DE10246164B4

DE10246164B4 - Verfahren zum Herstellen von Strukturbauteilen

Info

Publication number: DE10246164B4
Application number: DE10246164.3A
Authority: DE
Inventors: Dr. Arns Wilhelm
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2022-10-03
Also published as: US20070119525A1; US7181948B2; DE10246164A1; US20040107757A1; US7546755B2

Abstract

Verfahren zum Herstellen von Strukturbauteilen mit über Ihren Verlauf unterschiedlicher Wandstärke durch Bereitstellen eines Metallbands, welches durch ein Verfahren zum flexiblen Walzen eines Metallbandes so hergestellt ist, dass über die Länge des Metallbandes Bandabschnitte mit unterschiedlicher, den jeweiligen Belastungen des Bauteils angepasster Banddicke erzielt wurden, und Zuschneiden von Platinen aus dem Metallband, dadurch gekennzeichnet, dass die so hergestellten Platinen in einem Warmformprozess zwischen zwei Werkzeugen durch Pressen zu der Endform der Strukturbauteile umgeformt und mit dem letzten Umformvorgang im Werkzeug durch schnelles Abkühlen gehärtet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Strukturbauteilen mit über Ihren Verlauf unterschiedlicher Wandstärke durch Bereitstellen eines Metallbandes, welches durch ein Verfahren zum flexiblen Walzen eines Metallbandes so hergestellt ist, dass über die Länge des Metallbandes Bandabschnitte mit unterschiedlicher, den jeweiligen Belastungen des Bauteils angepasster Banddicke erzielt wurden, und Zuschneiden von Platinen aus dem Metallband.
Sicherheitsrelevante Strukturbauteile im Automobilbau müssen einerseits ein optimiertes Deformationsverhalten im Falle eines Chrash aufweisen, andererseits sind sie ebenso wie andere im Fahrzeugbau eingesetzte Teile den Anforderungen des Leichtbaus unterworfen. Es besteht daher das Bestreben, dass die Strukturbauteile nicht mehr über ihren gesamten Verlauf eine einheitliche, an die Anforderungen der bei einem Chrash am stärksten belasteten Stelle angepasste Materialstärke besitzen, die unter den Gesichtspunkten des Leichtbaus an vielen Stellen des Strukturbauteils überflüssiges Gewicht verursacht. Vielmehr soll das Strukturbauteil nur noch in definierten Bereichen die benötigte festere Struktur haben, in anderen definierten Bereichen ist eine schwächere Struktur zur Einleitung von Deformationsenergie sogar gewünscht.
Zur Herstellung solcher an eine Crash-Situation möglichst optimal angepasster Strukturbauteile ist es bekannt, sogenannte patchwork Platinen einzusetzen, wie es beispielsweise in der DE 100 49 660 A1 offenbart wird. Die DE 100 49 660 A1 schlägt ein Verfahren vor, bei dem das Basisblech des Strukturteils mit einem Verstärkungsblech im Flachzustand lagedefiniert verbunden und dieses gepatchte Verbundblech anschließend vor dem Umformen mindestens auf etwa 800 bis 850°C erwärmt, rasch eingelegt, im Warmzustand zügig umgeformt und anschließend bei mechanischer Fixierung des Umformzustandes durch Kontaktierung mit dem von innen her zwangsgekühlten Umformwerkzeug definiert abgekühlt wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist der umständliche und kostentreibende Fügeprozeß zur Herstellung des Verbundblechs. Weiterhin ist ein Warmumform- und Presshärteverfahren aus der DE 101 49 220 C1 bekannt.
Neben dem Herstellen eines gepatchten Verbundbleches gehören Verfahren zum flexiblen Walzen eines Metallbandes zum Stand der Technik. Die DE 199 62 754 A1 offenbart ein Verfahren zum flexiblen Walzen eines Metallbandes, wobei das Metallband während des Walzprozesses geführt wird durch einen zwischen zwei Arbeitswalzen gebildeten und so einstellbaren Walzspalt, dass über die Länge des Metallbandes unterschiedliche Bandabschnitte mit unterschiedlicher Banddicke erzielt werden. Um temperaturbedingte Abweichungen im Dicken – und Längenprofil des Metallbandes zu vermeiden, wird eine Kompensation des auf das Metallband wirkenden Temperatureinflusses während des Walzens durchgeführt, um Abweichungen von der Solldicke und/oder Sollänge der einzelnen Bandabschnitte bei vorgegebener Endtemperatur des Metallbandes zu vermeiden. Werden die unterschiedlichen Dicken im Metallband anhand von Markierungen gekennzeichnet, wobei die Markierungen im Metallband zur genauen Positionierung der Schnittkontur verwendet werden, können diesem Metallband innerhalb enger Toleranzen reproduzierbar Platinen sowohl als Rechteck- als auch als Formplatine entnommen werden. Ein weiteres Walzverfahren ist beispielsweise aus der DE 100 41 280 A1 bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, flexibel gewalzte Metallbänder für die Herstellung von Strukturbauteilen in der Massenfertigung nutzbar zu machen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach werden die aus einem flexibel gewalzten Metallband mit definierten unterschiedlichen Dicken über seine Länge anhand der eingebrachten Markierungen zugeschnittenen Platinen in einem Warmformprozeß zu der Endform des Strukturbauteils umgeformt und mit dem letzten Umformvorgang im Werkzeug gehärtet. Dabei wird die Platine oder das bereits aus der Platine vorgeformte Strukturbauteil während des letzten Umformvorgangs beispielsweise zwischen zwei Werkzeuge gepresst. Das Pressen erfolgt in weniger als 5 Sekunden, damit das Formen abgeschlossen ist, bevor das erwünschte Härtungsgefüge erhalten wird. Das Kühlen wird so schnell durchgeführt, dass sich das erwünschte feinkörnige martensitische und/oder bainitische Gefüge ergibt. Die Abkühlgeschwindigkeit hängt dabei von der Zusammensetzung des verwendeten Stahls im Einzelnen, das heißt von dem ZTU Diagramm ab, wobei die Abkühlung indirekt erfolgt. Am Ende der schnellen Abkühlung befindet sich das Werkstück immer noch in der Presse. Da die Presse während des Abkühlens auch als Einspannvorrichtung dient, hat das erhaltene Endprodukt gute Maßhaltigkeit.
Die Anwendung des Warmformverfahrens auf eine aus einem Metaliband mit über seine Länge unterschiedlicher Dicke hergestellten Platine ermöglicht die Herstellung von Warmformteilen mit fast beliebigem Verlauf der Blechdicke, wobei je nach Bauteilanforderung eine Gewichtseinsparung von 20 bis 50% möglich ist. Durch gezielte Schwächung des Bauteils kann das Faltverhalten gesteuert werden. Zudem ist die Blechdicke und damit die Tragfähigkeit der Warmformteile flexibel einstellbar, was eine schnelle Reaktion auf geänderte Bauteilanforderungen beispielsweise nach einem Crash-Test ermöglicht. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die geforderte Blechdicke wesentlich genauer eingehalten werden als bei Verwendung eines handelsüblichen Kalt- oder Warmbandes. Da die Blechdicke die Biegesteifigkeit und damit das Faltverhalten von Strukturbauteilen stark überproportional beeinflusst, ist eine deutlich verbesserte Reproduzierbarkeit und Berechenbarkeit von Crashtestergebnissen zu erwarten. Im Gegensatz zur Verwendung einer Platine aus einem gepatchten Verbundblech kann der Fügeschritt, der zur Herstellung des Verbundblechs nötig ist, entfallen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass beim Schneidvorgang in den dünneren Bereichen der Platine Formelemente als Stapelhilfen zum Ausgleich des Blechdickenunterschieds eingebracht werden. Bei diesen Formelementen kann es sich beispielsweise um Sicken handeln, die dann bei jeder zweiten Platine im Stapel versetzt aufeinander liegen. Dies erleichtert den Fertigungsablauf vom Herstellen des Metallbandes über die Entnahme der Platinen aus dem Band bis hin zum Transport der gestapelten Platinen zum Umformwerkzeug.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Strukturbauteilen mit über Ihren Verlauf unterschiedlicher Wandstärke durch Bereitstellen eines Metallbands, welches durch ein Verfahren zum flexiblen Walzen eines Metallbandes so hergestellt ist, dass über die Länge des Metallbandes Bandabschnitte mit unterschiedlicher, den jeweiligen Belastungen des Bauteils angepasster Banddicke erzielt wurden, und Zuschneiden von Platinen aus dem Metallband, dadurch gekennzeichnet, dass die so hergestellten Platinen in einem Warmformprozess zwischen zwei Werkzeugen durch Pressen zu der Endform der Strukturbauteile umgeformt und mit dem letzten Umformvorgang im Werkzeug durch schnelles Abkühlen gehärtet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Bandabschnitte mit unterschiedlicher Banddicke im Band durch eine Markierung gekennzeichnet ist, wobei die Markierung zur genauen Positionierung der Schnittkontur der Platinen verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schneiden in den dünneren Bereichen Formelemente als Stapelhilfen zum Ausgleich des Blechdickenunterschieds eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Formelemente Sicken eingezogen werden.