DE19815022A1 - Ziehteile aus Federstahlblech, insbesondere als Leichtbau- oder Karosserieteil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ziehteil aus Stahlblech, insbesondere für Kfz-Karosserien, und ein Verfahren zur Herstellung solcher Ziehteile. Um Ziehteile mit einer hohen Teilefestigkeit aber geringem Gewicht und geringer Beulempfindlichkeit auf einfache Weise fertigen zu können, wird erfindungsgemäß ein im Ausgangszustand bereits gehärtetes Federstahlblech - z. B. CK60 oder C63 oder 67SiCr5 - beim Ziehen der Karosserieteile verwendet. Dadurch können Platinen mit einer Blechdicke von etwa 0,3 mm bis 0,5 mm verwendet werden, wodurch Gewichtseinsparungen von etwa 20 bis 30% des bisherigen Teilegewichtes erzielt werden können. Das erfindungsgemäße Ziehteil ist also ein ausgesprochenes Leichtbauteil. Das Federstahlblech kann mechanisch, z. B. durch Kaltwalzen oder chemisch/thermisch, z. B. durch Aufkohlen und Wärmebehandlung, gehärtet sein. Die Streckgrenze des Platinenwerkstoffes liegt etwa im Bereich von 800 bis 1800 N/mm·2· und die Zugfestigkeit darüber.

Description

Die Erfindung betrifft Ziehteile aus Stahlblech, insbesondere für Kraftfahrzeugkarosserien, z. B. Karosserieaußenhaut- und tra­ gende Strukturteile, aber auch vergleichbare Leichtbauteile an­ derer Anwendung.

Heute werden im Karosseriebau vorzugsweise hochwertige Zieh­ stähle für die außenliegenden Beplankungsteile eingesetzt. Da sich diese Stähle wegen der niedrigen Fließgrenze des Werkstof­ fes sehr gut umformen lassen, führen zwangsläufig Bagatellschä­ den bei der Fertigung, insbesondere aber im Gebrauch des ferti­ gen Fahrzeuges zu bleibenden Verformungen. Kleinere Stöße, z. B. beim Einparken auf Parkplätzen, Steinschlag, Hagelschlag o. dgl., führen zum Einbeulen und lassen sich nur mit relativ großen Auf­ wand wieder entfernen.

Es ist bekannt (Zeitschrift "Krafthand" Heft 4 vom 15.02.86, Seiten 151 bis 159), für Beplankungsteile von Fahrzeugkarosse­ rien höherfeste Stähle im Karosseriebau zu verwenden, die zwar bei Reparaturarbeiten zunächst einen größeren Aufwand erforder­ lich machen, aber dennoch weniger schadensanfällig sind.

Die DE 195 29 881 C1 schlägt vor, Karosserieteile aus einem härtbaren Federstahl - vorzugsweise im Warmzustand - tiefzuzie­ hen und das Werkstück erst im fertig gezogenen Zustand auf Fe­ derstahlhärte zu bringen. Diese Verfahrensweise erfordert auf­ wendige, beheizbare Tiefziehwerkzeuge und eine in das Preßwerk integrierte Abschreckanlage, was umständlich ist und im Serien­ betrieb mit einer solchen heterogenen Fertigung mit Warmumfor­ mung und Wärmebehandlung eine hohe Störungsrate erwarten läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Ziehteile der eingangs genannten Art mit einer hohen Teilefestigkeit auf einfache Weise fertigen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 (Tiefziehteil) bzw. durch die von An­ spruch 2 (Verfahren) gelöst. Danach wird also für Karosserietei­ le einen Federstahl im Hartzustand verwendet und dieser tief- bzw. streckgezogen. Überraschender Weise ist dies bei entspre­ chender Werkzeuggestaltung und Pressenauslegung gut möglich. Es sind dazu allerdings wesentlich größere Prozeßkräfte als bisher üblich nötig. Alle für die Umformung erforderlichen Prozeßpara­ meter sind empirisch neu zu ermitteln, was jedoch im Rahmen üb­ licher Optimierungsversuche und in Abhängigkeit vom jeweiligen Bauteil ohne weiteres möglich ist. Dadurch, daß der Federstahl während des Umformprozesses mit - im Vergleich zu üblichen Tiefziehstählen - wesentlich höherer Niederhalterkraft und Um­ formkraft versagensfrei beansprucht werden kann, sind überra­ schend große Umformgrade bzw. Ziehtiefen möglich. Aufgrund der für die Tiefzieheignung an sich schlechten mechanischen Kenn­ werte des harten Federstahlbleches, nämlich niedrige Gleichmaß- und Bruchdehnung, niedriger Verfestigungsexponent, niedrige senkrechte Anisotropie, konnte in keinster Weise mit einer hohen Umformbarkeit gerechnet werden. Aufgrund der dennoch möglichen, hohen Umformgrade sind nicht nur weniger stark tiefgezogene Au­ ßenhautteile problemlos tiefziehbar, sondern auch tragende Strukturteile, für die größere Umformgrade benötigt werden. Bei letzteren kann in sinnvoller Weise eine Feinstrukturierung - Wa­ ben- oder Waffelstruktur - zumindest in schwach gewölbten Berei­ chen des Ziehteiles überlagert werden, so daß hier eine hohe Steifigkeit erreicht werden kann.

Die Härtung der Federstähle kann mechanisch, z. B. durch Kaltwal­ zen oder chemisch/thermisch durch Aufkohlen und Wärmebehandlung erfolgen. Die Streckgrenze der gehärteten Federstähle liegt etwa im Bereich von 800 bis 1800 N/mm², die Zugfestigkeit liegt dar­ über. Es können Federstähle aus konventionellem Kohlenstoffstahl- z. B. CK60, C63 - oder aus rostfrei legiertem Federstahl - z. B. 67SiCr5 - verwendet werden. Der Einsatz von rostfreiem Stahlblech empfiehlt sich vorliegend besonders, weil die Lebens­ dauer-Erwartung der weniger beulempfindlichen Karosserieteile höher als bisher ist und weil Durchrostungen bei nicht-rostfrei­ en Stählen bei hoher Lebensdauer und geringeren Wanddicken eher möglich sind als bisher.

Aufgrund der hohen Festigkeit des Werkstoffes kann ein in der Dicke deutlich reduziertes Blech - etwa 0,7 mm bis 0,5 mm - im Vergleich zu bisher üblichen Blechdicken - 0,8 mm - zu Karosse­ rieteilen verarbeitet werden. Zugleich zeigen die erfindungsge­ mäßen Karosserieteile ein verbessertes Beulverhalten, d. h. die Neigung zu plastischen Verformungen bei Bagatellschäden ist deutlich geringer als bisher; kleine Eindrückungen springen in der Regel elastisch in die Ursprungsform zurück. Durch die ge­ ringere Blechdicke können die daraus hergestellten Karosserie­ teile bei verbessertem Beulverhalten und gleicher Gesamtfestig­ keit mindestens um etwa 20 bis 30% leichter gestaltet werden als bisher.

Wegen des hohen Beulwiderstandes der erfindungsgemäßen Ziehteile sind diese nicht nur für Außenhautteile interessant. Vielmehr erschließt die vorliegende Erfindung völlig neue Anwendungsmög­ lichkeiten unter dem Aspekt eines Karosserie-Leichtbaus. Die bisher dünnsten Karosseriebleche hatten eine Stärke von etwa 0,8 mm; dank der Erfindung erscheinen unter Festigkeitsgesichts­ punkten Blechstärken von etwa 0,3 mm durchaus möglich, insbeson­ dere dann, wenn an weniger stark gewölbten Werkstückbereichen eine Feinstrukturierung überlagert wird. Aufgrund einer möglich erscheinenden Blechstärkenreduzierung um bis zu 0,5 mm oder auf etwa ein Drittel der bisherigen Wandstärke sollten ganz erhebli­ che Gewichtseinsparungen an der Karosseriestruktur möglich sein, die dem Einsatz von Leichtmetallen zumindest ebenbürtig sind. Wenn darüber hinaus federharter rostfreier Stahl eingesetzt wird, kann darüber hinaus auch der Korrosionsnachteil dünner Stahlbleche kompensiert werden.

Zusammenfassend sei festgehalten, daß die Erfindung ein Ziehteil aus Stahlblech, insbesondere für Kfz-Karosserien, und ein Ver­ fahren zur Herstellung solcher Ziehteile betrifft. Um Ziehteile mit einer hohen Teilefestigkeit aber geringem Gewicht und gerin­ ger Beulempfindlichkeit auf einfache Weise fertigen zu können, wird erfindungsgemäß ein im Ausgangszustand bereits gehärtetes Federstahlblech - z. B. CK60 oder C63 oder 67SiCr5 - beim Ziehen der Karosserieteile verwendet. Dadurch können Platinen mit einer Blechdicke von etwa 0,3 mm bis 0,5 mm verwendet werden, wodurch Gewichtseinsparungen von etwa 20 bis 30% des bisherigen Teile­ gewichtes erzielt werden können. Das erfindungsgemäße Ziehteil ist also ein ausgesprochenes Leichtbauteil. Das Federstahlblech kann mechanisch, z. B. durch Kaltwalzen oder chemisch/thermisch, z. B. durch Aufkohlen und Wärmebehandlung gehärtet sein. Die Streckgrenze des Platinenwerkstoffes liegt etwa im Bereich von 800 bis 1800 N/mm² und die Zugfestigkeit darüber.

Claims (8)

1. Ziehteil aus Stahlblech, insbesondere für Kraftfahrzeugka­ rosserien, gekennzeichnet durch die Verwendung eines im Ausgangszustand bereits gehärteten Federstahlbleches.

2. Verfahren zur Herstellung von Ziehteilen, bei dem eine Pla­ tine aus Blech in eine Ziehpresse eingelegt und durch ein sich schließendes Umformwerkzeug streck- und/oder tiefgezogen wird, insbesondere zur Herstellung von Ziehteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Platinenwerkstoff gehärtetes Federstahlblech verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federstahlblech vor dem Zerteilen in Platinen mecha­ nisch, z. B. durch Kaltwalzen gehärtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federstahlblech vor dem Zerteilen in Platinen chemisch/thermisch, z. B. durch Aufkohlen und Wärmebehandlung gehärtet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Platinenwerkstoff gehärteter Federstahl mit der Werk­ stoffbezeichnung CK60 oder C63 für weniger oder gar nicht kor­ rosionsgefährdete Karosserieteile verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Platinenwerkstoff gehärteter, rostfreier Federstahl, z. B. Stahl mit der Werkstoffbezeichnung 67SiCr5, für korrosions­ gefährdete Karosserieteile verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Streckgrenze des Platinenwerkstoffes etwa im Bereich von 800 bis 1800 N/mm² und die Zugfestigkeit darüber liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Platinen mit einer Blechdicke von etwa 0,3 mm bis 0,5 mm verwendet werden.