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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zusammenbau-Formteils aus einer Formplatine und einer platinenartigen Fremdstruktur.
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Der Einsatz von Fremdstrukturen, man spricht auch von Patchverstärkungen in der Warmumformung von Formbauteilen, insbesondere von Blechen bietet die Möglichkeit zur lokalen Blechdickenanpassung, insbesondere Blechdickenerhöhung für crashrelevante Bauteilbereiche um die Bauteileigenschaften optimal an den jeweiligen Belastungsfall anzupassen.
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Beispielsweise werden als Blechformbauteil hergestellte B-Säulen im Kopfbereich durch die Anordnung von Fremdstrukturen verstärkt. Dabei wird eine Formplatine als Vorstufe des fertigen Formbauteils lokal mittels Schweißpunkten mit einer Fremdstruktur, insbesondere einem Patch artgleich verstärkt und im Anschluss, insbesondere durch einen Rollenherdofen zur Warmumformung der Formplatine und Ausbildung des Formbauteils gefahren und dabei beispielsweise auf 930°C [Celsius] erhitzt. Durch die Patchverstärkung entsteht beispielhaft ausgehend von einer nicht mit einem Patch versehenen Blechdicke von 1,5 mm ein dünner Blechbereich und ausgehend von einer Patchdicke (= Materialstärke der Fremdstruktur) von ebenfalls 1,5 mm ein dicker(er) Blechbereich von 1,5 mm plus 1,5 mm = 3,0 mm, wobei der dünnere Bereich an den dickeren Bereich angrenzt.
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Ein technisches Problem in der Umsetzung ergibt sich bezugnehmend auf den eingesetzten Werkstoff und dessen Prozessfenster der Haltetemperatur nach der Erwärmung auf eine vorgebbare Temperatur. Der zur Herstellung des Formbauteils eingesetzte Werkstoff 22MnB5, ein Mangan-Bor-legierter Vergütungsstahl weist eine aluminiumhaltige Beschichtung auf, welche geringe Anteile von Silizium und Eisen enthalten kann. Dieses Werkstoffsystem ist unter der Bezeichnung Usibor® oder MBW®-K1500 + AS bekannt.
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Insbesondere die Aluminium-(Silizium)-Beschichtung besitzt eine maximale Ofenverweilzeit, nach der keine Schweißbarkeit des genannten Vergütungsstahls mehr gegeben ist und auch die Fügeeignung beeinträchtigt ist. Der Grund dafür liegt unter anderem im Wachstum der Interdiffusionsphase zwischen Beschichtung und Grundwerkstoff. Die Beschichtung dient dabei als Zunderschutzschicht während der Wärmebehandlung.
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Die verdickten Bereiche der patchverstärkten Formplatine erwärmen sich im Vergleich zu den unverstärkten Bereichen der Formplatine signifikant langsamer, weshalb der Einsatz von Patchverstärkungen das Prozessfenster der Haltetemperatur nach der Erwärmung auf eine vorgebbare Temperatur für den dünneren Blechbereich verringert. Mit anderen Worten, die maximale Ofenverweilzeit des dünneren Blechbereichs wird deutlich vor dem dickeren Blechbereich erreicht.
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Es wird durch die Erläuterungen deutlich, dass die Prozessgrenzen der mit der Fremdstruktur versehenen Formplatine hinsichtlich der Ofenverweilzeit des dünneren Blechbereichs und der Ofenverweilzeit des dickeren Blechbereichs der Formplatine nach Erreichen einer gemeinsamen Haltetemperatur eingeengt werden, wie in der Beschreibung näher erläutert ist, wodurch es nach der Erwärmung auf die vorgebbare Haltetemperatur beispielsweise bei Unregelmäßigkeiten im Prozessablauf zu einer Erhöhung des Ausschusses und insgesamt zu einer Verringerung der Prozessrobustheit kommt.
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Das heißt, dass eine Mindesterwärmungszeit des dickeren Bereichs berücksichtigt werden muss, die sich bei einer lokalen Blechstärke von 3,0 mm im Vergleich zu einer 1,5 mm Blechstärke eines nicht patchverstärkten Monoblechs signifikant erhöht. Eine dadurch insgesamt erhöhte Ofenverweilzeit korreliert mit hohen erforderlichen jedoch unerwünschten Ofenlängen beziehungsweise mit unerwünschter höherer Taktzeit bei bestehenden Anlagen mit kurzer Ofenlänge.
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In Abhängigkeit der Patchgröße und/oder der Patchposition auf der Formplatine werden zudem eine relativ hohe Anzahl von Schweißpunkten benötigt um die Formplatine im Vorfeld zum Warmumformungsschritt zu verstärken, wodurch die Formplatinen-Stückkosten steigen.
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Hinzu kommt, dass eine ungleichmäßige Erwärmung der Formplatinen zu einem thermisch bedingten Verzug der Formplatine während der Erwärmung führt, wodurch nachgelagert Transport- und/oder Handhabungsprobleme auftreten.
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Insbesondere bei bestehenden Ofenanlagen liegen beispielsweise Restriktionen in Form von Rollenabständen oder Ofenkammerhöhen beziehungsweise Spaltabständen des Ofenein- oder auslauftores vor. Es kann während des Herstellungsprozesses durch den thermischen Verzug innerhalb der Ofenanlage zu Verkantungen oder Verkeilungen der mit der Fremdstruktur versehenen Formplatine kommen.
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Zusammengefasst, besteht das Problem darin, dass mit der Fremdstruktur versehene kostenintensive Formplatinen im zuvor erläuterten Warmumformungsschritt aufgrund der engen Prozessgrenzen nicht den Qualitätsanforderungen genügen und/oder die Rollenherdöfen sowie die zugehörigen Transport- und/oder Transfermechanismen der mit der Fremdstruktur versehenen Formplatinen in nachteiliger Weise aufwändiger ausgebildet werden müssen.
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Die Druckschrift
DE 10 2008 027 460 A1 betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Stahlblechbauteils mit Bereichen unterschiedlicher Duktilität, wobei das Verhalten des Stahlblechs beim Erwärmen derart geändert wird, dass das Wärmeaufnahmevermögen des Stahlblechs während des Aufheizens zum Härten abhängig vom gewünschten Härtegrad beeinflusst wird, wobei für hohe Härtegrade ein gutes Wärmeaufnahmeverhalten und für weniger harte Bereiche ein verringertes Wärmeaufnahmeverhalten realisiert werden und dadurch das Gefüge über die Fläche des Bauteils beziehungsweise über die Fläche der Platine variabel gestaltet wird, wobei die Einstellung des Gefüges und die Einstellung des Wärmeaufnahmeverhaltens über die Oberflächenemissivität gesteuert wird.
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Ferner ist aus der Druckschrift
DE 10 2015 102 908 A1 ein Verfahren zum Fertigen eines Formteils, bei welchem ein Blech bearbeitet wird, wobei das Blech ein Metall aufweist und ein flächiger Grundkörper mit einer Materialdicke ausbildet, welche im Bezug zu den Längenabmessungen einer Fläche des Bleches geringer ist, wobei das Blech an einer Oberseite und einer Unterseite jeweils eine größere Oberfläche aufweist als an den die Materialdicke bestimmenden Oberflächen, wobei folgende Schritten ausgeführt werden: Erstens, stoffschlüssiges Aufbringen einer Fremdstruktur auf eine Oberfläche des Bleches und Zweitens Umformen des Bleches nach dem Aufbringen der Fremdstruktur, sodass nach dem Umformen das Formteil vorliegt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine mit Fremdstrukturen verstärkte Formplatine dahingehend zu verändern, dass die Robustheit des Herstellungsprozesses gesteigert wird, sodass innerhalb des Prozesses keine Formplatinen mit Materialstörungen oder sogar gänzlich unbrauchbare Formplatinen erzeugt werden.
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Ausgangspunkt der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung eines Zusammenbau-Formteils aus einer metallischen Formplatine und einer platinenartigen metallischen Fremdstruktur mit den Schritten:
- • Zumindest partielles stoffschlüssiges Aufbringen der platinenartigen Fremdstruktur auf eine Oberfläche der Formplatine und Bildung eines Zusammenbau-Teils.
- • Warmumformen des Zusammenbau-Teils nach dem Aufbringen der platinenartigen Fremdstruktur, so dass nach dem Umformen das Zusammenbau-Formteil vorliegt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Fremdstruktur vor oder nach dem zumindest partiellen stoffschlüssigen Aufbringen auf die Oberfläche der Formplatine in vorteilhafter Weise zur Erhöhung des Wärmeabsorptionsgrades gegenüber der Formplatine durch einen Vorbehandlungsschritt vorkonditioniert wird.
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Eine „Fremdstruktur“ ist insbesondere ein Bauteil aus einem Werkstoff, welcher eine andere räumliche Struktur und/oder Beschaffenheit als die Formplatine aufweist. Die Fremdstruktur weist insbesondere eine andere geometrische Gestalt, ein anderes Material und/oder eine andere Bauart auf. Die Fremdstruktur kann aber auch aus dem gleichen Material beschaffen sein, wie die Formplatine. Gemäß der Erfindung weist die Fremdstruktur in vorteilhafter Weise durch die Vorkonditionierung gemäß einem der nachfolgenden Vorbehandlungsschritte einen erhöhten Wärmeabsorptionsgrad auf, wodurch sich die Fremdstruktur schneller erwärmt als die Formplatine.
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Bevorzugt ist in einer Ausführungsvariante vorgesehen, dass die Fremdstruktur in einem Vorbehandlungsschritt vor dem stoffschlüssigen Aufbringen auf die Oberfläche der Formplatine durch einen thermischen Prozess in einen vordiffundierten Zustand gebracht wird.
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In einer anderen Ausführungsvariante ist bevorzugt vorgesehen, dass die Fremdstruktur in einem Vorbehandlungsschritt vor dem zumindest partiellen stoffschlüssigen Aufbringen auf die Oberfläche der Formplatine durch elektrolytische Oxidation oder durch Anodisieren gegenüber einer natürlichen Oxidschicht eine dickere Oxidschicht gebildet wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Fremdstruktur in einem Vorbehandlungsschritt vor oder nach dem zumindest partiellen stoffschlüssigen Aufbringen auf die Oberfläche der Formplatine mittels eines Verfahrens zur Gasphasenabscheidung, insbesondere der physikalischen Gasphasenabscheidung oder mittels der chemische Gasphasenabscheidung beschichtet wird.
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Schließlich wird gemäß einer weiteren Ausführungsvariante vorgeschlagen, dass die Fremdstruktur in einem Vorbehandlungsschritt vor oder nach dem zumindest partiellen stoffschlüssigen Aufbringen der Fremdstruktur auf die Oberfläche der Formplatine mittels Sprüh- und Auftragsverfahren mit einem Farbpigment versehen wird.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die metallische Formplatine und die metallische Fremdstruktur aus einem Vergütungsstahl gefertigt sind.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung, sind die Formplatine und/oder die Fremdstruktur aus einem Mangan-Bor-legierten Vergütungsstahl gefertigt, der bevorzugt Anteile Mangan von größer/gleich 0,8 Gew.-% bis zu einschließlich 12 Gew.-% und bevorzugt Anteile Bor kleiner 0,5 Gew.-% aufweist.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung, wird auf die Formplatine und/oder die Fremdstruktur eine aluminiumhaltige Beschichtung aufgebracht, die bevorzugt Anteile Aluminium von größer/gleich 80 Gew.-% und insbesondere Anteile Eisen von kleiner 10 Gew.-% und insbesondere Anteile Silizium von kleiner 10 Gew.-% aufweist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Formplatine und die Fremdstruktur aus einem gleichen Werkstoff oder unterschiedlichen Werkstoffen des vorhergehend genannten Werkstoffspektrums vorgefertigt werden.
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Das Zusammenbau-Teil oder das umgeformte Zusammenbau-Formteil zeichnen sich somit erfindungsgemäß durch eine gemäß den Verfahrensansprüchen vorkonditionierte Fremdstruktur aus, wie in der Beschreibung näher erläutert ist.
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Das erfindungsgemäße Zusammenbau-Teil oder das erfindungsgemäß umgeformte Zusammenbau-Formteil sind daran erkennbar, dass die Fremdstruktur gegenüber der Formplatine durch mindestens einen der Vorbehandlungsschritte zumindest eine veränderte Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere eine mattere nicht spiegelnde Oberfläche aufweist, wodurch der Wärmeabsorptionsgrad der Fremdstruktur gegenüber dem Wärmeabsorptionsgrad der Formplatine erhöht ist.
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Weitere Unterschiede des erfindungsgemäßen Zusammenbau-Teils oder des erfindungsgemäßen umgeformten Zusammenbau-Formteils zu herkömmlichen Zusammenbau-Teilen oder Zusammenbau-Formteilen sind in der Beschreibung näher erläutert.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Außenansicht einer zugeschnittenen Formplatine mit einer aufgebrachten Fremdstruktur [Patch];
- 2 eine Außenansicht eines Zusammenbau-Teils der zugeschnittenen Formplatine mit der mittels einem Schweißverfahren aufgebrachten Fremdstruktur [Patch];
- 3 das aus der Formplatine und der Fremdstruktur [Patch] nach 2 in einem Warmumformungsschritt hergestellte Zusammenbau-Formteil;
- 4 ein Diagramm der Ofentemperatur T über der Ofenverweilzeit t zur Darstellung des globalen Prozessfensters bei der Warmumformung des Zusammenbau-Teils nach 2 zu dem Zusammenbau-Formteil nach 3 nach dem Stand der Technik;
- 5 ein Diagramm der Ofentemperatur T über Zeit t zur Darstellung des globalen Prozessfensters bei der Warmumformung des Zusammenbau-Teils nach 2 zu dem Zusammenbau-Formteil nach 3 gemäß der Erfindung.
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1 zeigt eine Außenansicht einer zugeschnittenen metallischen Formplatine 1 mit einer angeordneten, jedoch noch nicht mit der Formplatine 1 zusammengefügten metallischen platinenartigen Fremdstruktur 2, einem sogenannten Patch.
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Es wird verdeutlicht, dass die Formplatine 1 und das Patch 2 in je einem Vorfertigungsschritt separat hergestellte Bauteile sind.
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Die beispielhaft dargestellten Zuschnitte der Formplatine 1 und des Patch 2 stellen vor einem Warmumformvorgang die Rohlinge für ein beispielhaft dargestelltes Seitenteil eines Dachabschnittes einer Karosserie eines Kraftfahrzeuges dar, das durch einen Warmumformvorgang ausgebildet wird, und in 3 dargestellt ist, wobei der Blick des Betrachters auf die im Einbauzustand liegende Innenseite des umgeformten Bauteiles 12' (vergleiche 3) gerichtet ist.
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Das warmumgeformte Bauteil 12' wird nachfolgend als Zusammenbau-Formteil 12' bezeichnet, während das noch nicht warmumgeformte Bauteil 12 als Zusammenbau-Teil 12 bezeichnet wird, welches die beschriebenen Platinen 1, 2 (Formplatine 1 und platinenartiger Fremdstruktur 2) umfasst.
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Wie 2 in einer weiteren Außenansicht verdeutlicht, wird das Patch 2 mit der Formplatine 1 vor dem Warmumformvorgang zusammengefügt, wobei beispielsweise ein Schweißverfahren verwendet wird, um die Formplatine 1 mit dem Patch 2 zu dem Zusammenbau-Teil 12 zusammenzufügen, insbesondere zu verschweißen, wie die Schweißpunkte 3 in 2 verdeutlichen. Es versteht sich, das andere Fügeverfahren eingesetzt werden können, um ein Zusammenbau-Teil 12 gemäß 2 herzustellen.
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3 zeigt, das aus dem Zusammenbau-Teil 12 in dem Warmumformvorgang hergestellte patchverstärkte Zusammenbau-Formteil 12' in einer weiteren Außenansicht, die der im Einbauzustand liegenden Innenseite des umgeformten Zusammenbau-Formteils 12' entspricht.
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Die bekannte Vorgehensweise umfasst somit die Schritte, separates Herstellen einer Formplatine 1 und eines Patch 2, Fügen der Formplatine 1 und des Patch 2 zu einem Zusammenbau-(Formplatinen/Patch-)Teil 12 und Warmumformung des Zusammenbau-Teils 12 zur Herstellung des Zusammenbau-Formteils 12'.
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Die erfindungsgemäße Idee besteht darin, dass dafür gesorgt wird, dass sich der mindestens eine dickere mit einem Patch 2 versehene Formplatinenbereich 2A des Zusammenbau-Teils 12 während der Ofenerwärmung schneller erwärmt als bisher, so dass sich das zuvor beschriebene Prozessfenster der vorgebbaren Haltetemperatur nach der Erwärmung auf die Haltetemperatur bei der Warmumformung des Zusammenbau-Teils 12 zu dem Zusammenbau-Formteil 12' vergrößert, wie anhand der 4 und 5 noch erläutert wird.
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Das heißt, gegenüber der derzeitigen Vorgehensweise durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise eine kürzere Zeit zur Erzeugung der gewünschten Haltetemperatur im dickeren Formplatinenbereich 2A des Zusammenbau-Teils 12 erreicht wird, so dass die Haltetemperatur früher erreicht wird.
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Ein bereits mit einer im Wesentlichen aluminiumhaltigen Beschichtung versehenes erfindungsgemäß vorkonditioniertes Patch 2*, wobei die aluminiumhaltige Beschichtung geringe Anteile von Silizium und Eisen enthalten kann, eines Zusammenbau-Teils 12 erwärmt sich in Korrelation zu dem Emissionsfaktor im Vergleich zu einem herkömmlichen Zusammenbau-Teil 12, bei dem das ebenfalls mit einer aluminiumhaltigen Beschichtung versehene Patch 2 nicht vorkonditioniert ist, signifikant schneller.
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Nachfolgend wird die vorkonditionierte Fremdstruktur, insbesondere das Patch als Unterscheidung zu einem herkömmlichen Patch 2 mit dem Bezugszeichen 2* geführt.
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Als Vorkonditionierung ist vorgesehen, dass das die aluminiumhaltige Beschichtung aufweisende Patch 2* vor dem Fügen, insbesondere vor dem zumindest partiellen stoffschlüssigen Aufbringung auf der Formplatine 1 unabhängig von der Formplatine 1
- a) in einen vordiffundiertem Zustand gebracht wird oder
- b) eine, insbesondere gegenüber einer natürlichen Oxidschicht dickere Oxidschicht erhält. Als Vorkonditionierung ist ferner vorgesehen, dass das Patch 2* vor dem Fügen, insbesondere vor dem zumindest partiellen stoffschlüssigen Aufbringung auf der Formplatine 1 unabhängig von der Formplatine 1 oder nach dem Fügen auf der Formplatine 1 durch bereichsweise Vorkonditionierung des Patch 2*
- c) eine weitere Beschichtung mittels des Verfahrens der Gasphasenabscheidung, insbesondere der Physikalischen Gasphasenabscheidung [PVD= engl.: physical vapour deposition] oder mittels der Chemischen Gasphasenabscheidung [CVD = engl.: chemical vapour deposition] erhält, oder
- d) einen Farbauftrag mittels einem Sprüh- oder Auftragsverfahren, insbesondere einen Farbauftrag mit flüchtigen Farbpigmenten erhält.
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Die Physikalische Gasphasenabscheidung PVD ist eine Beschichtungstechnologie, um Substrate mit dünnen Schichten zu versehen. Das Beschichtungsmaterial wird dabei zuerst verdampft und kondensiert dann auf der Oberfläche des Substrates.
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Die Chemische Gasphasenabscheidung CVD ist eine Beschichtungstechnologie zur Abscheidung von meist dünnen Schichten aus der Gasphase auf einem festen Substrat. Im Gegensatz zur physikalischen Gasphasenabscheidung geschieht dies unter Beteiligung einer chemischen Reaktion, zum Beispiel reagiert eine flüchtige gasförmige Komponente mit einem anderen Gas zu einem festen Material, das auf der Oberfläche des Substrates abgeschieden wird.
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Bei allen Vorkonditionierungsvarianten a) bis d) wird in vorteilhafter Weise der Effekt erreicht, dass bei der Erwärmung des Zusammenbau-Teils 12, die stark reflektierenden Aluminiumphasen reduziert werden, wodurch die Temperatur T über der Zeit t des Zusammenbau-Teils 12 im Erwärmungsvorgang vor der eigentlichen Umformung schneller ansteigt als bisher.
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Mit anderen Worten der Wärmeabsorptionsgrad des mit einem vorkonditionierten Patch 2* versehenen Formplatinenbereichs 2A* des Zusammenbau-Teils 12 wird gegenüber dem bisher mit einem nicht vorkonditionierten Patch 2 versehenen Formplatinenbereich 2A des Zusammenbau-Teils 12 größer.
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Die Vorkonditionierung gemäß der genannten Vorkonditionierungsvarianten a) bis d) des Patch 2* im Detail:
- a) Das Patch 2 wird durch Vordiffusion in einen vordiffundierten Zustand 2* gebracht.
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Dazu wird das Patch 2 einem thermischen Prozess unterzogen, wobei entweder ein Haubenglühen oder ein kontinuierlicher thermischer Prozess ähnlich dem Galvannealing bei Zink durchgeführt wird. Bei letzterem Verfahren reagiert Eisen aus dem Stahl mit Zink und bildet dabei Zink-Eisen-Verbindungen. Hierbei wird der Schmelzpunkt der aluminiumhaltigen Beschichtung (Aluminium-(Silizium)-Beschichtung) durch Eisenanreicherung erhöht und es entsteht eine typische graue, matte Oberfläche, die sich signifikant schneller erwärmt, da der Effekt der stark reflektierenden mit der aluminiumhaltigen Beschichtung versehenen Oberfläche stark reduziert wird.
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Bei dem Zusammenbau-Teil 12 ist vor der Warmumformung mit bloßem Auge zu erkennen, dass das Patch 2* beziehungsweise der patchverstärkte vorkonditionierte dickere Bereich 2A* eine veränderte, insbesondere eine mattere Oberfläche aufweist, als der dünnere Bereich 1A.
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Der Diffusionsvorgang zwischen Eisen und Aluminium ist im patchverstärkten vorkonditionierten dickeren Bereich 2A* gegenüber dem nicht vorkonditionierten dünneren Bereich 1A des Zusammenbau-Teils 12 mittels einer metallographischen Untersuchung nachweisbar.
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Bei dem Zusammenbau-Formteil 12' ist der vorgeschaltete Diffusionsvorgang, nachdem die Warmumformung stattgefunden hat, ebenfalls noch sicher mittels einer metallographischen Untersuchung nachweisbar.
- b) Elektrolytische beziehungsweise anodische Oxidation des Patch 2, hierbei wird die natürliche Oxidschicht des derart vorkonditionierten Patch 2* zusätzlich verdickt, ähnlich einer normalen Oxidation mittels Luftsauerstoff.
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Durch die elektrolytische beziehungsweise anodische Oxidation wird, im Gegensatz zu den galvanischen Überzugsverfahren, die Schutzschicht nicht auf dem Werkstück niedergeschlagen, sondern durch Umwandlung der obersten Metallschicht ein Oxid beziehungsweise Hydroxid gebildet. Die dickere Oxidschicht vermeidet einen spiegelnden Oberflächenzustand bei der Warmumformung und erhöht die Erwärmungseffizienz durch Erhöhung des Wärmeabsorptionsgrades.
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Bei dem Zusammenbau-Teil 12 ist vor der Elektrolyse beziehungsweise Anodisierung mit bloßem Auge zu erkennen, dass das Patch 2' beziehungsweise der vorkonditionierte patchverstärkte dickere Bereich 2A* eine veränderte, insbesondere eine signifikant dunklere und mattere Oberfläche aufweist als der dünnere Bereich 1A.
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Der vorgenommene Elektrolyseschritt beziehungsweise der Anodisierungsschritt ist im Patch 2* beziehungsweise im vorkonditionierten patchverstärkten dickeren Bereiches 2A* gegenüber dem nicht vorkonditionierten dünneren Bereich 1A des Zusammenbau-Teils 12 wiederum mittels einer materialmikroskopischen Untersuchung nachweisbar.
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Bei dem Zusammenbau-Formteil 12' ist der vorgeschaltete Elektrolyseschritt beziehungsweise Anodisierungsschritt, nachdem die Warmumformung stattgefunden hat, ebenfalls sicher mittels einer materialmikroskopischen Untersuchung nachweisbar.
- c) Als Vorkonditionierung wird das Patch 2 mit einer weiteren Beschichtung mittels der physikalischen Gasphasenabscheidung [PVD= engl.: physical vapour deposition] oder mittels der Chemischen Gasphasenabscheidung [CVD = engl.: chemical vapour deposition] versehen, sodass ein vorkonditionierter Patch 2* ausgebildet ist.
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Die Beschichtung wird in einer Dicke aufgetragen, die das Patch 2* abdeckt, sodass der oben gemäß a) und b) beschriebene Effekt eintritt.
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Es tritt wiederum der Effekt auf, dass die weitere Beschichtung vor der Warmumformung mit bloßem Auge zu erkennen ist, da das Patch 2* beziehungsweise der vorkonditionierte patchverstärkte dickere Bereich 2A* eine veränderte, insbesondere eine mattere Oberfläche aufweist, als der dünnere Bereich 1A.
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Nach der Warmumformung ist die Vorkonditionierung des Patch 2* gemäß c) sicher mittels einer materialmikroskopischen Untersuchung nachweisbar.
- d) Die Lackierung des Patch 2 mit flüchtigen Farbpigmenten stellt eine weitere Möglichkeit der Vorkonditionierung dar, sodass eine vorkonditionierter Patch 2* ausgebildet ist.
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Es versteht sich, dass die Lackierung des Patch 2 mit flüchtigen Farbpigmenten vor der Warmumformung am Zusammenbau-Teil 12 ebenfalls mit bloßem Auge zu erkennen ist, da das Patch 2* beziehungsweise der vorkonditionierte patchverstärkte dickere Bereich 2A* eine veränderte, insbesondere eine mattere Oberfläche aufweist, als der dünnere Bereich 1A.
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Nach der Warmumformung ist die Vorkonditionierung am gemäß d) durch Farbrückstände auf der Oberfläche des vorkonditionierten Bereiches 2A* des Zusammenbau-Formteils 12' nachweisbar.
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Die Vorbehandlungsschritte a) bis d) können miteinander in Kombination angewendet werden.
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Zusammengefasst die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens:
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Im Ergebnis führt die Vorkonditionierung a) bis d) im Patch 2* selbst und in Bezug auf die angrenzenden dünneren Bereiche 1A sowie die Bereiche unterhalb des Patch 2* durch eine veränderte Wärmeleitung innerhalb des vorkonditionierten Patch 2* erstens zu einem deutlich homogeneren Erwärmungsmuster der Formplatine 1 und des Patchs 2*, insbesondere in der Formplatine 1 unterhalb des Patch 2*, wobei zweitens eine Beschleunigung der Erwärmung des Patch 2* bis zum Erreichen der Haltetemperatur und drittens eine Vergrößerung des Prozessfensters der vorgegebenen Haltetemperatur nach der Erwärmung auf die Haltetemperatur bewirkt wird, und viertens weniger Verzug bei der Warmumformung auftritt, wodurch insgesamt eine Erhöhung der Prozesssicherheit erreicht wird.
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Andere bisherige Weiterverarbeitungseigenschaften des Zusammenbau-Formteiles 12' werden durch die Vorkonditionierung a) bis d) des Patch 2* in vorteilhafter Weise nicht beeinflusst.
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Der Warmumformprozess des erfindungsgemäßen Zusammenbau-Teil 12 muss gegenüber der bisherigen Vorgehensweise lediglich dahingehend angepasst werden, dass jetzt eine partielle Beschleunigung der Erwärmungsgeschwindigkeit in dem Patch 2*, insbesondere in dem vorkonditionierten dickeren Bereich 2A* des Zusammenbau-Teiles 12 berücksichtigt wird.
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Es kommt durch mindestens einen der Vorbehandlungsschritte a) bis d) zur Anpassung der Erwärmungsgeschwindigkeit zwischen dem vorkonditionierten dicken und dünnen Bereich 2A*, 1A des Zusammenbau-Teils 12 beziehungsweise zwischen dem vorkonditionierten gepatchten (dickeren) Bereich 2A* und dem nicht gepatchten (dünneren) Bereich 1A des Zusammenbau-Teils 12, wodurch eine höhere Maßstabilität der umgeformten Zusammenbau-Formteile 12' und ein deutlich robusterer Prozess geschaffen wird.
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Die Reduzierung beziehungsweise die Annäherung der unterschiedlichen Erwärmungsgeschwindigkeiten zwischen dem vorkonditionierten gepatchten und dem nicht gepatchten Bereich 2A*, 1A ermöglicht in vorteilhafter Weise die Realisierung größerer Dickenunterschiede zwischen dem vorkonditionierten gepatchten und dem nicht gepatchten Bereichen 2A*, 1A des Zusammenbau-Teils 12.
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Zudem wird das Prozessfenster der Haltetemperatur nach der Erwärmung auf eine vorgebbare Temperatur für nicht gepatchte und vorkonditionierte gepatchte Bereiche 1A, 2* deutlich erhöht.
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Außerdem wird in vorteilhafter Weise nicht nur das Prozessfenster der Haltetemperatur nach der Erwärmung auf eine vorgebbare Temperatur vergrößert, sondern es sinkt auch die Mindestofenverweilzeit, da sich das vorkonditionierte Patch 2* beziehungsweise der vorkonditionierte gepatchte Bereich 2A*, der die Mindestofenverweilzeit vorgibt, schneller erwärmt.
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Die 4 und 5 zeigen die Vorteile der Erfindung in Bezug auf die Vergrößerung des Prozessfensters der Haltetemperatur nach der Erwärmung des Zusammenbau-Teils 12 auf eine vorgebbare Ofentemperatur TOfen in [°C] über der Ofenverweilzeit t in [min].
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In 4 ist anhand eines Diagramms die Ofentemperatur TOfen über der Ofenverweilzeit t der Warmumformvorgang für nicht gepatchte und gepatchte Bereiche 1A, 2A nach dem Stand der Technik dargestellt.
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Dem nicht gepatchten Bereich 1A ist ein Prozessfenster P-1A zugeordnet, welches mit einer gestrichelten Linie dargestellt ist.
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Dem gepatchten Bereich 2A ist ein Prozessfenster P-2A zugeordnet, welches mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist.
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Die beiden Prozessfenster P1-A und P-2A überlappen sich in Abhängigkeit der Ofentemperatur TOfen und bilden einen Überlappungsbereich Ü.
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Der Überlappungsbereich Ü beider Bereiche 1A, 2A, der das globale Zeitfenster in Abhängigkeit der jeweiligen Haltetemperaturen T über der Ofenverweilzeit t bildet, ist kreuzschraffiert dargestellt.
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Die bisherige geringe Überlappungs-Zeitspanne Ü (Ü = tmax1A - tmin2A) ist bei der beispielhaft ausgewählten Ofentemperatur TOfen = 930°C durch die Maximalofendurchlaufzeit tmax1A (vergleiche 4) des ungepatchten Bereichs 1A und durch die Mindestofendurchlaufzeit tmin2A (vergleiche 4) des nicht vorkonditionierten gepatchten Bereiches 2A* des Zusammenbau-Teils 12 definiert.
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In 5 ist anhand des Diagramms der Ofentemperatur TOfen über der Ofenverweilzeit t der Warmumformvorgang für nicht gepatchte und gepatchte Bereiche 1A, 2A* dargestellt, der sich ergibt, wenn das Zusammenbau-Teil 12 erfindungsgemäß das vorkonditionierte Patch 2* beziehungsweise den vorkonditionierten gepatchten Bereich 2A* aufweist.
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Das Prozessfenster P-2A* des vorkonditionierten gepatchten Bereiches 2A*, welches als Strich-Punkt-Linie dargestellt ist, verschiebt sich in 5 gegenüber dem Prozessfenster P-2A in 4 nach links.
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Die definierte Überlappungs-Zeitspanne Ü* (Ü* = tmax1A - tmin2A*) zwischen der Maximalofendurchlaufzeit tmax1A des ungepatchten Bereichs 1A und der Mindestofendurchlaufzeit tmin2A* des erfindungsgemäß vorkonditionierten gepatchten Bereiches 2A* des Zusammenbau-Teils 12 ist bei jeder und somit auch der beispielhaft ausgewählten Ofentemperatur von TOfen = 930°C gegenüber 4 größer (Ü < Ü*).
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Es wird durch die Kreuzschraffur verdeutlicht, dass sich der Überlappungsbereich Ü* und damit das globale Prozessfenster insgesamt vergrößert, sodass die zur Verfügung stehende Maximalofendurchlaufzeit tmax2A* für den dickeren vorkonditionierten Blechbereich 2A* innerhalb der Maximalofendurchlaufzeit Δtmax1A des ungepatchten Bereichs 1A weniger eingeengt ist.
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Mit anderen Worten steht bei der jeweiligen Haltetemperatur innerhalb des globalen Prozessfensters eine längere überlappende Zeitspanne Ü* durch Vergrößerung des Überlappungsbereiches Ü zur Verfügung.
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Die bisher relativ kurze zur Verfügung stehende Überlappungs-Zeitspanne Ü (vergleiche 4) der Haltetemperatur nach der Erwärmung des Zusammenbau-Teils 12 auf die vorgebbare Temperatur TOfen = 930°C wird (vergleiche 5) vergrößert, und beträgt jetzt U*, wodurch es bei Unregelmäßigkeiten im Prozessablauf zu einer Verringerung des Ausschusses und somit insgesamt zu einer Erhöhung der Prozessrobustheit kommt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Formplatine
- 2
- Fremdstruktur (Patch) (Stand der Technik)
- 2*
- vorkonditionierte Fremdstruktur (Patch)
- 1A
- dünner Bereich der Formplatine 1
- 2A
- dicker Bereich der Formplatine 1 mit Fremdstruktur (Patch)
- 2A*
- dicker Bereich der Formplatine 1 mit der vorkonditionierten Fremdstruktur (Patch)
- 3
- Schweißpunkt
- 12
- Zusammenbau-Teil (nach dem Fügen und vor der Warmumformung)
- 12'
- Zusammenbau-Formteil (nach Warmumformung)
- TOfen
- Ofentemperatur
- T
- Temperatur des Zusammenbau-Teils
- t
- Zeit
- P-1A
- Prozessfenster des dünnen Bereichs 1A (gestrichelte Linie)
- P-2A
- Prozessfenster des dicken gepatchten Bereichs 1A nach dem Stand der Technik (durchgehende Linie)
- P-2A*
- Prozessfenster des dicken (gepatchten) vorkonditionierten Bereichs 1A gemäß der Erfindung (strichpunktierte Linie)
- tmin1A
- Minimalofendurchlaufzeit des dünnen Bereichs 1A
- tmax1A
- Maximalofendurchlaufzeit des dünnen Bereichs 1A
- tmin2A
- Minimalofendurchlaufzeit des dicken (gepatchten) Bereichs 2A nach dem Stand der Technik
- tmax2A
- Maximalofendurchlaufzeit des dicken (gepatchten) Bereichs 2A nach dem Stand der Technik
- tmin2A*
- Minimalofendurchlaufzeit des dicken (gepatchten) vorkonditionierten Bereichs 2A gemäß der Erfindung
- tmax2A*
- Maximalofendurchlaufzeit des dicken (gepatchten) vorkonditionierten Bereichs 2A gemäß der Erfindung
- Ü
- zeitlicher Überlappungsbereich nach dem Stand der Technik
- Ü*
- zeitlicher Überlappungsbereich gemäß der Erfindung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008027460 A1 [0013]
- DE 102015102908 A1 [0014]
