DE102017223252A1 - Press arrangement and method for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel part - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Pressenanordnung zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils (7), mit einer Wärmebehandlungseinrichtung (1), in dem eine Stahlblechplatine (4) zumindest bereichsweise bis auf über eine werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur Ac3 wärmebehandelt wird, und mit einer Umformwerkzeug (3), in der die wärmebehandelte Stahlblechplatine (4) mit einer Einlegetemperatur (ϑ) eingelegt und in einer Umform-Prozessstufe (U) umgeformt sowie auf eine Zwischentemperatur (ϑ) abgekühlt wird, die größer als eine Entnahmetemperatur (ϑ) ist, bei der das Stahlblechteil (7) aus der Pressenanordnung entnehmbar ist, und einer prozesstechnisch nachgeschalteten Kühl-Prozessstufe (K), in der das warmumgeformte Stahlblechteil (7) bis auf die Entnahmetemperatur (ϑ) abgekühlt wird. Erfindungsgemäß ist die Kühl-Prozessstufe (K) mit zumindest einem Kühlwerkzeug (5, 6) ausgebildet.The invention relates to a press arrangement for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel part (7), comprising a heat treatment device (1) in which a sheet steel plate (4) is heat-treated at least in regions to above a material-specific austenitizing temperature Ac3, and with a forming tool (3). in which the heat-treated sheet steel plate (4) is inserted with an insertion temperature (θ) and converted in a forming process stage (U) and cooled to an intermediate temperature (θ) which is greater than a removal temperature (θ) at which the steel sheet part ( 7) can be removed from the press arrangement, and a process-related downstream cooling process stage (K), in which the hot-formed sheet steel part (7) is cooled to the take-off temperature (θ). According to the invention, the cooling process stage (K) is formed with at least one cooling tool (5, 6).
Description
Die Erfindung betrifft eine Pressenanordnung zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Stahlblechteils nach dem Anspruch 14.The invention relates to a press arrangement for producing a hot-formed and press-hardened sheet-steel part according to the preamble of claim 1 and to a method for producing such a sheet-steel part according to claim 14.
Ein Warmumformprozess kann in bekannter Weise in direkter Warmumformung oder in indirekter Warmumformung erfolgen. Bei der indirekten Warmumformung werden die Schneid-/Umformoperationen bereits vor der Wärmebehandlung und dem Härten des Stahlblechteils durchgeführt.A hot forming process can be done in a known manner in direct hot forming or indirect hot forming. In the indirect hot working, the cutting / forming operations are already performed before the heat treatment and the hardening of the sheet steel part.
In Abgrenzung dazu werden bei der direkten Warmumformung die Schneid- und/oder Umformoperationen nach der Wärmebehandlung durchgeführt. Eine solche Warmumformung ist beispielhaft aus der
In der
Aus der
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Pressenanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils bereitzustellen, das im Vergleich zum Stand der Technik in einfacher Weise weitere Effizienzsteigerungen ermöglicht.The object of the invention is to provide a press arrangement and a method for the production of a hot-formed and press-hardened sheet steel part which, in comparison with the prior art, enables further efficiency increases in a simple manner.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 14 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of claim 1 or 14. Preferred embodiments of the invention are disclosed in the subclaims.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist die Kühl-Prozessstufe in der einfachsten Variante mit nur einem Kühlwerkzeug ausgebildet. Das warmumgeformte Stahlblechteil wird in dem Kühlwerkzeug bis auf die Entnahmetemperatur abgekühlt wird.According to the characterizing part of claim 1, the cooling process stage is formed in the simplest variant with only one cooling tool. The hot formed sheet steel part is cooled in the cooling tool to the removal temperature.
In einer weiteren Ausführungsvariante weist die Kühl-Prozessstufe nicht mehr nur ein einziges Kühlwerkzeug auf, sondern ist die Kühl-Prozessstufe vielmehr mehrstufig mit zumindest zwei oder mehr Kühlwerkzeuge ausgebildet. In einer ersten bevorzugten Ausführungsvariante können die zumindest zwei Kühlwerkzeuge prozesstechnisch in Reihe hintereinander angeordnet sein. In einer ersten Ausführungsvariante kann das in dem Umformwerkzeug warmumgeformte Stahlblechteil in den in Reihe geschalteten Kühlwerkzeugen stufenweise bis auf die Entnahmetemperatur abgekühlt werden.In a further embodiment variant, the cooling process stage no longer has only a single cooling tool, but rather the cooling process stage is designed in multiple stages with at least two or more cooling tools. In a first preferred embodiment, the at least two cooling tools can be arranged in process one behind the other in series. In a first embodiment variant, the steel sheet part which has been hot-formed in the forming tool in the cooling tools connected in series can be cooled stepwise to the removal temperature.
In einer zweiten Ausführungsvariante können dagegen die beiden Kühlwerkzeuge nicht in Reihe, sondern vielmehr in parallel zueinander angeordnet sein, etwa in einer Y-Anordnung bzw. einer sternförmigen Anordnung. In diesem Fall kann bei noch belegtem erstem Kühlwerkzeug ein Stahlblechteil-Transfer von dem Umformwerkzeug in das noch unbelegte zweite Kühlwerkzeug erfolgen. Das warmumgeformte Stahlblechteil kann somit entweder in dem ersten Kühlwerkzeug oder in dem parallel dazu positionierten zweiten Kühlwerkzeug auf die Entnahmetemperatur abgekühlt werden. Zykluszeitreduktion durch Aufteilen der Zuhaltezeit auf mehrere Stufen.In a second embodiment, however, the two cooling tools can not be arranged in series, but rather in parallel to each other, for example in a Y-arrangement or a star-shaped arrangement. In this case, when the first cooling tool is still occupied, a steel sheet part transfer from the forming tool to the still unoccupied second cooling tool can take place. The hot-formed sheet steel part can thus be cooled to the removal temperature either in the first cooling tool or in the second cooling tool positioned parallel thereto. Cycle time reduction by dividing the guard time into several stages.
Im Gegensatz zur obigen
Die Hauptvorteile der Erfindung liegen im geringeren Werkzeugverschleiß der Kühlwerkzeuge durch eine Verringerung der Reibung an aktiven Radien sowie von thermischen Einflüssen im Vergleich zum Umformwerkzeug. Dadurch ergibt sich eine hohe Standzeit. Zudem kann erfindungsgemäß auf erwärmte Werkzeuge verzichtet werden, wodurch die Prozessrobustheit gesteigert wird. Zudem kann die Ausbringung durch gekoppelte bzw. entkoppelte Anordnung mehrerer Pressenstufen erhöht werden sowie die Qualität und Maßhaltigkeit der Bauteile erhöht werden. Ferner werden Instandhaltungsintervalle verlängert und werden homogene mechanische Bauteileigenschaften durch gleichmäßigen Kontaktdruck in den Kühlstufen erzielt. The main advantages of the invention lie in the lower tool wear of the cooling tools by reducing the friction on active radii as well as thermal influences compared to the forming tool. This results in a long service life. In addition, according to the invention can be dispensed with heated tools, whereby the process robustness is increased. In addition, the output can be increased by coupled or decoupled arrangement of several press stages and the quality and dimensional accuracy of the components can be increased. In addition, maintenance intervals are extended and homogeneous mechanical component properties are achieved by uniform contact pressure in the cooling stages.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können speziell Vorteile im Hinblick auf verbesserte Werkstoffeigenschaften des Stahlbleichteils erzielt werden. Das heißt es wird im Vergleich zum Stand der Technik eine geringere Streuung der mechanischen Eigenschaften über das Stahlblechteil erzielt sowie eine höhere Duktilität und eine gleichmäßigere Härteausbildung erreicht.With the method according to the invention, special advantages with regard to improved material properties of the steel bleaching part can be achieved. That is, in comparison with the prior art, a lower dispersion of the mechanical properties over the steel sheet part is achieved, as well as a higher ductility and a more uniform hardness formation.
Der Erfindungskern betrifft ein Aufteilen des Warmumformprozesses auf mehrere Stufen (zum Beispiel eine Umformstufe sowie mehrere Kühlstufen), wodurch die Prozesszeit signifikant verringert und die Ausbringung an Stahlblechteilen und damit die Wirtschaftlichkeit des Prozesses erhöht wird. Erfindungsgemäß kann im ersten Werkzeug (das heißt Umformwerkzeug) eine Umformung bis zum unteren Totpunkt nach Erwärmung auf eine Stahlblech-Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur stattfinden, wobei das umgeformte Werkstück im weiteren Prozessverlauf mittels einer Transfermimik in die Kühl-Prozessstufe überführt wird, in der eine Abkühlung auf Bauteilentnahmetemperatur erfolgt, die bevorzugt 220°C oder kleiner ist. Hierdurch wird die taktzeitbestimmende Haltezeit im Werkzeug auf zwei oder mehr Zeiteinheiten untergliedert und die Zykluszeit reduziert.The invention's core involves dividing the hot working process into multiple stages (eg, a forming stage and multiple cooling stages), which significantly reduces process time and increases the yield of sheet steel parts and hence the economy of the process. According to the invention, in the first tool (that is to say forming tool), reshaping to bottom dead center takes place after heating to a steel sheet temperature above the austenitizing temperature, during which process the formed workpiece is transferred by means of a transfer mimic into the cooling process stage in which cooling takes place takes place at component removal temperature, which is preferably 220 ° C or less. As a result, the cycle time-determining holding time in the tool is subdivided into two or more time units and the cycle time is reduced.
Die Stahlblechplatine bzw. das Stahlblechteil weist im Prozessverlauf, über die gesamte Bauteilfläche betrachtet, kein durchgängig konstantes Temperaturniveau auf. Vielmehr schwankt das Temperaturniveau über das Bauteil sehr stark. Vor diesem Hintergrund sind die im Anmeldungstext genannten Prozesstemperaturen des Stahlblechteils und/oder der Blechplatine als über die Bauteilfläche gemittelte Temperaturen zu verstehen.The sheet steel plate or the sheet steel part has in the course of the process, over the entire component surface considered, not a consistently constant temperature level. Instead, the temperature level across the component fluctuates very much. Against this background, the process temperatures of the steel sheet part and / or the sheet-metal plate mentioned in the application text are to be understood as temperatures averaged over the component surface.
Der Werkstoff der Stahlblechplatine ist in der Regel ein niedriglegierter Vergütungsstahl 22MnB5. Es kommen jedoch auch andere kohlenstoff- und manganhaltige Stähle in Frage zum Beispiel 20MnB8 oder 34MnB8 oder 22MnCrB8-2 oder 20MnCr9-3 dergleichen. Die Werkstoffe können unbeschichtet oder beschichtet eingesetzt werden. Hierbei kann zum Beispiel eine Aluminium-Silizium-Beschichtung AS150 oder AS80, bekannt unter dem Namen Usibor 1500 oder MBW 1500, eingesetzt werden. Alternativ sind auch andere Beschichtungen bzw. metallische Überzüge denkbar. Hierzu zählen sowohl Zn, ZnFe sowie ZnMg usw. als auch andere aluminiumhaltige Überzüge (zum Beispiel ohne Silizium oder mit kleinen Fe- bzw. Mg-Anteilen).The material of the sheet steel plate is usually a 22MnB5 low-alloy tempered steel. However, other carbon and manganese steels are also contemplated, for example 20MnB8 or 34MnB8 or 22MnCrB8-2 or 20MnCr9-3. The materials can be used uncoated or coated. Here, for example, an aluminum-silicon coating AS150 or AS80, known under the name Usibor 1500 or MBW 1500, can be used. Alternatively, other coatings or metallic coatings are conceivable. These include both Zn, ZnFe and ZnMg etc. as well as other aluminum-containing coatings (for example, without silicon or with small Fe or Mg contents).
Bei der obigen Prozessanordnung sind die nachfolgend genannten Prozessparameter von wesentlicher Bedeutung, um erforderliche Bauteil- und Prozesseigenschaften zu erhalten: So muss zunächst die Einlegetemperatur, mit der die noch ungeformte Stahlblechplatine in das Umformwerkzeug eingelegt wird, oberhalb einer werkstoffspezifischen Martensitstarttemperatur Ms liegen, um eine Härtbarkeit der Stahlblechplatine zu gewährleisten. Zudem ist es bevorzugt, wenn die Zwischentemperatur, auf der das Stahlblechteil nach der Warmumformung abgekühlt worden ist, in einem Bereich von 250°C bis 600°C liegt. Zudem ist hervorzuheben, dass in dem Umformwerkzeug eine vollständige Umformung (das heißt Werkzeugschluss bis zum unteren Totpunkt) stattfindet und die nachgeschalteten Prozessstufen lediglich als Wärmesenke für die Energiedissipation im nachgelagerten Prozessverlauf bis zur Entnahmetemperatur fungieren.In the above process arrangement, the process parameters mentioned below are of essential importance in order to obtain required component and process properties. First of all, the insertion temperature with which the still unformed sheet steel plate is inserted into the forming tool must be above a material-specific martensite start temperature Ms in order to harden to ensure the sheet steel plate. In addition, it is preferable that the intermediate temperature at which the steel sheet part is cooled after the hot working is in a range of 250 ° C to 600 ° C. In addition, it should be emphasized that in the forming tool a complete transformation (ie mold closure to bottom dead center) takes place and the downstream process stages merely function as a heat sink for the energy dissipation in the downstream process process up to the removal temperature.
In einer bevorzugten Prozessführung kann in dem Umformwerkzeug eine vollständige Umformung erfolgen, bei der die Stahlblechplatine bis auf eine Endkontur umgeformt wird. Die nachgeschalteten Kühlwerkzeuge wirken somit lediglich als Wärmesenke für die Energiedissipation bis zum Erreichen der Entnahmetemperatur. Bei einer solchen Prozessführung können die Kühlwerkzeuge als Kalibrierwerkzeuge wirken, in denen das warmumgeformte Stahlblechteil nachgeformt wird, und zwar für den Fall, dass aufgrund stark abrasiver Belastung des Umformwerkzeugs deren Maßhaltigkeit bei der Warmumformung beeinträchtigt ist.In a preferred process control, a complete forming can take place in the forming tool, in which the sheet steel blank is formed to a final contour. The downstream cooling tools thus act only as a heat sink for the energy dissipation until reaching the extraction temperature. In such a process, the cooling tools can act as calibration tools, in which the hot-formed sheet steel part is reshaped, in the event that due to highly abrasive load on the forming tool whose dimensional accuracy is affected during hot forming.
Die Kühl- und Umformwerkzeuge können aus artgleichen oder unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Im Hinblick auf die stark abrasive Belastung des Umformwerkzeugs ist es von Vorteil, wenn die formgebenden Bestandteile des Umformwerkzeugs aus einem hoch verschleißfesten Werkstoff bzw. Warmarbeitsstahl gefertigt sind, und zwar insbesondere mit hohem Chrom-, Vanadium-, Kohlenstoff-, Molybdän- und/oder Wolframanteil (im Vergleich zu den Kühlwerkzeuge). Demgegenüber sind die Kühlwerkzeuge einer weniger starken abrasiven Belastung ausgesetzt. Vor diesem Hintergrund können die mit dem warmumgeformten Stahlblechteil in Druckanlage kommenden Bestandteile der Kühlwerkzeuge im Vergleich zum Umformwerkzeug aus hochwärmeleitfähigen Werkstoffen gefertigt sein. Beispielhaft kann der Stempel und die Matrize aus artgleichen, wärmeleitfähigen Werkstoffen bestehen, während ein Blechhalter (aufgrund des größeren Blech-Materialflusses) aus einem abrasiv beständigen Werkstoff besteht, der weniger stark wärmeleitfähig ausgelegt ist.The cooling and forming tools can consist of similar or different materials. With regard to the highly abrasive load of the forming tool, it is advantageous if the forming components of the forming tool are made of a highly wear-resistant material or hot work steel, in particular with high chromium, vanadium, carbon, molybdenum and / or Tungsten content (compared to the cooling tools). In contrast, the cooling tools are exposed to a less severe abrasive load. Against this background, the components of the cooling tools coming into pressure-fitting with the hot-formed steel sheet part can be manufactured from highly heat-conductive materials in comparison with the forming tool. exemplary For example, the punch and the die may consist of similar thermally conductive materials, while a sheet metal holder (due to the larger sheet material flow) consists of an abrasive-resistant material that is less thermally conductive.
Zur weiteren Effizienzsteigerung ist es bevorzugt, wenn das Umformwerkzeug und/oder die Kühlwerkzeuge so ausgelegt sind, dass Schneid- und/oder Lochoperationen an dem jeweiligen Stahlblechteil durchführbar sind.To further increase the efficiency, it is preferred if the forming tool and / or the cooling tools are designed such that cutting and / or punching operations can be carried out on the respective sheet steel part.
Nachfolgend wird eine Prozessabfolge erläutert, die mit einer erfindungsgemäßen Pressenanordnung durchführbar ist: So erfolgt zunächst eine Wärmebehandlung einer noch unverformten Blechplatine auf eine Erwärmungstemperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur des Blech-Werkstoffs. Dies kann konventionell in einem Gas oder elektrisch beheiztem Rollenherdofen geschehen. Alternativ kann jedoch auch auf eine Schnellerwärmungsmethode zurückgegriffen werden (induktiv, konduktiv, Kontakt). Dies wird besonders relevant, wenn die Zykluszeit durch Einführung des Prozesses sinkt und signifikant mehr Platinen pro Zeiteinheit angefordert werden. Anschließend erfolgt eine Transferphase, in der die Blechplatine in das Umformwerkzeug überführt wird. Die Transferphase soll bevorzugt innerhalb von weniger als 10s erfolgen, um einem zu starken Auskühlen entgegen zu wirken. Die Einlegetemperatur ist oberhalb der Martensitstarttemperatur des Werkstoffs gewählt, um eine Härtbarkeit sicherzustellen. Bevorzugt ist die Umformgeschwindigkeit in dem Umformwerkzeug bei größer als 60 mm/s, wobei eine minimale Flächenpressung am Bauteil (nach Umformung in UT) bei größer als 3 N/mm2 liegt (ausgenommen sind steile Bereiche mit einem Öffnungswinkel von kleiner als 5°), um vollständig auszuformen. Die Zuhaltezeit in dem Umformwerkzeug kann im unteren Totpunkt bevorzugt zwischen 0.1s und 5 s liegen, während die Stößelrückgeschwindigkeit größer als 50 mm/s sein kann.A process sequence which can be carried out with a press arrangement according to the invention is explained below. First of all, a heat treatment of a still undeformed sheet metal blank to a heating temperature above the austenitizing temperature of the sheet metal material takes place. This can be done conventionally in a gas or electrically heated roller hearth furnace. Alternatively, however, it is also possible to resort to a rapid heating method (inductive, conductive, contact). This becomes particularly relevant when the cycle time decreases by introducing the process and significantly more boards are requested per unit of time. Subsequently, a transfer phase in which the sheet metal blank is transferred into the forming tool. The transfer phase should preferably take less than 10 seconds to counteract excessive cooling. The insertion temperature is chosen above the martensite start temperature of the material to ensure hardenability. Preferably, the forming speed in the forming tool at greater than 60 mm / s, with a minimum surface pressure on the component (after forming in UT) is greater than 3 N / mm 2 (except steep areas with an opening angle of less than 5 °) to form completely. The closing time in the forming tool may preferably be between 0.1 s and 5 s at bottom dead center, while the ram return speed may be greater than 50 mm / s.
Die folgende Transferphase zum Überführen des warmumgeformten Stahlblechteils in die Kühl-Prozessstufe kann bei kleiner als 5s liegen, wobei sich die Transferzeit aus Greifen, Heben, Transfer und Ablegen zusammensetzt. In den Kühlwerkzeugen kann die Schließgeschwindigkeit bei größere als 20 mm/s liegen, während die Flächenpressung wie bei dem Umformwerkzeug eingestellt sein kann. Die Entnahmetemperatur kann bevorzugt bei kleiner als 220°C liegen. Es ist hervorzuheben, dass in dem ersten Kühlwerkzeug ein Zuhalten im unteren Totpunkt nicht zwingend erforderlich sein kann und dass gegebenenfalls ein Zuhalten in dem folgenden zweiten Kühlwerkzeug ausreichend ist.The following transfer phase for transferring the hot-formed sheet steel part into the cooling process step may be less than 5 seconds, wherein the transfer time consists of gripping, lifting, transfer and depositing. In the cooling tools, the closing speed can be greater than 20 mm / s, while the surface pressure can be set as in the forming tool. The removal temperature may preferably be less than 220 ° C. It should be emphasized that in the first cooling tool, closing in the bottom dead center can not be absolutely necessary and that, if necessary, locking in the following second cooling tool is sufficient.
Die Pressenanordnung kann sowohl als eine Pressenstraße als auch als eine Transferpresse realisiert sein. In der Pressenstraße können das Umformwerkzeug und die Kühlwerkzeuge als Einzelwerkzeuge mit dazwischen wirkenden Transfereinrichtungen angeordnet sein. Bei Ausführung als eine Transferpresse können dagegen sämtliche Ober- und Unterwerkzeuge auf einem gemeinsamen Pressenstößel sowie einem gemeinsamen Pressentisch befestigt sein.The press arrangement can be realized both as a press line and as a transfer press. In the press line, the forming tool and the cooling tools can be arranged as individual tools with transfer devices acting therebetween. When executed as a transfer press, however, all upper and lower tools can be mounted on a common press ram and a common press table.
Bei der Ausführung der Pressenanordnung als Transferpresse ergibt sich eine zwangsweise Aufteilung der Zuhaltezeiten durch die Taktzeitkopplung der einzelnen Operationen. Bei zum Beispiel drei aufeinanderfolgenden Pressen wäre dies eine Drittelung der Zuhaltezeit. In diesem Fall könnte daher eine Zuhaltezeit-Aufteilung von 6 Sekunden auf ca. 3x2 Sekunden vorgesehen werden.In the execution of the press arrangement as a transfer press results in a forced division of the closing times by the clock time coupling of the individual operations. For example, with three consecutive presses, this would be one third of the hold time. In this case, therefore, could be provided a Zuhaltezeit-division of 6 seconds to about 3x2 seconds.
Bei der Ausführung der Pressenanordnung als eine Pressenstraße mit Einzelpressen kann durch Variation der Pressenstufen (zum Beispiel bei der oben erwähnten Y-Anordnung oder sternförmigen Anordnung der Umform- und Kühlwerkzeuge) eine Taktzeit-Entkopplung erzielt werden. Hierdurch können Kühlstufen eine von der Umformstufe abweichende Zuhaltezeit ermöglichen, da die Werkzeuge autark voneinander agieren bzw. gesteuert werden können. Es ist ebenfalls möglich, einzelne Kühlstufen untereinander zu koppeln, ohne eine Kopplung zur Umformstufe herzustellen. Dies kann insbesondere durch die Anordnung der Umformstufe zu den Kühlstufen realisiert werden. In allen Fällen ist eine Abkühlung bei Luft selbstverständlich während des Teiletransfers vorhanden.In the execution of the press assembly as a press line with single presses, a cycle time decoupling can be achieved by varying the press stages (for example, in the above-mentioned Y-arrangement or star-shaped arrangement of the forming and cooling tools). As a result, cooling stages can allow a different from the forming stage clamping time, since the tools can act independently of each other or can be controlled. It is also possible to couple individual cooling stages with each other, without producing a coupling to the forming stage. This can be realized in particular by the arrangement of the forming stage to the cooling stages. Of course, in all cases air cooling is present during part transfer.
Nach oder im Wechsel mit den Kühlstufen können selbstverständlich auch Beschnitt-Lochstufen angeordnet werden (die wiederum an die Kühlstufen gekoppelt sein können). Bezüglich des Beschnittes kann ein Warmbeschnitt in der Umformstufe vorgesehen werden sowie ein Lochen bei 500 bis 550°C in der ersten Folgestufe vor den Kühlwerkzeugen bauteilbezogen vorgesehen werden. Zudem besteht die Möglichkeit der Abwicklung von Kantenbereichen oder Naturkanten.Of course, after or in alternation with the cooling stages, it is also possible to arrange trim hole stages (which in turn can be coupled to the cooling stages). With regard to the trimming, a hot trimming in the forming stage can be provided, and a punching at 500 to 550 ° C in the first subsequent stage before the cooling tools component-related can be provided. There is also the possibility of processing edge areas or natural edges.
Aufgrund der Aufteilung der Operationen auf mehrere Werkzeugstufen (das heißt Umform- und Kühlwerkzeuge), können diese belastungs- und anforderungsgerecht ausgelegt werden. Im Detail bedeutet dies, dass insbesondere für das abrasiv stark belastete Formwerkzeug ein hoch verschleißbeständiger Werkstoff bzw. Warmarbeitsstahl zum Einsatz kommen kann (insbesondere mit hohem Chrom-, Vanadium-, Kohlenstoff-, Molybdän- und/oder Wolframanteil). Hieraus resultiert eine hohe Maßbeständigkeit der Bauteile über einen langen Fertigungszyklus bis zur nächsten Nacharbeit. Die Verschleißfähigkeit korreliert invers mit der Wärmeleitfähigkeit, weshalb die weniger belasteten Abkühlstufen (das heißt Kühlwerkzeuge) aus entsprechend hoch wärmeleitfähigen Werkstoffen bestehen können, um die Wärme effektiv aus dem Bauteil abzuleiten und somit eine Verkürzung der Zuhaltezeit bei Erhöhung der Bauteilqualität sicherzustellen. Ein anderer Ansatz stellt die Art und Ausführung der eingesetzten Kühlung sowie Kühlkanalauslegung dar. Dieser kann ebenfalls an den Belastungsfall und die resultierende Bauteilform ausgelegt werden. Insbesondere die Kühlstufen könnten eine sehr oberflächennahe Kühlauslegung aufweisen, da der abrasive Verschleiß und der Nacharbeitungszyklus hier nicht kritisch sind. Dadurch, dass der Verschleiß in den Kühlstufen im Vergleich zur Referenz (einstufiger Prozess) erheblich geringer ausfällt, erhält man über Standzeit eine signifikant besseres Kontaktbild in den Kühlstufen, was zu einer Erhöhung der Bauteilqualität und besseren mechanischen Eigenschaften führt (homogene Härte, Dehnung, Festigkeit).Due to the division of the operations on several tool stages (that is, forming and cooling tools), these can be designed to load and demand. In detail, this means that a highly wear-resistant material or hot-work steel can be used (in particular with a high proportion of chromium, vanadium, carbon, molybdenum and / or tungsten), in particular for the abrasive tool subject to high abrasive loads. This results in a high dimensional stability of the components over a long production cycle until the next rework. The Wear resistance correlates inversely with the thermal conductivity, which is why the less loaded cooling stages (ie cooling tools) may consist of materials of correspondingly high thermal conductivity in order to effectively dissipate the heat from the component and thus to ensure a shortening of the retention time while increasing component quality. Another approach is the type and design of the cooling used and cooling channel design. This can also be designed for the load case and the resulting component shape. In particular, the cooling stages could have a very near-surface cooling design, since the abrasive wear and the rework cycle are not critical here. The fact that the wear in the cooling stages compared to the reference (single-stage process) is significantly lower, obtained over life significantly better contact pattern in the cooling stages, which leads to an increase in component quality and better mechanical properties (homogeneous hardness, elongation, strength ).
Als Blechwerkstoffe können konventionelles 22MnB5, niedriglegierter Mangan-Bor-Stahl verwendet werden, und zwar mit einer Aluminium-Silizium-Beschichtung AS150 oder AS80, bekannt unter dem Namen Usibor 1500 oder MBW 1500. Alternativ sind auch andere Grundwerkstoffe bzw. Blechwerkstoffe möglich. Hierzu zählen insbesondere 22MnB8 (als lufthärtende Variante) und 22MnSiB9-5 sowie höherfeste Werkstoffe wie Usibor 2000 oder MBW1900. Alternativ sind auch andere Beschichtungen bzw. metallische Überzüge denkbar. Hierzu zählen sowohl Zn, ZnFe sowie ZnMg usw. als auch andere aluminiumhaltige Überzüge (zum Beispiel ohne Silizium oder mit kleinen Fe- bzw. Mg-Anteilen).Conventional 22MnB5, low-alloyed manganese-boron steel can be used as sheet metal materials, with an aluminum-silicon coating AS150 or AS80, known as Usibor 1500 or MBW 1500. Alternatively, other base materials or sheet materials are also possible. These include in particular 22MnB8 (as air-hardening variant) and 22MnSiB9-5 as well as higher-strength materials such as Usibor 2000 or MBW1900. Alternatively, other coatings or metallic coatings are conceivable. These include both Zn, ZnFe and ZnMg etc. as well as other aluminum-containing coatings (for example, without silicon or with small Fe or Mg contents).
Die verringerten Zykluszeiten des Prozesses resultieren in einer Erhöhung der Platinenanforderung aus dem Ofen und dies resultiert wiederum in einer deutlichen Ofenlängensteigerung. Daher sieht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel die Applikation einer Schnellerwärmungstechnologie vor. Diese kann sowohl einem Rollenherdofen vorgeschaltet oder aber auch alleinstehend vorgesehen werden. Zu den verschiedenen und potentiell denkbaren Schnellerwärmungstechnologien gehört sowohl die induktive Erwärmung im Längs- sowie im Querfeld als auch die Kontaktplattenerwärmung oder die Erwärmung mit Ofenzonen mit signifikanter Übertemperatur >1000°C.The reduced cycle times of the process result in an increase in the board requirement from the furnace and this in turn results in a significant increase in furnace length. Therefore, a preferred embodiment provides the application of a rapid heating technology. This can be preceded either by a roller hearth furnace or also be provided alone. The various and potentially conceivable rapid heating technologies include inductive heating in the longitudinal and transverse field as well as contact plate heating or heating with furnace zones with a significant excess temperature> 1000 ° C.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Anlagenskizze, anhand der die in der2 angedeutete Prozessabfolge zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils veranschaulicht ist; -
2 in einem Blockschaltdiagramm die Prozessabfolge zur Herstellung des Stahlblechteils; -
3 ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf der Stahlblechteil-Temperatur in der in den1 und2 angedeuteten Prozessabfolge zeigt; und -
4 bis 6 jeweils Ansichten entsprechend der1 bis 3 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
-
1 an investment sketch, on the basis of which in the2 indicated process sequence for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel part is illustrated; -
2 in a block diagram the process sequence for the production of the sheet steel part; -
3 a diagram showing the time course of the sheet steel part temperature in the in the1 and2 indicated process sequence shows; and -
4 to6 each views according to the1 to3 according to a further embodiment.
Es ist hervorzuheben, dass die Figuren lediglich zwei spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, bei denen die Kühl-Prozessstufe
In der
In der
Es ist hervorzuheben, dass die Stahlblechplatine bzw. das Stahlblechteil
Zudem ist hervorzuheben, dass bei einer bereichsweisen oder partiellen Erwärmung (tailored tempering) der Platine unterschiedlich warme Platinenbereiche bzw .Platinenzonen erzeugt werden. In diesem Fall wird die Prozesstemperatur der Platine nicht über alle unterschiedlich warmen Platinenbereiche gemittelt, sondern wird vielmehr nur der heißeste Platinenbereich für die Mittelung der Prozessstemperatur der Platine herangezogen (das heißt gemittelte Prozesstemperatur nur über den heißesten Platinenbereich), während die kühleren Platinenbereiche unberücksichtigt bleiben.In addition, it should be emphasized that with segmental or partial heating (tailored tempering) of the board different warm board areas or platinum zones are generated. In this case, the process temperature of the board is not averaged over all different board areas but rather only the hottest board area is used for averaging the process temperature of the board (ie, averaged process temperature only over the hottest board area), while disregarding the cooler board areas.
Während der Warmumformphase
Anhand der nachfolgenden
Bei der in der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- WärmebehandlungseinrichtungHeat treatment facility
- 33
- Umformwerkzeugforming tool
- 44
- Blechplatinesheet metal blank
- 55
- erstes Kühlwerkzeugfirst cooling tool
- 66
- zweites Kühlwerkzeugsecond cooling tool
- 77
- StahlblechteilSteel sheet metal part
- 99
- Ablagestationdeposit station
- 1111
- Transfereinrichtungtransfer device
- Δt1 Δt 1
- WärmehandlungsphaseHeat treatment phase
- Δt2 Δt 2
- Transferphasetransfer phase
- Δt3 Δt 3
- WarmumformphaseWarmumformphase
- Δt4 Δt 4
- zweite Transferphasesecond transfer phase
- Δt5, Δt5.1, Δt5.2 Δt 5 , Δt 5.1 , Δt 5.2
- Kühlphasencooling phases
- Δt6 Δt 6
- dritte Transferphasethird transfer phase
- KK
- Kühl-ProzessstufeCooling process stage
- UU
- Umform-ProzessstufeForming process stage
- ϑein θ a
- Einlegetemperaturinsertion temperature
- ϑE θ E
- Entnahmetemperaturremoval temperature
- ϑK θ K
- Kühltemperaturcooling temperature
- ϑZ θ z
- Zwischentemperaturintermediate temperature
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102009012940 A1 [0003]DE 102009012940 A1 [0003]
- DE 102009050533 A1 [0003, 0004, 0011]DE 102009050533 A1 [0003, 0004, 0011]
- EP 3067128 B1 [0005]EP 3067128 B1 [0005]
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