DE102020211426A1 - Process for the production of a hot-formed and press-hardened sheet steel part - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils (1), das zumindest einen materialdicken Blechbereich (7) mit lokal erhöhter Blechdicke (s1) und zumindest einen materialdünnen Blechbereich (9) mit lokal reduzierter Blechdicke (s2) aufweist, welches Verfahren die folgenden Prozessschritte aufweist: einen Wärmebehandlungsschritt (ΔtW), bei dem eine noch ungehärtete Platine (19) bis auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur (Ac3) erwärmt wird; einem Einlageschritt (te), bei dem die Platine (19) im Heißzustand in ein Umformwerkzeug (13) eingelegt wird, wobei der materialdicke Blechbereich (7) und der materialdünne Blechbereich (9) jeweils eine lokale Einlagetemperatur (ϑe1, ϑe2) aufweisen; einem Presshärteschritt (ΔtP), bei dem die in das Umformwerkzeug (13) eingelegte Platine (19) warmumgeformt und pressgehärtet wird, und zwar unter Bildung des Stahlblechteils (1), wobei der materialdicke Blechbereich (7) und der materialdünne Blechbereich (9) jeweils eine lokale Entnahmetemperatur (ϑa1, ϑe2) aufweisen; und einem Entnahmeschritt, bei dem das Stahlblechteil (1) aus dem Umformwerkzeug (13) entnommen wird. Erfindungsgemäß erfolgt zwischen dem Wärmebehandlungsschritt (ΔtW) und dem Presshärteschritt (ΔtP) ein Vorkühlschritt, bei dem der materialdicke Blechbereich (7) bis auf eine lokale Einlagetemperatur (ϑe1) lokal abgekühlt wird, wodurch ein Temperaturversatz (ΔTE) zwischen der lokalen Einlagetemperatur (ϑe1) des materialdicken Blechbereichs (7) und der lokalen Einlagetemperatur (ϑe2) des materialdünnen Blechbereichs (9) reduziert ist, und zwar im Vergleich zu einer Warmumformung ohne Vorkühlung.The invention relates to a method for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel part (1), which has at least one material-thick sheet metal area (7) with locally increased sheet thickness (s1) and at least one material-thin sheet metal area (9) with locally reduced sheet thickness (s2), which method has the following process steps: a heat treatment step (ΔtW), in which a still unhardened blank (19) is heated to above the material-specific austenitization temperature (Ac3); an insertion step (te), in which the blank (19) is inserted into a forming tool (13) in the hot state, the material-thick sheet metal area (7) and the material-thin sheet metal area (9) each having a local insertion temperature (ϑe1, ϑe2); a press-hardening step (ΔtP), in which the blank (19) placed in the forming tool (13) is hot-formed and press-hardened, to be precise with the formation of the steel sheet part (1), the material-thick sheet metal area (7) and the material-thin sheet metal area (9) each have a local extraction temperature (ϑa1, ϑe2); and a removal step in which the steel sheet part (1) is removed from the forming tool (13). According to the invention, a pre-cooling step takes place between the heat treatment step (ΔtW) and the press hardening step (ΔtP), in which the material-thick sheet metal area (7) is locally cooled down to a local insertion temperature (ϑe1), whereby a temperature offset (ΔTE) between the local insertion temperature (ϑe1) of the material-thick sheet metal area (7) and the local insertion temperature (ϑe2) of the material-thin sheet metal area (9) is reduced, compared to hot forming without pre-cooling.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, eine Prozessanordnung gemäß Anspruch 10 sowie ein Stahlblechteil gemäß Anspruch 11.The invention relates to a method for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel part according to the preamble of claim 1, a process arrangement according to claim 10 and a sheet steel part according to claim 11.

Ein gattungsgemäßes warmumgeformtes und pressgehärtetes Stahlblechteil weist eine Trägerplatine mit zumindest einer darauf fixierten Patchplatine auf, die als eine lokale Bauteilverstärkung wirkt. Ein solches patchverstärktes Stahlblechteil wird im Stand der Technik in einer Prozessabfolge hergestellt, bei der in einem Beschichtungs-Prozessschritt ein Trägerplatinen-Vormaterial und eine Patchplatinen-Vormaterial beidseitig mit Zunderschutzschichten beschichtet werden. In einem folgenden Platinenschnitt werden die Trägerplatine und die Patchplatine zugeschnitten. Anschließend folgt ein Füge-Prozessschritt, bei dem im kalten, ungehärteten Zustand die Patchplatine mit der Trägerplatine zum Beispiel durch Punktschweißung gefügt werden. In einem folgenden Wärmebehandlungs-Prozessschritt wird der Bauteilverbund aus Trägerplatine und darauf fixierter Patchplatine zum Beispiel in einem Rollenherdofen auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur erwärmt. Der wärmebehandelte Bauteilverbund wird im Heißzustand in eine Werkzeugkavität zwischen Werkzeugteilen eines Umformwerkzeugs eingelegt. Dort erfolgt ein Presshärteschritt unter Bildung des Stahlblechteils.A generic hot-formed and press-hardened sheet steel part has a carrier board with at least one patch board fixed thereon, which acts as a local component reinforcement. In the prior art, such a patch-reinforced sheet steel part is produced in a process sequence in which a carrier board pre-material and a patch board pre-material are coated on both sides with anti-scale layers in a coating process step. In a subsequent board cut, the carrier board and the patch board are cut to size. This is followed by a joining process step in which the patch board is joined to the carrier board in the cold, unhardened state, for example by spot welding. In a subsequent heat treatment process step, the composite component consisting of the carrier board and patch board fixed on it is heated to above the material-specific austenitization temperature, for example in a roller hearth furnace. The heat-treated composite component is placed in a tool cavity between tool parts of a forming tool in the hot state. There, a press hardening step takes place to form the sheet steel part.

Die lokal erhöhte Blechdicke im Patchbereich (nachfolgend allgemein als materialdicker Blechbereich bezeichnet) des geformten Stahlblechteils führt zwangsläufig zu einer inhomogenen Entnahmetemperatur aus dem Umformwerkzeug, da ein dickerer Platinenbereich signifikant langsamer abkühlt (beziehungsweise mehr Volumenenergie in Form von Wärme abgeführt werden muss) als ein dünnerer Trägerplatinenbereich (nachfolgend allgemein als materialdicker Blechbereich) bezeichnet. Eine inhomogene Entnahmetemperatur kann temperaturbedingte Eigenspannungen im geformten Stahlblechteil verursachen. Die Patchplatine verzieht regelrecht das Stahlblechteil, wodurch es zu Positionierungsungenauigkeiten auf der, dem Warmumformwerkzeug nachgeschalteten Laseraufnahme kommt. Zudem können Fertigungs- und Bauteiltoleranzen nicht prozesssicher eingehalten werden. Auch eine erhöhte Zuhaltezeit des Umformwerkzeugs, um dicke Bauteilbereiche auf Entnahmetemperatur zu bringen, führt zu geometrischen Verzügen, da in Folge der Vollformausbildung von Stempel und Matrize auch die Trägerplatine signifikant unter die Entnahmetemperatur gebracht wird. Ein prozesssicheres Herstellen maßhaltiger Warmumformbauteile mit verstärkten Bereichen ist unter Umständen und in Abhängigkeit von der Bauteilkonstruktion/-auslegung daher nicht ohne weiteres möglich. Hierzu sind insbesondere hohe Dickensprünge sowie eine hohe Bauteilkomplexität und Torsionsanfälligkeit zu nennen. Insbesondere lange, schmale und dünne Bauteile sind sehr anfällig.The locally increased sheet thickness in the patch area (hereinafter generally referred to as the material-thick sheet area) of the formed sheet steel part inevitably leads to an inhomogeneous removal temperature from the forming tool, since a thicker blank area cools down significantly more slowly (or more volume energy has to be dissipated in the form of heat) than a thinner carrier blank area (hereinafter generally referred to as the material-thick sheet metal area). An inhomogeneous extraction temperature can cause temperature-related residual stresses in the formed sheet steel part. The patch board literally distorts the sheet steel part, which leads to positioning inaccuracies on the laser mount downstream of the hot forming tool. In addition, manufacturing and component tolerances cannot be reliably maintained. An increased holding time of the forming tool in order to bring thick component areas to the removal temperature also leads to geometric distortions, since the carrier board is also brought significantly below the removal temperature as a result of the full-form formation of the punch and die. A process-reliable production of dimensionally stable hot-formed components with reinforced areas may not be possible without further ado, depending on the component construction/design. In this context, particular mention should be made of large jumps in thickness as well as high component complexity and susceptibility to torsion. In particular, long, narrow and thin components are very susceptible.

Im Stand der Technik kann zur Reduzierung eines Bauteilverzugs die Zuhaltezeit im Umformwerkzeug erhöht werden. Dies ist jedoch aus Effizienzgründen von Nachteil. Zudem kann die Bauteilkomplexität beziehungsweise -konstruktion eingeschränkt werden. Hierbei müssen allerdings Nachteile bei der Bauteilperformance (Leichtbau, Steifigkeit, Crashsteifigkeit, Energieabsorption) gemacht werden. Zudem kann ein thermischer Bauteilverzug bis zu einem gewissen Maße kompensiert werden. Die Kompensation des geformten Stahlblechteils ist jedoch ein relativ störungsanfälliger Prozess und unterliegt einer Vielzahl an Schwankungsgrößen.In the prior art, the closing time in the forming tool can be increased in order to reduce component distortion. However, this is disadvantageous for reasons of efficiency. In addition, the component complexity or construction can be restricted. Here, however, disadvantages in component performance (lightweight construction, rigidity, crash resistance, energy absorption) must be made. In addition, thermal component distortion can be compensated to a certain extent. However, the compensation of the formed sheet steel part is a relatively error-prone process and is subject to a large number of variables.

Aus der US 2004/0060623 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Stahlblechteilen unterschiedlicher Duktilität bekannt. Aus der US 2013/0312474 A ist ein Umformwerkzeug bekannt, in dem eine Induktionsheizung verwendet wird. Aus der DE 10 2009 051 822 B3 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen von Blechformteilen bekannt.From the U.S. 2004/0060623 A1 a method for the production of sheet steel parts of different ductility is known. From the US 2013/0312474 A a forming tool is known in which induction heating is used. From the DE 10 2009 051 822 B3 a method and a device for the production of shaped sheet metal parts is known.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils bereitzustellen, bei dem im Vergleich zum Stand der Technik in prozesstechnisch einfacher Weise ein Bauteilverzug nach der Entnahme aus dem Umformwerkzeug reduziert ist.The object of the invention is to provide a method for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel part in which component distortion after removal from the forming tool is reduced in a simple manner in terms of process technology compared to the prior art.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1, des Anspruches 10 und des Anspruches 11 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is achieved by the features of claim 1, claim 10 and claim 11. Preferred developments of the invention are disclosed in the dependent claims.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 erfolgt zwischen dem Wärmebehandlungsschritt und dem Presshärteschritt ein Vorkühlschritt. Beim Vorkühlschritt wird der materialdicke Blechbereich bis auf eine lokale Einlagetemperatur abgekühlt. Dadurch ist ein Temperaturversatz zwischen der lokalen Einlagetemperatur des materialdicken Blechbereichs und der lokalen Einlagetemperatur des materialdünnen Blechbereichs im Vergleich zu einer Warmumformung ohne Vorkühlung reduziert.According to the characterizing part of claim 1, a pre-cooling step takes place between the heat treatment step and the press-hardening step. During the pre-cooling step, the material-thick sheet metal area is cooled down to a local storage temperature. As a result, a temperature offset between the local insertion temperature of the material-thick sheet metal area and the local insertion temperature of the material-thin sheet metal area is reduced in comparison to hot forming without pre-cooling.

Je nach Blechdickensprung kann der Platinenbereich mit erhöhter Blechdicke eine vergleichbare Temperatur, wie die Temperatur des dünneren Platinenbereich, aufweisen. Im Vergleich zur Warmumformung ohne Vorkühlung der Platine ist erfindungsgemäß der Temperaturversatz zwischen den Platinenbereichen kleiner.Depending on the jump in sheet thickness, the area of the board with increased sheet thickness can have a comparable temperature to the temperature of the thinner area of the board. Compared to the Warm according to the invention, the temperature offset between the areas of the blank is smaller if the blank is not pre-cooled.

Nachfolgend ist ein Beispiel beschrieben, um den erfindungsgemäßen Sachverhalt zu illustrieren: So kann ohne Vorkühlung die Platine nach Warmumformung homogen eine Temperatur von 950°C aufweisen. Bei Einlage in das Werkzeug kann der dünne Platinenbereich eine Temperatur von 750°C und der dicke Platinenbereich eine Temperatur von 850°C aufweisen.An example is described below in order to illustrate the facts according to the invention: Thus, without pre-cooling, the blank can have a homogeneous temperature of 950° C. after hot forming. When placed in the tool, the thin blank area can have a temperature of 750°C and the thick blank area can have a temperature of 850°C.

Mit der erfindungsgemäßen Vorkühlung ergibt sich der folgende Sachverhalt. So kann die Platine nach Warmumformung homogen eine Temperatur von 950°C aufweisen. Bei Einlage in das Werkzeug kann der dünne Platinenbereich eine Temperatur von 730°C und der dicke Platinenbereich eine Temperatur von 750°C aufweisen. Dies ist ein mögliches Szenario, wobei die Temperatur des dicken Platinenbereichs nach wie vor höher ist als die Temperatur des dünnen Platinenbereichs.The following situation arises with the pre-cooling according to the invention. After hot forming, the blank can have a homogeneous temperature of 950°C. When placed in the tool, the thin blank area can have a temperature of 730°C and the thick blank area can have a temperature of 750°C. This is a possible scenario where the temperature of the thick area of the board is still higher than the temperature of the thin area of the board.

In einer optionalen Prozessführung ist der Vorkühlschritt wie folgt ausgelegt: So kann der materialdicke Blechbereich im Vorkühlschritt bis auf eine lokale Einlagetemperatur abgekühlt werden, die kleiner ist als die lokale Einlagetemperatur des materialdünnen Blechbereiches. Die Einlagetemperatur des materialdicken Blechbereiches ist dabei auf ein derartiges Temperaturniveau abgekühlt, das sich die lokalen Entnahmetemperaturen der materialdünnen und materialdicken Blechbereiche des geformten Stahlbleches aneinander angleichen. Der Idealfall wäre, dass die Entnahmetemperaturen identisch sind. Dies kann jedoch aus prozesstechnischen Gründen nicht stabil gewährleistet werden. Sowohl die Einlagetemperatur des materialdicken Blechbereichs als auch die Einlagetemperatur des materialdünnen Blechbereichs der Platine liegen bevorzugt oberhalb einer Martensit-Start-Temperatur, um eine Presshärtung beider Blechbereiche zu ermöglichen.In an optional process control, the pre-cooling step is designed as follows: In the pre-cooling step, the thick-material sheet metal area can be cooled down to a local insertion temperature that is lower than the local insertion temperature of the thin-material sheet area. The insertion temperature of the material-thick sheet metal area has cooled down to such a temperature level that the local extraction temperatures of the material-thin and material-thick sheet metal areas of the formed steel sheet adjust to one another. The ideal case would be that the withdrawal temperatures are identical. However, this cannot be reliably guaranteed for process-related reasons. Both the insertion temperature of the material-thick sheet metal area and the insertion temperature of the material-thin sheet metal area of the blank are preferably above a martensite start temperature in order to enable press hardening of both sheet metal areas.

Es ist hervorzuheben, dass sich in der Erfindungsbeschreibung nur beispielhaft auf Patchplatinen bezogen wird. Die Ausführungen gelten analog auch für TWB/TRB oder anderweitig erzeugte gradierte Blechdicken.It should be emphasized that the description of the invention only refers to patch boards as an example. The explanations also apply analogously to TWB/TRB or otherwise produced graded sheet thicknesses.

Die Erfindung sieht den nachfolgend beschriebenen Prozess vor: Zunächst erfolgt eine konventionelle Platinenherstellung in der Warmumformung (entweder Werkzeugschnitt oder Laser). Hierbei kommt bevorzugt 22MnBS mit einem AISi-Zunderschutz zum Einsatz (AS60/60), der sich in Großserie bewährt hat. Gradierte Blechdicken können im Anschluss mit folgenden Verfahren/Technologien erzielt werden: Tailored Rolled Blank-Platinen, Tailored Welded Blank-Platinen und/oder Patchplatinen (hierbei ist es irrelevant, wie der Formschluss zwischen Patchplatine und Trägerplatine erfolgt). Die Erwärmung kann konventionell in einem Rollendherdofen durchgeführt werden. Anstelle dessen können auch andere Verfahren zum Einsatz kommen (vgl. Induktion, Konduktion, Kontakt, NIR etc.). Die Platinen werden nach Erreichen der Erwärmungstemperatur (und Abschluss der Diffusionszeit) aus dem Ofen ausgefördert. Hierbei werden die Platinen auf einen relativ langen (ca. 3 m) Zentriertisch im Eilgang ausgefördert.The invention envisages the process described below: First, a conventional blank production takes place in hot forming (either tool cutting or laser). Here, 22MnBS with an AISi anti-scale protection (AS60/60), which has proven itself in large series, is preferably used. Graduated sheet thicknesses can then be achieved with the following processes/technologies: Tailored Rolled Blank boards, Tailored Welded Blank boards and/or patch boards (it is irrelevant here how the form fit between the patch board and the carrier board takes place). The heating can be carried out conventionally in a roller hearth furnace. Instead, other methods can also be used (cf. induction, conduction, contact, NIR, etc.). After reaching the heating temperature (and the end of the diffusion time), the blanks are conveyed out of the oven. Here, the blanks are conveyed out on a relatively long (approx. 3 m) centering table in rapid traverse.

Die Erfindung betrifft den folgenden Sachverhalt: Auf dem Zentriertisch sind in Endlage der Patchplatine Düsen angebracht (zum Beispiel zwischen den Auslaufrollen), die die Patchplatine während der Freigabezeit der Feedervorrichtung (Roboter, Linearfeeder etc.) mittels Konvektion vorkühlen (die Düsen können bereits vor Erreichen der Endlage bzw. vor Zentrierung angesteuert werden). Insbesondere befinden sich mehrere Düsen im Patchbereich (das heißt materialdicker Blechbereich), sowie in angrenzenden Formplatinen-Bereichen (das heißt materialdicker Blechbereich), um den Temperatur-Gradient, der zu einer ungewollten Wärmeleitung in den Patchbereich führt, zu minimieren. Die Düsen können unter anderem mit Druckluft beaufschlagt werden. Dies führt zu einer lokalen Bauteilkühlung im partiell verstärkten Platinenbereich (nachfolgend materialdicker Blechbereich). Im Anschluss muss dementsprechend in diesem Bereich innerhalb des Werkzeugs weniger Wärme abgeführt werden und die Wärmemenge im dünnen sowie dicken Bereich nähern sich signifikant an. Die erreichte Temperatur nach Vorkühlung im Patchbereich sollte die Martensitstart-Temperatur nicht unterschreiten, um im nachgelagerten Umformschritt weiterhin eine gute Umformbarkeit gewährleisten zu können.The invention relates to the following situation: Nozzles are attached to the centering table in the end position of the patch board (e.g. between the outfeed rollers), which pre-cool the patch board by means of convection during the release time of the feeder device (robot, linear feeder, etc.) (the nozzles can already cool before reaching the end position or before centering). In particular, there are several nozzles in the patch area (i.e. sheet metal area with a thick material) as well as in adjacent molded blank areas (i.e. sheet metal area with a thick material) in order to minimize the temperature gradient, which leads to unwanted heat conduction in the patch area. The nozzles can be charged with compressed air, among other things. This leads to local component cooling in the partially reinforced area of the blank (hereinafter referred to as the thicker sheet metal area). Accordingly, less heat has to be dissipated in this area within the tool and the amount of heat in the thin and thick area approaches significantly. The temperature reached after pre-cooling in the patch area should not fall below the martensite start temperature in order to be able to continue to guarantee good formability in the subsequent forming step.

Zusätzlich (und/oder alleinstehend) können Luftdüsen an der Feedereinheit bzw. Feederspinne angebracht werden, die das Bauteil bzw. den separaten Bauteilbereich von oben kühlen. Je nach Transferzeit sind damit zwischen 5 und 10 Sekunden verstärkter Konvektionskühlung möglich.In addition (and/or on their own), air nozzles can be attached to the feeder unit or feeder spider, which cool the component or the separate component area from above. Depending on the transfer time, between 5 and 10 seconds of increased convection cooling are possible.

Die Einlage der Platine erfolgt mit partiell vorgekühltem Patchbereich (das heißt materialdickem Blechbereich). Hierbei sollte eine lokale Einlagetemperatur erzielt werden, bei der die volumetrische Wärmemenge QPatchbereich (Volumen Patchbereich*Temperatur bzw. thermische Energie) im materialdicken Blechbereich möglichst gleich der volumetrischen Wärmemenge im Trägerbereich QTrägerplatine (das heißt im materialdünnen Blechbereich) ist. The circuit board is inserted with a partially pre-cooled patch area (i.e. sheet metal area thick with material). A local insertion temperature should be achieved at which the volumetric amount of heat Qpatch area (volume of patch area*temperature or thermal energy) in the sheet metal area thick with material is as equal as possible to the volumetric amount of heat in the carrier area Qcarrier board (i.e. in the sheet metal area with thin material).

Anschließend erfolgt eine konventionelle Warmumformung bzw. Presshärten der Platine auf eine Entnahmetemperatur <290°C. Hierbei ist im Vergleich zu konventionellen Lösungen der Gradient zwischen der Patchplatine und der Trägerplatine - aufgrund vorgelagerter Reduktion der Wärmemenge - herabgesetzt.This is followed by conventional hot forming or press hardening of the blank to a removal temperature of <290°C. Here is im Compared to conventional solutions, the gradient between the patch board and the carrier board is reduced - due to the upstream reduction in the amount of heat.

Alle weiteren Prozessschritte entsprechen dem Stand der Technik (Warmbeschnitt, Laserbeschnitt, Hartbeschnitt, Entnahme der Abfälle aus dem Werkzeug, Lochen im Werkzeug, unterschiedliche Ablage der Halbfertigteile auf Gerüsten oder in Boxen etc.).All other process steps correspond to the state of the art (heat trimming, laser trimming, hard trimming, removal of waste from the tool, punching in the tool, different storage of the semi-finished parts on scaffolding or in boxes, etc.).

Nachfolgend sind Erfindungsaspekte nochmals im Einzelnen hervorgehoben: So kann in einer technischen Umsetzung der Wärmebehandlungsschritt in einer Wärmebehandlungsvorrichtung stattfinden. Diese kann beispielhaft als Induktionserwärmungsanlage, als Rollenherdofen oder als konduktive Erwärmungsanlage realisiert sein. Die in der Wärmebehandlungsvorrichtung wärmebehandelte Platine kann über eine dem Ofen nachgeschaltete Auslaufstrecke bis zu einer Zentrierstation gefördert werden. In der Zentrierstation wird die wärmebehandelte Platine in einer vordefinierten Entnahmeposition positioniert, in der ein prozesssicheres Ergreifen der Platine von einer Transfereinheit gewährleistet ist. Die Transfereinheit kann beispielhaft eine Feeder-Vorrichtung (Roboter, Linearfeeder, etc.) sein. Mit Hilfe der Transfereinheit wird die Platine von der Zentrierstation zum Umformwerkzeug transferiert und dort eingelegt.Aspects of the invention are highlighted again in detail below: In a technical implementation, the heat treatment step can take place in a heat treatment device. This can be implemented, for example, as an induction heating system, as a roller hearth furnace or as a conductive heating system. The blank heat-treated in the heat-treatment device can be conveyed to a centering station via an outlet section downstream of the furnace. In the centering station, the heat-treated blank is positioned in a predefined removal position, in which process-reliable gripping of the blank by a transfer unit is guaranteed. The transfer unit can, for example, be a feeder device (robot, linear feeder, etc.). With the help of the transfer unit, the blank is transferred from the centering station to the forming tool and inserted there.

Es ist hervorzuheben, dass sämtliche Methoden des „Tailored-Temperings“ in Form von Ofentechnik anwendbar sind. Hierzu zählt unter anderem das „thermische Printen im Ofen“, bei dem bewusst unterschiedliche Temperaturbereiche in der Platine eingestellt werden. Oder auch das „Hangout“ Verfahren, bei dem bewusst ein Teil der Platine „aus dem Ofen heraushängt“. Auch in diesen Fällen kann eine erfindungsgemäße Vorkühlung erfolgen.It should be emphasized that all methods of "tailored tempering" can be used in the form of furnace technology. This includes, among other things, "thermal printing in the oven", in which different temperature ranges are deliberately set in the circuit board. Or the "hangout" method, in which part of the circuit board "hangs out of the oven". Pre-cooling according to the invention can also take place in these cases.

Der erfindungsgemäße Vorkühlschritt erfolgt nicht in einer separaten Vorkühl-Prozessstation, die zwischen der Wärmebehandlungsvorrichtung und dem Umformwerkzeug positioniert ist. Eine solche separat zwischengeschaltete Vorkühl-Prozessstation würde zusätzliche Prozesszeit beanspruchen. Vielmehr wird die erfindungsgemäße Vorkühlkühlung des materialdicken Blechbereichs bevorzugt entlang der Auslaufstrecke, in der Zentrierstation und/oder in der Transfereinheit durchgeführt. Beispielhaft kann der Vorkühlschritt durch Kontaktkühlung, etwa durch eine Plattenvorkühlung, erfolgen. Alternativ dazu kann der Vorkühlschritt durch Konvektion mittels Luftdüsen (Druckluft) realisiert werden. Bevorzugt wird eine berührungslose Kühlung mittels Düsen, da dies mit bestehender Anlagen- und Feedertechnik umsetzbar ist. Auch muss keine explizite Zwischenstation zur Vorkühlung integriert werden. Desweiteren hat man bei Kontaktkühlung Herausforderungen im Verschleiß der Kontaktplatten, insbesondere mit Kontakt einer flüssigen oder teilviskosen Schicht aus zum Beispiel ZnFe oder AI/AIFe.The pre-cooling step according to the invention does not take place in a separate pre-cooling process station that is positioned between the heat treatment device and the forming tool. Such a separately interposed pre-cooling process station would require additional process time. Rather, the pre-cooling according to the invention of the material-thick sheet metal area is preferably carried out along the outlet section, in the centering station and/or in the transfer unit. For example, the pre-cooling step can be carried out by contact cooling, for example by plate pre-cooling. Alternatively, the pre-cooling step can be implemented by convection using air nozzles (compressed air). Non-contact cooling using nozzles is preferred, as this can be implemented with existing plant and feeder technology. There is also no need to integrate an explicit intermediate station for pre-cooling. Furthermore, with contact cooling there are challenges in terms of wear of the contact plates, especially with contact with a liquid or semi-viscous layer made of ZnFe or Al/AIFe, for example.

Im Vorkühlschritt wird ein Platinen-Bereich lokal vorgekühlt, der nicht nur den materialdicken Blechbereich der Platine umfasst, sondern zusätzlich auch einen Überstand, der den Rand des materialdicken Blechbereichs überragt. Auf diese Weise kann Temperatur-Gradient, der zu einer ungewollten Wärmeleitung in den materialdicken Blechbereich führt, minimiert werden.In the pre-cooling step, a blank area is locally pre-cooled, which not only includes the material-thick sheet metal area of the blank, but also an overhang that protrudes beyond the edge of the material-thick sheet metal area. In this way, the temperature gradient, which leads to unwanted heat conduction in the sheet metal area that is thick with material, can be minimized.

In einer ersten Ausführungsvariante kann die Platine eine Patchplatine sein, die aus einer Trägerplatine und aus zumindest einer damit gefügten Patchplatine ausgebildet ist. Der materialdicke Bereich wird somit durch eine Doppellage aus Trägerplatine und Patchplatine realisiert, während der materialdünne Blechbereich ausschließlich durch die Trägerplatine realisiert ist. Alternativ dazu kann die Platine auch als ein Tailored-Rolled-Blank oder als ein Tailored-Welded-Blank realisiert sein.In a first embodiment variant, the circuit board can be a patch circuit board, which is formed from a carrier circuit board and from at least one patch circuit board joined thereto. The material-thick area is thus realized by a double layer of carrier board and patch board, while the material-thin sheet metal area is realized exclusively by the carrier board. As an alternative to this, the circuit board can also be implemented as a tailored rolled blank or as a tailored welded blank.

Bevorzugt ist es, wenn die warmumformbare Platine mit einer Zunderschutzschicht beschichtet ist, und zwar in Abgrenzung zu einem unbeschichteten Warmumform-Material, bei dem eine Luftkühlung zu einer starken Zunderbildung führen würde. Die Zunderschutzschicht kann in Abgrenzung zu einer Zn/ZnFe-Beschichtung vorteilhaft eine AlSi-Schicht sein.It is preferred if the hot-formable blank is coated with an anti-scale layer, specifically in contrast to an uncoated hot-forming material, in which air cooling would lead to severe scale formation. In contrast to a Zn/ZnFe coating, the scale protection layer can advantageously be an AlSi layer.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying figures.

Es zeigen:

  • 1 ein schematisches Schliffbild eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils;
  • 2 eine Anlagenskizze, anhand der eine Prozessabfolge zur Herstellung des warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils veranschaulicht ist;
  • 3 ein Zeit-Temperatur-Profil, das den zeitlichen Temperaturverlauf im materialdicken Blechbereich und im materialdünnen Blechbereich der Platine während des Warmumformprozesses zeigt;
  • 4 in einer schematischen Teil-Perspektivansicht den Vorkühlschritt;
  • 5 eine Platinenbeladespindel für eine Transfereinheit; und
  • 6 eine Ansicht entsprechend 3, die ein Zeit-Temperatur-Profil gemäß dem Stand der Technik zeigt.
Show it:
  • 1 a schematic micrograph of a hot-formed and press-hardened sheet steel part;
  • 2 a plant sketch, on the basis of which a process sequence for the production of the hot-formed and press-hardened sheet steel part is illustrated;
  • 3 a time-temperature profile that shows the temperature profile over time in the material-thick sheet metal area and in the material-thin sheet metal area of the blank during the hot forming process;
  • 4 in a schematic partial perspective view, the pre-cooling step;
  • 5 a board loading spindle for a transfer unit; and
  • 6 a view accordingly 3 , which shows a time-temperature profile according to the prior art.

In der 1 ist grob schematisch ein Schliffbild eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils 1 gezeigt. Das Stahlblechteil 1 weist eine Trägerplatine 3 mit darauf fixierter Verstärkungsplatine 5 auf, die als eine lokale Bauteilverstärkung wirkt und mit der Trägerplatine 3 stoffschlüssig (zum Beispiel über nicht gezeigte Schweißstellen) verbunden ist. In der 1 ist das Stahlblechteil 1 in einen materialdicken Blechbereich 7 und in einen materialdünnen Blechbereich 9 unterteilt. Der materialdicke Blechbereich 7 ist durch die Doppellage aus Trägerplatine 3 und Verstärkungsplatine 5 gebildet, während der materialdünne Bereich 9 ausschließlich durch die Trägerplatine 3 gebildet ist. Der materialdicke Blechbereich 7 weist eine lokal erhöhte Blechdicke s1 auf, während der materialdünne Blechbereich 9 eine demgegenüber reduzierte Blechdicke s2 aufweist. In den Figuren sind die Blechdicken s1, s2 übertrieben groß dargestellt.In the 1 a roughly schematic micrograph of a hot-formed and press-hardened sheet steel part 1 is shown. The sheet steel part 1 has a carrier plate 3 with a reinforcement plate 5 fixed thereon, which acts as a local component reinforcement and is materially connected to the carrier plate 3 (for example via welds that are not shown). In the 1 the steel sheet part 1 is divided into a material-thick sheet metal area 7 and a material-thin sheet metal area 9 . The material-thick sheet metal area 7 is formed by the double layer of carrier plate 3 and reinforcement plate 5 , while the material-thin area 9 is formed exclusively by the carrier plate 3 . The material-thick sheet metal area 7 has a locally increased sheet thickness s 1 , while the material-thin sheet metal area 9 has a sheet metal thickness s 2 that is reduced in comparison. In the figures, the sheet thicknesses s 1 , s 2 are exaggerated.

Das warmumgeformte und pressgehärtete Stahlblechteil 1 ist in einer in der 2 gezeigten Anlage herstellbar. Die Anlage ist in der 2 nur insoweit beschrieben, als es für das Verständnis der Erfindung erforderlich. Werkzeugkomponenten, die für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlich sind, sind in der 2 weggelassen. Die Anlage weist als Wärmebehandlungsvorrichtung 11 einen Rollenherdofen, ein prozesstechnisch nachgeschaltetes Umformwerkzeug 13 zur Warmumformung und Presshärtung von Stahlblechteilen 1 sowie eine Ablagestation 15 auf, in der die hergestellten Stahlblechteile 1 zwischengelagert werden. Die in der Ablagestation 15 zwischengelagerten Stahlblechteile 1 können einer nicht gezeigten Nachbearbeitungsstation zugeführt werden, in der beispielhaft ein Laserbeschnitt der Stahlblechteile 1 erfolgt.The hot-formed and press-hardened sheet steel part 1 is in a 2 shown system can be produced. The facility is in the 2 described only to the extent necessary for an understanding of the invention. Tool components that are not required for understanding the invention are in the 2 omitted. As a heat treatment device 11, the system has a roller hearth furnace, a downstream forming tool 13 for hot forming and press hardening of sheet steel parts 1, and a storage station 15 in which the sheet steel parts 1 produced are temporarily stored. The sheet steel parts 1 temporarily stored in the storage station 15 can be fed to a post-processing station (not shown), in which the sheet steel parts 1 are laser-cut, for example.

Der in der 2 gezeigten Anlage ist ein nicht dargestellter Füge-Prozessschritt vorgeschaltet, in dem die Verstärkungsplatine 5 und die Trägerplatine 7 (im kalten ungehärteten Zustand) durch Punktschweißung zunächst zu einem Bauteilverbund (nachfolgend als Patchplatine 19 bezeichnet) gefügt werden. Die Patchplatine 19 wird in die Wärmebehandlungsvorrichtung 11 transferiert. Dort wird der die Patchplatine 19 in einer Wärmebehandlungsphase Δtw (3) auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur Ac3 wärmebehandelt. Nach Abschluss der Wärmebehandlungsphase Δtw folgt eine Transferphase ΔtT. In der Transferphase ΔtT wird die wärmebehandelte Patchplatine 19 über eine Ofenauslaufstrecke a mittels Auslaufrollen 21 bis zu einer Zentrierstation 23 gefördert, in der die Patchplatine 19 in eine vordefinierte Entnahmeposition positioniert wird. In der Entnahmeposition ist ein prozesssicheres Ergreifen der Patchplatine 19 mittels einer Transfereinheit 25 gewährleistet, die die Patchplatine 19 in einem Einlageschritt (Zeitpunkt te in der 3) in eine offene Werkzeugkavität des Umformwerkzeugs 13 einlegt. Dann folgt eine Presshärtephase ΔtP (3), in der die Werkzeugkavität des Umformwerkzeugs 13 geschlossen wird und die Patchplatine 19 in einem Presshärteschritt umgeformt wird, und zwar unter Bildung des Stahlblechteils 1. Nach der Presshärtephase ΔtP folgt ein Entnahmeschritt, bei dem das umgeformte Stahlblechteil 1 mit einer Entnahmetemperatur aus dem Umformwerkzeug 13 entnommen wird.The Indian 2 The system shown is preceded by a joining process step (not shown), in which the reinforcing board 5 and the carrier board 7 (in the cold, unhardened state) are first joined by spot welding to form a composite component (hereinafter referred to as patch board 19). The patch board 19 is transferred to the heat treatment device 11 . There the patch board 19 is in a heat treatment phase Δt w ( 3 ) heat-treated to above the material-specific austenitization temperature Ac3. After the end of the heat treatment phase Δt w , a transfer phase Δt T follows. In the transfer phase Δt T , the heat-treated patch board 19 is conveyed via an oven outlet section a by means of outlet rollers 21 to a centering station 23, in which the patch board 19 is positioned in a predefined removal position. In the removal position, process-reliable gripping of the patch board 19 is ensured by means of a transfer unit 25, which loads the patch board 19 in an insertion step (time t e in the 3 ) in an open tool cavity of the forming tool 13 inserts. Then follows a press hardening phase Δt P ( 3 ), in which the tool cavity of the forming tool 13 is closed and the patch board 19 is formed in a press-hardening step, with the formation of the sheet steel part 1. The press-hardening phase Δt P is followed by a removal step in which the formed sheet steel part 1 is removed from the forming tool at a removal temperature 13 is taken.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass in der Anlage eine Vorkühleinrichtung 26 bereitgestellt ist, mittels der vor der Presshärtephase ΔtP eine lokale Vorkühlung des materialdicken Blechbereichs 7 der Patchplatine 19 erfolgt. Die Vorkühleinrichtung 26 arbeitet mit Konvektion. Hierzu weist die Vorkühleinrichtung 26 Druckluftdüsen 27 auf, die in der 2 oder 4 entlang der Auslaufstrecke a sowie im Bereich der Zentrierstation 23 positioniert sind.The core of the invention consists in the fact that a pre-cooling device 26 is provided in the system, by means of which a local pre-cooling of the material-thick sheet metal area 7 of the patch board 19 takes place before the press-hardening phase Δt P . The pre-cooling device 26 works with convection. For this purpose, the pre-cooling device 26 has compressed air nozzles 27 which are in the 2 or 4 are positioned along the outlet section a and in the area of the centering station 23 .

Die Wirkungsweise der Vorkühleinrichtung 26 ist nachfolgend anhand des Temperatur-Zeit-Profils aus der 3 beschrieben. In dem Temperatur-Zeit-Profil ist der zeitliche Temperaturverlauf ϑ1(t) der lokalen Prozesstemperatur ϑ1 im materialdicken Blechbereich 7 (mit gestrichelter Linie) und der zeitliche Temperaturverlauf ϑ2(t) der lokalen Prozesstemperatur ϑ2 im materialdünnen Blechbereich 9 (mit durchgezogener Linie) dargestellt ist. Demzufolge sind die beiden lokalen Prozesstemperaturen ϑ1, ϑ2 während der Wärmebehandlungsphase ΔtW identisch. In der nachfolgenden Transferphase ΔtW ist infolge der mit der Vorkühleinrichtung 26 durchgeführten lokalen Vorkühlung die Abkühlrate im materialdicken Blechbereich 7 (das heißt Temperaturverlauf ϑ1(t)) deutlich größer als die Abkühlrate im materialdünnen Blechbereich 9 (das heißt Temperaturverlauf ϑ2(t)). Entsprechend ist im Einlageschritt (Zeitpunkt te in der 3) die lokale Einlagetemperatur ϑe1 im materialdicken Blechbereich 7 um den Temperaturversatz ΔTE gegenüber der lokalen Einlagetemperatur ϑe2 reduziert. In der folgenden Presshärtephase ΔtP muss dementsprechend im materialdicken Blechbereich 9 innerhalb des Umformwerkzeugs 13 weniger Wärme abgeführt werden, so dass sich die Wärmemenge im materialdicken Bereich 7 und die Wärmemenge im materialdünnen Bereich 9 signifikant annähern.The mode of operation of the pre-cooling device 26 is explained below using the temperature-time profile from FIG 3 described. In the temperature-time profile, the temperature profile over time ϑ 1 (t) of the local process temperature ϑ 1 in the thick sheet metal area 7 (with a dashed line) and the temperature profile over time ϑ 2 (t) of the local process temperature ϑ 2 in the sheet metal area 9 with the thin material (with solid line) is shown. Consequently, the two local process temperatures θ 1 , θ 2 are identical during the heat treatment phase Δt W . In the subsequent transfer phase Δt W , as a result of the local pre-cooling carried out with the pre-cooling device 26, the cooling rate in the material-thick sheet metal area 7 (i.e. temperature profile ϑ 1 (t)) is significantly greater than the cooling rate in the material-thin sheet metal area 9 (i.e. temperature profile ϑ 2 (t) ). Accordingly, in the deposit step (time t e in the 3 ) the local insertion temperature ϑ e1 in the material-thick sheet metal area 7 is reduced by the temperature offset ΔT E compared to the local insertion temperature ϑ e2 . In the following press hardening phase Δt P , less heat has to be dissipated in the sheet metal area 9 with the thick material within the forming tool 13, so that the amount of heat in the area 7 with the thick material and the amount of heat in the area 9 with the thin material converge significantly.

Mit Hilfe der Vorkühleinrichtung 26 wird also der materialdicke Blechbereich 7 bis auf eine lokale Einlagetemperatur ϑe1 lokal abgekühlt, die um den Temperaturversatz ΔTE kleiner ist als die lokale Einlagetemperatur ϑe2 des materialdünnen Blechbereichs 9. Der Temperaturversatz ΔT zwischen der lokale Einlagetemperatur ϑe1 im materialdicken Blechbereich 7 und der lokalen Einlagetemperatur ϑe2 im materialdünnen Blechbereich 9 ist derart bemessen, dass sich nach der Presshärtephase ΔtP die lokalen Entnahmetemperaturen ϑa1, ϑe2 der materialdünnen und materialdicken Blechbereiche 7, 9 des geformten Stahlblechteils 1 einander angleichen. In der 3 sind die lokalen Entnahmetemperaturen ϑa1, ϑa2 der materialdünnen und materialdicken Blechbereiche 7, 9 des Stahlblechteils 1 beispielhaft identisch.With the help of the pre-cooling device 26, the material-thick sheet metal area 7 is locally cooled to a local insertion temperature ϑ e1 , which is lower by the temperature offset ΔT E than the local insertion temperature ϑ e2 of the thin material sheet area 9. The temperature offset ΔT between the The local insertion temperature ϑ e1 in the material-thick sheet metal area 7 and the local insertion temperature ϑ e2 in the material-thin sheet metal area 9 is dimensioned such that after the press hardening phase Δt P the local removal temperatures ϑ a1 , ϑ e2 of the material-thin and material-thick sheet metal areas 7, 9 of the formed sheet steel part 1 are different adjust. In the 3 the local removal temperatures θ a1 , θ a2 of the material-thin and material-thick sheet metal areas 7, 9 of the sheet steel part 1 are identical, for example.

Wie aus dem Temperatur-Zeit-Profil der 3 hervorgeht, liegen sowohl die lokale Einlege-Temperatur ϑe1 des materialdicken Blechbereichs 7 als auch die lokale Einlagetemperatur ϑe2 des materialdünnen Blechbereichs 9 der Patchplatine 19 um einen Temperaturversatz oberhalb der Martensit-Start-Temperatur Ms, um eine Presshärtung der Patchplatine 19 zu ermöglichen.As can be seen from the temperature-time profile of the 3 shows that both the local insertion temperature ϑ e1 of the material-thick sheet metal area 7 and the local insertion temperature ϑ e2 of the material-thin sheet metal area 9 of the patch board 19 are a temperature offset above the martensite start temperature Ms in order to enable press hardening of the patch board 19.

In der 4 ist in einer perspektivischen Detailansicht die Ofenauslaufstrecke a am Übergang zur Zentrierstation 23 gezeigt. Die wärmebehandelte Patchplatine 19 wird auf den Auslaufrollen 21 bis zur Zentrierstation 23 gefördert. Mittels der Druckluftdüsen 27 der Vorkühleinrichtung 25 wird entlang der Auslaufstrecke a sowie an der Zentrierstation 23 ein Platinen-Bereich Z (mit strichpunktierter Linie angedeutet) lokal vorgekühlt, der nicht nur den materialdicken Blechbereich 7 der Patchplatine 19 umfasst, sondern zusätzlich auch einen Überstand 29, der den Rand des materialdicken Blechbereichs 7 der Patchplatine 19 quer zur Blechdicken-Richtung überragt. Auf diese Weise kann ein Temperatur-Gradient, der zu einer ungewollten Wärmeleitung in den materialdicken Blechbereich 7 führt, minimiert werden.In the 4 the furnace outlet section a at the transition to the centering station 23 is shown in a perspective detailed view. The heat-treated patch board 19 is conveyed on the outfeed rollers 21 to the centering station 23 . By means of the compressed air nozzles 27 of the pre-cooling device 25, a board area Z (indicated by a dot-dash line) is locally pre-cooled along the outlet section a and at the centering station 23, which not only includes the material-thick sheet metal area 7 of the patch board 19, but also an overhang 29, which protrudes beyond the edge of the material-thick sheet metal area 7 of the patch board 19 transversely to the sheet metal thickness direction. In this way, a temperature gradient that leads to unwanted heat conduction in the material-thick sheet metal area 7 can be minimized.

In der 5 ist eine Platinenbeladespinne 31 der Tranfereinheit 25 dargestellt. Demzufolge weist die Platinenbeladespinne 31 Greifer 33 auf. Diese sind für einen Transfer in Eingriff mit der Patchplatine 19 bringbar. Zudem sind in der Platinenbeladespinne 31 zusätzliche Druckluft-Düsen 27 der Vorkühleinrichtung 26 integriert. Mit deren Hilfe der materialdicke Blechplatine 7 der Patschplatine 19 vorgekühlt werden kann, und zwar alternativ oder zusätzlich zu den in der 2 gezeigten Druckluftdüsen 27.In the 5 a circuit board loading spider 31 of the transfer unit 25 is shown. Accordingly, the circuit board loading spider 31 has grippers 33 . These can be brought into engagement with the patch board 19 for a transfer. In addition, additional compressed air nozzles 27 of the pre-cooling device 26 are integrated in the blank loading spider 31 . With the help of the material-thick metal plate 7 of Patschplatine 19 can be pre-cooled, as an alternative or in addition to in the 2 shown compressed air nozzles 27.

In der 6 ist ein Temperatur-Zeit-Profil gemäß dem Stand der Technik gezeigt, bei dem in der Transferphase ΔtT keine erfindungsgemäße lokale Vorkühlung des materialdicken Blechbereichs 7 erfolgt, sondern lediglich eine transferbedingte Abkühlung von sowohl dem materialdicken Blechbereichs 7 als auch dem materialdünnen Blechbereichs 9.
Demnach ist in der 6 in der Transferphase Δtw die Abkühlrate im materialdicken Blechbereich 7 (das heißt Temperaturverlauf ϑ1(t)) deutlich kleiner als die Abkühlrate im materialdünnen Blechbereich 9 (das heißt Temperaturverlauf ϑ2(t)). Entsprechend ist im Einlageschritt (Zeitpunkt te in der 6) die lokale Einlagetemperatur ϑe1 im materialdicken Blechbereich 7 größer als die lokale Einlagetemperatur ϑe2 im materialdünnen Blechbereich 9.
In der folgenden Presshärtephase ΔtP muss dementsprechend im materialdicken Blechbereich 7 mehr Wärme abgeführt werden als im materialdünnen Blechbereich 9. Dies führt zwangsläufig zu einer inhomogenen Entnahmetemperatur, da der materialdicke Blechbereich 7 signifikant langsamer abkühlt (bzw. mehr Volumenenergie in Form von Wärme abgeführt werden muss) als der materialdünne Blechbereich 9.
In the 6 shows a temperature-time profile according to the prior art, in which in the transfer phase Δt T there is no local pre-cooling according to the invention of the sheet metal area 7 that is thick with material, but only a transfer-related cooling of both the sheet metal area 7 with the thick material and the sheet metal area 9 with the thin material.
Accordingly, in the 6 in the transfer phase Δt w the cooling rate in the material-thick sheet metal area 7 (ie temperature profile θ 1 (t)) is significantly smaller than the cooling rate in the material-thin sheet metal area 9 (ie temperature profile θ 2 (t)). Accordingly, in the deposit step (time t e in the 6 ) the local insertion temperature ϑ e1 in the material-thick sheet metal area 7 is greater than the local insertion temperature ϑ e2 in the material-thin sheet metal area 9.
In the following press hardening phase Δt P , more heat has to be dissipated in the material-thick sheet metal area 7 than in the material-thin sheet metal area 9. This inevitably leads to an inhomogeneous removal temperature, since the material-thick sheet metal area 7 cools down significantly more slowly (or more volume energy has to be dissipated in the form of heat ) than the material-thin sheet metal area 9.

Die inhomogene Entnahmetemperatur ist in der 6 durch den Temperaturversatz ΔTA, zwischen der lokalen Entnahmetemperatur ϑ1a im materialdicken Blechbereich 7 und der lokalen Entnahmetemperatur ϑ2a im materialdünnen Blechbereich 9 veranschaulicht. Eine solche inhomogene Entnahmetemperatur führt zu temperaturbedingten Eigenspannungen. Der materialdicke Blechbereich 7 verzieht regelrecht das Stahlblechteil 1, wodurch es zu Positionsungenauigkeiten in der Nachbearbeitungsstation (Laseraufnahme) kommt. Auch sind Fertigungs- und Bauteiltoleranzen nicht prozesssicher einzuhalten.The inhomogeneous removal temperature is in the 6 illustrated by the temperature offset ΔT A between the local extraction temperature θ 1a in the sheet metal area 7 with the thick material and the local extraction temperature θ 2a in the sheet metal area 9 with the thin material. Such an inhomogeneous removal temperature leads to temperature-related residual stresses. The material-thick sheet metal area 7 literally distorts the sheet steel part 1, resulting in positional inaccuracies in the post-processing station (laser recording). Manufacturing and component tolerances cannot be reliably adhered to either.

BezugszeichenlisteReference List

11
Stahlblechteilsheet steel part
33
Trägerplatinecarrier board
55
Verstärkungsplatinereinforcement board
77
materialdicker Blechbereichmaterial-thick sheet metal area
99
materialdünner Blechbereichmaterial-thin sheet metal area
1111
Wärmebehandlungsvorrichtungheat treatment device
1313
Umformwerkzeugforming tool
1515
Ablagestationdrop station
1919
Patchplatinepatch board
2121
Auslaufrollenexit rollers
2323
Zentrierstationcentering station
2525
Transfereinheittransfer unit
2626
Vorkühleinrichtungpre-cooling device
2727
Druckluft-Düsencompressed air nozzles
2929
ÜberstandGot over
3131
Platinenbeladespindelblank loading spindle
3333
Greifergripper
s1, s2s1, s2
Blechdickensheet thicknesses
aa
Auslaufstreckeoutlet section
ZZ
Platinen-Bereichboard area
ϑe1, ϑe2ϑe1, ϑe2
lokale Einlagetemperaturenlocal deposit temperatures
ϑa1, ϑa2ϑa1, ϑa2
lokale Entnahmetemperaturenlocal extraction temperatures
MsMs
Martensitstarttemperaturmartensite start temperature
MfMf
Martensitfinishtemperaturmartensite finish temperature
ΔtwΔtw
Wärmebehandlungsphaseheat treatment phase
ΔtTΔtT
Transferphasetransfer phase
ΔtPΔtP
Presshärtephasepress hardening phase
tete
Einlege-Zeitpunktinsertion time
Ac3Ac3
Austenitisierungstemperaturaustenitization temperature
ΔTEΔTE
Temperaturversatz zwischen den lokalen Einlagetemperaturen ϑe1, ϑe2 Temperature offset between the local insertion temperatures ϑ e1 , ϑ e2
ΔTA,ΔTA,
Temperaturversatz zwischen den lokalen Entnahmetemperaturen ϑa1, ϑe2 Temperature offset between the local extraction temperatures ϑ a1 , ϑ e2
ϑ1(t)ϑ1(t)
zeitlicher Temperaturverlauf der Prozesstemperatur im materialdicken BlechbereichTemporal temperature curve of the process temperature in the material-thick sheet metal area
ϑ2(t)ϑ2(t)
zeitlicher Temperaturverlauf der Prozesstemperatur im materialdünnen BlechbereichTemporal temperature curve of the process temperature in the material-thin sheet metal area

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 2004/0060623 A1 [0005]US 2004/0060623 A1 [0005]
  • US 2013/0312474 A [0005]US 2013/0312474 A [0005]
  • DE 102009051822 B3 [0005]DE 102009051822 B3 [0005]

Claims (12)

Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils (1), das zumindest einen materialdicken Blechbereich (7) mit lokal erhöhter Blechdicke (S1) und zumindest einen materialdünnen Blechbereich (9) mit lokal reduzierter Blechdicke (S2) aufweist, welches Verfahren die folgenden Prozessschritte aufweist: - einen Wärmebehandlungsschritt (ΔtW), bei dem eine noch ungehärtete Platine (19) bis auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur (Ac3) erwärmt wird, - einem Einlageschritt (te), bei dem die Platine (19) im Heißzustand in ein Umformwerkzeug (13) eingelegt wird, wobei der materialdicke Blechbereich (7) und der materialdünne Blechbereich (9) jeweils eine lokale Einlagetemperatur (ϑe1, ϑe2) aufweisen, - einem Presshärteschritt (ΔtP), bei dem die in das Umformwerkzeug (13) eingelegte Platine (19) warmumgeformt und pressgehärtet wird, und zwar unter Bildung des Stahlblechteils (1), wobei der materialdicke Blechbereich (7) und der materialdünne Blechbereich (9) jeweils eine lokale Entnahmetemperatur (ϑe1, ϑe2) aufweisen, und - einem Entnahmeschritt, bei dem das Stahlblechteil (1) aus dem Umformwerkzeug (13) entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wärmebehandlungsschritt (Δtw) und dem Presshärteschritt (ΔtP) ein Vorkühlschritt erfolgt, bei dem der materialdicke Blechbereich (7) bis auf eine lokale Einlagetemperatur (ϑe1) lokal abgekühlt wird, wodurch ein Temperaturversatz (ΔTE) zwischen der lokalen Einlagetemperatur (ϑe1) des materialdicken Blechbereichs (7) und der lokalen Einlagetemperatur (ϑe2) des materialdünnen Blechbereichs (9) reduziert ist, und zwar im Vergleich zu einer Warmumformung ohne Vorkühlung.Method for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel part (1), which has at least one material-thick sheet metal area (7) with locally increased sheet thickness (S 1 ) and at least one material-thin sheet metal area (9) with locally reduced sheet thickness (S 2 ), which method has the following Process steps has: - a heat treatment step (Δt W ), in which a still unhardened blank (19) is heated to above the material-specific austenitization temperature (Ac3), - an insertion step (t e ), in which the blank (19) in the hot state in a forming tool (13) is inserted, with the material-thick sheet metal area (7) and the material-thin sheet metal area (9) each having a local insertion temperature (ϑ e1 , ϑ e2 ), - a press-hardening step (Δt P ), in which the material in the forming tool ( 13) inserted board (19) is hot-formed and press-hardened, namely to form the steel sheet part (1), wherein the material-thick sheet metal area (7) and the m Material-thin sheet metal area (9) each have a local removal temperature (ϑ e1 , ϑ e2 ), and - a removal step in which the sheet steel part (1) is removed from the forming tool (13), characterized in that between the heat treatment step (Δt w ) and the press hardening step (Δt P ) is followed by a pre-cooling step, in which the material-thick sheet metal area (7) is locally cooled down to a local insertion temperature (ϑ e1 ), whereby a temperature offset (ΔT E ) between the local insertion temperature (ϑ e1 ) of the material-thick sheet metal area (7) and the local insertion temperature (ϑ e2 ) of the material-thin sheet metal area (9) is reduced, compared to hot forming without pre-cooling. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkühlschritt derart ausgelegt ist, dass die lokale Einlagetemperatur (ϑe1) des materialdicken Blechbereichs (7) um einen Temperaturversatz (ΔTE) kleiner als die lokale Einlagetemperatur (ϑe2) des materialdünnen Blechbereichs (9) ist.procedure after claim 1 , characterized in that the pre-cooling step is designed in such a way that the local insertion temperature (ϑ e1 ) of the material-thick sheet metal area (7) is lower by a temperature offset (ΔT E ) than the local insertion temperature (ϑ e2 ) of the material-thin sheet metal area (9). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen Einlagetemperaturen (ϑe1, ϑe2) des materialdicken Blechbereichs (7) und des materialdünnen Blechbereichs (9) der Platine (19) oberhalb der Martensitstarttemperatur (Ms) liegen.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the local insertion temperatures (ϑ e1 , ϑ e2 ) of the material-thick sheet metal area (7) and the material-thin sheet metal area (9) of the blank (19) are above the martensite start temperature (Ms). Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmebehandlungsschritt (ΔtW) in einer Wärmebehandlungsvorrichtung (11) stattfindet, etwa einer Induktionserwärmungsanlage, einem Rollenherdofen oder einer konduktiven Erwärmungsanlage, und dass die in der Wärmebehandlungsvorrichtung (11) wärmebehandelte Platine (19) über eine Ofenauslaufstrecke (a) bis zu einer Zentrierstation (23) gefördert wird, in der die Platine (19) in einer vordefinierten Entnahmeposition positioniert wird, in der ein prozesssicheres Ergreifen der Platine (19) von einer Transfereinheit (25) gewährleistet ist, mittels der die Platine (19) zum Umformwerkzeug (13) transferiert und dort eingelegt wird.procedure after claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the heat treatment step (Δt W ) takes place in a heat treatment device (11), such as an induction heating system, a roller hearth furnace or a conductive heating system, and in that the blank (19) heat-treated in the heat treatment device (11) is discharged via a furnace outlet section (a) is conveyed up to a centering station (23), in which the circuit board (19) is positioned in a predefined removal position, in which a process-reliable gripping of the circuit board (19) by a transfer unit (25) is ensured, by means of which the circuit board (19) is transferred to the forming tool (13) and inserted there. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkühlschritt entlang der Ofenauslaufstrecke (a), in der Zentrierstation (23) und/oder in der Transfereinheit (25) erfolgt.procedure after claim 4 , characterized in that the pre-cooling step takes place along the furnace outlet section (a), in the centering station (23) and/or in the transfer unit (25). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkühlschritt durch Kontaktkühlung, etwa Plattenvorkühlung, erfolgt und/oder durch Konvektion mittels Luftdüsen (27), insbesondere Druckluftdüsen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pre-cooling step takes place by contact cooling, for example plate pre-cooling, and/or by convection by means of air nozzles (27), in particular compressed air nozzles. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Vorkühlschritt ein Platinen-Bereich (Z) lokal vorgekühlt wird, der nicht nur den materialdicken Blechbereich (7) der Platine (19), sondern auch einen Überstand (29) umfasst, der quer zur Blechdicken-Richtung den Rand des materialdicken Blechbereichs (7) überragt, um einen Temperatur-Gradienten, der zu einer ungewollten Wärmeleitung in den materialdicken Blechbereich (7) führt, zu minimieren.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the pre-cooling step, a blank area (Z) is locally pre-cooled, which not only includes the material-thick sheet metal area (7) of the blank (19), but also an overhang (29) that extends transversely protrudes beyond the edge of the material-thick sheet metal area (7) in the sheet thickness direction, in order to minimize a temperature gradient that leads to unwanted heat conduction in the material-thick sheet metal area (7). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (19) eine Patchplatine ist, die aus einer Trägerplatine (3) und aus zumindest einer damit gefügten Verstärkungsplatine (5) ausgebildet ist, und dass der materialdicke Blechbereich (7) durch eine Doppellage aus Trägerplatine (3) und Verstärkungsplatine (5) gebildet ist, und dass der materialdünne Blechbereich (7) ausschließlich durch die Trägerplatine (3) gebildet ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the board (19) is a patch board, which is formed from a carrier board (3) and at least one reinforcing board (5) joined thereto, and that the material-thick sheet metal area (7) is formed by a Double layer of carrier board (3) and reinforcement board (5) is formed, and that the material-thin sheet metal area (7) is formed exclusively by the carrier board (3). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die warmumformbare Platine (19) mit einer Zunderschutzschicht beschichtet ist, und dass insbesondere die Zunderschutzschicht eine AlSi-Schicht ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the hot-workable blank (19) is coated with an anti-scale layer, and in that in particular the anti-scale layer is an AlSi layer. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (19) als Tailored-Rolled-Blank (TRB) oder als Tailored-Welded-Blank (TWB) realisiert ist.Procedure according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that the circuit board (19) is implemented as a tailored rolled blank (TRB) or as a tailored welded blank (TWB). Prozessanordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Process arrangement for carrying out a method according to one of Claims 1 until 9 . Stahlblechteil (1), das in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist.Sheet steel part (1) in a method according to any one of Claims 1 until 10 is made.
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DE102009051822B3 (en) 2009-11-04 2011-03-31 Audi Ag Method for the production of sheet metal plates with partial different stability characteristics, comprises heating a plate at a temperature, where the heated plate is brought to a shaping tool and then shaped and quenched
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