DE102013105489B3

DE102013105489B3 - Verfahren zum Warmumformen von dünnen Halbzeugen

Info

Publication number: DE102013105489B3
Application number: DE102013105489.7A
Authority: DE
Inventors: Sascha Sikora; Janko Banik
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2014-07-31
Anticipated expiration: 2033-05-29
Also published as: US10428402B2; CN105246610A; WO2014191264A1; CN105246610B; US20170073791A1; WO2014191264A9

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmumformen von Halbzeugen aus Stahl, bei welchem das Halbzeug auf Umformtemperatur erwärmt wird, zum Umformwerkzeug transportiert wird und im Umformwerkzeug warmumgeformt, gehärtet oder pressgehärtet wird. Die Aufgabe, ein Verfahren zum Warmumformen von Halbzeugen aus Stahl vorzuschlagen, bei welchem auch extrem dünnwandige Platinen ohne Probleme mit Umformtemperatur transportiert werden können und dem Umformwerkzeug einwandfrei zugeführt werden können, ohne den Umformgrad des Halbzeugs zu beschränken, wird dadurch gelöst, dass in das Halbzeug vor dem Warmumformen, Härten oder Presshärten zumindest mindestens eine die Steifigkeit erhöhende Struktur eingebracht wird und die Steifigkeit des Halbzeugs erhöhende Struktur zumindest teilweise oder vollständig im Beschnittbereich des Halbzeugs angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmumformen von Halbzeugen aus Stahl, bei welchem das Halbzeug auf Umformtemperatur erwärmt wird, zum Umformwerkzeug transportiert wird und im Umformwerkzeug warmumgeformt, gehärtet oder pressgehärtet wird.
Durch den Einsatz von härtbaren Stählen können die Wanddicken der verwendeten Bleche zur Bereitstellung spezifischer, gewünschter Festigkeiten weiter reduziert werden, so dass beispielsweise im Kraftfahrzeugbau Gewichtseinsparungsmöglichkeiten eröffnet werden. Bei der Warmumformung werden die Halbzeuge, beispielsweise zugeschnittene Platinen und Bleche, auf Temperaturen oberhalb des AC₁-Temperaturpunktes erwärmt und dem Umformwerkzeug zugeführt. Aufgrund der hohen Umformtemperatur erniedrigt sich allerdings die Eigensteifigkeit der Platine derart, dass insbesondere bei geringen Wanddicken und großflächigen Halbzeugen bzw. Platinen es zu Durchbiegungen kommt, welche zu Problemen beim Transport der Platinen führen können. Insbesondere bei einem automatischen Transport kann dies zu erheblichen Produktionsausfällen führen, wenn diese sich aufgrund von Durchbiegungen beim Transport verklemmen. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen dieses Problems bekannt. So ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 2 457 673 A1 bekannt, eine die Steifigkeit vergrößernde Struktur durch Warmverprägen in die Platine einzubringen. Die daraus resultierenden Wanddickenunterschiede führen jedoch dazu, dass auch Bereiche mit stärker reduzierter Wanddicke erzeugt werden, so dass zusätzliche Probleme in Bezug auf ein ungewolltes Durchbiegen in den mit besonders geringer Wanddicke versehenen Bereichen auftreten. Der Versuch, eine Struktur ohne eine Änderung der Wanddicke in das Blech einzubringen, führt zwar dazu, dass die Problematik in Bezug auf Bereiche mit verringerter Wanddicke gelöst wird. Allerdings erweist sich es insgesamt als nachteilig für den folgenden Warmumformungsprozess, dass die eingebrachten Strukturen während des Warmumformens wieder ausgeformt oder eingeebnet werden müssen. Das Umformverhalten wird dadurch verschlechtert und die möglichen Umformgrade verringert. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 28 200 A1 ist beispielsweise das Einbringen von Sicken, welche in Förderrichtung orientiert sind, bekannt, welche einerseits als Auflage der Platine beim Befördern derselben dienen und andererseits während der Warmumformung mit umgeformt werden. Auch hier sollen die einmal eingebrachten Sicken im Presswerkzeug eingeebnet werden, was insgesamt nachteilig für die folgende Umformung der Platine angesehen wird.
Des Weiteren sind aus den deutschen Offenlegungsschriften DE 10 2007 050 907 A1 und DE 101 20 919 A1 Verfahren zur Herstellung von gehärteten Blechprofilen bekannt, bei denen eine Platine in einem Pressenwerkzeug warm umgeformt und anschließend gehärtet wird, wobei vor dem Warmformen ein begrenzter Bereich vorgeprägt wird, der nach dem Warmformen ausgedrückt werden kann.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Warmumformen von Halbzeugen aus Stahl vorzuschlagen, bei welchem auch extrem dünnwandige Platinen ohne Probleme mit Umformtemperatur transportiert werden können und dem Umformwerkzeug einwandfrei zugeführt werden können, ohne den Umformgrad des Halbzeugs zu beschränken.
Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch ein Verfahren dadurch gelöst, dass in das Halbzeug vor dem Warmumformen oder Presshärten mindestens eine die Steifigkeit erhöhende Struktur eingebracht wird und die die Steifigkeit des Halbzeugs erhöhende Struktur zumindest teilweise oder vollständig im Beschnittbereich des Halbzeugs angeordnet ist.
Dadurch, dass die die Steifigkeit des Halbzeugs erhöhende Struktur zumindest teilweise im Beschnittbereich der Platine angeordnet ist, muss diese Struktur während des Warmumformprozesses nicht mehr vollständig eingeebnet oder ausgeformt werden. Der Umformprozess des Halbzeugs findet daher nahezu ungestört von der die Steifigkeit des Halbzeugs erhöhenden Struktur statt. Allerdings bewirkt diese Struktur, dass das Halbzeug auch mit Umformtemperatur, bei welcher die Eigensteifigkeit des Halbzeugs reduziert ist, ohne Probleme über Transfervorrichtungen beispielsweise von einem Ofen mit Umformtemperatur zum Umformwerkzeug transportiert werden kann. Die Steifigkeit des Halbzeugs reicht bei Anwesenheit der die Steifigkeit erhöhenden Struktur und dünnen Wanddicken aus, dass es nicht zu Durchbiegungen kommt, welche zu Produktionsfehlern oder -ausfällen führen können. Besonders bevorzugt werden die die Steifigkeit des Halbzeugs erhöhenden Strukturen vollständig im Beschnittbereich des Halbzeugs angeordnet, so dass auch kein Teil der genannten Strukturen den Umformprozess beeinflussen kann. Insbesondere bleiben am fertigen, umgeformten und beschnittenen Stahlteil keine Reste der Struktur zurück.
Besonders vorteilhaft ist das Verfahren dann, wenn ein Halbzeug mit einer Wanddicke mit maximal 1,2 mm, maximal 1,0 mm, maximal 0,8 mm oder maximal 0,5 mm umgeformt wird. Es hat sich herausgestellt, dass gerade bei diesen Wanddicken der Transport der auf Umformtemperatur erwärmten Halbzeuge problematisch ist.
Als Steifigkeit erhöhende Strukturen werden gemäß einer nächsten Ausgestaltung des Verfahrens mindestens eine Vertiefungen und/oder mindestens eine Sicke in das Halbzeug eingebracht. Vertiefungen und/oder Sicken sind besonders einfache Maßnahmen, um die Steifigkeit des umzuformenden Halbzeugs zu erhöhen. Vorzugsweise verlaufen die Sicken und die Vertiefungen in Transportrichtung, so dass der Transport beispielsweise über ein Rollensystem mit möglichst geringem Kontakt zwischen Halbzeug und Rollen durchgeführt werden kann.
Eine weitere Maßnahme, die Steifigkeit des Halbzeugs zu erhöhen, wird dadurch erreicht, dass als Steifigkeit erhöhende Strukturen mindestens eine Abkantung einer Kante des Halbzeugs eingebracht wird. Diese beispielsweise außen an den Kanten einer zugeschnittenen Platine vorgesehenen Abkantungen führen, beispielsweise bei einer 90°-Winkel-Abkantung, zu einer besonders starken Erhöhung der Steifigkeit, da die Tiefe der Abkantung die Steifigkeit des Halbzeugs dann bestimmt. Bereits bei geringen Tiefen solcher Abkantungen wird eine enorme Erhöhung der Steifigkeit realisiert.
Wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung als Steifigkeit erhöhende Struktur ein großer Schneidgrat an Schneidkanten des Halbzeugs oder eine Schneidkantenabstellung infolge des Einzugs beim Platinenschnitt eingebracht, kann beim Zuschneiden des Halbzeugs in einem Arbeitsschritt eine die Steifigkeit des Halbzeugs erhöhende Struktur eingebracht werden.
Als weitere, vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens kann als Steifigkeit erhöhende Struktur eine Bördelung des Randes des Halbzeugs in das Halbzeug eingebracht werden. Bördelungen können trotz der hohen Festigkeit der verwendeten Werkstoffe beispielweise auch direkt in das Band vor dem Zuschneiden zu Blechen eingebracht werden, wobei beispielsweise durch Verwendung eines Rollformverfahrens. Dabei kann eine einseitige Bördelung bereits ausreichen, um die Steifigkeit in ausreichendem Maße anzuheben. Vorzugsweise werden aber an zwei gegenüberliegenden Kanten einer zugeschnittenen Platine Bördelungen vorgesehen.
Als weitere Ausgestaltung wird als Steifigkeit erhöhende Struktur eine Aufprägung in das Halbzeug eingebracht, welche, wie bereits zuvor dargestellt, im Wesentlichen im Beschnittbereich des Halbzeugs vorgesehen ist. Die Aufprägung führt aufgrund der größeren Wanddicke in diesen Bereichen zu einer höheren Steifigkeit des Halbzeugs, so dass der Transport des Halbzeugs auch bei hohen Umformtemperaturen und geringen Wanddicken von beispielsweise maximal 1,2 mm problemlos erfolgen kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird unmittelbar nach oder während dem Warmumformen oder Presshärten die die Steifigkeit erhöhende Struktur zumindest teilweise durch einen Beschnitt entfernt. Hierdurch wird gewährleistet, dass unmittelbar nach dem Warmumformen bzw. dem Presshärten ein fertiges Bauteil zur Verfügung gestellt werden kann, ohne dass bei der Warmumformung bzw. beim Presshärten die die Steifigkeit erhöhende Strukturen die Umformgrade einschränken.
Als besonders einfache Halbzeuge werden zugeschnittene, ebene Platinen verwendet. Beispielsweise können, wie bereits erwähnt, beim Zuschneiden der Platine die Steifigkeit erhöhende Strukturen einfach durch einen vergrößerten Schneidgrat oder durch Abstellung infolge des Platinenschnitts in das Halbzeug eingebracht werden.
Schließlich wird mit dem Verfahren gemäß einer weiteren Ausgestaltung das Halbzeug zu einer Fahrzeugkomponente, insbesondere einem Teil einer A-, B- oder C-Säule eines Kraftfahrzeugs umgeformt. Es hat sich herausgestellt, dass gerade bei der Herstellung von Fahrzeugkomponenten zumeist zwei Bedingungen erfüllt werden, die die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders vorteilhaft machen. Einerseits weisen die Fahrzeugkomponenten eine möglichst geringe Wanddicke auf, um ein geringes Gewicht bereitzustellen. Daher finden in der Regel dünne Platinen, beispielsweise aus härtbaren Stählen, Anwendung, deren Wanddicke maximal 1,2 mm, maximal 1,0 mm, maximal 0,8 mm oder maximal 0,5 mm betragen. Andererseits werden beispielsweise bei der Bereitstellung von Blechen für die Karosserie besonders großflächige Blechteile benötigt, so dass die Halbzeug entsprechend große Abmessungen aufweisen und zur Durchbiegung tendieren.
Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt
1 bis 4 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung vier verschiedene Ausführungsbeispiele von Halbzeugen mit einer die Steifigkeit erhöhenden Struktur im Beschnittbereich,
5 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Halbzeugs mit einer die Steifigkeit erhöhenden Struktur sowie
6 in einer Draufsicht aus dem in 5 dargestellten Halbzeug hergestellte Fahrzeugkomponente nach dem Beschnitt.
1 zeigt in einer perspektivischen, schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines Halbzeugs 1 in Form einer Platine, welche auf der linken Seite eine Abkantung 2 und auf der rechten Seite einen großen Schneidgrat 3 zur Erhöhung der Steifigkeit aufweist. Es können aber an beiden Kanten des dargestellten Halbzeugs 1 gleichartige Strukturen zur Steifigkeitsvergrößerung eingebracht werden. Mit der gestrichelten Linie 4 ist der Beschnittbereich der Platine 1 dargestellt. Wie gut zu erkennen ist, bestimmt die Tiefe der Abkantung t bzw. die Tiefe des Schneidgrats 3 die Steifigkeit der Platine 1, da bei einer Durchbiegung senkrecht zur Abkantung bzw. zum Schneidgrat auch der Schneidgrat 3 bzw. die Abkantung 2 gebogen werden muss. Durchbiegungen des Halbzeugs senkrecht zur Abkantung bzw. senkrecht zu dem Schneidgrat werden so einfach verhindert. Denkbar ist beispielweise nicht nur die Anordnung einer Abkantung 2 oder des Schneidgrats 3 in Transportrichtung R, sondern auch senkrecht zu ihr. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist allerdings nicht dargestellt.
Die Schneidlinie 4 gibt den Beschnittbereich der Platine an. Nach dem Umformen wird die die Steifigkeit erhöhende Struktur 2, 3 vollständig aus der umgeformten Platine entfernt. Damit ist es auch nicht notwendig, entsprechende Bereiche oder die gesamte die Steifigkeit erhöhende Struktur beim Warmumformprozess auszuformen oder wieder einzuebnen. Gleiches gilt auch für die in Transportrichtung R verlaufenden Sicken 6 des Halbzeugs 5 aus 2. Wie zu erkennen ist, verlaufen auch hier die Schneidlinien 4 derart, dass die Steifigkeit erhöhenden Strukturen, hier die Sicken 6, vollständig im Beschnittbereich liegen. Es ist allerdings auch denkbar, dass das fertige Bauteil einen entsprechenden Bereich mit einer Sicke 6 aufweist, so dass die die Steifigkeit erhöhenden Strukturen 2, 3, 6 nur teilweise entfernt werden müssen.
Eine ähnliche Maßnahme wie das Einbringen einer Sicke 6, das Einbringen einer Abkantung 2 bzw. eines großen Schneidgrats 3 wird durch eine Aufprägung 8 im Beschnittbereich erreicht, wie es Platine 7 in 3 zeigt. Auch hier markieren die Schneidlinien 4 den Beschnittbereich, woraus deutlich wird, dass die mit größerer Wanddicke vorgesehenen Aufprägungen 8 im Beschnittbereich angeordnet sind und somit nach dem Umformen und Beschneiden nicht mehr Teil des umgeformten Bauteils sind.
Das Gleiche gilt auch für die Bördelung 10, welche in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel am Rand der zugeschnittenen Platine 9 eingebracht worden sind. Wie auch bei den übrigen Ausführungsbeispielen zuvor sind die Schnittlinien 4 mit gestrichelten Linien dargestellt, so dass die Bördelung 10 sich im Beschnittbereich der Platine 9 befinden. Bördelungen 10 können auf einfache Weise beispielsweise durch ein Rollformverfahren in ein Band eingebracht werden.
Das Ausführungsbeispiel aus 5 ist eine Draufsicht auf ein Halbzeug, welches zu einer Fahrzeugkomponente, im vorliegenden Ausführungsbeispiel einem Teil einer B-Säule eines Kraftfahrzeugs, umgeformt werden soll. Das Halbzeug 11 weist mehrere Beschnittbereiche, welche durch die Linien 12, 13, 14 definiert werden, auf. In dem Beschnittbereich sind einerseits Sicken 15 und andererseits ein erhöhter Schneidgrat 16 und 17 vorgesehen. Diese dienen zur Aussteifung der Platine 11, bis sie beim Beschnitt des warmumgeformten, gehärteten oder pressgehärteten Halbzeugs 11 entfernt werden. In 6 ist in einer Draufsicht das umgeformte Halbzeug 11 nach dem Beschnitt dargestellt. Die Platine 11 wurde zu einem Teil einer B-Säule eines Kraftfahrzeugs umgeformt. Dies stellt auch eine typische Anwendung von warmumgeformten Blechen dar, da hier besonders hohe Festigkeiten bei gleichzeitig niedrigen Gewichten gefordert werden. Denkbar ist auch, dass das Halbzeug 11 in Teile einer A-Säule oder einer C-Säule eines Kraftfahrzeugs oder einer anderen Fahrzeugkomponente umgeformt wird und anschließend die die Steifigkeit des Halbzeugs erhöhenden Strukturen zumindest teilweise durch Beschnitt aus dem Halbzeug entfernt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich insbesondere daher besonders großflächige Halbzeuge mit sehr dünnen Wanddicken von maximal 1,2 mm, maximal 1,0 mm, maximal 0,8 mm oder maximal 0,5 mm warmumformen, härten oder Presshärten, ohne dass es zu Prozessproblemen aufgrund von ungewollten Durchbiegungen der auf Umformtemperatur erwärmten Halbzeuge kommt.

Claims

Verfahren zum Warmumformen von Halbzeugen (1, 5, 7, 9, 11) aus Stahl, bei welchem das Halbzeug auf Umformtemperatur erwärmt wird, zum Umformwerkzeug transportiert wird und im Umformwerkzeug warmumgeformt, gehärtet oder pressgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in das Halbzeug (1, 5, 7, 9, 11) vor dem Warmumformen, Härten oder Presshärten zumindest mindestens eine die Steifigkeit erhöhende Struktur (2, 3, 6, 8, 10, 15, 16, 17) eingebracht wird und die Steifigkeit des Halbzeugs erhöhende Struktur (2, 3, 6, 8, 10, 15, 16, 17) zumindest teilweise oder vollständig im Beschnittbereich (12, 13, 14) des Halbzeugs angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbzeug (1, 5, 7, 9, 11) mit einer Wanddicke maximal 1,2 mm, maximal 1,0 mm, maximal 0,8 mm oder maximal 0,5 mm umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Steifigkeit erhöhende Struktur mindestens eine Vertiefung und/oder Sicke (6, 15) in das Halbzeug (1, 5, 7, 9, 11) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Steifigkeit erhöhende Struktur mindestens eine Abkantung (2) einer Kante des Halbzeugs in das Halbzeug (1, 5, 7, 9, 11) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Steifigkeit erhöhende Struktur mindestens ein großer Schneidgrat (3) an einer Schneidkante des Halbzeug (1, 5, 7, 9, 11) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Steifigkeit erhöhende Struktur mindestens eine Bördelung (10) am Rand des Halbzeugs (1, 5, 7, 9, 11) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Steifigkeit erhöhende Struktur eine Aufprägung (8) in das Halbzeug (1, 5, 7, 9, 11) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach oder während dem Warmumformen oder Presshärten die Steifigkeit erhöhende Struktur (2, 3, 6, 8, 10, 15, 16, 17) zumindest teilweise durch einen Beschnitt entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbzeug (1, 5, 7, 9, 11) eine zugeschnittene Platine verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (11) zu einer Fahrzeugkomponente, insbesondere einem Teil einer A-, B-, oder C-Säule eines Kraftfahrzeugs umgeformt wird.