EP1300475A2 - Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils - Google Patents

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EP1300475A2
EP1300475A2 EP02019321A EP02019321A EP1300475A2 EP 1300475 A2 EP1300475 A2 EP 1300475A2 EP 02019321 A EP02019321 A EP 02019321A EP 02019321 A EP02019321 A EP 02019321A EP 1300475 A2 EP1300475 A2 EP 1300475A2
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EP
European Patent Office
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sheet metal
press tool
metal profile
sheet
profile
Prior art date
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EP02019321A
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English (en)
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EP1300475A3 (de
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Ludger Gehringhoff
Udo Dr. Klasfauseweh
Ralf KÖHLER
Ulrich Jungblut
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Benteler Automobiltechnik GmbH
Original Assignee
Benteler Automobiltechnik GmbH
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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
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0068—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/04—Stamping using rigid devices or tools for dimpling
    • 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
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
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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 possibly preformed board.
  • the term circuit board is subsequently uniform for both a flat steel plate and also used for a preformed semi-finished product.
  • DE 24 52 486 A1 counts a method for producing a hardened one Sheet metal profile from a board in a press hardening process for State of the art.
  • a hardenable steel Board heated to hardening temperature, then warm in a press tool formed and then hardened while the sheet profile in Press tool remains. Because the sheet profile during the course of the hardening process cooling is clamped in the press tool you get a product with good dimensional accuracy.
  • the hot forming and hardening in the press tool is due to the combination of forming and tempering processes in one tool rational way of working.
  • WO 99/07492 provides for the above-described press hardening process to modify and the edge areas in the press tool bend from prefabricated holes so that collars are formed.
  • the holes are bent in the press tool before hardening.
  • the openings in the sheet metal profile are intended as through holes for fastening screws serve. It is also common in the prior art to use such Openings referred to in technical terms as passages as reference holes or recordings for the precise alignment of the sheet profile to be used in subsequent processes. They also serve as assembly clearances or as a stiffening measure.
  • the object of the invention is based on the prior art based on a process for the production of hardened sheet metal profiles more economically and make it more rational.
  • the formations can have any shape. For example, you can be round or oval.
  • pot-like formations are made before the hot forming process tool wear in the compensation tool is less.
  • the production of the pots in a preforming tool also means that Shaping possibility much larger.
  • One can be in the preforming tool pot-like shape can also be produced in several stages. All in all the manufacturing costs are reduced.
  • the sheet profile can be used in subsequent processes based on the formations as reference points can be recorded and is precisely positioned.
  • the formations can also be used to stiffen the sheet profile serve.
  • a particularly advantageous procedural measure sees according to claim 2 before that a final shaping calibration in the press tool the molding takes place.
  • the shape is on it in the press tool brought exact exact measure. Then the hardening process begins.
  • the cooling performed here is the sheet product in the press tool clamped.
  • a blank or semi-finished product made of steel is preferably used, which is expressed in percent by weight of carbon (C) 0.19 up 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 (Al) 0.02 to 0.06 as well 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 rest iron (Fe) is inclusive of melting-related impurities.
  • the blank provided with one or more formations is heated in the heat treatment system to the hardening temperature, that is to say to a temperature above Ac 3 , where the steel is in the austenitic state. As a rule, this temperature is between 775 ° C and 1000 ° C. Then the forming process takes place in the press tool, whereupon the hardening begins by cooling. This creates a fine-grained martensitic or bainitic material structure.
  • the sheet profile is clamped in the press tool during the hardening process.
  • the cooling performed here can be carried out directly or indirectly. With direct cooling, the sheet profile is brought into direct contact with a coolant. With indirect cooling, the press tool or parts thereof are cooled.
  • the floor a shape in the press tool is cut out. This can through an appropriate design of the stamp of the press tool respectively.
  • the bottom is then torn out.
  • a shape is preferably produced in which the dimensions of diameter and depth in a ratio of 2: 1 are as claimed 4 provides. Formations are considered to be advantageous in practice with a diameter of at least 20 mm and a depth of approx. 10 mm.
  • the sheet profile can be trimmed in subsequent operations (claim 5).
  • the pot-like formations can be trimmed here.
  • the sheet profile itself can also be subjected to cutting operations become. If the formations are no longer required and in the waste area of the sheet metal product, you can remove them yourself.
  • Figure 1 shows a sheet steel plate 1, in which a pot-like shape 2 is made.
  • the formation of the formation 2 takes place on the Sheet steel 1 before the forming process and the tempering process.
  • the circuit board 1 is heated to the curing temperature, ie to a temperature above Ac 3 . Depending on the steel, the temperature is set between 700 ° C and 1,100 ° C. The steel is then in an austernite state.
  • the board 1 is then formed in a press tool 3 to the sheet profile 4.
  • the press tool 3 has an upper die 5 and a lower die 6. In the lower die 6 there is a die 7 which is matched to the contour of the pot-like formation 2, whereas a corresponding stamp insert 8 is provided in the upper die 5.
  • the formation 2 is calibrated in the press tool 3, ie brought to its final exact size. In this case, only a slight final shaping takes place on the formation 2.
  • the sheet profile 4 is then clamped in the press tool 3 and then hardened by rapid cooling.
  • Figures 2 and 3 show a pot-like shape 2 in a sheet metal profile 4.
  • the formation 2 has a depth t in the example shown here of 10 mm and has an average diameter d of 20 mm.
  • the Formation 2 tapers below with an angle ⁇ of approximately 10 ° or greater. This ensures that the sheet profile 4 from the press tool 3 can be removed easily.
  • the rejuvenation of the shape 2 also ensures that the sheet metal profile 4 is easy in subsequent operations and can be recorded true to position using the shape 2.
  • the shape 2 can be used both as a reference pot and as a reinforcement shape serve on the finished component.
  • stamp insert 8 can Calibrate the advanced shape 2 whose base 9 is cut off or be ripped out. In this way, an extension is obtained.
  • the Torn out soil 9 can through a scrap discharge channel 10 in the lower die 6 are dissipated.

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils 4 aus einer gegebenenfalls vorgeformten Platine 1 wird zunächst zumindest eine topfartige Ausformung 2 an der Platine 1 ausgeformt. Anschließend wird die Platine 1 in einem Pressenwerkzeug 3 zum Blechprofil warm umgeformt und gehärtet. Hierbei erfolgt im Pressenwerkzeug 3 eine endformgebende Kalibrierung der Ausformung 2. Vorzugsweise wird eine Ausformung 2 hergestellt, deren Abmessungen von Durchmesser und Tiefe ein Verhältnis von 2:1 aufweisen. In Nachfolgeoperationen kann das Blechprofil 4 beschnitten werden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils aus einer gegebenenfalls vorgeformten Platine. Der Begriff Platine wird nachfolgend einheitlich sowohl für eine ebene Stahlblechplatine als auch für ein bereits vorgeformtes Halbzeug verwendet.
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. Hierbei wird eine aus einem härtbaren Stahl bestehende Platine auf Härtetemperatur erhitzt, dann in einem Pressenwerkzeug warm umgeformt und anschließend ausgehärtetet, während das Blechprofil im Pressenwerkzeug verbleibt. Da das Blechprofil bei der im Zuge des Härtungsvorgangs vorgenommene Kühlung im Pressenwerkzeug eingespannt ist, erhält man ein Produkt mit guter Maßhaltigkeit.
Das Warmumformen und Härten im Pressenwerkzeug ist aufgrund der Kombination von Umform- und Vergütungsvorgang in einem Werkzeug eine rationelle Arbeitsweise.
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. Das Abbiegen der Löcher geschieht im Pressenwerkzeug vor dem Härten. Die Öffnungen im Blechprofil sollen als Durchführungslöcher für Befestigungsschrauben dienen. Im Stand der Technik ist es auch üblich, solche fachterminologisch als Durchzüge bezeichnete Öffnungen als Referenzlöcher bzw. Aufnahmen für die positionsgenaue Ausrichtung des Blechprofils in Folgeprozessen zu nutzen. Des Weiteren dienen sie als Montagefreigänge oder als Versteifungsmaßnahme.
Das Ausformen der Durchzüge im Pressenwerkzeug bringt jedoch einen vergleichsweise großen Werkzeugverschleiss mit sich. Auch ist nur eine begrenzte Umformung des Kragens möglich. Nachteilig wirken sich zudem die gegenüber dem konventionellen Kaltumformen höheren Fertigungskosten aus.
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von gehärteten Blechprofilen ökonomischer und rationeller zu gestalten.
Die Lösung dieser Aufgabe zeigt Patentanspruch 1 auf. Danach werden an der Platine eine oder mehrere topfartige Ausformungen hergestellt, und zwar bevor die Platine in einem Pressenwerkzeug zum Blechprofil warm umgeformt und gehärtet wird.
Die Ausformungen können beliebige Formen aufweisen. Sie können beispielsweise rund oder oval gestaltet sein.
Da die topfartigen Ausformungen vor dem Warmumformprozess hergestellt werden, ist der Werkzeugverschleiss im Vergütungswerkzeug geringer. Durch die Herstellung der Töpfe in einem Vorformwerkzeug ist zudem die Formgebungsmöglichkeit sehr viel größer. Im Vorformwerkzeug kann eine topfartige Ausformung auch in mehreren Stufen hergestellt werden. Insgesamt werden die Fertigungskosten verringert.
Das Blechprofil kann in Folgeprozessen anhand der Ausformungen als Referenzpunkte aufgenommen werden und ist so exakt lagepositioniert. Selbstverständlich können die Ausformungen auch als Versteifung des Blechprofils dienen.
Eine besonders vorteilhafte Verfahrensmaßnahme sieht gemäß Patentanspruch 2 vor, dass im Pressenwerkzeug eine endformgebende Kalibrierung der Ausformung erfolgt. Im Pressenwerkzeug wird die Ausformung auf ihr exaktes genaues Maß gebracht. Dann setzt der Härteprozess ein. Bei der hierbei vorgenommenen Kühlung ist das Blechprodukt im Pressenwerkzeug eingespannt.
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 (Al) 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 mit einer oder mehreren Ausformungen versehene Platine wird in der Wärmebehandlungsanlage 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.
Nach den Merkmalen von Patentanspruch 3 ist vorgesehen, dass der Boden einer Ausformung im Pressenwerkzeug herausgetrennt wird. Dies kann durch eine entsprechende Gestaltung des Stempels des Pressenwerkzeugs erfolgen. Beim Kalibrieren des vorgezogenen Topfs wird der Boden dann herausgerissen.
Vorzugsweise wird eine Ausformung hergestellt, bei der die Abmessungen von Durchmesser und Tiefe im Verhältnis 2:1 sind, wie dies Patentanspruch 4 vorsieht. Als für die Praxis vorteilhaft werden Ausformungen angesehen mit einem Durchmesser von mindestens 20 mm bei einer Tiefe von ca. 10 mm.
Das Blechprofil kann in Nachfolgeoperationen beschnitten werden (Patentanspruch 5). Hierbei können die topfartigen Ausformungen beschnitten werden. Auch das Blechprofil selbst kann Schneideoperationen unterzogen werden. Sofern die Ausformungen nicht mehr benötigt werden und im Abfallbereich des Blechprodukts liegen, können auch diese selbst entfernt werden.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1
im Schema technisch vereinfacht einen Ausschnitt aus einem Pressenwerkzeug mit eingelegter Blechplatine;
Figur 2
einen Ausschnitt aus einem Blechprodukt mit einer topfartigen Ausformung in der Seitenansicht und
Figur 3
die Darstellung gemäß Figur 2 in der Draufsicht.
Figur 1 zeigt eine Stahlblechplatine 1, in der bereits eine topfartige Ausformung 2 hergestellt ist. Die Herstellung der Ausformung 2 erfolgt an der Stahlblechplatine 1 vor dem Umformvorgang und dem Vergütungsprozess.
Die Platine 1 wird auf Härtungstemperatur, d.h. auf eine über Ac3 liegenden Temperatur erhitzt. Je nach Stahl wird die Temperatur zwischen 700°C und 1.100°C eingestellt. Der Stahl ist dann in einem austernitischen Zustand. Die Platine 1 wird anschließend in einem Pressenwerkzeug 3 zum Blechprofil 4 umgeformt. Das Pressenwerkzeug 3 weist ein Obergesenk 5 und ein Untergesenk 6 auf. Im Untergesenk 6 befindet sich eine auf die Kontur der topfartigen Ausformung 2 abgestimmte Matrize 7, wohingegen im Obergesenk 5 ein entsprechender Stempeleinsatz 8 vorgesehen ist. Während des Pressenvorgangs wird die Ausformung 2 im Pressenwerkzeug 3 kalibriert, d.h. auf ihr endgültiges genaues Maß gebracht. Hierbei erfolgt lediglich noch eine geringfügige Endformgebung an der Ausformung 2. Noch im Pressenwerkzeug 3 eingespannt wird das Blechprofil 4 dann durch schnelle Abkühlung gehärtet.
Die Figuren 2 und 3 zeigen eine topfartige Ausformung 2 in einem Blechprofil 4. Die Ausformung 2 weist in dem hier dargestellten Beispiel eine Tiefe t von 10 mm auf und hat einen mittleren Durchmesser d von 20 mm. Die Ausformung 2 verjüngt sich unten mit einem Winkel α von etwa 10° oder größer. Dies gewährleistet, dass das Blechprofil 4 aus dem Pressenwerkzeug 3 gut herausgenommen werden kann. Die Verjüngung der Ausformung 2 stellt zudem sicher, dass das Blechprofil 4 in Nachfolgeoperationen einfach und positionsgetreu anhand der Ausformung 2 aufgenommen werden kann.
Die Ausformung 2 kann sowohl als Referenztopf als auch als Verstärkungsausformung am fertigen Bauteil dienen.
Durch eine entsprechende Gestaltung des Stempeleinsatzes 8 kann beim Kalibrieren der vorgezogenen Ausformung 2 deren Boden 9 abgetrennt bzw. ausgerissen werden. Auf diese Weise erhält man eine Durchstellung. Der ausgerissene Boden 9 kann durch einen Schrottabfuhrkanal 10 im Untergesenk 6 abgeführt werden.
Bezugszeichenaufstellung
1 -
Platine
2 -
Ausformung
3 -
Pressenwerkzeug
4 -
Blechprofil
5 -
Obergesenk
6 -
Untergesenk
7 -
Matrize
8 -
Stempeleinsatz
9 -
Boden v. 2
10 -
Schrottabfuhrkanal
d -
Durchmesser v. 2
t -
Tiefe v. 2
α-
Verjüngungswinkel

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils aus einer gegebenenfalls vorgeformten Platine (1), wobei zunächst zumindest eine topfartige Ausformung (2) an der Platine (1) ausgeformt wird, wonach die Platine (1) in einem Pressenwerkzeug zum Blechprofil warm umgeformt und gehärtet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Pressenwerkzeug eine endformgebende Kalibrierung der Ausformung (2) erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Pressenwerkzeug der Boden (9) einer Ausformung (2) herausgetrennt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Ausformung (2) hergestellt wird, deren Verhältnis der Abmessungen von Durchmesser (d) und Tiefe (t) 2:1 ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Blechprofil in einer Nachfolgeoperation beschnitten wird.
EP02019321A 2001-10-05 2002-08-29 Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils Withdrawn EP1300475A3 (de)

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