EP0946311A1 - Verfahren zum herstellen eines blechformteiles durch umformen - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines blechformteiles durch umformen

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EP0946311A1
EP0946311A1 EP97954916A EP97954916A EP0946311A1 EP 0946311 A1 EP0946311 A1 EP 0946311A1 EP 97954916 A EP97954916 A EP 97954916A EP 97954916 A EP97954916 A EP 97954916A EP 0946311 A1 EP0946311 A1 EP 0946311A1
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EP
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sheet metal
forming
different
sheet
strength
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Gerhard Schiessl
Hans-Wilhelm Bergmann
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Audi AG
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    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/26—Deep-drawing for making peculiarly, e.g. irregularly, shaped articles
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    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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    • C21D1/62—Quenching devices
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article
    • C21D2221/02—Edge parts

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a sheet metal part that has different material thicknesses according to the strength or rigidity requirements by deep drawing.
  • the generic manufacturing method is used in particular for lightweight construction and is used in a special way in the manufacture of vehicle bodies. While it was previously customary to design a sheet metal part in terms of its thickness according to the area / section of the highest mechanical requirements, it has meanwhile started to differentiate with regard to the material thicknesses with regard to the locally different rigidity requirements.
  • a corresponding method is described for example in DE 43 07 563 C2.
  • the patent explains a method for manufacturing a sheet metal structural part, which partially has a multiple sheet metal structure, consisting of a base sheet and in places a reinforcing sheet or a plurality of reinforcing sheets connected thereto, the base sheet and the reinforcing sheet or the reinforcing sheets being deep-drawn together.
  • the reinforcement plate or the reinforcement plates are at least partially attached to the base plate before the common deep-drawing and are permanently connected to the base plate after the deep-drawing.
  • EP 0 486 093 B1 describes a method in which partial areas of a molded part are reinforced by means of a reinforcing structural member, which is deformed separately from a plate body to be covered and is only then connected to the plate body, which has also been formed. With this approach, the molding process is complicated and time-consuming.
  • the invention is based on the object of providing a further method for producing a sheet metal part which has different material thicknesses in accordance with the strength or rigidity requirements and which can be carried out inexpensively and with regard to the shaping process without any problems.
  • DE 44 25 033 A1 also describes a method and a device for the press-forming of workpieces, a workpiece being clamped in a clamping device and shaped by at least one pressing tool.
  • a laser beam device is provided, through which a laser beam is applied to the workpiece and heated in order to increase the yield stress lower and improve the formability.
  • the forming temperature can be adapted and regulated to different materials.
  • the workpiece can be heated locally in the areas of high degrees of deformation.
  • DE 43 16 829 A1 also describes a method for material processing with diode radiation, it being possible for the beam profile to be adapted to the processing process. Possible applications are: Forming and bending a workpiece, laser flame cutting, welding workpieces, removing impurities or coatings on workpieces, local heating to support workpiece machining and soldering workpieces.
  • the yield point is reduced locally by changing the martensite or ferrite content locally or by changing the martensite hardness of the martensitic phase components
  • the sheet is formed in two steps. After a first deformation with a small degree of deformation, the subsequent final shaping - after the properties of the sheet to be deformed have been changed accordingly by a local temperature increase - with a high degree of deformation, especially in the areas where a reduction in material thickness is sought.
  • Variant A - Local heating after one of the last rolling steps The aim of this variant is to change the yield point locally by heat, which is introduced into a coil or sheet plate after one of the last rolling steps, but before the sheet finishing.
  • ZStE 180 BH (bake hardening) and DP 500 an increase in the yield strengths of around 25% based on the initial values can be observed in a temperature range between 200 ° C and 400 ° C. While no further changes in strength occur at higher temperatures in the case of bake hardening steel, the values in the dual-phase steel drop again by up to 25% of the highest yield strength values from temperatures above 550 ° C.
  • the aim of this variant is to change the yield point locally
  • the temperature - in order to achieve a local flowability - should preferably be selected between 100 ° C and 200 ° C, with a reduction in strength of up to 8% compared to the initial state being expected.
  • the moderate temperatures required in this case can be tolerated by the forming tool.
  • temperatures of around 200 ° C or around 500 ° C or more are required for dual-phase steel in order to achieve a reasonable increase in local elongation in certain areas.
  • a reduction in strength of at least 10% from 550 ° C by at least 20% to the initial state can be seen.
  • TRIP 800 and CP 1000 require a temperature of approx. 500 ° C in order to achieve a sensible local expansion. This leads to a reduction in strength of approx. 22% or 28% compared to the initial state.
  • Variant B is definitely applicable for the bake hardening steel and conditionally applicable for the dual-phase steel. Variant B is less suitable for the highest strength variants TRIP 800 and CP 1000, which require temperatures above 500 ° C to lower the strength values. The temperatures required are too high for use in the forming tool. As a war meeinbringu ⁇ gsario (temperature range: approx. 100 ° C to 250 ° C) the following is conceivable: oil bath, hair dryer.
  • the temperature range between approx. 350 ° C and 450 ° C appears to be irrelevant for a local change in strain for all the steel grades mentioned. In this area there is no reduction in strength, but rather a maximum strength that can be justified by the bake hardening effect.
  • variant C The goal of variant C is to form the sheet in two steps. After the first forming step, you can proceed as in variant B.
  • R p proof stress e.g. R P0 ⁇ 2 ⁇ strain
  • a practical embodiment can consist in that the sheet material is lowered locally in the yield point after one of the last rolling steps by local heating in a furnace with different heating zones by means of a burner arrangement, inductive heating or by high-energy radiation sources.
  • the areas in which the strength has been reduced can be identified by the deep-drawing press or presses by means of corresponding markings on the surface of the sheet metal, so that the sheet metal can be appropriately positioned in the forming tool.
  • a practical version of variants B and C can be that the sheet metal material is heated immediately before the local heating Forming in a furnace with different heating zones by means of a burner arrangement is changed inductively or locally by means of high-energy radiation sources, or in that this takes place during the forming by the action of appropriate heat sources.
  • FIG. 1 a a sheet metal plate 1 with an initial sheet thickness d 0 and with heat-treated areas 1.1, 1.2, 1.3 is shown in FIG. 1 a, while in FIG. 1 b the sheet metal sheet 1 formed into a sheet metal part 2 is shown in a sectional view , from which it can be seen that areas with different sheet thicknesses d1, d2 and d3 have also arisen.
  • FIG. 2 shows, using two examples, FIGS. 2a and 2b, different yield strengths with different hardening behavior, as they occur in different areas of the sheet metal plate 1 after the corresponding heat treatment. Areas in which both material areas can flow plastically are hatched. This is illustrated using ⁇ / ⁇ diagrams.
  • the tension applied must be greater than the higher of the two

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines entsprechend den Festigkeits- bzw. Steifigkeitsanforderungen unterschiedliche Materialstärken aufweisenden Blechformteiles (2) durch Umformen, vorzugsweise Tiefziehen, beschrieben. Eine besonders kostengünstig und hinsichtlich des Formgebungsprocesses problemlos durchführbare Verfahrensweise ist erfindungsgemäß dann möglich, wenn eine Blechplatine (1), wie an sich bekannt, im Bereich der Formgebung erwärmt wird, wobei die Erwärmung zwecks Erreichen eines unterschiedlichen Werkstoff-Dehnungskoeffizienten über die Flächenerstreckung der Blechplatine (1) nur partiell oder mit unterschiedlicher Intensität erfolgt.

Description

B E S C H R E I B U N G
Verfahren zum Herstellen eines Blechformteiles durch Umformen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines entsprechend den Festigkeits- bzw. Steifigkeitsanforderungen unterschiedliche Materialstärken aufweisenden Blechformteiles durch Tiefziehen.
Das gattungsgemäße Herstellungsverfahren dient insbesondere dem Leichtbau und findet in besonderer Weise bei der Herstellung von Fahrzeugkarosserien Anwendung. Während es nämlich bisher üblich war, ein Blechformteil in seiner Dicke nach dem Bereich/Abschnitt der höchsten mechanischen Anforderungen auszulegen, ist man mittlerweile dazu übergegangen, bezüglich der Materialstärken im Hinblick auf die lokal unterschiedlichen Steifigkeitsanforderungen zu differenzieren.
Ein entsprechendes Verfahren ist beispielsweise in der DE 43 07 563 C2 beschrieben. Das Patent erläutert ein Verfahren zum Fertigen eines Blechstrukturteiles, das partiell eine Mehrfachblechstruktur, bestehend aus einem Grundblech und stellenweise einem damit verbundenen Verstärkungsblech oder mehreren Verstärkungsblechen, aufweist, wobei das Grundblech und das Verstärkungsblech oder die Verstärkungsbleche gemeinsam tiefgezogen werden. Dabei wird das Verstärkungsblech bzw. werden die Verstärkungsbleche vor dem gemeinsamen Tiefziehen zumindest teilweise am Grundblech befestigt und nach dem Tiefziehen unlösbar mit dem Grundblech verbunden.
ORIGINAL UNTERLAGEN Eine entsprechende Vorgehensweise ist in der Patentanmeldung DE 42 28 396 A1 beschrieben, bei der neben einer partiellen Steifigkeitserhöhung das weitere Ziel verfolgt wird, die schwingungsfähige Masse ebener oder gering verformter Blechteilbereiche zu verringern, um damit die Eigenfrequenzen zu erhöhen.
Dem vorstehend erwähnten Stand der Technik haftet der Nachteil an, daß bei einer solchen Vorgehensweise bezüglich Fertigung und Logistik ein hoher Aufwand betrieben werden muß, der entsprechend kostenintensiv ist.
Die EP 0 486 093 B1 beschreibt ein Verfahren, bei dem die Verstärkung von Teilbereichen eines Formteiles mittels eines verstärkenden Strukturgliedes erfolgt, das von einem zu bedeckenden Plattenkörper getrennt verformt wird und erst anschließend mit dem ebenfalls fertig geformten Plattenkörper verbunden wird. Bei dieser Vorgehensweise ist der Formgebungsprozeß kompliziert und aufwendig.
Der Vollständigkeit halber wird noch auf die DE 41 04 256 A1 verwiesen. Dort wird insbesondere am Beispiel von Karosserieteilen für Personen- und Lastkraftwagen erläutert, wie hochbelastete lokale Bereiche (Scharnieraufnahmen, Schloßverstärkungen, Ansatzbereiche für Holme oder sonstige tragende Teile) wirkungsvoll verstärkt werden können. Im Ergebnis werden bei diesem Verfahren Formteile erstellt, die auch als sogenannte „tailored blanks" bekannt geworden sind (siehe hierzu auch VDI-Berichte Nr. 1002, 1993, Seite 45-51 ). In der letztgenannten Literaturstelle wird insbesondere am Beispiel eines Türinnenbleches gezeigt, wie durch größere Blechdicken im Bereich der Scharnier- und Schloßbefestigung eine ausreichende Steifigkeit erzeugt werden kann. Die Gewichtsersparnis erbringt dabei ein zwischen dickeren Blechen eingebrachtes Dünnblech. Nachteilig an diesen Blechen ist die Tatsache, daß sie im Grunde genommen nur für Formteile verwendet werden können, die am fertigen Produkt nicht sichtbar sind. Beide vorgenannte Druckschriften stellen explizit auf Formkörper ab, die entweder selbst Innenteil eines Teileverbundes sind 5 oder durch gesonderte Formteile auf einer inneren Teilfläche mit Störung der äußeren Oberfläche verstärkt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines entsprechend den Festigkeits- bzw. Steifigkeitsanforderungen unterschiedliche Materialstärken aufweisenden Blechformteiles bereitzustellen, welches kostengünstig und hinsichtlich des Formgebungsprozesses problemlos durchführbar ist.
Die erfindungsgemäße Lösung ist in den Verfahrensmerkmalen gemäß Kennzeichen des Patentanspruches 1 zu sehen. Ein solchermaßen hergestelltes Blechformteil erfordert nur einen relativ geringen zusätzlichen fertigungstechnischen und logistischen Aufwand. Die Blechformteile zeichnen sind durch eine hohe Oberflächengüte und fließende Übergänge zwischen den Bereichen unterschiedlicher Materialstärken aus.
An sich ist es bereits aus der DE 23 32 287 B2 bekannt, zum Tiefziehen von Stahlblechen, insbesondere von Blechen aus austenitischen Stählen, eine Erwärmung im Bereich der Formgebung vorzusehen. Im Bereich der Kraftübertragung findet andererseits eine Kühlung statt. Die Wärmebehandlung dient insgesamt dem Zweck, das Tiefziehverfahren so zu gestalten, daß austenitische Stahlbleche umformbar sind. Eine über die Platinenoberfläche unterschiedliche Wärmebehandlung mit dem der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Ziel, entsprechend den Festigkeitsanforderungen unterschiedliche Materiaistärken zu erhalten, findet nicht statt.
In der DE 44 25 033 A1 sind desweiteren ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Drückumformen von Werkstücken beschrieben, wobei ein Werkstück in eine Spanneinrichtung eingespannt und durch zumindest ein Drückwerkzeug umgeformt wird. Insbesondere ist eine Laserstrahleinrichtung vorgesehen, durch die das Werkstück mit einem Laserstrahl beaufschlagt und erwärmt wird, um die Fließspannung zu senken und das Formänderungsvermögen zu verbessern. Die Umformtemperatur ist an unterschiedliche Materialien anpaßbar und regelbar. Dadurch kann eine lokale Erwärmung des Werkstückes in den Bereichen hoher Umformgrade erfolgen. Bei diversen Ausführungsbeispielen besteht auch die Möglichkeit, die Wandstärke des Werkstückes zu reduzieren, ohne daß darauf eingegangen wird, weshalb eine solche Reduzierung anzustreben ist.
In der DE 43 16 829 A1 ist desweiteren ein Verfahren zur Materialbearbeitung mit Diodenstrahlung beschrieben, wobei eine Anpassung des Strahlprofiles an den Bearbeitungsprozeß erfolgen kann. Als Anwendungsmöglichkeiten werden angegeben: Umformen und Biegen eines Werkstückes, Laserstrahlbrennschneiden, Schweißen von Werkstücken, Beseitigen von Verunreinigungen oder Beschichtungen von Werkstücken, lokale Erwärmung zur Unterstützung einer spannabhebenden Werkstückbearbeitung und Löten von Werkstücken.
Durch die Verwendung hoch-, höher- und höchstfester Stahlbleche kann beispielsweise im Karosseriebau eine Reduzierung des Teilegewichtes erreicht werden. Da solche Stähle jedoch nur eine begrenzte Umformbarkeit besitzen, ist deren Einsatz häufig aufgrund funktionsbedingt erforderlicher Umformgrade in bestimmten Bereichen des tiefzuziehenden Teiles ausgeschlossen. Nach der Erfindung wird dieser Mangel dadurch behoben und eine weitere Reduzierung des Teilegewichtes durch unterschiedliche Materiaistärken dadurch erreicht, daß über eine lokale Temperaturerhöhung vor oder während des Umformens, insbesondere Tiefziehens, die Fließgrenze lokal abgesenkt und das Verfestigungs- und Formänderungsvermögen verändert wird. Damit kann erreicht werden, daß in den Bereichen, in denen funktionsbedingt hohe Festigkeiten/Steifigkeiten erforderlich sind, keine oder nur eine geringe Reduzierung der Materialstärke beim Umformen auftritt, während andererseits in den Bereichen, in denen keine oder geringere Fe- stigkeits-/Steifigkeitsanforderungen gestellt werden, die Blechstärke wäh- rend des Umformens relativ stark, d. h. auf das technisch zulässige Maß reduziert werden kann.
Je nach verwendetem Blechwerkstoff, Blechdicke und Teilegeometrie läßt sich ein unterschiedliches Fließverhalten z. B. durch die nachstehend aufgeführten Varianten erreichen.
Variante A:
Eine lokale Erwärmung erfolgt nach einem der letzten Walzschritte; hierdurch entsteht ein Coil- oder Tafelblech, welches ein dem späteren Umformprozeß angepaßtes Formänderungsverhalten aufweist. Die lokale Änderung des Fließverhalteπs wird werkstoffabhängig erreicht, nämlich
• bei gewalzten Stahlblechen der Qualität St 15 erfolgt eine lokale Reduzierung der Fließgrenze durch lokale Rekristallisation bzw. Erholung des Blechwerkstoffes,
• bei Dualphasenstählen (DP 500) erfolgt eine lokale Reduzierung der Fließgrenze durch lokale Veränderung des Martensit-, Ferritanteiles oder durch Änderung der Martensithärte der martensitischen Phasenbestandteile,
• bei ausscheidungsgehärteten Blechwerkstoffen erfolgt eine lokale Reduzierung der Fließgrenze durch lokale Überalterung bzw. Homogenisierung des Blechwerkstoffes
Variante B:
Eine lokale Temperaturänderung erfolgt während oder unmittelbar vor der Umformung des Bleches zum Blechformteil z. B. im Tiefziehwerkzeug oder in einer dem Tiefziehwerkzeug vorgeschalteten Anwärm- bzw. Abkühlvorrichtung. Hierdurch wird in dem temperaturveränderten Bereich die Fließgrenze aufgrund deren Temperaturabhängigkeit und das Umformverhalten lokal verändert. Variante C:
Hier erfolgt die Umformung des Bleches in zwei Schritten. Nach einer ersten Verformung mit einem kleinen Umformgrad erfolgt die anschließende Endformung - nachdem die Eigenschaften des zu verformenden Bleches durch eine lokale Temperaturerhöhung entsprechend verändert wurden - mit einem hohem Umformgrad vor allem in den Bereichen, wo eine Materialstärken-Reduzierung angestrebt wird.
Zu verschiedenen Stahlsorten bereits durchgeführte Versuche ergaben folgendes:
Variante A - Lokale Erwärmung nach einem der letzten Waizschritte Ziel dieser Variante ist ja die lokale Änderung der Fließgrenze durch Wärme, die nach einem der letzten Walzschritte, aber vor der Blechveredelung in ein Coil oder Tafelblech eingebracht wird. Bei höherfesten Stählen, Stähle ZStE 180 BH (Bake-Hardening) und DP 500, ist in einem Temperaturbereich zwischen 200° C bis 400° C ein Anstieg der Streckgrenzen um ca. 25 % bezogen auf die Ausgangswerte feststellbar. Während bei dem Bake-Hardening-Stahl keine weiteren Festigkeitsänderungen bei höheren Temperaturen auftreten, fallen die Werte bei dem Dualphasen-Stahl ab Temperaturen oberhalb 550° C wieder um bis zu 25 % der höchsten Streckgrenzenwerte ab.
Bei den höchstfesten Stählen, z. B. TRIP 800 und CP 1000, schwanken die Festigkeitskennwerte. Insgesamt sind vergleichsweise geringe Festigkeitsunterschiede von ca. 10 % gegenüber der Raumtemperaturfestigkeit zu verzeichnen.
Fazit: Es ist bei eben diskutierten Stählen gemäß Variante A möglich, auf Coils oder Tafelbleche lokale Streckgrenzenänderungen entsprechend einem geeigneten Formteil einzustellen. Die Wärmeeinbringung kann z. B. mit einem Laser erfolgen. Variante B - Lokale Erwärmung unmittelbar vor oder während dem
Umformen
Ziel dieser Variante ist ja die lokale Änderung der Fließgrenze durch
Wärme, die unmittelbar vor oder während dem Umformen in das (Schwarz-)
Blech eingebracht wird.
Die Temperatureinbringung kann sehr schnell, d. h. im Sekundenbereich erfolgen. Bei den getesteten Stählen (ZStE 180 BH, DP 500) ist festzustellen, daß bei einer Erwärmung bestimmte Bereiche stark, andere wiederum schwach verformen.
Bei dem Bake-Hardening-Stahl ist die Temperatur - um eine lokale Fließfähigkeit zu bewirken - vorzugsweise zwischen 100° C und 200° C zu wählen, wobei eine Festigkeitsabsenkung um bis zu 8 % zum Ausgangszustand zu erwarten ist. Die in diesem Fall benötigten moderaten Temperaturen können durchaus von dem Umformwerkzeug ertragen werden. Im Gegensatz dazu werden bei dem Dualphasen-Stahl Temperaturen um die 200° C bzw. um die 500° C oder mehr benötigt, um in bestimmten Bereichen eine sinnvolle Erhöhung der lokalen Dehnung zu erreichen. Bei Temperaturen um die 200° C ist eine Festigkeitsabsenkung von mindestens 10 % ab 550° C um mindestens 20 % zum Ausgangszustand auszumachen.
Bei den höchstfesten Blechqualitäten TRIP 800 bzw. CP 1000 bedarf es einer Temperatur von ca. 500° C, um eine sinnvolle lokale Dehnung zu bewirken. Dabei kommt es zu Festigkeitsabsenkungen von ca. 22 % bzw. 28 % gegenüber dem Ausgangszustand.
Fazit: Variante B ist für den Bake-Hardening-Stahl definitiv und für den Dualphasen-Stahl bedingt anwendbar. Für die höchstfesten Varianten TRIP 800 und CP 1000, die zum Absenken der Festigkeitswerte Temperaturen über 500° C benötigen, ist Variante B weniger geeignet. Die benötigten Temperaturen sind zu hoch für den Einsatz im Umformwerkzeug. Als War- meeinbringuπgsquelle (Temperaturbereich: ca. 100° C bis 250° C) ist folgendes vorstellbar: Ölbad, Fön.
Ohne Bedeutung für eine lokale Dehnungsänderung scheint für alle genannten Stahlqualitäten der Temperaturbereich zwischen ca. 350° C bis 450° C zu sein. In diesem Bereich kommt es zu keiner Festigkeitsabsenkung, sondern zu einem Festigkeitsmaximum, das mit dem Bake-Hardening- Effekt begründet werden kann.
Variante C - Umformen in zwei Schritten
Ziel von Variante C ist ja die Umformung des Bleches in zwei Schritten. Nach dem ersten Umformschritt kann wie in Variante B vorgegangen werden.
In Zusammenhang mit der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind noch folgende Überlegungen beachtenswert:
Normalerweise erfolgt in einem einfachen Zugversuch bei lokaler Erwärmung einer Zugprobe bevorzugt eine Einschnürung in dem beschriebenen Bereich, da die Streckgrenze wegen der erhöhten Temperatur absinkt, und so ein Bereich besonders starken Fließens entsteht.
Beim Zugversuch gelten folgende Zusammenhänge:
° - \
Rm = max so ε = Δ L
L0 o
Dabei ist: σ Nennspannung So Ausgangsquerschnitt
F Zugkraft
Rm Zugfestigkeit f"max maximale Zugkraft
Rp Dehngrenze, z.B. RP0ι2 ε Dehnung
Δ L Verlängerung
Lo Anfangsmeßlänge
L jeweilige Meßlänge
Da die bei der Einschnürung verrichtete mechanische Arbeit in Wärme umgewandelt wird, steigt die Temperatur weiter an, mit der Folge, daß die Verfestigung nicht in dem Maße steigen kann, wie die Fließspannung sinkt und es schließlich zum Versagen der Probe kommt. Stellt man hingegen in verschiedenen Bereichen gewisse Unterschiede in der Fließgrenze ein - z. B. 20% / 10% / 5% -, was durch gestaffelte Temperaturerhöhung erreicht werden kann, so kann dieses „normale", oben beschriebene Verhalten vermieden werden. Ziel der Varianten A, B und C ist die Einstellung von geringen Unterschieden in den Streckgrenzen mit unterschiedlichen Verfestigungsverhalten in den verschiedenen Bereichen.
Eine praktische Ausführung kann darin bestehen, daß der Blechwerkstoff nach einem der letzten Walzschritte durch eine lokale Erwärmung in einem Ofen mit unterschiedlichen Heizzonen mittels einer Brenneranordnung, induktiver Erwärmung oder durch Hochenergiestrahlquellen lokal in der Fließgrenze abgesenkt wird. Durch entsprechende Markierungen auf der Oberfläche des Bleches können die Bereiche, in denen die Festigkeit abgesenkt wurde, von der oder den Tiefziehpressen erkannt werden, so daß eine entsprechende Positionierung des Bleches im Umformwerkzeug möglich wird.
Eine praktische Ausführung zu den Varianten B und C kann darin bestehen, daß der Blechwerkstoff durch eine lokale Erwärmung unmittelbar vor der Umformung in einem Ofen mit unterschiedlichen Heizzonen mittels einer Brenneranordnung induktiv oder durch Hochenergiestrahlquellen lokal in der Fließgrenze verändert wird, oder dadurch, daß dies während der Umformung durch Einwirkung entsprechender Wärmequellen geschieht.
Denkbar wäre auch die Anwendung von Maßnahmen (z. B. Diodenstrahlung) entsprechend dem eingangs abgehandelten Stand der Technik.
Die mit den erfindungsgemäßen Verfahren einhergehenden Möglichkeiten zur Gestaltung unterrschiedlicher Blechformteil-Festigkeiten und -Materialstärken sind noch erweiterbar, wenn die zum Blechformteil umzuformende Platine sich aus z. B. zwei gefügten (geschweißten) Teilblechen unterschiedlicher Stahlwerkstoffe und/oder unterschiedlicher Blechdicken zusammensetzt.
In der Zeichnung ist in Fig. 1a eine Blechplatine 1 mit einer Ausgangs- Blechdicke d0 und mit mit unterschiedlicher Intensität wärmebehandelten Bereichen 1.1 , 1.2, 1.3 dargestellt, während in Fig. 1 b die zu einem Blechformteil 2 umgeformte Blechplatine 1 in Schnittdarstellung gezeigt ist, woraus ersichtlich wird, daß dabei auch Bereiche mit unterschiedlichen Blechdicken d1 , d2 und d3 entstanden sind.
Fig. 2 zeigt anhand zweier Beispiele Fig. 2a bzw. 2b unterschiedliche Streckgrenzen mit unterschiedlichen Verfestigungsverhalten, wie sie nach der entsprechenden Wärmebehandlung in verschiedenen Bereichen der Blechplatine 1 auftreten. Gebiete, in denen beide Werkstoffbereiche plastisch fließen können, sind schraffiert. Verdeutlicht ist dies anhand von σ/ε-Schaubildern.
Ausgangssituation: In einem Werkstoff liegen nebeneinander zwei unterschiedliche Werkstoffzustände 1 bzw. 2 mit den unterschiedlichen Zugfestigkeiten Rm 1 bzw. Rm 2 und den Dehngrenzen Rp 1 bzw. Rp 2 vor. In einem Werkstoff, der Werkstoffbereiche mit unterschiedlichen Zugfestigkeiten/Dehngrenzen besitzt, müssen folgende Bedingungen erfüllt sein, damit beide Werkstoffbereiche bei einer vorgegebenen Spannung plastisch fließen können, ohne daß es dabei zum Bruch kommt:
Bedingungen:
1 1)) R RpD 2Z << I RD < σ
2) σ < minimum (Rm 2, Rm 1)
zu 1 )
Die aufgebrachte Spannung muß größer sein als die höhere der beiden
Dehngrenzen, damit sich beide Werkstoffbereiche plastisch verformen,
muß aber gleichzeitig
zu 2)
kleiner sein, als die kleinere der beiden Zugfestigkeiten, damit es nicht zum Versagen des Werkstoffs kommen kann.
In den Figuren 2a) und 2b) bedeuten:
Bereiche möglicher auftretender Dehnungen bei Vorgabe einer Spannung innerhalb des zulässigen Bereichens Δ σ
1 , 2 Werkstoffzustand 1 bzw. 2 mit Rm 1 bzw. Rm 2 und Rp 1 bzw. Rp 2
Δ σ : Zulässiger Spannungsbereich, in dem beide Werkstoffbereiche plastisch fließen, ohne daß Werkstoffversagen eintritt
Δ ε1ι2: Zum zulässigen Spannungsbereich Δ σ gehörender Dehnungsbereich für Werkstoffbereich 1 bzw. 2

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Herstellen eines entsprechend den Festigkeits- bzw. Steifigkeitsanforderungen unterschiedliche Materialstärken aufweisenden Blechformteiles durch Umformen, vorzugsweise Tiefziehen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blechplatine (1 ), wie an sich bekannt, im Bereich der Formgebung erwärmt wird, wobei die Erwärmung zwecks Erreichen eines unterschiedlichen Werkstoff-Dehnungskoeffizienten über die Flächenerstreckung der Blechplatine (1) nur partiell oder mit unterschiedlicher Intensität erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch die Verwendung einer aus mindestens zwei gefügten Teilblechen unterschiedlicher Stahlwerkstoffe bestehenden Blechplatine (1 ).
3. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch die Verwendung einer aus mindestens zwei gefügten Teilblechen unterschiedlicher Blechdicken bestehenden Blechplatine (1).
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Umformung der Blechplatine (1) in mindestens zwei Schritten erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung zwischen zwei Umformschritten erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung nach einem der letzten Walzschritte und vor der weiteren Verarbeitung (Aufwickeln zu einem Coil, Herstellen von Blechplatinen) des Blechwerkstoffes erfolgt.
EP97954916A 1996-12-20 1997-12-15 Verfahren zum herstellen eines blechformteiles durch umformen Expired - Lifetime EP0946311B1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19653543A DE19653543A1 (de) 1996-12-20 1996-12-20 Verfahren zum Herstellen eines Blechformteiles durch Tiefziehen
DE19653543 1996-12-20
PCT/EP1997/007029 WO1998028097A1 (de) 1996-12-20 1997-12-15 Verfahren zum herstellen eines blechformteiles durch umformen

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EP0946311A1 true EP0946311A1 (de) 1999-10-06
EP0946311B1 EP0946311B1 (de) 2000-10-25

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ID=7815695

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