DE102020103977A1 - Method for manufacturing a component by forming a metal strip - Google Patents
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Abstract
Gemäß einem Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (1) durch Umformen eines Metallbandes (2) wird eine Oberflächenbeschichtung auf das Metallband (2) aufgebracht und durch eine erste Wärmebehandlung vorkonditioniert. Das vorkonditionierte Metallband (2) wird durch Rollformen umgeformt und durch eine zweite Wärmebehandlung gehärtet.According to a method for producing a component (1) by reshaping a metal strip (2), a surface coating is applied to the metal strip (2) and preconditioned by a first heat treatment. The preconditioned metal strip (2) is shaped by roll forming and hardened by a second heat treatment.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils durch Umformen eines Metallbandes, wobei eine Oberflächenbeschichtung auf das Metallband aufgebracht wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Fertigung einer Karosserie für ein Kraftfahrzeug.The present invention relates to a method for producing a component by reshaping a metal strip, a surface coating being applied to the metal strip. The invention also relates to a method for manufacturing a body for a motor vehicle.
Gehärtete Metallbauteile, insbesondere Profilbauteile aus Stahlblech, finden beispielsweise im Karosseriebau für Kraftfahrzeuge vielfältige Anwendung. Ein Problem das bei der Härtung durch Einsatz hoher Temperaturen auftritt ist die Verzunderung der Metalloberfläche. Um dem zu begegnen, werden beispielsweise Zunderschutzschichten auf das Metall aufgebracht beispielsweise zinkhaltige oder zink- und eisenhaltige Beschichtungen. Solche Beschichtungen erweisen sich jedoch teilweise als problematisch, da sie zu Mikrorissen im Stahlsubstrat neigen, insbesondere wenn sie außerhalb eines sehr engen Prozessfensters verarbeitet werden. Dies kann beispielsweise zum unerwünschten Ausblühen von Zink führen.Hardened metal components, in particular profile components made of sheet steel, are used in many different ways, for example in body construction for motor vehicles. A problem that occurs during hardening through the use of high temperatures is the scaling of the metal surface. To counteract this, for example, anti-scaling layers are applied to the metal, for example coatings containing zinc or zinc and iron. However, such coatings sometimes prove to be problematic because they tend to form microcracks in the steel substrate, especially when they are processed outside of a very narrow process window. This can lead, for example, to the undesired blooming of zinc.
Bei der Verwendung von aluminiumhaltigen Zunderschutzschichten tritt das Problem auf, dass eine niedrigschmelzende Phase bei den hohen Prozesstemperaturen der Erwärmung zum Auftreten einer Flüssigphase auf der Oberfläche des Werkstoffes führt. Dadurch wird eine sichere und stabile Prozessführung verhindert. Auch ist der Einsatz von Schnellerwärmungstechnologien, wie zum Beispiel induktive Erwärmung, aufgrund der Flüssigphasenbildung eingeschränkt.When using aluminum-containing anti-scaling layers, the problem arises that a low-melting phase leads to the appearance of a liquid phase on the surface of the material at the high process temperatures of the heating. This prevents safe and stable process management. The use of rapid heating technologies, such as inductive heating, is also restricted due to the formation of liquid phases.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zum Herstellen eines wenigstens teilweise gehärteten Bauteils anzugeben, bei dem die Verzunderung verhindert oder verringert wird und gleichzeitig eine sichere und stabile Prozessführung ermöglicht wird, insbesondere mit hoher Ausbringung in einem kontinuierlichen Prozess.Against this background, it is an object of the present invention to provide an improved concept for producing an at least partially hardened component in which scaling is prevented or reduced and at the same time reliable and stable process management is made possible, in particular with high output in a continuous process.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs. Bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by the subject matter of the independent claim. Preferred embodiments and advantageous developments are the subject of the dependent claims.
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, ein Metallband mit einer durch eine erste Wärmebehandlung vorkonditionierten Oberflächenbeschichtung zu versehen und das vorkonditionierte Metallband anschließend umzuformen und zu härten.The improved concept is based on the idea of providing a metal strip with a surface coating preconditioned by a first heat treatment and then reshaping and hardening the preconditioned metal strip.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils durch Umformen eines Metallbandes angegeben. Es wird eine Oberflächenbeschichtung auf das Metallband aufgebracht, und die Oberflächenbeschichtung wird nach dem Aufbringen auf das Metallband durch eine erste Wärmebehandlung vorkonditioniert. Das oberflächenbeschichtete Metallband wird nach der Vorkonditionierung durch Rollformen umgeformt, insbesondere inkrementell umgeformt, und durch eine zweite Wärmebehandlung gehärtet.According to the improved concept, a method for producing a component by reshaping a metal strip is specified. A surface coating is applied to the metal strip, and the surface coating is preconditioned by a first heat treatment after it has been applied to the metal strip. After preconditioning, the surface-coated metal strip is deformed by roll forming, in particular incrementally deformed, and hardened by a second heat treatment.
Das Metallband kann auch als Blechband bezeichnet werden und insbesondere als Stahlblechband ausgestaltet sein.The metal strip can also be referred to as a sheet metal strip and, in particular, be designed as a sheet steel strip.
Unter einer Wärmebehandlung eines Werkstücks kann hier und im Folgenden das Einbringen und Aufheizen des Werkstücks in einem Ofen oder mittels einer sonstigen Wärmequelle verstanden werden oder das direkte Erhitzen des Werkstücks, beispielsweise durch Induktion. Insbesondere ist ein Erwärmen durch Konvektion, Strahlung, Kontaktplatten und/oder direkten Strom/Elektronenfluss möglich. Möglich sind auch Ansätze mittels Erwärmung durch Nah-Infrarotstrahlung oder Konduktion beziehungsweise direkte Stromleitung.Here and below, heat treatment of a workpiece can be understood to mean the introduction and heating of the workpiece in an oven or by means of another heat source, or the direct heating of the workpiece, for example by induction. In particular, heating by convection, radiation, contact plates and / or direct current / electron flow is possible. Approaches by means of heating by near-infrared radiation or conduction or direct power lines are also possible.
Die Oberflächenbeschichtung ist insbesondere als Zunderschutzbeschichtung ausgestaltet und beispielsweise auch als Korrosionsschutzschicht.The surface coating is designed in particular as a scale protection coating and, for example, also as a corrosion protection layer.
Das Rollformen kann auch als Rollprofilieren oder Walzprofilieren bezeichnet werden und kann insbesondere eine oder mehrere aufeinanderfolgende Stufen mit jeweils verschiedenen Rollensätzen zur mehrstufigen oder inkrementellen Umformung beinhalten.The roll forming can also be referred to as roll profiling or roll profiling and can in particular include one or more successive stages, each with different sets of rolls for multi-stage or incremental forming.
Bei der Oberflächenbeschichtung handelt es sich insbesondere um eine metallische oder metallhaltige Beschichtung, also um eine Beschichtung aus Metall oder einer Metalllegierung.The surface coating is in particular a metallic or metal-containing coating, that is to say a coating made of metal or a metal alloy.
Durch das Vorkonditionieren mittels der ersten Wärmebehandlung wird insbesondere eine mikroskopische Struktur und/oder eine Legierungszusammensetzung der Oberflächenbeschichtung verändert.The preconditioning by means of the first heat treatment results in a microscopic structure and / or a Alloy composition of the surface coating changed.
Schnitt- und Lochoperationen sind beispielsweise vor dem Rollformen, während des Härtens und/oder nach dem Härten durchführbar.Cutting and piercing operations can be performed, for example, before roll forming, during hardening and / or after hardening.
Es wird darauf hingewiesen, dass nicht notwendiger Weise der vollständige Bauteilbereich erwärmt und gehärtet werden muss, sondern auch eine partielle Härtung bestimmter Bauteilbereiche umgesetzt werden kann. So können je nach Bauteil beispielsweise weiche Flansche und harte Zargenbereiche oder dergleichen hergestellt werdenIt should be noted that the entire component area does not necessarily have to be heated and hardened, but that certain component areas can also be partially hardened. Depending on the component, for example, soft flanges and hard frame areas or the like can be produced
Durch das Verfahren nach dem verbesserten Konzept wird es ermöglicht, gehärtete Metallbauteile ohne Abbrand oder Verzunderung herzustellen, indem die Oberflächenbeschichtung aufgebracht wird. Durch die Vorkonditionierung der Oberflächenbeschichtung vor dem Rollformen und vor der Härtung wird dabei eine besonders sichere und stabile Prozessführung ermöglicht. Insbesondere wird durch die Vorkonditionierung eine Verflüssigung oder teilweise Verflüssigung der Oberflächenbeschichtung bei der zweiten Wärmebehandlung vermieden.The method according to the improved concept makes it possible to manufacture hardened metal components without burning or scaling by applying the surface coating. The preconditioning of the surface coating before roll forming and before hardening enables particularly safe and stable process management. In particular, the preconditioning prevents liquefaction or partial liquefaction of the surface coating during the second heat treatment.
Dadurch wird es insbesondere auch ermöglicht, die Schritte des Rollformens und der Härtung kontinuierlich, also „inline“ durchzuführen, ohne dass das Metallband oder vereinzelte Halbfertigprodukte zwischen verschiedenen Anlagen transferiert werden müssten. Insbesondere können dadurch lange Ofenzeiten und dergleichen vermieden werden. Gemäß zumindest einer Ausgestaltungsform des Verfahrens wird das vorkonditionierte Metallband als Rolle (englisch: „coil“) bereitgestellt, und das vorkonditionierte Metallband wird während des Rollformens und während der zweiten Wärmebehandlung von der Rolle abgerollt, insbesondere kontinuierlich abgerollt.This also makes it possible, in particular, to carry out the roll forming and hardening steps continuously, that is to say “inline”, without the metal strip or isolated semi-finished products having to be transferred between different systems. In particular, long furnace times and the like can thereby be avoided. According to at least one embodiment of the method, the preconditioned metal strip is provided as a roll ("coil"), and the preconditioned metal strip is unrolled from the roll, in particular continuously unrolled, during roll forming and during the second heat treatment.
Mit anderen Worten erfolgt vor den Schritten der Umformung und der Härtung keine Vereinzelung von Halbfertigteilen, also kein vollständiges Abtrennen oder Abschneiden von Halbfertigteilen. Ein Lochen oder ein partieller Beschnitt im Werkzeug ist dagegen auch inline möglich, bevor die Teile vereinzelt werden.In other words, before the deformation and hardening steps, there is no separation of semi-finished parts, that is, no complete severing or cutting off of semi-finished parts. Punching or partial trimming in the tool, on the other hand, is also possible inline before the parts are separated.
Insbesondere erfolgt kein Transfer von vereinzelten Bauteilen zwischen dem Rollformen und dem Härten. Dadurch wird kein komplexes Transportsystem und/oder Lagersystem benötigt, wodurch der Flächenbedarf insbesondere gegenüber dem konventionellen direkten und indirekten Presshärten verringert werden kann.In particular, there is no transfer of individual components between roll forming and hardening. As a result, no complex transport system and / or storage system is required, whereby the space requirement can be reduced, in particular compared to conventional direct and indirect press hardening.
Insbesondere im Vergleich zum Presshärten, bei dem vereinzelte Blechstücke erhitzt und während der Abkühlung verformt werden, werden entsprechende Transferzeiten und Ofenzeiten beziehungsweise Abkühlzeiten und auch Abkühllager eingespart. In particular in comparison to press hardening, in which individual pieces of sheet metal are heated and deformed while cooling, corresponding transfer times and oven times or cooling times and also cooling bearings are saved.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltungsform wird ein Gehalt eines Bestandteils eines Grundmaterials des Metallbandes in der Oberflächenbeschichtung erhöht, insbesondere um eine Schmelztemperatur der Oberflächenbeschichtung zu erhöhen.According to at least one embodiment, a content of a component of a base material of the metal strip in the surface coating is increased, in particular in order to increase a melting temperature of the surface coating.
Das Anreichern des Bestandteils eines Grundmaterials aufgrund der ersten Wärmebehandlung und der entsprechenden Diffusion von dem Grundmaterial in die Oberflächenbeschichtung ist dabei im allgemeinen begleitet von einer Diffusion von Bestandteilen der Oberflächenbeschichtung in das Grundmaterial, beispielsweise von Al und/oder Si.The enrichment of the constituent of a base material due to the first heat treatment and the corresponding diffusion from the base material into the surface coating is generally accompanied by a diffusion of constituents of the surface coating into the base material, for example Al and / or Si.
Die Schmelztemperatur wird dabei insbesondere auf einen Wert erhöht, der größer oder gleich einem vorgegebenen Mindestwert ist. Je nach Art des Grundmaterials des Metallbandes kann der Mindestwert entsprechend vorgegeben sein. Wird beispielsweise Stahl verwendet, insbesondere ein Stahl der Sorten 22MnB5, 34MnB5, 35MnB5, 36MnB5 und so weiter, so kann der Mindestwert beispielsweise 900°C betragen.The melting temperature is increased in particular to a value that is greater than or equal to a predetermined minimum value. Depending on the type of base material of the metal strip, the minimum value can be specified accordingly. If, for example, steel is used, in particular a steel of the types 22MnB5, 34MnB5, 35MnB5, 36MnB5 and so on, the minimum value can be 900 ° C., for example.
Die Schmelztemperatur kann beispielsweise als über die Beschichtung beziehungsweise die intermetallischen Phasen gemittelte Schmelztemperatur verstanden werden.The melting temperature can be understood, for example, as the melting temperature averaged over the coating or the intermetallic phases.
Das Grundmaterial, welches auch als Substrat bezeichnet werden kann, entspricht insbesondere dem Material des Metallbandes vor dem Aufbringen der Oberflächenbesch ichtu ng.The base material, which can also be referred to as the substrate, corresponds in particular to the material of the metal strip before the surface coating is applied.
Das Anreichern der Bestandteile des Grundmaterials in Oberflächenbeschichtung wird insbesondere dadurch erzielt, dass die Prozesstemperatur und die Prozessdauer der ersten Wärmebehandlung derart eingestellt werden, dass die Bestandteile, also insbesondere die Metallatome des Grundmaterials, in die Oberflächenbeschichtung diffundieren beziehungsweise überführt werden.The enrichment of the constituents of the base material in the surface coating is achieved in particular by setting the process temperature and the process duration of the first heat treatment in such a way that the constituents, i.e. in particular the metal atoms of the base material, diffuse or are transferred into the surface coating.
Ob bei Einstellung der entsprechenden Prozessparameter die gewünschte Mindesttemperatur erreicht oder überschritten wurde, kann beispielsweise durch Schnittbildanalyse der Kristallstruktur der vorkonditionierten Oberflächenbeschichtung überprüft und sichergestellt werden, etwa durch Spektralanalyse oder Röntgenspektroskopie, beispielsweise energiedispersive Röntgenspektroskopie, EDX.Whether the desired minimum temperature has been reached or exceeded when the corresponding process parameters are set can be checked and ensured, for example, by sectional image analysis of the crystal structure of the preconditioned surface coating, for example by spectral analysis or X-ray spectroscopy, e.g. energy-dispersive X-ray spectroscopy, EDX.
Durch das Erhöhen der Schmelztemperatur wird verhindert, dass die Oberflächenbeschichtung während der zweiten Wärmebehandlung eine Flüssigphase ausbildet. Dadurch wird eine sicherere und stabilere Prozessführung ermöglicht.By increasing the melting temperature, the surface coating is prevented from becoming one during the second heat treatment Forms liquid phase. This enables safer and more stable process management.
Die Bestandteile des Grundmaterials entsprechen bei der Verwendung eines Stahlbands als Metallband insbesondere Eisenatomen, die durch Diffusionsprozesse von dem Grundmaterial in die Oberflächenbeschichtung diffundieren und so den Eisengehalt in der Oberflächenbeschichtung erhöhen.When a steel strip is used as the metal strip, the components of the base material correspond in particular to iron atoms which diffuse from the base material into the surface coating through diffusion processes and thus increase the iron content in the surface coating.
Während der Vorkonditionierung wird die Beschichtung damit bereits vor dem Rollformen und der zweiten Wärmebehandlung über Diffusion mit Eisenatomen aus dem Grundsubstrat angereichert. Gemäß dem Phasendiagram von Al-Si-Fe entstehen bei der Vorkonditionierung hochschmelzende intermetallische Phasen. Eine Verflüssigung der Oberflächenbeschichtung nach der Vorkonditionierung jedenfalls für Prozesstemperaturen kleiner als 1000°C wird daher verhindert.During the preconditioning, the coating is enriched with iron atoms from the base substrate via diffusion before roll forming and the second heat treatment. According to the phase diagram of Al-Si-Fe, high-melting intermetallic phases arise during preconditioning. Liquefaction of the surface coating after preconditioning is therefore prevented, at least for process temperatures below 1000 ° C.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltungsform enthält die Oberflächenbeschichtung, insbesondere bereits vor der Vorkonditionierung, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Die vorkonditionierte Oberflächenbeschichtung enthält zudem einen höheren Gehalt an Eisen als vor der Vorkonditionierung.According to at least one embodiment, the surface coating contains aluminum or an aluminum alloy, in particular even before the preconditioning. The preconditioned surface coating also contains a higher iron content than before the preconditioning.
Die Aluminiumlegierung kann beispielsweise eine Aluminium-Silizium-, AISi-, Legierung sein, beispielsweise eine 90/10 AISi-Legierung.The aluminum alloy can be, for example, an aluminum-silicon, AISi, alloy, for example a 90/10 AISi alloy.
Durch die erste Wärmebehandlung wird insbesondere die Schmelztemperatur der niedrigschmelzenden Phase der AISi-Legierung erhöht.The first heat treatment increases, in particular, the melting temperature of the low-melting phase of the AISi alloy.
Durch die Verwendung der Aluminiumlegierung wird ein guter Zunderschutz erreicht und es wird ein relativ großer Temperaturbereich zur Verarbeitung des oberflächenbeschichteten Metallbandes während der zweiten Wärmebehandlung ermöglicht. Insbesondere kann die Härtung, im Gegensatz zu zinkbasierten Zunderschutzbeschichtungen, in einem Temperaturbereich von mehreren 10°C, beispielsweise etwa 50°C, um den angestrebten Temperaturwert herum möglich sein.By using the aluminum alloy, good scale protection is achieved and a relatively large temperature range is made possible for processing the surface-coated metal strip during the second heat treatment. In particular, in contrast to zinc-based anti-scaling coatings, hardening can be possible in a temperature range of several 10 ° C., for example approximately 50 ° C., around the desired temperature value.
Durch die Verwendung der Aluminiumlegierung wird außerdem eine induktive Erhitzung des oberflächenbeschichteten Metallbandes während der zweiten Wärmebehandlung möglich, ohne dass es zu einer induktiven Schnellerwärmung der Oberflächenbeschichtung kommt, was zu Problemen wie Aufblühen, Abbrand oder der Bildung einer unerwünschten Flüssigphase führen kann.The use of the aluminum alloy also enables inductive heating of the surface-coated metal strip during the second heat treatment without the surface coating being heated up rapidly, which can lead to problems such as blooming, burn-off or the formation of an undesirable liquid phase.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält die Oberflächenbeschichtung eine primär aluminiumhaltige Schmelztauchbeschichtung, beispielsweise mit 85-90% AI, 5-10% Si und 2-5% Fe.According to at least one embodiment, the surface coating contains a primarily aluminum-containing hot-dip coating, for example with 85-90% Al, 5-10% Si and 2-5% Fe.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das oberflächenbeschichtete Metallband nach der Vorkonditionierung durch das Rollformen umgeformt und nach dem Rollformen durch die zweite Wärmebehandlung gehärtet.According to at least one embodiment, the surface-coated metal strip is reshaped by the roll forming after the preconditioning and hardened by the second heat treatment after the roll forming.
Insbesondere erfolgt die zweite Wärmebehandlung nach dem vollständigen Abschluss des Umformens durch das Rollformen.In particular, the second heat treatment takes place after the complete completion of the forming by the roll forming.
Nachträgliche Prozesse wie beispielsweise Warmbeschnitt, Kaltbeschnitt, Schneiden, Biegen, Lochen, und so weiter sind auch nach der zweiten Wärmebehandlung möglich oder auch zwischen der ersten Wärmebehandlung und dem Rollformen.Subsequent processes such as hot trimming, cold trimming, cutting, bending, punching, and so on are also possible after the second heat treatment or between the first heat treatment and roll forming.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Rollformen als Kaltumformen durchgeführt.According to at least one embodiment, the roll forming is carried out as cold forming.
Mit anderen Worten entspricht das Rollformen einem Kaltwalzen oder einem Profilkaltwalzen.In other words, roll forming corresponds to cold rolling or profile cold rolling.
Das Rollformen kann dabei insbesondere als mehrstufiger oder inkrementeller Prozess ausgestaltet sein, bei dem das Metallband zwei oder mehr hintereinander geschaltete Rollenstufen durchläuft, während denen jeweils nur eine geringe teilweise Umformung erfolgt. Hat das Metallband sämtliche Stufen durchlaufen, so ist die Umformung abgeschlossen.The roll forming can in particular be designed as a multi-stage or incremental process in which the metal strip passes through two or more roller stages connected one behind the other, during which only a slight partial deformation takes place in each case. When the metal strip has gone through all stages, the forming process is complete.
Wie bereits weiter oben angeführt bietet das Kaltumformen gefolgt von der zweiten Wärmebehandlung Vorteile besonders im Vergleich zum Presshärten, bei dem ein Werkstück erhitzt und während der Abkühlung verformt wird. So können durch Transferzeiten und Ofenzeiten beziehungsweise Abkühlzeiten und auch Abkühllager eingespart werden. Die Kombination aus Vorkonditionierung, Kaltumformung und zweiter Wärmebehandlung in dieser Reihenfolge ermöglicht also ein besonders effizientes Inlineverfahren.As already mentioned above, cold forming followed by the second heat treatment offers advantages especially compared to press hardening, in which a workpiece is heated and deformed while cooling. In this way, transfer times and oven times or cooling times and cooling storage can be saved. The combination of preconditioning, cold forming and second heat treatment in this order enables a particularly efficient inline process.
Zudem ist durch das Kaltumformen eine erhöhte Bauteilqualität erzielbar, nämliche eine verbesserte Oberflächenqualität und/oder geringere erreichbare Maßtoleranzen.In addition, an increased component quality can be achieved through cold forming, namely an improved surface quality and / or lower achievable dimensional tolerances.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält die zweite Wärmebehandlung das Bewegen einer Vorrichtung zur Erwärmung des Metallbandes und des vorkonditionierten Metallbandes relativ zueinander, insbesondere entlang einer Abrollrichtung des Metallbandes.According to at least one embodiment, the second heat treatment includes moving a device for heating the metal strip and the preconditioned metal strip relative to one another, in particular along a rolling direction of the metal strip.
Mit anderen Worten wird das Metallband bei stationärer oder bewegter Vorrichtung zum Erwärmen in einem definierten Abstand von der Vorrichtung abgerollt. Alternativ kann das Band stillstehen, während die Vorrichtung zur Erwärmung bezüglich des Bandes bewegt wird.In other words, when the device is stationary or moving, the metal strip is unrolled for heating at a defined distance from the device. Alternatively, the belt can stand still, while the heating device is moved with respect to the belt.
Dadurch wird eine individuelle Steuerung der Härtung möglich, so dass beispielsweise gehärtete und ungehärtete Bereiche des Bauteils erzielt werden können.This enables the hardening to be controlled individually, so that hardened and unhardened areas of the component can be achieved, for example.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Metallband während der zweiten Wärmebehandlung induktiv erhitzt.According to at least one embodiment, the metal strip is inductively heated during the second heat treatment.
Mit anderen Worten ist die zweite Wärmebehandlung als induktives Erhitzen oder induktives Härten ausgestaltet.In other words, the second heat treatment is designed as inductive heating or inductive hardening.
Dies hat den Vorteil, dass nur das vorkonditionierte Metallband selbst erhitzt wird, während Anlage und Umgehung weitgehend nicht erhitzt werden. Dies führt zu entsprechenden Energieeinsparungen.This has the advantage that only the preconditioned metal strip itself is heated, while the system and bypass are largely not heated. This leads to corresponding energy savings.
Zum induktiven Erhitzen kann das Metallband beispielsweise durch einen oder mehrere Induktoren oder Spulen hindurchgeführt werden.For inductive heating, the metal strip can be passed through one or more inductors or coils, for example.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Metallband durch die zweite Wärmebehandlung partiell, also nicht vollständig, gehärtet. Insbesondere werden nicht alle Bauteilbereiche erwärmt und gehärtet, sondern nur bestimmte Bereiche, wie Radien, Flansche und so weiter.According to at least one embodiment, the metal strip is partially, that is not completely, hardened by the second heat treatment. In particular, not all component areas are heated and hardened, but only certain areas such as radii, flanges and so on.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Teil des umgeformten und gehärteten Metallbandes von dem Metallband abgetrennt.According to at least one embodiment, a part of the reshaped and hardened metal strip is separated from the metal strip.
Der abgetrennte Teil entspricht dann beispielsweise dem Bauteil. Das Bauteil kann dabei beispielsweise ein Fertigbauteil oder ein Halbfertigbauteil sein. Insbesondere können weitere Bearbeitungsschritte an dem Bauteil, beispielsweise Oberflächenbehandlungen oder spanabhebende Bearbeitungsschritte, durchgeführt werden, um ein Fertigbauteil herzustellen.The separated part then corresponds, for example, to the component. The component can be, for example, a prefabricated component or a semi-finished component. In particular, further processing steps can be carried out on the component, for example surface treatments or machining steps, in order to produce a prefabricated component.
Das Abtrennen des Teils von dem Metallband kann beispielsweise mittels Laserschneiden erfolgen.The part can be separated from the metal strip, for example, by means of laser cutting.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Metallband und/oder wird der abgetrennte Teil des Metallbandes beschnitten und/oder gelocht.According to at least one embodiment, the metal strip and / or the severed part of the metal strip is cut and / or perforated.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Oberflächenbeschichtung als Zunderschutzschicht für die zweite Wärmebehandlung ausgestaltet.According to at least one embodiment, the surface coating is designed as a scale protection layer for the second heat treatment.
Zudem kann die Oberflächenbeschichtung beispielsweise als Korrosionsschicht für das Bauteil dienen, indem sie durch ihre Barrierewirkung passiven Korrosionsschutz bietet.In addition, the surface coating can, for example, serve as a corrosion layer for the component by offering passive corrosion protection through its barrier effect.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Verfahren zur Fertigung einer Karosserie für ein Kraftfahrzeug angegeben. Dazu wird ein Bauteil gemäß einem Verfahren zum Herstellen eines Bauteils durch Umformen eines Metallbands nach dem verbesserten Konzept hergestellt und als Teil der Karosserie verbaut.According to the improved concept, a method for manufacturing a body for a motor vehicle is also specified. For this purpose, a component is produced according to a method for producing a component by reshaping a metal strip according to the improved concept and installed as part of the body.
Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle or truck, or as a passenger bus or motorcycle.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als erfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von denen abweichen.Further features of the invention emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the specified combination, but also in other combinations without departing from the scope of the invention . Embodiments of the invention that are not explicitly shown and explained in the figures, but emerge and can be generated from the explained embodiments by means of separate combinations of features, are therefore also to be regarded as covered and disclosed. Designs and combinations of features are also to be regarded as disclosed, which therefore do not have all the features of an originally formulated independent claim. In addition, designs and combinations of features, in particular through the statements set out above, are to be regarded as disclosed that go beyond the combinations of features set forth in the back-references of the claims or differ from them.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele des verbesserten Konzepts beschrieben. Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.Exemplary embodiments of the improved concept are described below. The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention which are to be considered independently of one another and which also further develop the invention in each case independently of one another. Therefore, the disclosure is intended to include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.
Die Figur (Fig.) zeigt ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens nach dem verbesserten Konzept.The FIGURE (FIG. 1) shows a flow chart of an exemplary embodiment of a method according to the improved concept.
In der Fig. ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zur Fertigung einer Karosserie
Im Schritt
Die Oberflächenbeschichtung kann beispielsweise anhand verschiedener bekannter Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise mittels einer Schmelztauchveredelung, wie sie in Fig. bezüglich S1 schematisch dargestellt ist.The surface coating can be applied, for example, using various known methods, for example by means of hot-dip finishing, as is shown schematically in FIG. 1 with regard to S1.
Die Oberflächenbeschichtung kann insbesondere eine Aluminiumlegierung, beispielsweise eine AISi-Legierung, etwa eine Aluminiumlegierung mit ungefähr zehnprozentigem Siliziumanteil beinhalten oder aus dieser Legierung bestehen.The surface coating can in particular contain an aluminum alloy, for example an AISi alloy, for example an aluminum alloy with an approximately ten percent silicon content, or consist of this alloy.
Im Schritt
Durch die erste Wärmebehandlung wird die Schmelztemperatur der niedrigschmelzenden Phase der AISi-Legierung erhöht, beispielsweise auf über 900°C. Dies wird erreicht, indem durch die Wärmebehandlung die Diffusion von Eisenatomen aus dem Substrat des Metallbandes
In Schritt
Der Schritt
Die Schritte des Rollformens und des Härtens durch die zweite Wärmebehandlung werden in dem Schritt
Im Teilschritt
Im Schritt
Insbesondere wird das Metallband im Falle eines Stahlbandes auf 880 bis 950°C erhitzt, insbesondere auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungsgrenztemperatur, die auch als Ac3-Temperatur bezeichnet werden kann.In particular, in the case of a steel strip, the metal strip is heated to 880 to 950 ° C., in particular to a temperature above the austenitizing limit temperature, which can also be referred to as the Ac3 temperature.
Danach kann das gehärtete Metallband
Im Schritt
Der abgeschnittene Teil wird im optionalen Schritt
Im Schritt
Wie beschrieben kann mittels des verbesserten Konzepts ein hochfestes gehärtetes Bauteil, beispielsweise zum Einsatz in einer Fahrzeugkarosserie, durch Rollformen hergestellt werden, wobei ein Verzundern durch eine Oberflächenbeschichtung vermieden wird und gleichzeitig eine stabile Prozessführung ermöglicht wird.As described, a high-strength hardened component, for example for use in a vehicle body, can be produced by roll forming by means of the improved concept, scaling being avoided by a surface coating and a stable process control being made possible at the same time.
Mit dem verbesserten Konzept wird ein kontinuierliches Inline-Härten ermöglicht. Dazu wird insbesondere eine vorkonditionierte Oberflächenbeschichtung zum Zunderschutz eingesetzt. Danach wird das Rollformen mit einer Inline-Härtung durchgeführt.The improved concept enables continuous inline hardening. For this purpose, a preconditioned surface coating is used in particular to protect against scaling. After that, roll forming is carried out with an in-line hardening.
Beispielsweise kann eine vorkonditionierte aluminiumhaltige Beschichtung als Oberflächenbeschichtung verwendet werden, die durch einen Vordiffusionsprozess vor der Umformung beziehungsweise vor dem Härten hinsichtlich der Schmelztemperatur ihrer niedrigschmelzenden Phase eingestellt wird.For example, a preconditioned aluminum-containing coating can be used as the surface coating, which is adjusted with regard to the melting temperature of its low-melting phase by means of a prediffusion process before the deformation or before the hardening.
Die Inline-Härtung wird nach dem verbesserten Konzept ohne Flüssigphasenbildung ermöglicht, so dass eine deutlich erhöhte Prozessstabilität resultiert.The inline hardening is made possible according to the improved concept without liquid phase formation, so that a significantly increased process stability results.
Weitere Vorteile sind die Vermeidung langer Diffusionszeiten oder Ofenzeiten, das Vermeiden von Rollenaufbackungen im Ofen und im Falle einer induktiven Härtung eine erhöhte Energieeffizienz.Further advantages are the avoidance of long diffusion times or oven times, the avoidance of roller caking in the oven and, in the case of inductive hardening, increased energy efficiency.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- BauteilComponent
- 22
- MetallbandMetal band
- 33
- Karosseriebody
- 44th
- HaubenglüheHood glow
- 66th
- RollenstufeRole level
- 77th
- Vorrichtung zum ErwärmenDevice for heating
- 88th
- KühlvorrichtungCooling device
- 99
- Laserlaser
- S1, S2, S3, S4S1, S2, S3, S4
- VerfahrensschritteProcedural steps
- S3a, S3b, S3c, S3dS3a, S3b, S3c, S3d
- TeilschritteSub-steps
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 2609224 B1 [0004]EP 2609224 B1 [0004]
- WO 2009/090555 A1 [0005]WO 2009/090555 A1 [0005]
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R018 | Grant decision by examination section/examining division |