DE102016102344B4 - Method and device for producing hardened steel components - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Presshärten von Stahlblechbauteilen, wobei einem Stahlblechband aus einer härtbaren Stahllegierung eine Platine abgetrennt wird und die Platine anschließend austenitisiert wird, indem sie auf eine Temperatur größer Acerhitzt wird und anschließend in ein Umformwerkzeug eingelegt wird und in dem Umformwerkzeug umgeformt und beim Umformen mit einer Geschwindigkeit über der kritischen Härtegeschwindigkeit abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von Mikrorissen zweiter Art an der umzuformenden Blechplatine während des Umform- und Härtevorganges das Umgebungsmedium an zugbelasteten Stellen eingedüst oder abgesaugt wird.Method for press hardening of sheet steel components, wherein a sheet steel strip made of a hardenable steel alloy is cut off and the sheet is then austenitized by heating it to a temperature greater than Acer and then placing it in a forming tool and forming it in the forming tool and during forming at one speed is cooled above the critical hardening speed, characterized in that to avoid microcracks of the second type on the sheet metal blank to be formed during the forming and hardening process, the surrounding medium is injected or sucked off at tensile stressed points.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen gehärteter Stahlbauteile.The invention relates to a method and a device for producing hardened steel components.

Gehärtete Stahlbauteile haben insbesondere im Karosseriebau von Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass durch ihre herausragenden mechanischen Eigenschaften eine Möglichkeit besteht, eine besonders stabile Fahrgastzelle zu erstellen, ohne dass Bauteile verwendet werden müssen, die bei normalen Festigkeiten viel massiver und dadurch schwerer ausgebildet werden.Hardened steel components have the advantage, especially in the body shop of motor vehicles, that their outstanding mechanical properties make it possible to create a particularly stable passenger cell without having to use components that are much more massive and therefore heavier with normal strengths.

Zur Erzeugung derartiger gehärteter Stahlbauteile werden Stahlsorten, die durch eine Abschreckhärtung härtbar sind, verwendet. Derartige Stahlsorten sind zum Beispiel borlegierte Mangankohlenstoffstähle, wobei der am weitesten eingesetzte, hier der 22MnB5 ist. Aber auch andere borlegierte Mangankohlenstoffstähle werden hierfür verwendet.To produce such hardened steel components, types of steel which can be hardened by quench hardening are used. Such types of steel are, for example, boron-alloyed manganese carbon steels, the most widely used here being 22MnB5. However, other boron-alloyed manganese carbon steels are also used for this.

Um die aus diesen Stahlsorten gehärtete Bauteile zu erzeugen, muss das Stahlmaterial auf die Austenitisierungstemperatur (>Ac3) erhitzt werden und abgewartet werden, bis der Stahlwerkstoff austenitisiert ist. Je nach gewünschtem Härtegrad können hier Teil- oder Vollaustenitisierungen erzielt werden.In order to produce components hardened from these types of steel, the steel material must be heated to the austenitizing temperature (> Ac 3 ) and wait until the steel material is austenitized. Depending on the required degree of hardness, partial or full austenitization can be achieved here.

Wird ein solches Stahlmaterial nach der Austenitisierung mit einer über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit abgekühlt, wandelt die austenitische Struktur in eine martensitische, sehr harte Struktur um. Auf diese Weise sind Zugfestigkeiten Rm bis über 1500 MPa erzielbar.If such a steel material is cooled after austenitizing at a rate above the critical hardening rate, the austenitic structure is transformed into a martensitic, very hard structure. In this way, tensile strengths R m of over 1500 MPa can be achieved.

Zur Erzeugung der Stahlbauteile sind derzeit zwei Verfahrenswege üblich.There are currently two ways of producing the steel components.

Beim sogenannten Formhärten wird eine Stahlblechplatine aus einem Stahlband abgetrennt bsp. ausgeschnitten oder gestanzt und anschließend in einem üblichen, beispielsweise fünfstufigen Tiefziehprozess zum fertigen Bauteil tiefgezogen. Dieses fertige Bauteil wird hierbei etwas kleiner dimensioniert, um eine nachfolgende Wärmedehnung beim Austenitisieren zu kompensieren.In the so-called form hardening, a sheet steel blank is separated from a steel strip, e.g. cut or punched and then deep-drawn into the finished component in a conventional, for example five-stage deep-drawing process. This finished component is dimensioned somewhat smaller in order to compensate for a subsequent thermal expansion during austenitizing.

Das so erzeugte Bauteil wird anschließend austenitisiert und dann in ein Formhärtewerkzeug eingelegt, in dem es gepresst, aber nicht oder nur sehr gering umgeformt wird und durch die Pressung die Wärme aus dem Bauteil in das Presswerkzeug fließt, und zwar mit der über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit.The component produced in this way is then austenitized and then placed in a form hardening tool, in which it is pressed, but not or only slightly deformed, and the heat flows out of the component into the pressing tool as a result of the pressing, at a rate that is above the critical hardening speed Speed.

Der weitere Verfahrensweg ist das sogenannte Presshärten, bei dem eine Platine aus einem Stahlblechband abgetrennt bsp. ausgeschnitten oder gestanzt wird, anschließend die Platine austenitisiert wird und die heiße Platine bei einer Temperatur unter 782°C in einem vorzugsweise einstufigen Schritt umgeformt und gleichzeitig mit einer über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit abgekühlt wird.The further method is the so-called press hardening, in which a plate is separated from a sheet steel strip, bsp. is cut or punched, then the sheet is austenitized and the hot sheet is formed at a temperature below 782 ° C in a preferably one-stage step and at the same time cooled at a rate above the critical hardening speed.

In beiden Fällen können mit metallischen Korrosionsschutzschichten z.B. mit Zink oder einer Legierung auf Basis von Zink versehene Platinen verwendet werden. Das Formhärten wird auch als indirekter Prozess bezeichnet und das Presshärten als direkter Prozess. Der Vorteil des indirekten Prozesses ist, dass aufwändigere Werkstücksgeometrien realisierbar sind.In both cases, metallic corrosion protection layers can be used, e.g. plates provided with zinc or an alloy based on zinc can be used. Press hardening is also known as an indirect process and press hardening as a direct process. The advantage of the indirect process is that more complex workpiece geometries can be implemented.

Der Vorteil des direkten Prozesses ist, dass ein höherer Materialnutzungsgrad erreicht werden kann. Jedoch ist die erreichbareBauteilkomplexität vor allem beim einstufigen Umformprozess geringer.The advantage of the direct process is that a higher degree of material utilization can be achieved. However, the component complexity that can be achieved is lower, especially in the one-step forming process.

Beim Presshärten ist jedoch von Nachteil, dass es insbesondere bei verzinkten Stahlblechplatinen dazu kommt, dass Mikrorisse in der Oberfläche gebildet werden.However, the disadvantage of press hardening is that, particularly in the case of galvanized sheet steel blanks, microcracks are formed in the surface.

Hierbei wird zwischen Mikrorissen erster Ordnung und Mikrorissen zweiter Ordnung unterschieden.A distinction is made between first-order microcracks and second-order microcracks.

Mikrorisse erster Ordnung werden auf das sogenannte Liquid Metal Embrittlement zurückgeführt. Man vermutet, dass flüssige Zinkphasen während des Umformens, d.h. während Zugspannungen auf das Material aufgebracht werden, mit noch bestehenden Austenitphasen in Wechselwirkung geraten, wodurch Mikrorisse mit Tiefen bis zu einigen 100 µm im Material erzeugt werden.First-order micro-cracks are attributed to the so-called liquid metal embrittlement. It is believed that liquid zinc phases during forming, i.e. While tensile stresses are applied to the material, they interact with the austenite phases that still exist, creating microcracks with depths of up to several 100 µm in the material.

Der Anmelderin ist es gelungen, durch aktives oder passives Kühlen des Materials zwischen der Entnahme aus dem Erhitzungsofen und vor dem Start des Warmumformvorgangs auf Temperaturen, bei denen keine flüssigen Zinkphasen mehr vorhanden sind, diese Mikrorisse erster Ordnung zu unterbinden. Dies bedeutet, dass die Warmumformung bei Temperaturen unter etwa 750°C stattfindet.The applicant has succeeded in preventing these first-order microcracks by actively or passively cooling the material between removal from the heating furnace and before the start of the hot forming process to temperatures at which liquid zinc phases are no longer present. This means that the hot forming takes place at temperatures below approx. 750 ° C.

Die Mikrorisse zweiter Ordnung sind bislang bei der Warmumformung trotz Vorkühlung nicht beherrschbar und entstehen auch bei Warmumformtemperaturen unter 600°C. Die Risstiefen hierbei betragen hierbei bis zu einigen 10 µm.The second-order microcracks have so far not been manageable in hot forming despite pre-cooling and also arise at hot forming temperatures below 600 ° C. The depth of the cracks is up to a few 10 µm.

Weder Mikrorisse erster Ordnung noch Mikrorisse zweiter Ordnung werden von den Anwendern akzeptiert, da dies eine mögliche Schadensquelle darstellt.Neither first-order microcracks nor second-order microcracks are accepted by users as this is a possible source of damage.

Mit den bisherigen Methoden kann eine Produktion von Bauteilen ohne Mikrorisse zweiter Ordnung noch nicht gesichert dargestellt werden.With the previous methods, the production of components without second-order microcracks cannot yet be reliably represented.

Aus der DE 10 2011 055 643 A1 ist ein Verfahren und Umformwerkzeug zum Warmumformpresshärten von Werkstücken aus Stahlblech bekannt, und insbesondere aus verzinkten Werkstücken aus Stahlblech. Hierbei soll die zum Warmumformen und Presshärten verwendete Matrize in ihrem durch einen positiven Ziehradius definierten Ziehkantenbereich mit einem Materialstoff flüssig beschichtet sein oder mit einem Einsatzteil versehen sein, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die um mindestens 10 W/(m × K) geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit des dem Ziehkantenbereich benachbarten Abschnitts der Matrize, der beim Warmumformen und Presshärten des Werkstücks mit demselben in Kontakt gelangt. Die dem Werkstück zugewandte Oberfläche des im Ziehkantenbereich aufgetragenen Materials oder des angeordneten Einsatzteiles soll ein sich über die Ziehkante erstreckendes Quermaß besitzen, das im Bereich des 1,6-fachen bis 10-fachen des positiven Ziehradius der Matrize liegt. Hierdurch sollen die Fließeigenschaften von Werkstücken aus Stahlblech während des Warmumformens verbessert werden und damit die Gefahr des Auftretens von Rissen bei der Warmumformung von Werkstücken aus Stahlblech, vorzugsweise verzinkten Stahlplatinen, erheblich reduziert werden. Mit einem solchen Werkzeug können jedoch Mikrorisse zweiter Art nicht vermieden werden.From the DE 10 2011 055 643 A1 a method and forming tool for hot forming press hardening of workpieces made of sheet steel is known, and in particular of galvanized workpieces made of sheet steel. Here, the die used for hot forming and press hardening should be coated with a liquid material in its drawing edge area defined by a positive drawing radius or provided with an insert that has a thermal conductivity that is at least 10 W / (m × K) lower than that Thermal conductivity of the section of the die adjacent to the drawing edge area, which comes into contact with the workpiece during hot forming and press hardening. The surface of the material applied in the drawing edge area or the arranged insert part facing the workpiece should have a transverse dimension extending over the drawing edge that is in the range of 1.6 to 10 times the positive drawing radius of the die. This is intended to improve the flow properties of workpieces made of sheet steel during hot forming and thus considerably reduce the risk of cracks occurring during hot forming of workpieces made of sheet steel, preferably galvanized steel blanks. With such a tool, however, microcracks of the second type cannot be avoided.

Aus der DE 10 2011 052 773 A1 ist ein Werkzeug für ein Presshärtewerkzeug bekannt, wobei die formgebende Oberfläche des Werkzeugs bereichsweise durch in die Formoberfläche zwei eingebrachte Mikrovertiefungen mikrostrukturiert. Durch diese Maßnahme soll die für die Umformung eines Rohlings effektive Kontaktfläche zwischen der Formoberfläche mit einem Rohling auf die zwischen den Vertiefungen befindlichen Flächenanteile vier beschränkt werden. Hierdurch soll die Reibung vermindert werden.From the DE 10 2011 052 773 A1 A tool for a press hardening tool is known, the shaping surface of the tool being microstructured in some areas by two micro-depressions made in the mold surface. This measure is intended to limit the contact area between the mold surface with a blank that is effective for reshaping a blank to the surface portions four located between the depressions. This is intended to reduce friction.

Aus der DE 10 2004 038 626 B3 ist ein Verfahren zum Herstellen von gehärteten Bauteilen aus Stahlblech bekannt, wobei vor, beim oder nach dem Formen des Formteils ein notwendiger Endbeschnitt des Formteils und gegebenenfalls erforderliche Ausstanzungen bzw. die Erzeugung eines Lochbildes vorgenommen wird und das Formteil anschließend zumindest teilbereichsweise auf eine Temperatur erhitzt wird, welche eine Austenitisierung des Stahlwerkstoffs ermöglicht, und wobei das Bauteil anschließend in ein Formhärtewerkzeug überführt wird und im Formhärtewerkzeug eine Formhärtung durchgeführt wird, bei der durch das zumindest teilbereichsweise Anlegen und Pressen des Bauteils durch die Formhärtewerkzeuge das Bauteil gekühlt und dadurch gehärtet wird, wobei das Bauteil vom Formhärtewerkzeug im Bereich der positiven Radien gestützt wird, teilbereichsweise zumindest und im Bereich der Beschnittkanten vorzugsweise von zwei Klemmen festgehalten wird und in Bereichen, in denen das Bauteil nicht geklemmt wird, das Bauteil zumindest zu einer Formwerkzeughälfte mit einem Spalt beabstandet ist. Diese Maßnahme dient dazu, das Bauteil verzugsfrei klemmen zu können und unterschiedliche Härtegradienten durch unterschiedliche Härtegeschwindigkeiten einzustellen.From the DE 10 2004 038 626 B3 a method for producing hardened components from sheet steel is known, where before, during or after the molding of the molded part, a necessary final trimming of the molded part and any necessary punching or the creation of a hole pattern is carried out and the molded part is then heated to a temperature at least in parts , which enables austenitization of the steel material, and wherein the component is then transferred to a form hardening tool and a form hardening is carried out in the form hardening tool, in which the component is cooled and thereby hardened by the at least partial application and pressing of the component by the form hardening tools, whereby the Component is supported by the hot-stamping tool in the area of the positive radii, partially at least and in the area of the trimmed edges preferably held by two clamps and in areas in which the component is not clamped, the component at least is spaced from a mold half with a gap. This measure serves to be able to clamp the component without distortion and to set different hardness gradients through different hardness speeds.

Aufgabe der Erfindung ist es, Mikrorisse zweiter Art in direkt warmumgeformten, also pressgehärteten Bauteilen zu vermeiden.The object of the invention is to avoid microcracks of the second type in directly hot-formed, ie press-hardened, components.

Die Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved with a method having the features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous further developments are characterized in the subclaims.

Es ist darüber hinaus eine Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der Stahlblechplatinen im Presshärteverfahren warmumgeformt und gehärtet werden können und bei dem Mikrorisse vermieden werden.It is also an object to create a device with which sheet steel blanks can be hot-formed and hardened in the press hardening process and with which microcracks can be avoided.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.The object is achieved with a device having the features of claim 4. Advantageous further developments are characterized in the dependent claims.

Die Erfinder haben erkannt, dass Mikrorisse zweiter Art entstehen, wenn in zugbelasteten Bereichen der auftretende Zinkdampf in hinreichender Konzentration zum Stahl gelangt, sogenanntes Vapour Metal Embrittlement (VME). Zinkdampf entsteht durch Aufreißen der Zinkeisenschicht bei der Dehnung während des Umformvorgangs. Hinreichende Konzentration tritt insbesondere in jenen Bereichen auf in welchen direkter Kontakt des Blechs mit dem Werkzeug vorherrscht oder ein sehr geringer Abstand des Blechs zum Werkzeug vorliegt. Ein sehr geringer Abstand im Sinne der Erfindung ist weniger als 0,5 mm. Erfindungsgemäß sollen Mikrorisse zweiter Ordnung vermieden werden, wobei ein möglichst großes Arbeitsfenster hinsichtlich Material und Temperatur erhalten bleibt und die Umsetzung kostengünstig ist. Bei mindestens gleicher Durchlaufzeit soll keine Taktzeiterhöhung bzw. Durchsatzreduktion bei der Bauteilherstellung resultieren.The inventors have recognized that microcracks of the second type occur when the zinc vapor that occurs in tensile stressed areas reaches the steel in sufficient concentration, so-called vapor metal embrittlement (VME). Zinc vapor is created when the zinc iron layer tears open when it is stretched during the forming process. Sufficient concentration occurs particularly in those areas in which there is direct contact between the sheet metal and the tool or in which there is a very small distance between the sheet metal and the tool. A very small distance within the meaning of the invention is less than 0.5 mm. According to the invention, second order microcracks are to be avoided, with the largest possible working window in terms of material and temperature being maintained and the implementation being inexpensive. With at least the same throughput time, there should be no increase in cycle time or throughput reduction in component production.

Erfindungsgemäß wird bei den zugbelasteten Bereichen (Dehnungsrandfaser) der auftretende Zinkdampf entweder durch Gasströme (Konvektion) abgeführt bzw. abgeblasen oder ausreichend verdünnt. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann durch Zutritt von Fluiden Zink rasch in eine stabile Verbindung wie Zinkoxid oder ZnJ2 umgewandelt werden. Des Weiteren kann der Schutz des Stahls gegen Mikrorisse zweiter Ordnung auch durch Erzeugung einer Schutzschicht wie zB Oxidschicht, mittels Zuführen eines Fluids erreicht werden. Alle beschriebenen Maßnahmen haben jeweils gezeigt, dass Mikrorisse deutlich reduziert werden.According to the invention, the zinc vapor occurring in the tensile stressed areas (expansion edge fibers) is either discharged or blown off by gas flows (convection) or is sufficiently diluted. As an alternative or in addition to this, zinc can be rapidly converted into a stable compound such as zinc oxide or ZnJ2 when fluids are exposed. Furthermore, the protection of the steel against Second order microcracks can also be achieved by creating a protective layer such as an oxide layer by supplying a fluid. All the measures described have shown that microcracks are significantly reduced.

Die Vermeidung der Mikrorisse zweiter Ordnung wird hierbei dadurch gewährleistet, dass an der umzuformenden Blechplatine während des Umform- und Härtevorganges das Umgebungsmedium in jenen Bereichen an welchen Zugdehnungen an einer Randfaser auftreten ausgetauscht wird. Durch den Austausch wird der auftretende Zinkdampf verdünnt oder entfernt.
Durch Austausch des Umgebungsmediums kann durch insbesondere kontinuierliches Einbringen oder Abführen, also Eindüsung oder Absaugung eines Mediums geschehen.
Das Medium hierfür kann Luft, Sauerstoff, Stickstoff oder andere Fluide bzw. Gase sein.The avoidance of the second-order microcracks is ensured by the fact that the surrounding medium is exchanged on the sheet metal blank to be formed during the forming and hardening process in those areas where tensile strains occur on an edge fiber. The zinc vapor that occurs is diluted or removed through the exchange.
By exchanging the surrounding medium, in particular, continuous introduction or discharge, that is to say injection or suction of a medium, can take place.
The medium for this can be air, oxygen, nitrogen or other fluids or gases.

Diese Medien werden über Bohrungen oder andere Zugänge wie mittels Freisparungen im Werkzeug eingebracht und besonders bevorzugt mit einem Überdruck von mehr als 1 bar eingedüst. Bei einer Absaugung erfolgt diese ebenso bevorzugt mit mehr als 1 bar Druck.
Besonders bevorzugt ist ein kontinuierlicher Austausch des Mediums im Betrieb, da so möglichst gleichmäßige Herstellbedingungen geschaffen werden.
Zusätzlich kann ein Vorwärmaggregat für eine Erwärmung des Fluids vor der Einbringung vorgesehen sein um eine bestimmte Temperierung zu erreichen als auch die Kühlwirkung zu verringern, da die Härtung des Bauteils vorzugsweise erst beim Ende des Umformvorganges erfolgen soll, d.h. wenn das Werkzeug vollständig geschlossen ist.These media are introduced via bores or other accesses, such as by means of recesses in the tool, and are particularly preferably injected with an overpressure of more than 1 bar. In the case of suction, this also preferably takes place at a pressure of more than 1 bar.
A continuous exchange of the medium during operation is particularly preferred, since this creates production conditions that are as uniform as possible.
In addition, a preheating unit can be provided for heating the fluid before it is introduced in order to achieve a certain temperature control and also to reduce the cooling effect, since the component should preferably only harden at the end of the forming process, ie when the tool is completely closed.

Zusätzlich können Freisparung im Werkzeug vorhanden ist, welche so dimensioniert ist, dass einerseits das Tiefziehen nicht beeinträchtigt wird oder die Platine bzw. das Werkstück wellig wird und andererseits so dimensioniert ist, dass der Wärmeabfluss, der für die Härtung notwendig ist, ebenfalls nicht maßgeblich beeinträchtigt wird. Die Freisparungen sind aber so bemessen, dass sie ein Reservoir für Fluide insbesondere Sauerstoff derart darstellen, dass ausreichend Sauerstoff an die sich ziehende Platine bzw. das Material gelangt, um freiwerdende Zinkphasen oder Zinkeisenphasen zur Oxidation mit Sauerstoff zu versorgen.In addition, there can be a recess in the tool, which is dimensioned so that on the one hand the deep drawing is not impaired or the blank or the workpiece becomes wavy and on the other hand is dimensioned so that the heat dissipation, which is necessary for the hardening, is also not significantly impaired becomes. However, the recesses are dimensioned in such a way that they represent a reservoir for fluids, in particular oxygen, in such a way that sufficient oxygen reaches the pulling plate or the material to supply released zinc phases or zinc iron phases for oxidation with oxygen.

Vorteilhafterweise können die Freisparungen werkzeugseitig während der Umformung kontinuierlich mit Fluiden oder Sauerstoff enthaltenden Fluiden gespeist werden, zum Beispiel durch geeignete Zutrittsöffnungen, wobei sich vorteilhaft ein Strömungskissen ausbilden kann. Zudem kann der Werkzeughohlraum nach dem Ausformen eines Werkstücks und vor dem Einlegen einer weiteren Platine mit einem sauerstoffhaltigen Fluid gespült werden, welches dann in den Freisparungen vorhanden ist. Beispiele für ein sauerstoffhaltiges Fluid ist Luft, die gasförmig zugeführt wird.Advantageously, the recesses can be continuously fed with fluids or fluids containing oxygen on the tool side during the forming process, for example through suitable access openings, whereby a flow cushion can advantageously be formed. In addition, after a workpiece has been formed and before a further blank is inserted, the mold cavity can be rinsed with an oxygen-containing fluid which is then present in the recesses. Examples of an oxygen-containing fluid is air, which is supplied in gaseous form.

Es hat sich gezeigt, dass der Austausch des Umgebungsmediums an den zugbelasteten Stellen, auch wenn dieses Medium nicht direkt an diesen zugbelasteten Stellen eingebracht wird, die Bildung von Mikrorissen zweiter Ordnung wirkungsvoll durch Abführung von auftretenden Zinkdampf unterbindet.It has been shown that the exchange of the surrounding medium at the tensile stressed points, even if this medium is not introduced directly at these tensile stressed points, effectively prevents the formation of second-order microcracks by removing any zinc vapor that occurs.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen dabei:

  • 1 den Werkzeugbereich, benachbart zu einer Ziehkante mit einer erfindungsgemäßen Freistellung;
  • 2 den Ziehkantenbereich eines Werkzeuges mit einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freistellung;
  • 3 den Ziehkantenbereich eines Werkzeuges mit einer erfindungsgemäßen Schlitzanordnung in einer teilgeschnittenen Seitenansicht;
  • 4 die Anordnung nach 3 in einer Draufsicht.
  • 5 den Ziehkantenbereich eines Werkzeuges mit einem Blechniederhalter und Fluidzufuhrdüsen;
The invention is explained by way of example with the aid of a drawing. It shows:
  • 1 the tool area, adjacent to a drawing edge with a clearance according to the invention;
  • 2 the drawing edge area of a tool with a further embodiment of the clearance according to the invention;
  • 3 the drawing edge area of a tool with a slot arrangement according to the invention in a partially sectioned side view;
  • 4th the arrangement according to 3 in a top view.
  • 5 the drawing edge area of a tool with a sheet metal hold-down device and fluid supply nozzles;

Der Ziehkantenbereich 1 bzw. Bereich eines positiven Radius 1 ist an einem Formwerkzeug angeordnet und besitzt zwei werkstückseitige Flächen 3, 4, welche sich im Bereich einer Ziehkante oder eines positiven Radius 2 treffen.The drag area 1 or area of a positive radius 1 is arranged on a molding tool and has two workpiece-side surfaces 3 , 4th which is in the area of a dragging edge or a positive radius 2 to meet.

In einer, der Ziehkante 2 in Ziehrichtung nachfolgenden Fläche 4 ist eine Freisparung 5 angeordnet. Die Freisparung 5 ist dabei so dimensioniert, dass die verbleibende Dicke der Ziehkante 2 zwischen der Fläche 3 und der Freisparung 5 in etwa ihrem Radius entspricht, um eine ausreichende Stützwirkung für das zu ziehende Material zu bieten.In one, the pulling edge 2 surface following in the drawing direction 4th is a recess 5 arranged. The recess 5 is dimensioned so that the remaining thickness of the drawing edge 2 between the surface 3 and the recess 5 roughly corresponds to its radius in order to provide sufficient support for the material to be drawn.

Die Freisparung 5 besitzt zwischen der Ziehkante 2 und der Fläche 4 eine Höhe, die in etwa 25 bis 35 mm beträgt, bei einer Tiefe von 5 bis 9 mm.The recess 5 owns between the pulling edge 2 and the area 4th a height which is approximately 25 to 35 mm with a depth of 5 to 9 mm.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (2) ist anstelle einer großflächigeren Freisparung 5 benachbart zur Ziehkante 2, und diese in bereits beschriebener Stärke belassend, in die Fläche 4 eine Nut 6 eingebracht. Die Nut 6 besitzt dabei eine Höhe zwischen der Fläche 4 und der Ziehkante 2, die in etwa 8 bis 12 mm beträgt, bei einer Tiefe von 5 bis 9 mm.In a further advantageous embodiment ( 2 ) is instead of a larger recess 5 adjacent to the pulling edge 2 , and leaving them in the thickness already described, into the surface 4th a groove 6th brought in. The groove 6th has a height between the surface 4th and the pulling edge 2 , which is about 8 to 12 mm, with a depth of 5 to 9 mm.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist anstelle einer durchgehenden Freisparung 5 im Bereich der Wandung 4 benachbart zur Ziehkante 2 eine Mehrzahl von in Ziehrichtung verlaufenden Nuten 7 vorhanden, wobei die Nuten 7 bzw. Schlitze 7 beispielsweise eine Schlitzbreite von 4 bis 8 mm und einen Schlitzabstand von 7 bis 11 mm besitzen, so dass die verbleibenden Stege eine Breite von 1 bis 5 mm besitzen. Die Nuten 7 bzw. Schlitze 7 besitzen hier ebenfalls eine Tiefe von 5 bis 9 mm.In a further advantageous embodiment, instead of a continuous recess 5 in the area of the wall 4th adjacent to the pulling edge 2 a plurality of grooves running in the drawing direction 7th present, the grooves 7th or slots 7th for example, have a slot width of 4 to 8 mm and a slot spacing of 7 to 11 mm, so that the remaining webs have a width of 1 to 5 mm. The grooves 7th or slots 7th also have a depth of 5 to 9 mm here.

Es hat sich überraschend herausgestellt, dass bei den vorgenannten Geometrien die relativ geringe Fluidmenge innerhalb der Freisparungen 5, 6, 7 gegebenenfalls auch trotz der Stege 4 ausreicht, um die Bildung von Mikrorissen zweiter Art wirkungsvoll durch die zur Verfügungstellung von Sauerstoff zu unterbinden.It has surprisingly been found that with the aforementioned geometries, the relatively small amount of fluid within the recesses 5 , 6th , 7th possibly even despite the bars 4th sufficient to effectively prevent the formation of microcracks of the second type by making available oxygen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform (nicht gezeigt) können die Freisparungen 5, die Nut 6, die Schlitze 7 rückseitig, d.h. vom Werkzeug her, mittels Zuführungen und entsprechend gebohrter Leitungen mit einem sauerstoffhaltigen Fluid versorgt werden, um gegebenenfalls den Sauerstoffpartialdruck im Bereich der Freisparungen 5, Nuten 6 und Schlitze 7 noch zu erhöhen.In an advantageous embodiment (not shown) the recesses can 5 , the groove 6th who have favourited slots 7th at the rear, ie from the tool, are supplied with an oxygen-containing fluid by means of feeds and appropriately drilled lines, in order to possibly reduce the oxygen partial pressure in the area of the recesses 5 , Grooves 6th and slots 7th still to increase.

Um bei kontinuierlichen Prozessen den Sauerstoffgehalt innerhalb dieser Freisparungen 5, Nuten 6 und Schlitze 7 auf einem hohen Niveau zu halten, kann auch der Formhohlraum mit einem sauerstoffhaltigen Fluid so gespült werden, dass jederzeit genug Sauerstoffreservoir in den Freistellungen 5, Nuten 6 und Schlitzen 7 gegeben ist.In order to determine the oxygen content within these free spaces in continuous processes 5 , Grooves 6th and slots 7th To keep it at a high level, the mold cavity can also be flushed with an oxygen-containing fluid so that there is always enough oxygen reservoir in the clearances 5 , Grooves 6th and slots 7th given is.

Erfindungsgemäß wird in allen Fällen eine eine Zuführung von sauerstoffhaltigem Gas dadurch gewährleistet, dass über Zufuhrbohrungen 8 im Werkzeug 1, oder in einem Blechniederhalter oder in einer Patrize 9 Gas mit Druck zugeführt werden kann. Dieses Gas kann hierbei in eine Freisparung (1 bis 4) und/oder die Fläche 4 (2) oder zu den Flächen 4, 3 geführt werden. Beim Vorhandensein eines Oberwerkzeuges oder eines Blechniederhalters 9 können auch hier die entsprechenden Bohrungen 8 vorhanden sein, die zu einer Niederhalterfläche 10 reichen. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn auch in diesem Bereich Blechdehnungen stattfinden.According to the invention, a supply of oxygen-containing gas is ensured in all cases by means of supply bores 8th in the tool 1 , or in a sheet metal holder or in a male mold 9 Gas can be supplied with pressure. This gas can be in a recess ( 1 to 4th ) and / or the area 4th ( 2 ) or to the surfaces 4th , 3 be guided. If an upper tool or a sheet metal holder is available 9 can also drill the corresponding holes here 8th be present leading to a hold-down surface 10 pass. This is particularly important when sheet metal expansions also take place in this area.

Die Zufuhrbohrungen 8 weisen jeweils einen Durchmesser von bevorzugt 3 bis 8 mm auf. Jedoch können ggf. auch kleinere Durchmesser angewandt werden, wenn die Menge an ausströmenden Fluid groß genug ist.The feed holes 8th each have a diameter of preferably 3 to 8 mm. However, if necessary, smaller diameters can also be used if the amount of fluid flowing out is large enough.

Beispielsweise hat sich gezeigt, dass bei einer Stempelgeschwindigkeit von 250 mm/Sekunde bereits eine Luftzufuhr von 0,01 1/Sekunde pro cm2 umzuformende Blechoberfläche ausreichend war um Mikrorisse zweiter Ordnung bei einer Umformtemperatur kleiner 600°C wirkungsvoll zu vermeiden.
Bei höheren Umformtemperaturen sind größere Luftmengen erforderlich.For example, it has been shown that at a punch speed of 250 mm / second, an air supply of 0.01 1 / second per cm 2 of sheet metal surface to be formed was sufficient to effectively avoid second-order microcracks at a forming temperature of less than 600 ° C.
Larger amounts of air are required at higher forming temperatures.

Claims (7)

Verfahren zum Presshärten von Stahlblechbauteilen, wobei einem Stahlblechband aus einer härtbaren Stahllegierung eine Platine abgetrennt wird und die Platine anschließend austenitisiert wird, indem sie auf eine Temperatur größer Ac3 erhitzt wird und anschließend in ein Umformwerkzeug eingelegt wird und in dem Umformwerkzeug umgeformt und beim Umformen mit einer Geschwindigkeit über der kritischen Härtegeschwindigkeit abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von Mikrorissen zweiter Art an der umzuformenden Blechplatine während des Umform- und Härtevorganges das Umgebungsmedium an zugbelasteten Stellen eingedüst oder abgesaugt wird.Method for press hardening of sheet steel components, in which a sheet steel strip made of a hardenable steel alloy is cut off and the sheet is then austenitized by heating it to a temperature greater than Ac 3 and then inserting it into a forming tool and forming it in the forming tool and during the forming process is cooled to a speed above the critical hardening speed, characterized in that to avoid microcracks of the second type on the sheet metal blank to be formed during the forming and hardening process, the surrounding medium is injected or sucked off at tensile stressed points. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindüsung des Umgebungsmediums mit mehr als 1 bar Überdruck erfolgt.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the ambient medium is injected with more than 1 bar overpressure. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umgebungsmedium Luft oder Sauerstoff oder Stickstoff ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the ambient medium is air or oxygen or nitrogen. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umgebungsmedium kontinuierlich eingedüst oder abgesaugt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the surrounding medium is continuously injected or extracted. Vorrichtung zum Durchführen der Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit zwei Formwerkzeughälften, wobei die zwei Formwerkzeughälften eine Platine tiefziehend zusammenwirken und aufeinander zufahrbar und auseinanderfahrbar ausgebildet sind, wobei zumindest eine Zu- bzw. Ableitung (8) zum Austausch eines fluiden Mediums an zugbelasteten Stellen angeordnet ist.Apparatus for carrying out the method according to one of the preceding claims with two mold halves, the two mold halves cooperating in a deep-drawing manner on a blank and being designed to be approachable and movable apart, with at least one supply or discharge line (8) for exchanging a fluid medium being arranged at points subject to tension is. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Freisparung in zugbelasteten Bereichen des Blechs angeordnet ist.Device according to Claim 5 , characterized in that at least one recess is arranged in tensile stressed areas of the sheet metal. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Freisparungen (5, 6, 7) und/oder Werkzeugflächen (3, 4, 10) rückseitig, d.h. vom Werkzeug (1) her, mittels Zuführungen und entsprechend gebohrter Leitungen (8) mit einem sauerstoffhaltigen Fluid versorgbar sind.Device according to Claim 6 , characterized in that the recesses (5, 6, 7) and / or tool surfaces (3, 4, 10) can be supplied with an oxygen-containing fluid on the rear, ie from the tool (1), by means of feeds and appropriately drilled lines (8) .
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