittel zum Aufwärmen oder Kühlen des Werkstücks aufweisen. Beispielsweise kann die Vorrichtung Heizelemente, etwa Induktionsspulen, oder Mittel zum Einbringen eines Kühlmediums aufweisen.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist als Mittel, um der Abkühlung des Werkstücks entgegenzuwirken, mindestens ein Heizelement zur Erwärmung des Werkstücks im Bereich des Andockstempels vorgesehen. Es hat sich gezeigt, dass durch ein Erwärmen des Werkstücks im Bereich des Andockstempels, insbesondere während des Warmumformens, trotz einer gleichzeitigen Wärmeabführung über die Vorrichtung, etwa den Andockstempel, einem zu starken oder schnellen Abkühlen des Werkstücks in diesem Bereich ausreichend entgegengewirkt werden kann.
Gemäß einer nächsten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind als Mittel, um der Abkühlung des Werkstücks entgegenzuwirken, Mittel zur Reduzierung der Wärmeübertragung von dem Werkstück auf die Vorrichtung vorgesehen. Durch das Vorsehen der Mittel zur Reduzierung der Wärmeübertragung kann erreicht werden, dass weniger Wärme von dem Werkstück im Bereich des Andockstempels über den Andockstempel abgeführt wird, um so einer Abkühlung entgegenzuwirken.
Gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung sind als Mittel zur Reduzierung der Wärmeübertragung Mittel zur Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit der Vorrichtung im Bereich des Andockstempels vorgesehen. Entsprechende Mittel können etwa Zusatzstoffe oder Abstandselemente sein, welche im Bereich des Andockstempels vorgesehen sind und entweder Teile der Vorrichtung selbst sein oder als zusätzliche Elemente ausgebildet sein können. Durch Mittel zur Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit der Vorrichtung im Bereich des Andockstempels kann trotz einer eventuell bestehenden Temperaturdifferenz zwischen der Vorrichtung im Bereich des Andockstempels und dem Werkstück im Bereich des Andockstempels die Wärmeübertragung reduziert werden.
Insbesondere kann die Vorrichtung im Bereich des Andockstempels, insbesondere der Andockstempel und/oder das Werkzeug im Bereich des Andockstempels, als Mittel zur Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit ein Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Mögliche Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit sind beispielsweise ein Werkzeugstahl mit geringer Wärmeleitfähigkeit oder eine Keramik.
Unter einer reduzierten Wärmeleitfähigkeit bzw. einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit wird insbesondere eine Wärmeleitfähigkeit verstanden, welche geringer ist als die des verwendeten Stahl-Werkstoffs. Beispielsweise ist die Wärmeleitfähigkeit des Materials mit geringer Wärmeleitfähigkeit geringer als 40, vorzugsweise geringer als 30 oder sogar geringer als 20 W/(m·K).
Die Wärmeübertragung kann weiterhin vorteilhaft dadurch reduziert werden, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung als Mittel zur Reduzierung der Wärmeübertragung ein Zusatzstoff zwischen dem Werkstück und der Vorrichtung, insbesondere dem Werkzeug, eingebracht ist. Ein solcher Zusatzstoff kann beispielsweise ein Schmiermittel sein, welches auf der Vorrichtung oder dem Werkstück vorgesehen sein kann.
Die Wärmeübertragung kann weiterhin vorteilhaft dadurch reduziert werden, wenn gemäß einer nächsten Ausgestaltung der Vorrichtung als Mittel zur Reduzierung der Wärmeübertragung die Kontaktfläche zwischen dem Werkstück und der Vorrichtung reduziert ist, insbesondere die Oberfläche des Andockstempels geometrisch modifiziert ist und vorzugsweise eine Strukturierung, insbesondere eine oder mehrere Aussparungen aufweist. Die reduzierte Kontaktfläche ist bevorzugt im Dichtbereich des Andockstempels vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann auch das Werkzeug im Bereich des Andockstempels derart geometrisch modifiziert sein.
Sind als Mittel zur Reduzierung der Wärmeübertragung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung Mittel zur Reduzierung der Temperaturdifferenz zwischen der Vorrichtung und dem Werkstück im Bereich des Andockstempels vorgesehen, kann eine Wärmeübertragung unabhängig von der Wärmeleitfähigkeit der in Kontakt stehenden Bereiche der Vorrichtung und dem Werkstück im Bereich des Andockstempels erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung können als Mittel zur Reduzierung der Temperaturdifferenz besonders einfach ein temperierter Andockstempel und/oder ein im Bereich des Andockstempels temperiertes Werkzeug vorgesehen sein. Die Temperierung kann beispielsweise mittels Induktionsspulen oder Heizpatronen erfolgen. Ebenfalls können Fluide verwendet werden, welche den Andockstempel und/oder das Werkzeug im Bereich des Andockstempels erhitzen können.
Schließlich kann die Vorrichtung dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass der Andockstempel verfahrbar ist. Dadurch kann der Andockstempel nicht nur nahezu unabhängig von der Werkstückgeometrie sicher gegen das Werkstück abdichten, sondern auch ein Abkühlen oder Abschrecken des umgeformten Werkstücks erleichtert werden, da bei zurückgefahrenem Andockstempel auf einfache Weise ein Spülen mittels eines Kühlmediums, beispielsweise Wasser, erfolgen kann.
In Bezug auf weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung gemäß der zweiten Lehre der Erfindung wird auf die Ausführungen in Bezug das Verfahren gemäß der ersten Lehre der Erfindung verwiesen.
Im Weitern wird die Erfindung anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
5 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt in einer Schnittansicht einen Teil eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 zum Formen eines Werkstücks 2 zur Herstellung eines geformten Bauteils. Das Werkstück 2 besteht aus einem härtbaren Stahl und ist in diesem Fall ein rohrförmiges Werkstück, welches in ein rohrförmiges Profil umgeformt werden soll. Das Werkstück 2 weist zudem einen Hohlbereich 2a auf. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Werkzeug 4, welches zwei formgebende Gesenkhälften 4a und 4b aufweist, und einen axial verfahrbaren Andockstempel 6. Die Form des herzustellenden Profils wird durch die formgebenden Innenumfangsflächen der Gesenkhälften 4a und 4b bestimmt. Das Werksstück 2 ist bereits in das Werkzeug 4 eingebracht, wobei die Öffnung des Hohlbereichs 2a des Werkstücks 2 durch den Andockstempel 6 dicht verschlossen ist. Hierzu liegt der Andockstempel 6 mit seiner als Dichtbereich ausgestalteten Oberfläche 6a dicht an der Innenumfangsfläche im Endbereich des Werkstücks 2 an. Der Andockstempel 6 ist hierzu an das Werkstück 2 angepasst und ist in diesem Fall im Wesentlichen rotationssymmetrisch und konisch zulaufend ausgebildet. Zum Einbringen eines Fluids in den Hohlbereich 2a zum Formen des Werkstücks weist der Andockstempel 6 eine koaxial angeordnete Fluidzuführung 8 auf.
Die Vorrichtung kann beispielsweise noch einen zweiten oder weitere Andockstempel aufweisen, mit dem eine zweite Öffnung bzw. weitere Öffnungen des rohrförmigen Werkstücks 2 abgedichtet werden (nicht dargestellt). Exemplarisch wird jedoch lediglich ein Andockstempel 6 beschrieben.
Das Werkstück 2 kann beispielsweise bereits vor dem Einbringen in das Werkzeug 4, wie es in 1 dargestellt ist, auf eine Temperatur oberhalb der Ac3-Temperatur gebracht werden. Alternativ kann das Werkstück 2 aber auch erst im Werkzeug 4 erwärmt werden.
Wird nun ein heißes Fluid, beispielsweise oberhalb der Ac1-Temperatur, mittels der Fluidzuführung 8 in den Hohlbereich 2a des in dem Werkzeug 4 fixierten Werkstücks 2 eingebracht, kann das Werkstück 2 in Zusammenwirken mit den formgebenden Gesenkhälften 4a, 4b warmumgeformt werden. Hierbei kann die Umformung durch das unter Hochdruck eingebrachte Fluid oder durch ein Zusammenführen der Gesenkhälften 4a, 4b bei unter moderatem Druck eingebrachten Fluid realisiert werden. Ebenfalls kann eine Kombination dieser Verfahren vorgesehen sein.
Um die Umformung zu unterstützen weist der Andockstempel 6 weiterhin den Vorsprung 6b auf, welcher das Werkstück hintergreift. Hierdurch kann Material des Werkstücks 2 in den Bereich zwischen den Gesenkhälften 4a, 4b nachgeschoben werden, sodass sichergestellt werden kann, dass in Bereichen hoher Umformgrade genug Material zur Verfügung steht.
Wie bereits beschrieben, liegt der Andockstempel 6 jedenfalls während der Umformung mit dem Dichtbereich 6a an der Innenumfangsfläche im Endbereich des Werkstücks 2 an. Dadurch würde bei Vorrichtungen und Verfahren aus dem Stand der Technik jedoch ein nicht zu vernachlässigender Wärmeübertrag von dem erwärmten Werkstück 2 auf den Andockstempel 6 erfolgen und eine Abkühlung des Werkstücks 2 in diesem und angrenzenden Bereichen zur Folge haben.
Um der Abkühlung des Werkstücks 2 im Bereich des Andockstempels 6 entgegenzuwirken, weist die Vorrichtung 1 nun zur Reduzierung der Wärmeübertragung von dem Werkstück 2 auf die Vorrichtung 1 Mittel zur Reduzierung der Temperaturdifferenz zwischen dem Andockstempel 6 der Vorrichtung 1 und dem Werkstück 2 in Form eines über Heizelementen 10 temperierten Andockstempels 6 auf. Die Heizelemente 10 können beispielsweise durch Heizpatronen oder eine aktive Temperierung realisiert sein. Durch die Heizelemente 10 kann der Andockstempel beispielsweise auf eine Temperatur oberhalb der Ac1- oder der Ac3-Temperatur gebracht werden. Dadurch wird eine Phasenumwandlung des Stahl-Werkstoffs während der Warmumformung durch Abkühlung im Bereich des Andockstempels verhindert. Durch ein anschließendes Abkühlen bzw. Abschrecken des umgeformten Werkstücks 2 kann daher eine Härtung insbesondere auch im Bereich des Andockstempels 6 erfolgen, ohne das Werkstück erneut erwärmen zu müssen.
Alternativ kann das Heizelement 10 beispielsweise auch als Induktionsspule ausgebildet sein, sodass primär eine Erwärmung des Werkzeugs 2 im Bereich des Andockstempels 6 erreicht wird. In diesem Fall wird nicht zwangsweise die Temperaturdifferenz zwischen dem Andockstempel 6 und dem Werkstück 2 verringert, aber jedenfalls einer Abkühlung des Werkstücks 2 im Bereich des Andockstempels 6 durch die Erwärmung des Werkstücks 2 im Bereich des Andockstempels 6 entgegengewirkt.
Zum Härten kann der Andockstempel 6 nach dem Warmumformen des Werkstücks 2 zu einem Profil beispielsweise in axialer Richtung entfernt werden, sodass durch das Einbringen eines Kühlmediums das hergestellte Profil gehärtet werden kann.
Somit kann eine verbesserte Umformbarkeit im Bereich des Andockstempels 6 erreicht werden und ein im Wesentlichen vollständig durchgehärtetes Bauteil hergestellt werden, sodass Materialausschüsse aufgrund ungehärteter Werkstückbereiche aus dem Bereich des Andockstempels 6 verringert werden. Gleichzeitig kann die Herstellung von Hohlprofilen mit komplexer Geometrie erreicht werden. Zudem wird ein Nachschieben des Materials des Werkstücks 2 aus dem Bereich des Andockstempels 6 aufgrund der reduzierten Abkühlung des Werkstücks 2 vereinfacht, sodass hohe Umformgerade des Werkstücks 2 erreichbar sind.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1', welche ähnlich zu der Vorrichtung 1 aus 1 ist. Insofern wird im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegangen und gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen werden. Die Vorrichtung 1' aus 2 weist im Unterschied zur Vorrichtung 1 aus 1 keine Mittel zur Reduzierung der Temperaturdifferenz zwischen dem Werkstück 2 und der Vorrichtung 1' auf, sondern weist stattdessen Mittel zur Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit des Andockstempels 6 und des Werkzeugs 4 im Bereich des Andockstempels 6 auf. Die Mittel sind in diesem Fall dadurch vorgesehen, dass sowohl das Werkzeug 4 im Bereich des Andockstempels 6 als auch der Andockstempel 6 selbst ein Material 11 mit geringer Wärmeleitfähigkeit aufweisen. In diesem Fall besteht der Andockstempel 6 aus einem Werkzeugstahl 11 oder einer Keramik mit geringer Wärmeleitfähigkeit und die Gesenke 4a, 4b weisen im Bereich des Andockstempels 6 ebenfalls einen Werkzeugstahl 11 oder eine Keramik mit geringer Wärmeleitfähigkeit auf, wie durch den kreuzschraffierten Bereich gekennzeichnet. Hierdurch kann ebenfalls die Wärmeübertragung von dem Werkstück 2 auf die Vorrichtung 1' reduziert werden und letztendlich einer Abkühlung des Werkstücks 2 im Bereich des Andockstempels 6 entgegengewirkt werden.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1'', welche ähnlich zu der Vorrichtungen aus 1 bzw. 2 ist. Bei der Vorrichtung 1'' aus 3 ist zur Reduzierung der Wärmeübertragung in diesem Fall ein Zusatzstoff 12 im Wesentlichen im gesamten Bereich zwischen dem Werkstück 2 und den Gesenken 4a, 4b der Vorrichtung 1'' vorgesehen. Im Ergebnis kann wiederum die Wärmeübertragung von dem Werkstück 2 auf die Vorrichtung 1'' reduziert werden und letztendlich einer Abkühlung des Werkstücks 2 im Bereich des Andockstempels 6 entgegengewirkt werden.
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1''', welche ähnlich zu den zuvor gezeigten Vorrichtungen aus den 1 bis 3 gestaltet ist. Im Unterschied sind jedoch im Bereich des Andockstempels die Mittel, welche vorgesehen sind, um der Abkühlung des Werkstücks 2 entgegenzuwirken, durch eine Reduzierung der Kontaktfläche zwischen dem Werkstück 2 und der Dichtfläche 6a des Andockstempels 6 realisiert. Dies wird dadurch erreicht, dass die Oberfläche 6a des Andockstempels 6 geometrisch modifiziert ist, indem eine Strukturierung in Form von Aussparungen 14 in die als Dichtbereich ausgestaltete Oberfläche 6a des Andockstempels 6 eingebracht ist. Im Ergebnis kann durch die reduzierte Kontaktfläche wiederum die Wärmeübertragung von dem Werkstück 2 auf die Vorrichtung 1''' reduziert werden und letztendlich einer Abkühlung des Werkstücks 2 im Bereich des Andockstempels 6 entgegengewirkt werden.
5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1'''', welche ähnlich zu den zuvor gezeigten Vorrichtungen aus den 1 bis 4 gestaltet ist. Um der Abkühlung des Werkstücks 2 im Bereich des Andockstempels 6 entgegenzuwirken, weißt die Vorrichtung 1'''' wie die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 zur Reduzierung der Wärmeübertragung von dem Werkstück 2 auf die Vorrichtung 1 Mittel zur Reduzierung der Temperaturdifferenz zwischen der Vorrichtung 1'''' und dem Werkstück 2 auf. In diesem Fall wird allerdings nicht der Andockstempel 6, sondern das Werkzeug 4 durch die Heizelementen 16 temperiert, sodass die Temperaturdifferenz zwischen dem Werkzeug 4 und dem Werkstück 2 reduziert wird. Die Heizelemente 16 können wiederum durch Heizpatronen oder eine aktive Temperierung realisiert sein. Durch die Heizelemente 10 kann der Andockstempel beispielsweise auf eine Temperatur oberhalb der Ac1- oder der Ac3-Temperatur gebracht werden. Dadurch wird eine Phasenumwandlung des Stahl-Werkstoffs während der Warmumformung durch Abkühlung im Bereich des Andockstempels verhindert. Durch ein anschließendes Abkühlen bzw. Abschrecken des umgeformten Werkstücks 2 kann daher eine Härtung insbesondere auch im Bereich des Andockstempels 6 erfolgen, ohne das Werkstück erneut erwärmen zu müssen.
Alternativ kann auch das Heizelement 16 als Induktionsspule ausgebildet sein, sodass primär eine direkt Erwärmung des Werkzeugs 2 im Bereich des Andockstempels 6 erreicht wird. In diesem Fall wird also wiederum nicht zwangsweise die Temperaturdifferenz zwischen dem Werkzeug 4 und dem Werkstücks 2 verringert, aber jedenfalls einer Abkühlung des Werkstücks 2 im Bereich des Andockstempels 6 durch die Erwärmung des Werkstücks 2 im Bereich des Andockstempels 6 entgegengewirkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69803588 T2 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines geformten Bauteils mittels einer Vorrichtung, – wobei ein einen Hohlbereich aufweisendes und zumindest teilweise aus einem Stahl-Werkstoff bestehendes Werkstück in ein Werkzeug der Vorrichtung eingebracht wird und – wobei mit einem Andockstempel der Vorrichtung unter Druck ein Fluid in den Hohlbereich des in dem Werkzeug befindlichen Werkstücks eingebracht wird und das Werkstück in der Vorrichtung warmumgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Andockstempels einer Abkühlung des Werkstücks entgegengewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abkühlung entgegengewirkt wird, indem das Werkstück in dem Werkzeug im Bereich des Andockstempels zumindest zeitweise erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abkühlung entgegengewirkt wird, indem im Bereich des Andockstempels die Wärmeübertragung von dem Werkstück auf die Vorrichtung reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragung reduziert wird, indem die Wärmeleitfähigkeit der Vorrichtung im Bereich des Andockstempels reduziert wird, insbesondere indem eine Vorrichtung aufweisend ein Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit im Bereich des Andockstempels verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragung reduziert wird, indem ein Zusatzstoff zwischen dem Werkstück und der Vorrichtung, insbesondere dem Werkzeug, eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragung durch eine Reduzierung der Kontaktfläche zwischen dem Werkstück und der Vorrichtung reduziert wird, insbesondere durch eine geometrische Modifizierung der Oberfläche des Andockstempels, vorzugsweise durch eine Strukturierung, insbesondere eine oder mehrere Aussparungen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragung reduziert wird, indem die Temperaturdifferenz zwischen der Vorrichtung und dem Werkstück im Bereich des Andockstempels reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdifferenz dadurch reduziert wird, indem die Vorrichtung, insbesondere der Andockstempel und/oder das Werkzeug, im Bereich des Andockstempels temperiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Warmumformen des Werkstücks das umgeformte Werkstück in der Vorrichtung, insbesondere mittels eines Kühlmediums, abgeschreckt wird, insbesondere bei zurückgefahrenem Andockstempel.
Vorrichtung zum Formen eines einen Hohlbereich (2a) aufweisenden und zumindest teilweise aus einem Stahl-Werkstoff bestehenden Werkstücks (2), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, – mit einem Werkzeug (4) zur Aufnahme des Werkstücks (2) und – mit mindestens einem Andockstempel (6) zum Einbringen eines Fluids in den Hohlbereich (2a) des in dem Werkzeug (4) befindlichen Werkstücks (2), dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Andockstempels (6) Mittel (10, 11, 12, 14, 16) vorgesehen sind, um der Abkühlung des Werkstücks (2) entgegenzuwirken.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (10, 11, 12, 14, 16), um der Abkühlung des Werkstücks (2) entgegenzuwirken, mindestens ein Heizelement (10, 16) zur Erwärmung des Werkstücks (2) im Bereich des Andockstempels (6) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (10, 11, 12, 14, 16), um der Abkühlung des Werkstücks (2) entgegenzuwirken, Mittel (10, 11, 12, 14, 16) zur Reduzierung der Wärmeübertragung von dem Werkstück (2) auf die Vorrichtung (1, 1', 1''' , 1'''') vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (10, 11, 12, 14, 16) zur Reduzierung der Wärmeübertragung Mittel (11) zur Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit der Vorrichtung (1, 1', 1''', 1'''') im Bereich des Andockstempels (6) vorgesehen sind, insbesondere ein Material (11) mit geringer Wärmeleitfähigkeit.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (10, 11, 12, 14, 16) zur Reduzierung der Wärmeübertragung ein Zusatzstoff (12) zwischen dem Werkstück (2) und der Vorrichtung (1, 1', 1''', 1'''') insbesondere dem Werkzeug (4), eingebracht ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (10, 11, 12, 14, 16) zur Reduzierung der Wärmeübertragung die Kontaktfläche zwischen dem Werkstück (2) und der Vorrichtung (1, 1', 1''', 1'''') reduziert ist, insbesondere die Oberfläche (6a) des Andockstempels (6) geometrisch modifiziert ist und vorzugsweise eine Strukturierung, insbesondere eine oder mehrere Aussparungen (14) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (10, 11, 12, 14, 16) zur Reduzierung der Wärmeübertragung Mittel (10, 16) zur Reduzierung der Temperaturdifferenz zwischen der Vorrichtung (1, 1', 1''', 1'''') und dem Werkstück (2) im Bereich des Andockstempels (6) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (10, 16) zur Reduzierung der Temperaturdifferenz ein temperierter Andockstempel (6) und/oder ein im Bereich des Andockstempels temperiertes Werkzeug (4) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Andockstempel (6) verfahrbar ist.