DE102013108044B3

DE102013108044B3 - Kühlkörper mit Abstandhalter

Info

Publication number: DE102013108044B3
Application number: DE102013108044.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Sommer; Tobias Hägele; Reiner Kelsch; Dieter Hartmann
Original assignee: Voestalpine Metal Forming GmbH
Current assignee: Voestalpine Metal Forming GmbH
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2014-11-20
Anticipated expiration: 2033-07-27
Also published as: US20150027601A1; US10294536B2; CN104342540A

Abstract

Verfahren zum Herstellen partiell gehärteter Stahlbauteile, wobei eine Platine aus einem härtbaren Stahlblech einer Temperaturerhöhung unterworfen wird, welche für eine Abschreckhärtung ausreicht und die Platine nach Erreichen einer gewünschten Temperatur und gegebenenfalls einer gewünschten Haltezeit in ein Umformwerkzeug überführt wird, in dem die Platine zu einem Bauteil umgeformt und gleichzeitig abschreckgehärtet wird oder die Platine kalt umgeformt wird und das durch die kalte Umformung erhaltene Bauteil anschließend einer Temperaturerhöhung unterzogen wird, wobei die Temperaturerhöhung so durchgeführt wird, dass eine Temperatur des Bauteils erreicht wird, die für eine Abschreckhärtung notwendig ist und das Bauteil anschließend in ein Werkzeug überführt wird, in dem das erhitzte Bauteil abgekühlt und dadurch abschreckgehärtet wird, wobei während des Erhitzens der Platine oder des Bauteils zum Zwecke der Temperaturerhöhung auf eine zum Härten notwendige Temperatur in Bereichen, die eine geringere Härte und/oder höhere Duktilität besitzen sollen, Kühlkörper mit einem geringen Spalt beabstandet sind, wobei der Kühlkörper bezüglich seiner Ausdehnung und Dicke, seiner Wärmeleitfähigkeit und seiner Wärmekapazität und/oder hinsichtlich seines Emissionsgrades so dimensioniert ist, dass die in dem duktil verbleibenden Bereich auf das Bauteil einwirkende Wärmeenergie durch das Bauteil hindurch in den Kühlkörper fließt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beabstandung des Kühlkörpers vom Bauteil Mikrokonusse (8) oder Noppen (8) verwendet werden, die auf der Fläche des Kühlkörpers verteilt angeordnet sind, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Stahlblech.
In der Dicke und Materialgüte variierende Blechprodukte, vorzugsweise aus Stahlblech, kommen verstärkt im Kraftfahrzeugbau zur Anwendung. Hierdurch kann das Gewicht von Karosseriebauteilen in Anpassung an deren Funktion reduziert werden. Derartige Karosseriebauteile sind beispielsweise A-, B- und C-Säulen, Stossfänger bzw. deren Querträger, Dachrahmen, Seitenaufprallträger, Außenhautteile usw.
In diesem Zusammenhang ist es Stand der Technik, sogenannte Tailored Blanks einzusetzen. Hierbei handelt es sich um Platinen, die aus mehreren Blechteilen mit gleicher oder unterschiedlicher Blechdicke und Materialgüten zusammengeschweißt sind. Auch die Verwendung von sogenannten Patchwork Blanks ist bekannt. Dies sind parallel aufeinander gesetzte Bleche variierender Dicke und Materialgüte.
Bei letzterem Verfahren werden die Bleche aufeinandergelegt und anschließend miteinander gefügt, insbesondere durch Punktschweißen.
Patchwork Blanks haben den Nachteil, dass die Punktschweißverbindungen bei der Umformung hohen Belastungen unterworfen sind und gegebenenfalls auch reißen können. Zudem kann der zwischen den Blechlagen bestehende Spalt zu Korrosionsproblemen führen, zu deren Beherrschung eine aufwändige Abdichtung notwendig ist. Weiterhin ist der Übergang zwischen den einzelnen Dickenbereichen sowohl bei Tailored Blanks als auch bei Patchwork Blanks relativ schroff. Dadurch können im unmittelbaren Übergangsbereich im Belastungsfall unerwünschte Spannungsspitzen auftreten.
Obwohl mit den Tailored und Patchwork Blanks eine deutliche Gewichtsreduzierung erreicht wird, ist der Korrosionsschutz relativ aufwändig.
Aus der DE 10 2009 052 210 B4 ist ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus Stahlblech mit Bereichen unterschiedlicher Duktilität bekannt, wobei aus einer Blechplatine aus einer härtbaren Stahllegierung entweder ein Bauteil durch Tiefziehen erzeugt wird und das tiefgezogene Bauteil anschließend durch eine Wärmebehandlung zumindest teilaustenitisiert wird und anschließend in einem Werkzeug abschreckgehärtet wird oder die Platine durch eine Wärmebehandlung zumindest teilaustenitisiert und in heißem Zustand umgeformt und dabei oder anschließend abschreckgehärtet wird, wobei die Blechplatine eine kathodische Korrosionsschutzbeschichtung auf der Basis von Zink besitzt, wobei in Bereichen einer gewünschten höheren Duktilität des Bauteils zumindest ein weiteres Blech auf der Platine aufgebracht angeordnet ist, so dass die Platine dort während der Wärmebehandlung in einem geringeren Maße aufgeheizt wird, als im übrigen Bereich.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von teilgehärteten Bauteilen aus härtbarem Stahlblech zu schaffen, bei dem die Beschichtung des Stahlblechs nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt wird und ein gleichmäßiger Härte- bzw. Duktilitätsverlauf über den gewünschten Bereich bei größtmöglicher Kühlkörperschonung erzielt wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Herstellen von teilgehärteten Bauteilen aus härtbarem Stahlblech derart zu schaffen, dass die Gefahr der Beschädigungen einerseits der Bauteile und/oder des Kühlkörpers und/oder der Ofenträger durch eine Vereinfachung der Entnahme und Positionierbarkeit der Bauteile minimiert wird.
Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Es ist zudem eine Aufgabe, eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zu schaffen, welche zuverlässig zur Erteilung duktiler Bereiche einsetzbar ist, ohne die Oberfläche des Stahlbauteils zu beeinträchtigen.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß liegt in den Bereichen, die keine oder eine geringere Härte besitzen sollen, während des Aufheizens ein Kühlkörper mit einer geringen Beabstandung, insbesondere einer Beabstandung von 0,1 bis 2,5 mm, insbesondere von 0,5 bis 2 mm zwischen Kühlkörper und Platine, an der Platine an.
Der Kühlkörper ist ein während des Ofenprozesses an der heißen Platine anliegender ”kalter” Körper. Dieser Körper entzieht der Platine durch den schmalen Spalt über Strahlung Energie. Wärmeübertragung im Sinne der Erfindung umfasst Wärmestrahlung bei geringer Beabstandung. Der Körper nimmt also partiell die Energie der Platine auf, die durch den Ofen eingebracht wird. Deshalb wird im Folgenden ein ”kalter” Körper auch als Kühlkörper bezeichnet. Bei der Erfindung findet somit ein Wärmestrom aus dem Ofenraum durch das Blech des Bauteils in den Kühlkörper statt. Eine Isolierung findet nicht statt.
Erfindungsgemäß werden die Bauteile während des Aufheizvorganges partiell nicht bzw. nur kurz über die Austenitstarttemperatur gebracht. Dadurch wandelt sich das Material in diesen Bereichen nicht/nur teilweise in Austenit um und kann sich so während des Pressvorganges (Presshärten) in diesen Bereichen nicht zu Martensit umwandeln. Die Bereiche, die sich aufgrund der vorherigen Wärmebehandlung beim Presshärten nicht in Martensit umwandeln, weisen eine deutlich geringere Festigkeit auf als die Bereiche, die während der Wärmebehandlung über Austenitstarttemperatur gebracht und anschließend in der Presse gehärtet wurden.
Erreicht wird dieses partielle nicht-/teil-Austenitisieren, indem zu Beginn der Wärmebehandlung (bevor das Bauteil in den Ofen kommt) partiell der Kühlkörper an das Bauteil angelegt wird. Der Kühlkörper bildet partiell die Form des Bauteils nach. Beim Transport durch den Ofen erhitzt sich dieser relativ große Kühlkörper bei weitem nicht so stark wie das Bauteil. Dadurch wird dem Bauteil Energie entzogen (Energiefluss erfolgt immer von warm zu kalt). Das Bauteil erhitzt sich deshalb in diesen Bereichen deutlich langsamer und geringer als in den übrigen Bereichen, in denen der Körper nicht anliegt.
Die weichen Bereiche lassen sich gezielt durch den anliegenden Kühlkörper einstellen. Bei gleicher Überdeckungsfläche aber unterschiedlichen Dicken des Kühlkörpers (auch über dessen Ausdehnung) lassen sich unterschiedliche Festigkeiten erzeugen. Es ist dadurch möglich, annähernd jede beliebige Festigkeit zwischen 500 und 1.500 MPa einzustellen und zwar nur durch Variation der Form insbesondere der Dicke des Kühlkörpers bzw. des verwendeten Materials (auch über dessen Ausdehnung), aus dem die Absorptionsmasse angefertigt ist. Der Festigkeitsübergangsbereich zwischen hartem und weichem Material beträgt ca. 20 bis 50 mm, insbesondere 20 bis 30 mm.
Zudem können Luftspalten, insbesondere im Randbereich vorgesehen sein, um den Härteübergang je nach Ausführung noch breiter oder aber noch schmaler zu machen.
Um diesen Prozess sicher zu machen muss gewährleistet sein, dass der Kühlkörper, bevor er erneut in den Ofen kommt, immer eine ausreichend niedrige Temperatur aufweist. Dies kann im Serienprozess auf unterschiedliche Arten während des Rücklaufes der Ofenträger realisiert werden. Beispielsweise kann während des Rücklaufs eine aktive Kühlung der Kühlkörper (z. B. Wasserkühlung) oder eine passive Kühlung (z. B. an Umgebungsluft) vorgesehen werden. Des Weiteren kann die Ausführung und Dimensionierung des Kühlkörpers bzw. der Kühlkörper derart gewählt sein, dass diese aus vielen schmalen „Rippen” besteht, welche während des Rücklaufs entsprechend rascher und effizienter kühlbar sind.
Die erfindungsgemäße partielle nicht-/teil-Austenitisierung ist so lange gewährleistet, bis die Temperatur der auf das Bauteil gerichteten Oberflächen des Kühlkörpers ein gewisses Maß nicht überschreitet. Zur Erweiterung des Prozessfensters und der damit einhergehenden Verringerung des Schrottanteils, z. B. bei Produktionsstörungen, kann der Kühlkörper so ausgeführt sein, dass bereits während des Ofendurchlaufs Wärme aus diesem abgeführt wird, so dass die Temperatur seiner auf das Bauteil gerichteten Oberflächen auch bei langen Ofenverweilzeiten ausreichend niedrig bleibt. Dies kann beispielsweise durch ein Durchspülen des Kühlkörpers mit „kalter” Luft von außerhalb des Ofenraumes erreicht werden.
Ein großer, exakt einstellbarer und homogener Übergangsbereich von Hart zu Weich bewirkt z. B. dass das Bauteil im Crashfall im Übergangsbereich von Hart zu Weich die auftretenden Spannungen homogen absorbieren kann bzw. ”weich” abfedert und somit verhindert, dass das Bauteil partiell zu stark belastet wird und eventuell beim Crash einreißt und zum Bauteilversagen führt.
Ein größerer Übergangsbereich verhindert bei bestimmten Bauteilgeometrien auch, dass das Bauteil im Bereich von im Rohbau eingebrachten Schweißpunkten einreißt.
Ebenso ist es möglich, durch genau definierte duktile Bereiche mit kleinen Übergangsbereichen, z. B. im Bereich von Schweißpunkten exakt und lagegenau auf das Verhalten des Bauteiles beim Crash einzuwirken.
Um das Aufheizen des Kühlkörpers durch die übrige Ofenwandstrahlung zu verringern, können vorteilhafterweise an den dem Bauteil abgewandten Seiten des Kühlkörpers Wärmeabschirmbleche vorgesehen sein. Diese Wärmeabschirmbleche können aus verschiedenen Materialien gefertigt werden, insbesondere aus keramischen oder metallischen Werkstoffen.
Zudem können über entsprechend gewählte Emissionsgrade (Oberflächenzustand, Beschichtung, Anstrich) die Wärmeaufnahme des Kühlkörpers und/oder der Wärmeabschirmbleche durch die Strahlung aus dem Ofenraum gezielt gesteuert werden. Bei dem Kühlkörper kann die Wärmeaufnahme durch die Strahlung der Platine ebenfalls gezielt beeinflusst werden.
Erfindungsgemäß wird der Kühlkörper mit einem geringen Abstand zum Blech gehalten. Es hat sich herausgestellt, dass der geringe Spalt von 0,1 bis 2,0 mm keinerlei verschlechternde Auswirkung auf die Wärmeübertragung, d. h. die Durchleitung der Wärme aus dem Ofen durch die Platine in den Kühlkörper hat.
Bei Verfahren nach dem Stand der Technik ist von Nachteil, dass die dort genannten Körper direkt am Bauteil aufliegen. Es hat sich herausgestellt, dass bei derartigen Verfahren die verzinkte Oberfläche des Stahlblechs in erheblicher Weise in Mitleidenschaft gezogen wird. Insbesondere löst sich das Zink von der Oberfläche des Stahlblechs, so dass ein Korrosionsschutz und insbesondere ein kathodischer Korrosionsschutz nicht mehr gewährleistet ist. Dieses Zink wird des Weiteren nachteiligerweise auf den Kühlkörper übertragen, so dass der Kühlkörper verschmutzt und/oder das Abnehmen des Bauteils vom Kühlkörper nach dem Ofendurchlauf behindert wird.
Des Weiteren hat sich nachteilig gezeigt, dass eine erhöhte Gefahr der Ungleichmäßigkeit von Bauteileigenschaften aufgrund der unkontrollierten Wärmeübertragung zwischen Kühlkörper und Bauteil bzw. Platine, hervorgerufen durch die Überlagerung der erwünschten, gegenüber Abstandsänderungen robusten Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung mit der unerwünschten und unkontrollierten Wärmeübertragung durch Wärmeleitung in den unkontrollierbaren berührenden Bereichen gegeben ist.
Diese unkontrollierbare Berührung tritt vor allem aufgrund von ungleichmäßigen Auffederungseffekten der kaltumgeformten Bauteile (indirekter Prozess) sowie durch Verwindungseffekte von Bauteilen (indirekter Prozess) und Platinen (direkte Warmumformung) bei der Erwärmung auf (”Werfen”, sowie mit zunehmender Ofenverweilzeit ”Erweichen”).
Es hat sich überraschender Weise herausgestellt, dass die erfindungsgemäße Anordnung von wenigen Abstandhaltern, beispielsweise aufgeschweissten, Mikrokonussen oder Noppen auf der Oberfläche der Kühlkörper diese Nachteile vollständig beseitigt, durch eine geringe Auflagefläche nicht wesentlich in die Wärmübertragung eingreift und keinen Materialabtrag verursacht.
Die erfindungsgemäßen Abstandhalter, beispielsweise Mikrokonusse bzw. Noppen stehen etwa 0,1 bis 2,00 mm von der Oberfläche der Absorptionsmasse vor und können sich insbesondere verjüngen ausgehend von ihrer breiten, auf der Absorptionsmasse aufliegenden oder aus dieser gebildeten Basis zur Auflagefläche hin. Die Auflagefläche ist vorzugsweise spitz oder mit einem geringen Radius gerundet, so dass eine sehr kleine Auflagefläche entsteht.
Diese geringe Auflagefläche gewährleistet, dass hierüber kein nennenswerter Wärmeübergang stattfindet, wobei diese Auflagefläche auch dazu führt, dass keinerlei Zinkanhaftungen am Kühlkörper oder Zinkverluste am Formteil zu beobachten sind.
Überraschend ist ferner, dass eine Anordnung von derartigen Mikrokonussen das Bauteil ausreichend stützt und keinerlei Bauteilverzug festzustellen ist.
Erfindungsgemäß ist die Auflagefläche der Abstandhalter an dem Bauteil so gewählt, dass diese maximal 1,5% der Gesamtauflagefläche betrifft.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird anstelle von Abstandhaltern ein Luftkissen eingesetzt. Hierzu sind über die Fläche des Kühlkörpers Luftaustrittselemente vorhanden, welche mit einer Luftzuleitung oder einer sonstigen Gaszuleitung verbunden sind. Die Anordnung Luftaustrittselemente und deren Anzahl richtet sich nach dem Teilegewicht, wobei Anzahl und Verteilung der Luftaustrittselemente einerseits und der Luftdruck (Gasdruck) andererseits so aufeinander abgestimmt sind, dass ein zuverlässiges Abheben des Teiles von dem Kühlkörper gewährleistet ist.
Das verwendete Gas bzw. die verwendete Luft kann hierbei mit einer geringeren Temperatur als der Ofentemperatur in den Kühlkörper eintreten, sollte zumindest den Kühlkörper jedoch nicht aufheizen, damit der Strahlungswärmeabfluss vom Bauteil zum Kühlkörper gewährleistet bleibt.
Vorteilhafterweise wird das Gas sogar zur Kühlung der Kühlkörper verwendet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bei dem der Kühlkörper aus Kühlrippen gebildet ist, kann ein entsprechendes Luftkissen dadurch erzeugt werden, dass zwischen den Rippen Gas unter Druck zur Unterseite des Werkstücks geführt wird. Hierzu können die Kühlrippen beispielsweise in einem Kasten zusammengefasst sein, so dass eine Außenwandung besteht, welche das Abströmen des Gases nach außen zu verhindern. Das unter Druck stehende Gas oder unter Druck stehende Luft kann dann diesem Kasten zugeführt werden.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert, es zeigen dabei:
1 Eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Kühlkörper;
2 Der Kühlkörper nach 1 gesehen aus einem anderen Winkel
3 eine stark schematisierte Schnittansicht auf einen erfindungsgemäßen Kühlkörper;
4 eine schematische Schnittansicht auf eine weitere Ausführungsform des Kühlkörpers mit Luftauslässen zur Erzeugung eines Luftkissens;
5 einen Kühlkörper mit einer Rippenstruktur und einem aufliegenden Bauteil in einer perspektivischen Ansicht;
6 den Kühlkörper nach 5 ohne aufliegendem Bauteil;
7 den Kühlkörper nach 5 mit einem Teil eines aufliegenden Bauteils in einer seitlichen Ansicht;
8 den Kühlkörper nach 6 aus einer weiteren Perspektive.
Ein erfindungsgemäßer Kühlkörper 1 besitzt einen insbesondere metallischen Körper 2 insbesondere aus einer wärmeleitenden metallischen Legierung. Der Kühlkörper 1 besitzt eine Arbeitsfläche 3 welche einem zu erhitzenden Bauteil zugewandt ist. Die Arbeitsfläche besitzt eine Kontur, die im Wesentlichen dem zu erhitzenden Bauteil entspricht, wobei hierin Flächen 4, Zargen 5 und positive Radien 6 sowie negative Radien 7 ausgebildet sind. Insbesondere auf den Flächen 4 sind die erfindungsgemäßen Abstandhalter als Mikrokonusse 8 bzw. Noppen 8 ausgebildet. Die Noppen 8 besitzen ausgehend von einer Fläche 4 eine erste Breite und verjüngen sich einem aufzulegenden Bauteil hin zu einer Auflagefläche 9 auf der das Bauteil aufliegt. Die Mikrokonusse bzw. Noppen 8 können hierbei flach bis hin zu kalottenförmig bis hin zu spitzkegelförmig ausgebildet sein.
Unabhängig von der Form, denkbar sind beispielsweise auch linienartige Ausprägungen, ist es wichtig, dass eine möglichst kleine Auflagefläche der Abstandhalter wie z. B. Mikrokonusse bzw. Noppen zum Bauteil hin besteht, wobei die Höhe der Noppen ausgehend von der ebenen Fläche des Kühlkörpers 0,2 bis 2 mm beträgt.
Die Mikrokonusse bzw. Noppen können aus dem gleichen Material wie der Kühlkörper und insbesondere einstückig mit dem Kühlkörper z. B. durch spanende Bearbeitung ausgebildet sein. Die Mikrokonusse bzw. Noppen können auch sehr einfach durch Auftragsschweissen auf den Kühlkörper aufgebracht werden. Darüber hinaus können im Bereich der Mikrokonusse bzw. Noppen Bohrungen in den Kühlkörper vorhanden sein, wobei die Mikronoppen ausgehend von ihrer breiten Basis einen sich axial wegerstreckende mit der Bohrung korrespondierenden Schaft besitzen (nicht gezeigt), mit dem die Mikrokonusse 8 bzw. Noppen 8 in den Kühlkörper 1 eingesteckt sind.
Derartige Mikrokonusse bzw. Noppen (8) mit einem Schaft (nicht gezeigt) können auch aus von einem dem abweichenden Material insbesondere aus Keramik, anderen Metalllegierungen oder Metallen ausgebildet sein.
Bei einer Ausführungsform des Kühlkörpers 1 mit Rippen 10 ist die entsprechende Arbeitsfläche 3 vorwiegend aus den Oberseiten 11 ausgebildet, wobei hier ebenfalls die Noppen 8 beziehungsweise Mikrokonusse 8 in geeigneter Weise verteilt angeordnet sind, beispielsweise nur auf einem Teil der Oberseiten 11 der Rippen 10. Die Rippen 10 sind mit geeigneten Elementen wie Klammern 12 oder dergleichen aneinander gehalten.
Der Kühlkörper kann auch hohl beziehungsweise kastenartig (3) ausgebildet sein, wobei der Kühlkörper 1 einen Kastengrundkörper 14 und einen aufgesetzten Arbeitsflächenkörper 15 besitzt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Beabstandung des Werkstücks 16 dadurch bewerkstelligt, dass das Werkstück 16 über ein Luftkissen mit einem geringen Spalt 17 von der Arbeitsfläche 3 beabstandet ist. Hierzu sind in der Arbeitsfläche 3 Bohrungen 18 vorhanden, welche bei einer kastenartigen Ausführung des Kühlkörpers 1 in das hohle Kasteninnere 19 reichen. Das hohle Kasteninnere 19 wird hierbei vorzugsweise mit einem unter Druck stehenden Gas beaufschlagt, welches mit einer Strömungsgeschwindigkeit und einem Druck aus den Bohrungen 18 in den Spalt 17 derart ausströmt, dass ein Bauteil 16 die Arbeitsfläche 3 nicht berührt. Das Gas kann hierbei insbesondere temperiert sein und insbesondere mit einer vorbestimmten Temperatur in den Hohlraum 19 eingeführt werden. Nach dem Abnehmen des Bauteils 16 von der Arbeitsfläche 3 und beim Rückführen des Kühlkörpers zu einem Ofeneingang kann die Spülung des Hohlraumes 19 mit einem sehr kalten Gas erfolgen, welches durch die Öffnungen 18 ausströmt und dabei insbesondere eine Kühlung des gesamten Kühlkörpers bewirkt. Vorteilhafterweise kann diese Spülung bzw. daraus resultierende Kühlung auch während des Ofendurchlaufs erfolgen.
Der Hohlraum 19 kann dabei wie aus plattenartigen Elementen (4) 15, 14 ausgebildet sein, der Kühlkörper kann jedoch auch weitestgehend massiv ausgebildet sein mit einer Bohrung (nicht gezeigt), welche durch den Kühlkörper 1 hindurch läuft und von den Verteilerbohrungen zu den Bohrungen 18 führen. Ein solcher Kühlkörper ist deutlich massiver und besitzt demzufolge eine höhere Wärmekapazität.

Claims

Verfahren zum Herstellen partiell gehärteter Stahlbauteile, wobei eine Platine aus einem härtbaren Stahlblech einer Temperaturerhöhung unterworfen wird, welche für eine Abschreckhärtung ausreicht und die Platine nach Erreichen einer gewünschten Temperatur und gegebenenfalls einer gewünschten Haltezeit in ein Umformwerkzeug überführt wird, in dem die Platine zu einem Bauteil umgeformt und gleichzeitig abschreckgehärtet wird oder die Platine kalt umgeformt wird und das durch die kalte Umformung erhaltene Bauteil anschließend einer Temperaturerhöhung unterzogen wird, wobei die Temperaturerhöhung so durchgeführt wird, dass eine Temperatur des Bauteils erreicht wird, die für eine Abschreckhärtung notwendig ist und das Bauteil anschließend in ein Werkzeug überführt wird, in dem das erhitzte Bauteil abgekühlt und dadurch abschreckgehärtet wird, wobei während des Erhitzens der Platine oder des Bauteils zum Zwecke der Temperaturerhöhung auf eine zum Härten notwendige Temperatur in Bereichen, die eine geringere Härte und/oder höhere Duktilität besitzen sollen, eine oder mehrere Kühlkörper mit einem geringen Spalt beabstandet sind, wobei der oder die Kühlkörper bezüglich seiner Ausdehnung und Dicke, seiner Wärmeleitfähigkeit und seiner Wärmekapazität und/oder hinsichtlich seines Emissionsgrades so dimensioniert ist, dass die in dem duktil verbleibenden Bereich auf das Bauteil einwirkende Wärmeenergie durch das Bauteil hindurch in den Kühlkörper übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beabstandung des Kühlkörpers vom Bauteil lokal begrenzte punktförmige oder linienförmige Abstandhalter insbesondere Mikrokonusse (8) oder Noppen (8) verwendet werden, die auf der Fläche des Kühlkörpers (1) verteilt angeordnet sind, oder ein Luftkissen verwendet wird, wobei zur Erzeugung des Luftkissens Luftauslasseinrichtungen über die Fläche des Kühlkörpers verteilt angeordnet sind, wobei ein Abstand von 0,1 mm bis 2,5 mm zwischen Kühlkörper und Bauteil eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlkörper verwendet wird, der aus einem wärmefesten Metall, wie einer Ampco-Legierung, einem Stahl oder dergleichen besteht, wobei der Kühlkörper mit zumindest einer Fläche so konturiert ausgebildet ist, dass er von der Platine oder dem Bauteil mit einem durch die Mikrokonusse (8) bzw. Noppen (8) geringen Spalt, insbesondere ein Spalt mit 0,1 mm bis 2,5 mm, insbesondere 0,5 bis 2 mm Dicke beabstandet ist.
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Kühlkörper zum Herstellen partiell gehärteter Stahlbauteile, wobei auf der Fläche des Kühlkörpers zur Beabstandung des zu erhitzenden Bauteils vom Kühlkörper Mikrokonusse (8) oder Noppen (8) verteilt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokonusse oder Mikronoppen von der jeweiligen Fläche des Kühlkörpers um 0,1 bis 2,5 mm, insbesondere 0,5 bis 2 mm vorstehen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokonusse oder Noppen (8) einstückig mit dem Kühlkörper ausgebildet sind oder mit einem Schaft in korrespondierende Bohrungen des Kühlkörpers eingesteckt sind, wobei die eingesteckten Mikrokonusse (8) oder Noppen (8) aus einem Metall, einer Metalllegierung oder einer Keramik ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die an einem freien Ende der Mikrokonusse (8) oder Noppen gebildete Auflagefläche für ein zu erhitzendes Bauteil so ausgebildet sind, dass weniger als 1,5% der Fläche des Bauteils von den Mikrokonussen (8) bzw. Noppen berührt wird.
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über die Fläche des Kühlkörpers Luftaustrittselemente vorhanden sind, wobei die Luftaustrittselemente mit zumindest einer Luftzuleitung oder einer anderen Gaszuleitung verbunden sind.
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Luftaustrittselemente und deren Anzahl abhängig vom Teilegewicht ist, wobei Anzahl und Verteilung der Luftaustrittselemente einerseits und der Luftdruck andererseits so aufeinander abgestimmt sind, dass ein zuverlässiges Abheben des Bauteils vom Kühlkörpers gewährleistet ist.
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei vorhandenen Kühlrippen das Luftkissen dadurch erzeugt wird, dass zwischen den Rippen Gas unter Druck zur Unterseite des Werkstücks geführt wird, wobei die Rippen in einem Kasten zusammengefasst derart sind, dass Außenwandung gebildet ist, welche das Abströmen des Gases nach außen oder unten verhindert.