DE102015105585B4 - Method for producing a workpiece from sheet metal and workpiece from sheet metal - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus Metallblech mit folgenden Verfahrensschritten:
- Einlegen eines zu bearbeitenden Werkstücks (10a) in ein ein Oberwerkzeug (44) und ein Unterwerkzeug (42) aufweisendes Werkzeug (40) einer Umformpresse (100), und
- Presshärten des zu bearbeitenden Werkstücks (10a) unter Ausnutzung der Temperatureigenschaften des zu bearbeitenden Werkstücks (10a) und/oder des Oberwerkzeugs (44) und/oder des Unterwerkzeugs (42) und/oder Parameter des Presshärtevorgangs solcherart, dass das Werkstück (10) nach Abschluss des Presshärtevorgangs Bereiche unterschiedlicher Härtewerte in Richtung der Dicke (D) des Werkstücks (10) aufweist, wobei das Oberwerkzeug (44) und das Unterwerkzeug (42) gekühlt werden oder das Oberwerkzeug (44) erwärmt und das Unterwerkzeug (42) gekühlt wird oder das Oberwerkzeug (44) gekühlt und das Unterwerkzeug (42) erwärmt wird.

Figure DE102015105585B4_0000
Method for producing a workpiece from sheet metal with the following method steps:
- Inserting a workpiece to be machined (10a) in an upper tool (44) and a lower tool (42) exhibiting tool (40) of a forming press (100), and
Press-hardening the workpiece to be machined (10a) by utilizing the temperature characteristics of the workpiece (10a) to be machined and / or the upper tool (44) and / or the lower tool (42) and / or parameters of the press hardening process such that the workpiece (10) after completion of the press hardening operation, areas of different hardness values in the direction of the thickness (D) of the workpiece (10), wherein the upper tool (44) and the lower tool (42) are cooled or the upper tool (44) is heated and the lower tool (42) is cooled or the upper tool (44) is cooled and the lower tool (42) is heated.
Figure DE102015105585B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus Metallblech und ein Werkstück aus Metallblech hergestellt nach diesem Verfahren.The invention relates to a method for producing a workpiece from sheet metal and a workpiece made of sheet metal according to this method.

Hoch- und höchstfeste Verschleißbleche, insbesondere mit einer Dicke über 20mm, die einer starken abrasiven Belastung, Stoßbelastung oder Schlagbelastung unterworfen sind, finden vielfach Anwendung z. B. im Bergbau, im Räumdienst, der Agrarwirtschaft oder Landwirtschaft, z. B. bei Kippermulden, Räumschilden, Forstmulcherkufen, Eggenscheiben, Sieben oder Auskleidungen.High- and high-strength wear plates, in particular with a thickness over 20mm, which are subjected to a strong abrasive load, impact load or impact load, are widely used z. As in mining, in the clearing, agriculture or agriculture, z. As dumpers, Räumschilden, Forstmulcherkufen, Eggenscheiben, sieves or linings.

Die hoch- und höchstfesten Verschleißbleche bestehen üblicherweise aus hochlegierten Sonderstählen, mit denen ein Kaltumformvorgang nicht oder nur sehr begrenzt vorgenommen werden kann. Werkstücke aus derartigen Verschleißblechen haben daher nur eine einfache geometrische Form.The high-strength and ultra-high-strength wear plates usually consist of high-alloyed special steels with which a cold-forming process can not or only to a very limited extent be performed. Workpieces of such wear plates therefore have only a simple geometric shape.

Aus der DE 10 2012 001 862 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Panzerungsbauteils bekannt, wobei das Panzerungsbauteil einer thermochemischen Behandlung unterzogen wird. Die thermochemische Behandlung sieht ein Aufkohlen oder Carbonitrieren, Warmumformen und anschließendes Presshärten vor. Außer dem Einsatz von Hilfsstoffen ist das Vorsehen einer Vielzahl von Prozessschritten als nachteilig anzusehen.From the DE 10 2012 001 862 A1 For example, a method for producing an armor component is known, wherein the armor component is subjected to a thermochemical treatment. The thermochemical treatment provides carburizing or carbonitriding, hot working and then press hardening. In addition to the use of auxiliaries, the provision of a plurality of process steps is to be regarded as disadvantageous.

Das Presshärten von vergleichsweise dicken Stahlblechen ist in der DE 10 2007 019 173 B3 offenbart. Das Werkstück wird hierbei auf seine Austenitisierungstemperatur erwärmt, in die Gesenkpresse gelegt und warm umgeformt. Nach dem Warmumformen werden die Gesenke der Gesenkpresse auseinandergefahren und zwischen die so entstehenden Spalte zwischen Werkstück und Gesenken Kühlmittel eingeführt. Mit diesem bekannten Verfahren wird eine gleichmäßige Härtung über die Dicke des Werkstücks erzielt.The press-hardening of comparatively thick steel sheets is in the DE 10 2007 019 173 B3 disclosed. The workpiece is heated to its austenitizing temperature, placed in the die press and hot formed. After hot working, the dies of the die press are moved apart and coolant is introduced between the resulting gap between the workpiece and die. With this known method, a uniform curing over the thickness of the workpiece is achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem verschleißfeste Werkstücke auf einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden können. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde ein Werkstück mit erhöhter Verschlussfestigkeit anzugeben.The invention has for its object to provide a method by which wear-resistant workpieces can be produced in a simple and cost-effective manner. The invention is also based on the object of specifying a workpiece with increased sealing strength.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Patentansprüche 1 und 10 gelöst.These objects are achieved by the claims 1 and 10.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt ein Einlegen eines zu bearbeitenden aus einem Metallblech bestehenden Werkstücks in ein ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug aufweisendes Werkzeug einer Umformpresse, und darauffolgendes Presshärten des zu bearbeitenden Werkstücks unter Ausnutzung der Temperatureigenschaften des zu bearbeitenden Werkstücks und/oder des Oberwerkzeugs und/oder des Unterwerkzeugs und/oder Parameter des Presshärtevorgangs solcherart, dass das Werkstück nach Abschluss des Presshärtevorgangs Bereiche unterschiedlicher Härtewerte in Richtung der Dicke des Werkstücks aufweist, wobei das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug gekühlt werden oder das Oberwerkzeug erwärmt und das Unterwerkzeug gekühlt wird oder das Oberwerkzeug gekühlt und das Unterwerkzeug erwärmt wird.According to the method according to the invention, a workpiece consisting of a metal sheet to be machined is inserted into a tool of a forming press having an upper tool and a lower tool, and subsequent press-hardening of the workpiece to be machined using the temperature properties of the workpiece to be machined and / or of the upper tool and / or the sub-tool and / or parameters of the press hardening process such that the workpiece after completion of the press hardening process areas of different hardness values in the direction of the thickness of the workpiece, wherein the upper tool and the lower tool are cooled or heated the upper tool and the lower tool is cooled or the upper tool cooled and the lower tool is heated.

Durch ein solches Verfahren ist es möglich, einen definierten Härteverlauf im Werkstück zu erzielen, so dass je nach Einsatzfall ein gewünschter Härte-Zähigkeitsverlauf über die Dicke des Werkstücks hinweg erfolgen kann. Durch den Einsatz des Presshärteverfahrens kann eine gute Maß- und Formgenauigkeit auch komplexer Formen des Werkstücks erzielt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert einen geringen Zeitaufwand sowie wenige Prozessschritte und trägt daher zu geringen Herstellungskosten für das jeweilige Werkstück bei.By means of such a method, it is possible to achieve a defined hardness profile in the workpiece, so that, depending on the application, a desired hardness-toughness profile can take place across the thickness of the workpiece. By using the press hardening process, a good dimensional and form accuracy of even complex shapes of the workpiece can be achieved. The inventive method requires a small amount of time and few process steps and therefore contributes to low production costs for the respective workpiece.

In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Erwärmen wenigstens eines Teilbereichs der Dicke des zu bearbeitenden Werkstücks auf eine vorbestimmte Temperatur außerhalb einer das Werkzeug aufweisenden Umformpresse durch eine Erwärmungseinrichtung oder durch eine werkzeugintegrierte Erwärmungseinrichtung. Nach dem Erwärmen außerhalb des Werkzeuges erfolgt der Transport des zu bearbeitenden Werkstücks von der Erwärmungseinrichtung zum Presswerkzeug. Ferner besteht die Möglichkeit, auch nur Teilbereiche in Richtung der Dicke des zu bearbeitenden Werkstücks auf einfache und effektive Weise zu erwärmen.In one embodiment of the invention, the heating of at least a portion of the thickness of the workpiece to be machined is carried out to a predetermined temperature outside a forming press having the tool by a heating device or by a tool-integrated heating device. After heating outside the tool, the transport of the workpiece to be machined from the heating device to the pressing tool takes place. It is also possible to heat only partial areas in the direction of the thickness of the workpiece to be machined in a simple and effective manner.

Das Verfahren ist besonders vorteilhaft auf Werkstücke aus Stahlblech anwendbar, wobei die vorbestimmte Temperatur die Austenitisierungstemperatur ist.The method is particularly advantageously applicable to workpieces made of sheet steel, wherein the predetermined temperature is the Austenitisierungstemperatur.

Gemäß einer Ausführungsform wird das zu bearbeitende Werkstück in Richtung der Dicke durchgehend erwärmt. Nach Einlegen in das Werkzeug wird durch Einstellung bestimmter Parameter, wie der Schließdauer des Werkzeugs, Anpressdruck zwischen Unterwerkzeug und Oberwerkzeug sowie Temperatur des Unterwerkzeugs und/oder Oberwerkzeugs eine definierte Veränderung der Härtewerte über die Dicke des Werkstücks hinweg erzielt.According to one embodiment, the workpiece to be machined is continuously heated in the thickness direction. After insertion into the tool, a defined change in the hardness values across the thickness of the workpiece is achieved by setting certain parameters, such as the closing time of the tool, contact pressure between the lower tool and upper tool and temperature of the lower tool and / or upper tool.

So kann bei dieser Ausführungsform ein Werkstück geschaffen werden, das einen duktilen Kernbereich und harte Oberflächen aufweist. Ein solches Werkstück kann für solche Bauteile Anwendung finden, die einer starken abrasiven Belastung und Stoßbelastung ausgesetzt sind. Thus, in this embodiment, a workpiece having a ductile core portion and hard surfaces can be provided. One such workpiece can be used for those components which are exposed to a strong abrasive load and impact load.

In einer anderen Ausführungsform wird nur eine Randschicht des zu bearbeitenden Werkstücks oder ein Bereich in Richtung der Dicke des zu bearbeitenden Werkstücks erwärmt, so dass ein Werkstück geschaffen werden kann, bei dem die eine Oberfläche duktil und die andere Oberfläche hart oder der Kernbereich hart und die beiden Oberflächen duktil sind. Solche Werkstücke können bei Bauteilen Anwendung finden, die starken Stoßbelastungen und Schlagbelastungen ausgesetzt sind, und bei denen überschüssige Energie in Verformungsenergie umgewandelt wird, ohne dass die gesamte Geometrie des Bauteils wesentlich beeinträchtigt wird, wobei der harte Kernbereich bzw. eine harte Randschicht im Bereich einer Oberfläche als Stabilisierung des Bauteils dient.In another embodiment, only an edge layer of the workpiece to be machined or an area in the direction of the thickness of the workpiece to be machined is heated, so that a workpiece can be created in which one surface is ductile and the other surface hard or the core area hard and Both surfaces are ductile. Such workpieces may find application in components that are subject to high impact loads and impact loads and where excess energy is converted to strain energy without significantly affecting the overall geometry of the component, with the hard core region or hard edge layer near a surface serves as a stabilization of the component.

Auf vorteilhafte Weise können beim Presshärtevorgang zusätzlich Schneidoperationen am Werkstück ausgeführt werden. Diese Maßnahme verkürzt die Bearbeitungszeit und trägt zu einer kosteneffektiven Fertigung bei.Advantageously, additional cutting operations on the workpiece can be performed during the press hardening process. This measure shortens the processing time and contributes to a cost-effective production.

Wenn lokale Bereiche des Oberwerkzeugs und/oder Unterwerkzeugs mit einer anderen Temperatur beaufschlagt werden, als die übrigen Bereiche des Oberwerkzeugs und/oder Unterwerkzeugs, können Bereiche geschaffen werden, wo z. B. in das Werkstück Ausnehmungen, Bohrungen oder Gewindebohrungen eingebracht werden können.If local areas of the upper tool and / or lower tool are subjected to a different temperature than the remaining areas of the upper tool and / or lower tool, areas can be created where z. B. in the workpiece recesses, holes or tapped holes can be introduced.

Wenn der Transport des zu bearbeitenden Werkstücks nach dem Vorgang des Erwärmens zu der Umformpresse mittels einer Transporteinrichtung, insbesondere einem Roboter vorgenommen wird, kann der gesamte Herstellungsprozess automatisiert werden.If the transport of the workpiece to be machined after the process of heating to the forming press by means of a transport device, in particular a robot is made, the entire manufacturing process can be automated.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Werkstücks, das nach einem Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen der Erfindung hergestellt wurde,
  • 2 eine andere schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Werkstücks, das nach einem Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen der Erfindung hergestellt wurde,
  • 3 eine weitere schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Werkstücks, das nach einem Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen der Erfindung hergestellt wurde,
  • 4 eine schematische Ansicht einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines Werkstücks aus einem Metallblech gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 5 eine schematische Ansicht einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines Werkstücks aus einem Metallblech gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und
  • 6 eine schematische Ansicht einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines Werkstücks aus einem Metallblech gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
The invention will be explained in more detail below with reference to embodiments and accompanying drawings. In these show:
  • 1 1 is a schematic representation of a side view of a workpiece produced by a method according to one of the embodiments of the invention;
  • 2 another schematic representation of a side view of a workpiece, which was produced by a method according to one of the embodiments of the invention,
  • 3 1 is a further schematic representation of a side view of a workpiece produced by a method according to one of the embodiments of the invention;
  • 4 1 is a schematic view of an arrangement for carrying out the method for producing a workpiece from a metal sheet according to a first embodiment of the invention,
  • 5 a schematic view of an arrangement for carrying out the method for producing a workpiece from a metal sheet according to a second embodiment of the invention, and
  • 6 a schematic view of an arrangement for carrying out the method for producing a workpiece from a metal sheet according to a third embodiment of the invention.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Presshärten ein Werkstück 10 aus Metallblech hergestellt, das über die Dicke D des Werkstücks 10 hinweg Bereiche unterschiedlicher Härtewerte aufweist. Die Dicke D beträgt in einer Ausführungsform mehr als 2mm und kann in einer bevorzugten Ausführungsform mehr als 20mm betragen. Die genannten Werte sind beispielhaft und nicht als beschränkend auszulegen.According to the present invention, press-hardening becomes a workpiece 10 made of sheet metal that exceeds the thickness D of the workpiece 10 has areas of different hardness values. The thickness D in one embodiment is more than 2mm and in a preferred embodiment may be more than 20mm. The values mentioned are to be interpreted as illustrative and not restrictive.

In der bevorzugten Ausführungsform ist das Metallblech ein Stahlblech. In weiteren Ausführungsformen kann das Metallblech auch eine Legierung aus einem anderen Metall, z. B. eine Aluminiumlegierung, sein.In the preferred embodiment, the metal sheet is a steel sheet. In further embodiments, the metal sheet may also be an alloy of another metal, e.g. As an aluminum alloy, be.

Gemäß 1 nimmt der Härtewert von einer ersten Oberfläche 12 des Werkstücks 10 zu einer zweiten Oberfläche 14 des Werkstücks 10 hin zu (siehe 1). Die Bezeichnung HV soll den Härtewert repräsentieren, und der Pfeil soll die Zunahme des Härtewertes bezeichnen.According to 1 the hardness value takes from a first surface 12 of the workpiece 10 to a second surface 14 of the workpiece 10 towards (see 1 ). The term HV is intended to represent the hardness value, and the arrow is intended to indicate the increase in the hardness value.

Natürlich ist bei dieser Ausführungsform auch der Fall eingeschlossen, dass der Härtewert des Werkstücks 10 von der zweiten Oberfläche 14 zur ersten Oberfläche 12 hin zunimmt.Of course, in this embodiment, the case is included that the hardness value of the workpiece 10 from the second surface 14 to the first surface 12 increases.

Das Werkstück 10 gemäß 2 unterscheidet sich von dem Werkstück gemäß 1 darin, dass der Härtewert von einer Kernschicht 16 aus zu der jeweiligen ersten Oberfläche 12 und zweiten Oberfläche 14 hin zunimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kernschicht 16 einen geringeren Härtewert im Vergleich zum Härtewert der Schichten im Bereich der Oberflächen 12, 14 auf.The workpiece 10 according to 2 differs from the workpiece according to 1 in that the hardness value of a core layer 16 out to the respective first surface 12 and second surface 14 increases. In a preferred embodiment, the core layer 16 a lower hardness value compared to the hardness value of the layers in the area of the surfaces 12 . 14 on.

3 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Härtewert des Werkstücks 10 von der jeweiligen ersten Oberfläche 12 und der zweiten Oberfläche 14 zu der Kernschicht 16 hin zunimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kernschicht 16 einen größeren Härtewert im Vergleich zum Härtewert der Schichten im Bereich der Oberflächen 12, 14 auf. 3 shows an embodiment in which the hardness value of the workpiece 10 from the respective first surface 12 and the second surface 14 to the core layer 16 increases. In a preferred embodiment, the core layer 16 one greater hardness value in comparison to the hardness value of the layers in the area of the surfaces 12 . 14 on.

Die Zunahme des Härtewertes kann für die Ausführungsformen der 1 bis 3 je nach gewünschtem Einsatzfall des Werkstücks 10 kontinuierlich oder diskontinuierlich sein.The increase of the hardness value may be for the embodiments of the 1 to 3 depending on the desired application of the workpiece 10 be continuous or discontinuous.

Das zu bearbeitende Werkstück 10a kann eine Platine oder ein bereits vorgeformtes Werkstück sein.The workpiece to be machined 10a may be a board or an already preformed workpiece.

Wie in den 4 bis 6 gezeigt ist, wird das zu bearbeitende Werkstück 10a in einer Wärmeerzeugungseinrichtung 20 erwärmt, mittels einer Transporteinrichtung 30 zu einem Werkzeug 40 einer Umformpresse 100 transportiert und in das Werkzeug 40 eingelegt. Das Werkzeug 40 weist ein Unterwerkzeug 42 und einer Oberwerkzeug 44 auf.As in the 4 to 6 is shown, the workpiece to be machined 10a in a heat generating device 20 heated, by means of a transport device 30 to a tool 40 a forming press 100 transported and into the tool 40 inserted. The tool 40 has a lower tool 42 and an upper tool 44 on.

Die Wärmeerzeugungseinrichtung 20 kann ein Konvektionsofen, ein Strahlungsofen, eine Induktionswärmeerzeugungseinrichtung, eine Kontaktwärmerzeugungseinrichtung oder eine Widerstandserwärmungseinrichtung sein.The heat generating device 20 may be a convection oven, a radiation oven, an induction heat generator, a contact heat generator, or a resistance heater.

Die Transporteinrichtung 30 ist in der bevorzugten Ausführungsform ein Roboter, der das Transportieren des zu bearbeitenden Werkstücks 10a von der Wärmeerzeugungseinrichtung 20 zum Werkzeug 40 und das Einlegen in das Werkzeug 40 vornimmt.The transport device 30 In the preferred embodiment, it is a robot that handles the transporting of the workpiece to be machined 10a from the heat generating device 20 to the tool 40 and insertion into the tool 40 performs.

Wie nachstehend erläutert wird, hat das Werkzeug 40 ein gekühltes Unterwerkzeug 42 und/oder ein gekühltes Oberwerkzeug 44. Die Kühlung erfolgt über durch Kühlkanäle 46 strömendes Kühlmittel. Das Unterwerkzeug 42 oder das Oberwerkzeug 44 kann eine Heizeinrichtung 48 aufweisen.As explained below, the tool has 40 a cooled lower tool 42 and / or a cooled upper tool 44 , The cooling takes place via cooling channels 46 flowing coolant. The lower tool 42 or the top tool 44 can be a heating device 48 exhibit.

4 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines Werkstücks 10 aus einem Metallblech gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform ist das Metallblech ein Stahlblech, das in der Wärmeerzeugungseinrichtung 20 auf die Austenitisierungstemperatur erwärmt wird. Die Wärmeerzeugungseinrichtung 20 ist in dieser Ausführungsform ein Konvektionsofen oder ein Strahlungswärmeofen. 4 shows an arrangement for carrying out the method for producing a workpiece 10 made of a metal sheet according to a first embodiment of the invention. In this embodiment, the metal sheet is a steel sheet that is in the heat-generating device 20 is heated to the Austenitisierungstemperatur. The heat generating device 20 in this embodiment is a convection oven or a radiant heat oven.

Das über seine Dicke D gleichmäßig erwärmte zu bearbeitende Werkstück 10a wird mittels der Transporteinrichtung 30 zum Werkzeug 40 transportiert und in das geöffnete Werkzeug 40 eingelegt. Wie in 4 dargestellt ist, weist sowohl das Werkzeugunterteil 42 als auch das Werkzeugoberteil 44 Kühlkanäle 46 auf.The uniformly heated over its thickness D to be machined workpiece 10a is by means of the transport device 30 to the tool 40 transported and into the opened tool 40 inserted. As in 4 is shown, has both the lower tool part 42 as well as the tool shell 44 cooling channels 46 on.

Durch Parameter des Presshärtevorgangs, wie z. B. Schließdauer des Werkzeugs 40, Anpressdruck zwischen Unterwerkzeug 42 und Oberwerkzeug 44 sowie Temperatur des Unterwerkzeugs 42 und/oder Oberwerkzeugs 44 wird eine definierte Veränderung der Härtewerte über die Dicke D des Werkstücks 10 hinweg erzielt.By parameters of the press hardening process, such. B. closing time of the tool 40 , Contact pressure between lower tool 42 and upper tool 44 and temperature of the lower tool 42 and / or upper tool 44 becomes a defined change in the hardness values over the thickness D of the workpiece 10 achieved.

In dieser Ausführungsform, bei dem das zu bearbeitende Werkstück 10a mittels der Wärmeerzeugungseinrichtung 20 über die Dicke D hinweg gleichmäßig erwärmt wurde, kann ein hoher Härtewert an den Oberflächen 12, 14 und ein geringer Härtewert im Kernbereich 16 erzielt werden, wie schematisch in 2 gezeigt ist. Mit anderen Worten, das Werkstück 10 hat einen duktilen Kernbereich 16 und hat vergleichsweise harte Außenbereiche.In this embodiment, in which the workpiece to be machined 10a by means of the heat generating device 20 Evenly heated over the thickness D, a high hardness value at the surfaces 12 . 14 and a low hardness value in the core area 16 be achieved as schematically in 2 is shown. In other words, the workpiece 10 has a ductile core area 16 and has relatively hard outdoor areas.

5 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines Werkstücks 10 aus einem Metallblech gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform von 4 darin, dass das zu bearbeitende Werkstück 10a nicht gleichmäßig über seine Dicke D hinweg erwärmt wird, wobei als Wärmeerzeugungseinrichtung 20 z. B. eine Kontaktwärmeerzeugungseinrichtung, eine Induktionswärmeerzeugungseinrichtung oder eine Widerstandswärmeerzeugungseinrichtung eingesetzt wird. 5 shows an arrangement for carrying out the method for producing a workpiece 10 from a metal sheet according to a second embodiment of the invention. This embodiment is different from the embodiment of FIG 4 in that the workpiece to be machined 10a is not uniformly heated across its thickness D, being used as a heat generating device 20 z. Example, a contact heat generating device, an induction heat generating device or a resistance heat generating device is used.

Dadurch ist es möglich, ausgewählte Bereiche in Richtung der Dicke D des zu bearbeitenden Werkstücks 10a zu erwärmen. So kann z. B. eine Zunahme des Härtewertes von der ersten Oberfläche 12 zur zweiten Oberfläche 14 hin, wie in 1 gezeigt ist, oder eine Zunahme des Härtewertes von dem Kernbereich 16 zu den Oberflächen 12, 14 hin, wie in 2 gezeigt ist, erzielt werden.This makes it possible, selected areas in the direction of the thickness D of the workpiece to be machined 10a to warm up. So z. B. an increase in the hardness value of the first surface 12 to the second surface 14 towards, as in 1 or an increase in the hardness value of the core region 16 to the surfaces 12 . 14 towards, as in 2 is shown achieved.

6 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines Werkstücks 10 aus einem Metallblech gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. 6 shows an arrangement for carrying out the method for producing a workpiece 10 made of a metal sheet according to a third embodiment of the invention.

Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform von 4 darin, dass das Unterwerkzeug 42 erwärmt wird und das Oberwerkzeug 44 gekühlt wird.This embodiment differs from the first embodiment of FIG 4 in that the lower tool 42 is heated and the upper tool 44 is cooled.

Dazu weist das Unterwerkzeug 42 die Heizeinrichtung 48 und das Oberwerkzeug 44 die Kühlkanäle 46 auf. Natürlich ist auch hier der umgekehrte Fall eingeschlossen, dass das Oberwerkzeug 44 die Heizeinrichtung 48 und das Unterwerkzeug 42 die Kühlkanäle 46 aufweist.This is indicated by the lower tool 42 the heater 48 and the top tool 44 the cooling channels 46 on. Of course, the reverse case is also included here, that the upper tool 44 the heater 48 and the lower tool 42 the cooling channels 46 having.

Hierbei kann ein Verlauf der Härte über die Blechdicke D hinweg erzielt werden, wie in 1 dargestellt ist. Mit anderen Worten kann ein Werkstück 10 erzielt werden, dessen eine Seite besonders hart und dessen andere Seite vergleichsweise duktil ist.In this case, a progression of the hardness over the sheet thickness D can be achieved, as in 1 is shown. In other words, a workpiece 10 be achieved, one side of which is particularly hard and the other side is relatively ductile.

In einer Abwandlung der Ausführungsform von 6, können ausgewählte Bereiche in Richtung der Dicke D des zu bearbeitenden Werkstücks 10a erwärmt werden, analog zur Erwärmung des zu bearbeitenden Werkstücks 10a gemäß der Ausführungsform von 5.In a modification of the embodiment of 6 , Selected areas in the direction of the thickness D of the workpiece to be machined 10a are heated, analogous to the heating of the workpiece to be machined 10a according to the embodiment of 5 ,

In einer modifizierten Ausführungsform der ersten bis dritten Ausführungsform und deren Abwandlungen kann zusätzlich zum Presshärtevorgang eine Schneidoperation, wie z. B. ein Beschneiden oder Lochen des Werkstücks 10 oder ein Fügevorgang, wie z. B. ein Clinchen oder Schweißen des Werkstücks, implementiert werden.In a modified embodiment of the first to third embodiments and their modifications, in addition to the press hardening operation, a cutting operation such as cutting operation may be performed. B. a trimming or punching of the workpiece 10 or a joining process, such. As a clinching or welding of the workpiece can be implemented.

In einer weiteren modifizierten Ausführungsform kann zusätzlich zu den unterschiedlichen Härtewerten in Richtung der Dicke D des Werkstücks 10 auch ein unterschiedlicher Härtewert in lokalen Bereichen in Richtung der Fläche des Werkstücks 10 erfolgen. Dies kann durch ein gezieltes Zeit-Temperaturmanagement im Werkzeug 40 oder durch eine angepasste Erwärmungsstrategie erfolgen.In a further modified embodiment, in addition to the different hardness values in the direction of the thickness D of the workpiece 10 also a different hardness value in local areas in the direction of the surface of the workpiece 10 respectively. This can be achieved by a targeted time-temperature management in the tool 40 or by an adapted heating strategy.

In Abwandlung der beschriebenen Ausführungsformen kann der Kühlvorgang des zu bearbeitenden Werkstücks 10a auch dadurch erfolgen, dass das Werkzeug 40 einen Spalt geöffnet wird und Kühlmittel in den Spalt eingeleitet wird. Auch könnten das Unterwerkzeug 42 und das Oberwerkzeug 44 eine Heizeinrichtung 48 aufweisen, mit dem das zu bearbeitende Werkstück 10a erwärmt wird, und das Abkühlen durch Einführen von Kühlmittel in den Spalt oder die Spalte im geöffneten Werkzeug 40 erfolgen.In a modification of the described embodiments, the cooling process of the workpiece to be machined 10a also be done by the tool 40 a gap is opened and coolant is introduced into the gap. Also could be the lower tool 42 and the top tool 44 a heating device 48 have, with which the workpiece to be machined 10 a is heated, and the cooling by introducing coolant into the gap or the gap in the open tool 40 respectively.

Mit einem Werkstück 10, wie es in 2 dargestellt ist, kann eine harte Oberfläche 12, 14 und ein duktiler Kernbereich 16 erzielt werden, so dass ein Werkstück 10 geschaffen wird, das hervorragende Eigenschaften hinsichtlich Dauerfestigkeit, Stoßfestigkeit und Schlagfestigkeit sowie Durchdringung besitzt, wobei das Werkstück 10 eine große Lebensdauer auch unter starken abrasiven Bedingungen hat.With a workpiece 10 as it is in 2 can be a hard surface 12 . 14 and a ductile core area 16 be achieved, leaving a workpiece 10 has excellent properties in terms of fatigue strength, impact resistance and impact resistance and penetration, wherein the workpiece 10 has a long life even under severe abrasive conditions.

Wenn ein Werkstück 10 geschaffen wird, das einen harten Kernbereich 16 und vergleichsweise duktile Oberflächen 12, 14 oder Randbereiche hat, wie es in 3 gezeigt ist, kann ein Einsatz ebenfalls in Anwendungsfällen, wo eine starke Stoßbelastung oder Schlagbelastung auftritt, erfolgen. Der harte Kernbereich 16 dient hier zur Festigkeitsverstärkung des gesamten Werkstücks 10. Durch die vergleichsweise duktil ausgebildeten Oberflächen 12, 14 wird überschüssige Energie in Verformungsenergie umgewandelt, so dass auch unter starken Belastungen die Einsatzfähigkeit bestehen bleibt.If a workpiece 10 is created, which is a hard core area 16 and comparatively ductile surfaces 12 . 14 or has border areas, as it is in 3 an insert can also be made in applications where a high impact or impact load occurs. The hard core area 16 here serves to strengthen the strength of the entire workpiece 10 , Due to the comparatively ductile surfaces 12 . 14 Excess energy is converted into deformation energy, so that even under heavy loads the operational capability remains.

Gemäß der Erfindung erfolgt ein werkzeugexternes oder -internes Erwärmen und Einlegen eines zu bearbeitenden aus einem Metallblech bestehenden Werkstücks in ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug aufweisendes Werkzeug einer Umformpresse, und darauffolgendes Presshärten des zu bearbeitenden Werkstücks unter Ausnutzung der Temperatureigenschaften des zu bearbeitenden Werkstücks und/oder des Oberwerkzeugs und/oder des Unterwerkzeugs und/oder Parameter des Presshärtevorgangs solcherart, dass das Werkstück nach Abschluss des Presshärtevorgangs Bereiche unterschiedlicher Härtewerte in Richtung der Dicke des Werkstücks aufweist.According to the invention, an external or internal heating and inserting of a workpiece to be machined from a sheet metal in a top tool and a lower tool having tooling a forming press, and subsequent press hardening of the workpiece to be machined taking advantage of the temperature characteristics of the workpiece to be machined and / or Upper tool and / or the lower tool and / or parameters of the press hardening process such that the workpiece after completion of the press hardening process has areas of different hardness values in the direction of the thickness of the workpiece.

Durch ein solches Verfahren ist es möglich, einen definierten Härteverlauf im Werkstück zu erzielen, so dass je nach Einsatzfall ein gewünschter Härte-Zähigkeitsverlauf über die Dicke des Werkstücks hinweg erfolgen kann. Durch den Einsatz des Presshärteverfahrens kann eine gute Maß- und Formgenauigkeit auch komplexer Formen des Werkstücks erzielt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert einen geringen Zeitaufwand, wenige Prozessschritte und trägt daher zu geringen Herstellungskosten für das jeweilige Werkstück bei.By means of such a method, it is possible to achieve a defined hardness profile in the workpiece, so that, depending on the application, a desired hardness-toughness profile can take place across the thickness of the workpiece. By using the press hardening process, a good dimensional and form accuracy of even complex shapes of the workpiece can be achieved. The inventive method requires a small amount of time, few process steps and therefore contributes to low production costs for the respective workpiece.

Claims (13)

Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus Metallblech mit folgenden Verfahrensschritten: - Einlegen eines zu bearbeitenden Werkstücks (10a) in ein ein Oberwerkzeug (44) und ein Unterwerkzeug (42) aufweisendes Werkzeug (40) einer Umformpresse (100), und - Presshärten des zu bearbeitenden Werkstücks (10a) unter Ausnutzung der Temperatureigenschaften des zu bearbeitenden Werkstücks (10a) und/oder des Oberwerkzeugs (44) und/oder des Unterwerkzeugs (42) und/oder Parameter des Presshärtevorgangs solcherart, dass das Werkstück (10) nach Abschluss des Presshärtevorgangs Bereiche unterschiedlicher Härtewerte in Richtung der Dicke (D) des Werkstücks (10) aufweist, wobei das Oberwerkzeug (44) und das Unterwerkzeug (42) gekühlt werden oder das Oberwerkzeug (44) erwärmt und das Unterwerkzeug (42) gekühlt wird oder das Oberwerkzeug (44) gekühlt und das Unterwerkzeug (42) erwärmt wird.Method for producing a workpiece from sheet metal with the following method steps: - Inserting a workpiece to be machined (10a) in an upper tool (44) and a lower tool (42) exhibiting tool (40) of a forming press (100), and Press-hardening the workpiece to be machined (10a) by utilizing the temperature characteristics of the workpiece (10a) to be machined and / or the upper tool (44) and / or the lower tool (42) and / or parameters of the press hardening process such that the workpiece (10) after completion of the press hardening operation, areas of different hardness values in the direction of the thickness (D) of the workpiece (10), wherein the upper tool (44) and the lower tool (42) are cooled or the upper tool (44) is heated and the lower tool (42) is cooled or the upper tool (44) is cooled and the lower tool (42) is heated. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - Erwärmen wenigstens eines Teilbereichs der Dicke (D) des zu bearbeitenden Werkstücks (10a) auf eine vorbestimmte Temperatur außerhalb oder innerhalb der Umformpresse (100) durch eine Erwärmungseinrichtung (20), und - Transportieren des zu bearbeitenden Werkstücks (10a) von der Erwärmungseinrichtung (20) zur Umformpresse (100).Method according to Claim 1 characterized by the following method steps: heating at least a portion of the thickness (D) of the workpiece to be machined (10a) to a predetermined temperature outside or inside the forming press (100) by a heating device (20), and transporting the workpiece to be machined ( 10a) from the heating device (20) to the forming press (100). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zu bearbeitende Werkstück (10a) aus Stahlblech besteht und die vorbestimmte Temperatur die Austenitisierungstemperatur ist.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that the workpiece to be machined (10a) is made of sheet steel and the predetermined temperature is the austenitizing temperature. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zu bearbeitende Werkstück (10a) in Richtung der Dicke (D) durchgehend erwärmt wird.Method according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the workpiece (10a) to be machined is continuously heated in the direction of the thickness (D). Verfahren nach der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Randschicht des zu bearbeitenden Werkstücks (10a) oder ein Bereich in Richtung der Dicke (D) des zu bearbeitenden Werkstücks (10a) erwärmt wird.Method according to Claims 1 to 3 , characterized in that only an edge layer of the workpiece to be machined (10a) or a region in the direction of the thickness (D) of the workpiece to be machined (10a) is heated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Presshärtevorgang zusätzlich Schneid- oder Fügeoperationen am Werkstück (10) ausgeführt werden.Method according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that additionally cutting or joining operations on the workpiece (10) are performed during the press hardening process. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass lokale Bereiche des Oberwerkzeugs (44) und/oder Unterwerkzeugs (42) mit einer anderen Temperatur beaufschlagt werden, als die übrigen Bereiche des Oberwerkzeugs (44) und/oder Unterwerkzeugs (42).Method according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that local areas of the upper tool (44) and / or lower tool (42) are subjected to a different temperature than the remaining areas of the upper tool (44) and / or lower tool (42). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des zu bearbeitenden Werkstücks (10a) mittels eines Konvektionsofens, eines Strahlungsofens, mittels Induktion, mittels Kontakterwärmung oder mittels Widerstandserwärmung erfolgt.Method according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the heating of the workpiece to be machined (10a) by means of a convection oven, a radiant oven, by means of induction, by means of contact heating or by means of resistance heating. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport des zu bearbeitenden Werkstücks(10a) nach dem Vorgang des Erwärmens zu der Umformpresse (100) mittels einer Transporteinrichtung (30) vorgenommen wird.Method according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that the transport of the workpiece to be machined (10a) after the process of heating to the forming press (100) by means of a transport device (30) is made. Werkstück (10) aus einem Metallblech, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das Bereiche unterschiedlicher Härtewerte in Richtung der Dicke (D) aufweist.A workpiece (10) made of a metal sheet produced by a method according to any one of Claims 1 to 9 having regions of different hardness values in the thickness direction (D). Werkstück nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Härtewerte von einer ersten Oberfläche (12) des Werkstücks (10) zu einer zweiten Oberfläche (14) des Werkstücks (10) hin zunehmen.Workpiece after Claim 10 characterized in that the hardness values increase from a first surface (12) of the workpiece (10) to a second surface (14) of the workpiece (10). Werkstück nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Härtewerte von einer Kernschicht (16) des Werkstücks (10) zu beiden Oberflächen (12, 14) hin zunehmen.Workpiece after Claim 10 , characterized in that the hardness values increase from a core layer (16) of the workpiece (10) towards both surfaces (12, 14). Werkstück nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Härtewerte von beiden Oberflächen (12, 14) zu einer Kernschicht (16) hin zunehmen.Workpiece after Claim 10 , characterized in that the hardness values increase from both surfaces (12, 14) towards a core layer (16).
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