DE69523700T2

DE69523700T2 - Pressverfahren mit einem Schritt zur Verstärkung eines lokalen Bereiches am Zuschnitt

Info

Publication number: DE69523700T2
Application number: DE69523700T
Authority: DE
Inventors: Takashi Hosoe; Shinichiro Nakamura; Akihito Sato
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-08-29
Filing date: 1995-08-24
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2015-08-25
Also published as: US5735163A; EP0700735A2; JPH08117879A; DE69523700D1; EP0700735A3; EP0700735B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Erfindungsbereich

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Durchführen von Pressarbeiten an einem Zuschnitt bzw. an einem Rohling, und genauer ausgedrückt, auf eine Technik zum Verbessern der Formbarkeit des Rohlings, wobei ein ausgewählter, lokaler Abschnitt des Rohlings zur Erhöhung seiner mechanischen Festigkeit vor einem Pressarbeitsvorgang auf dem Rohling verstärkt wird.

Diskussion des verwandten Stands der Technik

Verschiedene Arten an Pressarbeiten oder plastischen Arbeiten, wie zum Beispiel Biegen und Ziehen, wurden weitverbreitet angewendet, um beispielsweise verschiedenartige Fahrzeugplatten zu formen. Bei Pressarbeiten wird ein Rohling oder eine Platte aus Metall einem plastischen Verformen unterworfen und zu einer gewünschten Form geformt. Um die mechanische Festigkeit eines geformten Stückes zu verbessern, das durch eine derartige Pressarbeit erhalten worden ist, kann ein gewünschter Abschnitt des geformten Stückes durch Anwendung eines Strahls mit hoher Energiedichte erhitzt und dann gehärtet oder schnell gekühlt werden, um eine Bainit- oder Martensitstruktur mit hoher Festigkeit auszubilden. Daher kann der gewünschte Abschnitt des geformten Stückes auf Grund seiner strukturellen Umwandlung verstärkt werden, wie beispielsweise in der JP-A-4-72010 offenbart ist. Ebenfalls wird in der JP-A-1-259118 vorgeschlagen, einen Rohling durch Anwendung eines Strahls mit hoher Energiedichte an einem lokalen Bereich des Rohlings vor dem Pressarbeiten partiell zu verstärken, um die Biegesteifigkeit und den Verformungswiderstand des geformten, durch Pressarbeiten erhaltenen Stückes zu erhöhen. Ein derartiger Strahl mit hoher Energiedichte kann ebenfalls vor den Pressarbeiten auf einen Rohling angewendet werden, um einen Abschnitt des Rohlings zu verstärken, der während des Ziehens in Kontakt mit einem Druckbauteil, wie zum Beispiel mit einem Druckring, gehalten wird, wie in der JP-A-4-105721 offenbart ist. Auf diese Weise wird der Verformungswiderstand des Rohlings eingestellt, um die Menge an Materialfluss oder den Abstand einer nach innen gerichteten Bewegung des Rohlings bezüglich einer Form und eines Druckbauteils zu steuern und um Furchen oder Falten in dem geformten Stück zu verhindern. Um eine Verbesserung der mechanischen Festigkeit zu erreichen, kann ein Rohling beispielsweise ebenfalls einem Prägungsarbeitsvorgang unterzogen werden, so dass der geprägte Abschnitt einer Druckverformung unterworfen wird und daher auf Grund von Werkstückhärtung oder Kaltverfestigung verstärkt wird, wie in der JP-B-2-62-13092 offenbart ist.
Das geformte Stück oder der Rohling wird lokal, wie zuvor beschrieben worden ist, verstärkt, um die mechanische Festigkeit und die Biegesteifigkeit des geformten Stücks zu verbessern oder um die Spannung, die auf den Rohling während des Ziehens wirkt, zu kontrollieren. Jedoch sind die bekannten Verstärkungsverfahren nicht für die Verbesserung der Formbarkeit des Rohlings ausgerichtet und ermöglichen daher nicht die Verwendung eines Materials minderer Qualität mit einer geringen Formbarkeit wie der Rohling, der zu reduzierten Materialkosten führen würde, oder machen es nicht möglich derartige Artikel, die nicht herkömmlich durch Pressarbeiten geformt werden können, zu formen. Ferner haben die bekannten Techniken nicht das Verhindern des Zurückschnellens und das Sichern einer verbesserten, größenmäßigen Genauigkeit des geformten Stücks zum Ziel. Die Formbarkeit des in Pressarbeiten verwendeten Rohlings wird im allgemeinen durch die mechanischen Eigenschaften des Rohlingsmaterials bestimmt, wie zum Beispiel Verlängerung, Biegesteifigkeit, n-Wert und r-Wert (Lenkfortwert). Je besser die Formbarkeit ist, um so weniger Brüche treten während des Pressarbeiten auf. Während das Rohlingsmaterial benötigt wird, um einen angegebenen Grad an Formbarkeit in Abhängigkeit von der Form des geformten Stückes aufzuweisen, lässt die Verwendung eines Materials hoher Qualität, das eine gute Formbarkeit und eine geringe Neigung zur Bruchbildung besitzt, die Materialkosten nach oben schnellen. Daher ist es erstrebenswert ein kostengünstiges Material minderer Qualität zu verwenden, um die Materialkosten zu verringern, wenn es die Voraussetzungen für die Verformbarkeit erfüllt. Es ist ebenfalls erstrebenswert das Zurückschnellen zu verringern, das während des Pressarbeitens auftreten kann, um eine verbesserte Formbarkeit und größenmäßige Genauigkeit zu sichern.

Übersicht der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Pressverfahren zu schaffen, wobei ein lokaler Abschnitt eines Rohlings verstärkt wird, um die Formbarkeit des Rohlings zu verbessern und daher ein Brechen und Zurückschnellen des Rohlings während der Pressarbeiten zu verhindern.
Die obige Aufgabe kann gemäß der Erfindung durch ein Verfahren zum Ausführen von Pressarbeiten an einem Rohling gemäß Anspruch 1 ausgeführt werden.
Das zuvor beschriebene Verfahren ist auf ein Pressarbeitsverfahren, wie zum Beispiel auf Ziehen oder Biegen, anwendbar, das eine Verlängerung und eine plastische Verformung des Rohlings verursacht, um einen Artikel mit gewünschter Form zu formen. Der Rohling enthält spannungskonzentrierte Abschnitte, die dazu neigen während des Pressarbeitsschritts zu brechen, genauer ausgedrückt, derartige Abschnitte, die in Kontakt mit einem Schulter oder entfernten Endabschnitt des für die Pressarbeiten verwendeten Stempels gebracht werden. Bei dem Verfahren werden diese spannungskonzentrierten Abschnitte verstärkt, um eine erhöhte mechanische Festigkeit, wie zum Beispiel eine verbesserte Biegesteifigkeit und eine verbesserte Bruchkraft, zu schaffen, was zur verringerter Bruchbildung führt. Während die Verwendung einer Stahlplatte mit hoher Festigkeit als Rohling die Bruchkraft verbessern kann, führt es ebenfalls zu einer erhöhten Verformungsbeanspruchung, die zum Pressen der Stahlplatte benötigt wird, und trägt nicht dazu bei, Brüche zu verringern. Wenn nur die spannungskonzentrierten Abschnitte, wie in der Erfindung, verstärkt werden, wird sich die Verformungsbelastung, die für Pressarbeiten benötigt wird, kaum verändern, und Brüche werden wirkungsvoll an den verstärkten Abschnitten verhindert. Dies macht es möglich, ein Material mit minderer Qualität als ein herkömmlich verwendetes Materials zu verwenden, oder einen Artikel zu formen, der nicht durch herkömmliches Pressverfahren geformt werden kann.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit des Rohlings geeignet ist, kann ein gewünschter Abschnitt des Rohlings durch Anwendung hoher Energie erhitzt und dann gehärtet werden, so dass die Struktur des Rohlingsmaterials zu einer Bainit- oder Martensitstruktur mit hoher Festigkeit umgewandelt wird. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Rohling einem Prägungs- oder Stanzarbeitsvorgang unterworfen werden, so dass ein lokaler Abschnitt des Rohlings einer Druckverformung unterzogen wird und dadurch, beispielsweise auf Grund einer Kaltverfestigung oder einer Stauchhärtung, verfestigt wird. Andere Rohlingsverfahrensarbeitsvorgänge können durch lokales Verstärken des Rohlings angewendet werden, um die mechanische Festigkeit zu erhöhen.
Wenn linear verstärkte Abschnitte in dem Rohling durch Anwendung eines Strahls mit hoher Energiedichte geformt werden, um die strukturelle Umwandlung des Rohlingsmaterials zu verursachen, oder beispielsweise durch Stanzen oder Prägen des Rohlings geformt werden, kann die Biegesteifigkeit des Rohlings in verschiedenen Richtungen variiert werden. Beispielsweise, wenn eine oder mehrere linear verstärkte Abschnitte in einer Längsrichtung des Rohlings ausgebildet werden, die im wesentliche im rechten Winkel die Richtung kreuzen, bei der Brüche ausgebildet werden, mit anderen Worten ausgedrückt, in einer Richtung ausgebildet werden, bei der eine Spannung auf den Rohling während des Pressarbeitsschritts wirkt, wird der Widerstand gegen eine Verlängerung oder Verformung primär in der Richtung der Verlängerung verstärkt, wodurch das Brechen des Rohlings wirkungsvoll verhindert wird, ohne dass eine Verformung des Rohlings in der anderen Richtung verursacht wird. Die Länge der linear verstärkten Abschnitte ist ausreichend groß, wenn sie um 40 mm beträgt, und der Abstand oder das Intervall zwischen den benachbarten verstärkten Abschnitten ist vorzugsweise um 20 mm oder kleiner. Jedoch kann die Länge und das Intervall der verstärkten Abschnitte auf andere Weise bestimmt werden, was von dem Material des Rohlings und der Form des geformten Stückes abhängt.
Ein lokaler, durch Aufweiten zu formender Abschnitt kann verstärkt werden, um die mechanische Festigkeit zu erhöhen und die Bruchkraft zu verbessern, was zu einer verringerten Bruchbildung des Rohlings führt. Wenn ein lokaler Abschnitt des Rohlings durch Aufweiten geformt wird, fließt oder bewegt sich herkömmlicher Weise ein Außenumfangsabschnitt des Rohlings nur einen begrenzten Bereich bezüglich des Druckbauteils während des Aufweitungsarbeitsvorgangs nach innen. Durch Verstärken eines derartigen, lokalen Abschnitts vor dem Pressschritt kann jedoch der Abstand einer nach innen gerichteten Bewegung oder die Menge an Materialfluss des Rohlings an seinem äußeren Umfangsabschnitt vergrößert werden, was von dem Grad der Verstärkung oder der Härtung des lokal aufgeweiteten Abschnitts abhängt. Wenn der aufgeweitete Abschnitt beispielsweise in einem zentralen Bereich des Rohlings ausgebildet wird, ist es schwierig, die Menge an Materialfluss oder den Abstand der nach innen gerichteten Bewegung des Rohlings an dem Außenumfangsabschnitt durch Einstellung einer Rohling-Haltekraft zu steuern, die an dem Außenumfang oder Flanschabschnitt des Rohlings aufgewendet wird. In diesem Fall verursacht ebenfalls die Verstärkung des lokalen Abschnitts eine Verstärkung des Materialflusses oder der Bewegung an dem Flanschabschnitt, um den aufgeweiteten zentralen Abschnitt mit verbesserter Formbarkeit und einer Verringerung Bruchbildung des Rohlings auszubilden. Dies ermöglicht den Gebrauch eines Materials minderer Qualität als die eines herkömmlich verwendeten Materials, und macht es möglich, einen Artikel, der durch das herkömmliche Pressverfahren nicht geformt werden kann zu formen.
Der zuvor geschilderte, lokale Abschnitt kann verstärkt werden, um zumindest einen linear verstärkten Abschnitt zu schaffen, der im wesentlichen parallel zu der Richtung ausgebildet ist, in der die Spannung auf den aufgeweiteten Abschnitt während des Aufweitungsarbeitsvorgangs wirkt. In diesem Fall weist der aufgeweitete Abschnitt einen erhöhten Verformungswiderstand primär in der Richtung der Spannung auf, wobei das Rohlingsmaterial wirkungsvoll von seinem umgebenden Abschnitt nach innen bewegt werden kann, ohne dass die Verformung des aufgeweiteten Abschnitts in andere Richtungen verursacht wird.
Das Verfahren ist ferner auf ein Pressarbeitsverfahren, wie Ziehen und Biegen, was eine Verlängerung und eine plastische Verformung des Rohlings verursacht, zum Formen eines Artikels mit gewünschter Form anwendbar. Durch Verstärken des lokalen Abschnitts des Rohlings, kann die Art der Verformung des Rohlings bei dem Pressschritt geändert werden, wodurch das Spannungsausmaß an der Verformungsgrenze des Rohlings erweitert wird. Das derart erweiterte Spannungsausmaß an der Verformungsgrenze führt zu einer Verringerung an Brüchen, die während des Pressarbeitens in dem Rohling ausgebildet werden. Dies ermöglicht die Verwendung eines Materials minderer Qualität als die eines herkömmlich verwendeten Materials und macht es möglich, einen Artikel, der nicht durch Pressarbeiten geformt werden kann, zu formen.
Die Arten der Verformung eines Rohlings während der Pressarbeit, können durch die Beziehung zwischen einer Spannung &epsi;x in der Richtung der x-Achse, in der die Spannung auf den Rohling wirkt, und einer Spannung &epsi;y in der Richtung der y-Achse, die rechtwinklig zu der Spannung ist, in einem zweidimensionalen Koordinatensystem in der Ebene des Rohlings bestimmt werden. Im Allgemeinen, wenn der Rohling einem ebenen Verformungszustand bzw. einer Scherspannungsverformung unterzogen wird, bei der die Spannung &epsi;y in der y-Achsenrichtung im wesentlichen 0 ist, hat das Spannungsausmaß an der Verformungsgrenze, an der Brüche ausgebildet werden, den kleinsten Wert, der (&epsi;x² + &epsi;x²) beträgt, wie in der Grafik aus Fig. 13 gezeigt ist. Dieses Spannungsausmaß wird vergrößert, wenn der Rohling einer zweiachsigen Verformung unterzogen wird, bei der die Spannung &epsi;x in der y-Achsenrichtung einen positiven Wert erhält, oder einer einachsigen Verformung unterzogen wird, bei der die Spannung &epsi;x ein negativer Wert ist. Durch lokales Verstärken des Rohlings wird die Biegesteifigkeit in einer bestimmten Richtung mit dem Resultat einer verringerten Verlängerung des Rohlings in dieser Richtung erhöht, wodurch die Art der Verformung des Rohlings verändert wird. Beispielsweise kann die Scherspannungsverformung zu der zweiachsigen Verformung oder zu der einachsigen Verformung geändert werden, um das Spannungsausmaß an der Verformungsgrenze zu erweitern.
Wenn linear verstärkte Abschnitte auf dem Rohling ausgebildet werden, wird die Biegesteifigkeit primär in der Richtung der Erstreckung der linear verstärkten Abschnitte erhöht, was zu einer verringerten Verlängerung des Rohlings in dieser Richtung führt. In diesem Fall, bei dem die Art der Verformung des Rohlings geändert wird, um die Biegesteifigkeit in einer Richtung zu erhöhen, bei der die Spannung auf den Rohling während des Pressarbeitens wirkt, ist es erstrebenswert, eine große Anzahl an linear verstärkten Abschnitten in einer Richtung rechtwinklig zu der Richtung der Spannung auszubilden, so dass die verstärkten Abschnitte mit einem geeigneten Abstand voneinander in der Richtung der Spannung beabstandet sind. Jeder linear verstärkte Abschnitt kann eine relativ kurze Länge in einem Bereich von wenigen Millimetern bis zu Zehnern an Millimetern haben.
Das Verfahren ist ferner auf ein Pressverfahren anwendbar, das Biegeverformung verursacht. Das bedeutet, dass das Verstärkungsverfahren auf einem Abschnitt des Rohlings durchgeführt wird, der an der Außenseite einer Krümmung eines geformten Stückes sein wird, um die mechanische Festigkeit dieses Abschnitts zu erhöhen. Dies kann durch Anwendung einer hohen Energie auf einen lokalen Abschnitt des Rohlings nahe der zu formenden Krümmung erreicht werden, um die strukturelle Umwandlung des Rohlingsmaterials zu verursachen, oder durch Stanzen eines lokalen Abschnitts des Rohlings erreicht werden, um die Druckverformung zu verursachen. Wenn der lokale Abschnitt des Rohlings durch Anwendung einer hohen Energie erhitzt und gehärtet wird, und dadurch zu einer Martensit- oder Bainitstruktur umgewandelt wird, wird das Volumen des lokalen Abschnitts auf Grund der strukturellen Umwandlung vergrößert, und relativ große Druckspannungen treten auf der Seite des Rohlings, auf der die hohe Energie angewendet wird, das heißt auf der Außenseite eines Rohlings, der durch Biegen des Rohlings zu formen ist, auf. Wenn die Druckverformung durch den Stanzarbeitsvorgang an einem Abschnitt des Rohlings durchgeführt wird, der auf der Außenseite einer zu formenden Krümmung stattfindet, treten relativ große Druckspannungen in dem verformten Abschnitt auf, der an der Außenseite der zu formenden Krümmung ist. Wenn der Rohling durch Pressarbeiten zum Ausbilden einer Krümmung oder eines gekrümmten Abschnittes gekrümmt wird, treten andererseits auf der Außenseite der Krümmung Biegespannungen und auf der Innenseite der Krümmung Druckspannungen auf, die zu einem Zurückschnellen des Rohlings führen. Da die Druckrestspannungen auf der Außenseite der Krümmung auf Grund des zuvor beschriebenen, verstärkenden Verfahren auftreten, können die Restspannungen auf Grund der Biegeverformung durch die Druckrestspannungen aufgehoben oder ausgeglichen werden, wodurch ein resultierendes, verformtes Stück nicht unter dem Zurückschnellen leidet und eine verbesserte größenmäßige Genauigkeit aufweist. Daher ist das obige Verfahren besonders bevorzugt anzuwenden, wenn der Biegearbeitsvorgang unerwartetes Zurückschnellen des Rohlings verursacht, was zu einer geringen größenmäßigen Genauigkeit des geformten Stückes führt.
Wenn das Verstärken des lokalen Abschnitts des Rohlings durch das strukturelle, wie zuvor beschriebene Umwandeln erreicht wird, wird der Rohling nicht notwendiger Weise in seiner ganzen Dicke verstärkt. Wenn der Rohling nur an seinem Abschnitt auf der Außenseite der zu formenden Krümmung partiell geschmolzen und gehärtet wird, unterscheiden sich die Druckrestkräfte zwischen gegenüberliegender Seiten des Rohlings stark, und das Zurückschnellen kann wirkungsvoller verhindert werden, im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Rohling in seiner ganzen Dicke geschmolzen wird.
Bei jedem der zuvor beschriebenen, weiteren Ausführungsbeispiele der Erfindung kann der Rohling durch Erhitzen seines lokalen Bereichs durch dortige Anwendung einer hohen Energie und durch Härten des lokalen Bereichs verstärkt werden, wodurch eine strukturelle Umwandlung des Materialrohlings verursacht wird, was zu einer Erhöhung der mechanischen Festigkeit des lokalen Bereichs führt.
Durch das zuvor beschriebene Erhitzen und Härten wird die Struktur des lokalen Abschnitts des Rohlings zu beispielsweise einer hoch-festen Martensit- oder Bainitstruktur umgewandelt, die eine Biegesteifigkeit um circa 450 MPa oder höher hat. Der lokale Abschnitt des Rohlings kann durch Bestrahlung dieses Abschnitts mit einem Strahl hoher Energiedichte, wie zum Beispiel durch einen Laserstrahl, Plasmastrahl, elektronischen Strahl oder Ionstrahl, die ein Erhitzen begrenzter Bereiche des lokalen Abschnitts ermöglichen, erhitzt werden. Der Rohling kann jedoch auf andere Weise erhitzt werden, indem beispielsweise eine Hochfrequenz- oder Mikrowellenheizvorrichtung verwendet wird. Die Heiztemperatur ist gleich oder höher als die Temperatur, bei der die Martensitumwandlung stattfindet. Während ein Rohling, der aus Kohlenstoffstahl geformt ist, bei ungefähr 727ºC oder höher erhitzt wird, ist es vorzuziehen, den Stahl bis zu einer Temperatur zu erhitzen, die höher als seine Schmelztemperatur ist, um durch die strukturelle Umwandlung ein ausreichendes Verstärken der gewünschten Bereiche des lokalen Abschnitts des Rohlings zu sichern. Wenn ein kleiner oder schmaler Bereich des Rohlings, wie zuvor beschrieben, erhitzt wird, kann der erhitzte Bereich durch Selbstkühlung gehärtet werden, da die Wärme auf seine umgebenden Abschnitte übertragen wird. Ein geeignetes Kühlungsverfahren kann jedoch nach Bedarf durchgeführt werden, um den erhitzten Bereich zu härten.
Vorzugsweise ist das Material des Rohlings Kohlenstoffstahl, der eine ausreichende Menge an Kohlenstoff enthält und eine Martensitumwandlung oder Bainitumwandlung durchführt. Eine derartige Kohlenstoffstahlplatte kann mit geschmolzenen Zink plattiert werden, um eine Zn-Fe Schicht mit korrosionsbeständigen Eigenschaften auf der Außenfläche der Stahlplatte auszubilden. Um ein Verdampfen der Zn-Fe Schicht durch Anwendung einer hohen Energie darauf zu verhindern, kann die Zn-Fe Schicht bei einer Temperatur erhitzt werden, die geringer als die Verdampfungstemperatur ist, oder der Bereich der Zn-Fe Schicht, der die Energie mit hoher Dichte erhält, kann verringert werden. Es ist ebenfalls erstrebenswert, verschiedene Bedingungen beim Verstärken des lokalen Abschnitts des Rohlings auf Grund der strukturellen Umwandlung hinsichtlich einer korrosionsbeständige Beschichtung, die anders als die der Zn-Fe Schicht ist, oder hinsichtlich anderer Beschichtens auf der Oberfläche des Rohlings zu bestimmen. Das heißt, dass der Rohling lokal bei einer Temperatur erwärmt wird, die niedriger als die Verdampfungs- oder Schmelztemperatur einer solchen Beschichtung ist.
Bei jedem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung kann der Rohling ebenfalls durch Stanzen eines lokalen Abschnitts des Rohlings verstärkt werden, um davon eine Druckverformung zu verursachen, die zu einer verbesserten mechanischen Festigkeit des lokalen Abschnitts führt.
Bei dem Stanzarbeitsvorgang wird der lokale Abschnitt des Rohlings auf Grund von Kaltverfestigung oder Stauchalterung verstärkt. Obgleich das Ausmaß des Verbesserns der Festigkeit, das durch dieses Verstärkungsverfahren erreicht worden ist, nicht so hoch ist wie das, das durch das obige Verfahren erreicht wird, indem der Strahl mit hoher Energiedichte angewendet wird, wird das unverzügliche Verfahren bevorzugt angewendet, wenn der Rohling mit geschmolzenem Zink plattiert oder mit anderer Beschichtung versehen wird. Ferner wird der Stanzarbeitsvorgang vorteilhaft bei einem Rohling ausgeführt, der aus verschiedenen Materialien geformt ist, dessen mechanische Festigkeit beispielsweise bei der Kaltverfestigung oder Stauchalterung erhöht wird. Da die gestanzten Abschnitte des Rohlings eine verringerte Dicke im Vergleich zu anderen Abschnitten haben, kann der Rohling haltende Druck während des Pressarbeitens verringert werden, wenn ein Abschnitt des Rohlings, der durch zwei Druckbauteile gehalten wird, die gestanzten Abschnitte enthält, was zu einer verringerten Bruch- oder Rissneigung des Rohlings führt. Ferner können die gestanzten Abschnitte durch Drücken des Rohlings gegen eine geeignete Form geformt werden, wodurch relativ geringe Kosten für Einbau und Erhaltung zum Ausführen des Stanzarbeitsvorgangs benötigt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die obigen und wahlweisen Aufgaben, Merkmale, Vorteile und signifikante Gesichtspunkte der Erfindung werden durch Lesen der folgenden, detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung besser verdeutlicht, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen in Betracht gezogen werden, bei denen:
Fig. 1A bis Fig. 1E Perspektivansichten sind, die Beispiele eines geformten Stückes zeigen, dass durch ein Pressverfahren gemäß der Erfindung hergestellt worden ist;
Fig. 2 eine Schnittansicht ist, die einen Rohling und eine Presse zeigt, die zum Tiefziehen oder zum Tiefziehverfahren verwendet wird;
Fig. 3A eine Ansicht ist, die ein Muster (I) zeigt, das keinen linear verstärkten Abschnitt in einem Rohling ausgebildet hat;
Fig. 3B eine Ansicht ist, die ein Muster (II) linear verstärkter Abschnitte, die in einem Rohling ausgebildet sind, zeigt;
Fig. 3C eine Ansicht ist, die ein Muster (III) linear verstärkter Abschnitte, die in einem Rohling ausgebildet sind, zeigt;
Fig. 3D eine Ansicht ist, die ein Muster (IV) linear verstärkter Abschnitte, die in einem Rohling ausgebildet sind, zeigt;
Fig. 4A eine Grafik ist, die die Höhen der geformten Stücke, die durch Ziehen ausgebildet worden sind, zeigt, indem Rohlinge mit den Mustern (I), (III) und (IV) aus Fig. 3A, 3C und 3D verwendet werden;
Fig. 4B eine Grafik ist, die die Höhen der geformten Stücke zeigt, die durch Ziehen ausgebildet worden sind, indem Rohlinge mit den Mustern (I), (II) aus Fig. 3A und 3B verwendet werden;
Fig. 5A eine Perspektivansicht ist, die ein Beispiel eines geformten Stückes zeigt, das durch ein Pressverfahren gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung hergestellt worden ist;
Fig. 5B eine Perspektivansicht ist, die ein anderes Beispiel eines geformten Stückes zeigt, das durch das obige Verfahren der Erfindung hergestellt worden ist;
Fig. 6 eine Schnittansicht ist, die einen Rohling und eine Presse zeigt, die für einen Aufweitungsvorgang des Rohlings verwendet wird;
Fig. 7 eine Ansicht ist, um eine erhöhte Biegesteifigkeit eines Rohlings auf Grund seiner strukturellen Umwandlung zu erklären;
Fig. 8A eine Ansicht ist, die ein Muster (I) zeigt, das keinen linear verstärkten Abschnitts in einem Rohling ausgebildet hat;
Fig. 8B eine Ansicht ist, die ein Muster (II) linear verstärkter Abschnitte, die in einem Rohling ausgebildet sind, zeigt,
Fig. 9A eine Grafik ist, die einen Abstand S eine nach innen gerichteten Bewegung eines Rohlingmaterials entsprechend jeder der Muster (I) und (II) aus Fig. 8A und 8B zeigt;
Fig. 9B eine Grafik ist, die eine Höhe H eines geformten Stückes entsprechend jeder der Muster (I) und (II) aus Fig. 8A und 8B zeigt;
Fig. 10A bis Fig. 10C Perspektivansichten sind, die Beispiele eines geformten Stückes zeigen, dass durch ein Pressverfahren gemäß der Erfindung hergestellt worden ist;
Fig. 11A eine Draufsicht eines Rohlings ist, der das geformte Stück aus Fig. 10A nach der Pressarbeit ergibt;
Fig. 11B eine Draufsicht des geformten Stückes aus Fig. 10A ist;
Fig. 12 eine Tabelle ist, die Veränderungen in der Gestalt des Rohlings vor und nach verschiedener Arten der Verformung zeigt;
Fig. 13 eine Grafik ist, die die Beziehung zwischen der Art der Verformung und dem Spannungsausmaß bis zu der Verformungsgrenze zeigt;
Fig. 14A eine Ansicht ist, die ein Muster (I) zeigt, das keinen linear verstärkten Abschnitt, der in einem Rohling ausgebildet ist, zeigt;
Fig. 14B eine Ansicht ist, die ein Muster (II) linear verstärkter Abschnitte, die in einem Rohling ausgebildet sind, zeigt;
Fig. 14C eine Ansicht ist, die ein Muster (III) linear verstärkter Abschnitte, die in einem Rohling ausgebildet sind, zeigt;
Fig. 15 eine Ansicht ist, die ein Spannfutter zeigt, das in einer Biegesteifigkeitsüberprüfung verwendet wird, die an Rohlingen mit den Mustern aus Fig. 14A bis 14C durchgeführt wird;
Fig. 16A eine Perspektivansicht ist, die ein Beispiel eines geformten Stückes zeigt, dass durch Pressverfahren gemäß der Erfindung hergestellt worden ist;
Fig. 16B eine Perspektivansicht ist, die ein anderes Beispiel eines geformten Stückes zeigt, das durch das obige Verfahren der Erfindung hergestellt worden ist;
Fig. 17 eine Ansicht ist, die eine Presse zeigt, die zur Herstellung der geformten Stücke aus Fig. 16A verwendet wird;
Fig. 18A eine Schnittansicht ist, die ein Beispiel eines linear verstärkten Abschnitts des geformten Stückes aus Fig. 16A oder 16B zeigt, der durch Bestrahlung durch einen Strahl mit hoher Energiedichte ausgebildet worden ist;
Fig. 18B eine Schnittansicht ist, die ein anderes Beispiel eines linear verstärkten Abschnitts des geformten Stückes aus Fig. 16A oder 16B zeigt;
Fig. 18C eine Schnittansicht ist, die ein weiteres Beispiel eines linear verstärkten Abschnitts des geformten Stückes aus Fig. 16A oder 16B zeigt;
Fig. 19 eine Ansicht ist, die ein Krümmung, die auf dem geformten Stück aus Fig. 16A oder 16B ausgebildet worden ist, und zwei linear verstärkte Abschnitte zeigt;
Fig. 20 eine Ansicht, um die Form jedes Formstücks zu erklären, das in einer Überprüfung zur Bestimmung der Formbarkeit eines Rohlings mit linear verstärkten Abschnitten verwendet wird;
Fig. 21 eine Grafik ist, die die Breite des Formstücks (I) bis (V) mit einer in Fig. 20 gezeigten Form zeigt;
Fig. 22 eine Schnittansicht ist, die ein Beispiel eines Stanzarbeitsvorgangs zum Formen verstärkter Abschnitte zeigt;
Fig. 23 eine Grafik ist, die die Beziehung zwischen der Stanzbelastung und dem Prozentgehalt der Dickenverringerung eines Rohlings zeigt;
Fig. 24 eine Grafik ist, die die Beziehung zwischen der Stanzbelastung und der Härte eines Rohlings zeigt;
Fig. 25 eine Grafik ist, die die Beziehung zwischen der Stanzbelastung und dem Produkt des
Dickenverminderungsprozentgehalts und der Härte zeigt, wobei das Produkt der Bruchkraft des Rohlings entspricht;
Fig. 26A eine Ansicht ist, die ein Muster (I) zeigt, das keinen verstärkten Abschnitt, der in einem Rohling durch einen Stanzarbeitsvorgang geformt wird, zeigt;
Fig. 26B eine Ansicht ist, die ein Muster (II) verstärkter Abschnitte zeigt, die in einem Rohling durch einen Stanzvorgang geformt worden sind;
Fig. 26C eine Ansicht ist, die ein Muster (III) verstärkter Abschnitte zeigt, die in einem Rohling durch einen Stanzarbeitsvorgang geformt worden sind;
Fig. 27 eine Grafik ist, die die Höhen geformter Stücke zeigt, die durch Ziehen der Rohlinge mit den Mustern (I) bis (III) aus Fig. 26A bis 26C hergestellt worden sind;
Fig. 28 eine Schnittansicht ist, die einen gestanzten Abschnitt des Rohlings zeigt, der durch Stanzen in der Nähe einer Krümmung geformt worden ist, um ein Zurückschnellen des Rohlings zu verhindern; und
Fig. 29 eine Ansicht ist, die ein Beispiel gestanzter Abschnitte zeigt, die in dem Rohling geformt worden sind, der einem rechtwinkligen Ziehen unterzogen worden ist.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Bezugnehmend auf Fig. 1A bis 1E sind geformte Stücke 10a bis 10e gezeigt, die durch Tiefziehen oder rechtwinkliges Ziehen geformt worden sind. Um jedes der geformten Stücke 10a bis 10e zu formen, wird ein zentraler Abschnitt einer kreisförmigen oder rechteckigen Metallplatte oder eines Rohlings gegen einen Stempel gedrückt, während der Rohling an seinen Außenumfangsabschnitt durch und zwischen einer Form und einem Druckring gehalten wird, um eine plastische Verformung des Rohlings, der der Form des Stempels folgt, zu verursachen. Die geformten Stücke 10a bis 10e haben spannungskonzentrierte Abschnitte, die während des Anfangszeitraums der Pressarbeit verlängert worden sind und auf denen Spannungen beim Fortfahren der Pressarbeit konzentriert worden sind, wodurch Brüche ausgebildet werden. Bei diesen spannungskonzentrierten Abschnitten werden linear verstärkte Abschnitte 12a bis 12e, wie in Fig. 1A bis 1E gezeigt ist, durch strukturelle Umwandlungen des Materials des Rohlings ausgebildet, was durch Anwendung einer hohen Energie zum Erhitzen geeigneter Abschnitte 12a bis 12e und durch Härten oder durch schnelles Abkühlen dieser Abschnitte 12a bis 12e erreicht wird, um eine Martensitstruktur oder eine Bainitstruktur zu erreichen. Die auf diese Weise verstärkten Abschnitte 12a bis 12e weisen eine erhöhte mechanische Festigkeit, wie zum Beispiel Biegesteifigkeit auf. Genauer ausgedrückt, wird ein lokaler Punkt des Rohlings durch einen Strahl mit hoher Energiedichte, wie zum Beispiel durch einen Plasmastrahl, elektronischen Strahl oder einen Ionenstrahl, bestrahlt, und dann wird der durch den Strahl bestrahlter Punkt angehoben oder mit einer bestimmten Geschwindigkeit entlang vorbestimmter Linien bewegt, während die bestrahlten Punkte erhitzt und geschmolzen werden. Folglich wird der Rohling entlang der vorbestimmten Linien durch das Schmelzen und selbständige Kühlen des Metalls gehärtet, so dass jedes der linear verstärkten Abschnitte 12a bis 12e ausgebildet wird. Das Material des Rohlings kann ein Kohlenstoffstahl sein, der eine geeignete Kohlenstoffmenge enthält, und sich der Martensitumwandlung oder Bainitumwandlung unterzieht. Wenn eine Platte aus Kohlenstoffstahl, die mit geschmolzenem Zink plattiert worden ist, lokal durch die zuvor beschriebene, strukturelle Umwandlung gehärtet wird, wird eine Zn-Fe Schicht, die auf der Oberfläche der Stahlplatte ausgebildet ist, durch die darauf wirkende Wärme verdampft. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch der Strahl mit hoher Energiedichte verwendet, um nur Teile entlang der Linien der Stahlplatte zu erhitzen. Daher ist nur ein schmaler Bereich der Zn-Fe Schicht verdampft, ohne dass die korrosionsbeständige Eigenschaft der Zn-Fe Schicht beeinflusst wird.
Die linear verstärkten Abschnitte 12a bis 12e sind in jedem Rohling vor der Pressarbeit oder dem Ziehen geformt worden, um seine Bruchkraft zu verbessern und um dadurch Brüche 14a bis 14e während des Pressarbeitens zu verhindern. Genauer hinsichtlich des geformten Stücks 10a erklärt, kann ein Bruch 14a in seinem Abschnitt ausgebildet werden, der die Schulter oder den Stempel während des Ziehens berührt, so dass sich der Bruch 14a in einer Richtung im wesentlichen parallel zu der Stempelschulter erstreckt. Um den Bruch 14a zu verhindern, werden eine Vielzahl linear verstärkter Abschnitte 12a an einem bestimmten, winkelförmigen Intervall in einem Rohling, der das geformte Stück 10a darstellt, ausgebildet, so dass sich die Abschnitte 12a in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der Richtung, in der die Spannung auf den Rohling während des Pressarbeitens wirkt, erstrecken, um in einem rechten Winkel zu der Stempelschulter zu kreuzen. Das geformte Stück 10b kann unter einem Bruch 14b leiden, der an seiner kreisförmigen Seitenwand in Umfangsrichtung ausgebildet wird, wie in Fig. 1B gezeigt ist. Um den Bruch 14b zu verhindern, wird eine Vielzahl linear verstärkter Abschnitte 12b mit einem vorbestimmten, winkelförmigen Intervall in einem Rohling ausgebildet, der das geformte Stück 10b ausbildet, in einer Richtung, die im wesentlichen parallel zu der Achse der zylindrischen Wand des Stücks 10b ist. Das geformte Stück 10c, das durch rechtwinkliges Ziehen geformt worden ist, kann einem Bruch 14c, der um eine Kante geformt ist, die ihre benachbarten Seitenwände verbindet, in der Umfangsrichtung seines rechtwinkligen Ziehstücks haben, wie in Fig. 1C gezeigt ist. Um den Bruch 14c zu verhindern, sind zwei linear verstärkte Abschnitte 12c entsprechend jeder Kante in einem Rohling, der das geformte Stück 10c ausmacht, in einer Richtung ausgebildet, die im wesentlichen parallel zu der Richtung ist, in der die Spannung auf den Rohling während der Pressarbeit wirkt, das heißt in einer Richtung ausgebildet, die im wesentlichen parallel zu der Achse des rechtwinkligen Ziehstücks ist. Das geformte Stück 10d aus Fig. 1D ist durch rechtwinkliges Ziehen geformt, indem ein Rohling mit kreisförmigem, zentralen Loch verwendet worden ist. Ein Bruch 14d, der in dem geformten Stück 10d auftreten kann, erstreckt sich von dem zentralen Loch in Richtung auf eine der vier Ecken seines rechtwinkligen Ziehstücks. Um den Bruch 14d zu verhindern, werden vier linear verstärkte Abschnitte 12d entsprechend den betreffenden Ecken in einer Richtung, im wesentlichen parallel zu der Richtung der Biegesteifigkeit, die auf den Rohling während der Pressarbeit wirkt, entlang eines Kreises ausgebildet, der konzentrisch mit dem kreisförmigen, zentralen Loch ist und einen etwas größeren Durchmesser als das kreisförmige, zentrale Loch hat. Das geformte, in Fig. 1E gezeigte Stück 10e ist ebenfalls durch rechtwinkliges Ziehen ausgebildet, indem ein Rohling mit einem kreisförmigen, zentralen Loch verwendet worden ist. In diesem Fall kann ein Bruch 14e radial nach außen von dem zentralen Loch in der Nähe eines der vier Ecken des rechtwinkligen Ziehstücks auftreten. Um den Bruch 14e zu verhindern, werden vier linear verstärkte Abschnitte 12e entsprechend der betreffenden Kanten in einer Richtung, die im wesentlichen parallel zu der Richtung ist, in der die Biegesteifigkeit auf den Rohling während der Pressarbeit wirkt, ausgebildet. Das heißt, dass die verstärkten Abschnitte 12e nahe der vier Ecken des rechtwinkligen Ziehstücks entlang eines Kreises angeordnet sind, der konzentrisch zu dem kreisförmigen, zentralen Loch ist.
Die Anzahl, die Länge und das Intervall der linear verstärkten Abschnitte 12a bis 12e können wie erwünscht passend bestimmt werden. Derartige linear verstärkte Abschnitte können ebenfalls als ein hutförmiges Stück, das durch Biegen geformt worden ist, wie mit 90a in Fig. 17 gezeigt ist, oder als andere Stücke geformt worden sein, die durch Pressarbeiten, anders als Tiefziehen, rechtwinkliges Ziehen und Biegen geformt worden sind. Wenn ein hutförmiges Stück durch Biegen, wie in Fig. 17 gezeigt ist, ausgebildet wird, können eine Vielzahl linear verstärkter Abschnitte an oberen Krümmungen und Seitenwänden, die benachbart zu den Krümmungen sind, in einer Richtung, im wesentlichen parallel zu der Richtung der darauf angewendeten Spannung, vorgesehen werden.
Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel sind die Spannungskonzentrierten Abschnitte, die ausgelegt sind, um Brüche 14a-14e zu haben, auf Grund der strukturellen Umwandlung des Rohlingmaterials lokal verstärkt, wie zuvor beschrieben worden ist, so dass die linear verstärkten Abschnitte 12a bis 12e eine vergrößerte Bruchkraft aufweisen. Daher ist das Ausbilden von Brüchen 14a bis 14e weniger wahrscheinlich und kostengünstiges Material minderer Qualität kann verwendet werden, um die Stücke 10a bis 10e bei verringerten Kosten zu formen. Die linear verstärkten Abschnitte 12a bis 12e ermöglichen ebenfalls das Formen dieser Stücke, die nicht herkömmlich durch Pressarbeiten geformt werden können. Insbesondere werden bei diesem Ausführungsbeispiel die linear verstärkten Abschnitte 12a bis 12e in einer Richtung ausgebildet, die parallel zu der Richtung der auf den Rohling angewendeten Spannung ist, mit anderen Worten ausgedrückt in einer Richtung, die im wesentlichen im rechten Winkel zu den Brüchen 14a bis 14e schneiden, die andernfalls durch Spannungskonzentration auftreten würden. Dem gemäß weisen die Rohlingen, die verstärkte Abschnitte 12a-12e haben, einen erhöhten Verformungswiderstand in Richtung der Spannung auf, wodurch Brüche verringert werden, ohne dass der Rohling in andere Richtung verformt wird.
Wenn eine Stahlplatte mit hoher Festigkeit als zu pressender Rohling verwendet wird, wird die Bruchkraft demzufolge verbessert; jedoch können Brüche nicht bei einer erhöhten Verformungs- oder Pressbeanspruchung, die zum Pressen der Stahlplatte notwendig ist, ausreichend verhindert werden. Da in diesem Ausführungsbeispiel nur die spannungskonzentrierten Abschnitte des Rohlings lokal verstärkt sind, verändert sich die Verformungsbeanspruchung oder Kraft, die zum Pressen des Rohlings benötigt wird, kaum, und Brüche 14a bis 14b werden daher wirkungsvoll vor dem Ausbilden in den spannungskonzentrierten Abschnitten gehindert. Wie beispielsweise mit Bezug auf Fig. 2 genauer beschrieben ist, wird ein Rohling 24 einem Tiefziehen durch aufwärtiges Bewegen eines Stempels 26 relativ zu einer Form 20 und einem Druckring 22 unterzogen, wobei ein Außenumfangsabschnitt des Rohlings 24 durch und zwischen der Form 20 und dem Pressring 22 eingeklemmt wird. In diesem Fall wird die Verformungsbeanspruchung F zum Pressen des Rohlings 24 durch die Formel (I), die folgend aufgezeigt ist, dargestellt. Bei dieser Formel (I) ist P0 eine Kraft (Schrumpfkraft), die zum Ziehen eines Flanschabschnitts des Rohlings 24 in radialer Richtung benötigt wird, ΔPH eine Reibkraft, die auf dem Flanschabschnitt auf Grund der Rohling- Haltekraft wirkt, sind ΔPb1 und 4Pb2 Biege- und Zurückschnellkräfte, ist γ ein Reibkoeffizient der Rohlinghalteabschnitte der Form 20 und des Druckrings 22 und φ ein Winkel des Kontakts mit dem Kantenabschnitt der Form 20. Eine bloße Erhöhung in der Festigkeit des Rohlings 24 führt zu einer Erhöhung der Bruchkraft seiner Seitenwand 28, die dazu neigt zu brechen. Jedoch kann die Bruchbildung nicht verhindert werden oder wird sogar verschlechtert, da die Verformungsbeanspruchung F mit einem Erhöhen der Werte Po, 4Pb1 und ΔPb2 erhöht wird. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel sind nur die Seitenwände 28 und andere spannungskonzentrierte Abschnitte lokal verstärkt, wobei nahezu keine Veränderung bei der Verformungsbeanspruchung F auftritt, und die Bruchkraft daher an der Seitenwand 28 und anderen Abschnitten verstärkt werden kann, was zu einer Verringerung der Brüche und einer verbesserten Formbarkeit führt. Die Bruchkraft Pcr wird durch die folgende Formel (2), die die Biegesteifigkeit TS enthält, und eine Funktion f(n, r) dargestellt, bei der der n-Wert und r-Wert Parameter sind. Es ist verständlich, dass die Bruchkraft Pcr erhöht wird, wenn die Biegesteifigkeit TS durch Verstärken der spannungskonzentrierten Abschnitte erhöht wird.
F = exp (u·φ)·(P&sub0; + 4PH +APb1) + ΔPb2.... (1)
Pcr = TS·f (n, r)
Vier Arten Kohlestoffstahlplatten, wie folgend in Tabelle 1 dargestellt ist, werden in einer Überprüfung zum Bestimmen der Formbarkeit dieser Platten einem Tiefziehen unterzogen. In Tabelle 1 ist TS die Biegesteifigkeit (Mpa), YP die Streckgrenze (MPa), El die Verlängerung (in %) eines Formstücks, das gemessen wird, wenn es bricht, der n-Wert ein Kaltverfestigungsexponent und der r-Wert ein Lenkfortwert. Tabelle 1
Die Stahlplatten mit geringer Festigkeit SGACF, SGACD hatten eine Dicke von 0,7 mm, und die Stahlplatten mit hoher Festigkeit SGAC340HR, SGAC340 hatten eine Dicke von 0,8 mm. Während alle der vier Arten Kohlenstoffstahlplatten im Allgemeinen als Rohlinge verwendet werden, die zu Fahrzeugbestandteilen gepresst werden, sind die Stahlplatte mit geringer Festigkeit SGACF und die Stahlplatte mit hoher Festigkeit SGAC340HR aus Materialien mit hoher Qualität, die nicht zur Bruchbildung neigen, und die Stahlplatte mit geringer Festigkeit SGACD und die Stahlplatte mit hoher Festigkeit SGAC 340 Materialien mit minderer Qualität, die leicht Brüche haben. Bei der Überprüfung wurde ein Rohling mit 200 mm Durchmesser, der von jeder Stahlplatte ausgebildet worden ist, tiefgezogen, indem ein Stempel mit 100 mm Durchmesser verwendet worden ist. Jedes der linear verstärkten Abschnitte wurde durch strukturelle Umwandlung des Rohlingmaterials durch Bestrahlung eines lokalen Punktes oder Flecks auf dem Rohling durch einen Laserstrahl und durch Bewegen des Laserstrahls mit einem Betrag von 3 m/min entlang einer gewünschten Linie ausgebildet. Der Brennpunkt des Laserstrahls wurde -1 mm von der Fläche des Rohlings beabstandet, das heißt, dass der Abstand zwischen dem Brennpunkt und der Oberfläche des Rohlings, der den Laserstrahl erhält, 1 mm betrug. Da die Dicke der Stahlplatte oder des Rohlings 0,7 mm oder 0,8 mm war, wurde der Brennpunkt 0,3 oder 0,2 mm von der hinteren Fläche des Rohlings entgegengesetzt zu der Fläche, die den Strahl erhält, beabstandet. Die Leistung des Laserstrahls betrug 3 kW. Das Bestrahlungsmuster des Laserstrahls, das heißt, die Muster der linear verstärkten Abschnitte wurden aus vier Mustern (I) bis (IV), wie in Fig. 3A-3D gezeigt ist, ausgesucht. Bei dem Muster (I) hatte der Rohling 30 keinen linear verstärkten Abschnitt, das heißt, dass ein Rohling mit 200 mm Durchmesser bloß einem Tiefzieharbeitsvorgang unterzogen wurde. Bei den Mustern (II), (III) und (IV) hatten jeweils die Rohlinge 30 vier, acht und sechszehn linear verstärkte Abschnitte 32. Diese verstärkten Abschnitte 32 von jedem Muster (II)-(IV) wurden gleichwinklig voneinander beabstandet und hatten eine Länge von 40 mm. In Fig. 3B-3D stellt ein Kreis mit 100 mm Durchmesser, der durch eine Punktlinie dargestellt ist, einen Abschnitt des Rohlings dar, der durch eine Stempelschulter während des Ziehens gebogen wird. Die linear verstärkten Abschnitte 32 erstreckten sich von diesem Kreis radial nach außen und nach innen.
Die Grafiken aus Fig. 4A und 4B zeigen die Ergebnisse der Tiefziehüberprüfung, wie zuvor beschrieben worden ist. Bei diesen Grafiken stellen (I)-(IV) die Bestrahlungsmuster (I)- (IV), wie in Fig. 3A-3D gezeigt ist, dar. Bei dieser Ziehüberprüfung für die Stahlplatten mit geringer Festigkeit SGACF und SGACD, die in Fig. 4A gezeigt ist, wurde die Rohlinghaltebeanspruchung auf 1,8 Tonnen angewendet, die die Maximalbeanspruchung darstellt, mit der das Material SGACF mit hoher Qualität ohne verstärktem Abschnitt (I) vollständig gezogen werden konnte, das heißt, derart gezogen werden kann, um ein tassenförmiges Stück ohne Flansch zu formen. Als einige Formstücke des Materials SGACD minderer Qualität mit der Rohlinghaltebeanspruchung von 1,8 Tonnen gezogen wurden, brachen oder rissen ein Formstück ohne linear verstärktem Abschnitt (I) und ein Formstück mit 8 linear verstärkten Abschnitten (III) an ihren Abschnitten, die der Stempelschulter entsprachen, vor dem Erreichen der Höhe H von 40 mm (Fig. 2) des gezogenen Stückes. Ein Formstück SGACD mit 16 linear verstärkten Abschnitten 32 (IV) wurde durchgezogen, ohne dass es unter irgendwelchen Brüchen litt. Das bedeutet, dass das Material SGACD minderer Qualität, das das Muster (IV) hat, im wesentlichen den gleichen Grad an Formbarkeit, wie das Material hoher Qualität SGACF, hat. Bei dem Muster (IV) waren benachbarte der 16 verstärkten Abschnitte 32 um ca. 2 mm voneinander beabstandet. Es wird ebenfalls aus der Grafik aus Fig. 4B verständlich, dass das Ergebnis der Ziehüberprüfung für die Stahlplatten mit hoher Festigkeit zeigt, dass das Material SGAC340 minderer Qualität, das vier linear verstärkte Abschnitte (II) hat, im wesentlichen den gleichen Grad an Formbarkeit wie das Material SGAC340HR hoher Qualität hat. Der in Fig. 2 gezeigte Rohling 24 soll vollständig gezogen oder durchgezogen werden, wenn ein tassenförmiger Artikel ausgebildet wird, wobei kein Flansch zwischen der Form 20 und dem Druckring 22 an dem Außenumfang des Rohlings 24 zurückbleibt.
Folgend wird ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Bezugnehmend auf Fig. 5A und 5B haben geformte Stücke 40a, 40b eine Vielzahl Stufen gezogener Bestandteile oder Vorsprünge, das heißt, erste, gezogene Bestandteile 42a, 42b und zweite, gezogene Bestandteile 44a, 44b, die auf den ersten, bezogenen Bestandteilen 42a, 42b ausgebildet sind. Es ist schwierig, den Abstand der nach innen gerichteten Bewegung oder die Menge des Materialflusses des Rohlings bezüglich des Druckbauteils zum Ausbilden der zweiten, gezogenen Bestandteile 44a, 44b durch Steuern der Rohlingshaltekraft zu steuern, die auf die Flanschabschnitte 46a, 46b der betreffenden Rohlinge aufgewendet wird. Ferner ist es schwierig, dass das Material bezüglich des Druckbauteils nach innen fließt oder sich nach innen bewegt, um die zweiten, bezogenen Bestandteile 44a, 44b auszubilden. Daher haben die zweiten, gezogenen Bestandteile 44a, 44b leicht an ihren Abschnitten Brüche 48a, 48b, die der Schulter des Stempels entsprechen, der zum Ziehen dieser Bestandteile. 44a, 44b verwendet wird. Das heißt, dass die zweiten, gezogenen Bestandteile 44a, 44b durch Ausweiten geformt werden und als ausgeweitete Abschnitte bezeichnet werden können. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die zweiten, gezogenen Bestandteile 44a, 44b durch strukturelle Umwandlung des Rohlingmaterials, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, lokal verstärkt, um linear verstärkte Abschnitte 50a, 50b vor dem Zieharbeitsvorgang oder ausweitenden Arbeitsvorgang zu schaffen. Die linear verstärkten Abschnitte 50a, 50b sind in einer Richtung, im wesentlichen parallel zu der Richtung, in der die Spannung auf die betreffenden, gezogenen Bestandteile 44a, 44b wirkt, während des Zieharabeitsvorgangs geformt. Das geformte Stück 40a ist ein gestufter, rechtwinkliger Artikel, der durch rechtwinkliges Ziehen ausgebildet worden ist, und ist mit zwei linear verstärkten Abschnitten 50a versehen, die bei jedem der zwei Ecken des zweiten, gezogenen Bestandteils 44a der Seite des ersten, gezogenen Bestandteils 42a entsprechend sind. Diese verstärkten Abschnitte 50a erstrecken sich im wesentlichen parallel zu der vertikalen Achse des rechtwinkligen Artikels. Das geformte Stück 40b ist ein zylindrischer Artikel mit zwei Stufen, das durch Ziehen geformt ist, und hat vier linear verstärkte Abschnitte 50a, die gleichwinklig voneinander und im wesentlichen parallel zu der Achse des zylindrischen Artikels beabstandet sind.
Wie zuvor beschrieben worden ist, ist es schwierig, dass der Umfangsabschnitt des Rohlingmaterials bezüglich des Druckbauteils während des Zieharbeitsvorgangs nach innen bewegt wird oder fließt, um die ausgeweiteten Abschnitte d. h. die zweiten, gezogenen Bestandteile 44a, 44b auszubilden. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel werden die zweiten, gezogenen Bestandteile 44a, 44b durch strukturelle Umwandlung lokal verstärkt, wobei eine vergrößerte Bruchkraft gesichert wird, die zu verringerte Bruchbildung und verbesserter Formbarkeit auf Grund eines vergrößerten Abstandes der nach innen gerichteten Bewegung des Materials führt. Der Abstand der Fließbewegung des Materials erhöht sich mit einem Grad der strukturellen Umwandlung, die an den linear verstärkten Abschnitten 50a, 50b auftritt. Auf Grund der vergrößerten Bruchkraft kann ein aufzuweitender Rohling aus einem Material geformt werden, dessen Qualität niedriger als die herkömmlich verwendeter Materialien ist, was zu einer Verringerung der Materialkosten führt. Ferner ermöglicht die verbesserte Formbarkeit das Formen gepresster Artikel, die nicht herkömmlich durch Pressen geformt werden können. Da die linear verstärkten Abschnitte 50a, 50b im wesentlichen parallel zu der Richtung der Spannung geformt werden, die während der Pressarbeit einwirkt, wird der Verformungswiderstand hauptsächlich in der Richtung der Spannung vergrößert und eine ausreichende Menge an Material kann zu den zweiten, gezogenen Bestandteilen 44a, 44b auf Grund der erhöhten Biegesteifigkeit gezogen werden, ohne dass ein Verformen dieser Bestandteile in anderen Richtungen verursacht wird.
Wenn ein Rohling 56 einem aufweitenden Arbeitsvorgang unterzogen wird, indem eine, wie in Fig. 6 gezeigte, Presse verwendet wird, wird der Rohling 56 an seinem Außenumfangsabschnitt durch und zwischen einer Form 52 und einem Druckring 54 gegriffen, und ein Stempel 58 mit einem kugelförmigen Kopf wird bezüglich der Form 52 und dem Druckring 54 nach oben bewegt. Eine Aussparung 60 und ein Vorsprung 62 sind an entsprechenden Oberflächenbereichen der Form 52 und des Druckrings 54 ausgebildet, um den Fluss oder die einwärts gerichtete Bewegung des Materials bezüglich der Form 52 und des Druckringes 54 zu verhindern. Während die Höhe H eines Stücks, das durch einen aufweitenden Arbeitsvorgang ausgebildet wird, durch Verlängerung des Materials bestimmt wird, vergrößert sich die Höhe H ebenfalls mit dem Abstand S der nach innen gerichteten Bewegung. Wenn daher die Presse, wie in Fig. 6 gezeigt ist, verwendet wird, kann die Höhe H des geformten Stückes erhöht werden, wenn der Abstand S der Materialbewegung durch Verringerung der Rohlinghaltebeanspruchung oder Verringerung der Größe der Vorsprünge 62 vergrößert werden. Bei den geformten Stücken 40a, 40b mit den gestuften, gezogenen Bestandteilen ist es jedoch schwierig, die Höhen der zweiten, gestuften Bestandteile 44a, 44b durch Steuern der Rohlinghaltebeanspruchung oder der Fließmenge oder des Bewegungsabstands des Materials an den Flanschabschnitten 46a, 46b durch Vorsprünge zu verändern. In diesem Fall kann der Abstand der Bewegung des Materials wirkungsvoll durch die linear verstärkten Abschnitte 50a, 50b, wie zuvor beschrieben worden ist, gesteuert werden. Diese linear verstärkten Abschnitte können ebenfalls auf dem Rohling 56 vor seinem Aufweiten durch die Presse, wie in Fig. 6 gezeigt ist, vorgesehen werden, um den Abstand der nach innen gerichteten Bewegung des Materials zu steuern.
Das Vorsehen der linear verstärkten Abschnitte 50a, 50b führt zu einer erhöhten Biegesteifigkeit, wie folgend beschrieben wird. Fig. 7 zeigt einen Rohling 64, der eine Breite W1, eine Dicke t1 und eine Biegesteifigkeit TS1 hat. Die Breite W1 wird in einer Richtung rechtwinklig zu der Richtung der Betrachtungsebene in Fig. 7 gemessen. Wenn der Rohling 64 mit drei linear verstärkten Abschnitten 66 vorgesehen ist, die eine Breite W2 und eine Biegesteifigkeit TS2 haben, wird die resultierende Biegesteifigkeit TST durch die Formel (3), wie folgend gezeigt ist, dargestellt. Beispielsweise, wenn TS1, T52, W1 und W2 gleich 28 kgf/mm², 120 kgf/mm², 25 mm und 2 mm jeweils sind, wird die Biegesteifigkeit TST wahrscheinlich 50 kgf/mm² betragen. Die derart erhöhte Biegesteifigkeit führt zu einer Vergrößerung des Abstandes der nach innen gerichteten Bewegung oder der Menge an Materialfluss, um einen aufgeweiteten Bestandteil auzubilden. Es sollte angemerkt werden, dass 1 kgf/mm² ungefähr 9.8 MPa beträgt.
TST = {TS1·(W1.3W2) + 3·TS2·W2}/W1...(3)
Zwei Formstücke der Stahlplatte SGACF mit geringer Festigkeit, wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wurden einem ausweitenden Arbeitsvorgang unterzogen, indem eine Presse mit einem Stempel mit einem kugelförmigen Kopf, wie in Fig. 6 gezeigt ist, verwendet wurde, und der Abstand 5 der Bewegung des Materials jedes Rohlings und die Höhe H des geformten Stückes wurden gemessen. Der kugelförmige Kopf des Stempels hatte einen Durchmesser von 100 m und der Rohling, der aus einer Stahlplatte geformt worden ist, hatte einen Durchmesser von 200 mm. Der Laserstrahl, der zur Ausbildung linear verstärkte Abschnitte verwendet wird, bewegte sich entlang dieser Abschnitte mit einem Betrag von 3 m/min., und der Brennpunkt wurde -1 mm von der Rohlingsfläche, die den Laserstrahl aufnimmt, beabstandet. Die Leistung des Laserstrahls betrug 3 kW. Die zwei Formstücke hatten betreffende Strahlungsmuster (I) und (II), wie in Fig. 8A und 8B gezeigt ist. Bei dem Muster (I) hatte der Rohling 68 mit 200 mm Durchmesser keinen linear verstärkten Abschnitt und wurde direkt zum Ausbilden eines aufgeweiteten Bestandteils gepresst. Bei dem Muster (II) wurden vier linear verstärkte Abschnitte 70 ausgebildet, so dass die Abschnitte 70 gleichwinklig voneinander beabstandet sind. Die Grafiken aus Fig. 9A und 9B zeigen die Ergebnisse der Messung des Abstands S der Bewegung des Materials und die Höhe H des geformten Stückes, die gemessen wurden, bis Brüche ausgebildet wurden. Aus dem Bewegungsabstand 5 und der Höhe H wird verständlich, dass bei durch das Vorsehen der verstärkten Abschnitte 90 signifikant vergrößert wurden. Wenn der Begriff "Aufweiten" bedeuten soll, dass der Außenumfangsabschnitt des Rohlings 68 vollständig vor einer nach innen gerichteten Bewegung von der Form 52 und dem Druckring 54 zurückgehalten werden soll, wodurch der Bewegungsabstand S null wird, kann die obige Pressarbeit nicht im strengen Sinne als "Aufweiten" bezeichnet werden, da der Umfangsabschnitt um den Abstand 5 nach innen fließt oder sich bewegt. Wenn jedoch die zweiten, gezogenen Bestandteile 44a, 44b der geformten Stücke 40a, 40b lokal verstärkt werden, wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird die Bruchkraft an den linear verstärkten Abschnitten 50a, 50b mit dem Resultat eines vergrößerten Abstandes der Bewegung des Materials zum Formen der gezogenen Bestandteile 44a, 44b vergrößert. Daher wird die Form der Pressarbeit, die auf die zweiten, gezogenen Bestandteile 44a, 44b wirkt, von einem Aufweiten zu einem Ziehen auf Grund des vergrößerten Bewegungsabstands des Materials geändert, wodurch Brüche weniger leicht in diesen Bestandteilen 44a, 44b ausgebildet werden.
Mit dem nächsten Bezug auf Fig. 10A wird ein geformten Stück 74a durch Pressen eine zentralen Bereichs eines Rohlings gegen einen Stempel, der einen kreisförmigen Querschnitt hat, ausgebildet, während der Rohling an seinem Außenumfangsabschnitt durch eine Form und einem Druckring eingeklemmt wird. Wie in Fig. 10B gezeigt ist, ist ein geformtes Stück 74b durch Pressen eines zentralen Abschnitts eines Rohlings gegen einen Stempel, der einen rechtwinkligen Querschnitt hat, ausgebildet, während der Rohling an seinem Außenumfangsabschnitt gegriffen ist. Wie in Fig. 100 gezeigt ist, ist ein geformtes Stück 74c, das eine hutähnliche Form hat, durch Biegen eines Mittelabschnitts eines rechtwinkligen Rohlings gegen einen Stempel geformt, der einen rechtwinkligen Querschnitt hat, während der Rohling an seinen gegenüberliegenden Endabschnitten eingeklemmt wird. Diese geformten Stücke 74a bis 74c sind an ihren Seitenwänden 74a bis 74c mit linear verstärkten Abschnitten 78a bis 78c versehen, die durch strukturelle Umwandlung des Rohlingmaterials vor der Pressarbeit, wie zuvor beschrieben worden ist, ausgebildet worden sind. Während die Seitenwände 76a bis 76c während der Pressarbeit verlängert werden, haben die linear verstärkten Abschnitte 78a bis 78c eine relativ große Biegesteifigkeit, was zu einer Verringerung des Längenausmaßes und einem vergrößerten Abstand der nach innen gerichteten Bewegung des Materials an den Umfangsabschnitten im Vergleich zu den anderen Abschnitten der Seitenwände 76a bis 76c führt. Um beispielsweise das geformte Stück 74a herzustellen, wird ein kreisförmiger Rohling, wie in Fig. 11A gezeigt ist, einem Tiefziehen unterzogen. Da das Verlängerungsausmaß der linear verstärkten Abschnitte 78a mit einem vergrößerten Bewegungsabstand des Materials an dem Umfangsabschnitt relativ klein ist, hat das geformte Stück 74a einen elyptischen Flanschabschnitt 80a, wie in der Draufsicht der in Fig. 11B gezeigt ist. Es sollte verstanden werden, dass die Form des zu pressenden Rohlings vorbestimmt sein kann, so dass der Flanschabschnitt 80a eine kreisförmige Form hat, wobei der Bewegungsabstand des Materials an verschiedenen Abschnitten der Seitenwand 76a, das heißt, an linear verstärkten Abschnitten 78a und anderen Abschnitten berücksichtigt wird.
Die Seitenwände 76a bis 76c, die linear verstärkte Abschnitte 78a bis 78c haben, werden gezogen, indem sie als ganzes verbogen werden, da das Längenausmaß, wie zuvor beschrieben worden ist, von Abschnitt zu Abschnitt verschieden ist. Daher variiert die Form der Verformung der Seitenwände 76a bis 76c von der Form einer Seitenwand, die keinen linear verstärkten Abschnitt hat. Die Arten der Verformung eines Rohlings während der Pressarbeit können durch die Beziehung zwischen einer Spannung &epsi;x in der Richtung der x-Achse, in der die Spannung auf den Rohling wirkt, und einer Spannung &epsi;y in der Richtung der y-Achse, die rechtwinklig zu der Richtung der Spannung ist, in einem zweidimensionalen Koordinatensystem in der Ebene des Rohlings definiert werden. Wie in Fig. 12 gezeigt ist, enthalten die Arten der Verformung: zweiachsige Verformung, bei der die Spannung &epsi;y in der y-Achsenrichtung wesentlichen gleich der Spannung &epsi;x in der x-Achsenrichtung ist; ebener Verformungszustand bzw. Scherspannungsverformung, bei der die Spannung &epsi;y ungefähr 0 beträgt; und einachsige Verformung, bei der die Spannung &epsi;y einen negativen Wert erhält. Wenn der Rohling der Scherspannungsverformung unterzogen wird, bei der die Spannung &epsi;y in der y-Achsenrichtung im wesentlichen 0 ist, wird die Spannungshöhe an der Verformungsgrenze, bei der Brüche ausgebildet werden, den kleinsten Wert, das heißt, (&epsi;x² + &epsi;y²) betragen, wie in der Grafik aus Fig. 13 gezeigt ist. Dem gemäß sind die linear verstärkten Abschnitte 78a bis 78c in einer geeigneten Form vorgesehen, um die Biegesteifigkeit in einer bestimmten Richtung zu erhöhen, so dass die Scherspannungsverformung beispielsweise zu einer einachsigen oder zweiachsigen Verformung verändert wird. Auf diese Weise kann das Spannungsausmaß an der Verformungsgrenze erhöht werden, wodurch das Auftreten von Brüchen verhindert wird. Dies ermöglicht für den Rohling die Verwendung eines Materials minderer Qualität, was zu verringerten Materialkosten führt und es möglich macht, derartiger Artikel, die herkömmlich nicht durch Pressarbeit geformt werden können, zu formen.
Die linear verstärkten Abschnitte 78a bis 78c haben eine relativ kurze Länge in einem Bereich von wenigen Millimetern zu einigen Zehnern in Millimetern. Für jedes der geformten Stücke 74a bis 74c werden eine relativ große Anzahl linear verstärkter Abschnitte 78a bis 78c in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zu der Richtung ausgebildet, bei der die Spannung auf den Rohling während der Pressarbeit wirkt, so dass diese Abschnitte 78a bis 78c einen geeigneten Abstand voneinander in der Richtung der Spannung beabstandet sind. In diesem Fall werden die Seitenwände 76a bis 76c in der Richtung der Spannung einen gewissen Abstand verlängert, was zu einer geringeren Bruchbildung im Vergleich zu dem Fall, wo die verstärkten Abschnitte parallel zu der Spannung ausgebildet sind, führt, wodurch das Verlängerungsausmaß in dieser Richtung verringert wird.
Um Veränderung in der Art der Verformung durch eine beschriebene Kreisüberprüfung zu beobachten, wurde eine Biegeüberprüfung an drei Formstücken der Stahlplatte SGACF mit geringer Festigkeit, wie in Tabelle 1 gezeigt ist, durchgeführt. Jedes Formstück war ein quadratischer Rohling mit 250 mm · 250 mm Größe. Der Laserstrahl zum Formen der linear verstärkten Abschnitte wurde entlang dieser Abschnitte mit einem Betrag von 3 m/min. bewegt, und der Brennpunkt wurde von der Oberfläche des Formstücks, die den Laserstrahl aufnimmt, um -1 mm beabstandet. Die Leistung des Laserstrahls betrug 3 kW. Die drei Formstücke hatten entsprechende Strahlungsmuster (I), (II) und (III), wie in Fig. 14A bis 14C gezeigt ist. Bei dem Muster (I) hatte der quadratische Rohling 82 keinen linear verstärkten Abschnitt und wurde direkt der Spannungsüberprüfung unterworfen. Das Muster (II) hatte vier linear verstärkte Abschnitte 84, die den vier Ecken des quadratischen Rohlings 82 entsprachen. Bei dem Muster (III) wurden drei schräge Linien als linear verstärkte Abschnitte 84 in einem Mittelabschnitt des Rohlings 82 ausgebildet. Bei der Biegesteifigkeitsüberprüfung wurden die oberen und die unteren Seiten jedes Formstücks 82 durch und zwischen einem Paar relativ breiter Spannfutterbauteile 86, wie in Fig. 15 gezeigt ist, eingeklemmt, und die Spannfutterbauteile 86 wurden nach oben und nach unten mit einer bestimmten Spannung gedrückt, um die plastische Verformung des Formstücks 82 zu erreichen. Dann wurden die x-Achsenspannung &epsi;x und die y- Achsenspannung &epsi;y an dem zentralen Abschnitt jedes Formstücks 82 gemessen. Die Ergebnisse der Messung hinsichtlich der betreffenden Muster (I), (II) und (III) sind in der Grafik aus Fig. 13 gezeigt. Es wird aus den Ergebnissen verständlich, dass die Art der Verformung eines Rohlings während der Pressarbeit durch lokale Verstärkung des Rohlings geändert wird.
Mit dem folgenden Bezug auf Fig. 16A und 16B wird ein geformtes Stück 90a durch Biegen eines rechtwinkligen Rohlings zu einer hutförmigen Gestalt ausgebildet, und ein geformtes Stück 90b wird durch Tiefziehen mit einem entfernten Seitenabschnitt geformt. Die geformten Stücke 90a, 90b werden an ihren oberen Flächen 92a, 92b und Seitenwänden 94a, 94b mit linear verstärkten Abschnitten 98a, 98b versehen, die sich im wesentlichen parallel zu jeder Krümmung 96a, 96b der geformten Stücke 90a, 90b erstrecken, die bei einem Winkel von ungefähr 90º gebogen werden. Um beispielsweise ein geformtes Stück 90a zu erhalten, wird eine Metallplatte als Rohling gegen einen Stempel 104 gedrückt und der Stempel 104 wird nach oben bewegt, während der Rohling an seinen gegenüber liegenden Endabschnitten durch eine Form 100 und einem Pressring 102 gehalten wird, wie in Fig. 7 gezeigt ist, um den Rohling durch die Stempelschultern zu biegen. Die linear verstärkten Abschnitte 98a, 98b werden durch die strukturelle Umwandlung des Rohlingmaterials, wie zuvor beschrieben worden ist, vor dem Ausführen der Pressarbeit geformt. Genauer ausgedrückt, wird ein Strahl mit hoher Energiedichte, wie zum Beispiel ein Laserstrahl, auf die geeigneten Abschnitte jedes Rohlings an der Außenseite der Krümmungen 96a, 96b abgewendet. Mit der strukturellen Umwandlung, die an den bestrahlten Abschnitten des Rohlings auftritt, die sich parallel zu den Krümmungen 96a, 96b erstrecken, entwickeln sich an den bestrahlten Abschnitte der Außenseite der Krümmungen 96a, 96b auf Grund der Volumenausdehnung dieser Abschnitte, die durch die strukturelle Umwandlung verursacht werden, Druckspannungen. Fig. 18A bis 18C zeigen im Querschnitt drei Beispiele (a) bis (c) der linear verstärkten Abschnitte (98a, 98b), die durch Bestrahlung der Oberflächen der betreffenden Rohlinge mit einem Strahl hoher Energiedichte geformt werden. Die verstärkten Abschnitte 98a (98b) der Beispiele aus Fig. 18A und 18B werden durch vollständiges Härten der Rohlinge durch ihre ganze Dicke geformt, so dass die geschmolzenen Abschnitte die hinteren Flächen der Rohlinge erreichen. Der verstärkte Abschnitt 98a (98b) des Beispiels aus Fig. 18C wird durch nicht vollständiges Härten des Rohlings geformt, so dass der geschmolzene Abschnitt nicht die hintere Fläche des Rohlings erreicht. Bei jedem Fall erhält ein relativ großer Bereich der Oberfläche des Rohlings den Strahl mit hoher Energiedichte und wird der strukturellen Umwandlung unterworfen, wodurch auf Grund der Volumenausdehnung relativ große Druckspannungen auf der Seite der oberen Fläche des Rohlings, das heißt, auf der Außenseite einer Krümmung erzeugt werden, die durch das Biegen des Rohlings, wie zuvor beschrieben worden ist, geformt ist. Auf Grund der Ausbildung der Krümmung werden andererseits Biegespannungen auf der Außenseite der Krümmung erzeugt, während Druckspannungen an der Innenseite der Krümmung ansteigen, wodurch ein Zurückschnellen des geformten Stückes auf Grund dieser Spannungen verursacht wird. Mit den verstärkten Abschnitten, die, wie zuvor beschrieben, ausgebildet worden sind, werden die durch die Biegeverformung verursachten Biegespannungen durch die Druckrestkräfte auf Grund der strukturellen Umwandlung, wie zuvor beschrieben worden ist, aufgehoben, die in der Nähe der Krümmung verbleiben. Dies führt zu einem verringertem Zurückschnellen und einer verbesserten, größenmäßigen Genauigkeit des geformten Stückes. Fig. 19 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die die Krümmung 96a (96b), die durch Pressarbeiten geformt worden ist, und ihre benachbarten Abschnitte mit den linear verstärkten Abschnitten 98a (98b) zeigt, die an gegenüberliegenden Enden der Kurvenformen der Krümmungen 96a (96b) angeordnet sind. Während die Krümmungen 96a, 96b der geformten Stücke 90a, 90b durch Pressarbeiten geformt werden, während die Rohlinge einer Spannung in der Presse, wie in Fig. 17 gezeigt ist, ausgesetzt werden, werden die gleichen Wirkungen, wie die zuvor beschriebenen, erreicht, wenn ein einfacher Biegearbeitsvorgang durchgeführt wird.
Fünf Formstücke (I) bis (V) aus einer Kohlenstoffstahlplatte SGAC 440 mit der Biegesteifigkeit TS von 462 MPa, der Streckgrenze YP von 311 MPa und der Verlängerung E1 von 32.0% wurden vorbereitet, um zu überprüfen, ob das Zurückschnellen auftrat, nach dem jedes Formstück durch Verwenden einer Presse, wie in Fig. 17 gezeigt ist, einem Biegearbeitsvorgang unterzogen worden war. Jedes Formstück hatte eine Größe von 300 mm · 300 mm und eine Dicke von 1,4 mm, und die Presse wurde derart gestaltet, dass der Radius der Kurvenform der Stempelschulter 5 mm und der Radius der Kurvenform der Formschulter 8 mm war. Nach dem Biegearbeitsvorgang hatte jedes Formstück eine Gestalt, wie in Fig. 20 gezeigt ist, mit einer Höhe H von 70 mm und einer Breite W von 80 mm. Die Breite W ist ein Breitenmaß, das an dem unteren Ende des geformten Stückes gemessen wird, wenn kein Zurückschnellen auftritt und zwei Seitenwände sich parallel zu einander erstrecken. Das Formstück (I) hatte keinen linear verstärkten Abschnitt und die vier Formstücke (II) bis (V) hatten linear verstärkte Abschnitte 108, die durch einen Laserstrahl an den gegenüberliegenden Seiten jeder Krümmung 106 ausgebildet waren. Genau ausgedrückt, waren die verstärkten Abschnitte 108 an gegenüberliegenden Enden der Kurvenform jeder Krümmung 106 angeordnet, um sich parallel zu der Krümmung 106 zu erstrecken. Die linear verstärkten Abschnitte 108 der betreffenden Formstücke (II) bis (V) waren auf verschiedene Weise, wie in Tabelle 2 gezeigt ist, in Abhängigkeit von einem vollständigen oder nicht vollständige Auftreten der Härtung und einer Bestrahlung durch den Laserstrahl an der inneren oder äußeren Fläche der Krümmung geformt. Der Brennpunkt jedes Laserstrahls wurde von der bestrahlten Oberfläche des Rohlings im Falle der vollständigen Härtung auf -1 mm und im Fall der nichtvollständigen Härtung der Oberfläche um +4 mm beabstandet. Der Laserstrahl wurde entlang gewünschter Linien mit einem Betrag von 3 m/min. bewegt, und die Leistung des Laserstrahls betrug 3 kW. Die Grafik aus Fig. 21 zeigt die Breiten W der betreffenden Formstücke (I) bis (V), wie sie nach der Pressarbeit gemessen worden sind. Aus den Ergebnissen wird verständlich, dass die Formstücke (II) und (IV), die den Laserstrahl, insbesondere von der Außenseite ihrer Krümmungen, erhalten hatten, insbesondere dass das Formstück (4), das nicht vollständig gehärtete Abschnitte hatte, unter einem verringerten Zurückschnellen litt. Tabelle 2
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die linear verstärkten Abschnitte durch strukturelle Umwandlung durch Bestrahlung der Abschnitte mit Strahlen hoher Energiedichte ausgebildet. Jedoch können die verstärkten Abschnitte ebenfalls durch Prägen oder Stanzen ausgebildet werden. Beispielsweise werden eine obere Form 110 und eine untere Form 112 mit entsprechenden Vorsprüngen 110a, 112a verwendet, um einen Stanzarbeitsvorgang auf gewünschten Abschnitten eines Rohlings 111 zu bewirken, wie in Fig. 22 gezeigt ist, so dass lokale Abschnitte der gegenüberliegenden Flächen 114a, 114b des Rohlings 114 einer Druckverformung unterworfen werden, um dadurch gestanzte Abschnitte 116a, 116b auszubilden, wie durch die strichpunktierten Linien in Fig. 22 gezeigt ist. Das Härten des Materials an den gestanzten Abschnitten 116a, 116b führt zu einer verbesserten mechanischen Festigkeit, wie zum Beispiel einer erhöhten Biegesteifigkeit, des Rohlings 614. Die gestanzten Abschnitte 116a, 116b können ausgebildet werden, wenn der Rohling 114 beispielsweise zu einer gewünschten Form gepresst worden ist. Die obere und die untere Form 110, 112, wie in Fig. 22 gezeigt ist, haben entsprechende Vorsprünge 110a, 112a, die gegen gegenüberliegende Flächen 114a, 114b des Rohlings 114 gedrückt werden, um die gestanzten Abschnitte 116a, 116b auszubilden. Jedoch kann einer der zwei Vorsprünge 110a, 112a weggelassen werden, und nur ein gestanzter Abschnitt 116a, 116b kann auf der entsprechenden Fläche 114a, 114b geformt werden. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 16 gezeigt ist, sind diese gestanzten Abschnitte nur in der Oberfläche des Rohlings ausgebildet, die auf der Außenseite der Krümmungen 96a nach dem Biegearbeitsvorgang sein werden, was dazu dient, dass das Zurückschnellen des geformten Stückes 90a verringert wird.
Die Bruchkraft eines Rohlings ist proportional zu der Härte und der Biegesteifigkeit (Spannung) pro Einheitsquerschnittsbereich, aber umgekehrt proportional zu dem Querschnittsbereich des Rohlings. Daher wird die gesamte Biegesteifigkeit TS des Rohlings nicht notwendiger Weise erhöht, selbst wenn die Härte und die Biegesteifigkeit (Spannung) an den gestanzten Abschnitten, die, wie zuvor beschrieben, geformt worden sind, erhöht worden sind. Diesbezüglich wurde die folgende Überprüfung hinsichtlich der Stahlplatte SGACD mit geringer Festigkeit, wie in der Tabelle 1 gezeigt ist, durchgeführt. Bei der Überprüfung wurden ausgestanzte Abschnitte, die eine Breite von 4 mm und eine Länge von 40 mm haben, auf den gegenüberliegenden Flächen der Stahlplatte SGACD mit verschiedener Stanz- oder Pressbeanspruchung ausgebildet, in dem eine in Fig. 22 gezeigte Presse verwendet worden ist. Der Prozentsatz (%) der Dickenverringerung des Rohlings und die Härte (Hv) des Rohlings wurden hinsichtlich jeder Stanzbeanspruchung gemessen und die Ergebnisse der Messungen sind in den Grafiken in Fig. 23 und 24 gezeigt. Der Prozentsatz (%) der Dickenverringerung des Rohlings wird durch (t - Δt)/t dargestellt, wobei t die Originalrohlingsdicke (um 0,7 mm in diesem Fall) und Δt das Ausmaß an Dickenverringerung ist, die durch den Stanzarbeitsvorgang verursacht wird. Wie aus Fig. 23 und 24 verdeutlicht wird, wird der Prozentsatz (%) der Dickeverringerung des Rohlings mit einer Erhöhung der Stanzbeanspruchung verringert, währen die Härte (Hv) entsprechend der Biegesteifigkeit (Spannung) mit einer Erhöhung Stanzbeanspruchung erhöht wird. Das Produkt aus Härte (Hv) und Prozentsatz (%) der Dickenverringerung, wie in der Grafik aus Fig. 25 gezeigt ist, entspricht der aktuellen Biegesteifigkeit TS und der Bruchkraft des Rohlings. Wenn der Stanzarbeitsvorgang mit einer Stanzbeanspruchung durchgeführt wird, die zu einem maximalen Wert des Produkts aus der Härte (Hv) und dem Dickenverringerungsprozentsatz, wie in der Grafik aus Fig. 25 gezeigt ist, führt, wird die Bruchkraft des Rohlings wirkungsvoll verbessert.
Um die Formbarkeit abzuschätzen, wurde eine Tiefziehüberprüfung auf gleiche Weise, wie die in Fig. 3 und 4 gezeigte, hinsichtlich einiger Formstücke durchgeführt, die aus den Stahlplatten mit geringer Festigkeit SGACF und SGACC, wie in Tabelle 1 gezeigt ist, gefertigt worden sind, indem ein Stempel mit einem Durchmesser von 100 mm verwendet worden ist. Der Durchmesser jedes Formstücks oder Rohlings 120 war 200 mm. Drei Muster (I), (II) und (III) verstärkter Abschnitte, wie in Fig. 26A bis 26C gezeigt ist, wurden in der Ziehüberprüfung verwendet. Bei dem Muster (I) enthielt der Rohling 120 mit 200 mm Durchmesser keinen verstärkten Abschnitt und wurde einem Tiefzieharbeitsvorgang direkt unterworfen. Bei dem Muster (II) wurde der Rohling 120 mit einem ringförmigen, verstärkten Abschnitt 122 mit einer Breite von 40 mm versehen, wie ein schraffierter Abschnitt in Fig. 26 zeigt. Dieser verstärkte Abschnitt 122 wurde in einem Abschnitt des Rohlings 120 ausgebildet, gegen den die Stempelschulter zu pressen war. Bei diesem Muster (III) war der Rohling 120 mit 16 linear verstärkten Abschnitten 124 versehen, wobei jeder eine Breite von 4 mm und eine Länge 40 mm hatte, die in einem Abschnitt des Rohlings 120 geformt wurden, gegen den die Stempelschulter zu drücken war. Der ringförmige, verstärkte Abschnitt 122 und die linear verstärkten Abschnitte 124 wurden durch Stanzen oder Prägen geeigneter Abschnitte der gegenüberliegenden Flächen des Rohlings 120 bei einem Druck von ungefähr 50 kgf/mm² geformt. Die linear verstärkten Abschnitte 124, die sich in radialen Richtungen erstrecken, wurden gleichwinklig voneinander beabstandet. Eine gestrichelte Linie, die in den Mustern (II) und (III) gezeigt ist, zeigt einen Kreis mit 100 mm Durchmesser, entlang dem die Stempelschulter gegen den Rohling 120 gedrückt wurde, um einen gekrümmten Abschnitt auszubilden. Der ringförmige, verstärkte Abschnitt 122 und linear verstärkte Abschnitte 124 erstreckten sich von den entsprechenden Kreisen mit 100 mm Durchmesser radial einwärts und auswärts, so dass diese verstärkten Abschnitte 122, 124 innerhalb eines 20 mm Bereichs der Kreise in radial gegenüberliegenden Richtungen angeordnet waren.
Die Ergebnisse der Tiefziehüberprüfung, wie zuvor beschrieben worden ist, sind in der Grafik aus Fig. 27 gezeigt, bei der (I), (II) und (III) jeweils die Muster (I), (II) und (III) der gestanzten Abschnitte zeigen, wie in Fig. 26 gezeigt ist. Die Rohlingshaltebeanspruchung von 1,8 Tonnen war die Maximalbeanspruchung, mit der das Material SGACF mit hoher Festigkeit mit keinem verstärkten Abschnitt (I) vollständig, das heißt, zu einem tassenförmigen Stück ohne Flansch gezogen werden konnte. Als das Material SGACD mit geringer Festigkeit verwendet wurde, wurden Brüche nahe der Stempelschulter ausgebildet, als der Rohling 120, der das Muster (I) hatte, zu einer Höhe H (Fig. 2) von ungefähr 30 mm gezogen wurde, oder als der Rohling 120, mit einem Muster (II) zu einer Höhe H von ungefähr 60 mm gezogen wurde. Jedoch konnte der Rohling 120, der aus dem gleichen Material SGACD gefertigt wurde, ohne Bruchbildung durchgezogen werden, als das Muster (III) verwendet wurde, das heißt, als die sechszehn linear verstärkten Abschnitte 124 gebildet wurden, wie in Fig. 26 gezeigt ist, wodurch der gleiche Grad an Formbarkeit wie der des Materials SGACF mit hoher Festigkeit gesichert wurden.
Bezugnehmend auf Fig. 28 hat ein Rohling 130 einen linear gestanzten Abschnitt 132, der in der Nähe einer durch Pressarbeit zu formende Krümmung ausgebildet ist, um sich parallel zu der Krümmung zu erstrecken. Dieser gestanzte Abschnitt 132 ist in der Oberfläche 130a des Rohlings 130 auf der Außenseite der zu formenden Krümmung ausgebildet. Wie aus Fig. 28 ersichtlich ist, die eine Schnittansicht des linear gestanzten Abschnitts 132 in der Ebene im wesentlichen rechtwinklig zu seiner Längsrichtung zeigt, hat der gestanzte Abschnitt 132 gegenüberliegende Seitenwände 134, die abgewinkelt sind, so dass sich der Abstand zwischen den Seitenwänden von der unteren Wand zu der Öffnung des Abschnitts 132 vergrößert. Wenn der gestanzte Abschnitt 132 ausgebildet wird, wird der schrägschraffierte Bereich des Rohlings 130 in Fig. 28 einer Druckverformung unterzogen. Da der derart verformte Bereich größer auf der Seite der Oberfläche 130a ist, bei der der gestanzte Abschnitt 132 ausgebildet wird, werden Druckspannungen, die in diesem Bereich verbleiben, ein Zurückschnellen des Rohlings 130 verhindern, wenn der Rohling 130 dem Biegearbeitsvorgang unterzogen wird.
Daher erzeugt der Stanzarbeitsvorgang die gleiche Wirkung wie die, die durch das zuvor beschriebene Verfahren erzeugt wurde, das die strukturelle Umwandlung des Rohlingsmaterials eingesetzt hat. Zusätzlich ist die Dicke der gestanzten Abschnitte kleiner als die andere Abschnitte des Rohlings, wodurch der Rohlingshaltedruck verringert wird, und der Rohling weniger leicht während des Pressarbeitens bricht. Bei dem geformten Stück 10c, wie in Fig. 1 gezeigt ist, das durch rechtwinkliges Ziehen geformt wird, werden Brüche 14 leicht an Ecken, die seine Seitenwände verbinden, gebildet. Wenn ein Rohling 140, der das geformte Stück 10c ausgibt, gestanzte Abschnitte 142 hat, die an vier Eckabschnitten eines Profils eines Stempels ausgebildet sind, wie in einer gestrichelten Linie in Fig. 29 gezeigt ist, so dass Bestandteile der Abschnitte 42 unter dem Rohlingshaltedruck während der Pressarbeit gehalten werden, werden Brüche auf Grund vergrößerter mechanischer Festigkeit und verringertem Rohlingshaltedruck wirkungsvoll vermieden.
Der zuvor beschriebene Stanzarbeitsvorgang kann vorteilhaft verwendet werden, wenn eine Stahlplatte, die mit geschmolzenem Zink plattiert ist, oder wenn andere beschichtete Stahlplatten als Rohling verwendet werden, da gewünschte lokale Abschnitte ohne Verdampfen der Beschichtung auf der Oberfläche des Rohlings bei der Verwendung eines Strahls mit hoher Energiedichte verstärkt werden können. Dieser Stanzarbeitsvorgang wird ebenfalls vorteilhaft angewendet, wenn ein Rohling aus einem derartigen Material gefertigt wird, der erhöhte mechanische Festigkeit auf Grund seines Härtens oder Stauchalterns aufweist. Ferner können gestanzte Abschnitte durch Pressen eines Rohlings gegen eine geeignete Pressform ausgebildet werden, wodurch relativ geringe Kosten für den Einbau und den Erhalt zum Ausführen des Stanzarbeitsvorgangs notwendig sind.
Während die Erfindung durch ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele nur aus darstellendem Zweck beschrieben worden ist, kann die Erfindung mit verschiedenen Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen ausgeführt werden, die für den Fachmann, ohne dem Bereich der anhängigen Ansprüche zu verlassen, naheliegend sind. Beispielsweise ist das Pressverfahren der Erfindung für die Herstellung verschiedener Automobilbestandteile anwendbar und kann bevorzugt verwendet werden, um innere Platten, wie zum Beispiel eine Türinnenplatte, einen hinteren Boden und eine Kotflügelinnenplatte zu formen, da die sich ergebenen, geformten Stücke geschmolzene und verfestigte Abschnitte enthalten, die durch einen Laserstrahl oder durch gestanzte Abschnitte ausgebildet werden.

Claims

1. Verfahren zum Bewirken von Pressarbeiten auf einem Rohling, wobei ein ausgewählter, lokaler Abschnitt des Rohlings zur Erhöhung seiner mechanische Festigkeit vor einem Pressarbeitsvorgang auf dem Rohling gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass

der ausgewählte, lokale Abschnitt (12, 32, 50, 66, 70, 78, 84, 98, 108, 116, 122, 124) im wesentlichen von einem Umfangshalteabschnitt des Rohlings (24, 56, 68, 82, 120) einwärts beabstandet ist und einer weitgehenden Verformung unterzogen wird, wenn der ausgewählte, lokale Abschnitt gegen einen Stempel (26, 58) gedrückt wird, während der Rohling unter Druck an seinen Umfangshalteabschnitt gehalten wird, um den Rohling zu halten; und

der ausgewählte, lokale Abschnitt des Rohlings vor dem Pressarbeitsvorgang, der auf den Rohling wirkt, verstärkt wird, so dass eine nach innen gerichtete Bewegung eines Materials des Rohlings während des Pressarbeitsvorgangs zumindest zwischen dem ausgewählten, lokalen Abschnitt und dem Umfangshalteabschnitt erhöht wird, was auf der Verstärkung beruht, um dadurch die Formbarkeit des Rohlings zu verbessern.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der ausgewählte, lokale Abschnitt des Rohlings ausgewählt wird unter: (a) einem ersten, lokalen Abschnitt (12, 32), der in einem Anfangszeitraum des Pressarbeitsvorgangs zu verlängern ist, und der dazu neigt, auf Grund einer Spannungskonzentration während des Pressarbeitsvorgangs zu brechen; (b) einem zweiten, lokalen Abschnitt (50, 66, 70), der einem Ausweitungsarbeitsvorgang zu unterwerfen ist, wobei der Umfangshalteabschnitt bezüglich eines Druckbauteils (54) in Kontakt mit dem Umfangshalteabschnitt zum Halten des Rohlings schwerlich nach innen bewegt werden würde, wenn der zweite, lokale Abschnitt nicht verstärkt war; (c) einem dritten, lokalen Abschnitt (78, 84), der ein Bereich des Rohlings ist, der eine Änderung in der Art der Verformung des Rohlings ermöglicht, wenn der Bereich verstärkt wird, so dass die Veränderung ein oberes Grenzenausmaß der Spannung des Materials des Rohlings erhöht; und (d) einem vierten, lokalen Abschnitt (98, 108, 116, 122, 124), der nahe einem Abschnitt des Rohlings, der in einem Pressschritt zu biegen ist, an einen der gegenüberliegenden Flächen des Rohlings angeordnet ist, die an der Außenseite des gekrümmten Abschnitts anzuordnen sind.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt zum Verstärken des ausgewählten, lokalen Abschnitts des Rohlings Erhitzen des ausgewählten, lokalen Abschnitts des Rohlings durch Anwendung einer hohen Energie darauf und Abschrecken des lokalen Abschnitts enthält, wodurch eine strukturelle Umwandlung des Materials des Rohlings verursacht wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt zum Verstärken eines ausgewählten, lokalen Abschnitts des Rohlings Stanzen des lokalen Abschnitts des Rohlings enthält, um eine Druckverformung davon zu verursachen.

5. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der ausgewählte, lokale Abschnitt des Rohlings aus dem ersten lokalen Abschnitts besteht, der verstärkt wird, um zumindest einen linear verstärkten Abschnitt (12, 32) auszubilden, der sich in einer Richtung der Verlängerung des ausgewählten, lokalen Abschnitts erstreckt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der ausgewählte, lokale Abschnitt des Rohlings einen zweiten, lokalen Abschnitt enthält, der verstärkt wird, um zumindest einen linear verstärkten Abschnitt (50, 66, 70) auszubilden, der sich in einer Richtung erstreckt, in der eine Spannung auf den zweiten lokalen Abschnitt während des Ausweitungsarbeitsvorgangs wirkt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der ausgewählte lokale Abschnitt des Rohlings aus dem dritten lokalen Abschnitt besteht, der verstärkt wird, um eine Vielzahl linear verstärkter Abschnitte (78a, 78b, 78c, 84) auszubilden, die sich in einer Richtung rechtwinklig zu einer Richtung erstrecken, in der eine Spannung auf den dritten lokalen Abschnitt in dem Pressarbeitsvorgang wirkt, so dass die linear verstärkten Abschnitte voneinander in der Richtung der Spannung beabstandet sind.

8. Verfahren gemäß einer der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Schritt zum Verstärken eines ausgewählten, lokalen Abschnitts des Rohlings ein Aufwenden einer hohen Energie auf den ausgewählten, lokalen Abschnitt an einem der gegenüberliegenden Flächen des Rohlings enthält, die an einer Außenfläche eines Produkts vorgesehen sind, das durch Pressen des Rohlings ausgebildet wird.