EP1253208B1 - Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils - Google Patents

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EP1253208B1
EP1253208B1 EP02008690A EP02008690A EP1253208B1 EP 1253208 B1 EP1253208 B1 EP 1253208B1 EP 02008690 A EP02008690 A EP 02008690A EP 02008690 A EP02008690 A EP 02008690A EP 1253208 B1 EP1253208 B1 EP 1253208B1
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EP
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metal profile
sheet metal
sheet
press tool
collars
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Ludger Gehringhoff
Hans-Jürgen Knaup
Udo Dr. Klasfauseweh
Werner Böhmer
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Benteler Automobiltechnik GmbH
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Benteler Automobiltechnik GmbH
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    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching
    • 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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    • B21D19/08—Flanging or other edge treatment, e.g. of tubes by single or successive action of pressing tools, e.g. vice jaws
    • B21D19/088—Flanging or other edge treatment, e.g. of tubes by single or successive action of pressing tools, e.g. vice jaws for flanging holes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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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
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a hardened sheet metal profile from a circuit board or semi-finished product in accordance with the measures in The preamble of claim 1.
  • the openings in the Sheet metal profile should serve as feedthrough holes for fastening screws. It is conceivable such holes also for the orientation of the sheet metal profile in subsequent manufacturing operations.
  • Unfavorable is the prefabrication of the holes in the output board. This is associated with additional manufacturing and logistics effort. Also is the Dimensional accuracy of the manufactured sheet profile in the dependence of the pre-perforation posed. If the given tolerances are left, that is Sheet metal profile unusable. Especially with metal profiles with komliziertren Geometries must be calculated with a larger scrap in the blank of the boards become.
  • the hot forming and curing in the press tool has due to the through the combination of forming and tempering process in one tool rational operation generally benefits. It can, however, despite the restraint the sheet metal profile in the tool due to thermal stress come to not exactly predeterminable delay on the component. This can be detrimental to downstream manufacturing operations. Remedy here can create reference points on the sheet metal profile, the position orientation the sheet metal profile in subsequent manufacturing operations be used.
  • the invention is therefore based on the known in the art Process the task based, this more rational and efficient to design and improve the production process of sheet metal profiles.
  • the starting material is a board made of hardenable steel sheet Commitment. This can already experience a shape-preparing profile section to have. Also preformed sheet metal parts as semi-finished products can according to the invention be further processed.
  • the collars produced in the press tool in or on the sheet profile can as reference points for positional orientation of the sheet metal profile in subsequent Manufacturing operations or for stiffening the sheet metal profile or as mounting holes serve.
  • a board or a semi-finished product made of a steel is used, in terms of weight percent consists of carbon (C) 0.19 to 0.25, silicon (Si) 0.15 to 0.50, manganese (Mn) 1.10 to 1.40, titanium (Ti) 0.020 to 0.050, boron (B) 0.002 to 0.005, aluminum (AI) 0.02 to 0.06, and Phosphate (P) in a proportion up to max. 0.025, sulfur (S) max. 0,015, Chrome (Cr) max. 0.35 and molybdenum (Mo) max. 0.35, with the remainder iron (Fe) is including contaminants due to melting.
  • the plate or the semifinished product made of sheet steel is heated to the curing temperature, that is to a temperature above Ac 3 , where the steel is in an austenitic state. As a rule, this temperature is between 775 ° C and 1000 ° C.
  • the forming process takes place in the press tool, whereupon hardening begins by cooling.
  • a fine-grained martensitic or bainitic material structure arises.
  • the sheet profile is clamped during the curing process in the press tool.
  • the case made cooling can be carried out directly or indirectly. In direct cooling, the sheet metal profile is brought directly into contact with a coolant. In indirect cooling, the press tool or parts thereof is cooled.
  • the collar in shape produced by marginal stampings on the sheet metal profile. This is a collar at the edge of the component during the pressing process before hardening without cutting produced.
  • the collars serve as reference points for the position orientation of the Sheet metal profiles in subsequent manufacturing operations. Based on the reference points The sheet profile is recorded or aligned. This is from particular advantage, because it as a result of the hot forming process at the formed Sheet metal profile can not come to exact predeterminable delay. However, a positional orientation can be ensured via the reference points which the subsequent manufacturing operations are based on. This will ensure a consistent quality and reproducibility as well ensured in a high volume production.
  • the collars can also contribute to the stiffening of the sheet metal profile.
  • a pot-like shape can first be formed be formed on the sheet metal profile, the bottom then is separated out, as this claim 4 provides.
  • FIG. 1 shows a sheet-metal profile 1 or a section thereof with an edge-side Collar in the form of an embossed image on the image plane 2.
  • the sheet metal profile 1 is made from an initially flat board 3 Made of sheet steel.
  • the board 3 is in the figure 1 by the dashed Indicated line.
  • the board 3 in thermoformed a press tool, and at a curing temperature between 700 ° C and 1100 ° C. Still clamped in the press tool If the sheet metal profile 1 has then been hardened by rapid cooling.
  • the embossment 2 is produced on the sheet metal profile 1 Service.
  • Such embossment 2 at the edge of the sheet metal profile 1 serves as Reference point for positional orientation of the sheet metal profile 1 in subsequent Manufacturing operations. It can be seen that the embossment 2 is out of the plane the sheet metal profile 1 and the original board 3 protrudes.
  • FIG. 2 shows a press tool 4 with a lower die 5, an upper punch 6 and a hold-down 7, the component (board) fixed in the press tool 4.
  • the stamp 6 is bem forming process lowered from its upper starting position. At the decline of the stamp 6 is first a pot-like shape of the board or from this thermoformed sheet metal profile 8 produced. Upon reaching the cutting edge 9 on the die 5 is through the punch 6, the sheet metal blank at the bottom 10 of Forming cut out.
  • the created setting 11 in the sheet metal profile 8 serves according to the invention as a reference point for alignment and Orientation of the sheet metal section 8 for stiffening the sheet metal profile or as Mounting hole for carrying a screw or the like. As before also described the sheet metal profile 8 is clamped in the press tool 4 hardened.
  • a circuit board is produced 13 held in a lower die 14 by a hold-15.
  • the left half shows the initial position of the board 13 in the press tool 12 before the forming process.
  • the board 13 through the upper Downholder 15 and a lower punch 16 clamped.
  • the lower Stamp 16 is located centrally in the free-form space 17 of the die 14.
  • In the hold 15 is a cutting tool in the form of a hole and setting sleeve 18 guided displaced arranged. This separates when with the hub of the press tool 12 conforming cutting operation in the downward movement an opening 19 in the board 13 and the generated therefrom Metal profile 20.
  • the edge-side regions 21 of the opening 19 changed over like a collar and so creates a passage 22 in the sheet metal profile 20.
  • the section shown in Figure 3 of a sheet metal profile 8 and 20 shows an adjustment 12, 22, as they are in a procedure according to the Figures 2 and 4 described, has been generated.
  • the reference points become the recording and orientation of a sheet metal profile 8, 20 in cutting operations, such as laser cutting, joining operations etc. used.
  • Also for coordinate acquisition and Adjustment of the sheet metal profile 8, 20 in numerically controlled systems can the reference points are used.
  • the throws 12 and 22 but also for stiffening or serve as mounting holes in the sheet metal profile 8, 22.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils aus einer Platine oder einem Halbzeug gemäß den Maßnahmen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Durch die DE 24 52 486 A1 zählt ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils aus einer Platine in einem Presshärtverfahren zum Stand der Technik, bei dem eine aus härtbarem Stahl bestehende Platine auf Härtetemperatur erhitzt, dann in einem Pressenwerkzeug warm umgeformt und anschließend ausgehärtet wird, während das Blechprofil im Pressenwerkzeug verbleibt. Da das Blechprofil bei der im Zuge des Härtungsvorgangs vorgenommenen Kühlung im Pressenwerkzeug eingespannt ist, erhält man ein Produkt mit guter Maßhaltigkeit.
Im Rahmen der WO 99/07492 ist vorgesehen, das vorbeschriebene Presshärtverfahren zu modifizieren und im Pressenwerkzeug die randseitigen Bereiche von vorgefertigten Löchern abzubiegen, so dass Kragen entstehen.
Dies geschieht im Pressenwerkzeug vor dem Härten. Die Öffnungen im Blechprofil sollen als Durchführungslöcher für Befestigungsschrauben dienen. Denkbar ist es, solche Löcher auch zur Lageorientierung des Blechprofils in nachfolgenden Fertigungsoperationen heranzuziehen.
Unvorteilhaft ist die Vorfertigung der Löcher in der Ausgangsplatine. Dies ist mit zusätzlichem Fertigungs- und Logistikaufwand verbunden. Auch ist die Maßgenauigkeit des hergestellten Blechprofils in die Abhängigkeit der Vorlochung gestellt. Werden die vorgegebenen Toleranzen verlassen, ist das Blechprofil unbrauchbar. Insbesondere bei Blechprofilen mit komlizierteren Geometrien muss mit größerem Ausschuss im Zuschnitt der Platinen kalkuliert werden.
Das Warmumformen und Härten im Pressenwerkzeug hat aufgrund der durch die Kombination von Umform- und Vergütungsvorgang in einem Werkzeug rationellen Arbeitsweise generell Vorteile. Es kann jedoch trotz der Einspannung des Blechprofils im Werkzeug aufgrund von Wärmespannungen zu nicht exakt vorherbestimmbarem Verzug am Bauteil kommen. Dieser kann sich nachteilig auf nachgeschaltete Fertigungsoperationen auswirken. Abhilfe können hier Referenzpunkte am Blechprofil schaffen, die zur Lageorientierung des Blechprofils in nachfolgenden Fertigungsoperationen herangezogen werden.
Der Erfindung liegt daher ausgehend von dem im Stand der Technik bekannten Verfahren die Aufgabe zugrunde, dieses rationeller und effizienter zu gestalten und den Fertigungsablauf von Blechprofilen zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung in einem Verfahren nach Patentanspruch 1. Dieses individualisiert sich dadurch, dass Kragen beim Umformvorgang im Pressenwerkzeug aus ungelochten Bereichen der Platine ausgeformt werden. Ein Vorlochen der Platinen entfällt vollkommen. Dieser komplette Arbeitsschritt in der Vorfertigung kann entfallen. Hierdurch werden Werkzeug- und Arbeitskosten eingespart. Da die Kragen unmittelbar im Pressenwerkzeug erzeugt werden, kann der Zuschnitt der Platinen bzw. die Fertigung der Halbzeuge unabhängig von den Kragen erfolgen. Auch dies führt zu einer Rationalisierung des Verfahrens.
Als Ausgangsprodukt kommt eine Platine aus härtbarem Stahlblech zum Einsatz. Diese kann bereits einen formvorbereitenden Profilschnitt erfahren haben. Auch vorgeformte Blechteile als Halbzeuge können erfindungsgemäß weiter verarbeitet werden.
Die im Pressenwerkzeug im bzw. am Blechprofil erzeugten Kragen können als Referenzpunkte zur Lageorientierung des Blechprofils in nachfolgenden Fertigungsoperationen oder zur Versteifung des Blechprofils bzw. als Montagelöcher dienen.
Wie bereits erwähnt ist ein Vorlochen nicht erforderlich. Diese Ausführungsform ist wirtschaftlich und logistisch vorteilhaft. Auch ist keine erhöhte Positioniergenauigkeit des Rohlings, also der Platine bzw. des Halbzeugs im Pressenwerkzeug erforderlich. Eine Abstimmung der Positionierung einer Vorlochung zum Formenstempel ist nicht nötig. Weiterhin vorteilhaft ist die Einhaltung einer konstanten Kragenhöhe.
Bevorzugt kommt eine Platine bzw. ein Halbzeug aus einem Stahl zum Einsatz, der in Gewichtsprozenten ausgedrückt besteht aus Kohlenstoff (C) 0,19 bis 0,25, Silizium (Si) 0,15 bis 0,50, Mangan (Mn) 1,10 bis 1,40, Titan (Ti) 0,020 bis 0,050, Bor (B) 0,002 bis 0,005, Aluminium (AI) 0,02 bis 0,06 sowie Phosphat (P) in einem Anteil bis max. 0,025, Schwefel (S) max. 0,015, Chrom (Cr) max. 0,35 und Molybdän (Mo) max. 0,35, wobei der Rest Eisen (Fe) ist einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.
Die Platine bzw. das Halbzeug aus Stahlblech wird auf Härtungstemperatur, das heißt auf eine über Ac3 liegende Temperatur erhitzt, wo sich der Stahl in austenitischem Zustand befindet. In der Regel liegt diese Temperatur zwischen 775 °C und 1000 °C. Anschließend erfolgt der Umformvorgang im Pressenwerkzeug, worauf durch Kühlung das Härten einsetzt. Hierbei stellt sich ein feinkörniges martensitisches oder bainitisches Werkstoffgefüge ein. Das Blechprofil befindet sich während des Härtungsvorgangs eingespannt im Pressenwerkzeug. Die hierbei vorgenommene Kühlung kann direkt oder indirekt durchgeführt werden. Bei der direkten Kühlung wird das Blechprofil unmittelbar in Kontakt mit einem Kühlmittel gebracht. Bei der indirekten Kühlung wird das Pressenwerkzeug bzw. Teile hiervon gekühlt.
Gemäß den Maßnahmen von Patentanspruch 2 werden die Kragen in Form von randseitigen Verprägungen am Blechprofil erzeugt. Hierbei wird ein Kragen am Bauteilrand während des Pressenvorgangs vor dem Härten spanlos hergestellt. Die Kragen dienen als Referenzpunkte zur Lageorientierung des Blechprofils in nachfolgenden Fertigungsoperationen. Anhand der Referenzpunkte wird das Blechprofil aufgenommen bzw. ausgerichtet. Dies ist von besonderem Vorteil, weil es infolge des Warmumformvorgangs am umgeformten Blechprofil zu nicht exakt vorbestimmbarem Verzug kommen kann. Über die Referenzpunkte kann jedoch eine Lageorientierung sichergestellt werden, an der sich die nachfolgenden Fertigungsoperationen ausrichten. Hierdurch wird eine gleichbleibende Qualität und Reproduzierbarkeit auch bei einer Fertigung in hohen Stückzahlen sichergestellt. Die Kragen können auch zur Versteifung des Blechprofils beitragen.
Für die Praxis vorteilhaft ist auch eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 3. Danach werden die Kragen als Durchstellungen im Blechprofil erzeugt. Das Lochen und Durchstellen erfolgt quasi in einem Arbeitsgang bzw. in unmittelbar aufeinander folgenden Operationen im Pressenwerkzeug.
Zur Herstellung einer Durchstellung kann zunächst eine topfartige Ausformung am Blechprofil ausgebildet werden, deren Boden anschließend herausgetrennt wird, wie dies Anspruch 4 vorsieht.
Möglich ist auch, dass zur Herstellung einer Durchstellung im Pressenwerkzeug eine Öffnung im Blechprofil erzeugt wird mit gleichzeitiger kragenartiger Umstellung der randseitigen Bereich der Öffnung (Anspruch 5).
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1
einen Ausschnitt aus einem Blechprofil mit einem Kragen in Form einer randseitigen Verprägung;
Figur 2
im Schema ein erstes Pressenwerkzeug und die Vorgehensweise zur Herstellung einer Durchstellung an einem Blechprofil;
Figur 3
einen Ausschnitt aus einem Blechprofil in perspektivischer Ansicht mit der Darstellung einer Durchstellung und
Figur 4
wiederum technisch vereinfacht ein zweites Pressenwerkzeug und die Vorgehensweise zur Herstellung einer Durchstellung an einem Blechprofil.
Figur 1 zeigt ein Blechprofil 1 bzw. einen Ausschnitt daraus mit einem randseitigen Kragen in Form einer in Bildebene nach oben ausgestellten Verprägung 2. Das Blechprofil 1 wird aus einer anfangs ebenen Platine 3 aus Stahlblech hergestellt. Die Platine 3 ist in der Figur 1 durch die gestrichelte Linie angedeutet. Bei der Herstellung des Blechprofils 1 wird die Platine 3 in einem Pressenwerkzeug warm umgeformt, und zwar bei einer Härtungstemperatur zwischen 700°C und 1100°C. Noch im Pressenwerkzeug eingespannt ist das Blechprofil 1 dann durch schnelle Abkühlung gehärtet worden. Im Zuge des Umformvorgangs ist die Verprägung 2 am Blechprofil 1 erzeugt worden. Eine solche Verprägung 2 am Rand des Blechprofils 1 dient als Referenzpunkt zur Lageorientierung des Blechprofils 1 in nachfolgenden Fertigungsoperationen. Man erkennt, dass die Verprägung 2 aus der Ebene des Blechprofils 1 bzw. der ursprünglichen Platine 3 vorsteht.
In der Figur 2 ist ein Pressenwerkzeug 4 dargestellt mit einer unteren Matrize 5, einem oberen Stempel 6 und einem Niederhalter 7, der das Bauteil (Platine) im Pressenwerkzeug 4 fixiert. Der Stempel 6 wird bem Umformvorgang von seiner oberen Ausgangslage abgesenkt. Beim Niedergang des Stempels 6 wird zunächst eine topfartige Ausformung an der Platine bzw. des hieraus warmgeformten Blechprofils 8 erzeugt. Bei Erreichen der Schneidkante 9 an der Matrize 5 wird durch den Stempel 6 die Blechronde am Boden 10 der Ausformung herausgetrennt. Die so erstellte Durchstellung 11 im Blechprofil 8 dient erfindungsgemäß als Referenzpunkt zur Ausrichtung und Lageorientierung des Blechprofils 8 zur Versteifung des Blechprofils oder als Montageloch zur Durchführung einer Schraube oder ähnlichem. Wie zuvor beschrieben wird auch das Blechprofil 8 im Pressenwerkzeug 4 eingespannt gehärtet.
Bei dem in der Figur 4 dargestellten Pressenwerkzeug 12 wird eine Platine 13 in einer unteren Matrize 14 durch einen Niederhalter 15 gehalten. Die linke Bildhälfte zeigt die Ausgangslage der Platine 13 im Pressenwerkzeug 12 vor dem Umformvorgang. Hierbei ist die Platine 13 durch den oberen Niederhalter 15 und einem unteren Stempel 16 eingespannt. Der untere Stempel 16 befindet sich mittig im Freiformraum 17 der Matrize 14. Im Niederhalter 15 ist ein Schneidwerkzeug in Form einer Loch- und Durchstellhülse 18 geführt verlagerbar angeordnet. Dieses trennt beim mit dem Hub des Pressenwerkzeugs 12 konform gehenden Schneidvorgang in der Abwärtsbewegung eine Öffnung 19 in die Platine 13 bzw. das hieraus erzeugte Blechprofil 20. Gleichzeitig werden mit der Abwärtsbewegung des Schneidwerkzeugs 18 die randseitigen Bereiche 21 der Öffnung 19 kragenartig umgestellt und so eine Durchstellung 22 im Blechprofil 20 erzeugt.
Der in Figur 3 dargestellte Ausschnitt aus einem Blechprofil 8 bzw. 20 zeigt eine Durchstellung 12, 22, so wie sie in einer Vorgehensweise gemäß den Figuren 2 bzw. 4 beschrieben, erzeugt worden ist. In der Regel dienen zwei solcher Durchstellungen 12, 22 als Referenzpunkte in einem Blechprofil 8, 20 zur Lageorientierung desselben in nachfolgenden Fertigungsoperationen. Die Referenzpunkte werden zur Aufnahme und Orientierung eines Blechprofils 8, 20 bei Schneidoperationen, beispielsweise Laserschneiden, Fügeoperationen etc. herangezogen. Auch zur koordinatenmäßigen Erfassung und Justierung des Blechprofils 8, 20 in numerisch gesteuerten Anlagen können die Referenzpunkte genutzt werden.
Grundsätzlich können die Durchstellungen 12 bzw. 22 aber auch zur Versteifung oder als Montageöffnungen im Blechprofil 8, 22 dienen.
Bezugszeichenaufstellung
1 -
Blechprofil
2 -
Verprägung
3 -
Platine
4 -
Pressenwerkzeug
5 -
Matrize
6 -
Stempel
7 -
Niederhalter
8 -
Blechprofil
9 -
Schneidkante
10 -
Boden
11 -
Durchstellung
12 -
Pressenwerkzeug
13 -
Platine
14 -
Matrize
15 -
Niederhalter
16 -
unterer Stempel
17 -
Freiformraum
18 -
Schneidwerkzeug
19 -
Öffnung
20 -
Blechprofil
21 -
randseitiger Bereich v. 19
22 -
Durchstellung

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils aus einer Platine oder einem Halbzeug, die in einem Pressenwerkzeug zum Blechprofil warm umgeformt und gehärtet wird, wobei am Blechprofil aus der Ebene der Platine vorstehende Kragen vorgesehen werden, dadurch gekennzeichnet, dass beim Umformvorgang die Kragen aus ungelochten Bereichen der Platine ausgeformt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kragen in Form von randseitigen Verprägungen (2) am Blechprofil (1) erzeugt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kragen als Durchstellungen (12, 22) im Blechprofil (8, 20) erzeugt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer Durchstellung (12) zunächst eine topfartige Ausformung gebildet und danach der Boden (10) der Ausformung herausgetrennt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer Durchstellung (22) eine Öffnung (19) im Blechprofil (20) mit kragenartiger Umstellung ihrer randseitigen Bereiche (21) erzeugt wird.
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