DE102018219930A1

DE102018219930A1 - Warmumform- und Presshärtewerkzeug sowie Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit wenigstens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität

Info

Publication number: DE102018219930A1
Application number: DE102018219930.2A
Authority: DE
Inventors: Ferat Özkan; Omar Ghouati; Ilya Popov
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-11-21
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2020-05-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Warmumform- und Presshärtewerkzeug zur Herstellung eines Formbauteils mit wenigstens zwei Gefügebereichen (M; B, F, P) unterschiedlicher Duktilität, aufweisend wenigstens ein Werkzeugteil (2) mit einer Formfläche (4), deren Kontur durch Warmumformen und Presshärten auf eine auf eine Austenitisierungstemperatur (T) erwärmte Blechplatine (5) aus härtbarem und warmumformbarem Stahl übertragbar ist.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils, insbesondere für Kraftfahrzeugkomponenten, mit wenigstens zwei Gefügebereichen (M; B, F, P) unterschiedlicher Duktilität.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Warmumform- und Presshärtewerkzeug zur Herstellung eines Formbauteils mit wenigstens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit wenigstens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Formbauteile, beispielsweise Stahlblechprodukte für Kraftfahrzeugkomponenten, mittels Warmumformen und Presshärten herzustellen. Hierzu wird eine Blechplatine aus einer härtbaren Stahllegierung zumindest bereichsweise auf eine Temperatur über der Austenitisierungstemperatur erwärmt. Beispielsweise wird die Blechplatine vor dem Umformen in einer Temperierstation, zum Beispiel einem Ofen, auf eine Temperatur in Höhe von etwa 880 °C bis etwa 930 °C für einen Zeitraum von einigen wenigen Minuten, zum Beispiel etwa 6 Minuten, erwärmt. Im Anschluss an die Erwärmung wird die Blechplatine in diesem warmen Zustand in ein Warmumformwerkzeug eingelegt und warmumgeformt. Nach Beendigung des Warmumformprozesses wird das umgeformte Bauteil in dem Warmumformwerkzeug derart rasch abgekühlt, dass eine Umwandlung des Werkstoffgefüges einsetzt, indem sich im Wesentlichen eine martensitische Mikrostruktur in der Blechplatine unterhalb einer Martensitstarttemperatur, die wiederum unterhalb der Austenitisierungstemperatur liegt, ausbildet. Dies wird als Presshärtevorgang bezeichnet und das Werkzeug zur Durchführung des Warmumformens und Presshärtens als Warmumform- und Presshärtewerkzeug bezeichnet.
Gewöhnlich werden die warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechprodukte nach ihrer Herstellung mit anderen Bauteilen, zum Beispiel anderen warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechprodukten, mittels thermischer Verbindungstechniken wie Schweißen z.B. Widerstandsschweißen stoffschlüssig verbunden. Zum Beispiel können auf diese Weise Verbindungsflansche einer warmumgeformten und pressgehärteten B-Säule eines Fahrzeugs mit dem Rest der Fahrzeugstruktur bzw. des Fahrzeugaufbaus verbunden werden.
Da thermische Verbindungstechniken wie Schweißen jedoch zu einem erneuten Wärmeeintrag in das warmumgeformte und pressgehärtete Blechprodukt führen, bildet sich an den Schweißstellen eine Wärmeeinflusszone, auch als WEZ (oder HAZ = Heat Affected Zone) bezeichnet, aus, wobei der Wärmeeintrag eine lokale Umwandlung der martensitischen Materialstruktur des Blechprodukts bewirkt. So können manche Bereiche des fertigen Formbauteils nach dem Schweißen eine hohe Härte aufweisen, andere Bereiche, insbesondere im Bereich der Schweißstellen, hingegen eine sehr geringe Härte aufweisen. Die auf diese Weise verursachte Strukturveränderung im Formbauteil führt zu einer so genannten metallurgischen Kerbe, die eine nachteilige Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit der Verbindung zwischen zusammengefügten einzelnen Blechprodukten hat und insbesondere eine Schwächung der Verbindung darstellt. Um weiterhin den hohen Anforderungen an die Festigkeit einer solchen Verbindung gerecht zu werden, ist es möglich, eine größere Anzahl an Schweißpunkten vorzusehen. Dies erhöht jedoch die Herstellungskosten sowie die Herstellungszeit derartiger Formbauteile deutlich.
Des Weiteren stellen gehärtete Blechprodukte eine große Herausforderung bei einem anschließenden Schneidvorgang dar, bei dem das Formbauteil beispielsweise in seine endgültige Form zurechtgeschnitten wird. Da die martensitische Materialstruktur eine hohe Festigkeit bzw. Härte aufweist, unterliegen herkömmliche, zum Schneiden gehärteter Blechprodukte verwendete Schneidwerkzeuge einem sehr hohen Verschleiß. Dementsprechend wird in derartigen Fällen vorzugsweise Laserschneiden eingesetzt, das jedoch wiederum ein kostenintensives Schneidverfahren ist.
Beispielsweise ist aus der US 2016/0281185 A1 bekannt, ein teilweise gehärtetes Formbauteil mit einem Warmumform- und Schneidwerkzeug herzustellen, das ein Werkzeugteil mit einer oberen und einer unteren Werkzeughälfte aufweist, wobei wenigstens eine der beiden Werkzeughälften einen ersten Werkzeugbereich aufweist, der beim Schließen des Werkezugteils in Kontakt mit einer umzuformenden, das Formteil bildenden Blechplatine gelangt, wobei der erste Werkzeugbereich eine erste Temperiereinrichtung aufweist, mit welcher dieser Werkzeugbereich auf einer ersten Temperatur gehalten werden kann. Weiterhin weist wenigstens eine der beiden Werkzeughälften einen zweiten Werkzeugbereich auf, der beim Schließen des Werkezugteils in Kontakt mit der umzuformenden Blechplatine gelangt, wobei der zweite Werkzeugbereich eine zweite Temperiereinrichtung aufweist, mit welcher der zweite Werkzeugbereich auf einer zweiten Temperatur gehalten werden kann, die höher ist als die erste Temperatur des ersten Werkzeugbereichs.
Ein Heißformwerkzeug mit durch Heizpatronen beheizbaren, thermisch leitenden Körperabschnitten mit einer Formfläche ist weiterhin aus der DE 60 2005 003 300 T2 bekannt.
Außerdem offenbart die DE 102 56 621 B3 ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität, bei dem eine das Formbauteil bildende Blechplatine in einem Durchlaufofen erwärmt wird, wobei die Blechplatine während des Transports durch den Durchlaufofen gleichzeitig mindestens zwei nebeneinander in Durchlaufrichtung angeordnete Zonen des Durchlaufofens mit unterschiedlichen Temperaturniveaus durchläuft.
Ein weiteres Verfahren zum Formhärten von Werkstücken ist in der DE 10 2013 021 584 A1 beschrieben, bei dem die Werkstücke in einer Ofeneinrichtung erwärmt werden, bevor sie in einem Umformprozess umgeformt werden. Einzelne Werkstücke werden separat in einem gesonderten, bewegbaren Ofenmodul mit einem eigenen Modulgehäuse mittels einer Induktionseinrichtung erwärmt.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Warmumform- und Presshärtewerkzeug sowie ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils, insbesondere für Kraftfahrzeugkomponenten, mit wenigstens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität bereitzustellen, welche die vorgenannten Nachteile in Bezug auf die thermischen Verbindungstechniken (z. B. Schweißen) zum Verbinden des Formbauteils mit anderen Bauteilen sowie in Bezug auf das Zuschneiden überwinden und eine zeit- und kostengünstige Herstellung derartiger Formbauteile ermöglichen. Insbesondere sollen das Werkzeug und das Verfahren auch die Ausbildung flächenmäßig sehr kleiner Gefügebereiche unterschiedlicher Duktilität im Formbauteil ermöglichen, zum Beispiel einen oder mehrere im Vergleich zu einem Gefügebereich geringer Duktilität und hoher Härte des Formbauteils geometrisch relativ kleinen bzw. kleine Gefügebereiche geringerer Härte und deutlich höherer Duktilität.
Diese Aufgabe wird durch ein Warmumform- und Presshärtewerkzeug zur Herstellung eines Formbauteils mit wenigstens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit wenigstens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Es sei ferner angemerkt, dass eine hierin nachstehend verwendete, zwischen zwei Merkmalen stehende und diese miteinander verknüpfende Konjunktion „und/oder“ stets so auszulegen ist, dass in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gegenstands lediglich das erste Merkmal vorhanden sein kann, in einer zweiten Ausgestaltung lediglich das zweite Merkmal vorhanden sein kann und in einer dritten Ausgestaltung sowohl das erste als auch das zweite Merkmal vorhanden sein können.
Erfindungsgemäß weist ein Warmumform- und Presshärtewerkzeug zur Herstellung eines Formbauteils, insbesondere für Kraftfahrzeugkomponenten, mit wenigstens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität, insbesondere Gefügebereiche, die im Wesentlichen ein martensitisches, ferritisches, bainitisches und/oder perlitisches Gefüge aufweisen, wenigstens ein Werkzeugteil mit einer Formfläche auf, deren Kontur durch Warmumformen und Presshärten auf eine auf eine Austenitisierungstemperatur, beispielsweise im Bereich zwischen etwa 880 °C und etwa 930 °C, erwärmte Blechplatine aus härtbarem und warmumformbarem Stahl übertragbar ist. Das Werkzeugteil ist in wenigstens einem ersten Flächenabschnitt der Formfläche und in wenigstens einem zweiten Flächenabschnitt der Formfläche derart ausgebildet und angeordnet, die Blechplatine während des Warmumformens und Presshärtens wenigstens in einem ersten, zum ersten Flächenabschnitt der Formfläche korrespondierenden Blechabschnitt der Blechplatine von der Austenitisierungstemperatur auf eine Härtetemperatur kleiner als eine Martensitstarttemperatur zur Ausbildung eines ersten, insbesondere martensitischen, Gefügebereichs der wenigstens zwei Gefügebereiche abzukühlen und die Blechplatine während des Warmumformens und Presshärtens wenigstens in einem zweiten, zum zweiten Flächenabschnitt der Formfläche korrespondierenden Blechabschnitt der Blechplatine auf wenigstens einer Haltetemperatur größer als die Martensitstarttemperatur zur Ausbildung wenigstens eines zweiten, zum Beispiel ferritischen, bainitischen und/oder perlitischen Gefügebereichs, der wenigstens zwei Gefügebereiche zu halten. Erfindungsgemäß weist das Warmumform- und Presshärtewerkzeug einen dem zweiten Flächenabschnitt der Formfläche zugeordneten Induktor zur Erzeugung der Haltetemperatur im zweiten Blechabschnitt der Blechplatine auf induktivem Weg auf.
Als Austenitisierungstemperatur ist eine solche Temperatur zu verstehen, bei welcher das Metallgefüge der Blechplatine seinen Austenitisierungszustand erreicht. Ab der Martensitstarttemperatur, die unterhalb der Austenitisierungstemperatur liegt, beginnt sich das Metallgefüge der Blechplatine beim Übergang seiner Temperatur von oberhalb der Martensitstarttemperatur auf eine Temperatur unterhalb der Martensitstarttemperatur in ein martensitisches Metallgefüge umzuwandeln.
Die Blechplatine kann sowohl nur einen einzigen ersten Blechabschnitt oder auch mehrere erste Blechabschnitte aufweisen als auch lediglich einen einzigen zweiten Blechabschnitt oder mehrere zweite Blechabschnitte. Es ist zu verstehen, dass den jeweiligen ersten und zweiten Blechabschnitten der Blechplatine entsprechende erste bzw. zweite Flächenabschnitte der Formfläche des Werkzeugteils zugeordnet sind.
Mit anderen Worten wird die Haltetemperatur durch im Werkzeugteil des erfindungsgemäßen Warmumform- und Presshärtewerkzeugs generierte elektromagnetische Induktion im wenigstens einen zweiten Blechabschnitt der Blechplatine erzeugt. Die Wärme, im Wesentlichen durch Wirbelströme bzw. Wirbelstromverluste bewirkt, entsteht hierbei unmittelbar in einem Körper selbst. Besonders bevorzugt ist dieser Körper der zweite Blechabschnitt der Blechplatine. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Körper wenigstens zum Teil auch den zweiten Flächenabschnitt der Formfläche des Werkzeugteils beinhaltet. Die im Körper erzeugte Wärmeleistung ist über die dem Induktor zugeführte elektrische Leistung gut und lokal gezielt steuerbar. Die Haltetemperatur lässt sich somit beispielsweise über die elektrischen Parameter Stromstärke und Frequenz des Induktors steuern. Zudem ermöglicht der Induktor die Wärmeerzeugung in geometrisch verhältnismäßig sehr kleinen Blechabschnitten und damit die Ausbildung flächenmäßig sehr kleiner Gefügebereiche im Formbauteil mit einer durch die Haltetemperatur bestimmten Duktilität, zum Beispiel einen oder mehrere im Vergleich zu einem Gefügebereich geringer Duktilität und hoher Härte des Formbauteils im ersten Blechabschnitt geometrisch relativ kleinen bzw. mehrere kleine Gefügebereiche geringerer Härte und höherer Duktilität im zweiten Blechabschnitt. Insbesondere ist durch die Haltetemperatur größer als die Martensitstarttemperatur mittels des Induktors ein Gefügebereich im zweiten Blechabschnitt der Blechplatine mit deutlich höherer Duktilität erzeugbar als in dem über den ersten Flächenabschnitt der Formfläche von der Umformtemperatur auf die Härtetemperatur abgekühlten ersten Blechabschnitt der Blechplatine, der eine hohe Festigkeit bzw. Härte und eine vergleichsweise geringe Duktilität aufweist.
Damit lässt sich der wenigstens eine zweite Blechabschnitt mit einem duktileren Gefügebereich, der im Wesentlichen aus Ferrit, Bainit, oder Perlit gebildet sein kann, vorteilhaft dazu verwenden, das Formbauteil beispielsweise mit anderen Struktur- oder Formbauteilen durch thermische Verbindungstechniken, insbesondere durch Schweißen bzw. Punktschweißen, zu verbinden, ohne dass die hierin eingangs beschriebenen Nachteile auftreten. Zudem lässt sich das umgeformte und pressgehärtete Formbauteil nach dem Presshärten weiterhin im zweiten Blechabschnitt mit herkömmlichen Schneidverfahren, z. B. Scherschneiden, ohne die zuvor beschriebenen Nachteile zuschneiden und kostengünstig in seine endgültige Form bringen.
Der oder die zweiten Blechabschnitte der Blechplatine bilden bevorzugt die Abschnitte des fertig umgeformten und pressgehärteten Formbauteils, die beispielsweise Verbindungsabschnitte, Verbindungsflansche und dergleichen zur Verbindung mit anderen Struktur- bzw. Formbauteilen ausbilden.
Es ist darauf hinzuweisen, dass im Sinne der vorliegenden Erfindung hierin verwendete relative Begriffe bezüglich eines Merkmals, wie zum Beispiel die vorstehend bereits verwendeten relativen Begriff „größer“, „kleiner“, „weicher“, „härter“, „duktiler“ und dergleichen, stets so auszulegen sind, dass herstellungsbedingte Größenabweichungen des betreffenden Merkmals, die innerhalb der für die jeweilige Fertigung des betreffenden Merkmals definierten Fertigungstoleranzen liegen, nicht von dem jeweiligen relativen Begriff erfasst sind. Mit anderen Worten ist gemäß dieser hierin geltenden Definition eine Größe eines Merkmals erst dann als im Sinne der vorliegenden Erfindung „größer“, „kleiner“, „weicher“, „härter“, „duktiler“ und dergleichen anzusehen als eine Größe eines Vergleichsmerkmals, wenn sich die beiden verglichenen Größen in ihrem Wert so sehr voneinander unterscheiden, dass dieser Größenunterschied sicher nicht mehr den fertigungsbedingten Toleranzabweichungen des betreffenden Merkmals zugeschrieben werden kann, sondern das Ergebnis zielgerichteten Handelns ist.
Das Erwärmen der Blechplatine auf die Austenitisierungstemperatur vor dem Einlegen in das Warmumform- und Presshärtewerkzeug kann zum Beispiel in an sich bekannter Weise in einem entsprechenden Ofen erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Induktor im zweiten Flächenabschnitt der Formfläche aufgenommen und induziert die Haltetemperatur unmittelbar im zweiten Blechabschnitt der Blechplatine. Die Aufnahme des Induktors in den zweiten Flächenabschnitt der Formfläche des Werkzeugteils erlaubt eine kompakte Ausbildung des Werkzeugteils. Der Induktor erzeugt die gewünschte Wärme (Haltetemperatur) im Wesentlichen nur im zweiten Blechabschnitt der Blechplatine infolge der im zweiten Blechabschnitt induzierten Wirbelströme bzw. Wirbelstromverluste. Andere, außerhalb des zweiten Blechabschnitts liegende Abschnitte der Blechplatine, insbesondere erste Blechabschnitte der Blechplatine sowie erste und zweite Flächenabschnitte der Formfläche, werden durch den Induktor im Wesentlichen nicht erwärmt. Der Induktor bewirkt lediglich einen direkten, der Wärmeerzeugung dienenden elektromagnetischen Energieeintrag in den zweiten Blechabschnitt der Blechplatine, so dass eine gute Wärmeleitung zwischen dem zweiten Flächenabschnitt der Formfläche und dem zweiten Blechabschnitt der Blechplatine zur Erzeugung der Haltetemperatur im zweiten Blechabschnitt nicht erforderlich ist. Auf diese Weise lassen sich insbesondere auch sehr kleine geometrische Bereiche in der Blechplatine auf der Haltetemperatur halten, die bei einer auf reiner Wärmeleitung beruhenden Wärmübertragung von dem zweiten Flächenabschnitt der Formfläche auf den zweiten Blechabschnitt der Blechplatine nicht in der gewünschten Weise erwärmt bzw. auf der Haltetemperatur gehalten werden können, da eine stets vorhandene Wärmeleitung von einem geometrisch kleinen zweiten Blechabschnitt in benachbarte erste Blechabschnitte der Blechplatine wesentlich größer ist als der über einen geometrisch kleinen zweiten Flächenabschnitt der Formfläche in den zweiten Blechabschnitt der Blechplatine erzielbare Wärmeeintrag. Die gezielte Erzeugung eines zweiten Gefügebereichs mit gezielt höherer Duktilität im zweiten Blechabschnitt im Vergleich zum ersten Blechabschnitt lässt sich daher mit herkömmlicher Wärmeübertragung von einem zweiten Flächenabschnitt der Formfläche in einen zweiten Blechabschnitt der Blechplatine nicht mit dem gewünschten Resultat gewährleisten.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens im ersten Flächenabschnitt der Formfläche des Warmumform- und Presshärtewerkzeugs wenigstens ein von einem Kühlfluid, beispielsweise Wasser, Öl und dergleichen, durchströmbarer Kühlmittelkanal zum Kühlen wenigstens des ersten Blechabschnitts der Blechplatine während des Warmumformens und Presshärtens aufgenommen. Das Abkühlen des ersten Blechabschnitts der Blechplatine während des Warmumformens und Presshärtens erfolgt somit durch Wärmeleitung zwischen dem ersten Blechabschnitt der Blechplatine und dem während des Warmumformens und Presshärtens mit diesem in Kontakt stehenden korrespondierenden ersten Flächenabschnitt der Formfläche.
Es kann auch vorgesehen sein, dass sich die Kühlmittelkanäle wenigstens teilweise in bzw. über den zweiten Flächenabschnitt der Formfläche erstrecken. Auf diese Weise ist beispielsweise eine gleichzeitige Kühlung des Induktors und/oder des zweiten Flächenabschnitts der Formfläche möglich, sofern gewünscht, um beispielsweise eine Überhitzung der jeweiligen Komponenten bedarfsweise vermeiden zu können.
Eine noch weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Formfläche wenigstens in ihrem ersten Flächenabschnitt aus einem Werkstoff einer größeren Wärmeleitfähigkeit gebildet ist als in ihrem zweiten Flächenabschnitt. So kann einerseits eine gute und schnelle Abkühlung der ersten Blechabschnitte der Blechplatine während des Presshärtens gewährleistet werden und andererseits die unmittelbar im zweiten Blechabschnitt induzierte, erzeugte Wärme effizient lokal gehalten werden.
Nach einer ebenfalls vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Werkstoff im zweiten Flächenabschnitt der Formfläche ein elektrisch nicht leitfähiger Werkstoff, insbesondere beispielsweise ein nichtmetallischer Werkstoff, zum Beispiel eine Keramik. Der elektrisch nichtleitfähige Werkstoff des zweiten Flächenabschnitts erfährt somit durch die elektromagnetische Wirkung des Induktors im Wesentlichen keine zusätzliche Erwärmung. So kann eine sonst möglicherweise entstehende Überhitzung im zweiten Flächenabschnitt während des Warmumformens und Presshärtens wirksam, das heißt insbesondere auch ohne zusätzliche Kühlung mittels eines von Kühlkanälen geführten Kühlfluids, verhindert werden. Zudem lässt sich zum Beispiel durch die Verwendung eines nichtmetallischen Werkstoffs im zweiten Flächenabschnitt der Formfläche ebenfalls die Wärmeleitfähigkeit des zweiten Flächenabschnitts in gewünschter Weise gegenüber einer Wärmeleitfähigkeit des ersten Flächenabschnitts verringern.
Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Werkstoff im ersten Flächenabschnitt der Formfläche ein metallischer Werkstoff. Metallische Werkstoffe stellen gewöhnlich eine hohe Wärmeleitfähigkeit bereit, die u. a. eine Abkühlung des ersten Flächenabschnitts der Formfläche bzw. des mit dieser während des Warmumformens und Presshärtens in Kontakt stehenden ersten Blechabschnitts der Blechplatine mit einer hohen Abkühlgeschwindigkeit ermöglichen. Zur Ausbildung beispielsweise eines martensitischen, das heißt festen und harten Gefügebereichs im ersten Blechabschnitt der Blechplatine, kann dann eine Abkühlung des ersten Blechabschnitts von der Umformtemperatur auf die Härtetemperatur mit einer Abkühlgeschwindigkeit von wenigstens 27 K/s oder größer erzielt und gewährleistet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils, insbesondere für Kraftfahrzeugkomponenten, mit wenigstens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität, beispielsweise ein martensitischer, ferritischer, bainitischer oder perlitischer Gefügebereich, offenbart, das wenigstens die folgenden Schritte aufweist:

- Bereitstellen einer Blechplatine aus härtbarem und warmumformbarem Stahl,
- Erwärmen der Blechplatine auf eine Austenitisierungstemperatur, beispielsweise im Bereich zwischen etwa 880 °C und etwa 930 °C, und
- Warmumformen und Presshärten der erwärmten Blechplatine in einem Warmumform- und Presshärtewerkzeug mit wenigstens einem Werkzeugteil, das eine Formfläche aufweist, deren Kontur während des Warmumformens und Presshärtens auf die Blechplatine übertragen wird.

Weiterhin wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren während des Warmumformens und Presshärtens wenigstens in einem ersten Blechabschnitt der Blechplatine ein erster Gefügebereich der wenigstens zwei Gefügebereiche, insbesondere ein martensitischer Gefügebereich, ausgebildet, indem der erste Blechabschnitt über wenigstens einen ersten, mit dem ersten Blechabschnitt korrespondierenden Flächenabschnitt der Formfläche von der Austenitisierungstemperatur auf eine Härtetemperatur kleiner als eine Martensitstarttemperatur abgekühlt wird.
Weiterhin wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren während des Warmumformens und Presshärtens wenigstens in einem zweiten Blechabschnitt der Blechplatine wenigstens ein zweiter Gefügebereich, beispielsweise ein ferritischer, bainitischer und/oder perlitischer Gefügebereich, ausgebildet, indem der zweite Blechabschnitt über wenigstens einen zweiten, mit dem zweiten Blechabschnitt korrespondierenden Flächenabschnitt der Formfläche auf wenigstens einer Haltetemperatur größer als die Martensitstarttemperatur gehalten wird. Die Haltetemperatur im zweiten Blechabschnitt der Blechplatine wird hierbei mittels wenigstens eines dem zweiten Flächenabschnitt der Formfläche zugeordneten Induktors auf induktivem Weg erzeugt.
Bezüglich verfahrensbezogener Begriffsdefinitionen sowie der Wirkungen und Vorteile verfahrensgemäßer Merkmale wird auf die vorstehenden Erläuterungen sinngemäßer Definitionen, Wirkungen und Vorteile bezüglich des erfindungsgemäßen Warmumform- und Presshärtewerkzeugs verwiesen. Offenbarungen hierin bezüglich des erfindungsgemäßen Warmumform- und Presshärtewerkzeugs sollen in sinngemäßer Weise auch zur Definition des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen werden können, sofern dies hierin nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist. Ebenso sollen Offenbarungen hierin bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens in sinngemäßer Weise zur Definition des erfindungsgemäßen Warmumform- und Presshärtewerkzeugs herangezogen werden können, sofern dies hierin nicht ebenfalls ausdrücklich ausgeschlossen ist. Insofern wird hierin auf eine Wiederholung von Erläuterungen sinngemäß gleicher Merkmale, deren Wirkungen und Vorteile bezüglich des hierin offenbarten erfindungsgemäßen Warmumform- und Presshärtewerkzeugs sowie des hierin offenbarten erfindungsgemäßen Verfahrens zugunsten einer kompakteren Beschreibung weitgehend verzichtet.
Die zur Erzeugung der Haltetemperatur erforderliche Wärmeleistung kann insbesondere unmittelbar im zweiten Blechabschnitt der Blechplatine durch den Induktor erzeugt werden. Mit anderen Worten wird die zur Aufrechterhaltung der Haltetemperatur im zweiten Blechabschnitt der Blechplatine erforderliche Wärme bevorzugt nicht zunächst im zweiten Flächenabschnitt der Formfläche selbst erzeugt und anschließend (kontinuierlich) von dieser über Wärmeleitung zum zweiten Blechabschnitt der Blechplatine transferiert. Die Erzeugung der Wärme erfolgt direkt lokal im zweiten Blechabschnitt der Blechplatine, so dass auch verhältnismäßig kleine geometrische zweite Blechabschnitte entsprechend auf der Haltetemperatur gehalten werden können, um auch lokal eng begrenzte Gefügebereiche hoher Duktilität in der Blechplatine erzeugen zu können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird während des Warmumformens und Presshärtens der erste Flächenabschnitt der Formfläche in Kontakt mit dem ersten Blechabschnitt der Blechplatine gebracht, wobei wenigstens der erste Flächenabschnitt mittels wenigstens eines in diesem aufgenommenen und von einem Kühlfluid durchströmten Kühlmittelkanals gekühlt wird. Damit wird der erste Blechabschnitt der Blechplatine während des Warmumformens und Presshärtens durch die Wärmeleitung zwischen dem ersten Blechabschnitt und dem zugeordneten ersten Flächenabschnitt der Formfläche in der gewünschten, hierin beschriebenen Weise abgekühlt. Die Kühlung mittels des die Kühlmittelkanäle durchströmenden Kühlfluids, beispielsweise Wasser, Öl und dergleichen, kann im Wesentlichen auf den ersten Flächenabschnitt der Formfläche durch entsprechende Anordnung der Kühlmittelkanäle begrenzt werden. Zusätzlich kann die Anordnung der Kühlmittelkanäle oder wenigstens eines Teils der Kühlmittelkanäle auch derart erfolgen, dass ebenfalls eine Kühlung des Induktors und/oder des zweiten Flächenabschnitts der Formfläche durchgeführt werden kann, um beispielsweise eine während des Warmumformens und Presshärtens eventuell entstehende Überhitzung der jeweiligen Komponenten bedarfsweise zu verhindern.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Haltetemperatur kleiner als die Austenitisierungstemperatur. Weiterhin werden der erste und zweite Blechabschnitt der Blechplatine während des Warmumformens und Presshärtens durch das Warmumform- und Presshärtewerkzeug zunächst gemeinsam ausgehend von der Austenitisierungstemperatur abgekühlt. Der Induktor wird erst bei Erreichen der Haltetemperatur im zweiten Blechabschnitt zum Halten der Haltetemperatur im zweiten Blechabschnitt aktiviert, während der erste Blechabschnitt weiter bis auf die Härtetemperatur, beispielsweise eine Temperatur zur Ausbildung eines martensitischen Gefügebereichs im ersten Blechabschnitt der Blechplatine, abgekühlt wird.
Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der erste Blechabschnitt der Blechplatine durch das Warmumform- und Presshärtewerkzeug während des Warmumformens und Presshärtens mit einer Abkühlgeschwindigkeit von wenigstens 27 K/s oder größer von der Austenitisierungstemperatur auf die Härtetemperatur abgekühlt werden. Dies gewährleistet die Ausbildung eines martensitischen Gefügebereichs mit hoher Festigkeit bzw. Härte im ersten Blechabschnitt der Blechplatine.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser Zeichnung zeigen schematisch:

1 eine Seitenquerschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Warmumform- und Presshärtewerkzeugs gemäß der Erfindung und
2 ein Temperaturverlaufsprofil während des Warmumform- und Presshärtens eines Formbauteils mit dem Warmumform- und Presshärtewerkzeug aus 1.

In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
1 stellt schematisch eine Seitenquerschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Warmumform- und Presshärtewerkzeugs 1 gemäß der Erfindung zur Herstellung eines Formbauteils (nicht dargestellt) mit wenigstens zwei Gefügebereichen M, B, F, P unterschiedlicher Duktilität dar. Das in 1 gezeigte Warmumform- und Presshärtewerkzeug 1 weist zwei Werkzeugteile 2 und 3 (hierin auch als oberes Werkzeugteil 2 (vorliegend Matrize) und als unteres Werkzeugteil 3 (vorliegend Patrize/Stempel) bezeichnet) mit jeweils einer Formfläche 4 auf. Die Kontur der Formfläche 4 ist in an sich bekannter Weise durch Warmumformen und Presshärten mittels des Warmumform- und Presshärtewerkzeugs 1 auf eine zuvor auf eine Austenitisierungstemperatur T_A , insbesondere im Bereich zwischen etwa 880 °C und etwa 930 °C, erwärmte Blechplatine 5 aus härtbarem und warmumformbarem Stahl übertragbar. Hierzu wird die Blechplatine 5 im Wesentlichen von der Formfläche 4 des unteren Werkzeugteils 3 gegen die Formfläche 4 des oberen Werkzeugteils 2 gepresst. Vor dem Zusammenpressen der beiden Werkzeugteile 2 und 3 kann die Blechplatine 5 von entsprechend ausgebildeten und angeordneten Platinenhaltern 6 gehalten werden, wie dies bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Dies ist jedoch für die Erfindung nicht zwingend erforderlich.
Wie in 1 weiter zu erkennen ist, weist bei dem vorliegend gezeigten Warmumform- und Presshärtewerkzeug 1 das obere Werkzeugteil 2 drei erste Flächenabschnitte 7 der Formfläche 4 auf sowie zwei zweite Flächenabschnitt 8 der Formfläche 4. Den ersten Flächenabschnitten 7 der Formfläche 4 des oberen Werkzeugteils 2 sind jeweils entsprechende erste Blechabschnitte 9 (vorliegend demnach drei) und den zweiten Flächenabschnitten 8 jeweils entsprechende zweite Blechabschnitte 10 (vorliegend also zwei) der Blechplatine 5 zugeordnet.
Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel des Warmumform- und Presshärtewerkzeugs 1 ist dazu ausgebildet, die Blechplatine 5 während des Warmumformens und Presshärtens in ihren ersten Blechabschnitten 9 von der Austenitisierungstemperatur T_A auf eine Härtetemperatur T_H kleiner als eine Martensitstarttemperatur T_Ms zur Ausbildung eines ersten Gefügebereichs M in den ersten Blechabschnitten 9 abzukühlen und die Blechplatine 5 während des Warmumformens und Presshärtens in ihren zweiten Blechabschnitten 10 auf wenigstens einer Haltetemperatur T_h1 , T_h2 größer als die Martensitstarttemperatur T_Ms zur Ausbildung wenigstens eines zweiten Gefügebereichs B, F und/oder P in den zweiten Blechabschnitten 10 zu halten. Insbesondere ist der mit dem Warmumform- und Presshärtewerkzeug 1 erzeugte erste Gefügebereich M in den ersten Blechabschnitten 9 der Blechplatine 5 ein martensitischer Gefügebereich hoher Festigkeit und Härte und die in den zweiten Blechabschnitten 10 der Blechplatine 5 erzeugten zweiten Gefügebereiche bainitische (B), ferritische (F) und/oder perlitische (P) Gefügebereich geringerer Härte und höherer Duktilität im Vergleich zu dem in den ersten Blechabschnitten 9 gebildeten Gefügebereich M. Die zweiten Blechabschnitte 10 der Blechplatine 5 weisen nach dem Warmumformen und Presshärten des Formbauteils vorzugsweise jeweils dasselbe Gefüge B, F oder P auf. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, so dass unterschiedliche zweite Blechabschnitte 10 auch unterschiedliche, durch die jeweilige in ihnen erzeugte Haltetemperatur T_H bestimmte Gefügebereiche B, F und/oder P aufweisen können.
Wie 1 weiter zu entnehmen ist, sind den zweiten Flächenabschnitten 8 der Formfläche 4 des oberen Werkzeugteils 2 jeweils ein Induktor 11 zur Erzeugung der Haltetemperatur T_h1 , T_h2 in den jeweiligen zweiten Blechabschnitten 10 der Blechplatine 5 auf induktivem Weg zugeordnet. Bei dem Warmumform- und Presshärtewerkzeug 1 der 1 sind die zwei Induktoren 11 insbesondere im jeweiligen zweiten Flächenabschnitt 8 der Formfläche 4 aufgenommen, wobei sie die Haltetemperatur T_h1 , T_h2 während des Warmumformens und Presshärtens jeweils unmittelbar im zugeordneten zweiten Blechabschnitt 10 der Blechplatine 5 induzieren bzw. erzeugen.
Des Weiteren ist in 1 zu erkennen, dass in den ersten Flächenabschnitten 7 der Formfläche 4 des oberen Werkzeugteils 2 mehrere von einem Kühlfluid, beispielsweise Wasser, Öl und dergleichen, durchströmbare Kühlmittelkanäle 12 im Wesentlichen zum Kühlen der ersten Blechabschnitte 7 während des Warmumformens und Presshärtens aufgenommen sind. Außerdem sind bei dem Warmumform- und Presshärtewerkzeug 1 ebenfalls derartige Kühlmittelkanäle 12 entlang des ersten Flächenabschnitts 7 der Formfläche 4 des unteren Werkzeugteils 3 sowie in den, den ersten Flächenabschnitten 7 der Formfläche 4 des oberen Werkzeugteils 2 entsprechenden Abschnitten der Platinenhalter 6 vorgesehen.
Die Kühlmittelkanäle 12, von denen in 1 lediglich einige mit dem Bezugszeichen 12 versehen sind, sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel des Warmumform- und Presshärtewerkzeugs 1 im Wesentlichen lediglich im Bereich der ersten Flächenabschnitte 7 der Formfläche 4 angeordnet. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Es können derartige Kühlmittelkanäle 12 auch in den Flächenabschnitten 8 vorgesehen sein, um beispielsweise die Induktoren 11 und/oder die den Flächenabschnitten 8 entsprechenden Blechabschnitte 10 bedarfsweise zu kühlen.
Besonders bevorzugt ist die Formfläche 4 des oberen und/oder unteren Werkzeugteils 2, 3 des gezeigten Warmumform- und Presshärtewerkzeugs 1 wenigstens in ihren ersten Flächenabschnitten 7 aus einem Werkstoff einer größeren Wärmeleitfähigkeit gebildet als in ihren zweiten Flächenabschnitten 8. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Beispielsweise können die Flächenabschnitte 7 der Formfläche 4 aus einem metallischen Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet sein.
Demgegenüber ist es bei dem Warmumform- und Presshärtewerkzeugs 1 bevorzugt, die Formfläche 4 in ihren jeweiligen zweiten Flächenabschnitten 8 aus einem elektrisch nicht leitfähigen Werkstoff, beispielsweise Keramik, mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit, insbesondere mit einer deutlich geringeren Wärmeleitfähigkeit als jene der ersten Flächenabschnitte 7, auszubilden. Dies ist ebenfalls nicht zwingend erforderlich, verbessert jedoch die hierin beschriebene Erzeugung der verschiedenen Gefügebereiche unterschiedlicher Duktilität.
Während des Warmumformens und Presshärtens werden die ersten Flächenabschnitte 7 der Formflächen 4 beider Werkzeugteile 2 und 3 in Kontakt mit den korrespondierenden ersten Blechabschnitten 9 der Blechplatine 5 gebracht, wobei die ersten Flächenabschnitte 7 mittels der vom Kühlfluid durchströmten Kühlmittelkanäle 12 gekühlt werden. Insbesondere werden die ersten Blechabschnitte 9 der Blechplatine 5 durch das Warmumform- und Presshärtewerkzeug 1 während des Warmumformens und Presshärtens mit einer Abkühlgeschwindigkeit von wenigstens 27 K/s oder größer von der ursprünglichen Austenitisierungstemperatur T_A auf die Härtetemperatur T_H abgekühlt, um die Ausbildung eines besonders festen, harten martensitischen Gefügebereichs M in den ersten Blechabschnitten 9 der Blechplatine 5 sicherzustellen.
Zur Ausbildung eines zweiten, duktileren Gefügebereichs B, F, P in den zweiten Blechabschnitten 10 der Blechplatine 5 werden während des Warmumformens und Presshärtens die zweiten Blechabschnitte 10 der Blechplatine 5 über die in den zweiten Flächenabschnitten 8 des oberen Werkzeugteils 2 aufgenommenen Induktoren 11 auf der Haltetemperatur T_h1 , T_h2 gehalten, die bevorzugt zwischen der Austenitisierungstemperatur T_A und der Martensitstarttemperatur T_Ms liegt. Insbesondere wird die Haltetemperatur T_h1 , T_h2 derart gewählt, dass sich während des Warmumformens und Presshärtens der Blechplatine 5 in den zweiten Blechabschnitten 10 ein ferritischer (F), bainitischer (B) und/oder perlitischer (P) Gefügebereich mit deutlich höherer Duktilität im Vergleich zum martensitischen Gefügebereich M der ersten Blechabschnitte 9 ausbildet.
2 stellt qualitativ ein Temperaturverlaufsprofil 13 während des Warmumform- und Presshärtens eines Formbauteils mit dem Warmumform- und Presshärtewerkzeug 1 aus 1 dar. In diesem Profil ist über die Zeit t die Temperatur T der Blechplatine 5 bzw. die Temperatur T im ersten oder zweiten Blechabschnitt 9 bzw. 10 der Blechplatine 5 aufgetragen, wie nachstehend ausführlich beschrieben wird.
Während einer Erwärmung 14 bzw. Erwärmungszeitdauer t_d wird die (bevorzugt gesamte) Blechplatine 5, beispielsweise in einem dem Warmumform- und Presshärtewerkzeug 1 vorgeschalteten, in 1 nicht dargestellten Ofen, bis auf die Austenitisierungstemperatur T_A erwärmt. Die Austenitisierungstemperatur T_A ist im Sinne der Erfindung als eine solche Temperatur zu verstehen, ab welcher das Metallgefüge der Blechplatine 5 seinen Austenitisierungszustand 15 erreicht.
In diesem Zustand wird die Blechplatine 5 in das Warmumform- und Presshärtewerkzeug 1 eingelegt. Durch den Transport vom Ofen in das Warmumform- und Presshärtewerkzeug 1 sowie dem anschließenden Zusammenpressen der beiden Werkzeugteile 2 und 3 des Warmumform- und Presshärtewerkzeugs 1 beginnt ab dem Zeitpunkt t₀ das Abkühlen 16 der mit den Formflächen 4 der Werkzeugteile 2 und 3 in Kontakt stehenden ersten Blechabschnitte 9 der Blechplatine 5. Dies ist in 2 durch eine unterhalb der Austenitisierungstemperatur T_A eingezeichnete, niedrigere Umformtemperatur Tu angedeutet, bei der die eigentliche Umformung der Blechplatine 5 beginnt. Durch die Wärmeleitung der Blechplatine 5 werden gemeinsam mit den ersten Blechabschnitten 9 auch die zweiten Blechabschnitte 10 der Blechplatine 5 abgekühlt. Zum Zeitpunkt t₁ erreicht die Temperatur T der zweiten Blechabschnitte 10 der Blechplatine 5 eine erste Haltetemperatur T_h1. Sollen die zweiten Blechabschnitt 10 oder wenigstens einer der zweiten Blechabschnitte 10 auf dieser Haltetemperatur T_h1 gehalten werden, während der restliche Teil der Blechplatine 5 weiter abgekühlt wird, werden die den auf der Haltetemperatur T_h1 zu haltenden zweiten Blechabschnitte 10 zugeordneten Induktoren 12 aktiviert, um eine entsprechende Wärmeerzeugung direkt in dem jeweiligen zweiten Blechabschnitt 10 zu bewirken.
Soll wenigstens ein anderer oder sollen alle zweiten Blechabschnitte 10 während des Abkühlens 16 auf einer zweiten Haltetemperatur T_h2 anstelle der ersten in 2 dargestellten Haltetemperatur T_h1 gehalten werden, werden die entsprechenden Induktoren 11 erst zum Zeitpunkt t₂ zur Wärmeerzeugung aktiviert, um die Haltetemperatur T_h2 im bzw. in den jeweiligen zweiten Blechabschnitten 10 zu halten.
Schließlich erreicht die Temperatur T der Blechplatine 5 in den sich weiter abkühlenden ersten Blechabschnitten 9 nach Unterschreiten der Martensitstarttemperatur T_Ms die Härtetemperatur T_H zum Zeitpunkt t₃ . Zusammen mit einer hohen Abkühlgeschwindigkeit von wenigstens 27 K/s zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₃ lässt sich bis zum Zeitpunkt t₃ die Ausbildung eines martensitischen Gefügebereichs M in den ersten Blechabschnitten 9 gewährleisten (dargestellt durch den Temperaturverlaufsabschnitt 17 in den ersten Blechabschnitten 9). Wird die Temperatur in einem oder in mehreren zweiten Blechabschnitten 10 ab dem Zeitpunkt t₂ auf der Haltetemperatur T_h2 gehalten, kann sich im zweiten Blechabschnitt 10 anstelle eines martensitischen Gefüges M ein bainitisches Gefüge B mit deutlich höherer Duktilität als in den ersten Blechabschnitten 9 ausbilden, wie in 2 anhand des ersten Temperaturverlaufs 18 des zweiten Blechabschnitts 10 dargestellt ist. In einem ab dem Zeitpunkt t₁ auf der ersten Haltetemperatur T_h1 gehaltenen zweiten Blechabschnitt 10 kann sich je nach konkret gewähltem Temperaturverlauf 19 des zweiten Blechabschnitts 10 ein ferritisches und/oder perlitisches Gefüge F bzw. P mit jeweils ebenfalls deutlich höherer Duktilität als in den ersten Blechabschnitten 9 ausbilden.
Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Warmumform- und Presshärtewerkzeug sowie das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit wenigstens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität sind nicht auf die hierin offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen, die sich aus technisch sinnvollen weiteren Kombinationen der hierin beschriebenen Merkmale ergeben.
So ist die Erfindung nicht auf das Vorhandensein zweiter Flächenabschnitte 8 in der Formfläche 4 lediglich des ersten, oberen Werkzeugteils 2 des in 1 gezeigten Warmumform- und Presshärtewerkzeugs 1 beschränkt. Alternativ oder zusätzlich können auch zweite Flächenabschnitte 8 im zweiten Werkzeugteil 3 vorgesehen sein. Diesen kann dann ebenfalls jeweils ein Induktor 11 zugeordnet sein bzw. in diesen aufgenommen sein.
Ferner können mehrere zweite Blechabschnitte 10 dasselbe Gefüge aufweisen oder unterschiedliche Gefüge, je nach gewähltem, konkretem Temperaturverlauf (vgl. zum Beispiel Temperaturverläufe 18 oder 19 in 2). Andere Temperaturverläufe als die in 2 gezeigten Temperaturverläufe 17, 18 und 19 sind ebenfalls denkbar, sofern diese zur Ausbildung wenigstens zweier unterschiedlicher Gefügebereiche, zum Beispiel der Gefügebereiche M, B, F, P, in wenigstens einem ersten und wenigstens einem zweiten Blechabschnitt 9 und 10 der Blechplatine 5 mit unterschiedlicher Duktilität führen.
In bevorzugter Ausführung wird das erfindungsgemäße Warmumform- und Presshärtewerkzeug zur Herstellung von Formbauteilen mit wenigstens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität für Kraftfahrzeugkomponenten verwendet.
Bezugszeichenliste

1: Warmumform- und Presshärtewerkzeug
2: Oberes Werkzeugteil (Matrize)
3: Unteres Werkzeugteil (Patrize)
4: Formfläche
5: Blechplatine
6: Platinenhalter
7: Erster Flächenabschnitt
8: Zweiter Flächenabschnitt
9: Erster Blechabschnitt
10: Zweiter Blechabschnitt
11: Induktor
12: Kühlmittelkanal
13: Temperaturverlaufsprofil
14: Erwärmung
15: Austenitisierung
16: Abkühlen
17: Temperaturverlauf im ersten Blechabschnitt
18: Erster Temperaturverlauf im zweiten Blechabschnitt
19: Zweiter Temperaturverlauf im zweiten Blechabschnitt
B: Bainit-Gefüge
F: Ferrit-Gefüge
M: Martensit-Gefüge
P: Perlit-Gefüge
t: Zeit
T: Temperatur
T_A: Austenitisierungstemperatur
T_H: Härtetemperatur
T_Ms: Martensitstarttemperatur
T_U: Umformtemperatur
t₀: Abkühlzeitpunkt
t₁: Erster Haltezeitpunkt
t₂: Zweiter Haltezeitpunkt
t₃: Dritter Zeitpunkt
t_d: Erwärmungszeitdauer
T_h1: Erste Haltetemperatur
T_h2: Zweite Haltetemperatur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2016/0281185 A1 [0006]
DE 602005003300 T2 [0007]
DE 10256621 B3 [0008]
DE 102013021584 A1 [0009]

Claims

Warmumform- und Presshärtewerkzeug zur Herstellung eines Formbauteils mit wenigstens zwei Gefügebereichen (M; B, F, P) unterschiedlicher Duktilität, aufweisend wenigstens ein Werkzeugteil (2) mit einer Formfläche (4), deren Kontur durch Warmumformen und Presshärten auf eine auf eine Austenitisierungstemperatur (T_A) erwärmte Blechplatine (5) aus härtbarem und warmumformbarem Stahl übertragbar ist, wobei das Werkzeugteil (2) in wenigstens einem ersten Flächenabschnitt (7) der Formfläche (4) und in wenigstens einem zweiten Flächenabschnitt (8) der Formfläche (4) derart ausgebildet und angeordnet ist, die Blechplatine (5) während des Warmumformens und Presshärtens wenigstens in einem ersten, zum ersten Flächenabschnitt (7) der Formfläche (4) korrespondierenden Blechabschnitt (9) der Blechplatine (5) von der Austenitisierungstemperatur (T_A) auf eine Härtetemperatur (T_H) kleiner als eine Martensitstarttemperatur (T_Ms) zur Ausbildung eines ersten Gefügebereichs (M) der wenigstens zwei Gefügebereiche (M; B, F, P) abzukühlen und die Blechplatine (5) während des Warmumformens und Presshärtens wenigstens in einem zweiten, zum zweiten Flächenabschnitt (8) der Formfläche (4) korrespondierenden Blechabschnitt (10) der Blechplatine (5) auf wenigstens einer Haltetemperatur (T_h1, T_h2) größer als die Martensitstarttemperatur (T_Ms) zur Ausbildung wenigstens eines zweiten Gefügebereichs (B, F, P) der wenigstens zwei Gefügebereiche (M; B, F, P) zu halten, gekennzeichnet durch wenigstens einen dem zweiten Flächenabschnitt (8) der Formfläche (4) zugeordneten Induktor (11) zur Erzeugung der Haltetemperatur (T_h1, T_h2) im zweiten Blechabschnitt (10) der Blechplatine (5) auf induktivem Weg.
Warmumform- und Presshärtewerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (11) im zweiten Flächenabschnitt (8) der Formfläche (4) aufgenommen ist und die Haltetemperatur (T_h1, T_h2) unmittelbar im zweiten Blechabschnitt (10) der Blechplatine (5) induziert.
Warmumform- und Presshärtewerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens im ersten Flächenabschnitt (7) wenigstens ein von einem Kühlfluid durchströmbarer Kühlmittelkanal (12) zum Kühlen wenigstens des ersten Blechabschnitts (9) während des Warmumformens und Presshärtens aufgenommen ist.
Warmumform- und Presshärtewerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formfläche (4) wenigstens in ihrem ersten Flächenabschnitt (7) aus einem Werkstoff einer größeren Wärmeleitfähigkeit gebildet ist als in ihrem zweiten Flächenabschnitt (8).
Warmumform- und Presshärtewerkzeug nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff im zweiten Flächenabschnitt (8) der Formfläche (4) ein elektrisch nicht leitfähiger Werkstoff ist.
Warmumform- und Presshärtewerkzeug nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff im ersten Flächenabschnitt (7) der Formfläche (4) ein metallischer Werkstoff ist.
Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit einem Warmumform- und Presshärtewerkzeug insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere für Kraftfahrzeugkomponenten, mit wenigstens zwei Gefügebereichen (M; B, F, P) unterschiedlicher Duktilität, aufweisend zumindest die Schritte: - Bereitstellen einer Blechplatine (5) aus härtbarem und warmumformbarem Stahl, - Erwärmen der Blechplatine (5) auf eine Austenitisierungstemperatur (T_A) und - Warmumformen und Presshärten der erwärmten Blechplatine (5) in einem Warmumform- und Presshärtewerkzeug (1) mit wenigstens einem Werkzeugteil (2, 3), das eine Formfläche (4) aufweist, deren Kontur während des Warmumformens und Presshärtens auf die Blechplatine (5) übertragen wird, wobei während des Warmumformens und Presshärtens wenigstens in einem ersten Blechabschnitt (9) der Blechplatine (5) ein erster Gefügebereich (M) der wenigstens zwei Gefügebereiche (M; B, F, P) ausgebildet wird, indem der erste Blechabschnitt (9) über wenigstens einen ersten, mit dem ersten Blechabschnitt (9) korrespondierenden Flächenabschnitt (7) der Formfläche (4) von der Austenitisierungstemperatur (T_A) auf eine Härtetemperatur (T_H) kleiner als eine Martensitstarttemperatur (T_Ms) abgekühlt wird, und während des Warmumformens und Presshärtens wenigstens in einem zweiten Blechabschnitt (10) der Blechplatine (5) wenigstens ein zweiter Gefügebereich (B, F, P) der wenigstens zwei Gefügebereiche (M; B, F, P) ausgebildet wird, indem der zweite Blechabschnitt (10) über wenigstens einen zweiten, mit dem zweiten Blechabschnitt (10) korrespondierenden Flächenabschnitt (8) der Formfläche (4) auf wenigstens einer Haltetemperatur (T_h1, T_h2) größer als die Martensitstarttemperatur (T_Ms) gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltetemperatur (T_h1, T_h2) im zweiten Blechabschnitt (10) der Blechplatine (5) mittels wenigstens eines dem zweiten Flächenabschnitt (8) der Formfläche (4) zugeordneten Induktors (11) auf induktivem Weg erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass während des Warmumformens und Presshärtens der erste Flächenabschnitt (7) der Formfläche (4) in Kontakt mit dem ersten Blechabschnitt (9) der Blechplatine (5) gebracht wird, wobei wenigstens der erste Flächenabschnitt (7) mittels wenigstens eines in diesem aufgenommenen und von einem Kühlfluid durchströmten Kühlmittelkanals (12) gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltetemperatur (T_h1, T_h2) kleiner als die Austenitisierungstemperatur (T_A) ist und der erste und zweite Blechabschnitt (9, 10) der Blechplatine (5) während des Warmumformens und Presshärtens durch das Warmumform- und Presshärtewerkzeug (1) zunächst gemeinsam ausgehend von der Austenitisierungstemperatur (T_A) abgekühlt werden und der Induktor (11) bei Erreichen der Haltetemperatur (T_h1, T_h2) im zweiten Blechabschnitt (10) zum Halten der Haltetemperatur (T_h1, T_h2) im zweiten Blechabschnitt (10) aktiviert wird, während der erste Blechabschnitt (9) weiter bis auf die Härtetemperatur (T_H) abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Blechabschnitt (9) der Blechplatine (5) durch das Warmumform- und Presshärtewerkzeug (1) während des Warmumformens und Presshärtens mit einer Abkühlgeschwindigkeit von wenigstens 27 K/s oder größer von der Austenitisierungstemperatur (T_A) auf die Härtetemperatur (T_H) abgekühlt wird.