DE102021105576A1

DE102021105576A1 - Herstellungsverfahren eines warm umgeformten vorbestimmten Bauteils aus einem Blech

Info

Publication number: DE102021105576A1
Application number: DE102021105576.8A
Authority: DE
Inventors: Markus Pfestorf
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2022-09-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren eines warm umgeformten vorbestimmten Bauteils aus einem Blech vorgeschlagen, bei welchem zunächst ein Blech bereitgestellt wird. Anschließend wird das Blech in einem Ofen erhitzt, insbesondere auf 900 bis 950°C, und daraufhin in einer Presse umgeformt. Ferner wird das Blech durch Abkühlen gehärtet, vorzugsweise mittels Abschrecken des Blechs in der Presse. Danach wird das Blech zu dem vorbestimmten Bauteil zugeschnitten. Abschließend wird das vorbestimmte Bauteil verzinkt. Dabei ist das bereitgestellte Blech mittels einer anorganischen Beschichtung beschichtet oder das bereitgestellte Blech wird nach dem Bereitstellen mittels einer anorganischen Beschichtung beschichtet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren eines warm umgeformten vorbestimmten Bauteils aus einem Blech.
In der Automobilindustrie werden in der Rohkarosserie warm umgeformte Bauteile verwendet. Dabei unterscheidet man im Wesentlichen drei Varianten. Zum einen werden unbeschichtete Bauteile verwendet, die im direkten Prozess aus einem ebenen Blech warm umgeformt und gehärtet werden. Alternativ wird das Blech im Stahlwerk mit einer Aluminium-Silizium-Schicht beschichtet und anschließend ebenfalls im direkten Prozess warm umgeformt und gehärtet. Dieser Fall stellt den mit deutlichem Abstand größten Marktanteil dar. Eine Nische bilden Bauteile aus Blech mit einer Zink-Eisen-Beschichtung, die ebenfalls im direkten Prozess warm umgeformt und gehärtet werden. Alternativ zum letztgenannten Verfahren werden verzinkte Bleche verwendet, die kalt umgeformt und fertig beschnitten werden. Danach wird das Bauteil erhitzt und in einem Werkzeug ausschließlich gehärtet. Diesen Prozess nennt man den zweistufigen Prozess. Als neues innovatives Verfahren wird das Herstellen von Bauteilen im direkten Prozess verfolgt, welche nachträglich elektrolytisch verzinkt werden. Für die Herstellung der Bauteile wird beispielsweise der Stahl 22MnB5 ohne eine Beschichtung verwendet. Die herzustellenden Bauteile werden im direkten Prozess warm umgeformt und anschließend elektrolytisch verzinkt. Problematisch dabei ist jedoch, dass im Umformprozess die Oxidschicht abplatzt, welche sich bei der Erhitzung auf ca. 900°C gebildet hat. Dies führt zu Riefen im Bauteil und insbesondere zu einem erhöhten Verschleiß am Werkzeug.
Beim Aufheizen der Platine im Ofen und beim anschließenden Transfer der Platine in den Ofen entsteht durch die Reaktion des Materials eine Zunderschicht. Zuerst bildet sich eine Haematitschicht aus, welche bei Raumtemperatur bzw. bis 300°C entsteht. Unter der Haematitschicht bildet sich bei einem weiteren Temperaturanstieg eine Magnetitschicht und ab 560°C bildet sich unter den zwei bestehenden Schichten eine Wüstitschicht. Bei der Umformung mehrerer Bauteile hintereinander im Werkzeug sammelt sich eine abplatzende Zunderschicht im Werkzeug an und führt, unter anderem auf Grund von Kaltaufschweißungen im Werkzeug, zu einer zunehmenden Bildung von Riefen und am Werkzeug selbst zu einem Verschleiß. Der Entstehungsort ist unter anderem abhängig von dem eigentlichen Umformprozess im Werkzeug und kann mehr oder weniger stark auftreten.
Der Zunder, der sich auf dem Bauteil während der Aufheizphase gebildet hat, haftet am Bauteil lose oder im Allgemeinen leicht an und wird im Umformprozess an Stellen höherer Flächenpressung zwischen Werkstück und Bauteil abgerieben. Ferner sammelt sich der Zunder bei der Herstellung mehrerer Bauteile im Werkzeug an. Grundsätzlich hat der Zunder selbst eine hohe Festigkeit und kann sowohl beim Abrieb von der Platine sowie auch durch Verschleppung zu einem hohen Verschleiß am Werkzeug führen. Selbst bei gehärteten Werkzeugen ist mit einem derartigen Verschleiß zu rechnen. Dies bedeutet, dass die Werkzeuge bzw. die verwendeten Einsätze ab einem gewissen Verschleiß instand gesetzt werden müssen. Dies kann durch Polieren, Abfräsen bzw. Ersatz durch eine neue Backe des Werkzeugs geschehen. Es ist offensichtlich, dass hier entsprechende Kosten entstehen bzw. das Werkzeug auch während dieser Phase nicht verwendet werden kann und derartige Instandsetzungsarbeiten bei der Produktion entsprechend berücksichtig werden müssen. In ganz besonderen Fällen der Umformung können sich die Riefen so stark ausbilden, dass ohne zusätzliche Instandsetzungsmaßnahmen in der Serienfertigung, wie beispielsweise einem Reinigen der Werkzeuge in Zyklen von 1 bis 2 Stunden bzw. 150 bis 360 Hubvorgängen des Werkzeugs, die Tiefe der Riefen in der Masse zunimmt und dass eine mechanische Schwächung des Bauteils entstehen kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren eines warm umgeformten vorbestimmten Bauteils aus einem Blech bereitzustellen, bei welchem eine Riefenbildung vermieden bzw. reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Herstellungsverfahren eines warm umgeformten vorbestimmten Bauteils aus einem Blech vorgeschlagen, bei welchem zunächst ein Blech bereitgestellt wird. Anschließend wird das Blech in einem Ofen erhitzt, insbesondere auf 900 bis 950°C, und daraufhin in einer Presse umgeformt. Ferner wird das Blech durch Abkühlen gehärtet, vorzugsweise mittels Abschrecken des Blechs in der Presse. Danach wird das Blech zu dem vorbestimmten Bauteil zugeschnitten. Abschließend wird das vorbestimmte Bauteil verzinkt. Dabei ist das bereitgestellte Blech mittels einer anorganischen Beschichtung beschichtet oder das bereitgestellte Blech wird nach dem Bereitstellen mittels einer anorganischen Beschichtung beschichtet.
Vorteilhaft daran ist, dass für die Prozessfolge des Warmumformens mit nachträglichem Verzinken ein anorganisch vorbeschichtetes Material verwendet wird. Die Beschichtung verhindert die Zunderbildung an der Platine, da diese die Oberfläche des Blechs von einer Sauerstoffzufuhr abschneidet, und reduziert auf diese Weise den Werkzeugverschleiß. Im Gegensatz zu einem verzunderten Bauteil wird durch die Beschichtung außerdem eine definierte Beschichtung für einen Beizprozess bereit gestellt, welche in einem kurzen Prozess abgebeizt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das Blech aus einem Stahl hergestellt ist, insbesondere aus 22MnB5 oder 20MnB8. Diese Materialien sind besonders günstig für die Herstellung von vorbestimmten Bauteilen in der Automobilindustrie und demnach ist es besonders vorteilhaft, bei diesen Materialien eine Riefenbildung zu vermeiden.
In einem Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens ist vorgesehen, dass eine ein- oder beidseitige Deckschicht aus einem weicheren Stahl auf dem Blech aufgetragen ist. In einer weiteren vorteilhaften Variante ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Blech ferner mit einer Aluminiumlegierung, vorzugsweise einer Aluminium-Silizium-Legierung (Al-Si), versehen ist. Dabei ist günstig, dass die Deckschicht und die Aluminiumlegierung einer Zunderbildung entgegenwirken und demnach auch die Riefenausbildung verringern.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird das Verzinken mittels Stückverzinken, Elektrogalvanisieren/elektrolytisches galvanisches Verzinken, kathodischem Tauchlackieren oder Lackieren durchgeführt. Diese Verfahren sind vorteilhaft bei der Anwendung in einem Herstellungsprozess einer Fertigungsstraße eines vorbestimmten Bauteils, um eine vorbestimmtes Bauteil zu verzinken.
In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird beim Bereitstellen des Blechs ein Endlosband/Coil oder eine Platine bereitgestellt. Diese Ausführungsformen des Blechs sind besonders günstig bei der Verarbeitung in einer Fertigungsstraße.
Ferner ist eine Ausführung günstig, bei welcher vor dem Erhitzen des Blechs in einem Ofen ein Schritt des Vorziehens durchgeführt wird, in welchem das Blech in einer weiteren Presse kalt umgeformt wird. Auf diese Weise kann neben einem direkten Herstellungsprozess des Warmumformens auch ein indirekter Herstellungsprozess durchgeführt werden. Ferner ist auch eine Kombination aus einem direkten und einem indirekten Herstellungsprozess Teil der vorliegenden Offenbarung. Besonders vorteilhaft dabei ist, dass mehrere Umformschritte hintereinander ermöglicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Herstellungsverfahrens ist vorgesehen, dass das Zuschneiden des Blechs zu dem vorbestimmten Bauteil mittels Laserschneiden oder Stanzen erfolgt.
Außerdem erfolgt in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel vor dem Verzinken des vorbestimmten Bauteils ein Abbeizen der anorganischen Beschichtung. Auf diese Weise wird die Oberfläche des vorbestimmten Bauteils zusätzlich vor einer Oxidation geschützt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens erfolgt das Erhitzen des Blechs in einem Durchlaufofen, vorzugsweise bei einer Temperatur von 900 °C bis 950°C. Ein Durchlaufofen ist besonders für ein Herstellungsverfahren in einer Fertigungsstraße geeignet.
Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Herstellungsverfahrens eines warm umgeformten vorbestimmten Bauteils aus einem Blech und
2 eine schematische Ansicht eines weiteren Herstellungsverfahrens eines warm umgeformten vorbestimmten Bauteils aus einem Blech.

Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
In 1 ist eine schematische Ansicht eines Herstellungsverfahrens eines warm umgeformten vorbestimmten Bauteils aus einem Blech dargestellt. Bei dem Herstellungsverfahren erfolgt zunächst das Bereitstellen eines Blechs in Schritt a).
Das Blech ist aus einem 22MnB5 Stahl hergestellt. Ferner ist eine beidseitige Deckschicht aus einem weicheren Stahl auf dem Blech aufgetragen. Darüber hinaus ist das Blech mit einer Aluminium-Silicium-Legierung (AI-Si) versehen. Außerdem wird das Blech als ein Endlosband/Coil bereitgestellt. Zusätzlich ist das bereitgestellte Blech mittels einer anorganischen Beschichtung beschichtet.
Anschließend wird das Blech in Schritt b) in einem Ofen erhitzt. Das Erhitzen des Blechs erfolgt in einem Durchlaufofen bei einer Temperatur von 900 °C bis 950°C. Daraufhin wird das erhitze Blech in Schritt c) in einer Presse umgeformt. Ferner wird das Blech in Schritt d) durch Abkühlen gehärtet, vorzugsweise mittels Abschrecken des Blechs in der Presse.
Danach wird das Blech in Schritt e) zu dem vorbestimmten Bauteil zugeschnitten. Das Zuschneiden des Blechs zu dem vorbestimmten Bauteil erfolgt mittels Laserschneiden. Abschließend wird das vorbestimmte Bauteil in Schritt f) mittels elektrolytischem/galvanischem Verzinken verzinkt.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Herstellungsverfahrens eines warm umgeformten vorbestimmten Bauteils aus einem Blech. Nachdem die wesentlichen Verfahrensschritte dieses Verfahrens dem vorstehend beschriebenen und in 1 dargestellten Verfahren gleichen, wird im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegangen.
Bei dem in 2 dargestellten Verfahren wird vor dem Erhitzen des Blechs in einem Ofen in Schritt b) ein Schritt des Vorziehens (V) durchgeführt, in welchem das Blech in einer weiteren Presse kalt umgeformt wird. Darüber hinaus erfolgt vor dem Verzinken des vorbestimmten Bauteils in Schritt f) ein Abbeizen (A) der anorganischen Beschichtung.

Claims

Herstellungsverfahren eines warm umgeformten vorbestimmten Bauteils aus einem Blech, das die Schritte umfasst: a. Bereitstellen eines Blechs, b. Erhitzen des Blechs in einem Ofen, insbesondere auf 900 °C bis 950 °C, c. Umformen des Blechs in einer Presse, d. Härten des Blechs durch Abkühlung, e. Zuschneiden des Blechs zu dem vorbestimmten Bauteil, f. Verzinken des vorbestimmten Bauteils, dadurch gekennzeichnet, dass das bereitgestellte Blech in Schritt a) mittels einer anorganischen Beschichtung beschichtet ist oder, dass das bereitgestellte Blech nach Schritt a) mittels einer anorganischen Beschichtung beschichtet wird.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Blech aus einem Stahl hergestellt ist, insbesondere aus 22MnB5 oder 20MnB8.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 2, wobei eine ein- oder beidseitige Deckschicht aus einem weicheren Stahl auf dem Blech aufgetragen ist.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei das Blech ferner mit einer Aluminiumlegierung, insbesondere einer Aluminium-Silicium-Legierung (Al-Si), versehen ist.
Herstellungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verzinken in Schritt f) mittels Stückverzinken, Elektrogalvanisieren/elektrolytischem galvanischem Verzinken, kathodischem Tauchlakieren oder Lackieren durchgeführt wird.
Herstellungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Bereitstellen des Blechs in Schritt a) ein Endlosband/Coil oder eine Platine bereitgestellt wird.
Herstellungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Erhitzen des Blechs in einem Ofen in Schritt b) ein Schritt des Vorziehens (V) durchgeführt wird, in welchem das Blech in einer weiteren Presse kalt umgeformt wird.
Herstellungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zuschneiden des Blechs zu dem vorbestimmten Bauteil in Schritt e) mittels Laserschneiden oder Stanzen erfolgt.
Herstellungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Verzinken des vorbestimmten Bauteils in Schritt f) ein Abbeizen (A) der anorganischen Beschichtung erfolgt.
Herstellungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erhitzen des Blechs in Schritt b) in einem Durchlaufofen erfolgt, vorzugsweise bei einer Temperatur von 900 °C bis 950°C.