DE102013222243A1

DE102013222243A1 - Anlage zum Warmumformen von Bauteilen und Verfahren dazu

Info

Publication number: DE102013222243A1
Application number: DE201310222243
Authority: DE
Inventors: Markus Hirschvogel; Matthew Foley
Original assignee: Magna International Inc
Current assignee: Magna International Inc
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-04-30
Also published as: CN105682817A; CA2928046A1; WO2015061911A1; MX2016005114A

Abstract

Es wird eine Anlage zum Warmumformen von Bauteilen vorgeschlagen, wobei eine Anlage zum Bereitstellen von Platten, einer Ofenanlage zum Erwärmen der Platten auf die Verformtemperatur, sowie einer Presse mit einem Werkzeug, das für die Presshärtetechnologie ausgelegt ist, enthalten ist. Weiterhin wir ein Verfahren zur Warmumformung beansprucht.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anlage zum Warmumformen von Bauteilen bestehend aus einem einer Anlage zum Bereitstellen von Platten, einer Ofenanlage zum Erwärmen der Platten auf die Verformtemperatur, sowie einer Presse mit einem Werkzeug, das für die Presshärtetechnologie ausgelegt ist.
Weiterhin geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Warmumformung.
Stand der Technik
Stahl ist nach wie vor der Werkstoff der ersten Wahl, wenn es um moderne und kostengünstige Fahrzeugkarosserien geht. Werkstoffseitige erfolgt auf die Forderungen der Automobilindustrie nach Leichtbauwerkstoffen eine Entwicklung neuer Stähle, die hohe Festigkeiten mit guter Umformbarkeit kombinieren. Insbesondere sind dies die Mehrphasenstähle, die vor allem in Warmumformverfahren umgeformt werden. Unter Warmumformung versteht man eine Erwärmung der Platine in den Bereich vollständiger Austenitisierung (typischerweise 920°C). Die Platine wird heiß in das Werkzeug eingelegt und beim Verpressen ausreichend schnell abgekühlt. Aus einem relativ weichen, ferritisch-perlitischen Ausgangsgefüge entsteht harter Martensit mit Festigkeiten im Bereich von 1500 MPa. Eingesetzt wird typischerweise ein borlegierter Stahl mit 0,24% Kohlenstoff. Das Umwandlungsverhalten wird über Bor und die Festigkeit über den Kohlenstoffgehalt gesteuert.
Vorteile des Verfahrens sind der niedrige Umformwiderstand und die bessere Umformfähigkeit von Stahl bei dieser Temperatur, die hohen Bauteilfestigkeiten sowie die gute Maßhaltigkeit.
Warmumformung und neue Stahl-Werkstoffe machen Fahrzeugkarosserien leichter.
Infolge des zunehmenden Einsatzes von Warmumformung Technologie in der Automobilindustrie werden auch die Presshärt-Maschinen schneller.
Waren bis vor kurzem Maschinen im Einsatz die 5 Hübe pro Minute erreichen konnten, so sind bereits Maschinen bekannt, die 7 Hübe pro Minute erreichen. Durch die reduzierte Taktzeit erhöht sich die Effizienz der Warmumformungverfahren. Allerdings ist bisher die Erwärmung der zugeführten Platinen über Wärmeöfen der begrenzende Faktor. Da die Platinen auf eine Bearbeitungstemperatur von über 900°C erwärmt werden müssen, werden Wärmeöfen eingesetzt, die als Durchlauföfen kontaktiert sind. Auf 30 m Länge eines solchen Durchlaufofens wird die Platine pro Meter um 30 Grad erwärmt.
Die Durchlaufgeschwindigkeit der Platinen sowie die Länge der Wärmeöfen limitiert die Taktzeit der Warmumformung Anlage. Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Warmumformung Anlage vorzuschlagen, die für höhere Taktzeiten optimiert ausgelegt ist.
Gelöst wird die Aufgabe mit einer Warmumformung Anlage, die aus einer Anlage zum Bereitstellen von Platten, einer Ofenanlage zum Erwärmen der Platten auf die Verformtemperatur, sowie einer Presse mit einem Werkzeug, das für die Presshärtetechnologie ausgelegt ist, besteht, wobei die Platten vor der Ofenanlage in einem Temperierbehälter gelagert sind.
Durch den Einsatz eines Temperierbehälters wird ein Teil des Erwärmungsprozesses bereits vor der Ofenanlage vorweggenommen, was dazu führt, dass die Ofenanlage verkürzt ist und der Durchlaufprozess dadurch an die schnelleren Taktraten der Pressen angepasst werden können.
Es ist dabei von Vorteil, dass die Platten im Temperierbehälter auf eine Temperatur von mindestens 100°C aufgeheizt sind. Dadurch werden schon mehrere Meter der Ofenanlage eingespart, da die Platinen bereits mit einer hohen Anfangstemperatur in den Ofen eingebracht werden.
Es ist von Vorteil, dass der Ofen ein Durchlaufofen ist und direkt mit dem Temperierbehälter in Verbindung steht.
Die direkte Verbindung zwischen Temperierbehälter und dem Durchlaufofen hat den Vorteil, dass die Platinen im Prozess nicht abkühlen.
Es ist weiterhin von Vorteil dass die Anlage so ausgelegt wird das der Durchlaufofen für die Anlage bei einer Zieltemperatur über 900°C um mindestens 5 m verkürzt ist.
Durch die Verkürzung des Durchlaufofens wird Zeit für die Erwärmung der Platinen verkürzt und Sie können der Presse entnommen werden.
Vorteilhafterweise wird der Temperierbehälter mit dem Abgas des Durchlaufofens beheizt.
Durch die Rückführung der Abwärme des Durchlaufofens in den Temperierbehälter erhält man eine energetisch vorteilhafte Lösung. Mein verhindert höhere Leistungen wie man sie ansonsten bei einem verkürzten Ofen benötigen würde um dieselbe Zieltemperatur zu erhalten. Im Gegenteil reduziert man den Einsatz von Energie in dem man die Abwärme den Temperierbehälter einleitet und dort für das Vorwärmen der Platinen benutzt.
Es ist weiterhin von Vorteil dass das Verfahren zur Warmumformung von Bauteilen folgende Schritte umfasst:

• Bereitstellung von Platten,
• Einbringen der Platten in einen Temperierbehälter
• Erwärmen der Platten im Temperierbehälter
• Einbringen der vorgewärmten Platten in einem Durchlaufofen
• Pressen in einem Presshärtwerkzeug.

Vorteilhafterweise ist in dem Verfahren die Länge des Durchlaufofens von der Temperatur des Temperierbehälters abhängig. Je höher die Temperatur im Temperierbehälter ist, umso kürzer kann der Durchlaufofen ausgelegt werden.
Weiterhin ist es von Vorteil, dass die Abwärme des Durchlaufofens zur Erwärmung des Temperierbehälters genutzt wird, um so eine optimale Ausnutzung der Energie zu erhalten und gleichzeitig die Taktraten anzupassen.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Ausführung und der Zeichnung beschrieben.
Die einzige Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung der Anlage zur Warmumformung.
Eine Anlage zur Warmumformung 1 besteht aus einer Temperierbehälter 2, der mit einem Ofen 3 verbunden ist. Der Ofen 3 ist wiederum mit einer Presse 6 verbunden. Der Ofen 3 führt über eine Abgasrückführung 4 Wärme in den Temperierbehälter 2. Im Temperierbehälter sind schematisch Platten 5 dargestellt. Die Platten 5 werden von einer Anlage zum Bereitstellen der Platten, die in der Zeichnung nur schematisch als Pfeil auf der linken Seite dargestellt ist, vorbereitet und zum Temperierbehälter 2 geliefert. Die Platten können dabei einfache Abschnitte von auf Rollen gelieferten Stahlbändern sein oder durch eine Beschneide-Anlage bereits vorbeschnitten vorliegen. Die Platten 5 werden in den Temperierbehälter 2 eingelegt. Im Temperierbehälter 2 ist eine Vorrichtung vorhanden, in der die Platten voneinander beabstandet aufbewahrt werden können, so dass man die Platten einzelnen gut wieder entnehmen kann. Der Temperierbehälter muss so ausgelegt sein, dass die Verweildauer der Platten im Temperierbehälter ausreicht, um sie auf die Vorwärm-Temperatur von über 100°C am vorteilhaftesten auf 180°C vorzuwärmen.
Kann man höhere Temperaturen über die Abgasrückführung erzielen, ist das natürlich vorteilhaft. Nach dem Prinzip ”first in – first out” wird immer die Platte entnommen, die schon am längsten im Temperierbehälter 2 verweilt. Dadurch ist gewährleistet, dass die entnommene Platte bereits auf der Vorwärm-Temperatur ist. Die vorgewärmten Platte 5 wird über eine direkte Verbindung des Temperierbehälters 2 mit dem Ofen 3 in den Ofen eingebracht. Im Ofen 3 durchläuft die Platte die gesamte Ofenlänge zwischen Temperierbehälter 2 und der Presse 6. Am Ende des Ofens 3 wird die Platte 5 entnommen und sofort in das Presswerkzeug 7 der Presse eingelegt.
Die Auslegung des Temperierbehälters für Platten kann anhand eines Beispiels gezeigt werden. Ein beispielhafter Durchlaufofen weist eine Länge von 30 m auf und erzielt eine Zieltemperatur von 920°C. Die nachgeschaltete Presse hat aktuell 5 Hübe pro Minute. Möchte man die Maschine mit 7 Hüben pro Minute betreiben, bedeutet es eine Erhöhung der Taktfrequenz um ca. 20%. Das bedeutet wiederum, dass die Platten aus dem Ofen 20% schneller bei der Presse sein müssen und der Ofen daher etwa 6 m verkürzt werden muss. Mit einer Erwärmungsrate von 30 Grad auf 1 m Ofenlänge bedeutet das dass der Temperierbehälter auf 180° eingestellt werden muss, um eine Ofenlänge von dann ca. 24 m zu bestücken.
Bezugszeichenliste

1: Anlage zur Warmumfomung
2: Temperierbehälter
3: Ofen
4: Abgasrückführung
5: Platte
6: Presse
7: Presswerkzeug

Claims

Anlage zum Warmumformen von Bauteilen bestehend aus einem einer Anlage zum Bereitstellen von Platten (5), einer Ofenanlage (3) zum Erwärmen der Platten auf die Verformtemperatur, sowie einer Presse (6) mit einem Werkzeug (7), das für die Presshärtetechnologie ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (5) vor der Ofenanlage in einem Temperierbehälter (2) gelagert sind.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten im Temperierbehälter (2) auf eine Temperatur von mindestens 100°C aufgeheizt sind.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchlaufofen mit dem Temperierbehältern (2) direkt in Verbindung steht.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlaufofen (3) für die Anlage bei einer Zieltemperatur über 900°C um mindestens 5 m verkürzt ist.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperierbehälter (2) mit dem Abgas der Durchlaufofenanlage beheizt ist.
Verfahren zum Warmumformen von Bauteilen gekennzeichnet durch die Schritte: • Bereitstellung von Platten, • Einbringen der Platten in einen Temperierbehälter • Erwärmen der Platten im Temperierbehälter • Einbringen der vorgewärmten Platten in einem Durchlaufofen • Pressen in einem Presshärtwerkzeug
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die die Länge des Durchlaufofens von der Temperatur des Temperierbehälters abhängt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die die Abwärme des Durchlaufofens zur Erwärmung des Temperierbehälters genutzt wird.