DE102014108901B3 - Method and forming tool for hot forming and corresponding workpiece - Google Patents

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Markus Zörnack
Stephane Graff
Sascha Sikora
Christian Müller
Arndt Marx
Jürgen Petry
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ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp System Engineering GmbH
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp System Engineering GmbH
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    • B21D37/00Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16Heating or cooling

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmumformen eines Werkstücks (1), insbesondere einer Platine, aus Stahlblech, bei welchem das Werkstück (1) vor dem Umformen erhitzt wird, bei welchem dann das erhitzte Werkstück (1) in einem Umformwerkzeug (2), das zwei Werkzeugkomponenten (3, 4) in Form einer Matrize (3) und eines Stempels (4) aufweist, durch Kontakt mit beiden Werkzeugkomponenten (3, 4) warm umgeformt wird, und bei welchem dann das umgeformte Werkstück (1) zumindest abschnittsweise einem das Umformwerkzeug (2) umgebenden Gas direkt ausgesetzt wird und dadurch abgekühlt wird. Zum Erreichen einer möglichst hohen Dauerfestigkeit bei geringem Gewicht sowie reduzierten Fertigungsaufwand schlägt die Erfindung vor, dass nach dem Umformen zumindest ein Werkzeugkomponententeil (4.1) der einen Werkzeugkomponente (4) von der dieser Werkzeugkomponente (4) zugewandten Seite (1a) des umgeformten Werkstücks (1) wegbewegt wird, während die von dieser Werkzeugkomponente (4) abgewandte Seite (1b) des umgeformten Werkstücks (1) weiterhin vollständig in Kontakt mit der jeweils anderen Werkzeugkomponente (3) bleibt. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Umformwerkzeug (2) und ein entsprechendes Werkstück (1).The invention relates to a method for hot working a workpiece (1), in particular a blank made of sheet steel, in which the workpiece (1) is heated prior to forming, in which then the heated workpiece (1) in a forming tool (2) two tool components (3, 4) in the form of a die (3) and a punch (4) is hot formed by contact with both tool components (3, 4), and in which then the formed workpiece (1) at least partially a Forming tool (2) is directly exposed to surrounding gas and thereby cooled. To achieve the highest possible fatigue strength at low weight and reduced production costs, the invention proposes that after forming at least one tool component part (4.1) of a tool component (4) of the said tool component (4) side facing (1a) of the formed workpiece (1 ) is moved away, while the side facing away from this tool component (4) side (1b) of the formed workpiece (1) still remains completely in contact with the respective other tool component (3). Furthermore, the invention relates to a corresponding forming tool (2) and a corresponding workpiece (1).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmumformen und insbesondere partiellen Presshärten eines Werkstücks, insbesondere einer Platine, aus Stahlblech, bei welchem das Werkstück vor dem Umformen erhitzt wird, bei welchem dann das erhitzte Werkstück in einem Umformwerkzeug, das zwei Werkzeugkomponenten in Form einer Matrize und eines Stempels aufweist, durch Kontakt mit beiden Werkzeugkomponenten warm umgeformt wird, und bei welchem dann das umgeformte Werkstück zumindest abschnittsweise einem das Umformwerkzeug umgebenden Gas direkt ausgesetzt wird und dadurch abgekühlt wird. Ein entsprechendes Verfahren ist beispielsweise bekannt aus der DE 10 2011 053 118 B3 .The present invention relates to a method for hot forming and in particular partial press hardening of a workpiece, in particular a board, made of sheet steel, in which the workpiece is heated before forming, in which then the heated workpiece in a forming tool, the two tool components in the form of a die and a stamp, is thermoformed by contact with both tool components hot, and in which then the deformed workpiece is at least partially directly exposed to a surrounding the forming tool gas and thereby cooled. A corresponding method is known, for example from the DE 10 2011 053 118 B3 ,
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Umformwerkzeug zum Warmumformen und insbesondere partiellen Presshärten eines Werkstücks, insbesondere einer Platine, aus Stahlblech, insbesondere zur Durchführung des zuvor definierten Verfahrens, mit zwei Werkzeugkomponenten in Form einer Matrize und eines Stempels, zwischen denen das Werkstück anordenbar ist und die relativ zueinander bewegbar sind, wobei die eine der Werkzeugkomponenten einen relativ zur übrigen Werkzeugkomponente beweglichen Werkzeugkomponententeil aufweist, der im zusammengedrückten Zustand der beiden Werkzeugkomponenten von der jeweils anderen der Werkzeugkomponenten wegbewegbar ist. Ein solches Umformwerkzeug ist ebenfalls aus der DE 10 2011 053 118 B3 bekannt.Furthermore, the invention relates to a forming tool for hot forming and in particular partial press hardening of a workpiece, in particular a board, made of sheet steel, in particular for carrying out the method defined above, with two tool components in the form of a die and a punch, between which the workpiece can be arranged and the relative are mutually movable, wherein the one of the tool components has a relative to the rest of the tool component movable tool component part, which is movable away in the compressed state of the two tool components of the other of the tool components. Such a forming tool is also from the DE 10 2011 053 118 B3 known.
  • Schließlich betrifft die Erfindung ein Werkstück, insbesondere eine Radschüssel für eine Fahrzeugfelge, das/die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt ist.Finally, the invention relates to a workpiece, in particular a wheel rim for a vehicle rim, which / is produced by the method according to the invention.
  • Ein Fahrzeugrad ist ein Sicherheitsbauteil und muss daher hohe mechanische Wechselbeanspruchungen im Betrieb dauerfest aufnehmen können. Konventionelle Stahlräder bestehen aus einer Radschüssel, die die Verbindung zur Radnabe sicherstellt, und einem Felgenband zur Reifenaufnahme, der innenseitig umlaufend mit der Radschüssel verbunden ist. Die Radschüsseln werden heutzutage auf Stufenpressen mit bis zu elf Stufen gefertigt. Dabei kommen fast ausschließlich mikrolegierte und Dualphasen-Stähle mit einer Festigkeit von 400 bis 600 MPa zum Einsatz. Neben der Dauerfestigkeit der Stahlräder spielt das Gewicht eine wesentliche Rolle, welches sich auf die Materialkosten, ungefederte Massen, rotatorisch bewegte Massen und den Kraftstoffverbrauch auswirkt.A vehicle wheel is a safety component and must therefore be able to withstand high mechanical alternating stresses during operation. Conventional steel wheels consist of a wheel disc, which ensures the connection to the wheel hub, and a rim tape for tire receiving, which is circumferentially connected to the wheel rim. The wheeled dishes are nowadays manufactured on step presses with up to eleven steps. Almost exclusively microalloyed and dual-phase steels with a strength of 400 to 600 MPa are used. In addition to the fatigue strength of the steel wheels, the weight plays an essential role, which affects the material costs, unsprung masses, rotationally moving masses and fuel consumption.
  • Das zuvor gesagte trifft selbstverständlich auch auf eine Vielzahl weiterer Bauteile zu, insbesondere zyklisch beanspruchter Bauteile, vorzugsweise im Chassis-Bereich. Die vorliegende Erfindung betrifft daher die Herstellung jeglicher Bauteile. Die Herstellung einer Radschüssel wird im Folgenden daher nur beispielhaft genannt.Of course, the foregoing also applies to a large number of other components, in particular cyclically stressed components, preferably in the chassis area. The present invention therefore relates to the manufacture of any components. The production of a wheel dish is therefore only mentioned as an example in the following.
  • Um heutzutage weitere Gewichtsvorteile bei der Radschüssel zu erreichen, muss Material mit höherer Streckgrenze und Schwingfestigkeit zur Sicherstellung einer ausreichenden Dauerfestigkeit der Räder eingesetzt werden und zum anderen durch Geometrieanpassungen, zum Beispiel stärkere Verprägungen, der Steifigkeitsverlust bei geringerer Blechdicke kompensiert werden. Mit ansteigender Festigkeit der Stahlwerkstoffe (Kohlenstoffstahl) nimmt aber in der Regel die Umformbarkeit ab, welche schon bei heutigen Radschüsseln annähernd ausgereizt ist. Daher scheint das weitere Leichtbaupotential kaltgeformter Lösungen begrenzt zu sein.In order to achieve further weight advantages in the wheel disc nowadays, material with higher yield strength and fatigue strength must be used to ensure a sufficient fatigue strength of the wheels and on the other compensated by geometry adjustments, for example stronger embossing, the loss of stiffness at a lower sheet thickness. With increasing strength of the steel materials (carbon steel) but usually decreases the formability, which is almost exhausted in today's wheeled dishes. Therefore, the further lightweight potential of cold-formed solutions seems to be limited.
  • Neben dem sogenannten Kaltumformen wird unter anderem auch das sogenannte Warmumformen im Fahrzeug-/Karosseriebau angewandt. Durch den Einsatz der Warmumformung kann die Anforderung nach einer hohen Umformbarkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeit der resultierenden Bauteile erfüllt werden. Umformverfahren, die unter Einbeziehung einer vorangehenden Wärmebehandlung des Werkstücks, beispielsweise in einem separaten Ofen, vonstatten gehen, sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Insbesondere ist hier das Warmumformen und Presshärten bekannt.In addition to the so-called cold forming, among other things, the so-called hot forming is used in vehicle / body construction. Through the use of hot forming, the requirement for a high formability with high strength of the resulting components can be met. Forming processes which involve involving a prior heat treatment of the workpiece, for example in a separate oven, are well known in the art. In particular, the hot forming and press hardening is known here.
  • Bei dem eingangs erwähnten Beispiel der Herstellung einer Radschüssel, aber wie gesagt auch bei vielen anderen, insbesondere zyklisch beanspruchten Bauteilen, ist eine vollständige Presshärtung nicht zielführend, da in einigen Bereichen des Werkstücks zusätzlich zur hohen Festigkeit auch eine ausreichende Zähigkeit im Material notwendig ist, also die Eigenschaft eines Werkstoffs, sich unter Belastung plastisch zu verformen, bevor er versagt, um die örtlich hohen Spannungen zum Beispiel durch Vorspannung der Radbolzen oder Anlage an der Radnabe betriebsfest übertragen zu können. Es ist daher wünschenswert, wenn die Radschüssel belastungsgerecht ausgelegt ist und daher in den betreffenden Bereichen (Zonen) spezifische Eigenschaften bzw. im Bauteil ein unterschiedliches Gefüge besitzt. Um dies zu erreichen, gibt es im Stand der Technik Verfahren zum sogenannten partiellen Presshärten, bei dem beim Härten nicht das gesamte Gefüge in Martensit umgewandelt wird. Bekannte Verfahren werden im Folgenden kurz beschrieben.In the above-mentioned example of the production of a wheel, but as I said in many other cyclic components in particular, a complete press-hardening is not effective, since in some areas of the workpiece in addition to high strength and a sufficient toughness in the material is necessary, ie the property of a material to deform plastically under load before it fails to transfer the high local stresses, for example by biasing the wheel bolts or system on the hub operatively. It is therefore desirable if the wheel disc is designed to be load-bearing and therefore has specific properties in the relevant areas (zones) or a different microstructure in the component. In order to achieve this, there are processes in the prior art for so-called partial press hardening in which the entire structure is not converted into martensite during curing. Known methods will be briefly described below.
  • Das Warmumformen von Platinen (plattenförmigen Werkstücken) aus höher- und höchstfesten Stählen zur Herstellung pressgehärteter Bauteile erfolgt beispielsweise dadurch, dass das Werkstück auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur gebracht wird und das unmittelbar anschließende Umformen in einem Umformwerkzeug durchgeführt wird, das in mindestens einem Bereich mit einer Heizeinrichtung zur lokalen Einstellung eines weicheren Gefüges ausgestattet ist.The hot forming of plates (plate-shaped workpieces) of higher and highest strength steels for the production of press-hardened components takes place, for example, in that the workpiece is brought to a temperature above the austenitizing temperature and directly subsequent forming is carried out in a forming tool, which is equipped in at least one area with a heater for local adjustment of a softer microstructure.
  • Das lokale Einstellen eines weicheren Gefüges wird partielles Presshärten genannt. Dem partiellen Presshärten liegt das Prinzip zugrunde, dass das zuvor auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erhitzte Werkstück im Umformwerkzeug mit Ausnahme eines oder mehrerer einzelner Bereiche stark abgekühlt wird, insbesondere unter Verwendung einer Kühleinrichtung in Form von Kühlkanälen in der Matrize und dem Stempel des Umformwerkzeugs. Durch das schnelle Abkühlen wird das Gefüge an diesen Stellen vollständig in Martensit umgewandelt und dadurch vollständig pressgehärtet. In den übrigen Bereichen des Werkstücks wird durch die Heizeinrichtung ein deutlich langsameres Abkühlen des Gefüges ermöglicht, wodurch das Gefüge in diesen Bereichen nicht vollständig in Martensit umgewandelt wird, also nicht vollständig pressgehärtet wird. Ein entsprechendes Verfahren zum Warmumformen und ein entsprechendes Umformwerkzeug ist beispielsweise aus der DE 10 2006 019 395 A1 bekannt.The local setting of a softer microstructure is called partial press hardening. Partial press-hardening is based on the principle that the workpiece previously heated to a temperature above the austenitizing temperature is strongly cooled in the forming tool with the exception of one or more individual regions, in particular using a cooling device in the form of cooling channels in the die and the punch of the forming tool. Due to the rapid cooling, the microstructure at these points is completely converted into martensite and thus fully press-hardened. In the other areas of the workpiece, the heater allows a much slower cooling of the microstructure, whereby the microstructure in these areas is not completely converted into martensite, that is not completely press-hardened. A corresponding method for hot forming and a corresponding forming tool is for example from DE 10 2006 019 395 A1 known.
  • Nachteilig ist allerdings bei dem vorangehend beschriebenen Stand der Technik, dass mindestens eine Heizeinrichtung vorgesehen werden muss, welche Betriebskosten verursacht und durch die permanente Wärmebeaufschlagung die Standzeit der Werkzeugkomponenten (Stempel und Matrize) negativ beeinflussen kann.A disadvantage, however, in the prior art described above, that at least one heating device must be provided, which causes operating costs and can negatively influence the life of the tool components (punch and die) by the permanent application of heat.
  • Eine Kühleinrichtung in Form von Kühlkanälen in der Matrize und dem Stempel eines Umformwerkzeugs ist beispielsweise bekannt aus der DE 10 2011 108 912 A1 .A cooling device in the form of cooling channels in the die and the punch of a forming tool is known, for example from the DE 10 2011 108 912 A1 ,
  • Aus der DE 10 2010 027 554 A1 ist ferner ein Verfahren und ein entsprechendes Umformwerkzeug zum partiellen Presshärten eines Werkstücks bekannt, dem das Prinzip zugrunde liegt, nach dem Zusammendrücken von Stempel und Matrize unmittelbar einen beweglichen Stempelteil und einen gegenüberliegenden Matrizenteil wieder auseinander zu bewegen, damit für den Abkühlvorgang ein entsprechender Bereich des umgeformten Werkstücks nicht mit den Werkzeugkomponenten (Matrize, Stempel) in Kontakt ist, sondern der Umgebungsluft ausgesetzt ist. Auf diese Weise wird an dieser Stelle das umgeformte Werkstück beidseitig langsam über die Luft abgekühlt, wohingegen die benachbarten Abschnitte, die weiterhin mit den sich im zusammengedrückten Zustand befindenden Werkzeugkomponenten in Kontakt sind, über eine Kühleinrichtung in Form von Kühlkanälen in Matrize und Stempel schnell abgekühlt werden. Die schnelle Abkühlung führt auch hier zu einer vollständigen Umwandlung des Gefüges in Martensit. Die langsam abgekühlten Bereiche des Werkstücks werden auch hier nicht vollständig in Martensit umgewandelt.From the DE 10 2010 027 554 A1 Further, a method and a corresponding forming tool for partial press-hardening of a workpiece is known, which is based on the principle after compression of the punch and die directly apart a movable die part and an opposite die part apart, so that for the cooling process, a corresponding region of the formed Workpiece is not in contact with the tool components (die, punch), but is exposed to the ambient air. In this way, at this point, the formed workpiece is slowly cooled on both sides slowly over the air, whereas the adjacent portions, which are still in contact with the tool components in the compressed state, are rapidly cooled by means of cooling means in the form of cooling channels in the die and die , The rapid cooling also leads here to a complete transformation of the microstructure into martensite. The slowly cooled areas of the workpiece are not fully converted into martensite.
  • Ein Nachteil dieses Standes der Technik ist allerdings, dass das Umformwerkzeug relativ komplex aufgebaut ist, da dieses aus vielen beweglichen Teilen besteht, die zusätzlich auch Kühlkanäle aufweisen.A disadvantage of this prior art, however, is that the forming tool is constructed relatively complex, since this consists of many moving parts, which also have cooling channels.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie ein Umformwerkzeug zum Warmumformen eines Werkstücks anzugeben, mit welchem eine hohe Dauerfestigkeit bei geringem Gewicht sowie ein reduzierter Fertigungsaufwand erreicht wird.It is an object of the present invention to provide a method and a forming tool for hot working a workpiece, with which a high fatigue strength at low weight and a reduced production cost is achieved.
  • Die Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Warmumformen und partiellen Presshärten eines Werkstücks, insbesondere einer Platine, aus Stahlblech, bei welchem das Werkstück vor dem Umformen erhitzt wird (bis der autenitische Zustand erreicht wird), bei welchem dann das erhitzte Werkstück in einem Umformwerkzeug, das zwei Werkzeugkomponenten in Form einer Matrize und eines Stempels aufweist, durch Kontakt mit beiden Werkzeugkomponenten warm umgeformt wird, und bei welchem dann das umgeformte Werkstück zumindest abschnittsweise einem das Umformwerkzeug umgebenden Gas, insbesondere Luft, vorzugsweise Umgebungsluft, direkt ausgesetzt wird und dadurch abgekühlt wird, dadurch gelöst, dass nach dem Umformen zumindest ein Werkzeugkomponententeil der einen Werkzeugkomponente, welcher ringförmig um eine Mittelachse ausgebildet ist, die parallel zur Bewegungsrichtung der Werkzeugkomponente mit dem beweglichen Werkzeugkomponententeil verläuft, von der dieser Werkzeugkomponente zugewandten Seite des umgeformten Werkstücks wegbewegt wird, während die von dieser Werkzeugkomponente abgewandte Seite des umgeformten Werkstücks weiterhin vollständig in Kontakt mit der jeweils anderen Werkzeugkomponente bleibt.The object is achieved in a method for hot forming and partial press hardening of a workpiece, in particular a blank, of sheet steel, in which the workpiece is heated prior to forming (until the autenitic state is reached), in which then the heated workpiece in a forming tool, the has two tool components in the form of a die and a punch, is hot formed by contact with both tool components, and in which then the formed workpiece at least partially a surrounding the forming tool gas, in particular air, preferably ambient air, is directly exposed and thereby cooled, characterized solved that after forming at least one tool component part of a tool component which is annularly formed about a central axis which is parallel to the direction of movement of the tool component with the movable tool component part, of the said tool component facing Sei te of the formed workpiece is moved away, while the side facing away from this tool component of the formed workpiece remains fully in contact with the other tool component.
  • „Zumindest ein Werkzeugkomponententeil” bedeutet, dass zum einen ein oder mehrere Werkzeugkomponententeile der einen Werkzeugkomponente, beispielsweise des Stempels, von dem umgeformten Werkstück wegbewegt wird/werden, während der oder die übrigen Teile (Werkzeugkomponententeile) dieser Werkzeugkomponente nicht wegbewegt werden, also in Kontakt mit dem umgeformten Werkstück bleiben. Zum anderen ist aber auch der Fall umfasst, dass die gesamte Werkzeugkomponente, beispielsweise der gesamte Stempel, von dem umgeformten Werkstück wegbewegt wird. In beiden Fällen bleibt aber die jeweils andere Werkzeugkomponente, beispielsweise die Matrize, in Kontakt mit dem umgeformten Werkstück, und zwar in vollständigem Kontakt, das heißt das gesamte Werkstück ist zum Abkühlen auf einer Seite vollständig mit der jeweils anderen Werkzeugkomponente, beispielsweise der Matrize, in Kontakt."At least one tool component part" means that, on the one hand, one or more tool component parts of one tool component, for example of the punch, is moved away from the formed workpiece while the other part (tool component parts) of that tool component are not moved away, ie in contact with remain the reshaped workpiece. On the other hand, however, it also includes the case that the entire tool component, for example the entire punch, is moved away from the formed workpiece. In both cases, however, the respective other tool component, for example the die, remains in contact with the formed workpiece, namely in complete contact, that is, the entire workpiece for cooling on one side completely in contact with the other tool component, such as the die.
  • Auf die erfindungsgemäße Weise kann mit einem reduzierten Fertigungsaufwand ein Warmumformen und teilweises (aber nicht vollständiges) Presshärten erfolgen, wodurch bei dem Werkstück zonenspezifische Gefüge-Eigenschaften geschaffen werden, welche eine hohe Dauerfestigkeit bei geringem Gewicht bewirken. Erfindungsgemäß erfolgt bei dem gesamten Werkstück zumindest eine einseitige Werkzeugabkühlung, wobei in Abschnitten auch eine beidseitige Werkzeugabkühlung denkbar ist. Bei einer ausschließlich einseitigen Werkzeugabkühlung erfolgt global, das heißt über das gesamte Werkstück, keine vollständige Presshärtung bzw. vollständige Martensit-Bildung. Bei einer nur abschnittsweise einseitigen Werkzeugabkühlung erfolgt lokal in diesem Abschnitt bzw. in diesem Bereich keine vollständige Presshärtung bzw. vollständige Martensit-Bildung.In the manner according to the invention, hot working and partial (but not complete) press hardening can take place with a reduced manufacturing outlay, as a result of which zone-specific microstructural properties are created in the workpiece which bring about high fatigue strength and low weight. According to the invention, at least one unilateral tool cooling takes place in the entire workpiece, wherein in sections a double-sided tool cooling is also conceivable. In the case of a one-sided mold cooling only, global full-hardening or complete martensite formation, ie over the entire workpiece, does not take place. In the case of only one-sided tool cooling, there is no complete press hardening or complete martensite formation locally in this section or in this area.
  • Um mit einfachen Mitteln ein abschnittsweises (partielles) Presshärten des Werkstücks zu ermöglichen, schlägt die Erfindung in einer Ausgestaltung vor, dass das Umformwerkzeug eine Kühleinrichtung aufweist und beim Abkühlen des umgeformten Werkstücks mindestens ein erster Abschnitt des umgeformten Werkstücks in Kontakt mit beiden Werkzeugkomponenten verbleibt und mittels der Kühleinrichtung abgekühlt wird und gleichzeitig mindestens ein zweiter Abschnitt des umgeformten Werkstücks dem das Umformwerkzeug umgebenden Gas direkt ausgesetzt wird und dadurch langsamer als der mindestens eine erste Abschnitt abgekühlt wird. Langsamer bedeutet, dass der Wärmeübergang zwischen dem umgeformten Werkstück und dem umgebenden Gas, beispielsweise der Umgebungsluft, geringer als der Wärmeübergang bei Kontakt mit der oder den gekühlten Werkzeugkomponenten ist. Insbesondere ist für die abschnittsweise unterschiedliche Abkühlung vorgesehen, dass der bewegliche Werkzeugkomponententeil der einen Werkzeugkomponente von der dieser Werkzeugkomponente zugewandten Seite des mindestens einen zweiten Abschnitts des umgeformten Werkstücks wegbewegt wird, während die von dieser Werkzeugkomponente abgewandte Seite des mindestens einen zweiten Abschnitts des umgeformten Werkstücks weiterhin in Kontakt mit der jeweils anderen Werkzeugkomponente bleibt.In order to enable a partial (partial) press-hardening of the workpiece by simple means, the invention proposes in one embodiment that the forming tool has a cooling device and at least a first portion of the formed workpiece remains in contact with both tool components during cooling of the formed workpiece and by means the cooling device is cooled and at the same time at least a second portion of the formed workpiece is directly exposed to the gas surrounding the forming tool and thereby cooled more slowly than the at least one first portion. Slower means that the heat transfer between the formed workpiece and the surrounding gas, such as the ambient air, is less than the heat transfer upon contact with the cooled tool component (s). In particular, it is provided for the different cooling in sections that the movable tool component part of a tool component is moved away from the side of the at least one second portion of the formed workpiece facing this tool component, while the side of the at least one second portion of the formed workpiece remote from this tool component continues to engage Contact with the other tool component remains.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Werkzeugkomponente mit dem beweglichen Werkzeugkomponententeil, also mit dem gegenüber der übrigen Werkzeugkomponente verlagerbaren Werkzeugkomponententeil, um den Stempel. Die als jeweils andere Werkzeugkomponente definierte Werkzeugkomponente ist in diesem Fall die Matrize. Es ist aber auch grundsätzlich der umgekehrte Fall denkbar, nämlich dass die Matrize mehrteilig ausgebildet ist und einen beweglichen Werkzeugkomponententeil aufweist, wohingegen dann der Stempel nach dem Umformen zum Abkühlen an der entsprechenden Seite mit dem Werkstück in Kontakt bleibt. Ebenfalls ist auch in dem Fall, dass die Werkzeugkomponenten beide nicht mehrteilig ausgebildet sind, das heißt keine wie zuvor definierten beweglichen Werkzeugkomponenten aufweisen, insbesondere denkbar, dass die Werkzeugkomponente, die vollständig von der dieser Werkzeugkomponente zugewandten Seite des umgeformten Werkstücks wegbewegt wird, der Stempel ist und die andere Werkzeugkomponente die Matrize ist. Selbstverständlich ist auch hier der umgekehrte Fall denkbar, dass nämlich die Matrize der Werkzeugkomponententeil ist, der nach dem Umformen vom Werkstück wegbewegt wird, während der Stempel der Werkzeugkomponententeil ist, der am Werkstück verbleibt.The tool component with the movable tool component part, ie with the tool component part displaceable with respect to the rest of the tool component, is preferably the stamp. The tool component defined as the other tool component in each case is the die. However, it is also conceivable in principle the reverse case, namely that the die is formed in several parts and has a movable tool component part, whereas then the stamp remains after forming for cooling on the corresponding side with the workpiece in contact. Also, in the case that the tool components are both not formed in several parts, that is not have as defined previously movable tool components, in particular conceivable that the tool component, which is completely moved away from the tool component side facing the formed workpiece, the punch is and the other tool component is the die. Of course, the reverse case is also conceivable here, namely that the die is the tool component part which is moved away from the workpiece after forming, while the punch is the tool component part which remains on the workpiece.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das umgeformte Werkstück oder der mindestens eine zweite Abschnitt auf der Seite, die von der Werkzeugkomponente mit dem beweglichen Werkzeugkomponententeil abgewandt ist, also mit der jeweils anderen Werkzeugkomponente weiter in Kontakt ist, nicht mittels der Kühleinrichtung abgekühlt wird. In dem Fall, dass mindestens ein zweiter Abschnitt auf einer Seite nach dem Umformen durch das umgebende Gas abgekühlt wird, ist es grundsätzlich auch denkbar, die andere Seite des zweiten Abschnitts, die nicht dem umgebenden Gas ausgesetzt ist, da sie mit dem entsprechenden Werkzeugkomponententeil, beispielsweise der Matrize, weiterhin in Kontakt ist, gleichwohl mittels der Kühleinrichtung (Werkzeugabkühlung) zu kühlen.According to a further embodiment, it is provided that the deformed workpiece or the at least one second section on the side which is remote from the tool component with the movable tool component part, that is in contact with the respective other tool component, is not cooled by means of the cooling device. In the event that at least one second section on one side is cooled after being deformed by the surrounding gas, it is in principle also conceivable to use the other side of the second section, which is not exposed to the surrounding gas, since it is in contact with the corresponding tool component part, for example, the die, is still in contact, nevertheless to cool by means of the cooling device (tool cooling).
  • Gemäß noch einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der mindestens eine erste Abschnitt beidseitig mittels der Kühleinrichtung abgekühlt wird, das heißt sowohl auf der Seite, die der Werkzeugkomponente mit dem beweglichen Werkzeugkomponententeil zugewandt ist, als auch auf der Seite, die von dieser Werkzeugkomponente abgewandt ist.According to another embodiment, it is provided that the at least one first section is cooled on both sides by means of the cooling device, that is to say both on the side facing the tool component with the movable tool component part and on the side remote from this tool component.
  • Gemäß noch einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zum Abkühlen des mindestens einen ersten Abschnitts ein flüssiges Kühlmittel (zum Beispiel Öl, Wasser, Eiswasser, Salzlösung) durch Kühlkanäle in der Matrize und/oder dem Stempel geleitet wird, die die Kühleinrichtung bilden. Entsprechendes gilt optional auch für den Fall, dass die Werkzeugkomponente, die nach dem Umformen mit dem mindestens einen zweiten Abschnitt des Werkstücks in Kontakt bleibt, eine Kühlfunktion auch in dem zu dem zweiten Abschnitt benachbarten Werkzeugkomponentenabschnitt haben soll. Vorzugsweise ist dieser Werkzeugkomponentenabschnitt, der benachbart zum zweiten Abschnitt des Werkstücks ist, aber frei von Kühlkanälen.According to yet another embodiment, it is provided that for cooling the at least one first section, a liquid coolant (for example oil, water, ice water, saline solution) is passed through cooling channels in the die and / or the stamp, which form the cooling device. The same applies optionally also for the case that the tool component, which remains in contact with the at least one second section of the workpiece after forming, should also have a cooling function in the tool component section adjacent to the second section. Preferably, this tool component section, the is adjacent to the second portion of the workpiece, but free of cooling channels.
  • Gemäß wieder einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Werkstück vor dem Umformen ein Stahlblech einer Stärke von mindestens 1,5 mm, insbesondere von mindestens 2,0 mm und bevorzugt von mindestens 2,5 mm, ist. Diese Blechstärken werden im Chassis-Bereich wie beispielsweise bei der Fertigung einer Radschüssel für eine Fahrzeugfelge verwendet. Die relativ großen Stärken sind insbesondere deshalb von Vorteil, da die eingebrachte Wärme, beispielsweise die in einem dem Umformwerkzeug vorgeschalteten Ofen eingebrachte Wärme, bei dicken Blechen besonders lange gespeichert werden kann, so dass ein einseitiger Werkzeugkontakt für die Wärmeabfuhr und das Tempering (Härten) eingesetzt werden kann. Das Werkstück aus Stahlblech kann eine einheitliche Dicke aufweisen und monolithisch ausgebildet sein. Denkbar sind auch Werkstücke aus Tailored-Products (maßgeschneiderten Stahlblech-Halbzeugen), wie Tailored Blanks, Tailored Strips, Tailored Rolled Blanks, aus Stahl-Sandwichwerkstoffen oder deren Kombinationen.According to yet another embodiment, it is provided that the workpiece before forming a steel sheet of a thickness of at least 1.5 mm, in particular of at least 2.0 mm, and preferably of at least 2.5 mm. These sheet thicknesses are used in the chassis area such as in the manufacture of a wheel rim for a vehicle rim. The relatively large thicknesses are particularly advantageous because the introduced heat, for example, the heat introduced in a furnace upstream of the forming tool can be stored for a particularly long time with thick sheets, so that a one-sided tool contact for heat dissipation and tempering (hardening) used can be. The workpiece made of sheet steel may have a uniform thickness and be monolithic. Also conceivable are workpieces made of tailored products (tailor-made sheet steel semi-finished products), such as tailored blanks, tailored strips, tailored rolled blanks, steel sandwich materials or combinations thereof.
  • Gemäß noch einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Werkstück zu einer Radschüssel für eine Fahrzeugfelge umgeformt wird, wobei der Radflansch der Radschüssel durch den direkten Kontakt mit dem das Umformwerkzeug umgebenden Gas (relativ langsam) abgekühlt wird, während der gesamte übrige Teil der Radschüssel mittels der Kühleinrichtung (relativ schnell) abgekühlt wird. Mit dem Radflansch ist der Bereich der Radschüssel gemeint, welcher umlaufend mit den Bohrlöchern für die Radbolzen versehen ist. Wie bereits zuvor erwähnt, wird die Herstellung der Radschüssel hier nur beispielhaft erwähnt. Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren aber auch auf die Herstellung anderer Bauteile anwendbar.According to another embodiment, it is provided that the workpiece is formed into a wheel rim for a vehicle rim, wherein the wheel flange of the wheel is cooled by the direct contact with the gas surrounding the forming (relatively slow), while the entire remaining part of the wheel by means of the Cooling device (relatively fast) is cooled. With the wheel flange is meant the area of the wheel disc, which is circumferentially provided with the bores for the wheel bolts. As already mentioned above, the production of the wheel disc is mentioned here only as an example. In principle, however, the method according to the invention can also be applied to the production of other components.
  • Gemäß noch einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das das Umformwerkzeug umgebende Gas eine Temperatur in einem Bereich von 20 bis 30°C, insbesondere eine Temperatur in einem Bereich von 22 bis 26°C, hat und insbesondere Luft ist. Grundsätzlich ist es auch denkbar, das umgeformte Werkstück einem Gas mit einer höheren Temperatur auszusetzen, solange garantiert ist, dass die Abschnitte (Zonen) des Werkstücks, die mit dem Gas in Kontakt kommen, so langsam abkühlen, dass das Gefüge nicht vollständig in Martensit umgewandelt wird. Auch niedrigere Temperaturen des Gases sind denkbar. Des Weiteren kann auch vorgesehen sein, dass das Werkstück vor dem Umformen auf eine Temperatur in einem Bereich von 750°C bis 1000°C erhitzt wird und/oder nach dem Umformen im ersten Abschnitt mit einer Kühlrate in einem Bereich von 25 bis 35 K/s abgekühlt wird.According to another embodiment, it is provided that the gas surrounding the forming tool has a temperature in a range of 20 to 30 ° C, in particular a temperature in a range of 22 to 26 ° C, and in particular is air. In principle, it is also conceivable to expose the formed workpiece to a gas at a higher temperature, as long as it is guaranteed that the sections (zones) of the workpiece which come into contact with the gas cool down so slowly that the structure is not completely converted into martensite becomes. Lower temperatures of the gas are conceivable. Furthermore, it can also be provided that the workpiece is heated to a temperature in a range from 750.degree. C. to 1000.degree. C. before forming and / or after the forming in the first section at a cooling rate in a range from 25.degree. s is cooled.
  • Die Aufgabe wird ferner gemäß einer weiteren Lehre der vorliegenden Erfindung bei einem Umformwerkzeug zum Warmumformen eines Werkstücks, insbesondere einer Platine, aus Stahlblech, insbesondere zur Durchführung des zuvor definierten Verfahrens, mit zwei Werkzeugkomponenten in Form einer Matrize und eines Stempels, zwischen denen das Werkstück anordenbar ist und die relativ zueinander bewegbar sind, wobei die eine der Werkzeugkomponenten einen relativ zur übrigen Werkzeugkomponente beweglichen Werkzeugkomponententeil aufweist, der im zusammengedrückten Zustand der beiden Werkzeugkomponenten von der jeweils anderen der Werkzeugkomponenten wegbewegbar ist, dadurch gelöst, dass der Werkzeugkomponententeil ringförmig um eine Mittelachse ausgebildet ist, die parallel zur Bewegungsrichtung der Werkzeugkomponente mit dem beweglichen Werkzeugkomponententeil verläuft.The object is further according to another teaching of the present invention in a forming tool for hot forming a workpiece, in particular a board made of sheet steel, in particular for carrying out the method defined above, with two tool components in the form of a die and a punch, between which the workpiece can be arranged is and which are movable relative to each other, wherein the one of the tool components has a movable relative to the rest of the tool component component component part, which is moved away in the compressed state of the two tool components of the other of the tool components, achieved in that the tool component part is formed annularly about a central axis which runs parallel to the direction of movement of the tool component with the movable tool component part.
  • Auch hier handelt es sich bei der Werkzeugkomponente, die einen relativ zur übrigen Werkzeugkomponente beweglichen Werkzeugkomponententeil aufweist, insbesondere um den Stempel, wobei die jeweils andere Werkzeugkomponente dann die Matrize ist. Wie gesagt ist grundsätzlich aber auch der umgekehrte Fall denkbar, das heißt, die Matrize weist einen relativ zur übrigen Matrize beweglichen Teil auf.Here, too, the tool component which has a tool component part that is movable relative to the rest of the tool component, in particular the stamp, wherein the respective other tool component is then the die. As I said, but in principle, the reverse case is conceivable, that is, the die has a relative to the rest of the die moving part.
  • Wenn von einem beweglichen Werkzeugkomponententeil die Rede ist, ist nicht ausgeschlossen, dass es auch mehrere solche beweglichen Werkzeugkomponententeile gibt, die unabhängig voneinander oder gemeinsam in der zuvor definierten Weise bewegt werden können. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Werkzeugkomponententeil ringförmig um eine Mittelachse ausgebildet ist, die parallel zur Bewegungsrichtung der Werkzeugkomponente mit dem beweglichen Werkzeugkomponententeil verläuft. Die Bewegungsrichtung ist insbesondere die Richtung, in der der Stempel auf die Matrize zubewegt wird (Pressrichtung). Die Mittelachse des beweglichen Werkzeugkomponententeils erstreckt sich in dieser Richtung. Der ringförmig ausgebildete bewegliche Werkzeugkomponententeil ist insbesondere geeignet, bei der Herstellung der bereits erwähnten Radschüssel durch das Abkühlen zonenspezifische Gefüge-Eigenschaften hervorzurufen, nämlich eine nicht vollständige Umwandlung in Martensit, insbesondere im Bereich des Radflansches (der Bohrungen für die Radbolzen).When talking about a movable tool component part, it is not excluded that there are also several such movable tool component parts that can be moved independently of each other or together in the previously defined manner. According to the invention, it is provided that the tool component part is designed in the form of a ring around a central axis which runs parallel to the direction of movement of the tool component with the movable tool component part. The direction of movement is in particular the direction in which the punch is moved towards the die (pressing direction). The center axis of the movable tool component part extends in this direction. The ring-shaped movable tool component part is particularly suitable for producing in the production of the aforementioned wheel by cooling zone-specific microstructural properties, namely a non-complete transformation into martensite, especially in the region of the wheel flange (the holes for the wheel bolts).
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Umformwerkzeugs ist vorgesehen, dass das Umformwerkzeug ferner eine Kühleinrichtung aufweist, insbesondere eine von Kühlkanälen in der Matrize und/oder im Stempel gebildete Kühleinrichtung, wobei der bewegliche Werkzeugkomponententeil nicht mit der Kühleinrichtung verbunden und insbesondere frei von Kühlkanälen ist.According to a further embodiment of the forming tool, it is provided that the forming tool further comprises a cooling device, in particular a cooling device formed by cooling channels in the die and / or in the punch, wherein the movable tool component part is not connected to the cooling device and in particular is free of cooling channels.
  • Schließlich wird die Aufgabe auch gelöst durch ein Werkstück, beispielsweise eine Radschüssel für eine Fahrzeugfelge, hergestellt durch das zuvor definierte Verfahren.Finally, the object is also achieved by a workpiece, for example a wheel rim for a vehicle rim, produced by the previously defined method.
  • Stahlwerkstoffe mit hoher Werkstofffestigkeit mit einer Zugfestigkeit von beispielsweise mehr als 800 MPa bzw. hohem Matensit-Anteil können gerade unter zyklischer Belastung bei hohen Spannungsüberhöhungen, die zum Beispiel an Löchern, Kerben oder bearbeiteten Kanten auftreten, frühzeitig versagen, so dass die hohe Werkstofffestigkeit nicht auf das Bauteil übertragen werden kann. Aus diesem Grund ist das durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung hergestellte Werkstück bzw. die erfindungsgemäße Radschüssel in den hoch belasteten Bereichen wie zum Beispiel dem Radflansch, der an der Radnabe fahrzeugseitig aufliegt, nicht vollständig pressgehärtet. Dabei kann entweder die komplette Radschüssel nicht vollständig pressgehärtet sein und damit das Gefüge des gesamten Bauteils homogen nicht vollständig in Martensit umgewandelt sein oder nur bereichsweise nicht pressgehärtet sein, wie zum Beispiel im Radflansch. Dadurch wir die Dauerfestigkeit der Gesamtkonstruktion deutlich verbessert.Steel materials with high material strength with a tensile strength of, for example, more than 800 MPa or high matensite content can fail just under cyclic load at high stress peaks, which occur for example at holes, notches or machined edges early, so that the high material strength is not on the component can be transferred. For this reason, the workpiece or the wheel disc according to the invention produced by the method according to the invention or the device according to the invention is not completely press-hardened in the heavily loaded areas, such as the wheel flange, which rests on the wheel hub on the vehicle side. In this case, either the complete wheel disc may not be fully press-hardened and thus the structure of the entire component may not be completely transformed into martensite homogeneously or may not be press-hardened only in certain areas, for example in the wheel flange. This significantly improves the fatigue strength of the overall construction.
  • Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren, das erfindungsgemäße Umformwerkzeug und das erfindungsgemäße Werkstück auszugestalten und weiterzubilden. Diesbezüglich sei zum einen verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, zum anderen auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:There are now a variety of ways to design and further develop the method according to the invention, the forming tool according to the invention and the workpiece according to the invention. In this regard, reference is first made to the claims subordinate to claim 1, on the other hand to the description of an embodiment in conjunction with the drawing. In the drawing shows:
  • 1a) ein Umformwerkzeug mit einem zwischen Stempel und Matrize eingesetzten plattenförmigen Werkstück vor dem Umformvorgang, 1a) a forming tool with a plate-shaped workpiece inserted between punch and die before the forming process,
  • 1b) das Umformwerkzeug aus 1a) nach dem Umformen, 1b) the forming tool 1a) after forming,
  • 1c) das Umformwerkzeug aus 1a) beim Abkühlen und 1c) the forming tool 1a) when cooling and
  • 1d) das Umformwerkzeug aus 1a) bei der Entnahme des fertig umgeformten Werkstücks. 1d) the forming tool 1a) during the removal of the finished formed workpiece.
  • Im Folgenden wird kurz anhand der 1a) bis d) ein Verfahren zum Warmumformen und partiellem Presshärten eines Werkstücks 1 aus Stahlblech anhand des Beispiels einer herzustellenden Radschüssel für eine Fahrzeugfelge beschrieben.The following is briefly based on the 1a) to d) a method for hot working and partial press hardening of a workpiece 1 made of sheet steel using the example of a wheel rim for a vehicle rim to be produced.
  • 1a) zeigt im geöffneten Zustand ein Umformwerkzeug 2 mit einer ersten Werkzeugkomponente 3 in Form einer Matrize 3 und einer zweiten Werkzeugkomponente 4 in Form eines Stempels 4. Die Matrize 3 ist hier ortsfest und der Stempel 4 kann zum Zwecke des Umformens des Werkstücks 1 in seiner Gesamtheit auf die Matrize 3 zubewegt werden, bis der Stempel 4 die korrespondierende Form bzw. Vertiefung in der Matrize 3 ausfüllt. Letzterer Zustand ist in 1b) dargestellt, wodurch das bis zu einem austenitischen Zustand erhitzte Werkstück 1 die Form der Radschüssel erhält. Dieser Zustand wird auch als zusammengedrückter Zustand der Werkzeugkomponenten 3 und 4 bezeichnet. 1a) shows in the open state a forming tool 2 with a first tool component 3 in the form of a die 3 and a second tool component 4 in the form of a stamp 4 , The matrix 3 is fixed here and the stamp 4 can for the purpose of forming the workpiece 1 in its entirety on the matrix 3 be moved until the stamp 4 the corresponding shape or depression in the die 3 fills. The latter condition is in 1b) represented, whereby the heated up to an austenitic state workpiece 1 gets the shape of the wheel dish. This condition is also called a compressed state of the tool components 3 and 4 designated.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stempel 4 im Wesentlichen dreiteilig ausgebildet, nämlich mit einem äußeren, umlaufenden Werkzeugkomponententeil 4.2, einem darin angeordneten, ebenfalls umlaufenden Werkzeugkomponententeil 4.1, der ringförmig ausgebildet ist, und einem wiederum darin angeordneten weiteren Werkzeugkomponententeil 4.3. Der ringförmige Werkzeugkomponententeil 4.1, auch als Stempelteil bezeichnet, ist gegenüber den übrigen Werkzeugkomponententeilen 4.2 und 4.3, also gegenüber dem übrigen Stempel, beweglich gelagert und läßt sich unabhängig vom übrigen Stempel entgegen der Bewegungsrichtung bzw. Pressrichtung X bewegen, wie in 1c) dargestellt ist.In the illustrated embodiment, the stamp 4 formed substantially in three parts, namely with an outer, circumferential tool component part 4.2 , a tool component part also arranged in it and likewise revolving 4.1 , which is formed annular, and in turn arranged therein another tool component part 4.3 , The annular tool component part 4.1 , Also referred to as stamp part, is compared to the other tool component parts 4.2 and 4.3 , So with respect to the rest of the stamp, movably mounted and can be moved independently of the rest of the stamp against the direction of movement or pressing direction X, as in 1c) is shown.
  • Indem in dem Verfahrensschritt in 1c) nach dem Umformen des Werkstücks 1 das ringförmige Werkzeugkomponententeil 4.1 von der dem Stempel 4 zugewandten Oberfläche 1a des Werkstücks 1 wegbewegt wird, dringt hier Umgebungsluft an die Oberfläche 1a des Werkstücks 1, jedoch nur in dem ringförmigen Abschnitt 1.3, der den späteren Radflansch bzw. Bereich mit den Löchern für die Radbolzen bildet. Die Stempelteile 4.2 und 4.3 werden dagegen aus dem zusammengedrückten Zustand zunächst nicht wegbewegt, sondern diese Werkzeugkomponententeile bleiben mit der Oberseite 1a des Werkstücks 1 in Kontakt. Auch die gesamte Matrize 3 bleibt zu diesem Zeitpunkt mit dem vollständigen Werkstück 1, nämlich mit dessen Unterseite 1b, in Kontakt.By in the process step in 1c) after forming the workpiece 1 the annular tool component part 4.1 from the stamp 4 facing surface 1a of the workpiece 1 is moved away, here ambient air penetrates to the surface 1a of the workpiece 1 but only in the annular section 1.3 , which forms the later wheel flange or area with the holes for the wheel bolts. The stamp parts 4.2 and 4.3 on the other hand, are not moved away from the compressed state, but these tool component parts remain with the top 1a of the workpiece 1 in contact. Also the entire matrix 3 remains at this time with the complete workpiece 1 namely with its underside 1b , in contact.
  • Das zuvor im erhitzten Zustand gemäß der 1a) und 1b) umgeformte Werkstück wird gemäß 1c) nun wie folgt abgekühlt. Der Abschnitt 1.3 des Werkstücks 1 ist oberseitig nicht mehr mit dem Stempel 4 in Kontakt, da die Stempelteile 4.1 unmittelbar nach dem Umformen zurückgefahren worden sind. In diesem Abschnitt 1.3 erfolgt eine relativ langsame Abkühlung des Werkstücks 1 durch eine Wärmeübertragung an die Umgebungsluft zur Oberseite 1a hin. Zur Unterseite 1b hin ist das Werkstück 1 noch mit der Matrize 3 in Kontakt und gibt hier langsam Wärme an die hier nicht zusätzlich gekühlte Matrize 3 ab.The previously in the heated state according to the 1a) and 1b) deformed workpiece is according to 1c) now cooled as follows. The section 1.3 of the workpiece 1 is not on the top side with the stamp 4 in contact, since the stamp parts 4.1 have been reduced immediately after reshaping. In this section 1.3 There is a relatively slow cooling of the workpiece 1 by a heat transfer to the ambient air to the top 1a out. To the bottom 1b there is the workpiece 1 still with the matrix 3 in contact and slowly gives heat to the here not additionally cooled die 3 from.
  • Die übrigen Bereiche 1.1 und 1.2 des umgeformten Werkstücks 1 sind sowohl zur Oberseite 1a als auch zur Unterseite 1b hin mit der Matrize 3 und dem Stempel 4 in Kontakt, so dass keine Umgebungsluft, zumindest nicht in nennenswertem Maße, an die Abschnitte 1.1 und 1.2 gelangt. Hier erfolgt die Abkühlung über eine Wärmeübertragung an die Matrize 3 und die entsprechenden Stempelteile 4.2 und 4.3, die für einen erhöhten Wärmeübergang noch zusätzlich von Kühlkanälen 5, die eine Kühleinrichtung 5 bilden, durchsetzt sind. Die Kühlkanäle 5 werden beispielsweise mit Öl oder Eiswasser durchspült, wodurch die Abschnitte 1.1 und 1.2 des Werkstücks 1 relativ schnell abkühlen.The remaining areas 1.1 and 1.2 of the formed workpiece 1 are both to the top 1a as well as to the bottom 1b out with the die 3 and the stamp 4 in contact, so that no ambient air, at least not to a significant extent, to the sections 1.1 and 1.2 arrives. Here, the cooling takes place via a heat transfer to the die 3 and the corresponding stamp parts 4.2 and 4.3 , which additionally for additional heat transfer from cooling channels 5 that a cooling device 5 form, are interspersed. The cooling channels 5 For example, flushed with oil or ice water, causing the sections 1.1 and 1.2 of the workpiece 1 cool relatively quickly.
  • Die schnelle Abkühlung der Abschnitte 1.1 und 1.2 des Werkstücks 1 führt zu einer vollständigen Umwandlung des Gefüges in Martensit. Die Abkühlung des ringförmigen Bereichs 1.3 des Werkstücks 1 über die Umgebungsluft ist dagegen so langsam, dass hier keine vollständige Umwandlung des Gefüges in Martensit erfolgen kann. Dieser Bereich ist somit nicht vollständig pressgehärtet.The fast cooling of the sections 1.1 and 1.2 of the workpiece 1 leads to a complete transformation of the microstructure into martensite. The cooling of the annular area 1.3 of the workpiece 1 By contrast, it is so slow over the ambient air that complete transformation of the microstructure into martensite can not take place here. This area is thus not completely press-hardened.
  • Die Werkzeugkomponente 4.1 ist hier beispielhaft als Teil des Stempels 4 dargestellt. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, alternativ die Matrize 3 mit einem beweglichen Teil auszubilden, wobei in diesem Fall dann aber der Stempel 4 während des Abkühlens über die gesamte Oberfläche 1a des Werkstücks 1 an diesem anliegen würde. Das Werkstück 1 wird also beim Abkühlen immer nur ausschließlich von einer Seite der Umgebungsluft oder einem anderen wärmeabführenden Gas ausgesetzt.The tool component 4.1 is exemplary here as part of the stamp 4 shown. Basically, it is also conceivable, alternatively, the die 3 form with a movable part, in which case but then the stamp 4 while cooling over the entire surface 1a of the workpiece 1 would abut on this. The workpiece 1 Thus, during cooling, it is always exposed only from one side of the ambient air or another heat-dissipating gas.
  • Der bewegliche Werkzeugkomponententeil 4.1 ist hier nur beispielhaft um die Mittelachse M ringförmig ausgebildet. Für andere Anwendungsfälle können auch andere Formen von beweglichen Werkzeugkomponentenabschnitten 4.1 denkbar sein. Auch ist hier beispielhaft nur ein einziger beweglicher Werkzeugkomponentenabschnitt dargestellt. Grundsätzlich können aber auch mehrere solcher Werkzeugkomponentenabschnitte vorgesehen sein, die zum Abkühlen gegenüber der übrigen Werkzeugkomponente 4 von dem Werkstück 1 wegbewegt werden können. Auch sind hier beispielhaft zwei Stempelteile 4.2 und 4.3 dargestellt, welche zum Zwecke des Abkühlens mit dem Werkstück 1 in Kontakt bleiben. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass hier überhaupt kein Teil des Stempels 4 (oder genau ein Werkzeugkomponententeil oder mehr als zwei Werkzeugkomponententeile) zum Abkühlen mit dem umgeformten Werkstück 1 in Kontakt bleibt/bleiben.The movable tool component part 4.1 is here only by way of example around the central axis M ring-shaped. For other applications, other forms of moving tool component sections may be used 4.1 be conceivable. Also, by way of example only a single movable tool component section is shown here. In principle, however, it is also possible to provide a plurality of such tool component sections which are used for cooling with respect to the rest of the tool component 4 from the workpiece 1 can be moved away. Also here are two stamp parts by way of example 4.2 and 4.3 shown, which for the purpose of cooling with the workpiece 1 keep in touch. In principle, it is also conceivable that no part of the stamp at all 4 (or exactly one tool component part or more than two tool component parts) for cooling with the formed workpiece 1 keeps in touch

Claims (14)

  1. Verfahren zum Warmumformen eines Werkstücks (1) aus Stahlblech, – bei welchem das Werkstück (1) vor dem Umformen erhitzt wird, – bei welchem dann das erhitzte Werkstück (1) in einem Umformwerkzeug (2), das zwei Werkzeugkomponenten (3, 4) in Form einer Matrize (3) und eines Stempels (4) aufweist, durch Kontakt mit beiden Werkzeugkomponenten (3, 4) warm umgeformt wird, und – bei welchem dann das umgeformte Werkstück (1) zumindest abschnittsweise einem das Umformwerkzeug (2) umgebenden Gas direkt ausgesetzt wird und dadurch abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Umformen zumindest ein Werkzeugkomponententeil (4.1) der einen Werkzeugkomponente (4), welcher ringförmig um eine Mittelachse (M) ausgebildet ist, die parallel zur Bewegungsrichtung (X) der Werkzeugkomponente (4) mit dem beweglichen Werkzeugkomponententeil (4.1) verläuft, von der dieser Werkzeugkomponente (4) zugewandten Seite (1a) des umgeformten Werkstücks (1) wegbewegt wird, während die von dieser Werkzeugkomponente (4) abgewandte Seite (1b) des umgeformten Werkstücks (1) weiterhin vollständig in Kontakt mit der jeweils anderen Werkzeugkomponente (3) bleibt.Method for hot working a workpiece ( 1 ) made of sheet steel, - in which the workpiece ( 1 ) is heated prior to forming, - in which then the heated workpiece ( 1 ) in a forming tool ( 2 ), the two tool components ( 3 . 4 ) in the form of a die ( 3 ) and a stamp ( 4 ), by contact with both tool components ( 3 . 4 ) is thermoformed, and - in which then the formed workpiece ( 1 ) at least in sections, the forming tool ( 2 ) is exposed directly to surrounding gas and thereby cooled, characterized in that after forming at least one tool component part ( 4.1 ) of a tool component ( 4 ), which is formed annularly about a central axis (M), which parallel to the direction of movement (X) of the tool component ( 4 ) with the movable tool component part ( 4.1 ), from which this tool component ( 4 ) facing side ( 1a ) of the formed workpiece ( 1 ) while the tool component ( 4 ) facing away ( 1b ) of the formed workpiece ( 1 ) in full contact with the other tool component ( 3 ) remains.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (2) eine Kühleinrichtung (5) aufweist und beim Abkühlen des umgeformten Werkstücks (1) mindestens ein erster Abschnitt (1.1, 1.2) des umgeformten Werkstücks (1) in Kontakt mit beiden Werkzeugkomponenten (3, 4) verbleibt und mittels der Kühleinrichtung (5) abgekühlt wird und gleichzeitig mindestens ein zweiter Abschnitt (1.3) des umgeformten Werkstücks (1) dem das Umformwerkzeug (2) umgebenden Gas direkt ausgesetzt wird und dadurch langsamer als der mindestens eine erste Abschnitt (1.1, 1.2) abgekühlt wird.Method according to claim 1, characterized in that the forming tool ( 2 ) a cooling device ( 5 ) and during cooling of the formed workpiece ( 1 ) at least a first section ( 1.1 . 1.2 ) of the formed workpiece ( 1 ) in contact with both tool components ( 3 . 4 ) and by means of the cooling device ( 5 ) and at least a second section ( 1.3 ) of the formed workpiece ( 1 ) the forming tool ( 2 ) is exposed directly to surrounding gas and thereby slower than the at least one first section ( 1.1 . 1.2 ) is cooled.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Werkzeugkomponententeil (4.1) der einen Werkzeugkomponente (4) von der dieser Werkzeugkomponente (4) zugewandten Seite (1a) des mindestens einen zweiten Abschnitts (1.3) des umgeformten Werkstücks (1) wegbewegt wird, während die von dieser Werkzeugkomponente (4) abgewandte Seite (1b) des mindestens einen zweiten Abschnitts (1.3) des umgeformten Werkstücks (1) weiterhin in Kontakt mit der jeweils anderen Werkzeugkomponente (3) bleibt.A method according to claim 2, characterized in that the movable tool component part ( 4.1 ) of a tool component ( 4 ) of the tool component ( 4 ) facing side ( 1a ) of the at least one second section ( 1.3 ) of the formed workpiece ( 1 ) while the tool component ( 4 ) facing away ( 1b ) of the at least one second section ( 1.3 ) of the formed workpiece ( 1 ) in contact with the other tool component ( 3 ) remains.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugkomponente (4), von der zumindest der Werkzeugkomponententeil (4.1) oder die vollständig von der dieser Werkzeugkomponente (4) zugewandten Seite (1a) des umgeformten Werkstücks (1) wegbewegt wird, der Stempel (4) ist und die andere Werkzeugkomponente (3) die Matrize (3) ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the tool component ( 4 ), of which at least the tool component part ( 4.1 ) or that completely from the tool component ( 4 ) facing Page ( 1a ) of the formed workpiece ( 1 ) is moved away, the stamp ( 4 ) and the other tool component ( 3 ) die ( 3 ).
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das umgeformte Werkstück (1) oder der mindestens eine zweite Abschnitt (1.3) auf der Seite (1b), die von der Werkzeugkomponente (4) mit dem beweglichen Werkzeugkomponententeil (4.1) abgewandt ist, nicht mittels der Kühleinrichtung (5) abgekühlt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the formed workpiece ( 1 ) or the at least one second section ( 1.3 ) on the website ( 1b ) generated by the tool component ( 4 ) with the movable tool component part ( 4.1 ), not by means of the cooling device ( 5 ) is cooled.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Abschnitt (1.1, 1.2) beidseitig mittels der Kühleinrichtung (5) abgekühlt wird.Method according to one of claims 2 to 5, characterized in that the at least one first section ( 1.1 . 1.2 ) on both sides by means of the cooling device ( 5 ) is cooled.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abkühlen des mindestens einen ersten Abschnitts (1.1, 1.2) ein flüssiges Kühlmittel durch Kühlkanäle (5) in der Matrize (3) und/oder dem Stempel (4) geleitet wird, die die Kühleinrichtung (5) bilden.Method according to one of claims 2 to 6, characterized in that for cooling the at least one first section ( 1.1 . 1.2 ) a liquid coolant through cooling channels ( 5 ) in the die ( 3 ) and / or the stamp ( 4 ), which controls the cooling device ( 5 ) form.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) vor dem Umformen ein Stahlblech (1) einer Stärke von mindestens 1,5 mm, insbesondere von mindestens 2,0 mm, vorzugsweise von mindestens 2,5 mm ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece ( 1 ) before forming a steel sheet ( 1 ) of a thickness of at least 1.5 mm, in particular of at least 2.0 mm, preferably of at least 2.5 mm.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) zu einer Radschüssel (1) für eine Fahrzeugfelge umgeformt wird, wobei der Radflansch (1.3) der Radschüssel (1) durch den direkten Kontakt mit dem das Umformwerkzeug (2) umgebenden Gas abgekühlt wird, während der gesamte übrige Teil (1.1, 1.2) der Radschüssel (1) mittels der Kühleinrichtung (5) abgekühlt wird.Method according to one of claims 2 to 8, characterized in that the workpiece ( 1 ) to a wheel dish ( 1 ) is converted for a vehicle rim, wherein the wheel flange ( 1.3 ) the wheel dish ( 1 ) by direct contact with the forming tool ( 2 ) surrounding gas is cooled while the entire remaining part ( 1.1 . 1.2 ) the wheel dish ( 1 ) by means of the cooling device ( 5 ) is cooled.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das das Umformwerkzeug (2) umgebende Gas eine Temperatur in einem Bereich von 20 bis 30°C, insbesondere eine Temperatur in einem Bereich von 22 bis 26°C, hat und insbesondere Luft ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the forming tool ( 2 ) surrounding gas has a temperature in a range of 20 to 30 ° C, in particular a temperature in a range of 22 to 26 ° C, and in particular is air.
  11. Umformwerkzeug (2) zum Warmumformen eines Werkstücks (1), insbesondere einer Platine (1), aus Stahlblech, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit zwei Werkzeugkomponenten (3, 4) in Form einer Matrize (3) und eines Stempels (4), zwischen denen das Werkstück (1) anordenbar ist und die relativ zueinander bewegbar sind, wobei die eine der Werkzeugkomponenten (3, 4) einen relativ zur übrigen Werkzeugkomponente (4.2, 4.3) beweglichen Werkzeugkomponententeil (4.1) aufweist, der im zusammengedrückten Zustand der beiden Werkzeugkomponenten (3, 4) von der jeweils anderen der Werkzeugkomponenten (3, 4) wegbewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkomponententeil (4.1) ringförmig um eine Mittelachse (M) ausgebildet ist, die parallel zur Bewegungsrichtung (X) der Werkzeugkomponente (4) mit dem beweglichen Werkzeugkomponententeil (4.1) verläuft.Forming tool ( 2 ) for hot working a workpiece ( 1 ), in particular a circuit board ( 1 ), of sheet steel, in particular for carrying out the method according to one of the preceding claims, with two tool components ( 3 . 4 ) in the form of a die ( 3 ) and a stamp ( 4 ), between which the workpiece ( 1 ) can be arranged and which are movable relative to each other, wherein the one of the tool components ( 3 . 4 ) relative to the rest of the tool component ( 4.2 . 4.3 ) movable tool component part ( 4.1 ), in the compressed state of the two tool components ( 3 . 4 ) from the other of the tool components ( 3 . 4 ) is movable away, characterized in that the tool component part ( 4.1 ) is formed annularly about a central axis (M), which is parallel to the direction of movement (X) of the tool component ( 4 ) with the movable tool component part ( 4.1 ) runs.
  12. Umformwerkzeug (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugkomponente (4) mit dem beweglichen Werkzeugkomponententeil (4.1) der Stempel (4) ist und die jeweils andere Werkzeugkomponente (3) die Matrize (3) ist.Forming tool ( 2 ) according to claim 11, characterized in that the tool component ( 4 ) with the movable tool component part ( 4.1 ) The Stamp ( 4 ) and the other tool component ( 3 ) die ( 3 ).
  13. Umformwerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (2) ferner eine Kühleinrichtung (5) aufweist, insbesondere eine von Kühlkanälen (5) in der Matrize (3) und/oder im Stempel (4) gebildete Kühleinrichtung (5), wobei der bewegliche Werkzeugkomponententeil (4.1) nicht mit der Kühleinrichtung (5) verbunden und insbesondere frei von Kühlkanälen (5) ist.Forming tool ( 2 ) according to one of claims 11 or 12, characterized in that the forming tool ( 2 ) a cooling device ( 5 ), in particular one of cooling channels ( 5 ) in the die ( 3 ) and / or in the stamp ( 4 ) formed cooling device ( 5 ), wherein the movable tool component part ( 4.1 ) not with the cooling device ( 5 ) and in particular free of cooling channels ( 5 ).
  14. Werkstück (1), insbesondere Radschüssel (1) für eine Fahrzeugfelge, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10.Workpiece ( 1 ), in particular Radschüssel ( 1 ) for a vehicle rim, produced by a method according to one of claims 1 to 10.
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