DE10207132B4

DE10207132B4 - Verfahren zum bereichsweisen Verstärken eines Werkstückes mit einem Loch

Info

Publication number: DE10207132B4
Application number: DE10207132A
Authority: DE
Inventors: Masashi Toyota Ozawa
Original assignee: Aisin Takaoka Co Ltd
Current assignee: Aisin Takaoka Co Ltd
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2022-02-21
Also published as: JP2002241835A; US20020113041A1; DE10207132A1; US6742374B2

Abstract

Verfahren zum bereichsweisen Verstärken eines Werkstückes (1) mit einem Loch (100; 120) in einem Teilbereich, folgende Schritte umfassend:
– Bereitstellen eines Werkstückes (1) mit einem Loch (100, 120), welches aus einem Metallsubstrat mit einem wenigstens einen Teil des peripheren Bereiches (121) des Loches (100; 120) bildenden verstärkungs-erfordernden Teil (10) gebildet ist, und einer Matrize (3E; 3F; 3G);
– Erhitzen des verstärkungs-erfordernden Teiles (10) auf eine höhere Temperatur als den anderen Teil (18) des Werkstückes (1); und
– bereichsweises Verstärken des Werkstückes (1) durch Inkontaktbringen eines formgebenden Oberflächen-Bereiches der Matrize (3E; 3F; 3G) mit wenigstens dem verstärkungs-erfordernden Teil (10), gefolgt von Pressformen und gleichzeitigem Abschrecken nur des verstärkungs-erfordernden Teils (10) durch gezieltes Abkühlen der Matrize (3E, 3F, 3G).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum bereichsweisen Verstärken eines Werkstückes mit einem Loch, bei welchem der Teilbereich des Werkstückes, welcher die Verstärkung erfordert, verstärkt wird.
Der Hintergrund der Erfindung wird mit Bezug auf ein Werkstück mit einem Loch und in Bezug auf die Härtetechnik aufgrund des Spritzens von Kühlwasser als ein Beispiel unten erläutert.

Als Herstellungstechnik eines Werkstückes mit einem Loch ist eine Technik bekannt, welche einen Loch-herstellenden Schritt des Herstellens eines Loches durch eine Metallwerkstück-Platte bei einer erhöhten Temperatur und einen Bildeschritt des Bildens des peripheren Bereiches des Loches mit der formgebenden Oberfläche einer formgebenden Matrize in einen geformten Teil von zylindrischer Gestalt umfaßt, welcher schrittweise ausgeführt wird ( DE 198 82 558 T1).

Wie es ein plattenförmiges Werkstück mit einem verstärkungs-erfordernden Teil betrifft, welches bei Gebrauch einer mechanischen Spannung unterliegt, wurde kürzlich eine Technik des bereichsweisen Härtens des verstärkungs-erfordernden Teils durch Einspritzen von Kühlwasser in die Luft hin zum Hoch-Temperatur-erhitzten verstärkungs-erfordernden Teil bekannt.

Die nach dem Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung veröffentlichte Offenlegungsschrift DE 100 49 660 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung lokal verstärkter Ziehteile, bei dem das Basisblech des Strukturteils im Flachzustand mit dem Verstärkungsblech lagedefiniert verbunden und dieses gepatchte Verbundblech anschließend gemeinsam umgeformt wird. Das gepatchte Verbundblech wird vor dem Umformen auf etwa 800°C bis 850°C erwärmt, zügig umgeformt und anschließend durch Kontaktierung mit einem von innen her zwangsgekühlten Umformwerkzeug definiert angekühlt.

Die Offenlegungsschrift DE 197 43 802 A1 betrifft Verfahren zur Herstellung metallischer Formbauteile mit Bereichen höherer Duktilität, wobei partielle Bereiche einer Platine auf eine Temperatur von 900°C gebracht und anschließend in einem Pressenwerkzeug zum Formbauteil umgeformt und vergütet werden.

Die Offenlegungsschrift DE 197 23 655 A1 lehrt, ein Stahlblechprodukt in einem Paar von gekühlten Werkzeugen zu formen, solange es heiß ist, und das Produkt noch innerhalb der Werkzeuge in eine martensitische Struktur zu härten. Nach diesem Verfahren werden nach dem Härten Löcher in das Werkstück gestanzt.

Die Patentschrift US 2,744,746 lehrt eine gleichmäßige Wärmebehandlung, um harte und weiche Stellen in einem Werkstück zu eliminieren.

Die Patentschrift US 4,126,492 lehrt eine Wärmebehandlung eines Chromstahls mit anschließendem Presshärten zur Herstellung von Motorrad-Bremsscheiben mit einer bestimmten, nicht übermäßigen Härte.

Zusammenfassung der Offenbarung

Inzwischen ist der oben beschriebene periphere Bereich des Loches ein Teil, welcher mechanischer Spannung unterliegt, die während Gebrauchs lokalisiert werden soll. Aus diesem Grund gibt es im Fall des Gebrauchens eines Werkstückes unter solchen Umständen, dass eine im peripheren Bereich des Loches ausgeübte mechanische Spannung exzessiv wird, die Möglichkeit, dass der periphere Bereich des Loches beschädigt werden kann oder sich verschlechtert.

Andererseits gibt es gemäß der Technik des bereichsweisen Härtens des verstärkungs-erfordernden Teiles eines Werkstückes durch Spritzen von Kühlwasser durch die Luft hin zum verstärkungs-erfordernden Teil nach Aufheizen auf eine hohe Temperatur Beschränkungen, eine bereichsweise Verstärkung genau an der Stelle zu realisieren, da viel Kühlwasser auch auf den anderen Teil zusätzlich zum verstärkungs-erfordernden Teil gespritzt wird. Weiterhin kann im Werkstück verbleibendes Wasser Korrosion des Werkstückes und andere Defekte verursachen.

Die vorliegende Erfindung wurde unter solchen wie oben beschriebenen Umständen erzielt, und der allgemeine Zweck der Erfindung ist, ein Verfahren zum bereichsweisen Verstärken eines Werkstückes bereitzustellen, welches das bereichsweise Verstärken mit dem formgebenden Oberflächen-Bereich (Teil) einer formgebenden Matrize ermöglichen kann, wobei der verstärkungs-erfordernde Teil des Werkstückes den peripheren
Bereich eines Loches umfaßt, welches durch das Werkstück hindurch gebildet worden ist, und welches während Gebrauchs mechanischer Spannung unterliegt.

(1) Ein erstes Verfahren der Erfindung zum bereichsweisen Verstärken eines Werkstückes mit einem Loch umfaßt: einen Bereitsstellungsschritt des Bereitstellens (Vorbereitens) des Werkstückes, welches aus einem Metallsubstrat mit einem verstärkungs-erfordernden Teil gebildet worden ist, und eine formgebende Matrize; einen Heiz-Schritt des Erhitzens des verstärkungs-erfordernden Teiles auf eine höhere Temperatur als die an dem anderen Teil des Werkstückes angewandte Temperatur; und einen bereichsweisen Verstärkungsschritt des Abschreckens (Abschreckhärtens), um den verstärkungs-erfordernden Teil eines Werkstückes effektiver als den anderen Teil durch Inkontaktbringen des formgebenden Oberfläche-Bereiches der formgebenden Matrize mit wenigstens dem verstärkungs-erfordernden Teil zu verstärken, welches dann stark gepreßt wird. Diese Schritte werden in die Praxis in der Reihenfolge des Vorranges umgesetzt.

Gemäß des ersten Verfahrens der Erfindung wird der verstärkungs-erfordernde Teil des Werkstückes auf eine höhere Temperatur als die des anderen Teiles im Heizschritt aufgeheizt. Als Ergebnis ist es möglich, wenn der verstärkungs-erfordernde Teil in direkten Kontakt mit dem formgebenden Oberfläche-Bereich (Teil) des Formwerkzeuges bzw. Matrize oder Gesenk gebracht wird, und dann in dem bereichsweisen Verstärkungsschritt stark gepreßt wird, welcher einen Nachheizschritt darstellt, die Kühlrate des verstärkungs-erfordernden Teiles im Vergleich zu der des anderen Teiles des Werkstückes zu erhöhen. Demgemäß kann der verstärkungs-erfordernde Teil effektiver abgeschreckt und verstärkt werden als der andere Teil. In dem durch Abschrecken verstärkten Teil tritt eine Erhöhung der Zugfestigkeit und/oder Härte auf.

(2) Ein zweites Verfahren der Erfindung zum bereichsweisen Verstärken eines Werkstückes mit einem Loch umfaßt: einen Bereitstellungs-(Vorbereitungs-) Schritt des Werkstückes, welches aus einem Metallsubstrat mit einem verstärkungs-erfordernden Teil gebildet worden ist, und einer formgebenden Matrize mit einem formgebenden Oberflächen-Bereich zum Bilden des verstärkungs-erfordernden Teiles mit einer höhe ren Werkstück-Kühlleistung als der andere Teil; einen Heizschritt des Erhitzens des Werkstückes auf eine höhere Temperatur; und einen bereichsweisen Verstärkungsschritt des Abschreckens (Abschreckhärtens) des verstärkungs-erfordernden Teiles im Vergleich mit dem anderen Teil durch Inkontaktbringens des formgebenden Oberflächen-Bereiches der Matrize mit wenigstens dem verstärkungs-erfordernden Teil, welches dann stark gepreßt wird. Diese Schritte werden in die Praxis in dieser Reihenfolge umgesetzt.

Gemäß des zweiten Verfahrens der Erfindung hat der formgebende Oberflächen-Bereich (d.h. Teil) der formgebenden Matrize eine höhere Werkstück-Kühlleistung als die des anderen Teiles. Als Ergebnis kann die Kühlrate des verstärkungs-erfordernden Teiles des Werkstückes bereichsweise erhöht werden im Vergleich mit dem anderen Teil in dem bereichsweisen Verstärkungsschritt durch Inkontaktbringen des formgebenden Oberflächen-Bereiches der formgebenden Matrize und dann starkem Pressen mit dem verstärkungs-erfordernden Teil. Demgemäß kann der verstärkungs-erfordernde Teil wirksamer abgeschreckt und verstärkt werden als der andere Teil. In dem durch Abschrecken verstärkten Teil tritt eine Erhöhung der Zugfestigkeit und/oder Härte auf.

Kurze Erläuterung der Zeichnungen
1: Querschnittsansicht, welche zur Illustration schematisch den Heizzustand eines Werkstückes zeigt.
2: Querschnittsansicht, welche zur Illustration schematisch den Bildezustand eines Werkstückes mit einer formgebenden Matrize zusammen mit dem Abschrecken darstellt, um dasselbe bereichsweise zu verstärken.
3: Querschnittsansicht, welche zur Illustration schematisch den Bildezustand eines Werkstückes mit einer formgebenden Matrize zusammen mit dem Abschrecken darstellt, um dasselbe bereichsweise zu verstärken.
4: Querschnittsansicht, welche zur Illustration schematisch den Bildezustand eines Werkstückes mit einer formgebenden Matrize zusammen mit dem Abschrecken darstellt, um dasselbe bereichsweise zu verstärken.
5: Querschnittsansicht, welche zur Illustration schematisch den Heizzustand eines Werkstückes darstellt.
6: Querschnittsansicht, welche zur Illustration schematisch den Bildezustand eines Werkstückes mit einer formgebenden Matrize zusammen mit dem Abschrecken darstellt, um dasselbe bereichsweise zu verstärken.
7: Querschnittsansicht, welche mit einem Beispiel der Erfindung in Verbindung gebracht wird, und welche schematisch den Bildezustand eines Werkstückes mit einer formgebenden Matrize zusammen mit dem Abschrecken darstellt, um dasselbe bereichsweise zu verstärken.
8: Querschnittsansicht, welche mit einem weiteren Beispiel der Erfindung in Verbindung gebracht wird, und welche schematisch den Zustand des Anwendens von Induktionshitze an dem peripheren Bereich eines durch ein Werkstück hindurch gebildetes Loch mit einem elektrischen Leiter darstellt.
9: Querschnittsansicht, welche mit einem weiteren Beispiel der Erfindung in Verbindung gebracht wird, und welche schematisch den Bildezustand des peripheren Bereichs eines Loches darstellt, welches durch ein Werkstück hindurch mit einer formgebenden Matrize zusammen mit Abschrecken gebildet ist, um dasselbe bereichsweise zu verstärken.
10: Querschnittsansicht, welche mit einem anderen Beispiel der Erfindung in Verbindung gebracht wird, und welche schematisch den Bildezustand des peripheren Bereiches eines Loches darstellt, welches durch ein Werkstück hindurch mit einer formgebenden Matrize zusammen mit Abschrecken gebildet ist, um dasselbe bereichsweise zu verstärken.
11: Querschnittsansicht, welche zur Illustration schematisch den Zustand des Anwendens von Induktionshitze an dem äußeren peripheren Bereich eines Werkstückes mit einem elektrischen Leiter darstellt.
12: Querschnittsansicht, welche zur Illustration schematisch den Bildezustand des äußeren peripheren Bereiches eines Werkstückes mit einer formgebenden Matrize zusammen mit Abschrecken darstellt, um dasselbe bereichsweise zu verstärken.
13: Querschnittsansicht, welche zur Illustration schematisch ein Werkstück nach Preßformung darstellt.
14: Querschnittsansicht, welche zur Illustration schematisch den Heizzustand eines Werkstückes zeigt.
15: Querschnittsansicht, welche zur Illustration schematisch den Bildezustand eines Werkstückes darstellt mit einer formgebenden Matrize zusammen mit Abschrecken, um dasselbe bereichsweise zu verstärken.
16: Querschnittsansicht, welche zur Illustration schematisch das Erhitzens eines Werkstückes darstellt, wobei Elektrizität zu dem Werkstück geschickt wird, während es von Elektroden gehalten wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Gemäß der ersten und zweiten Verfahren der Erfindung zum bereichsweisen Verstärken eines Werkstückes kann wenigstens eine der folgenden Ausführungsformen, welche vom Umfang der Erfindung umfaßt werden, angewendet werden.
Das Grundmaterial eines Werkstückes ist Metall. Ein von dem Verfahren der Erfindung vorbereitetes Werkstück kann ein solches z.B. in Automobilfahrzeugen und dergleichen als auch ein in industriellen Ausrüstungen benutztes sein. Für die Erfindung verwendbares Metall umfaßt Material auf Eisenbasis, wie z.B. unlegierter Stahl und legierter Stahl, aber ist nicht auf diese Materialien begrenzt, und gelegentlich Materialien auf Titan-, Aluminium-, Magnesium- oder Kupferbasis. Im Fall des Gebrauchens von Material auf Eisenbasis (im allgemeinen Stahl) kann Stahl mit hoher Zugfestigkeit vorzugsweise als Werkstück verwendet werden. Die Gestalt eines Werkstückes ist nicht besonders beschränkt. Ein typisches benutzbares Werkstück ist plattenförmig und umfaßt ein Verstärkungsglied, welches manchmal "Verstärkung(sglied)" genannt wird, zum Anbringen und Verstärken des Körpers von Fahrzeugen und industriellen Ausrüstungen. Ein brauchbares Werkstück weist ein Loch auf.
Der verstärkungs-erfordernde Teil des Werkstückes unterscheidet sich in Abhängigkeit von seinen Anwendungen und kann ein lineares eindimensionales Teil, ein flächiges zweidimensionales Teil oder ein dreidimensionales Teil sein. Der verstärkungs-erfordernde Teil ist wenigstens ein Teil des peripheren Bereiches des durch das Werkstück hindurch gebildeten Loches. In diesem Fall entspricht der verstärkungs-erfordernde Teil wenigstens einem Teil des peripheren Bereiches des Loches, und die Arbeitsweise des Bildens des peripheren Bereiches des Loches mit dem formgebenden Oberflächen-Bereich der formgebenden Matrize in ein Formteil von Wand- oder Flanschgestalt (z.B. mit zylindrischer Gestalt) zusammen mit Abschreck-Verstärken des Formteiles kann eher als der andere Teil in dem bereichsweisen Verstärkungsschritt angewendet werden.
In dem Fall, wo das Werkstück aus einem auf Eisen basierenden Material gebildet ist, wird der verstärkungs-erfordernde Teil auf Temperaturen erhitzt von nicht weniger als dem A1-Umwandlungspunkt, um Austenit zu formen. Unter der Bedingung, daß das Werkstück aus auf Eisen basierenden Materialien gebildet ist, welche Kompositionselemente mit hoch multiplizierendem Faktor in der Härtbarkeit (z.B. ein oder mehrere Elemente aus Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Nickel, Chrom und Molybdän) enthalten, kann Abschreckverstärken (Verstärkung durch Abschrecken) effektiver gemacht werden.
Beispielhafte Heizmittel, die in dem Heizschritt anwendbar sind, umfassen Durchlauf- und Kammeröfen, elektrische Leiter wie z.B. Spulen für Hochfrequenzinduktionsheizen. Beispielhafte Heizatmosphären umfassen inerte Gasatmosphären mit Argon, Stickstoff und dergleichen, Umgebungsluftatmosphäre, Reduktionsatmosphäre mit Wasserstoff, CO oder dergleichen und Verbrennungs(abgas)gasatmosphäre. Unter der Bedingung, daß Hochfrequenzinduktionsheizen an dem Werkstück angewendet wird unter Benutzung einer Spule für diese Anwendung oder dergleichen, kann die Heizzeit extrem verkürzt werden, um die Hochtemperaturoxidation des Werkstückes zu unterdrücken, so daß Erhitzen in der Umgebungsluftatmosphäre durchgeführt werden kann. In dem Heizschritt können Heizmittel zum Bilden einer ersten Heizatmosphäre von hoher Temperatur und eine zweite Heizatmosphäre von relativ niedrigerer Temperatur als die der ersten Heizatmosphäre angewendet werden. In diesem Fall kann der verstärkungs-erfordernde Teil des Werkstückes auf eine höhere Temperatur erhitzt werden als der andere Teil durch Plazieren des verstärkungs-erfordernden Teiles in die erste Heizatmosphäre und des anderen Teiles in die zweite Heizatmosphäre. Der verstärkungs-erfordernde Teil des Werkstückes kann auf eine höhere Temperatur erhitzt werden als die an dem anderen Teil angewandte, und zwar auch durch Widerstandsheizen, welches durch elektrische Leitung zwischen Elektroden durch das Werkstück unter der Bedingung verursacht ist, daß wenigstens zwei Elektroden an dem Werkstück angebracht sind. Der zugeführte elektrische Strom zu den Elektroden kann direkt oder alternierend sein. Beispielhafte alternierende Ströme umfassen Hochfrequenzströme. Die Frequenz des Hochfrequenzstromes kann den Umständen entsprechend geändert werden.
Der Ausdruck "formgebende Matrize" bezieht sich auf die formgebende Matrize, welche ein Werkstück in jede beliebige Form preßformen kann. Eine brauchbare formgebende Matrize kann eine sein, welche eine obere und eine untere Matrize (Matrizenglieder) aufweist, und es kann eine Matrize zum Graten verwendet werden. Ein brauchbarer formgebender Teil der formgebenden Matrize zum Bilden des verstärkungs-erfordernden Teiles des Werkstückes hat eine Zusammensetzung mit höherer Werkstückkühlleistung als die des anderen Teiles. Demgemäß kann diese Bilde-Einheit oder -Einheiten eine Zusammensetzung mit Kühlmitteln zum zwangsläufigen Kühlen des Formteiles aufweisen. Der formgebende Teil kann außerdem aus einem Material gemacht oder so konstruiert werden, daß es eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweist als das des anderen Teiles.
Ein Abschrecken des verstärkungs-erfordernden Teiles des Werkstückes, welches auf eine hohe Temperatur erhitzt wurde bei Berührung mit dem formgebenden Oberflächen-Bereich der formgebenden Matrize, macht es möglich, den verstärkungs-erfordernden Teil bereichsweise zu verstärken. Die Verstärkung durch Abschrecken (d.h. Abschreck-Verstärken) kann durch Strahlen (Feinen) von Kristallkörnern der Metallstruktur, Härten oder einer Kombination davon errreicht werden. Im Falle eines Werkstückes aus auf Eisen basierendem Material umfaßt Härten auch Transformation in Troostit, Bainit oder eine andere Metallstruktur zusätzlich zur Transformation in Martensit. Im Falle des Erhitzens des verstärkungs-erfordernden Teiles im Heizschritt gefolgt von Abschrecken tritt wenigstens eines der Phänomene wie z.B. Strahlen (Feinen) von Kristallkörnern der Metallstruktur, Transformation in oder Erzeugung oder Martensit, Troostit oder Bainit auf. Im allgemeinen kann, wenn die Übergangsrate (Geschwindigkeit) bei einem Transformationspunkt der Temperatur, welche den Transformationspunkt von der hohen Temperaturseite zur niedrigen Temperaturseite durchläuft, d.h. wenn die Kühlrate hoch ist, das Feinen der Kristallkörner erzielt werden.
Es ist bevorzugt, in dem bereichsweisen Verstärkungsschritt den verstärkungs-erfordernden Teil in einen geformten Teil zusammen mit Abschrecken zu preßformen, um den verstärkungs-erfordernden Teil zu verstärken. Die Gestalt des geformten Teiles ist nicht besonders beschränkt und kann eine zylindrische Wand, U-förmig (oder U-förmig mit rechteckigen unteren Ecken), L-förmig oder eine aufgebogene Konfiguration nach dem Einschneiden, einer Aussparung oder Vertiefung irgendeines Profiles oder Gestalt oder irgendeine profilierte Konfiguration aufweisen.
Konkrete Beispiele der vorliegenden Erfindung werden unten mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erörtert. Einige Zeichnungen haben keine Schraffur, um die Darstellung nicht zu beeinträchtigen.
Das erste Beispiel als Ausführung der vorliegenden Erfindung wird unten mit Bezug auf 1 und 2 erläutert. Ein Werkstück 1, welches in diesem Beispiel benutzt wird, ist ein auf Eisen basierendem Material gebildetes Substrat und weist ein verstärkungs-erforderndes Teil 10 auf. In dem Heizschritt benutzte Heizmittel werden mit einem Ofenkörper 20 mit einem Ofenraum und in dem Ofenraum angeordneten Trennwänden 22 bereitgestellt. Die Heizatmosphäre in dem Ofenraum kann eine inerte Gasatmosphäre bestehend aus Argon, Stickstoff oder dergleichen, Umgebungsluftatmosphäre, reduzierende Atmosphäre mit Wasserstoff und/oder CO, oder Verbrennungs(abgas)gasatmosphäre gemäß den Umständen sein. Die Trennwand 22 ist vorzugsweise aus hitzeisolierendem Material gebildet. Die Trennwand 22 bildet eine erste Heizatmosphäre 23 von hoher Temperatur und eine zweite Heizatmosphäre 24 von niedrigerer Temperatur als die der ersten Heizatmosphäre 23. Dann wird im Heizschritt der verstärkungs-erfordernde Teil 10 des Werkstückes 1 auf eine höhere Temperatur als die des anderen Teiles 18 durch Plazieren des verstärkungs-erfordernden Teiles in die erste Heizatmosphäre 23 erhitzt und der andere Teil 18 in die zweite Heizatmosphäre 24, wie es in 1 gezeigt ist. Die Heiztemperatur des verstärkungs-erfordernden Teiles 10 wird wenigstens bei dem A1-Transformationspunkt kontrolliert (z.B. ungefähr 750 bis 1000°C), um Austenit zu erzeugen; und die des anderen Teiles 18 wenigstens bei dem A1-Transformationspunkt (z.B. ungefähr 600 bis 700°C), um so im wesentlichen kein Austenit zu erzeugen.
Ein Aufbau einer formgebenden Matrize (im folgenden "formgebende Matrize" genannt) 3, wie es in 2 gezeigt ist, zum Gebrauch in einem bereichsweisen Verstärkungsschritt wird aus einem Metall gebildet wie z.B. hitzebeständiger Stahl und dergleichen und ausgestattet mit einer unteren Matrize 31 (weibliche Matrize) mit einem Hohlraum 30 und eine oberen Matrize 36 (männliche Matrize) mit einer Stanzmatrizenteil (oder Stanzteil) 37, um in dem Hohlraum 30 eingeführt zu werden. In der unteren Matrize 31 ist ein Kühlabschnitt (oder -abschnitte) 4 als Kühlmittel gebildet. In der oberen Matrize 36 ist auch ein Kühlabschnitt (oder – abschnitte) 4 gebildet. Durch den Kühlabschnitt 4 fließt ein Kühlmedium wie z.B. Wasser, Nebel, Luft, Kühlmittel oder dergleichen, was ermöglicht, die obere Matrize 36 und die untere Matrize 31 zu kühlen.
Dann werden der formgebende Oberflächen-Bereich der oberen Matrize 36 und der formgebende Oberflächen-Bereich der unteren Matrize 31 in direkten Kontakt mit dem Werkstück 1 gebracht, um das Werkstück 1 unter der Bedingung zu preßformen, daß das Werkstück 1 zwischen der oberen Matrize 36 und der unteren Matrize 31 der formgebenden Matrize 3 in dem bereichsweisen Verstärkungsschritt angeordnet ist, d.h. dem Nachheizschritt. Insbesondere wird das Stanzmatrizenteil 37 der oberen Matrize 36 in den Hohlraum 30 der unteren Matrize 31 gepreßt. Dadurch kommen der formgebende Oberflächen-Bereich des Stanzmatrizenteiles 37 und der formgebende Oberflächen-Bereich der unteren Matrize 31 entsprechend des Hohlraumes 30 in direkten Kontakt mit dem verstärkungs-erfordernden Teil 10 des Werkstückes 1, und der verstärkungs-erfordernde Teil 10 wird kräftig gepreßt, um den verstärkungs-erfordernden Teil 10 in einen zylindrisch geformten Teil 17 zu prägen.
In diesem Fall ist die Kühlrate des verstärkungs-erfordernden Teiles 10 höher als die des anderen Teiles 18 des Werkstückes 1, da der verstärkungs-erfordernde Teil 10 auf eine höhere Temperatur als die des anderen Teiles 18 im Heizschritt erhitzt worden ist. Demgemäß wird der verstärkungs-erfordernde Teil 10 abgeschreckt und verstärkt wie im Vergleich mit dem anderen Teil 18. Deshalb wird der geformte Teil 17 des Werkstückes 1, welches in dem verstärkungs-erfordernden Teil 10 gebildet ist, effektiver gehärtet und verstärkt als der andere Teil 17. Demgemäß kann, selbst in dem Fall, wo mechanische Spannung auf dem geformten Teil 17 bei Benutzung des Werkstückes 1 konzentriert ist, der Schaden und die Verschlechterung des geformten Teiles 17 unterdrückt werden.
Im allgemeinen ist der Verstärkungseffekt durch Abschrecken des anderen Teiles 18 geringer als der des verstärkungs-erfordernden Teiles 10 ungeachtet der Tatsache, daß der andere Teil 18 in Kontakt mit dem formgebenden Oberflächen-Bereich der oberen und unteren Matrize 36, 31 war, weil eine geringere Heiztemperatur an dem anderen Teil 18 angewendet wurde.
Zusätzlich kann gemäß des ersten Beispieles der Erfindung die Reduzierung von Herstellschritten realisiert werden, und es kann auch eine Reduzierung des Auffederns erwartet werden, da die Verstärkung durch Abschrecken des Formteiles 17 realisiert wird mit Preßformen in den geformten Teil 17 des Werkstückes 1 in dem bereichsweise Verstärkungsschritt.
3 stellt das zweite Beispiel der vorliegenden Erfindung dar. Die Zusammensetzung, Funktionen und Wirkungen dieses Beispieles sind im wesentlichen diegleichen wie die des oben beschriebenen ersten Beispieles. Gleiche Symbole entsprechen gleichen Elementen im ersten Beispiel. Erläuterung dieses Beispiels wird folgendermaßen gegeben, wobei auf den Unterschied zum ersten Beispiel näher eingegangen wird. Eine in 3 gezeigte formgebende Matrize 3B ist aus einem Metall wie z.B. hitzebeständiger Stahl und dergleichen gebildet und ausgestattet mit einer unteren Matrize 31 mit einem Hohlraum 30 und einer oberen Matrize 36 mit einem Stanzmatrizenteil 37, welches in den Hohlraum 30 eingeführt wird. Die in 3 gezeigte untere Matrize 31 ist ausgestattet mit einer ersten unteren Matrize 31A mit dem Hohlraum und einer zweiten unteren Matrize 31B, welche die erste untere Matrize 31A hält (oder aufnimmt). Die in 3 gezeigte obere Matrize 36 ist ausgestattet mit einer ersten oberen Matrize 36A mit dem Stanzmatrizenteil 37, welches in den Hohlraum 30 eingeführt wird und eine zweite obere Matrize 36B, welche die obere Matrize 36A hält. Als Kühlmittel wird ein Kühlabschnitt (oder -abschnitte) 4 gebildet durch die erste untere Matrize 31A hindurch, jedoch ist der Kühlabschnitt 4 nicht durch die zweite untere Matrize 31B hindurch gebildet.
Ein Kühlabschnitt 4 ist als Kühlmittel gebildet durch die erste obere Matrize 36A hindurch, aber der Kühlabschnitt 4 wird nicht durch die zweite obere Matrize 36B hindurch gebildet. In dem Kühlabschnitt 4 fließt ein Kühlmittel wie z.B. Wasser, Nebel, Luft, Kühlmittel oder dergleichen. Demgemäß haben in der formgebenden Matrize 3B die erste obere Matrize 36A und die erste untere Matrize 31A, welche eine Matrizeneinheit (Aufbau) zum Preßformen des verstärkungs-erfordernden Teiles 10 des Werkstückes 1 ausmachen, eine höhere Werkstückkühlleistung als die der zweiten unteren und oberen Matrizen 31B, 36B, welche die andere Einheit (oder Satz) der Matrize ausmachen. Als Ergebnis kann die Kühlrate des verstärkungs-erfordernden Teiles 10 höher gemacht werden als die des anderen Teiles 18 des Werkstückes 1 im Verlauf des direkten Inkontaktbringens der formgebenden Oberflächen-Bereiche der ersten oberen und unteren Matrizen 36A, 31A, welche die formgebende Matrize 3B ausmachen, mit dem verstärkungs-erfordernden Teil 10, gefolgt von kräftigem Pressen, um diesen Teil zu formen.
Wie oben beschrieben wird gemäß des vorliegenden Beispieles der verstärkungs-erfordernde Teil 10 des Werkstückes 1 auf eine höhere Temperatur als die des anderen Teiles (oder Teile) 18 in dem Heizschritt geheizt. Zusätzlich weisen die erste obere Matrize 36A und die erste untere Matrize 31A, von denen beide zum Preßformen des verstärkungs-erfordernden Teiles 10 in dem Nachheizschritt des bereichsweisen Verstärkungsschritt benutzt werden, eine höhere Werkstückkühlleistung auf als die der anderen Einheit der Matrize, d.h. der zweiten unteren Matrize 31B und der zweiten oberen Matrize 36B. Als Ergebnis ist die Kühlrate des verstärkungs-erfordernden Teiles 10 höher als die des anderen Teiles 18. Folglich wird der verstärkungs-erfordernde Teil 10 mehr abgeschreckt und verstärkt als der andere Teil 18.
4 stellt das dritte Beispiel der vorliegenden Erfindung dar. Die Zusammensetzung, Funktionen und Wirkungen dieses Beispiels sind im wesentlichen die gleichen wie die in dem oben beschriebenen zweiten Beispiel. Gleiche Symbole entsprechen gleichen Elementen in dem zweiten Beispiel. Eine Erläuterung dieses Beispieles wird im folgenden im Hinblick auf den Unterschied zum zweiten Beispiel gegeben. Eine formgebende Matrize 3C ist aus einem Metall wie z.B. hitzebeständiger Stahl und dergleichen gebildet und ausgestattet mit einer unteren Matrize 31, welche einen Hohlraum 30 aufweist und wie eine weibliche Matrize funktioniert, und eine obere Matrize 36, welche ein Stanzmatrizenteil 37 aufweist, um in den Hohlraum 30 eingeführt zu werden und wie eine männliche Matrize funktioniert.
Die erste untere Matrize 31A, welche zum Preßformen des verstärkungs-erfordernden Teiles 10 eines Werkstückes 1 benutzt wird, ist aus einem Material gebildet mit einer höheren thermischen Leitfähigkeit als die der zweiten unteren Matrize 31B. Gleichermaßen ist die erste obere Matrize 36A, welche zum Bilden des verstärkungs-erfordernden Teiles 10 benutzt wird, aus einem Material gebildet mit einer höheren thermischen Leitfähigkeit als die der zweiten oberen Matrize 36B. Zusätzlich wird ein Kühlabschnitt (oder -abschnitte) 4 als Kühlmittel durch die erste untere Matrize 31A hindurch gebildet, aber nicht in der zweiten unteren Matrize 31B hindurch gebildet. Der Kühlabschnitt (oder Abschnitte) 4 ist ebenso durch die erste obere Matrize 36A hindurch gebildet, aber nicht in der zweiten oberen Matrize 36B gebildet.
Folglich haben die erste obere Matrize 36A und die erste untere Matrize 31A, von denen beide eine Matrizeneinheit der formgebenden Matrize 3C ausmachen, welche zum Preßformen des verstärkungs-erfordernden Teiles 10 genutzt wird, eine höhere Werkstückkühlleistung als die der zweiten und oberen Matrizen 31B, 36B, welche die andere Einheit der formgebenden Matrize ausmachen. Als Ergebnis wird, wenn die entsprechenden formgebenden Oberflächen-Bereiche der ersten oberen und unteren Matrizen 36A, 31A, welche in der formgebenden Matrize 3C enthalten sind, in direkten Kontakt mit dem verstärkungs-erfordernden Teil 10 gebracht werden, gefolgt von kräftigem Pressen dieses Teiles, die Kühlrate des verstärkungs-erfordernden Teiles 10 höher als die des anderen Teiles 18 des Werkstückes 1. Demgemäß kann der verstärkungs-erfordernde Teil 10 effektiver abgeschreckt und verstärkt werden als der andere Teil 18.
Die 5 und 6 stellen das vierte Beispiel der vorliegenden Erfindung dar. Die Zusammensetzung, Funktionen und Wirkungen dieses Beispiels sind im wesentlichen die gleichen wie die des oben beschriebenen dritten Beispieles. Gleiche Symbole entsprechen gleichen Elementen aus dem dritten Beispiel. Ein in dem Heizschritt angewandtes Heizmittel 2 wird mit einem Ofenkörper 20 bereitgestellt mit einem Ofenraum, welcher eine Heizatmosphäre bereitstellt und ein Beförderungsrollsystem 5 mit einer Anzahl an rotierbaren Trägerrollen 50, welche als Beförderungsmittel wirken. In dem Heizschritt wird, wie in 5 gezeigt, ein Werkstück 1, welches auf dem Beförderungsrollsystem 5 plaziert ist, veranlaßt durch den Ofenraum des Ofenkörpers 20 mit einer vorbestimmten Rate zu passieren. Dadurch wird das gesamte Werkstück 1 fast gleichförmig erhitzt. Die Heiztemperatur des Werkstückes 1 wird gemäß den Umständen bestimmt, muß aber wenigstens die A1-Transformationstemperatur (z.B. innerhalb eines Bereichs von ungefähr 750 bis 1000°C) aufweisen.
Wie in 6 gezeigt ist, ist eine formgebende Matrize 3D, welche in dem bereichsweisen Verstärkungsschritt des Nachheizschrittes angewendet wird, ausgestattet mit einer unteren Matrize 31 mit einem Hohlraum 30 und einer oberen Matrize 36 mit einem Stanzmatrizenteil 37, welches in den Hohlraum 30 eingeführt wird. Wie in 6 gezeigt, wird ein Kühlabschnitt (oder -abschnitte) 4 als ein Kühlmittel durch eine erste untere Matrize 31A hindurch gebildet, jedoch nicht in einer zweiten unteren Matrize 31B. Der Kühlabschnitt (oder -abschnitte) 4 wird außerdem durch eine erste obere Matrize 36A hindurch gebildet, aber nicht in einer zweiten oberen Matrize 36B.
Zusätzlich ist die erste untere Matrize 31A, welche zum Preßformen des verstärkungs-erfordernden Teiles 10 des Werkstückes 1 benutzt wird, erfindungsgemäß aus einem Material mit einer höheren thermischen Leitfähigkeit gebildet als die der zweiten unteren Matrize 31B. Gleichermaßen ist die erste obere Matrize 36A, welche zum Preßformen des verstärkungs-erfordernden Teiles 10 benutzt wird, aus einem Material mit einer höheren thermischen Leitfähigkeit als die der zweiten oberen Matrize 36B gebildet. Und zwar sind die erste obere Matrize 36A und die erste untere Matrize 31A aus einem Material mit einer relativ hohen thermischen Leitfähigkeit gebildet und die zweite obere Matrize 36B und die zweite untere Matrize 31B sind aus einem Material mit einer relativ niedrigen thermischen Leitfähigkeit gebildet.
Demgemäß haben in der formgebenden Matrize 3D die erste obere Matrize 36A und die erste untere Matrize 31A, von denen beide eine Einheit (oder Satz) der formgebenden Matrize ausmachen, welche zum Bilden des verstärkungs-erfordernden Teiles 10 benutzt wird, eine höhere Werkstückkühlleistung als die der zweiten oberen und unteren Matrizen 36B, 31B, welche die andere Einheit der formgebenden Matrize ausmachen. Als Ergebnis kann, in dem Fall, wo die entsprechenden formgebenden Oberflächen-Bereiche der ersten oberen und unteren Matrizen 36A, 31A, welche in der formgebenden Matrize 3D eingeflossen sind, in direkten Kontakt mit dem verstärkungs-erfordernden Teil 10 des Werkstückes 1 kommen, gefolgt von kräftigem Pressen in dem bereichsweisen Verstärkungsschritt (d.h. einem Nachheizschritt), die Kühlrate des verstärkungs-erfordernden Teiles 10 höher gemacht werden als die des anderen Teiles 18 des Werkstückes 1.
Wie oben erörtert, wird gemäß den Verfahren dieses Beispiels das Werkstück 1 insgesamt auf eine hohe Temperatur im Heizschritt geheizt, so daß die erste obere Matrize 36A und die erste untere Matrize 31A, von denen beide eine Einheit der formgebenden Matrize 3D zum Bilden des verstärkungs-erfordernden Teiles 10 des Werkstückes 1 ausmachen, jeweils eine höhere Werkstückkühlleistung aufweisen als die der zweiten unteren und oberen Matrizen 31B, 36B, welche die andere Einheit der formgebenden Matrize ausmachen. Als Ergebnis wird die Kühlrate des verstärkungs-erfordernden Teiles 10 höher als die des anderen Teiles 18 des Werkstückes 1, so daß der verstärkungs-erfordernde Teil 10 effektiver abgeschreckt und verstärkt wird als der andere Teil 18.
Im allgemeinen kommt der andere Teil 18 des Werkstückes 1 in Kontakt mit den entsprechenden formgebenden Oberflächen-Bereichen der zweiten oberen und unteren Matrizen 36B, 31B, welche in der formgebenden Matrize 3D eingeschlossen sind, jedoch ist, wie oben dargelegt, die Werkstückkühlleistung der zweiten oberen und unteren Matrizen 36B, 31B relativ geringer als die der ersten oberen und unteren Matrizen 36A, 31A, so daß die Abschreck- und Verstärkungswirkungen des anderen Teiles 18 gering sind verglichen mit denen des verstärkungs-erfordernden Teiles 10.
7 stellt das fünfte Beispiel der vorliegenden Erfindung dar. Die Zusammenstellungen, Funktionen und Wirkungen dieses Beispiels sind im wesentlichen die gleichen wie die des oben beschriebenen ersten Beispieles. Gleiche Symbole entsprechen gleichen Elementen des ersten Beispieles. Eine Erörterung dieses Beispiels wird folgendermaßen im Hinblick auf den.
Unterschied zum ersten Beispiel gegeben. Eine formgebende Matrize 3E ist ausgestattet mit einer unteren Matrize 31E mit einem Hohlraum 30E, einer oberen Matrize 36E mit einem Stanzmatrizenteil 37E, welches in den Hohlraum 30E eingeführt wird, und eine Haltematrize (oder Rahmen) 38E zum Halten der oberen Matrize 36E. Die untere Matrize 31E und die Haltematrize 38E, welche in der formgebenden Matrize 3E integriert ist, haben jeweils einen Kühlabschnitt (oder – abschnitte) 4, welche als darin gebildete Kühlmittel wirken. Beim Gebrauch eines Werkstückes 1, von dem die Gesamtheit fast gleichförmig erhitzt worden ist, sind die obere Matrize 36E und die untere Matrize 31E, welche in der formgebenden Matrize 3E enthalten sind, so ausgeführt, daß sie niedergelegt werden unter der Bedingung, daß das Werkstück 1 zwischen den oberen und unteren Matrizen 36E, 31E angeordnet ist, welche die formgebende Matrize 3E ausmachen. Daraufhin wird das Werkstück 1 von dem Stanzmatrizenteil 37E gestanzt, um ein Loch 100 sofort, nachdem (d.h. nach 0,01 bis 1 Sek.) das Werkstück 1 geklammert wurde, von den entsprechenden formgebenden Oberflächen-Bereichen der Haltematrize 38E und der unteren Matrize 31E zu stanzen. Zu diesem Zeitpunkt wird der in dem peripheren Bereich des Loches 100 angeordnete verstärkungs-erfordernde Teil 10 des Werkstückes 1 in direkten Kontakt mit den formgebenden Oberflächen-Bereichen der Haltematrize 38E und der unteren Matrize 31E gebracht, um abgeschreckt zu werden, so daß die Kühlrate des verstärkungs-erfordernden Teiles 10 entsprechend des umfänglichen (peripheren) Bereiches des Loches 100 höher wird als die des anderen Teiles, und daher wird der verstärkungs-erfordernde Teil 10 effektiver abgeschreckt und verstärkt als der andere Teil 18.
Im allgemeinen wird mechanische Spannung eher auf die umgebende Fläche des Loches 100 während Gebrauchs des Werkstückes 1 konzentriert sein. Jedoch kann, unter der Bedingung, daß der verstärkungs-erfordernde Teil 10 auf dem peripheren Bereich des Loches 100 angeordnet ist, welches durch das Werkstück 1 hindurch gemacht wurde und in ein verstärktes geändert wurde, Schaden und Verschlechterung unterdrückt werden.
8 und 9 stellen das sechste Beispiel der vorliegenden Erfindung dar. Die Zusammenstellung, Funktionen und Wirkungen dieses Beispiels sind im wesentlichen die gleichen des oben beschriebenen ersten Beispiels. Gleiche Symbole bezeichnen gleiche Elemente des ersten Beispieles. Eine Erörterung dieses Beispiels wird folgendermaßen gemacht, wobei der Unterschied zum ersten Beispiel herausgehoben wird. Ein Werkstück 1 ist plattenförmig und hat ein Loch 120. In dem Heizschritt ist ein elektrischer Leiter 7 wie z.B. eine Spule für Induktionsheizen oder dergleichen nahe am peripheren Bereich 121 des Loches 120 angeordnet, und dann wird ein Hochfrequenzstrom an den Leiter 7 angelegt, um einen Wirbelstrom und eine Induktionsheizung lokal in dem peripheren Bereich 121 des Loches 120 zu erzeugen, welches durch das Werkstück hindurch gebildet wurde. Die Heiztemperatur ist nicht geringer als die des A1 Transformationspunktes (z.B. ungefähr im Bereich von 750 bis 1000°C). Die Fläche des Werkstückes 1 außerhalb des peripheren Bereiches 121 des Loches 120 wird im wesentlichen nicht geheizt.
Dann wird, wie in 9 gezeigt, eine formgebende Matrize 3F zum Herstellen eines Grates in das Loch 120 durch das Werkstück 1 gepreßt, um den peripheren Bereich 120 des Loches 121 zu bearbeiten, d.h. ein verstärkungs-erfordernder Teil 10, in direkten Kontakt mit der formgebenden Matrize 3F und plastische Deformation, wodurch ein zylindrisch geformter Teil 17 gebildet wird. Während der zylindrische geformte Teil 17 auf diese Art geformt wird, wird der periphere Bereich 121 des Loches 120, d.h. der verstärkungs-erfordernde Teil 10 abgeschrägt durch direkten Kontakt mit dem formgebenden Oberflächenbereich der formgebenden Matrize 3F. Demgemäß kann Preßformen in den geformten Teil 17 zusammen mit Abschrecken ausgeführt werden, um den geformten Teil 17 zu verstärken. Als Ergebnis wird der geformte Teil 17 effektiver abgeschreckt und verstärkt als der andere Teil 18. Als Kühlmittel wird ein Kühlabschnitt (oder -Abschnitte) 4 durch die formgebende Matrize 3F hindurch gebildet. In dem Kühlabschnitt 4 läuft ein Kühlmittel wie z.B. Wasser, Nebel, Luft, Kühlmittel oder dergleichen, um die formgebende Matrize 3F auf niedrigen Temperaturen zu halten. Dadurch kann das Herstellen eines Grates kontinuierlich ausgeführt werden. Obwohl mechanische Spannung hauptsächlich auf dem zylindrischen geformten Teil 17 des Werkstückes bei Gebrauch eines Werkstückes 1 anzutreffen ist, welches ein Loch 120 umgibt, ermöglicht das Verstärken des geformten Teiles 17, wie oben beschrieben, Schaden und Verschlechterung des geformten Teiles 17 zu unterdrücken. Das Werkstück 1 ist plattenförmig in diesem Beispiel, doch nicht auf diese eine Gestalt beschränkt, und kann rohrförmig oder kastenförmig sein oder jede andere gewünschte Form aufweisen.
Ein zylindrisch geformter Teil 17 kann in einer anderen Weise, wie in 10 dargestellt, durch Ziehen einer formgebenden Matrize 3G zum Ziehen aus einem Loch 120 gebildet werden, um den geformten Teil 17 zum Umgeben des Loches 120 eines Werkstückes 1 herzustellen, d.h. in direktem Kontakt des verstärkungs-erfordernden Teiles 10 mit der formgebenden Matrize 3G und dadurch plastischer Deformation. Ein Kühlabschnitt 4, in welchem ein Kühlmittel wie z.B. Wasser, Nebel, Luft, Kühlmittel oder dergleichen läuft, wird gebildet durch die formgebende Matrize 3G hindurch, so daß die formgebende Matrize auf niedrigen Temperaturen gehalten wird. Dadurch kann das Herstellen eines Grates ohne Unterbrechung (d.h. kontinuierlich) durchgeführt werden.
11 und 12 stellen das siebte Beispiel der vorliegenden Erfindung dar. Die Zusammenstellung, Funktionen und Wirkungen dieses Beispiels sind im wesentlichen die gleichen wie die des oben beschriebenen ersten Beispieles. Gleiche Symbole entsprechen gleichen Elementen des ersten Beispieles. Eine Erörterung dieses Beispiels wird folgendermaßen gemacht im Hinblick auf den Unterschied zum ersten Beispiel. Wie in 11 dargestellt, wird ein Werkstück 1 aus plattenförmigem Material gebildet. In dem Heizschritt wird ein elektrischer Leiter 7 wie z.B. eine Spule für Induktionsheizen oder dergleichen nahe des äußeren peripheren Bereiches 140 des Werkstückes 1 plaziert, und ein Hochfrequenzstrom wird an dem Leiter 7 angelegt, um Induktionsheizen lokal an dem äußeren peripheren Bereich 140 anzuwenden. Die Heiztemperatur ist nicht weniger als die des A1-Transformationspunktes (z.B. ungefähr innerhalb eines Bereiches von 750 bis 1000°C). Der Teil 18 des Werkstückes 1 wird im wesentlichen anders als der äußere periphere Bereich 140 nicht geheizt. Dann wird, bei Benutzung einer formgebenden Matrize 3F, welche mit einer unteren Matrize 31F und einer oberen Matrize 36F, wie gezeigt in 12, ausgestattet ist, der äußere periphere Bereich 140, welcher auf einer hohen Temperatur gehalten wird, in direkten Kontakt mit den entsprechenden formgebenden Oberflächen-Bereichen der unteren und oberen Matrizen 31F, 36F gebracht und in die Zielgestalt geformt, um einen geformten Teil 17 (verstärkungs-erfordernder Teil) herzustellen. In dieser Weise kommt der geformte Teil 17 des Werkstückes 1 in direkten Kontakt mit den entsprechenden formgebenden Oberflächen-Bereichen der unteren und oberen Matrizen 31F, 36F, welche die abzuschreckende formgebende Matrize 3F ausmachen, so daß der geformte Teil 17 wirksamer abgeschreckt und verstärkt wird als der andere Teil 18 des Werkstückes 1.
13 bis 15 stellen das achte Beispiel der vorliegenden Erfindung dar. Die Zusammenstellung, Funktionen und Wirkungen dieses Beispiels sind im wesentlichen die gleichen wie die des oben beschriebenen ersten Beispieles. 13 stellt ein Werkstück nach Preßformung dar. Wie in 13 dargestellt ist, weist das preßgeformte Werkstück 1K ein im wesentlichen U-förmiges Teil 160 auf, welches aus einer Bodenstrecke und zwei parallelen Strecken und Seitenflanschteilen 170 besteht, welche sich nach aussen von beiden Enden des U-förmigen Teiles 160 erstrecken. Der Zentralbereich in der longitudinalen Richtung (durch Pfeil X angedeutet) des Werkstückes 1K ist ein zweiter verstärkungs-erfordernder Teil 12, welcher bis zur höchsten Zugfestigkeit (z.B. 1500 MPa) haltbar sein muß. Ein Endbereich in der longitudinalen Richtung des Werkstückes 1K ist ein erster verstärkungs-erfordernder Teil 11, welcher bis zur nächsthöchsten Zugfestigkeit (z.B. 1000 MPa) haltbar sein muß. Der andere Endbereich in der longitudinalen Richtung des Werkstückes 1K ist ein dritter verstärkungs-erfordernder Teil 13, welcher bis zu einer relativ geringen Zugfestigkeit (z.B. 800 MPa) haltbar sein muß.
Wie in 14 gezeigt, ist ein Heizmittel 2K, welches in einem Heizschritt benutzt wird, mit Ofenkörper 20K mit einem Ofenraum und Trennwänden 22K, welche in dem Ofenraum angeordnet sind, bereitgestellt. Die Trennwände 22K bilden eine Heizatmosphäre 23K von hoher Temperatur, eine Heizatmosphäre 24K von geringerer Temperatur als die der Heizatmosphäre 23K, und eine Heizatmosphäre 25K von niedrigerer Temperatur als die der Heizatmosphäre 24K.
Dann wird der zweite verstärkungs-erfordernde Teil 12, welcher eine Haltbarkeit bis zu der höchsten Zugfestigkeit erfordert, in die Heizatmosphäre 23K mit der höchsten Temperatur in einem Heizschritt, wie gezeigt in 14, plaziert; der erste verstärkungs-erfordernde Teil 11, welcher eine Haltbarkeit bis zu der nächsthöchsten Zugfestigkeit erfordert, in die Heizatmosphäre 24K mit der zweithöchsten Temperatur plaziert; und der dritte verstärkungs-erfordernde Teil 13, welcher eine Haltbarkeit bis zu einer Zugfestigkeit erfordert, welche geringer als die der anderen Teile ist, in die Heizatmosphäre 25K mit einer Temperatur plaziert, welche relativ gering im Vergleich mit denen der anderen Teile ist. In dieser Weise wird der verstärkungs-erfordernde Teil 12, für welchen eine Haltbarkeit bei der höchsten Zugfestigkeit notwendig ist, einem Aufheizen auf eine höhere Temperatur als die der anderen Teile ausgesetzt.
Mit anderen Worten, es wird ein Verhältnis T2>T1>T3 aufgebaut, worin mit Bezug auf den Heizschritt die Heiztemperatur des zweiten verstärkungs-erfordernden Teiles 12 durch T2 ausgedrückt wird; die Heiztemperatur des ersten verstärkungs-erfordernden Teiles 11 T1; und die Heiztemperatur des dritten verstärkungs-erfordernden Teiles 13, T3. T1, T3 und T2 sind nicht geringer als die des A1-Transformationspunktes und verursachen die Erzeugung von Austenit.
Eine formgebende Matrize 3K, welche in diesem Beispiel benutzt wird und in 15 dargestellt ist, ist aus einem Material wie z.B. hitzefestem Stahl oder dergleichen gebildet, und ausgestattet mit einer unteren Matrize 31K mit einem Hohlraum und einer oberen Matrize 36K mit einem Stanzmatrizenteil, um in den Hohlraum eingeführt zu werden. Die untere Matrize 31K hat eine erste untere Matrize 31A, eine zweite untere Matrize 31B und dritte untere Matrize 31C. Die obere Matrize 36K hat eine erste obere Matrize 36A, eine zweite obere Matrize 36B und eine dritte obere Matrize 36C.
Wenn die Flußrate eines Kühlmediums wie z.B. Kühlwasser oder dergleichen, welches in einem Kühlabschnitt (oder – abschnitten) 4K, welcher durch die erste untere Matrize 31A hindurch gebildet ist, fließt, pro Zeiteinheit (z.B. Stunde) durch V1d ausgedrückt ist, wird eine Flußrate durch den Kühlabschnitt 4K, welcher in der zweiten unteren Matrize 31B gebildet ist, durch V2d ausgedrückt, und eine Flußrate durch den Kühlabschnitt 4K, welcher in der dritten unteren Matrize 31C gebildet ist, durch V3d ausgedrückt, wobei die Beziehung V2d>V1d>V3d aufgestellt wird.
Wenn die Flußrate eines Kühlmediums wie z.B. Kühlwasser oder dergleichen, welches in einem Kühlabschnitt 4K läuft, welcher durch die erste obere Matrize 36A angeordnet ist, pro Zeiteinheit durch V1u ausgedrückt wird, eine Flußrate durch den Kühlabschnitt 4K in der zweiten oberen Matrize 36B durch V2u ausgedrückt wird, und die Flußrate durch den Kühlabschnitt 4K in der dritten oberen Matrize 36C durch V3u ausgedrückt wird, wird die Beziehung V2u>V1u>V3u aufgestellt.
In diesem Beispiel werden die zweiten oberen und unteren Matrizen 36B, 31B der formgebenden Matrize 3K zum Bilden des zweiten verstärkungs-erfordernden Teiles 12 angewendet mit der höchsten Zugfestigkeit in dem Werkstück 1K und weisen die größte Werkstückkühlleistung auf. Die ersten oberen und unteren Matrizen 36A, 31A der formgebenden Matrize 3K werden zum Bilden des ersten verstärkungs-erfordernden Teiles 11 angewendet mit der zweithöchsten Zugfestigkeit in dem Werkstück 1K und weisen eine mittlere Werkstückkühlleistung auf. Die dritten oberen und unteren Matrizen 36C, 31C der formgebenden Matrize 3K werden zum Preßformen des dritten verstärkungs-erfordernden Teiles 13 angewendet mit einer niedrigsten Zugfestigkeit in dem Werkstück 1K und haben eine geringste Werkstückkühlleistung zum Kühlen des Werkstückes 1K.
Gemäß des oben beschriebenen Beispieles können die ersten, zweiten und dritten verstärkungs-erfordernden Teile 11, 12, 13 des Werkstückes 1K jeweils abgeschreckt und verstärkt werden. Der erste verstärkungs-erfordernde Teil 11 sollte am meisten abgeschreckt und verstärkt werden innerhalb des gesamten Werkstückes 1K. Der zweite verstärkungs-erfordernde Teil 12 sollte zu einem nächsthöheren Ausmaß innerhalb des gesamten Werkstückes 1K abgeschreckt und verstärkt werden.
In dem Heizschritt dieses Beispieles ist die Heiztemperatur des Werkstückes 1K bereichsweise verschieden von Teil (bereich) zu Teil. Jedoch repräsentiert dies nicht alle Fälle, und das gesamte Werkstück 1K kann fast gleichförmig auf nicht weniger als den A1-Transformationspunkt geheizt werden in Abhängigkeit von dem Material davon.
16 stellt das neunte Beispiel der vorliegenden Erfindung dar. Die Zusammenstellung, Funktionen und Wirkungen dieses Beispieles sind im wesentlichen die gleichen wie die in dem oben beschriebenen ersten Beispiel. Ein Werkstück 1 kann durch Widerstandsheizung geheizt werden, was durch Anlegen eines direkten Stromes verursacht wird, welcher zwischen den Elektroden 80 durch ein Werkstück 1 in einem Heizschritt fließt unter der Bedingung, daß eine Mehrzahl (wenigstens ein Paar) an Elektroden 80 aus einem leitenden Material angebracht und elektrisch mit dem Werkstück 1 verbunden ist. Ein Hochfrequenzstrom (alternierender Strom) kann auch dazu benutzt werden, um zwischen den Elektroden 80 zu fließen, um Widerstandsheizen anzuwenden und das Werkstück 1 zu erhitzen. Für den Fall des Anwendens eines Hochfrequenzstromes am Werkstück 1 werden im allgemeinen die entsprechenden Endoberflächenbereiche des Werkstückes 1, welche mit den Elektroden 80 verbunden sind, auf höhere Temperaturen aufgeheizt. Jedoch wird im Fall des Anwendens eines direkten Stromes an dem Werkstück 1 der Zentralbereich des Werkstückes 1 zwischen den Elektroden 80 auf höhere Temperaturen erhitzt. Falls notwendig, kann eine elektrisch leitfähige Schicht an der Grenzfläche zwischen dem Werkstück 1 und jeder der Elektroden 80 bereitgestellt werden.

Claims

Verfahren zum bereichsweisen Verstärken eines Werkstückes (1) mit einem Loch (100; 120) in einem Teilbereich, folgende Schritte umfassend: – Bereitstellen eines Werkstückes (1) mit einem Loch (100, 120), welches aus einem Metallsubstrat mit einem wenigstens einen Teil des peripheren Bereiches (121) des Loches (100; 120) bildenden verstärkungs-erfordernden Teil (10) gebildet ist, und einer Matrize (3E; 3F; 3G); – Erhitzen des verstärkungs-erfordernden Teiles (10) auf eine höhere Temperatur als den anderen Teil (18) des Werkstückes (1); und – bereichsweises Verstärken des Werkstückes (1) durch Inkontaktbringen eines formgebenden Oberflächen-Bereiches der Matrize (3E; 3F; 3G) mit wenigstens dem verstärkungs-erfordernden Teil (10), gefolgt von Pressformen und gleichzeitigem Abschrecken nur des verstärkungs-erfordernden Teils (10) durch gezieltes Abkühlen der Matrize (3E, 3F, 3G).
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Erhitzens umfasst: – Anwenden von Heizmitteln zum Bilden einer ersten Heizatmosphäre (23) mit einer höheren Temperatur und einer zweiten Heizatmosphäre (24) mit einer relativ niedrigeren Temperatur als die der ersten Heizatmosphäre (23), – Plazieren des verstärkungs-erfordernden Teiles (10) in der ersten Heizatmosphäre (23), beziehungsweise des anderen Teiles (18) des Werkstückes (1) in der zweiten Heizatmosphäre (24), wodurch der verstärkungs-erfordernde Teil (10) auf eine höhere Temperatur erhitzt wird als die des anderen Teiles (18).
Verfahren nach Anspruch 1, worin in dem Schritt des Erhitzens der verstärkungs-erfordernde Teil (10) durch Widerstandsheizen auf eine höhere Temperatur erhitzt wird als die des anderen Teiles (18) aufgrund von Stromleitung zwischen Elektroden (80) durch das Werkstück (1), und zwar unter der Bedingung, dass wenigstens zwei Elektroden (80) an dem Werkstück (1) angebracht sind.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, worin der formgebende Oberflächen-Bereich der Matrize (3) zum Bilden des verstärkungs-erfordernden Teiles (10) eine höhere Werkstückkühlleistung aufweist als der andere Teil der Matrize.
Verfahren zum bereichsweisen Verstärken eines Werkstückes (1) mit einem Loch (100; 120), die folgenden Schritte umfassend: – Bereitstellen eines Werkstückes mit einem Loch (100; 120), welches aus einem Metallsubstrat mit einem wenigstens einen Teil des peripheren Bereiches (121) des Loches (100; 120) bildenden verstärkungs-erfordernden Teil (10) gebildet ist, und einer Matrize (3E; 3F; 3G) mit einem formgebenden Oberflächen-Bereich zum Bilden des verstärkungs-erfordernden Teiles (10) mit einer höheren Werkstückkühlleistung als jener eines den anderen Teil (18) formenden Bereichs; – Erhitzen des Werkstückes (1) auf eine hohe Temperatur; und – bereichsweises Verstärken des Werkstückes (1) durch Inkontaktbringen des formgebenden Oberflächen-Bereiches der Matrize (3E; 3F; 3G) mit wenigstens dem verstärkungs-erfordernden Teil (10), gefolgt von Pressformen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in dem bereichsweisen Verstärkungsschritt der periphere Bereich (121) des Loches (100; 120) in Kontakt gebracht wird mit dem formgebenden Oberflächen-Bereich der Matrize (3E; 3F; 3G), um einen wandförmigen oder zylindrisch gebildeten Teil durch Preßformen zu bilden, und zwar gleichzeitig mit dem Abschrecken des geformten Teiles (10) durch gezieltes Abkühlen der Matrize (3E; 3F; 3G).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Formgebungsteil der Matrize (3E; 3F; 3G) zum Bilden des verstärkungs-erfordernden Teiles (10) mit Kühlmitteln (4) zum zwangsweisen Kühlen des Formgebungsteiles ausgerüstet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Formgebungsteil der Matrize (3E; 3F; 3G) zum Bilden des verstärkungs-erfordernden Teiles (10) aus einem Metall gebildet ist oder so konstruiert ist, daß er eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweist als der andere Teil der Matrize (3E; 3F; 3G).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Werkstück (1) aus einem auf Eisen basierendem Material gebildet ist, und der verstärkungs-erfordernde Teil (10) wenigstens auf die A1-Transformationstemperatur erhitzt wird.