DE102016103668B3 - Soft and hard-cut motor vehicle component and method for its production - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugbauteil (1) sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das Kraftfahrzeugbauteil (1) wird mittels Warmumformen und Presshärten hergestellt. Ein Beschnitt bzw. Stanzen erfolgt durch Kombination von Warmschneiden und Kaltschneiden.The present invention relates to a motor vehicle component (1) and a method for its production. The motor vehicle component (1) is produced by means of hot forming and press hardening. A trimming or punching is done by combining hot cutting and cold cutting.
Description
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Kraftfahrzeugbauteile aus härtbaren Stahllegierungen herzustellen. Dabei werden zunächst Ausgangsmaterialien, beispielsweise bereitgestellt in Platinenform zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig auf über Austenitisierungstemperatur erwärmt. In diesem warmen Zustand wird die Platine dann in ein Warmumformwerkzeug eingelegt und warm umgeformt. Ist die Umformung abgeschlossen, wird das Werkzeug durch entsprechende Kühlvorrichtungen derart rasch abgekühlt, dass eine Gefügeumwandlung stattfindet, vorzugsweise in Martensit und somit das warm umgeformte Bauteil pressgehärtet wird. Im harten Zustand weisen derartige Bauteile mit hochfesten oder höchstfesten Eigenschaften Zugfestigkeiten von über 1000 MPa auf.From the prior art it is known to produce motor vehicle components made of hardenable steel alloys. In this case, starting materials, for example provided in platinum form, are first heated at least regionally, in particular completely to above austenitizing temperature. In this warm state, the board is then placed in a hot forming tool and hot formed. If the forming is completed, the tool is cooled by appropriate cooling devices so quickly that a structural transformation takes place, preferably in martensite and thus the hot-formed component is press-hardened. In the hard state, such components with high-strength or very high-strength properties have tensile strengths of more than 1000 MPa.
Folglich ist es nur mit erhöhtem Aufwand möglich, das derart harte Werkstoffgefüge weiter mechanisch zu bearbeiten, insbesondere zu Lochen, zu Stanzen oder zu Beschneiden.Consequently, it is only possible with increased effort, the so hard material structure further processed mechanically, especially for punching, punching or trimming.
Beim Schneiden bzw. Stanzen wird ein entsprechendes Schneidwerkzeug im Wesentlichen senkrecht zu einer jeweiligen Bauteilfläche bewegt, so dass eine Scherung auftritt. An der sich ergebenden Schneidkante entsteht somit auf die Schneidrichtung bezogen von oben nach unten eine Umrollkante, ein Glattschnittanteil, ein Bruchanteil sowie ein Schnittgrat. Im Falle eines Warmschnittes erstreckt sich der Glattschnittanteil bezogen auf die Querschnittsrichtung des Schneidrandes über einen höheren Anteil. Im Falle eines Schnitts im kalten Zustand ist der Bruchanteil im Querschnitt an dem Schneidrand entsprechend höher.When cutting or punching a corresponding cutting tool is moved substantially perpendicular to a respective component surface, so that a shear occurs. At the resulting cutting edge thus arises on the cutting direction from top to bottom, a Umrollkante, a smooth cut portion, a fraction of fracture and a cutting edge. In the case of a hot cut, the straight cut portion with respect to the cross-sectional direction of the cutting edge extends over a higher proportion. In the case of a cut in the cold state, the fraction of fracture in the cross section at the cutting edge is correspondingly higher.
Es besteht jedoch zugleich die Problematik, dass umlaufende Schneidränder am Bauteil ein Abführen des ab- bzw. ausgeschnittenen Materials erfordern. Daher kann ein vollständig umlaufender Schneide- oder Stanzvorgang des Bauteilrandes gerade in einem Warmformwerkzeug nur bedingt durchgeführt werden.However, at the same time there is the problem that circumferential cutting edges on the component require a discharge of the cut or cut material. Therefore, a complete circumferential cutting or punching process of the edge of the component can be performed only partially in a thermoforming tool.
Aus der
Weiterhin ist aus der
Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Kraftfahrzeugbauteil aufzuzeigen, das eine entsprechend hohe Präzision und Güte an einem Schneidrand aufweist sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.Object of the present invention is therefore to show a motor vehicle component having a correspondingly high precision and quality at a cutting edge and a method for its production.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraftfahrzeugbauteil mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.The aforementioned object is achieved by a motor vehicle component having the features in
Die vorliegende Erfindung wird weiterhin mit einem Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils mit den Merkmalen im Patentanspruch 7 gelöst.The present invention is further achieved with a method for producing a motor vehicle component with the features in claim 7.
Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.
Das Kraftfahrzeugbauteil ist warm umgeformt und pressgehärtet hergestellt. Dies bedeutet, zunächst wurde eine Platine austenitisiert und im Anschluss daran im warmen Zustand umgeformt. Wiederum daran anschließend ist das warm umgeformte Bauteil derart rasch abgekühlt worden, dass es pressgehärtet ist. Erfindungsgemäß weist das Bauteil einen Schnittrand auf mit einer Länge. Bei dem Schnittrand kann es sich um einen außen teilweise oder vollständig um das Bauteil umlaufenden Schnittrand handeln. Es kann sich jedoch auch um einen Schnittrand handeln, welcher innerhalb des Kraftfahrzeugbauteils ausgebildet ist, beispielsweise an einer Ausnehmung oder einem Loch. Auch können sowohl innenliegende als auch außenliegende Schnittränder gleichzeitig an dem Kraftfahrzeugbauteil ausgebildet sein. Nachfolgende Vorteile gelten entsprechend. Der Schnittrand weist über eine Hartschnittlänge von weniger als 30% der Länge in seinem Querschnitt, mithin in Querschnittshöhe, einen Bruchanteil größer 50% auf. Über die restliche Weichschnittlänge, mithin über mehr als 70% der Länge, weist der Schnittrand in Querschnittshöhe einen Bruchanteil von kleiner 40% und einen Glattschnittanteil größer 50% auf.The motor vehicle component is hot formed and press-hardened. This means that initially a blanket was austenitized and then hot worked. Again, subsequently, the thermoformed component has been cooled so rapidly that it is press hardened. According to the invention, the component has a cut edge with a length. The cut edge may be a cut edge that partially or completely surrounds the component outside. However, it may also be a cut edge, which is formed inside the motor vehicle component, for example at a recess or a hole. Also, both inner and outer cut edges can be formed simultaneously on the motor vehicle component. The following benefits apply accordingly. The cut edge has over a hard cut length of less than 30% of the length in its cross-section, thus in cross-sectional height, a fraction greater than 50%. Over the remaining soft-cut length, thus over more than 70% of the length, the cut edge in cross-sectional height has a fractional fraction of less than 40% and a smooth cut portion greater than 50%.
Der jeweilige Anteil von Glattschnittanteil sowie Bruchanteil erstreckt sich somit an der Schneidkante über einen jeweiligen Prozentanteil der Höhe. Die Schneidkante ist auch als Querschnittshöhe des Schnittrandes bezeichnet.The respective proportion of smooth cut portion and fracture fraction thus extends over the cutting edge over a respective percentage of the height. The cutting edge is also referred to as the section height of the cut edge.
Erfindungsgemäß ist das Kraftfahrzeugbauteil dadurch hergestellt, dass der hohe Glattschnittanteil der Weichschnittlänge im warmen Zustand erzeugt wird, insbesondere während oder nach der Warmumformung. Der Bruchanteil in der Hartschnittlänge jedoch wird im restwarmen bzw. kalten Zustand durch einen entsprechenden Kaltschnitt hergestellt. Der Weichschnitt kann im Sinne dieser Erfindung auch als Warmschneiden bzw. Warmschnitt bezeichnet werden. Der Hartschnitt kann entsprechend auch als Kaltschneiden bzw. Kaltschnitt bezeichnet werden.According to the invention, the motor vehicle component is produced in that the high smooth cut portion of the soft cut length is produced in the warm state, in particular during or after the hot forming. The fraction of fracture in the hard cut length, however, is produced in the residual warm or cold state by a corresponding cold cut. The soft cut can be referred to as hot cutting or hot cutting in the context of this invention. The hard cut can also be referred to as cold cutting or cold cutting.
Das Kraftfahrzeugbauteil selbst ist aus einer härtbaren Stahllegierung, insbesondere einem Mangan-Bor-Stahl, beispielsweise 22 MnB5, hergestellt. Das Kraftfahrzeugbauteil kann jedoch auch eine Beschichtung aufweisen, beispielsweise eine Antikorrosionsbeschichtung, insbesondere eine Aluminium-Silizium-Beschichtung. Das Kraftfahrzeugbauteil kann auch aus einem Verbundplattenstahl, beispielsweise einem CPH steel (corrosion proteced hot forming steel) ausgebildet sein. Hierzu wird insbesondere ein Edelstahl-plattierter Warmformstahl verwendet. Das Kraftfahrzeugbauteil weist dabei eine Zugfestigkeit größer 1300 MPa, insbesondere größer 1500 MPa und besonders bevorzugt größer 1600 MPa auf.The motor vehicle component itself is made of a hardenable steel alloy, in particular a manganese-boron steel, for example 22 MnB5. However, the motor vehicle component may also have a coating, for example an anti-corrosion coating, in particular an aluminum-silicon coating. The motor vehicle component can also be formed from a composite panel steel, for example a CPH steel (corrosion proteced hot-forming steel). For this purpose, a stainless steel-plated hot-forming steel is used in particular. The motor vehicle component has a tensile strength greater than 1300 MPa, in particular greater than 1500 MPa and particularly preferably greater than 1600 MPa.
In bevorzugter Ausgestaltungsvariante erstreckt sich die Weichschnittlänge über mehr als 75% der Länge des Schnittrandes, insbesondere mehr als 80%, bevorzugt mehr als 85%, besonders bevorzugt mehr als 90% und ganz besonders bevorzugt mehr als 95%. Alternativ oder ergänzend ist der Glattschnittanteil der Weichschnittlänge in Querschnittshöhe sich über mehr als 60%, insbesondere mehr als 70%, bevorzugt mehr als 80% erstreckend ausgebildet. Somit ist es möglich, das Kraftfahrzeugbauteil vor, während oder unmittelbar nach der Warmumformung im warmen Zustand zu beschneiden. Dieser Schneide- bzw. Stanzvorgang erstreckt sich dann über einen Großteil der Länge des Schnittrandes und kann auch als Weichschnittlänge bezeichnet werden. Insbesondere kann der Beschneidevorgang vollständig durchgeführt werden, dies bedeutet, dass das Bauteil im Querschnitt nicht nur angeschnitten wird, sondern über die Weichschnittlänge vollständig durchschnitten wird. Ein entsprechend hoher Anteil des Glattschnittes ist am Schnittrand zu verzeichnen über die Weichschnittlänge. Die entsprechende Hartschnittlänge weist dann im Querschnitt einen Bruchanteil größer 50% auf. Dies bedeutet, diese kann teilweise warm geschnitten sein, wobei der abschließende Beschnitt in Querschnittshöhe jedoch im Hartschnitt bzw. Kaltschnitt durchgeführt wird. Jedoch ist die Hartschnittlänge bevorzugt vollständig kalt geschnitten. Entsprechend hoch ist der Bruchanteil, da diese Hartschnittlänge im harten Zustand geschnitten wird. Die Begrifflichkeiten Hartschnittlänge und Weichschnittlänge sind somit nicht auf den zeitlichen Herstellungsprozeß bezogen zu verstehen. Die Hartschnittlänge und die Teilschnittlänge können auch aus einzelnen Längenabschnitten bestehen. Die jeweilige Weichschnittlänge oder Hartschnittlänge ist dann eine Summe der dazu gehörenden Längenabschnitte.In a preferred embodiment variant, the soft-cut length extends over more than 75% of the length of the cut edge, in particular more than 80%, preferably more than 85%, particularly preferably more than 90% and very particularly preferably more than 95%. Alternatively or additionally, the straight-cut portion of the soft-cut length in cross-sectional height is formed over more than 60%, in particular more than 70%, preferably more than 80%, extending. Thus, it is possible to trim the motor vehicle component before, during or immediately after the hot deformation in the warm state. This cutting or punching process then extends over a large part of the length of the cut edge and can also be referred to as a soft cut length. In particular, the trimming process can be carried out completely, this means that the component is not only cut in cross-section, but is completely cut through the soft cut length. A correspondingly high proportion of the smooth cut is recorded at the cutting edge over the soft cut length. The corresponding hard cut length then has a fraction greater than 50% in cross section. This means that it can be cut partially warm, the final trimming in cross-section height, however, is performed in the hard cut or cold cut. However, the hard cut length is preferably completely cold cut. Correspondingly high is the fractional part, as this hard cut length is cut in the hard state. The terms hard cut length and soft cut length are thus not to be understood in terms of the temporal production process. The hard cut length and the partial cut length can also consist of individual lengths. The respective soft cut length or hard cut length is then a sum of the corresponding length sections.
Bevorzugt erstreckt sich weiterhin in Querschnittshöhe eine Schnittkante, bzw. ist die Schnittkante in Querschnittshöhe orientiert. Eine Schnittkante der Hartschnittlänge mit höherem Bruchanteil weist weiterhin bevorzugt einen Winkel auf zu einer Schnittkante der Weichschnittlänge mit höherem Glattschnittanteil. Dies ist dadurch bedingt, dass sich teilweise an dem warm umgeformten Kraftfahrzeugbauteil bezogen auf die in Schneidrichtung in das Kraftfahrzeugbauteil einfahrenden Schneidwerkzeuge ungünstige Winkellagen ergeben. Teilweise sind Wölbungen, Biegungen oder Ähnliches an dem Kraftfahrzeugbauteil ausgeformt. Dies ist insbesondere bei großflächigen Bauteilen sowie Strukturbauteilen der Seitenwandstruktur der Fall. Hier liegt ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung. Das Kraftfahrzeugbauteil wird während oder nach dem Warmumformvorgang im warmen Zustand beschnitten. Hierbei wird maßgeblich ein in Schneidrichtung einfahrendes Weichschneidewerkzeug als Teil des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges verwendet. Sodann wird das Kraftfahrzeugbauteil entweder unmittelbar im gleichen Werkzeug pressgehärtet und in ein folgendes Werkzeug transferiert und hier im harten bzw. kalten Zustand beschnitten. Die Winkellage zu dem Kraftfahrzeugstrukturbauteil, mit der das Schneidewerkzeug des Kaltschnittverfahrens einfährt, ist dabei verschieden von der Winkellage der erzeugten Schnittkante des Weichschnittes. Durch Umlagerung des Bauteils werden die verschiedenen Winkellagen erzeugt. Furthermore, a cutting edge preferably extends in cross-sectional height, or the cutting edge is oriented in cross-sectional height. A cut edge of the hard cut length with a higher fraction fraction furthermore preferably has an angle to a cut edge of the soft cut length with a higher proportion of smooth cut. This is due to the fact that unfavorable angular positions result in part on the hot-formed motor vehicle component with respect to the cutting tools entering the motor vehicle component in the cutting direction. Partly bulges, bends or the like are formed on the motor vehicle component. This is the case in particular for large-area components and structural components of the sidewall structure. Here is another significant advantage of the invention. The motor vehicle component is trimmed during or after the warm forming process in the warm state. In this case, a cutting tool which enters in the cutting direction is used as part of the hot forming and press hardening tool. Then, the motor vehicle component is either directly press-hardened in the same tool and transferred to a following tool and cut here in the hard or cold state. The angular position to the motor vehicle structural component, with which the cutting tool of the cold cutting process enters, is different from the angular position of the generated cut edge of the soft cut. By relocation of the component, the different angular positions are generated.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines warm umgeformten pressgehärteten und geschnittenen bzw. gestanzten Kraftfahrzeugbauteils. Das Verfahren zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass das herzustellende Kraftfahrzeugbauteil im warmen Zustand an einem zu erzeugenden Schnittrand über eine Weichschnittlänge bzw. Warmschnittlänge der Länge des Schnittrandes größer gleich 70% warm geschnitten wird und dass die verbleibende Teillänge, auch Hartschnittlänge genannt, des zu erzeugenden Schnittrandes in einem Hartschnittverfahren, insbesondere im kalten Zustand geschnitten wird, wobei die Winkellage des Kraftfahrzeugbauteils insbesondere im Bereich des zu erzeugenden Schnittrandes zu der Schneidrichtung des Weichschnittes von der Winkellage des Kraftfahrzeugbauteils, insbesondere an dem zu erzeugenden Schnittrand, zu der Schneidrichtung des Hartschnittes verschieden ist.The present invention further relates to a method for producing a hot-formed press-hardened and cut or stamped motor vehicle component. The method is inventively characterized by the fact that the motor vehicle component to be produced is hot cut at a cut edge to be produced over a soft cut length or hot cut length of the length of the cut edge greater than or equal to 70% and that the remaining part length, also called hard cut length of the produced Cutting edge is cut in a hard-cut process, especially in the cold state, wherein the angular position of the motor vehicle component, in particular in the region of the cut edge to be produced to the cutting direction of the soft cut of the angular position of the motor vehicle component, in particular at the cut edge to be produced, is different from the cutting direction of the hard cut.
Weiterhin zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass das Weichschneiden, während oder nach dem Warmumformen als Warmschneiden durchgeführt wird. Insbesondere wird das Warmschneiden bei einer Temperatur größer 450°C, insbesondere größer 550°C, bevorzugt größer 600°C durchgeführt.Furthermore, the method is characterized in that the soft cutting, during or after the hot forming is performed as a hot cutting. In particular, the hot cutting is carried out at a temperature greater than 450 ° C, in particular greater than 550 ° C, preferably greater than 600 ° C.
Das Verfahren zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass der Hartschnitt während oder nach dem Presshärten durchgeführt wird. Der Hartschnitt wird dabei entweder in dem Presshärtewerkzeug durchgeführt oder bevorzugt in einem von dem Presshärtewerkzeug verschiedenen Werkzeug. Das Presshärtewerkzeug selber kann dabei bevorzugt in das Warmumformwerkzeug integriert sein. Warmumformwerkzeug und Presshärtewerkzeug sind in dem Fall das gleiche Werkzeug. Das Presshärtewerkzeug kann jedoch auch ein gegenüber dem Warmumformwerkzeug separates Werkzeug sein. Dieses Presshärtewerkzeug kann dann wiederum eine Hartschneideinrichtung aufweisen. Die Hartschneideinrichtung kann jedoch auch wiederum ein von dem Presshärtewerkzeug separates Werkzeug sein.The method is further characterized in that the hard cut is carried out during or after the press-hardening. The hard cut is carried out either in the press-hardening tool or preferably in a tool that is different from the press-hardening tool. The press hardening tool itself can preferably be integrated into the hot forming tool. Hot forming tool and press hardening tool are the same tool in this case. However, the press hardening tool may also be a separate tool from the hot forming tool. This press hardening tool can in turn have a hard cutting device. However, the hard cutting device can also be a separate tool from the press hardening tool.
Das Verfahren kombiniert somit erfindungsgemäß die Möglichkeit, dass beim Warmschneiden bevorzugt ein vollständiger Schnitt durch das Bauteil über die Weichschnittlänge bzw. Warmschnittlänge erfolgt, insbesondere somit eine vollständige Schnittkante hergestellt ist. Die abgeschnittenen Teile verbleiben jedoch an dem Bauteil aufgrund des noch herzustellenden Schnittrandes im nachgelagerten Hartschnitt bzw. Kaltschnitt. Diese Teillänge von bevorzugt weniger als 30% der Länge des gesamt herzustellenden Schnittrandes kann nunmehr aufgrund der insbesondere damit erfolgenden Umlagerung des Bauteils in eine bevorzugte Winkellage zur Schneidrichtung des Kaltschnitts verbracht werden.The method thus combines according to the invention the possibility that during hot cutting, preferably a complete cut is made through the component via the soft-cut length or hot-cut length, in particular thus a complete cut edge is produced. However, the cut parts remain on the component due to the still to be produced cut edge in the downstream hard cut or cold cut. This partial length of preferably less than 30% of the length of the entire cut edge to be produced can now be moved to a preferred angular position relative to the cutting direction of the cold cut due to the rearrangement of the component, in particular taking place therewith.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:Further advantages, features, characteristics and aspects of the present invention are the subject of the following description. Preferred embodiments are shown in the schematic figures. These are for easy understanding of the invention. Show it:
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.In the figures, the same reference numerals are used for the same or similar components, even if a repeated description is omitted for reasons of simplicity.
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- KraftfahrzeugbauteilMotor vehicle component
- 2 2
- Schnittrandcutting edge
- 3 3
-
Schnittrand zu
4 Cutting edge too4 - 4 4
- Ausnehmungrecess
- 5 5
- HartschnittlängeHart cut length
- 5a 5a
- Längenabschnitt longitudinal section
- 5b 5b
- Längenabschnitt longitudinal section
- 6 6
- Schnittkantecutting edge
- 6.5 6.5
- Schnittkante Hartschnitt Cut edge of hard cut
- 6.12 6.12
- Schnittkante Weichschnitt Cut edge of soft cut
- 7 7
- GlattschnittanteilFlush-cut percentage
- 8 8th
- Bruchanteilfractional part
- 9 9
- Schneidrichtung zum WeichschneidenCutting direction for soft cutting
- 10 10
- Bauteiloberfläche component surface
- 11 11
- Schneidrichtung zum Hartschnitt Cutting direction to the hard cut
- 12 12
- Weichschnittlänge Soft cutting length
- α α
- Winkel angle
- β β
- Winkel angle
- γ γ
- Winkel angle
- L L
- Längelength
- H H
- QuerschnittshöheSection height
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |