DE19755964B4

DE19755964B4 - Verfahren zum Umformen eines plattenförmigen Rohteils, plattenförmiges Rohteil zur Verwendung bei einem Umformvorgang und Erzeugnis, das durch Umformen des plattenförmigen Rohteils hergestellt ist

Info

Publication number: DE19755964B4
Application number: DE19755964A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Sakurai; Taishi Yokohama Tarui; Takashi Zama Sugiyama
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1996-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2017-12-17
Also published as: GB2320216B; GB9726574D0; KR100263628B1; DE19755964A1; JPH10175024A; KR19980064169A; GB2320216A

Abstract

Verfahren zum Umformen eines plattenförmigen Rohteils (10; 210; 300) zu einem Erzeugnis (400; 500), das wenigstens ein Wandteil mit reduzierter Dicke aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Umformen das Rohteil (10; 210; 300) zumindest in Bereichen, in denen das Rohteilmaterial während des Umformvorgangs fließt und der Umformvorgang zu einer reduzierten Wandstärke des Erzeugnisses (400; 500) im Vergleich zur Wandstärke des Rohteils (10; 210; 300) führt, mit zumindest zwei Schweißbahnen (12; 212; 312) versehen wird, die sich zumindest im Wesentlichen in Richtung des während des Umformvorgangs auftretenden Materialfließens erstrecken.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen eines plattenförmigen Rohteils und ein plattenförmiges Rohteil zur Verwendung bei einem Umformvorgang sowie ein Erzeugnis, das durch Umformen des plattenförmigen Rohteils hergestellt ist.

Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Rohteil und ein Erzeugnis nach der Gattung der Ansprüche 19 und 27 sind aus der JP 61-60222 A bekannt. Dabei werden eine Vielzahl von linearen Schweißbahnen hoher Härte parallel zueinander an einem vorbestimmten Teil des Rohteils angeordnet, um einen lokalen Knickbereich vorzusehen, der bei Anwendung einer Knickkraft geknickt werden kann.

In der oben beschriebenen Technik werden die parallelen Schweißbahnen ohne Rücksicht auf den Metallfluss angeordnet, der verursacht wird, wenn das Rohteil umgeformt wird. Es ist wahrscheinlich, dass die Verarbeitungsfähigkeiten für das Tiefziehen mit einer derartigen im Stand der Technik beschriebenen Anordnung der Schweißbahnen beeinträchtigt werden, wenn das Rohteil einem Tiefziehen mit einer Schrumpfflanschbildung unterzogen wird.

Es ist allgemein bekannt, Schweißbahnen mit Hilfe eines Laserstrahls auf einem ebenen Metall-Rohteil anzuordnen, um das ebene Metall-Rohteil zu verstärken.

Eine technische Veröffentlichung „SOSEI TO KAKO, Vol. 16 No. 169 (1975-2)" erläutert auf. Seite 148 das lokale Vergüten eines Metallblechrohteils durch Induktionshärten, um die Festigkeit eines Teils des Rohteils zu erhöhen, der beim Tiefziehen leicht reißen könnte.

Beim Umformen des Rohteils zu einem fertigen Erzeugnis mit einer komplexen Konfiguration, wie zum Beispiel Fahrzeugteilen, ist es bei der Herstellung schwierig, zu erst einen großen Teil des Rohteils vor dem Tiefziehen mit Hitze zu behandeln und danach, wie in der oben genannten Veröffentlichung erläutert, einen kleinen Teil des Rohteils beim Induktionshärten mit Hitze zu behandeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Umformen eines plattenförmigen Rohteils, ein plattenförmiges Rohteil zur Verwendung beim Umformvorgang und ein Erzeugnis, das durch Umformen des plattenförmigen Rohteils hergestellt ist, anzugeben, wobei Risse in der Wand des fertiggestellten Erzeugnisses vermieden werden und ein gutes äußeres Erscheinungsbild sichergestellt wird.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1, 19 und 27 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird vor dem Umformen des Rohteils zumindest in Bereichen, in denen das Rohteilmaterial während des Umformvorgangs fließt und der Umformvorgang zu einer reduzierten Wandstärke des Erzeugnisses im Vergleich zur Wandstärke des Urteils führt, mit zumindest zwei Schweißbahnen versehen, die sich zumindest im Wesentlichen in Richtung des während des Umformvorgangs auftretenden Materialfließens erstrecken. Dadurch wird sichergestellt, dass keine Risse in der Wand des fertiggestellten Erzeugnisses auftreten. Außerdem weist das fertiggestellte Erzeugnis ein gutes äußeres Erscheinungsbild auf.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Darin zeigen:
1 eine Draufsicht eines ebenen Rohteils, das in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
2 eine schematische Querschnittansicht einer Vorrichtung zum Tiefziehen des Rohteils von 1, die eine Form, einen Stempel und ein durch einen Niederhalter gehaltenes Rohteil zeigt,
3 eine vergrößerte Querschnittansicht entlang der Linie 3-3 von 1.
4 ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen der Position der Außenenden der Schweißbahnen und dem Ziehverhältnis des Rohteils zeigt,
5 eine ähnliche Ansicht wie 1, die aber einen in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendetes Rohteil zeigt,
6 ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen dem Abstand zwischen den Schweißbahnen und einem Grenzziehverhältnis des Rohteils zeigt,
7 ein erläuterndes Diagramm einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das ein plattenförmiges Rohteil und eine Vorrichtung zum Tiefziehen des Rohteils zeigt,
8 eine schematische Teildraufsicht einer in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten Form,
9 eine schematische Teildraufsicht eines in der vierten Ausführungsform verwendeten Rohteils,
10 ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen dem Abstand der Schweißbahnen zueinander und dem Verhältnis der Dicke einer Seitenwand des fertigen Erzeugnisses zur ursprünglichen Dicke des Rohteils zeigt,
11 ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen der Länge der Schweißbahnen des fertigen Erzeugnisses und dem Verhältnis der Dicke einer Seitenwand zur ursprünglichen Dicke des Rohteils zeigt,
12 eine vergrößerte Teilquerschnittansicht der Vorrichtung und des Rohteils der dritten Ausführungsform entlang der im Rohteil gebildeten Schweißbahnen,
13 ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen der Breite der Schweißbahnen und dem Verhältnis der Ziehfestigkeit der Schweißbahnen gegenüber der des Basismetalls des Rohteils zeigt,
14 ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen der Einbrandtiefe der Schweißbahnen und dem Verhältnis der Ziehfestigkeit der Schweißbahnen gegenüber der des Basismetalls des Rohteils zeigt,
15 eine Ansicht von unten eines durch die erste Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung fertiggestellten Erzeugnisses,
16 eine Querschnittansicht entlang der Linie 16-16 von 15,
17 ist eine Teilansicht von unten eines durch die dritte Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gebildeten Erzeugnisses, und
18 eine Teilquerschnittansicht entlang der Linie 18-18 von 17, Mit Bezug auf 1 bis 18 werden im folgenden bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens zum Pressen eines plattenförmigen Rohteils zu einem Erzeugnis mit einem Flansch, ein durch das Verfahren fertiggestelltes Erzeugnis und ein für das Tiefziehen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ausgebildeter verstärktes Rohteil erläutert.
Wie in 15 und 16 gezeigt, weist das fertiggestellte Erzeugnis 400 eine Form auf, die einem Napf ähnlich ist. Das fertiggestellte Erzeugnis 400 ist aus einem plattenförmigen Metall-Rohteil hergestellt und umfasst eine kreisförmige Bodenwand 402, eine mit der Bodenwand verbundene zylindrische Seitenwand 404 und eine Bogenwand 406, die sich zwischen der Bodenwand 402 und der Seitenwand 404 erstreckt. Die Seitenwand 404 erstreckt sich im Wesentlichen vertikal zu der Bodenwand 402. Die Bogenwand 406 erstreckt sich winkelig von der gebogenen Peripherie der Bodenwand 402 radial nach außen, wobei sie die Bodenwand 402 und die Seitenwand 404 miteinander verbindet. Ein ringförmiger Flansch 408 erstreckt sich von der Seitenwand 404 winkelig und radial nach außen. Es sind wenigstens zwei in 15 und 16 mit dem Bezugszeichen 12 angegebene Schweißbahnen vorgesehen, um einen in seiner Dicke reduzierten Teil des fertiggestellten Erzeugnisses 400 zu verstärken, der sich über die gesamte Bogenwand 406, die Seitenwand 404 und die Bodenwand 402 erstreckt. Der in seiner Dicke reduzierte Teil wird durch die während des Tiefziehverfahrens am ebenen Rohteil angewendeten Ziehkraft verursacht. Jede Schweißbahn 12 wird unter Verwendung einer geeigneten Wärmequelle mit hoher Energiedichte gebildet, zum Beispiel unter Verwendung eines Laserstrahls, eines Elektronenstrahls oder ähnlichem. Dabei wird ein Teil des Rohteils einem derartigen Strahl ausgesetzt, durch die Hitze geschmolzen und darauf durch Selbstkühlung gehärtet, um eine Schweißbahn 12 zu bilden, die eine größere Härte als der übrige Teil 18 des Basismaterials aufweist. Auf diese Weise sind die Schweißbahnen 12 in das Rohteil eingebrannt.
Die wenigstens zwei Schweißbahnen erstrecken sich über die Bogenwand 406 und die Seitenwand 404 und enden vor der peripheren Kante des Flanschs 408. Die wenigstens zwei Schweißbahnen 12 sind entlang von Linien angeordnet, die sich radial von einem vorbestimmten Punkt in der Bodenwand 402 erstrecken. Die wenigstens zwei Schweißbahnen 12 erstrecken sich in einem Sektorenbereich der Bodenwand 402, der einen Zentrumswinkel von 180 Grad am vorbestimmten Punkt der Bodenwand 402 aufweist. Die wenigstens zwei Schweißbahnen 12 weisen auf dem Umfang gleiche Abstände zueinander auf, so dass sie sich in keinem anderen als dem vorbestimmten Punkt in der Bodenwand 402 schneiden. Jede der wenigstens zwei Schweißbahnen 12 weist ein Ende auf, das in einem Bereich positioniert ist, der sich über die Seitenwand 404 und den Flansch mit einem radialen Abstand zur peripheren Kante des Flanschs erstreckt, wobei das andere Ende in der Bodenwand 402 positioniert ist.
Insbesondere erstrecken sich in der in 15 und 16 gezeigten Ausführungsform acht lineare Schweißbahnen 12 radial vom Zentrum der Bodenwand 402 über die Bogenwand 406 und die Seitenwand 404. Jede der acht Schweißbahnen 12 weist ein Ende im Flansch 408 und ein entgegengesetztes Ende in der Bodenwand 402 auf. Diese Schweißbahnen 12 sind in das Rohteil eingebrannt und erstrecken sich, wie in 16 gezeigt, von einer Seite des Rohteils zur anderen. Die Schweißbahnen 12 sind nicht auf den durchgehenden Typ dieser besonderen Ausführungsform beschränkt, sondern können auch von einem nicht durchgehenden Typ sein, der eine Einbrandtiefe aufweist, die die reduzierte Dicke des fertiggestellten Erzeugnisses 400 ausreichend verstärken kann.
Die oben erläuterte Anordnung der Schweißbahnen 12 dient dazu, ein Reißen des fertiggestellten Erzeugnisses 400 zu verhindern, das durch einen Wandteil mit reduzierter Dicke verursacht wird, und um das fertiggestellte Erzeugnis 400 mit einem guten Erscheinungsbild zu versehen.
Mit Bezug auf 1 bis 3 wird das Verfahren zum Umformen eines plattenförmigen Rohteils zu einem, wie in 15 und 16 gezeigten, fertigen Erzeugnis 400 erläutert.
1 zeigt das plattenförmige Rohteil 10, das die Form einer Scheibe aufweist und aus einem Metallblech hergestellt ist. Im ersten Schritt des Verfahrens werden wenigstens zwei Schweißbahnen 12 im Rohteil 10 vorgeformt, so dass diese sich über den oben beschriebenen Wandteil mit reduzierter Dicke des Erzeugnisses entlang des Metallflusses des Wandteils mit reduzierter Dicke erstrecken und vor der Peripherie 16 des Rohteils 10 enden. Der Metallfluss wird durch die radiale Richtung des Rohteils 10 bei der plastischer Verformung während des weiter unten erläuterten Schrittes zum Tiefziehen des Verfahrens verursacht. In diesem Schritt werden vorbestimmte Teile des Rohteils 10 der oben genannten Wärmequelle mit hoher Energie, wie einem Laserstrahl, einem Elektronenstrahl oder ähnlichem, ausgesetzt. Die vorbestimmten Teile des Rohteils 10 werden unter der Hitze geschmolzen und schnell durch Selbstkühlung gekühlt, um die Schweißbahnen 12 zu bilden, die in den verbleibenden Teil 18 des Rohteils 10 eingebrannt sind. Die Wärmequelle mit hoher Energie ist sehr effektiv, wobei die geschmolzenen Teile des Rohteils 10 schnell kühlen. Insbesondere bei der Härtung eines Rohteils aus einem Stahlblech mit weniger Zusatzstoffen, wie Kohlenstoff, ist es nach der Wärmebehandlung erforderlich, das Rohteil schneller abzukühlen. Deshalb ist in diesem Fall vorzugsweise die oben genannte Wärmequelle mit hoher Energiedichte zu verwenden.
Bei dem ersten Verfahrensschritt des vorliegenden Verfahrens werden die wenigstens zwei Schweißbahnen 12 entlang von Linien angeordnet, die sich radial von einem vorbestimmten Punkt im Rohteil 10 erstrecken und vor der Peripherie 16 des Rohteils 10 enden. Die wenigstens zwei Schweißbahnen 12 erstrecken sich also in einem Bereich, der sich radial von einem vorbestimmten Punkt des Rohteils 10 zu einem vorbestimmten Teil mit einem radialen Abstand innerhalb der Peripherie 16 des Rohteils 10 erstreckt.
Insbesondere sind in der vorliegenden, in 1 gezeigten, Ausführungsform acht lineare Schweißbahnen 12 derart angeordnet, dass sie sich radial vom Zentrum 14 des Rohteils 10 nach außen erstrecken und vor der Peripherie 16 des Rohteils 10 enden. In dem ersten Verfahrensschritt werden die acht Schweißbahnen 12 mit auf dem Umfang gleichen Abständen zueinander in einem Sektor des Rohteils 10 angeordnet, der im vorbestimmten Punkt im Zentrum einen Zentrumswinkel von 180 Grad aufweist.
In dem ersten Verfahrensschritt werden die Schweißbahnen 12 derart angeordnet, dass sie einander an keinem anderen als dem vorbestimmten Punkt, d.h. im Zentrum 14 des Rohteils 10, schneiden. Die Schweißbahnen 12 können sich nicht innerhalb eines ersten und eines zweiten vorbestimmten Bereichs 22 und 24 des Rohteils 10 schneiden. Der erste vorbestimmte Bereich 22 wird während des darauffolgenden Schritts für das Bewegen des Stempels, wie in 2 gezeigt, in Kontakt mit einem gebogenen Oberflächenbereich PR eines zylindrischen Stempels P gebracht. Der gebogene Oberflächenbereich PR erstreckt sich zwischen einem Bodenoberflächenbereich PB und einem vertikalen Oberflächenbereich PW des Stempels P. Der zweite vorbestimmte Bereich 24 wird während des Schrittes für das Bewegen des Stempels in Kontakt mit dem vertikalen Oberflächenbereich PW des Stempels P gebracht. Zwischen dem ersten und dem zweiten vorbestimmten Bereich 22 und 24 ist ein äußerer Schulterkontaktbereich 30 des Rohteils 10 angeordnet, der während des Schritts zum Bewegen des Stempels P in Kontakt mit einem den vertikalen Oberflächenbereich PW und den gebogenen Oberflächenbereich miteinander verbindenden Schulterende RW des Stempels P gebracht wird.
Weiterhin wird jede der Schweißbahnen 12 derart angeordnet, dass jeweils ein Ende radial innerhalb der Peripherie 16 und im zweiten vorbestimmten Bereich 24 angeordnet ist, während das andere Ende in einem dritten vorbestimmten Bereich 20 des Rohteils 10 angeordnet ist, der während des Schritts zum Bewegen des Stempels P in Kontakt mit dem Bodenoberflächenbereich PB des Stempels P gebracht wird. Zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich 22 und 22 erstreckt sich ein innerer Schulterkontaktbereich 28 des Rohteils 10, der während des Schritts zum Bewegen des Stempels P mit dem den Bodenoberflächenbereich PB und den gebogenen Oberflächenbereich PR miteinander verbindenden Schulterende PB des Stempels P in Kontakt gebracht wird.
Die Schweißbahnen 12 sind, wie in 3 gezeigt, tief in das Rohteil 10 eingebrannt. Die Schweißbahnen 12 weisen jeweils eine Länge L, wie in 1 gezeigt, sowie eine Breite W und eine Tiefe T, wie in 3 gezeigt, auf. Die Länge L der Schweißbahnen 12 ist variabel so gewählt, dass die inneren Enden der Schweißbahnen 12 im dritten vorbestimmten Bereich 20 des Rohteils 10 und die äußeren Enden im zweiten vorbestimmten Bereich 24 mit einem radialen Abstand zur Peripherie 16 des Rohteils 10 angeordnet sind. Vorzugsweise liegt die Breite W der Schweißbahnen 12 in einem Bereich von 0,5 mm bis 2,0 mm, wobei die Tiefe T der Einbrandtiefe vorzugsweise mehr als die Hälfte der Dicke des Rohteils 10 ausmacht.
Dann wird das plattenförmige Rohteil 10 mit dem verstärkten Teil, der durch die wenigstens zwei Schweißbahnen 12 gebildet ist, für die folgenden Schritte im Verfahren vorbereitet. Mit der Anordnung der Schweißbahnen 12 wird die Zugverteilung im Rohteil 10 beim Tiefziehen in der Nähe der Schweißbahnen 12 geändert. Das plattenförmige Rohteil 10 weist deshalb eine größere Härte und einen höheren Widerstand gegen die Reduktion der Dicke auf, die durch den Ziehvorgang verursacht wird.
2 zeigt eine Vorrichtung zum Umformen des Rohteils 10 zu einem fertigen Erzeugnis 400, wie in 15 und 16 gezeigt. Die Vorrichtung enthält eine Form D gegenüber dem Stempel P sowie einen zwischen diesen angeordneten Niederhalter H. Der Stempel P weist eine zylindrische Form mit einer zentralen Achse x auf und ist dafür ausgebildet in der Richtung der Achse bewegt zu werden. Die Form D weist eine zylindrische Höhlung DC auf, die derart konfiguriert ist, dass sie den Stempel P aufnimmt. Der Niederhalter H weist ein zentrales Loch HB auf, das die Bewegung des Stempels P in und aus der Höhlung DC der Form D zulässt. In diesem Schritt wird das Rohteil 10 mit den Schweißbahnen 12 auf einer vorbestimmten Position auf der Fläche DF der Form D platziert, wobei das Zentrum 14 des Rohteils 10 mit dem zentralen Achse x des Stempels P ausgerichtet ist.
Nach dem Platzieren des Rohteils 10 auf der Form D wird der Niederhalter H gegen das auf der Form F platzierte Rohteil 10 gedrückt, um die Peripherie 16 des Rohteils 10 einzuspannen.
Nach dem Drücken des Niederhalters H gegen das Rohteil 10 wird der Stempel P in die Höhlung DC der Form D bewegt, um das Rohteil 10 entlang der Oberfläche des Stempels P zu ziehen und einen ringförmigen Flansch entlang der Peripherie 16 des Rohteils 10 zu bilden, wobei das Rohteil 10 an der Peripherie 16 gehalten wird.
Wenn sich der Stempel P in diesem Schritt in die Höhlung DC der Form D bewegt, wird das Rohteil 10 durch den Stempel P in die Form eines Teils Stempels P gezwungen, der das Rohteil 10 kontaktiert. Dabei wird das Rohteil 10 einer Ziehkraft ausgesetzt, die den Metallfluss in der radialen Richtung des Rohteils 10 verursacht. Das mit den wenigstens zwei Schweißbahnen 12 versehene Rohteil 10 wird weniger durch den Metallfluss beeinflusst, so dass das Rohteil 10 eine geringere durch den Metallfluss verursachte Reduktion der Dicke erfährt. Wenn der Schritt zum Bewegen des Stempels abgeschlossen ist, ist das in 15 und 16 gezeigte Erzeugnis 400 mit einem Flansch fertiggestellt.
5 zeigt ein plattenförmiges Rohteil 110 in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das sich bezüglich des Abstandes, den die Schweißbahnen 12 am Umfang zueinander aufweisen, von der ersten Ausführungsform unterscheidet. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen identische Teile, weshalb auf eine erneute Beschreibung dieser Teile verzichtet wurde.
Wie in 5 gezeigt, ist das plattenförmige Rohteil 110 aus einem Metallblech hergestellt und weist sechs lineare auf ihm ausgebildete Schweißbahnen 12 auf. Diese Schweißbahnen 12 sind am Umfang durch einen in 5 mit Q angegebenen Abstand am äußeren Schulterkontaktbereich 30 zueinander angeordnet, wobei dieser Abstand größer ist als der Abstand in der ersten in 1 gezeigten Ausführungsform. Der vorbestimmte Abstand liegt im Bereich zwischen 5 mm und 30 mm. Das plattenförmige Rohteil 110 mit den in ihm ausgebildeten Schweißbahnen 12 kann in denselben mit Bezug auf die erste Ausführungsform erläuterten Verfahrensschritten verwendet werden.
Die Verfahren der ersten und der zweiten Ausführungsform dienen dazu, die Leistung des Umformvorgangs zu steigern. Weiterhin kann mit den hier ausgeführten Verfahren die Reduktion der Dicke des Rohteils, die beim Tiefziehen verursacht wird, eingeschränkt werden. Auf diese Weise wird auch das Fließverhalten beim Tiefziehen des Rohteils verbessert.
Im Folgenden wird in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das fertiggestellte Erzeugnis 500 erläutert.
Das fertiggestellte Erzeugnis 500 ist ein aus einem hochfesten Stahlblech hergestelltes plattenförmiges Rohteil. Wie in 17 und 18 dargestellt, umfasst das fertiggestellte Erzeugnis 500 eine Bodenwand 502 mit einer gebogenen Peripherie. Die Bodenwand 502 weist eine Form auf, bei der wenigstens ein Eckbereich eine gebogene Peripherie bildet. Die Bodenwand 502 kann eine polygone Form mit Eckbereichen aufweisen, zum Beispiel eine rechteckige Form oder ähnliches. Das fertiggestellte Erzeugnis 500 umfasst auch eine mit der Bodenwand 502 verbundene Seitenwand 504 und wenigstens eine Bogenwand 506, die sich vom Eckbereich der Bodenwand winkelig und nach außen entlang der gebogenen Peripherie erstreckt und dann mit der Seitenwand 504 verbunden ist. Die Seitenwand 504 erstreckt sich im wesentlichen vertikal zur Bodenwand 502. Die Bogenwand 506 ist mit dem entsprechenden Eckbereich der Bodenwand 502 und mit der Seitenwand 504 verbunden. Ein Flansch 508 erstreckt sich winkelig von der Seitenwand 504 nach außen. Wenigstens zwei lineare Schweißbahnen 212 erstrecken sich über die Bodenwand 502, die entsprechende Bogenwand 506 und die Seitenwand 504 nach außen zu dem Flansch 508 und enden vor der peripheren Kante des Flanschs 508. Die wenigstens zwei Schweißbahnen 212 sind in das Rohteil eingebrannt. Insbesondere erstrecken sich die wenigstens zwei Schweißbahnen 212 radial von einem vorbestimmten Punkt innerhalb des entsprechenden Eckbereichs der Bodenwand 502. Die wenigstens zwei Schweißbahnen 212 sind mit gleichem Abstand zueinander angeordnet, so dass sie sich an keinem anderen Punkt als dem vorbestimmten Punkt in der Bodenwand 502 schneiden. Jede Schweißbahn 212 weist ein Ende in dem Bereich auf, der sich über die Seitenwand 504 und den Flansch 508 mit einem radialen Abstand zur peripheren Kante des Flanschs 508 erstreckt, während das andere Ende in der Bodenwand 502 positioniert ist. In dieser Ausführungsform ist ein Ende jeder Schweißbahn 212 im Flansch 508 positioniert. Die wenigstens zwei Schweißbahnen 212 erstrecken sich durch einen Sektor der Bodenwand 502, der einen Zentrumswinkel von 180 Grad an einem vorbestimmten Punkt im Zentrum aufweist.
Die wenigstens zwei Schweißbahnen 212 werden durch eine Wärmequelle mit hoher Energiedichte gebildet und weisen jeweils eine Härte auf, die größer ist als die der übrigen Teile 18, wie mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben. Die Bogenwand 506 ist in ihrer Dicke reduziert, da sie der im Tiefziehverfahren verursachten Ziehkraft am meisten ausgesetzt ist. Die Seitenwand 504 und die Bodenwand 502 sind ebenfalls in ihrer Dicke reduziert, wobei sie aber weniger durch die Ziehkraft beeinflusst werden als die Bogenwand 506. Die angeordneten Schweißbahnen 212 verstärken den Wandteil des Erzeugnisses 500, der eine reduzierte Dicke aufweist. Weiterhin kann mit der Anordnung der Schweißbahnen 212 verhindert werden, dass die Seitenwand 504 reißt, wenn das Rohteil beim Tiefziehen einer erhöhten Ziehkraft ausgesetzt wird, um Runzeln zu beseitigen. Runzeln können beim Tiefziehen aufgrund der plastischen Verformungsgeschwindigkeit des hochfesten Stahlblechs des Rohteils verursacht werden, die niedriger ist als die plastische Verformungsgeschwindigkeit eines gewöhnlichen Stahlblechs. Mit der Anordnung der Schweißbahnen 212 kann auch die während des Tiefziehens auftretende Runzelbildung beschränkt werden.
Mit Bezug auf 7 und 12 wird im Folgenden das Verfahren zum Umformen eines plattenförmigen Rohteils 210 zu dem oben beschriebenen fertiggestellten Erzeugnis 500 der dritten Ausführungsform erläutert. 7 und 12 zeigen das plattenförmige Rohteil 210 und eine Vorrichtung zum Herstellen desselben. In 7 ist der Niederhalter der übersichtlicheren Darstellung des Verfahrens halber nicht gezeigt. Das Rohteil 210 wird von oben betrachtet.
Wie in 7 gezeigt, weist das Rohteil 210 eine Form mit wenigstens einer Ecke auf. Das Rohteil 210 ist, wie oben erläutert, aus einem hochfesten Stahlblech hergestellt. Der Stempel P weist die Form einer Säule auf, wobei der Bodenbereich PB mit wenigstens einer gebogenen Ecke ausgebildet ist. Der Stempel P kann allgemein eine prismatische Form aufweisen, wobei der Bodenoberflächenbereich PB mit einer Vielzahl von gebogenen Ecken ausgebildet ist. Der gebogene Oberflächenbereich PR des Stempels P ist mit der gebogenen Ecke verbunden. Die Höhlung DC der Form D ist ähnlich wie der Stempel P konfiguriert.
Ähnlich wie in der ersten Ausführungsform, beginnt diese Ausführungsform des Verfahrens mit dem Ausbilden von wenigstens zwei Schweißbahnen 212 im Rohteil 210. In diesem Schritt wird zuerst ein Bildpunkt als ein vorbestimmter Punkt C2 im Rohteil 210 fixiert, indem ein Zentrum C1 der Krümmung des gebogenen Oberflächenbereichs PR des Stempels P in der Richtung der Achse des Stempels P projiziert wird. Der vorbestimmte Punkt C2 ist an der Innenseite der entsprechenden Ecke des ebenen Rohteils 210 und im dritten vorbestimmten Bereich 20 desselben positioniert. Dann werden die wenigstens zwei Schweißbahnen 212 entlang von Linien angeordnet, die sich von dem vorbestimmten Punkt C2 radial nach außen erstrecken und vor der Peripherie 216 des Rohteils 210 enden. Die wenigstens zwei Schweißbahnen 212 erstrecken sich in einem Bereich, der sich von dem vorbestimmten Punkt C2 zu einem vorbestimmten Teil mit einem Abstand innerhalb der Peripherie 216 des ebenen Rohteils 210 erstreckt.
Jede der wenigstens zwei Schweißbahnen 212 ist derart angeordnet, dass ein Ende zwischen dem äußeren Schulterkontaktbereich 230 des Rohteils 210, der bei der Bewegung des Stempels P in die Höhlung DC der Form D in Kontakt mit dem einen Schulterende RW des Stempels P gebracht wird, und einem eingespannten Teil 232 des Rohteils 210 positioniert, der zwischen dem Niederhalter und einem auf der Formfläche DF der Form D ausgebildeten Ziehwulst DB gehalten wird, wenn der Niederhalter gegen das auf der Form platzierten Rohteils 210 gedrückt wird. Weiterhin werden die wenigstens zwei Schweißbahnen 212 derart positioniert, dass jeweils das entgegengesetzte Ende in dem vorbestimmten Bereich 20 des Rohteils 210 positioniert ist. Weiterhin werden die wenigstens zwei Schweißbahnen 212 derart positioniert, dass sie am äußeren Schulterkontaktbereich 230 des Rohteils 210, der bei der Bewegung des Stempels P in die Höhlung DC der Form D mit dem Schulterende RW des Stempels P in Kontakt gebracht wird, mit einem Abstand im Bereich von 5 mm bis 30 mm zueinander angeordnet sind. Das Bezugszeichen 228 bezeichnet einen inneren Schulterkontaktbereich des Rohteils 210, der eine Grenze zwischen dem dritten vorbestimmten Bereich 20 und dem ersten vorbestimmten Bereich 22 bildet. Am inneren Schulterkontaktbereich 228 wird das Rohteil in Kontakt mit dem anderen Schulterende RB des Stempels P gebracht, wenn der Stempel P in der durch den Pfeil F angegebenen Richtung in die Höhlung DC der Form D bewegt wird. Weiterhin werden die zwei Schweißbahnen 212 in einem Sektor des Rohteils 210 angeordnet, der in dem als Zentrum vorbestimmten Punkt C2 einen Zentrumswinkel von 180 Grad aufweist.
Der erste Verfahrensschritt dieser Ausführungsform ist bis auf die oben erläuterten Merkmale demjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich.
In dem Schritt zum Plazieren des Rohteils 210 auf der Form D wird der vorbestimmte Punkt C2 mit dem Zentrum der Krümmung des gebogenen Oberflächenbereichs PR des Stempels P in Kontakt gebracht.
Die auf den vorstehend genannten Platzierungsschritt folgenden Schritte sind den Schritten nach dem Platzierungsschritt der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ähnlich.
Mit der Anordnung der Schweißbahnen 212 wird verhindert, dass das fertiggestellte Erzeugnis am Schulterkontaktbereich 230 reißt. Weiterhin kann in dieser Ausführungsform die Ziehkraft erhöht werden, um während des Tiefziehens auftretende Runzeln zu beseitigen.
Im Folgenden wird ein Verfahren in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 8 und 9 erläutert, wobei sich dieses Verfahren von der dritten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass das plattenförmige Rohteil 300 sich aus zwei verschiedenen Stahlblechen 302 und 304 zusammensetzt, die jeweils eine andere Festigkeit und/oder Dicke aufweisen und unter Verwendung eines Laserstrahls zusammengeschweißt sind.
8 zeigt eine Form D, die beim Tiefziehen eines derartigen zusammengeschweißten Rohteils 300 verwendet wird. Die Form D weist eine Formfläche DF mit einer Neigung auf, die in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften des Stahlblechs 302 oder 304 mit dem geringeren Fließverhalten für das Tiefziehen bestimmt wird.
9 stellt das zusammengeschweißte plattenförmige Rohteil 300 dar, das sich aus einem gewöhnlichen Stahlblech 302 mit gutem Fließverhalten für das Tiefziehen und dem hochfesten Stahlblech 304 mit schlechterem Fließverhalten als dem gewöhnlichen Stahlblech 302 zusammensetzt. In dem Verfahren der vorliegenden Ausführungsform ist der Schritt zum Vorformen der wenigstens zwei linearen Schweißbahnen 312 im Rohteil 300 demjenigen der dritten Ausführungsform ähnlich, wobei die wenigstens zwei Schweißbahnen 312 jedoch in dem hochfesten Stahlblech 304 ent lang von Linien, die sich radial von einem vorbestimmten Punkt im Rohteil 300 erstrecken, angeordnet sind und eine Länge aufweisen, die einem Drittel der Ziehtiefe entspricht. Die Ziehtiefe ist der Abstand zwischen dem Bodenoberflächenbereich PB des Stempels P, wenn sich dieser während der Bewegung in der Richtung der Achse in der Ebene der Fläche DF befindet, und demselben Bodenoberflächenbereich PB des Stempels P, wenn sich dieser in der untersten Position derselben Bewegung befindet. Ähnlich wie bei der dritten Ausführungsform, werden die wenigstens zwei Schweißbahnen 312 während des Schrittes zum Ausbilden derselben derart positioniert, dass der Abstand zwischen den Schweißbahnen 312 am äußeren Schulterkontaktbereich 330 des Rohteils 300, der bei der Bewegung des Stempels P in die Höhlung der Form D mit einem Schulterende RW des Stempels P in Kontakt gebracht wird, im Bereich zwischen 5 mm und 30 mm liegt.
Mit der Anordnung der Schweißbahnen 312 wird der Unterschied zwischen dem Fließverhalten für das Tiefziehen der beiden Stahlbleche 302 und 304 des Rohteils 300 reduziert, was dazu dient, die Formbarkeit des fertiggestellten Erzeugnisses, ohne eine Änderung der Materialzusammensetzung, zu verbessern. Weiterhin wird das Rohteil 300 auch dann zu einem fertigen Erzeugnis ohne Risse geformt, wenn während des Tiefziehens eine Ziehkraft angewendet werden muss, um die durch die unterschiedlichen Verarbeitungsfähigkeiten für das Tiefziehen verursachten Runzeln zu beseitigen. Die Runzelbildung wird also eingeschränkt.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden durch die Darstellung von Beispielen ausführlicher beschrieben, wobei weiterhin auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Diese Beispiele dienen lediglich der Darstellung der Erfindung und schränken den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung keineswegs ein.
Bezugsbeispiel 1
Es werden fünf plattenförmige Rohteile getestet, um die Veränderung des Verhältnisses zwischen der Ziehfestigkeit der Schweißbahnen und der Ziehfestigkeit des Basismetalls bei veränderter Breite der Schweißbahnen zu untersuchen.
Jedes der Proberohteile wird wie folgt vorbereitet. Es werden lineare Schweißbahnen unter Verwendung eines CO₂-Gaslaserstrahls mit 3kW in einem gewöhnlichen Stahlblech aus SPCC entsprechend JIS G3141-1996 gebildet. Die Breite der Schweißbahnen wird bei jedem Blech im Bereich zwischen 0,4 bis 1,5 mm geändert. Die derart vorbereiteten ebenen Proberohteile werden bezüglich der Ziehfestigkeit der Schweißbahnen gemessen. Weiterhin wird das Verhältnis der gemessenen Ziehfestigkeit zu der des Basismetalls für jedes Proberohteil festgestellt. Die Testergebnisse sind in 13 gezeigt. Darauf werden die ebenen Proberohteile tiefgezogen, um die fertigen Erzeugnisse herzustellen. Die Erscheinungsbilder der auf diese Weise hergestellten Erzeugnisse werden visuell geprüft.
Bezugsbeispiel 2
Es werden fünf plattenförmige Rohteile getestet, um die Veränderung des Verhältnisses zwischen der Ziehfestigkeit der Schweißbahnen und der Ziehfestigkeit des Basismetalls bei veränderter Einbrandtiefe der Schweißbahnen in den Proberohteilen zu untersuchen.
Jedes der Proberohteile wird wie in Beispiel 1 vorbereitet, wobei aber die Schweißbahnen eine konstante Breite von 0,7 mm aufweisen und bezüglich der Einbrandtiefe in das Blech variieren. Die derart vorbereiteten ebenen Proberohteile werden bezüglich der Ziehfestigkeit der Schweißbahnen gemessen. Die Testergebnisse sind in
14 gezeigt. Dann werden die ebenen Proberohteile tiefgezogen, um die fertigen Erzeugnisse herzustellen. Die Erscheinungsbilder der derart hergestellten Erzeugnisse werden visuell geprüft.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Widerstandsfähigkeit gegenüber Rissen und das Fließverhalten beim Tiefziehen des Rohteils beträchtlich verbessert sind, wenn das Verhältnis der Ziehfestigkeit der Schweißbahnen gegenüber der Ziehfestigkeit des Basismetalls nicht weniger als 5% beträgt.
Wie weiterhin aus 13 und 14 entnommen werden kann, wird ein Verhältnis der Ziehfestigkeiten von nicht weniger als 5% erreicht, wenn die Schweißbahnen eine Breite im Bereich zwischen 0,5 bis 0,2 mm aufweisen und die Einbrandtiefe nicht weniger als die Hälfte der Dicke des Rohteils ausmacht.
Beispiel 1
Ein plattenförmiges Rohteil der ersten in 1 gezeigten Ausführungsform wird wie folgt vorbereitet. Es wird eine Scheibe mit einem Durchmesser von 92 mm und einer Dicke von 1,0 mm aus einem gewöhnlichen Stahlblech hergestellt, d.h. aus einem Kaltwalzstahlblech SPCC. Acht lineare Schweißbahnen werden unter Verwendung eines CO₂-Gaslaserstrahl mit 3 kW tief in die Blechscheibe eingebrannt. Die Schweißbahnen erstrecken sich radial vom Zentrum der Blechscheibe aus und enden in einem Bereich der Blechscheibe, der sich mit einem radialen Abstand von 5 mm innerhalb der Peripherie erstreckt. Die Schweißbahnen sind mit gleichen Abständen auf dem Umfang zueinander angeordnet und weisen jeweils eine Dicke von 1,0 mm auf.
Darauf wird das derart vorbereitete ebene Rohteil unter Verwendung derselben Vorrichtung wie in 2 tiefgezogen, wobei die Vorrichtung einen Stempel mit einem Durchmesser von 40 mm und einem Stempelradius von 8 mm aufweist, die Form eine Höhlung mit einem Durchmesser von 44 mm und einen Formradius von 10 mm aufweist, und wobei der Niederhalter das Rohteil mit einem Druck von 1,0 Tonnen einspannen kann. Das fertige Erzeugnis wird unter den vorstehend genannten Bedingungen hergestellt. Das Erscheinungsbild des auf diese Weise hergestellten Erzeugnisses wird visuell geprüft.
Als Ergebnis lässt sich feststellen, dass das fertiggestellte Erzeugnis ein gutes Erscheinungsbild ohne Risse aufweist.
Vergleichsbeispiel 1
Ein plattenförmiges Rohteil wird in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise vorbereitet, wobei aber keine Schweißbahn in dem Rohteil gebildet ist. Das derart vorbereitete Rohteil wird unter den oben in Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen tiefgezogen, um das fertige Erzeugnis zu bilden. Das Erscheinungsbild des auf diese Weise hergestellten Erzeugnisses wird visuell geprüft.
Als Ergebnis lässt sich feststellen, dass das fertiggestellte Erzeugnis kein gutes Erscheinungsbild aufweist.
Beispiel 2
Ein plattenförmiges Rohteil der ersten Ausführungsform wird in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise vorbereitet, wobei aber die Blechscheibe einen Durchmesser von 96 mm und eine Dicke von 0,7 mm aufweist und aus einem hochfesten Blechstahl hergestellt ist, d.h. aus einem Kaltwalzblechstahl SAPH 38 entsprechend JIS G3113-1990 mit einer Ziehfestigkeit von 38kp/mm², und wobei sich die Schweißbahnen radial von einem Zentrum 14 der Blechscheibe zu einem Bereich der Blechscheibe erstrecken, der sich mit einem radialen Abstand von 5,0 mm außerhalb des äußeren Schulterkontaktbereichs erstreckt. Das auf diese Weise vorbereitete Rohteil wird unter den in Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen tiefgezogen, wobei aber der Druck zum Halten des Rohteils 0,8 Tonnen beträgt. Das Erscheinungsbild des auf diese Weise hergestellten fertigen Erzeugnisses wird visuell geprüft.
Als Ergebnis lässt sich feststellen, dass das auf diese Weise hergestellte Erzeugnis ein gutes Erscheinungsbild ohne Risse aufweist.
Beispiel 3
Ein plattenförmiges Rohteil der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform wird in der in Beispiel 2 beschriebenen Weise vorbereitet, wobei aber die Blechscheibe einen Durchmesser von 94 mm aufweist und wobei sich die Schweißbahnen radial vom Zentrum zu einer Position innerhalb der Peripherie der Blechscheibe mit einem radialen Abstand von 5,0 mm zu dieser erstrecken. Das auf diese Weise vorbereitete Rohteil wird unter den in Beispiel 2 beschriebenen Bedingungen tiefgezogen, um das fertige Erzeugnis herzustellen. Das Erscheinungsbild des auf diese Weise hergestellten Erzeugnisses wird visuell geprüft.
Als Ergebnis lässt sich feststellen, dass das fertige Erzeugnis ein gutes Erscheinungsbild ohne Risse aufweist.
Beispiel 4
Dieselbe oben in Beispiel 3 beschriebene Prozedur wird wiederholt, wobei aber die Länge der Schweißbahnen bei verschiedenen Rohteilen variiert wird, so dass die äußeren Enden der Schweißbahnen bei jedem Rohteil jeweils um 1 mm radial nach innen bis zu einer Position etwas innerhalb des inneren Schulterkontaktbereich des Rohteils versetzt sind. Weiterhin werden die derart vorbereiteten Rohteile unter den in Beispiel 3 beschriebenen Bedingungen tiefgezogen, um das fertige Erzeugnis zu erzeugen. Dann werden die Grenzziehverhältnisse der Rohteile gemessen. Für jedes Rohteil werden zwei Messungen vorgenommen, wobei der Durchschnitt der Messergebnisse als Grenzziehverhältnis des Rohteils angenommen wird. Die Testergebnisse sind in 4 gezeigt. In 4 gibt die Beschriftung „Erster Schulterkontaktbereich" den inneren Schulterkontaktbereich des Rohteils und die Beschriftung „Zweiter Schulterkontaktbereich" den äußeren Schulterkontaktbereich des Rohteils an.
4 zeigt, dass das Grenzziehverhältnis bei 2,375 liegt, wenn die äußeren Enden der Schweißbahnen am zweiten Schulterkontaktbereich positioniert sind. Wenn die äußeren Enden der Schweißbahnen mit einem radialen Abstand von 5,0 mm innerhalb der Peripherie des Rohteils positioniert sind, liegt das Grenzziehverhältnis ebenfalls bei 2,357. Wenn weiterhin die äußeren Enden der Schweißbahnen an der Peripherie des Rohteils positioniert sind, liegt das Grenzziehverhältnis bei 2,35.
Dabei stellt sich heraus, dass das Grenzziehverhältnis des Rohteils bei 2,357 und nicht darunter liegt und dass das Rohteil ein gutes Fließverhalten für das Tiefziehen aufweist, wenn die äußeren Enden der Schweißbahnen in dem Bereich positioniert sind, der sich zwischen der Peripherie mit einem Abstand von 5,0 mm zu dieser und dem zweiten Schulterkontaktbereich erstreckt.
Vergleichsbeispiel 2
Ein plattenförmiges Rohteil wird in der in Beispiel 3 beschriebenen Weise vorbereitet, wobei aber keine Schweißbahn in dem Rohteil gebildet ist. Das auf diese Weise vorbereitete Rohteil wird unter den in Beispiel 3 beschriebenen Bedingungen tiefgezogen, um das fertige Erzeugnis herzustellen. Das Erscheinungsbild des derart hergestellten Erzeugnisses wird visuell geprüft.
Als Ergebnis lässt sich feststellen, dass das fertige Erzeugnis kein gutes Erscheinungsbild aufweist.
Aus den Testergebnissen von Beispiel 1 bis 4 und von Vergleichsbeispiel 2 kann entnommen werden, dass sich das Grenzziehverhältnis des Rohteils in einem relativ hohen Bereich befindet und sich das Rohteil gut für ein Tiefziehen eignet, bei dem das fertige Erzeugnis ein gutes Erscheinungsbild aufweist, wenn die äußeren Enden der Schweißbahnen innerhalb des Bereichs liegen, der sich radial vom zweiten Schulterkontaktbereich zu einer gegenüber der Peripherie nach innen versetzten Position erstreckt.
Beispiel 5
Es wird die in Beispiel 3 beschriebene Prozedur wiederholt, wobei aber jeweils der Abstand zwischen den auf dem Rohteil gebildeten Schweißbahnen am äußeren Schulterkontaktbereich des ebenen Rohteils variiert. Der Abstand zwischen den Schweißbahnen wird bei jedem Rohteil um einen bestimmten Wert bis zu einem Maximum von 70 mm geändert. Die derart vorbereiteten Rohteile werden dann unter den in Beispiel 3 beschriebenen Bedingungen tiefgezogen, um die fertigen Erzeugnisse zu erzeugen, wobei die Grenzziehverhältnisse der Rohteile gemessen werden. Es werden zwei Messungen für jedes Rohteil vorgenommen, wobei der Durchschnitt der Messergebnisse als Grenzziehverhältnis des Rohteils angenommen wird. Die Testergebnisse sind in 6 gezeigt. Weiterhin wird das Erscheinungsbild der auf diese Weise hergestellten Erzeugnisse visuell geprüft.
Wie aus 6 entnommen werden kann, liegt das Grenzziehverhältnis des Rohteils bei 2,25, wenn der Abstand zwischen den Schweißbahnen 30 mm beträgt. Wenn der Abstand zwischen den Schweißbahnen 16 mm beträgt, liegt das Grenzziehverhältnis des Rohteils bei 2,35. Wenn der Abstand zwischen den Schweißbahnen weniger als 5 mm oder mehr als 30 mm beträgt, liegt das Grenzziehverhältnis niedriger, wobei das fertiggestellte Erzeugnis Risse aufweist. Es lässt sich feststellen, dass das Grenzziehverhältnis des Rohteils relativ hoch ist und das fertiggestellte Erzeugnis ein gutes Erscheinungsbild aufweist, wenn der Abstand zwischen den Schweißbahnen im Bereich von 5 mm bis 30 mm liegt.
Vergleichsbeispiel 3
Ein plattenförmiges Rohteil wird in der in Beispiel 3 beschriebenen Weise vorbereitet, wobei die Schweißbahnen aber einander an einer Position schneiden, die radial außerhalb des äußeren Schulterkontaktbereichs liegt. Das derart vorbereitete Rohteil wird unter den in Beispiel 3 beschriebenen Bedingungen tiefgezogen, um das fertige Erzeugnis zu erzeugen. Dann wird das Grenzziehverhältnis des Rohteils gemessen.
Als Ergebnis lässt sich feststellen, dass das Grenzziehverhältnis des Rohteils niedriger ist und das fertiggestellte Erzeugnis keine verbesserten Verarbeitungsfähigkeiten für das Tiefziehen aufweist.
Vergleichsbeispiel 4
Ein plattenförmiges Rohteil wird in der in Beispiel 3 beschriebenen Weise vorbereitet, wobei aber keine Schweißbahn im Rohteil ausgebildet wird. Das derart vorbereitete Rohteil wird unter den in Beispiel 3 beschriebenen Bedingungen tiefgezogen, um das fertige Erzeugnis herzustellen. Dann wird das Grenzziehverhältnis des Rohteils gemessen.
Als Ergebnis lässt sich feststellen, dass das Grenzziehverhältnis des Rohteils bei 2,15 liegt.
Aus dem Testergebnis von Beispiel 5 und den Testergebnissen der Vergleichsbeispiele 3 und 4 lässt sich entnehmen, dass die Widerstandsfähigkeit gegenüber Rissen und das Fließverhalten für das Tiefziehen des ebenen Rohteils in wünschenswerter Weise verbessert sind.
Beispiel 6
Ein plattenförmiges Rohteil der in 7 gezeigten dritten Ausführungsform wird wie folgt vorbereitet. Ein Rohteil mit einer Dicke von 0,7 mm wird aus einem hochfesten Stahlblech, d.h. einem Kaltwalzstahlblech SAPH38 entsprechend JIS G3113-1990 hergestellt. Schweißbahnen werden unter Verwendung eines CO²-Gaslaserstrahls mit 3 kW tief in das Rohteil eingebrannt. Die Schweißbahnen erstrecken sich radial von einem vorbestimmten Punkt des Rohteils und enden am eingespannten Teil des Rohteils, wie in der vorstehenden dritten Ausführungsform erläutert. Die Schweißbahnen weisen jeweils eine Breite von 1,0 mm auf. Die Schweißbahnen schneiden sich an keinem anderen als an dem vorbestimmten Punkt. Der Abstand zwischen den Schweißbahnen am äußeren Schulterkontaktbereich liegt im Bereich von 5 mm bis 30 mm.
Das auf diese Weise vorbereitete Rohteil wird unter Verwendung der weiter oben in der dritten Ausführungsform beschriebenen Vorrichtung tiefgezogen. Die Vorrichtung weist einen Stempel mit einem Stempelradius von 10 mm auf, wobei die Form einen Formradius von 10 mm aufweist und der Niederhalter des Rohteils mit einem Haltedruck von 1,5 Tonnen einspannen kann. Das fertiggestellte Erzeugnis wird unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen hergestellt. Das Erscheinungsbild des auf diese Weise hergestellten Erzeugnisses wird visuell geprüft.
Als Ergebnis lässt sich feststellen, dass das fertige Erzeugnis ein gutes Erscheinungsbild aufweist und nicht am gebogenen Teil, der während des Tiefziehens durch die Schulter des Stempels kontaktiert wird, reißt.
Beispiel 7
Ein plattenförmiges Rohteil der in 9 gezeigten vierten Ausführungsform wird wie folgt vorbereitet. Ein Rohteil wird gebildet, indem zwei unterschiedliche gewöhnliche Stahlbleche unter Verwendung eines Laserstrahls zusammengeschweißt werden. Eines der Bleche ist ein Warmwalzstahlblech SPHC mit einer Dicke von 1,4 mm. Das andere Blech ist ein Kaltwalzstahlblech SPCC mit einer Dicke von 0,7 mm.
Das auf diese Weise vorbereitete Rohteil wird unter den in Beispiel 6 beschriebenen Bedingungen tiefgezogen, wobei aber der Stempel einen Stempelradius von 12 mm aufweist und der Niederhalter einen Druck zum Halten des Rohteils von 60 Tonnen ausübt. Das Erzeugnis wird unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen hergestellt. Das Erscheinungsbild des auf diese Weise hergestellten Erzeugnisses wird visuell geprüft.
Als Ergebnis lässt sich feststellen, dass das fertiggestellte Erzeugnis ein gutes Erscheinungsbild ohne Risse aufweist. Dabei ist zu beachten, dass der Unterschied zwischen den Fließeigenschaften der verschiedenen gewöhnlichen Stahlbleche, aus denen sich das Rohteil zusammensetzt, kleiner wird und das Erzeugnis ohne eine Änderung der Materialzusammensetzung hergestellt werden kann, wenn die Schweißbahnen in dem sich aus verschiedenen Stahlblechen zusammensetzenden Rohteil wie oben beschrieben angeordnet sind. Weiterhin ist zu beachten, dass das Rohteil auch dann nicht reißt, wenn eine größere Ziehkraft auf das Rohteil angewendet wird, um Runzeln zu beseitigen, die während des Tiefziehverfahrens aufgrund des Unterschieds zwischen den Fließeigenschaften für das Tiefziehen auftreten.
Beispiel 8
Die in Beispiel 1 beschriebene Prozedur wird wiederholt, wobei aber der Abstand zwischen den in jedem Rohteil gebildeten Schweißbahnen am äußeren Schulterkontaktbereich des Rohteils in der in Beispiel 5 beschriebenen Weise variiert wird. Die derart vorbereiteten ebenen Rohteile werden unter den in Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen tiefgezogen, um die fertigen Erzeugnisse herzustellen. Dann wird bei den auf diese Weise fertiggestellten Erzeugnissen das Verhältnis zwischen der Dicke der tiefgezogenen Seitenwand zu der ursprünglichen Dicke des Rohteils vor dem Tiefziehen gemessen. Dieses Verhältnis wird im Folgenden als Reduktionsverhältnis bezeichnet. Für jedes fertiggestellte Erzeugnis werden zwei Messungen vorgenommen, wobei der Durchschnitt der Messergebnisse als das Reduktionsverhältnis der Dicke angenommen wird.
Vergleichsbeispiel 5
Ein plattenförmiges Rohteil wird in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise vorbereitet, wobei aber keine Schweißbahn im Rohteil ausgebildet ist. Das derart vorbereitete Rohteil wird unter den in Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen tiefgezogen, um das fertige Erzeugnis herzustellen. Dann wird bei dem auf diese Weise hergestellten Erzeugnis das Reduktionsverhältnis der Dicke wie in Beispiel 8 beschrieben gemessen.
Die Testergebnisse von Beispiel 8 und dem Vergleichsbeispiel 5 sind jeweils bei E1 und E2 in 10 angegeben.
Wie in 10 gezeigt, liegt das Reduktionsverhältnis der Dicke bei 0,93, wenn der Abstand zwischen den Schweißbahnen 30 mm beträgt. Wenn der Abstand zwischen den Schweißbahnen 16 mm beträgt, liegt das Reduktionsverhältnis der Dicke bei 0,935. Bei einem Rohteil ohne Schweißbahn liegt das Reduktionsverhältnis der Dicke bei 0,928. Dabei stellt sich heraus, dass das Rohteil mit Schweißbahnen ein größeres Reduktionsverhältnis aufweist als das Rohteil ohne Schweißbahnen. Es lässt sich feststellen, dass die Seitenwand des fertiggestellten Erzeugnisses während des Tiefziehens nicht in ihrer Dicke vermindert wird, wenn der Abstand zwischen den Schweißbahnen nicht mehr als 30 mm beträgt.
Beispiel 9
Die in Beispiel 2 beschriebene Prozedur wird wiederholt, wobei aber die Länge der in jedem Rohteil gebildeten Schweißbahnen variiert wird, so dass die äußeren Enden der Schweißbahnen mit jedem Rohteil um 10 mm radial nach außen zur Peripherie des Rohteils versetzt werden. Die derart vorbereiteten Rohteile werden unter den in Beispiel 2 beschriebenen Bedingungen tiefgezogen, um die fertigen Erzeugnisse herzustellen. Dann wird das Reduktionsverhältnis der Dicke jedes der auf diese Weise hergestellten Erzeugnisse in der in Beispiel 8 beschriebenen Weise gemessen. Die Testergebnisse sind in 11 gezeigt.
In 4 gibt die Beschriftung „Erster Schulterkontaktbereich" den inneren Schulterkontaktbereich des Rohteils an und die Bezeichnung „Zweier Schulterkontaktbereich" gibt den äußeren Schulterkontaktbereich des Rohteils an. Wie aus 11 entnommen werden kann, liegt das Reduktionsverhältnis der Dicke bei 0,901, wenn die äußeren Enden der Schweißbahnen am ersten Schulterkontaktbereich positioniert sind. Wenn die äußeren Enden der Schweißbahnen am zweiten Schulterkontaktbereich positioniert sind, liegt das Reduktionsverhältnis der Dicke bei 0,904. Wenn die äußeren Enden der Schweißbahnen radial mit einem Abstand von 30 mm außerhalb des Zentrums des Rohteils positioniert sind, liegt das Reduktionsverhältnis der Dicke bei 0,915.
Es lässt sich feststellen, dass das Reduktionsverhältnis der Dicke relativ hoch ist, wenn die äußeren Enden der Schweißbahnen in dem Bereich positioniert sind, der sich vom zweiten Schulterkontaktbereich zur Peripherie des Rohteils erstreckt. Dabei ist zu beachten, dass die Seitenwand des fertiggestellten Erzeugnisses weniger durch die Reduktion der Dicke im Tiefziehverfahren beeinträchtigt wird, wenn die äußeren Enden der Schweißbahnen in dem Bereich zwischen dem äußeren Schulterkontaktbereich und der Peripherie des Rohteils positioniert sind.

Claims

Verfahren zum Umformen eines plattenförmigen Rohteils (10; 210; 300) zu einem Erzeugnis (400; 500), das wenigstens ein Wandteil mit reduzierter Dicke aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Umformen das Rohteil (10; 210; 300) zumindest in Bereichen, in denen das Rohteilmaterial während des Umformvorgangs fließt und der Umformvorgang zu einer reduzierten Wandstärke des Erzeugnisses (400; 500) im Vergleich zur Wandstärke des Rohteils (10; 210; 300) führt, mit zumindest zwei Schweißbahnen (12; 212; 312) versehen wird, die sich zumindest im Wesentlichen in Richtung des während des Umformvorgangs auftretenden Materialfließens erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißbahnen (12; 212; 312) durch eine Wärmequelle mit hoher Energiedichte aufgeschmolzen und wieder abgekühlt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißbahnen (12; 212; 312) in gleichen Abständen zueinander angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißbahnen (12; 212; 312) eine Breite von 0,5 mm bis 2 mm aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einbrandtiefe der Schweißbahnen (12; 212; 312) jeweils größer als die Hälfte der Dicke des Rohteils (10; 210; 300) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schweißbahnen (12; 212; 312) von einem innenliegenden Punkt (14; C2) des Rohteils (10; 210; 300) in radialer Richtung nach außen bis zu einem vorbestimmten Abstand von der Peripherie (16; 216) des Rohteils (10; 210; 300) erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der innenliegende Punkt (14) der Mittelpunkt des Rohteils (10) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Schweißbahnen (12) einen Winkel von 180° zueinander einnehmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohteil (300) aus zwei Stahlblechen (302, 304) besteht, die eine unterschiedliche Festigkeit und/oder Dicke aufweisen, wobei das Stahlblech (304) mit schlechterem Fließverhalten mit den Schweißbahnen (312) versehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch – Positionieren des Rohteils (10; 210; 300) mit den Schweißbahnen (12; 212; 312) in einer vorbestimmten Position auf einer Form gegenüber einem Stempel (P), – Drücken eines Rohteilhalters (4) gegen das auf der Form positionierte Rohteil (15; 210; 300), um einen Peripheriebereich des Rohteils (10; 210; 300) einzuspannen, und – Bewegen des Stempels (P) in einen Hohlraum (H) einer Form (D), um das Rohteil (10; 210; 300) entlang einer Oberfläche des Stempels zu ziehen und entlang des Peripheriebereichs des Rohteils (10; 210; 300) einen Flansch zu bilden, während das Rohteil (10; 210; 300) an dem Peripheriebereich eingespannt ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt des Rohteils (10) zur Mittelachse des Stempels (P) ausgerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißbahnen (12; 212; 312) so angeordnet sind, dass sie sich in einem ersten Bereich (22) des Rohteils (10; 210; 300), der mit einem gebogenen Oberflächenbereich (PR) des Stempels (P) in Kontakt kommt, und einem zweiten Bereich (24) des Rohteils (10; 210; 300), der mit einem vertikalen Oberflächenbereich (PW) des Stempels (P) in Kontakt kommt, nicht schneiden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein erstes Ende der Schweißbahnen (10; 212; 312) im zweiten Bereich (24) liegt.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein zweites Ende der Schweißbahnen (12; 212; 312) in einem dritten Bereich (20), der mit einem Bodenoberflächenbereich (PB) des Stempels (P) in Kontakt kommt, liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißbahnen (212; 312) in einem Schulterkontaktbereich (230; 330) des Rohteils (210; 300), der mit dem vertikalen Oberflächenbereich (PW) und dem gebogenen Oberflächenbereich (PR) des Stempels (P) in Kontakt kommt, einen Abstand von 5 mm bis 30 mm haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißbahnen (212; 312) sich vom Schulterkontaktbereich (230; 330) des Rohteils (210; 300) bis zu einem mit dem Niederhalter (H) befindlichen Peripheriebereich des Rohteils (210; 300) erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugnis (500) einen Eckbereich aufweist, und dass die Schweißbahnen (212; 312) sich in einem Punkt (C2) schneiden, der durch Projizieren eines Mittelpunkts (C1) der Krümmung des gebogenen Oberflächenbereichs (PR) des Stempels (P) auf das Rohteil (210; 300) gebildet wird.
Plattenförmiges Rohteil zur Verwendung bei einem Umformvorgang, insbesondere zur Verwendung bei einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch mindestens zwei Schweißbahnen (12; 212; 312), die zumindest in Bereichen angeordnet sind, in denen das Rohteilmaterial während des Umformungsvorgangs fließt und der Umformvorgang zu einer reduzierten Wandstärke des Erzeugnisses (400; 500) im Vergleich zur Wandstärke des Rohteils (10; 210; 300) führt, und sich zumindest im wesentlichen in Richtung des während des Umformvorgangs auftretenden Materialfließens erstrecken.
Plattenförmiges Rohteil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißbahnen (12; 212; 312) jeweils eine Breite zwischen 0,5 mm und 2,0 mm haben.
Plattenförmiges Rohteil nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einbrandtiefe der Schweißbahnen (12; 212; 312) jeweils größer als die Hälfte der Dicke des Rohteils (10; 210; 300) ist.
Plattenförmiges Rohteil nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißbahnen (12; 212; 312) in gleichen Abständen zueinander angeordnet sind.
Plattenförmiges Rohteil nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schweißbahnen (12; 212; 312) von einem innenliegenden Punkt (14; C2) des Rohteils (10; 210; 300) in radialer Richtung nach außen bis zu einem vorbestimmten Abstand von der Peripherie (16; 216) des Rohteils (10; 210; 300) erstrecken).
Plattenförmiges Rohteil nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schweißbahnen (12; 212; 312) nur an dem innenliegenden Punkt (14; C2) schneiden.
Plattenförmiges Rohteil nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohteil (10) in Form einer kreisförmigen Scheibe ausgebildet ist, wobei der innenliegende Punkt (14) der Mittelpunkt der Scheibe ist.
Plattenförmiges Rohteil nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohteil (210; 300) mindestens eine Ecke aufweist, wobei der innenliegende Punkt (C2) innerhalb der Ecke des Rohteils (210; 300) liegt.
Erzeugnis, das durch Umformen eines plattenförmigen Rohteils unter Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 hergestellt ist, gekennzeichnet durch eine Bodenwand (402; 502) mit einer gebogenen Peripherie, eine mit der Bodenwand (402; 502) verbundenen Seitenwand (404; 504), wenigstens eine Bogenwand (406; 506), die sich von der gebogenen Peripherie der Bodenwand (402; 502) erstreckt und mit der Seitenwand (404; 504) verbunden ist, einen Flansch (408; 508), der sich winklig von der Seitenwand (404; 504) erstreckt, und wenigstens zwei Schweißbahnen (12; 212; 312), die entlang von Linien angeordnet sind, die sich radial von einem innenliegenden Punkt (14; C2) in der Bodenwand (402; 502) über die Bogenwand (406; 506) und die Seitenwand (404; 504) erstrecken, wobei die wenigstens zwei Schweißbahnen (12; 212; 312) vor der peripheren Kante (16; 216) des Flanschs (408; 508) enden, und wobei die wenigstens zwei Schweißbahnen (12; 212; 312) in das Rohteil (10; 210; 300) eingebrannt sind.
Erzeugnis nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schweißbahnen (12; 212; 312) nur an dem innenliegenden Punkt (14; C2) schneiden.
Erzeugnis nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein erstes Ende der Schweißbahnen (12; 212; 312) im Bereich der Seitenwand (404; 504) liegt und ein zweites Ende der Schweißbahnen (12; 212; 312) im Bereich der Bodenwand (402; 502) liegt.
Erzeugnis nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein erstes Ende der Schweißbahnen (12; 212; 312) im Bereich des Flanschs (408; 508) liegt.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißbahnen (12; 212; 312) gleiche Abstände zueinander aufweisen.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenwand (402) kreisförmig ausgebildet ist, und dass der innenliegende Punkt (14) der Mittelpunkt der kreisförmigen Bodenwand (402) ist.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Schweißbahnen (12; 212; 312) einen Winkel von 180° zueinander einnehmen.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenwand (502) einen Eckbereich aufweist, und dass der innenliegende Punkt (C2) im Eckbereich liegt.