DE102017218475A1

DE102017218475A1 - Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils mit lokal unterschiedlichen Härteeigenschaften

Info

Publication number: DE102017218475A1
Application number: DE102017218475.2A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Glück; Robert Kirschner; Ulrich Schmid
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2019-04-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils gebildet aus zumindest einem metallischen Formteil und einem metallischem Trägerteil, wobei das zumindest eine Formteile auf dem Trägerteil angeordnet und ausgerichtet wird und aus dem Trägerteil und dem Formteil über einen Umform- und Wärmebehandlungsprozess das Karosseriebauteil ausgebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils mit lokal unterschiedlichen Härte- und/oder Materialeigenschaften.
Im Stand der Technik sind bereits warmumgeformte Karosseriebauteile mit lokal unterschiedlichen Härteeigenschaften bekannt. Zur Herstellung solcher Karosseriebauteile, beispielsweise einer B-Säule eines Fahrzeugs, sind jedoch komplexe und aufwändige Wärmebehandlungsprozesse und Wärmebehandlungsanlagen notwendig, sodass der Herstellungsprozess und die dafür benötigten Werkzeuge teuer sind.
Um die Wärmebehandlung zur lokalen Ausbildung von Härteeigenschaften eines Karosseriebauteils zu steuern, müssen bei den im Stand der Technik bekannten Verfahren Bereiche auf unterschiedliche Temperaturen erhitzt werden und andere Bereiche, beispielsweise durch Abdeckungen und Kühlkokillen, abgekühlt werden. Um, im Vergleich zu umliegenden Bereichen, lokal hohe Temperaturen zu erzielen, müssen bei der Wärmebehandlung eines Karosseriebauteils zudem teilweise unterschiedliche Verfahren eingesetzt werden. Bereiche werden beispielsweise durch Heizelemente und benachbarte Bereiche durch Induktion erhitzt.
Nicht nur die Wärmebehandlungsanlagen an sich, sondern auch die dazu nötige Steuerung des Wärmebehandlungsprozesses und Wartung machen die herkömmliche Methode teuer. Des Weiteren sind die Anlagen durch ihren Aufbau nur zur Herstellung eines bestimmten Typs von Karosseriebauteilen geeignet. Eine Umrüstung auf andere Karosseriebauteile oder andere Typen desselben Karosseriebauteils mit anderen Wärmebehandlungs- bzw. Härteeigenschaften ist meist sehr teuer und daher unwirtschaftlich.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorbesagten Nachteile zu überwinden und ein Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils bereitzustellen, mit dem verschiedene Karosseriebauteile einer spezifischen Wärmebehandlung unterzogen werden können und die Karosseriebauteile dabei sich lokal unterscheidende Härteeigenschaften ausbilden. Das Verfahren soll zudem einfach und günstig durchzuführen sein, wobei durch die Wärmebehandlung bauteilspezifische Eigenschaften an dem Karosseriebauteil ausbildbar und einstellbar sein sollen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird hierfür ein Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils vorgeschlagen. Das Karosseriebauteil wird aus zumindest einem metallischen Formteil und einem das zumindest eine Formteil tragende metallische Trägerteil gebildet. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:

• Anordnen des zumindest einen Formteils auf dem Trägerteil, wobei das zumindest eine Formteil ausgebildet ist eine geometrische Form des Karosseriebauteils zumindest teilweise zu bestimmen;
• Ausrichten des zumindest einen Formteils bezüglich seiner jeweiligen Position und Orientierung gegenüber dem Trägerteil in einer festgelegten Anordnung des zumindest einen Formteils zu dem Trägerteil, wobei die festgelegte Anordnung vorbestimmte Karosseriebauteileigenschaften des herzustellenden Karosseriebauteils bestimmt;
• Fixieren des zumindest einen Formteils an dem Trägerteil zur Erzeugung eines integralen Rohbauteils;
• Umformen und Wärmebehandeln des Trägerteils und des zumindest einen Formteils oder des integralen Rohbauteils zu dem Karosseriebauteil, wobei das zumindest eine Formteil durch seine jeweilige geometrische Form und/oder sein jeweiliges Material jeweils eine von der Form und/oder dem Material des jeweiligen Formteils abhängige Wärmebehandlung durchlaufen.

Die Formteile bzw. das Formteil besitzen bzw. besitzt eine von der Anordnung und Ausrichtung auf dem Trägerteil abhängige geometrische Form, einen von der Anordnung und Ausrichtung auf dem Trägerteil abhängigen Aufbau und sind bzw. ist aus einem von der Anordnung und Ausrichtung abhängigen Material gebildet. Die Formen der Formteile bzw. die Formteile greifen zumindest zum Teil ineinander ein oder liegen aneinander an und bilden dadurch eine durchgehende Schicht an dem Karosseriebauteil aus. Die Schicht kann lediglich durch die Fügestellen bzw. Spalten zwischen den Formteilen unterbrochen sein.
Durch die Ausbildung der Formteile mit einer von ihrer Anordnung und Ausrichtung auf dem Trägerteil abhängigen Form, abhängigen Aufbau und abhängigen Material, wird bei der Wärmebehandlung zur Ausbildung der Härteeigenschaften automatisch jedes Formteil abhängig von seiner Form, seinem Aufbau und seinem Material wärmebehandelt. Sind die Formteile beispielsweise aus unterschiedlichen Legierungen gefertigt, ist der Wärmebehandlungsprozess trotz einer gleichen Temperatur an allen Formteilen für jedes Formteil unterschiedlich. Abhängig von dem angestrebten Härteprofil in dem fertigen Karosseriebauteil, können daher Formteile mit unterschiedlichen Wärmebehandlungsprozess- und Härteeigenschaften auf dem Trägerteil angeordnet und bei gleicher Temperatur unterschiedlich wärmebehandelt werden.
Als Härteeigenschaften werden die Eigenschaften des Karosseriebauteils verstanden, die durch den Wärmebehandlungsprozess ausbildbar und/oder einstellbar sind. Die Härteeigenschaften umfassen nicht nur die Härte des Karosseriebauteils sondern auch Steifigkeit, Festigkeit, Schwingungsverhalten und weitere Eigenschaften sowie deren Verläufe entlang des Karosseriebauteils.
Das Umformen der einzelnen Formteile und des Trägerteils kann voneinander getrennt vor dem Anordnen, Ausrichten und Fixieren der Formteile bzw. des zumindest einen Formteils auf dem Trägerteil stattfinden, wobei dann das beim Fixieren gebildete integrale Rohbauteil Wärmebehandelt wird. Alternativ können die Formteile auch auf dem Trägerteil angeordnet, ausgerichtet und fixiert werden und das Umformen und Wärmebehandeln an dem beim Fixieren gebildeten integralen Rohbauteil vorgenommen werden.
Für eine Weiterbildung des Verfahrens ist daher vorteilhaft, dass die Formteile zumindest zum Teil unterschiedliche Formen und/oder Materialstärken aufweisen und zumindest teilweise aus unterschiedlichen metallischen Materialien ausgebildet sind.
Von Vorteil ist es ferner, dass zumindest ein Formteil und/oder das Trägerteil zumindest lokal aus zumindest einem Blech, zumindest einem Lochblech, zumindest einem Warzenblech oder zumindest einem Riffelblech gebildet sind/ist. Das zumindest eine Formteil oder das Trägerteil kann auch aus mehreren Blechen einer Blechart oder verschiedener Blecharten gestapelt sein. Auch das Trägerteil kann ein Blech sein. Ein aus Blech gebildetes Trägerteil mit darauf angeordneten und damit verbundenen Formteilen aus Blech, auch Patches genannt, ist eine Patchworkplatine. Die Bleche können aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein und unterschiedliche Materialstärken bzw. Dicken besitzen, wobei die Dicke die jeweils kleinste Erstreckung eines Blechs ist.
Durch die verschiedenen Blecharten, also Vollblech, Lochblech, Warzenblech oder Riffelblech sowie den dadurch möglichen Aufbauten eines Formteils aus einem oder mehreren Blechen, lassen sich zwischen dem Formteil und dem Trägerteil oder zwischen den einzelnen Blechen eines Formteils Abstände und Lücken einstellen, die anschließend mit Füllmaterial gefüllt werden können. Zudem weisen die unterschiedlichen Blecharten sich voneinander unterscheidende Härteeigenschaften auf, sodass durch eine vorbestimmte Anordnung der Formteile, aus verschiedenen Blecharten, Karosseriebauteileigenschaften eingestellt werden können.
Um die Formteile bzw. das Formteil auf dem Trägerteil anordnen zu können sieht eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahren vor, dass dem Anordnen des zumindest einen Formteils auf dem Trägerteil einen Vorformschritt vorausgeht. Bei dem Vorformschritt wird zumindest ein Formteil umgeformt und dabei derart ausgebildet, dass es auf dem Trägerteil zu angrenzenden Formteilen anorden- und ausrichtbar ist. Dies kann beispielsweise durch Zuschneiden von vorgefertigten Formteilen realisiert werden, die durch das Zuschneiden auf ihre Anordnung und Ausrichtung auf dem Trägerteil angepasst werden.
Bei dem Verfahren wird das zumindest eine Formteil beim Fixieren des zumindest einen Formteils mit dem Träger oder einem anderen Formteil durch Schweißen, Löten, Heften oder Kleben fixiert. Zur Erzeugung des integralen Rohbauteils sind die Formteile beispielsweise durch Widerstandspunktschweißverfahren, Laserschweißverfahren oder Klebeverfahren mit anderen Formteilen oder mit dem Trägerteil verbindbar.
Das Verfahren umfasst vor oder nach dem Wärmebehandeln bei einer vorteilhaften Weiterbildung einen Füllschritt, bei dem Füllmaterial zwischen zumindest ein erstes Formteil und ein zweites Formteil oder dem Trägerteil eingebracht wird. Das Füllmaterial wird dabei bevorzugt in Spalten bzw. den Fügestellen zwischen den Formteilen bzw. zwischen dem ersten und zweiten Formteil und Spalten bzw. Fügestellen zwischen einem Formteil und dem Trägerteilt bzw. zwischen dem ersten Formteil und dem Trägerteil eingebracht. Ist das Formteil beispielsweise ein Warzenblech und sind die Warzen zu dem Trägerteil hin ausgerichtet, sodass zwischen Formteil und Trägerteil ein durch die Ausbildung der Warzen definierter Abstand eingestellt wird, kann das Füllmaterial in den von der Ausbildung der Warze bestimmten Abstand zwischen dem Formteil und dem Trägerteil eingebracht werden. Das Füllmaterial kann sowohl ein Klebematerial, ein Dämmmaterial als auch ein Material zur stoffschlüssigen Verbindung der Formteile bzw. des Formteils mit dem Trägerteil sein. Das Füllmaterial kann auch zwischen das zumindest eine Formteil und das Trägerteil eingebracht werden, wenn das Karosseriebauteil nur ein Formteil umfasst.
Insbesondere vorteilhaft ist, wenn das Füllmaterial eine metallische Verbindung ist, die sich bei der Wärmebehandlung mit zumindest einem Formteil und/oder dem Trägerteil stoffschlüssig verbindet. Dadurch werden stoffschlüssige Verbindungen geschlossen, sodass die Formteile übergangslos ineinander und in das Trägerteil übergehen und dadurch integral ein einteiliges Karosseriebauteil bilden. Durch das Verbacken bzw. Verbinden des Füllmaterials mit den Formteilen und/oder dem Trägerteil wird eine flächige homogene Verbindung zwischen den Formteilen und/oder dem Trägerteil ausgebildet, sodass eine gleichmäßige Kraftübertragung über die Formteile und/oder das Trägerteil entlang des Karosseriebauteils möglich ist.
Das Füllen mit dem Füllmaterial kann auch erst nach der Wärmebehandlung stattfinden, wobei danach ein zusätzliches Erhitzen zum Verbinden des Füllmaterials mit den Formteilen oder mit dem Trägerteil stattfindet.
Hierfür geeignete metallische Verbindungen des Füllmaterials sind eine Zink-Eisen-Verbindung, eine Aluminium-Silizium- Verbindung oder eine Zink-Nickel-Verbindung.
Bei einer Variante des Verfahrens erfolgt das Umformen des integralen Rohbauteils durch Kaltumformen. Nach dem Kaltumformen wird das umgeformte Rohbauteil beim anschließenden Wärmebehandeln durch Formhärten gehärtet. Beim Formhärten wird das bereits durch das Kaltumformen umgeformte Rohbauteil unter einer hohen Temperatur von bis zu 1000 °C erhitzt und durch eine Form in die Form des herzustellenden Karosseriebauteils gebracht. Aufgrund der einzelnen Formteile, die in unterschiedlicher Form, mit unterschiedlichem Aufbau und/oder aus unterschiedlichen Materialien gebildet werden, wirken die Temperatur und die Umformung bei jedem Formteil anders und jedes Formteil wird in Abhängigkeit seiner Eigenschaften gehärtet. Durch das Härten der Formteile, die beim Härten jeweils von ihrer Form, ihrem Aufbau und ihrem Material abhängige Formteileigenschaften ausbilden, bildet das Karosseriebauteil durch die Anordnung und Orientierung der Formteile mit den Formteileigenschaften vorbestimmte Karosseriebauteileigenschaften aus.
Eine alternative Variante sieht vor, dass Umformen und Wärmebehandeln integral als Warmumformen durchgeführt werden, sodass kein Kaltumformen benötigt wird. Bei dem Warmumformen, z.B. Formhärten, wird das Rohbauteil zum Bilden des Karosseriebauteils umgeformt und gehärtet, sodass sich an dem Karosseriebauteil durch die unterschiedlichen Formen, den unterschiedlichen Aufbau und die unterschiedlichen Materialien der Formteile die vorbestimmten Karosseriebauteileigenschaften einstellen.
Gegenüber dem herkömmlichen Wärmebehandlungsverfahren wirken die Formteile als Steuerelemente zur Steuerung des Wärmebehandlungs- bzw. Härteverfahrens. Die Formteile ersetzen dadurch die Kühlkokillen oder Abdeckungen zur Temperatursteuerung.
Durch das Verfahren, die Form, den Aufbau und das Material der Formteile sind die Akustik-, Steifigkeit-, Festigkeit-, Duktilitäts- und/oder Dichtigkeitseigenschaften als Karosseriebauteileigenschaften bzw. Härteeigenschaften des herzustellenden Karosseriebauteils sowie deren Verlauf entlang des Karosseriebauteils gezielt einstellbar.
Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils gebildet aus zumindest einem metallischen Formteil und einem das zumindest eine Formteil tragende metallische Trägerteil, umfassend zumindest die folgenden Schritte: • Anordnen des zumindest einen Formteils auf dem Trägerteil, wobei das zumindest eine Formteil ausgebildet ist eine geometrische Form des Karosseriebauteils zumindest teilweise zu bestimmen; • Ausrichten des zumindest einen Formteils bezüglich seiner jeweiligen Position und Orientierung gegenüber dem Trägerteil in einer festgelegten Anordnung des zumindest einen Formteils zu dem Trägerteil; • Fixieren des zumindest einen Formteils an dem Trägerteil zur Erzeugung eines integralen Rohbauteils; • Umformen und Wärmebehandeln des Trägerteils und des zumindest einen Formteils oder des integralen Rohbauteils zu dem Karosseriebauteil, wobei das zumindest eine Formteil durch seine jeweilige geometrische Form und/oder sein jeweiliges Material jeweils eine von der Form und/oder dem Material des jeweiligen Formteils abhängige Wärmebehandlung durchlaufen.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Karosseriebauteil zumindest zwei Formteile umfasst, die beim Anordnen auf dem Trägerteil angeordnet und beim Ausrichten bezüglicher ihrer jeweiligen Position und Orientierung zu dem Trägerteil und zueinander in einer festgelegten Anordnung zueinander ausgerichtet werden, wobei das Trägerteil die zumindest zwei Formteile miteinander verbindet.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Formteile zumindest zum Teil unterschiedliche Formen und/oder Materialstärken aufweisen und zumindest teilweise aus unterschiedlichen metallischen Materialien ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Formteil und/oder das Trägerteil zumindest lokal aus zumindest einem Blech, zumindest einem Lochblech, zumindest einem Warzenblech oder zumindest einem Riffelblech gebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Anordnen des zumindest einen Formteils auf dem Trägerteil ein Vorformschritt vorausgeht, bei dem das zumindest eine Formteil umgeformt und dabei derart ausgebildet wird, dass es auf dem Trägerteil zu angrenzenden Formteilen ausrichtbar ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zumindest eine Formteile beim Fixieren mit dem Träger oder mit einem anderen Formteil durch Schweißen, Löten, Heften oder Kleben fixiert werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 6, wobei es einen Füllschritt umfasst, bei dem Füllmaterial zwischen zumindest ein erstes Formteil und ein zweites Formteil oder dem Trägerteil eingebracht wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Füllmaterial eine metallische Verbindung ist, die sich bei der Wärmebehandlung mit zumindest einem Formteil und/oder dem Trägerteil stoffschlüssig verbindet.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Füllmaterial eine Zink-Eisen-Verbindung, eine Aluminium-Silizium-Verbindung oder eine Zink-Nickel-Verbindung ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Umformen des integralen Rohbauteils durch Kaltumformen erfolgt und das umgeformte Rohbauteil beim anschließenden Wärmebehandeln durch Formhärten gehärtet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, wobei das Umformen und Wärmebehandeln integral als Warmumformen durchgeführt werden, bei dem das Rohbauteil zum Bilden des Karosseriebauteils umgeformt und gehärtet wird.