DE202008016877U1 - Apparatus for producing partially hardened sheet steel components - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Härten von Stahlbauteilen, wobei zumindest zwei Formwerkzeughälften (6, 7) vorhanden sind, welche zum zumindest teilbereichsweisen Abkühlen eines erhitzten Stahlbauteils oder einer erhitzten Platine über zumindest je eine Kühlschale (1) pro Formwerkzeughälfte (6, 7) verfügt, insbesondere Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Kühlschalen (1) werkstückseitig in den Bereichen, in denen eine verringerte oder keine Härte des Bauteils gewünscht ist, Ausnehmungen (4) in der Oberfläche (8) vorhanden sind, wobei die Ausnehmungen (4) zur Erzeugung eines Gaspolsters während des Pressens der Platine oder des Bauteils über Gaszuführungs- und Gasabführungsbohrungen verfügen und zudem eine Einrichtung vorhanden ist, mit der Gas durch die Zuführungsbohrungen in die Ausnehmungen einbringbar ist.contraption for hardening steel components, wherein at least two mold halves (6, 7) are present, which at least partially cools down a heated steel component or a heated board at least one cooling shell (1) per mold half (6, 7), in particular device for performing the method according to any one of the preceding claims, in the cooling shells (1) workpiece side in the areas where a reduced or no hardness of the component is desired, recesses (4) in the surface (8) are present, wherein the recesses (4) for generating a Gas cushion during the pressing of the board or the component over Gas supply and gas discharge bores and in addition there is a device with the gas through the Feed holes can be introduced into the recesses.
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen partiell gehärteter Stahlblechbauteile mit eingestellten Duktilitäten.The The invention relates to a device for producing partially cured Sheet steel components with adjusted ductilities.
  • Um den steigenden Anforderungen im Fahrzeugbau bezüglich der Absicherung der Fahrgastzellen im Crash-Fall sowie Gewichtseinsparungen gerecht zu werden, werden in Kraftfahrzeugen zunehmend höchst feste Stähle eingesetzt, die bei geringerem Gewicht eine höhere Härte als herkömmliche Kraftfahrzeugstähle besitzen.Around the increasing requirements in the vehicle construction regarding the Protection of passenger compartments in the event of a crash as well as weight savings to meet, are becoming increasingly important in motor vehicles solid steels used, which at lower weight a higher hardness than conventional motor vehicle steels have.
  • Zur Herstellung solcher Bauteile ist es bekannt, Platinen aufzuheizen und in einem entsprechenden Werkzeug umzuformen und rasch abzukühlen um hierdurch eine Presshärtung zu erzielen. Zudem sind unterschiedlichste Verfahren bekannt, bei denen die Platine teilsweise oder vollständig auf Endgeometrie vorgeformt, anschließend erhitzt und in einem entsprechenden Werkzeug entweder fertig geformt oder lediglich noch durch schnelles Abkühlen gehärtet wird.to Production of such components, it is known to heat boards and in a corresponding tool to reshape and cool rapidly to thereby achieve a press hardening. In addition are Various methods known in which the board partially or completely preformed to final geometry, then heated and either finished in an appropriate tool or only hardened by rapid cooling becomes.
  • Das Presshärten der Bauteile ermöglicht es, nach dem Erhitzen und anschließenden schnellen Abkühlen höchstfeste Bauteile mit sehr engen Beschnitt- und Formtoleranzen herzustellen.The Press hardening of the components makes it possible, after the Heating and subsequent rapid cooling High-strength components with very tight cutting and shape tolerances manufacture.
  • Aus der PCT/EP 2005/008641 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein praktisch auf Endgeometrie fertig geformtes Bauteil in ein Werkzeug eingelegt wird, wobei dieses Bauteil im Bereich der Ränder fest geklemmt wird und vorzugsweise lediglich im Bereich der positiven Radien unterstützt wird. Dieses Bauteil wird im erhitzten Zustand eingelegt und wird in der Form schnell abgekühlt, um es zu härten. Bei diesem Abkühlen legt sich das Bauteil im Bereich der positiven Radien an die Form an, wodurch es dimensionsstabil abgekühlt wird. In den übrigen Bereichen können die Formen mit Luftspalten vom Bauteil entfernt angeordnet sein, um das Schrumpfen des Bauteils nicht zu behindern.From the PCT / EP 2005/008641 a method is known in which a virtually finished on final geometry component is placed in a tool, said component is clamped firmly in the region of the edges and is preferably supported only in the region of the positive radii. This component is placed in the heated state and is rapidly cooled in the mold to harden it. During this cooling, the component forms in the area of the positive radii to the mold, whereby it is dimensionally stable cooled. In other areas, the air-gap shapes may be located away from the component so as not to hinder the shrinkage of the component.
  • Aus der WO 2006/038868 A1 ist ein Verfahren zum Warmumformen und Härten eines Metallblechs bekannt, bei dem Ausfräsungen in den Formhälften vorhanden sind, so dass Haltestege verbleiben, die das Blechbauteil während des Abkühlens halten. In den Bereichen, in denen die Formhälften nicht an dem Blech anliegen, sollen weichere Zonen des Endprodukts entstehen.From the WO 2006/038868 A1 For example, there is known a method of hot working and tempering a metal sheet in which cutouts are provided in the mold halves so that retaining webs that hold the sheet metal part during cooling remain. In the areas where the mold halves are not adjacent to the sheet, softer zones of the final product should arise.
  • Aufgrund der hohen Sprödigkeit sowie der geringen Dehnwerte von pressgehärteten Bauteilen besteht im Crash-Lastfall die Gefahr, dass die Bauteile durch die auftretenden hohen Spannungen reißen oder brechen. Es ist deshalb erforderlich, gezielt Bereiche, die zu einem Bauteilversagen beim Fahrzeug-Crash führen könnten, durch Bereiche mit unterschiedlichen mechanischen Werkstoffkennwerten gezielt zu entlasten. Hierbei ist es nicht ausreichend nur gezielt Schwächungsbereiche zu erzeugen, denn an derartige Bauteile werden hohe Anforderungen gestellt, so dass es zwingend notwendig ist, in allen Bereichen des Bauteils die mechanischen Kennwerte gezielt einzustellen und sicher vorherzusagen.by virtue of the high brittleness and the low elongation values of Press-hardened components is in the crash load case the Danger that the components by the occurring high voltages tear or break. It is therefore necessary, targeted Areas leading to a component failure in a vehicle crash could, through areas of different mechanical Relieve material characteristics in a targeted manner. Here it is not sufficient only specifically to create areas of weakness, because of such Components are made high demands, making it mandatory necessary in all areas of the component, the mechanical Set parameters specifically and predict them safely.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Herstellen von partiell gehärteten Stahlblechbauteilen zu schaffen, mit der es gelingt, gehärtete Stahlblechbauteile mit Zonen unterschiedlicher vorhersagbarer mechanischer Eigenschaften zu erzeugen.task The invention is a device for producing partially hardened sheet steel components to create, with it succeeds, hardened sheet steel components with zones of different predictable to produce mechanical properties.
  • Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The The object is achieved with a device having the features of the claim 1 solved.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.advantageous Further developments are in the dependent claims characterized.
  • Erfindungsgemäß wird bei einem Bauteil aus Stahlblech ein Teilbereich der Dehngrenze, der Zugfestigkeit, der Dehnung und der Duktilität bei schneller Deformation im Crash-Fall bei der Herstellung verändert. Hiermit können die beim Crash auftretenden Spannungen gezielt auf das Bauteil verteilt werden.According to the invention for a component made of sheet steel, a sub-range of the yield strength, tensile strength, elongation and ductility at faster Deformation in the event of a crash changed during manufacture. Hereby, the stresses occurring during the crash can be targeted be distributed to the component.
  • Hierbei können erfindungsgemäß die mechanischen Kennwerte und die Duktilität von pressgehärteten oder warmumgeformten Bauteilen in genau definierten und exakt eingeschränkten Teilbereichen beeinflusst werden und zwar ohne den kompletten Teilequerschnitt zu schwächen und zudem mit einer definierten Veränderung auch bestimmte gewünschte Werte.in this connection can according to the invention the mechanical Characteristics and the ductility of press-hardened or hot-formed components in precisely defined and exactly limited Partial areas are affected and without the entire part cross-section to weaken and also with a defined change also certain desired values.
  • Erfindungsgemäß wird das hierfür verwendete Presshärtewerkzeug in den Bereichen, für die eine größere Duktilität gefordert ist, mit eingefrästen Luftpolstern versehen. Die Luftpolster sind in ihrer Geometrie so gewählt, dass eine bereichsweise Anlage der Bauteile in den Aktivradien besteht, so dass ein Verformen der Bauteile beim Abkühlen verhindert wird, jedoch auch diese Bereiche in der Duktilität gezielt beeinflusst werden können.According to the invention the press hardening tool used in the Areas for which greater ductility is required, provided with milled air cushions. The air cushions are chosen in their geometry so that there is a partial installation of the components in the active radii, so that deformation of the components during cooling is prevented, However, these areas in the ductility influenced specifically can be.
  • Um das Abkühlen der Bauteile auch im Bereich der Luftpolster mit der jeweils für die Duktilität geforderten bestmöglichen Abkühlzeit zu erreichen, werden die Luftpolster mit Pressluft, die in der Temperatur je nach Anwendungsfall gekühlt oder erwärmt ist oder anderen Gasen gespült.Around the cooling of the components also in the area of the air cushion with the respectively required for the ductility to achieve the best possible cooling time the air cushion with compressed air, which in temperature depending on the application cooled or heated or purged other gases.
  • Hiermit wird eine Abkühlgeschwindigkeit erzielt, die üblicherweise geringer ist als die Abkühlgeschwindigkeit an den insbesondere wassergekühlten Formwerkzeughälften.Herewith a cooling rate is achieved, which is usually less than the cooling rate of the particular water-cooled mold halves.
  • Die Luftpolster werden hierbei generell dadurch realisiert, dass in einer Formwerkzeughälfte bzw. Formflächenschale Nuten und insbesondere flache Nuten kreisscheibenförmige Aussparungen oder auch eckige flache Aussparungen eingefräst werden, wobei diese Aussparungen mit Zuluft- und Abluftkanälen ausgestattet sind, wobei vorzugsweise bei einer Reihe von Nuten eine randseitige Nut mit einer Zuluftbohrung ausgebildet wird und anschließend die Nuten untereinander mit Verbindungsbohrungen versehen sind, durch die das Gas, beispielsweise Pressluft von einer Nut zur anderen gelangt, während die gegenüberliegende randseitige Nut über eine entsprechende Auslassöffnung verfügt.The Air cushions are generally realized by the fact that in a mold half or mold surface shell Grooves and in particular shallow grooves circular disc-shaped Recesses or square flat recesses milled be, with these recesses with supply air and exhaust air ducts are equipped, preferably at a number of grooves an edge-side groove is formed with a Zuluftbohrung and then the grooves with each other with connecting holes are provided, through which the gas, for example, compressed air from a Groove passes to the other, while the opposite edge-side groove via a corresponding outlet opening features.
  • Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass ein maßliches Verziehen der Bauteile verhindert wird, da die Geometrie der Luftpolster so gewählt ist, dass die Bauteile beim Abkühlen an den Anlageradien bereichsweise anliegen und somit der beim Abkühlen einsetzende Schrumpfungsprozess und daraus resultierender Teileverzug positiv beeinflusst wird. Insbesondere ist die Geometrie der Luftpolsternuten so gewählt, dass das Bauteil in der Form von einer Art Gitterstruktur gehalten wird, die sich aus den zwischen den Nuten liegenden und diese begrenzenden Stegen ergibt.at The invention is advantageous in that a dimensional distortion the components is prevented because the geometry of the air cushion so it is chosen that the components on cooling abut the Anlageradien areas and thus the incipient on cooling Shrinking process and resulting part distortion positive being affected. In particular, the geometry of the Luftpolsternuten so chosen that the component in the form of a kind of lattice structure is held, consisting of the lying between the grooves and gives these limiting ridges.
  • Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert, es zeigen dabei:The Invention will be explained by way of example with reference to a drawing, it shows:
  • 1: stark schematisiert und in einer schrägen Draufsicht eine teilgeschnittene Formwerkzeugschale mit eingefrästen Luftpolsternuten und ein darauf aufliegendes Bauteil; 1 strongly schematized and in an oblique top view a partially cut mold shell with milled air-cushion grooves and a component lying thereon;
  • 2: einen Schnitt durch ein geschlossenes Formwerkzeug nach der Erfindung; 2 a section through a closed mold according to the invention;
  • 3: einen Detailschnitt gemäß 2; 3 : a detail section according to 2 ;
  • 4: eine Anordnung und Geometrie möglicher Luftpolsternuten auf einer Proben-Formwerkzeughälfte, 4 an arrangement and geometry of possible air-cushion grooves on a sample mold half,
  • 5: eine Rückansicht der Formwerkzeughälfte nach 4; 5 : a rear view of the mold half behind 4 ;
  • 6: ein Schnitt der Formwerkzeughälfte nach 4; 6 : a cut of the mold half behind 4 ;
  • 7: Abkühlkurve im Bereich einer Luftpolsternut; 7 : Cooling curve in the area of an air cushion groove;
  • 8: eine weitere Abkühlkurve; 8th : another cooling curve;
  • 9: eine weitere Abkühlkühlkurve; 9 another cooling-cooling curve;
  • 10: Härteergebnisse auf der Probeplatine bei 1,5 mm Blechdicke; 10 : Hardness results on the sample board at 1.5 mm sheet thickness;
  • 11: Härteergebnisse auf der Probeplatine bei 2 mm Blechdicke; 11 : Hardness results on the sample board at 2 mm sheet thickness;
  • 12: die Abkühlkurve ohne Luftpolster; 12 : the cooling curve without air cushion;
  • 13: die Abkühlkurve bei 3 mm Luftpolsterdicke; 13 : the cooling curve at 3 mm air cushion thickness;
  • 14: eine Übersicht über Abkühlkurven bei unterschiedlichen Luftpolstertiefen; 14 : an overview of cooling curves at different air cushion depths;
  • 15: ein erfindungsgemäßes Werkzeug im Querschnitt; 15 a tool according to the invention in cross-section;
  • 16: eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeuges; 16 a further embodiment of the tool according to the invention;
  • 17: eine erneute Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeuges; 17 a renewed embodiment of the tool according to the invention;
  • 18: einen weiteren Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Werkzeug mit integrierten keramischen Stiften; 18 a further cross section through a tool according to the invention with integrated ceramic pins;
  • 19: eine Detailvergrößerung eines erfindungsgemäßen Werkzeuges; 19 : an enlarged detail of a tool according to the invention;
  • 20: eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeuges mit sichtbaren Verbindungsbohrungen; 20 a further embodiment of the tool according to the invention with visible connection holes;
  • 21: ein Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Werkzeug mit im Luftpolster integrierten Induktionsspulen; 21 a cross section through an inventive tool with integrated in the air cushion induction coils;
  • 22: eine Abkühlkurve mit einem Werkzeug mit einem nicht beheizten Keramikeinsatz; 22 : a cooling curve with a tool with a non-heated ceramic insert;
  • 23: eine Abkühlkurve eines Werkzeuges mit beheiztem Keramikeinsatz; 23 : a cooling curve of a tool with heated ceramic insert;
  • 24: den Temperaturverlauf bei einem zweigeteilten Presshärteprozess; 24 : the temperature profile in a two-part press hardening process;
  • 25: eine Vergleichskurve der Abkühlung eines Blechs von 500°C bei 30°C Umgebungstemperatur. 25 : a comparison curve of the cooling of a sheet of 500 ° C at 30 ° C ambient temperature.
  • In 1 ist die erfindungsgemäße Kühlschale 1 in einer teilgeschnittenen Ansicht gezeigt, bei der sie von einem Teil eines umzuformenden Bauteils 2 abgedeckt wird. Man erkennt die Zuluftleitungen 3, die untereinander verbundenen Luftpolsternuten 4 und die Abluftleitungen 5, wobei die Luftpolsternuten hierbei kreisscheibenförmige Ausnehmungen sind.In 1 is the cooling shell according to the invention 1 shown in a partially sectioned view, in which they of a part of a component to be formed 2 is covered. One recognizes the supply air lines 3 , the interconnected Luftpolsternuten 4 and the exhaust pipes 5 , In this case, the Luftpolsternuten are circular disc-shaped recesses.
  • Im Schnitt gesehen erkennt man ein Werkzeugoberteil 6 und ein Werkzeugunterteil 7, wobei am Werkzeugoberteil 6 und am Werkzeugunterteil 7 je eine Kühlschale 1 angeordnet ist. Die Kühlschalen 1 besitzen im Wesentlichen eine Kontur, die dem fertigen Bauteil 2 entspricht. In den Kühlschalen 1 erkennt man an den dem Bauteil 2 zugewandten Flächen 8 die eingebrachten Luftpolsternuten 4, die über eine Zuluftleitung 3 mit einem entsprechenden Gasstrom beaufschlagt werden können und über die Abluftleitungen 5 verfügen, mit denen der Gasstrom abgeleitet wird.Seen on average one recognizes a tool shell 6 and a tool base 7 , wherein on the upper tool 6 and on the lower tool part 7 one cooling bowl each 1 is arranged. The cooling shells 1 essentially have a contour that the finished component 2 equivalent. In the cooling cups 1 can be recognized by the component 2 facing surfaces 8th the introduced Luftpolsternuten 4 , which have an air supply line 3 can be acted upon with a corresponding gas flow and the exhaust air lines 5 equipped with which the gas stream is derived.
  • In 3, die eine entsprechende Vergrößerung des Schnittes darstellt, erkennt man das zwischen den Kühlschalen 1 geklemmte Werkstück, wobei in den Kühlschalen 1 die Zufluftleitungen 3 zu den nächstgelegenen sich diametral gegenüberliegenden Luftpolsternuten 4 gelangen. Man erkennt zudem die Verbindungsbohrungen V der Luftpolsternuten 4 um einen durchgehenden Gasstrom zu ermöglichen.In 3 , which represents a corresponding enlargement of the section, you can see that between the cooling shells 1 clamped workpiece, being in the cooling shells 1 the supply air lines 3 to the nearest diametrically opposed Luftpolsternuten 4 reach. It also recognizes the connection holes V of Luftpolsternuten 4 to allow a continuous gas flow.
  • Die Anzahl der Zuführungsbohrungen bzw. -leitungen 3 und Abführungsbohrungen bzw. -leitungen 5 wird so gewählt, dass ein optimaler Gasfluss erzielt wird, wobei wichtig ist, dass beim Schließen des Werkzeuges in allen Luftpolsternuten 4 ein ausreichender Gasdruck zum Aufbau des entsprechenden Luftpolsters vorhanden ist. Insofern muss der Gasfluss so eingestellt werden, dass eine wiederholbare und prozesssichere verzögerte Abkühlung beim Presshärten ermöglicht wird.The number of feed holes or lines 3 and drainage holes or pipes 5 is chosen so that an optimal gas flow is achieved, wherein it is important that when closing the tool in all Luftpolsternuten 4 a sufficient gas pressure to build the corresponding air cushion is present. In this respect, the gas flow must be adjusted so that a repeatable and process-safe delayed cooling during press hardening is possible.
  • In der ersten Abkühlphase (ab Bauteileinlage) kann durch Kaltluftzufuhr, welche durch die Luftpolster strömt, die Temperatur schnell auf eine Wunschtemperatur, z. B. 500°C gebracht werden. Um diese Wunschtemperatur für eine gewisse Zeit zu halten, wird nun in einer zweiten Abkühlphase heiße Luft durch die Luftpolster geblasen. Dies bewirkt, dass das Bauteil auf Wunschtemperatur bleibt und so eine homogene bainitische Gefügeumwandlung stattfinden kann.In the first cooling phase (from the component insert) can by cold air, which flows through the air cushions, the temperature quickly to a desired temperature, z. B. 500 ° C are brought. Around to maintain this desired temperature for a certain time, is now in a second cooling phase hot air blown through the air cushion. This causes the component to open Desired temperature remains and so take place a homogeneous bainitic microstructure transformation can.
  • Die 4 bis 6 zeigen die Anordnung und Geometrie von erfindungsgemäßen Luftpolsternuten 4 in einer Versuchskühlschale.The 4 to 6 show the arrangement and geometry of Luftpolsternuten invention 4 in a test refrigerator.
  • Die gezeigten Luftpolsternuten 4 sind flache, in die Oberfläche 8 der Kühlschale 1 eingebrachte Ausnehmungen, die unterschiedliche Formen und Durchmesser besitzen können. Man erkennt hierbei beispielsweise kreisscheibenförmige Luftpolsternuten 4a, welche jeweils in Gruppen angeordnet sind, wobei die Luftpolsternuten 4a kreisscheibenförmige bzw. zylindrische Ausnehmungen sind, die sich von der Oberfläche 8 der Kühlschale 1 in diese hinein erstrecken.The air cushion grooves shown 4 are flat, in the surface 8th the cooling shell 1 introduced recesses, which may have different shapes and diameters. It can be seen here, for example, circular disk-shaped Luftpolsternuten 4a , which are each arranged in groups, wherein the Luftpolsternuten 4a circular or cylindrical recesses are different from the surface 8th the cooling shell 1 extend into it.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Luftpolsternuten 4 als angenähert quadratische großflächige Luftpolsternuten 4b ausgebildet, wobei die Eckbereiche abgerundet sind und sich die Luftpolsternuten 4b im Wesentlichen über die gleiche Tiefe ins Innere der Kühlschale 1 erstrecken, wie die Nuten 4a.In a further advantageous embodiment, the Luftpolsternut 4 as approximately square large air cushion grooves 4b formed, wherein the corner areas are rounded and the Luftpolsternuten 4b essentially the same depth into the interior of the cooling shell 1 extend, like the grooves 4a ,
  • Darüber hinaus ist es möglich, die Luftpolsternuten 4 als rechteckige, parallel zur Längserstreckung der Kühlschale 1 verlaufende Nuten 4c auszubilden.In addition, it is possible the Luftpolsternuten 4 as rectangular, parallel to the longitudinal extent of the cooling shell 1 running grooves 4c train.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Mehrzahl von kleinen zylindrischen Nuten 4d als Nutenfeld ausgebildet, wobei dieses Nutenfeld aus Nuten 4d, insbesondere um einen Vergleich herstellen zu können, eine gleiche Grundfläche bedeckt wie die quadratische Nut 4b. Hierbei bleiben die zwischen den zylindrischen Nuten 4d verbleibenden Restflächen der Oberfläche 8 quasi als Gittermuster stehen, welches auf eine aufzulegende Platine einwirkt.In a further advantageous embodiment, a plurality of small cylindrical grooves 4d formed as Nutenfeld, said Nutenfeld of grooves 4d , In particular, in order to be able to make a comparison, a same base area covered as the square groove 4b , Here are the remaining between the cylindrical grooves 4d remaining residual surfaces of the surface 8th almost as a grid pattern, which acts on a board to be placed.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Luftpolsternuten 4 als sich längs erstreckende Nuten 4e ausgebildet, wobei im gezeigten Beispiel eine Mehrzahl von sich längs erstreckenden Luftpolsternuten 4e quer zur Längserstreckung der Kühlschale 1 angeordnet ist, wobei die Luftpolsternuten 4e einen geringen Abstand zueinander besitzen, so dass die verbleibenden Teile der Oberfläche 8 als schmale Streifen vorhanden sind.In a further advantageous embodiment, the Luftpolsternut 4 as longitudinally extending grooves 4e formed, in the example shown, a plurality of longitudinally extending Luftpolsternuten 4e transverse to the longitudinal extent of the cooling shell 1 is arranged, wherein the Luftpolsternuten 4e have a small distance from each other, so that the remaining parts of the surface 8th as narrow strips are present.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Nuten 4 als Luftpolsternuten 4f länglich rechteckig analog zu den Nuten 4c ausgebildet, wobei diese Nuten jedoch mit ihrer Längserstreckung quer zur Längserstreckung der Kühlschale 1 angeordnet sind.In a further advantageous embodiment, the grooves 4 as Luftpolsternuten 4f elongated rectangular analogous to the grooves 4c formed, but these grooves with their longitudinal extent transverse to the longitudinal extent of the cooling shell 1 are arranged.
  • Erfindungsgemäß können in den Bereichen, in denen das Bauteil duktiler ausgebildet sein soll, auch entsprechend der Kontur des Bauteils eine oder mehrere der gezeigten Nuten vorhanden sein, insbesondere können auch Kombinationen aus den gezeigten Nuten bzw. Nutenfeldern vorhanden sein.According to the invention in the areas where the component be formed ductile should, according to the contour of the component one or more the grooves shown may be present, in particular Also combinations of the grooves shown or Nutenfeldern available be.
  • Mit einem spiegelsymmetrischen Paar der vorbeschriebenen Versuchskühlschale wurden Abkühlversuche durchgeführt.With a mirror-symmetrical pair of the above-described experimental cooling pan cooling tests were carried out.
  • Die entsprechenden Versuchsanordnungen und Abkühlkurven, die erzielt werden konnten, sind in den 7 bis 12 gezeigt.The corresponding experimental arrangements and cooling curves that could be achieved are in the 7 to 12 shown.
  • Die Versuche wurden an planen, ebenen Platinen der Größe 600 × 300 mm durchgeführt, wobei drei Blechstärken verwendet wurden, nämlich 1 mm, 1,5 mm und 2 mm. Die Platinen wurden hierbei in einem Ofen aufgeheizt, wobei die Ofentemperatur 910°C betrug. Die Platinen wurden nach Erreichen der Zieltemperatur aus dem Ofen händisch herausgenommen und auf eine der Kühlschalen 1 bzw. Formwerkzeughälften 1 abgelegt.The tests were carried out on flat 600 × 300 mm flat boards using three sheet thicknesses, namely 1 mm, 1.5 mm and 2 mm. The boards were in this case heated in an oven, the furnace temperature was 910 ° C. The boards were taken out manually after reaching the target temperature from the oven and on one of the cooling shells 1 or mold halves 1 stored.
  • Die Platinenablage im Werkzeug erfolgt hierbei auf sogenannten Sankyo-Stiften.The Board storage in the tool takes place on so-called Sankyo pens.
  • Die Temperatur wird während des Pressvorgangs mit Hilfe eines Thermofühlers T erfasst und im Diagramm aufgezeichnet, wobei der Thermofühler T jeweils auf die Platine geschweißt werden.The Temperature is during the pressing process with the help of a Thermocouple T recorded and recorded in the diagram, wherein the thermocouple T welded respectively to the board become.
  • Durch die Luftpolster wird die Abkühlung des Bauteils im Luftpolsterbereich deutlich verzögert. Dies liegt daran, dass Luft eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt und sich während des Abkühlprozesses erwärmt und so ein warmes/heißes Luftpolster bildet (13). Hierdurch wird bewirkt, dass sich das Material nicht über den ursprünglichen Presshärtevorgang martensitisch umwandelt, sondern ein Mischgefüge entsteht. Dieses Mischgefüge ist deutlich weicher, elastischer und plastischer verformbar (12, 13).Due to the air cushion, the cooling of the component in the air cushion area is significantly delayed. This is because air has a very low thermal conductivity and heats up during the cooling process to form a hot / hot air cushion ( 13 ). This causes the material does not convert martensitic over the original press hardening process, but a mixed structure is created. This mixed structure is significantly softer, more elastic and plastically deformable ( 12 . 13 ).
  • Es ist möglich, durch eine Variation der Luftpolsterformen unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten zu erzeugen. Hierbei leiten kleine Luftpolster die Energie des Bauteils deutlich schneller ab als große Luftpolster, was sich selbstverständlich auf die Bauteileigenschaften auswirkt (7, 8, 9). Problematisch hierbei sind die Auflageflächen (Haltebereiche/Aktivradien) in denen das Bauteil direkt an der Werkzeugschale aufliegt. Diese Auflageflächen sind zwingend notwendig, um das Bauteil in Form und auf Maß zu halten. Diese Auflageflächen können je nach Größe der Auflagefläche harte (eigentlich unerwünschte) Bereiche erzeugen, da hier, wie beim ursprünglichen Presshärtevorgang am kalten Werkzeug eine martensitische Umwandlung stattfindet.It is possible to produce different cooling rates by a variation of the air cushion shapes. Here, small air cushions dissipate the energy of the component much faster than large air cushions, which of course affects the component properties ( 7 . 8th . 9 ). The problem here is the bearing surfaces (holding areas / active radii) in which the component rests directly on the tool shell. These bearing surfaces are imperative to keep the component in shape and to size. Depending on the size of the bearing surface, these bearing surfaces can produce hard (actually undesirable) areas, since martensitic transformation takes place here, as in the original press hardening process on the cold tool.
  • Grundsätzlich kann gesagt werden, dass je größer die Auflagefläche ist, umso geringer die Härtereduktion der Luftpolster ist. Unterschiedliche Luftpolstertiefen erzeugen hierbei unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten bei gleich bleibender Auflagefläche und Luftpolsterform (14). Die Größe, Tiefe, Form, Platzierung und Anzahl der Luftpolster ist hierbei variabel und auch je nach Bauteilgeometrie verschieden.Basically, it can be said that the larger the contact surface, the lower the reduction in the hardness of the air cushion. Different air cushion depths produce different cooling rates with the same contact surface and air cushion shape ( 14 ). The size, depth, shape, placement and number of air cushions is variable and also different depending on the component geometry.
  • Durch die Verbindungsbohrungen 5 ist es möglich während des Pressvorgangs heiße oder kalte Luft durch die Luftpolster zu blasen und somit die Bauteiltemperatur auf ein bestimmtes Niveau, z. B. 500°C für eine bestimmte Zeit zu halten (13, 16, 20). Darüber hinaus ist von Vorteil, dass die Auflagefläche an den Werkzeugschalen (Haltebereiche des Bauteils) die Temperatur der heißen durchströmenden Luft annehmen. Dies kann durch direkt unterhalb der Oberfläche verlaufende Verbindungsbohrungen und durch die angrenzenden heißen Luftpolster sichergestellt werden, so dass die bereits angesprochenen möglicherweise harten Haltebereiche vermieden werden.Through the connection holes 5 it is possible during the pressing process hot or cold air to blow through the air cushion and thus the component temperature to a certain level, eg. B. 500 ° C for a certain time to keep ( 1 - 3 . 16 . 20 ). In addition, it is advantageous that the bearing surface on the tool shells (holding regions of the component) assume the temperature of the hot air flowing through. This can be ensured by directly below the surface extending communication holes and by the adjacent hot air cushion, so that the previously mentioned possibly hard holding areas are avoided.
  • Erfindungsgemäß kann hierzu ein nahezu homogenes bainitisches Gefüge auch in den an sich problematischen Haltebereichen erzielt werden.According to the invention For this a nearly homogeneous bainitic structure also in the problematic holding areas are achieved.
  • Ähnlich wie die Variabilität der Luftpolster sind auch die Verbindungsbohrungen in ihrer Größe, Tiefe, Form, Platzierung und Anzahl variabel und je nach Bauteilgeometrie verschieden.Similar Like the variability of the air cushions are also the connecting bores in their size, depth, shape, placement and number variable and different depending on the component geometry.
  • Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, die Auflageflächen in den Haltebereichen aus Keramik mit geringer Wärmeleitfähigkeit auszubilden (15, 16, 19), wobei diese keramischen Auflageflächen 5a bzw. diese Keramikeinsätze 5a zudem beiheizt werden können. Hierbei werden die Luftpolster, wie in 15 oder 16 gezeigt, beibehalten.A further embodiment according to the invention provides for the bearing surfaces to be formed in the holding regions of ceramic with low thermal conductivity ( 15 . 16 . 19 ), these ceramic bearing surfaces 5a or these ceramic inserts 5a can also be heated. Here are the air cushions, as in 15 or 16 shown, maintained.
  • Die Größe, Form, Platzierung und Anzahl der keramischen Auflageflächen ist variabel und wird im Wesentlichen von der Bauteilgeometrie bestimmt, da diese die positiven Radien und Auflage-/bzw. Anlageflächen definiert.The Size, shape, placement and number of ceramic Bearing surfaces is variable and is essentially of The component geometry determines, since these are the positive radii and Pad / or. Defined contact surfaces.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (17) wird eine vollkeramische Werkzeugschale eingesetzt, welche es ermöglicht, ein homogenes Gefüge einzustellen. Wird eine solche keramische Werkzeugschale aus einer Keramik oder einem Keramikguss ausgebildet, der nicht beheizt ist, findet sich ein noch relativ harter aber spannungsarmer Martensit (22). Wird vorteilhafter Weise die Keramik bzw. der Keramikguss entsprechend durch ein Heizkreislauf 11 (17) beheizt, bildet sich ein weicheres bainitisches Gefüge (23).In a further advantageous embodiment ( 17 ) a full ceramic tool shell is used, which makes it possible to set a homogeneous structure. If such a ceramic tool shell is formed from a ceramic or a ceramic casting which is not heated, there is still a relatively hard but low-stress martensite ( 22 ). Is advantageously the ceramic or ceramic casting accordingly by a heating circuit 11 ( 17 ), a softer bainitic structure forms ( 23 ).
  • Von Vorteil ist es, die Keramik so auszuwählen, dass die Wärmeleitfähigkeit sehr gering ist und die Wärmekapazität möglichst hoch. Bei der Verwendung einer Keramik liegt die zu haltende Temperatur der Keramik zwischen 200°C und 300°C, um ein bainitisches Gefüge auszubilden. Wird eine Gusskeramik verwendet, liegt die zu haltenden Temperatur der Keramik bei etwa 100°C.From Advantage is to select the ceramic so that the thermal conductivity is very low and the heat capacity as possible high. When using a ceramic, the temperature to be held is the Ceramic between 200 ° C and 300 ° C to a bainitic Form structure. If a cast ceramic is used, lies the temperature of the ceramic to be held at about 100 ° C.
  • Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform werden viele kleine Keramikstifte 14 im Luftpolster angeordnet, um genügend Auflagefläche für das Bauteil zu schaffen (18). Die geringen keramischen Auflageflächen durch die Stifte 14 und das umgebende Luftpolster bewirken, dass die Energie dem Bauteil in diesen Bereichen langsam entzogen wird, selbst an den Auflagepunkten. Falls es notwendig ist, besteht die Möglichkeit entweder wieder das Luftpolster 12 oder die einzelnen keramischen Stifte 13 (4) zu heizen. Auch hierbei ist selbstverständlich die Größe, Form, Platzierung und Anzahl der keramischen Auflageflächen variabel und auch je nach Bauteilgeometrie verschieden.In a further embodiment of the invention many small ceramic pins 14 arranged in the air cushion to provide sufficient support surface for the component ( 18 ). The small ceramic bearing surfaces through the pins 14 and the surrounding air cushion cause the energy to be slowly removed from the component in these areas, even at the support points. If necessary, there is the option of either the air cushion again 12 or the individual ceramic pins 13 ( 4 ) to heat. Again, of course, the size, shape, placement and number of ceramic bearing surfaces variable and also different depending on the component geometry.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (21) werden gegenüber den Haltebereichen (Aktivradien) im Werkzeug und am Haltebereich der Teilenden Induktionsspulen 15 integriert bzw. angebracht (21). Die Induktionsspulen wirken so dem Energiefluss entgegen. Durch die Induktionsspulen wird im Bauteil so viel Energie zugeführt, wie Energie über die Auflageflächen abgeführt wird. Hierdurch kann eine konstante Temperatur von z. B. 500°C auch in den Haltebereichen erzeugt werden. Zudem ist es möglich, im Luftpolster die Induktionsspulen 15 gleichmäßig zu verteilen und so im Bauteil für eine gewisse Zeit ein konstante homogene Temperatur zu erzeugen, wodurch sich das Gefüge homogen bainitisch umwandeln kann.In a further advantageous embodiment ( 21 ) are compared to the holding areas (active radii) in the tool and the holding area of the dividing induction coils 15 integrated or attached ( 21 ). The induction coils thus counteract the flow of energy. The inductors supply as much energy in the component as energy is dissipated via the contact surfaces. This allows a constant temperature of z. B. 500 ° C are generated in the holding areas. It is also possible in the air cushion, the induction coils 15 evenly distributed and so in the component for a certain time to produce a constant homogeneous temperature, whereby the microstructure can transform homogeneously bainitic.
  • Vorteil der in die Luftpolster integrierten Induktionsspulen 15 ist, dass die Induktionsspule 15 nicht gegen die sonst direkt am Bauteil anliegenden gekühlten Werkzeugoberflächen arbeiten muss. Da das Werkzeug gekühlt ist, erhitzen sich die Induktionsspulen auch nicht, weil sie im Werkzeug eingebettet sind.Advantage of the integrated in the air cushion induction coils 15 is that the induction coil 15 do not have to work against the otherwise cooled directly on the component tool surfaces. Since the tool is cooled, the induction coils also do not heat because they are embedded in the tool.
  • Die Luftpolster wirken auch hier als isolierende Schicht zwischen dem gekühlten Werkzeug und dem heißen Bauteil, wobei die Werkzeuge von den Induktionsspulen nicht erhitzt werden, da sie nicht ferromagnetisch sind. Gegen die Strahlungswärme des Bauteils können die Induktionsspulen durch zusätzliches Isoliermaterial oder durch tiefe Einbettung in das Werkzeug geschützt werden.The Air cushions also act as an insulating layer between the cooled tool and the hot component, wherein the tools are not heated by the induction coils since they are not ferromagnetic. Against the radiant heat of the Component, the induction coils by additional Insulating material or protected by deep embedding in the tool become.
  • Wird eine Heizung eingesetzt, um das Bauteil für eine bestimmte Zeit auf eine bestimmte Temperatur zu halten, ist es im Einzelfall erforderlich, einen zweigeteilten Prozess durchzuführen (24). Dies ist notwendig, um eine Taktzeitverkürzung zu realisieren, wobei der gezeigte Prozess ein zweigeteilter Presshärteprozess ist, welcher für partielle Bereiche eines Bauteils, wie auch für komplette Bauteile geeignet ist.If a heater is used to keep the component at a certain temperature for a certain time, it is sometimes necessary to carry out a two-part process ( 24 ). This is necessary in order to realize a cycle time reduction, wherein the process shown is a two-part press hardening process, which is suitable for partial areas of a component, as well as for complete components.
  • In der Presse befinden sich zwei unterschiedliche Presswerkzeuge pro Bauteilseite oder im Anschluss an die Presse eine Vorrichtung für Stufe (Abkühlen auf Raumtemperatur). Im Ersten wird durch Beheizen der Werkzeugschale (Luftpolster oder Keramik oder Induktion, wie bereits beschrieben) in bestimmten Bauteilbereichen die Temperatur auf ein gewünschtes Niveau gebracht und diese Temperatur für eine bestimmte Zeit gehalten. Nach Ende der Haltezeit wird das in bestimmten Bereichen noch heiße Bauteil per Roboter in ein zweites Presswerkzeug gelegt, wobei das Bauteil hierbei an Luft während des Transfers weiter abkühlt. Hierbei sollte darauf geachtet werden, dass die Temperatur nicht unter die Martensitstarttemperatur absinkt.In There are two different pressing tools per press Component side or following the press a device for Stage (cool to room temperature). In the first one is through Heating the tool shell (air cushion or ceramic or induction, as already described) in certain component areas, the temperature brought a desired level and this temperature for held for a certain time. After the end of the holding time, the in certain areas still hot component by robot in placed a second pressing tool, wherein the component in this case while air the transfer continues to cool. Here it should be paid attention be that the temperature is not below the martensite start temperature decreases.
  • Im zweiten Presswerkzeug wird dann der noch heiße Bauteilbereich schnell auf Raumtemperatur abgekühlt, entsprechend dem üblichen, bisherigen Presshärteprozess. Dieser zweigeteilte Prozess ermöglicht eine deutliche Taktzeitreduktion im Vergleich zu einem einzelnen Presswerkzeug.in the second pressing tool then becomes the still hot component area cooled quickly to room temperature, according to the usual, previous press hardening process. This two-part process allows a significant cycle time reduction compared to a single cycle Pressing tool.
  • Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass durch die Anzahl, Größe und Verteilung der Luftpolsternuten sowie den durchgesetzten Gasstrom sehr feinfühlig die Härte eines abschreckgehärteten Bauteils einstellbar ist.at The invention is advantageous in that by the number, size and distribution of Luftpolsternuten and the enforced gas flow very sensitive the hardness of a quench hardened Component is adjustable.
  • 11
    Kühlschalecooling tray
    22
    Bauteilcomponent
    33
    Zuluftleitungensupply air
    44
    LuftpolsternutenLuftpolsternuten
    4a4a
    kreisscheibenförmige Luftpolsternutencircular disk Luftpolsternuten
    4b4b
    annähernd quadratische großflächige Luftpolsternutennearly square large-area Luftpoluten grooves
    4c4c
    rechteckige Nuten parallel zur Längserstreckung von 1 rectangular grooves parallel to the longitudinal extent of 1
    4d4d
    zylindrische Nuten, ein Nutenfeld bildendcylindrical Grooves, forming a groove field
    4e4e
    sich längs erstreckende Nutenyourself longitudinally extending grooves
    4f4f
    längliche rechteckige Nuten quer zur Längserstreckung von 1 elongated rectangular grooves transverse to the longitudinal extent of 1
    55
    Abluftleitungenexhaust pipes
    66
    WerkzeugoberteilUpper die
    77
    WerkzeugunterteilTool part
    88th
    Oberflächesurface
    1111
    Heizkreislaufheating circuit
    1212
    Luftpolsterbubble
    1313
    Stiftepencils
    1414
    Keramikstifteceramic pins
    1515
    Induktionsspuleninductors
    VV
    Verbindungsbohrungenconnecting bores
    TT
    Thermofühlerthermocouple
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Claims (8)

  1. Vorrichtung zum Härten von Stahlbauteilen, wobei zumindest zwei Formwerkzeughälften (6, 7) vorhanden sind, welche zum zumindest teilbereichsweisen Abkühlen eines erhitzten Stahlbauteils oder einer erhitzten Platine über zumindest je eine Kühlschale (1) pro Formwerkzeughälfte (6, 7) verfügt, insbesondere Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Kühlschalen (1) werkstückseitig in den Bereichen, in denen eine verringerte oder keine Härte des Bauteils gewünscht ist, Ausnehmungen (4) in der Oberfläche (8) vorhanden sind, wobei die Ausnehmungen (4) zur Erzeugung eines Gaspolsters während des Pressens der Platine oder des Bauteils über Gaszuführungs- und Gasabführungsbohrungen verfügen und zudem eine Einrichtung vorhanden ist, mit der Gas durch die Zuführungsbohrungen in die Ausnehmungen einbringbar ist.Apparatus for hardening steel components, wherein at least two mold halves ( 6 . 7 ) are present, which at least partially cool down a heated steel component or a heated board on at least one cooling shell ( 1 ) per mold half ( 6 . 7 in particular apparatus for carrying out the method according to one of the preceding claims, wherein in the cooling shells ( 1 ) on the workpiece side in the areas in which a reduced or no hardness of the component is desired, recesses ( 4 ) in the surface ( 8th ) are present, wherein the recesses ( 4 ) for generating a gas cushion during the pressing of the board or the component via gas supply and gas discharge holes and also a device is provided, with the gas through the feed holes in the recesses can be introduced.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (4) bzw. Luftpolsternuten (4) eine Kontur bzw. Fläche einnehmen, die der Fläche entspricht, die eine verringerte oder keine Härte besitzen soll.Device according to claim 1, characterized in that the recesses ( 4 ) or Luftpolsternuten ( 4 ) occupy a contour or surface corresponding to the surface which is to have a reduced or no hardness.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Bereichen, in denen eine verringerte oder keine Härte gewünscht ist, eine Mehrzahl von Ausnehmungen (4) oder Luftpolsternuten (4) vorhanden ist, welche den Bereich der verringerten oder nicht vorhandenen Härte abdecken, wobei zwischen den Luftpolsternuten Stege verbleiben.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that in areas in which a reduced or no hardness is desired, a plurality of recesses ( 4 ) or Luftpolsternuten ( 4 ), which cover the area of reduced or non-existent hardness, leaving ridges between the air cushion grooves.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageflächen bzw. Haltebereiche im den Aktivradien des Bauteils durch unterhalb der Oberfläche verlaufende Verbindungsbohrungen beheizbar angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing surfaces or holding areas in the active radii of the component through below the surface extending connecting holes are arranged heated.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber den Haltebereichen oder Aktivradien im Werkzeug Induktionsspulen (15) integriert sind, welche dem Energieabschluss aus dem Blech in das Werkzeug entgegenwirkend angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that relative to the holding areas or active radii in the tool induction coils ( 15 ) are integrated, which are arranged counteracting the energy termination of the sheet in the tool.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugschale aus einer Keramik oder einem Keramikguss ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the tool shell made of a ceramic or a ceramic casting is formed.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltebereiche im Bereich der Aktivradien, in denen das Bauteil aufliegt, aus Keramik ausgebildet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the holding regions in the region of the active radii, in which the component rests, are formed of ceramic.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Luftpolsternuten Keramikstifte als zusätzliche Auflageflächen für das Bauteil vorhanden sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the Luftpolsternute ceramic pins as additional bearing surfaces for the Component are present.
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