EP2264193A1 - Herstellung eines partiell pressgehärteten Blechbauteils - Google Patents
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- EP2264193A1 EP2264193A1 EP10160442A EP10160442A EP2264193A1 EP 2264193 A1 EP2264193 A1 EP 2264193A1 EP 10160442 A EP10160442 A EP 10160442A EP 10160442 A EP10160442 A EP 10160442A EP 2264193 A1 EP2264193 A1 EP 2264193A1
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a partially press-hardened sheet metal component according to the preamble of claim 1.
- the invention further relates to a cover device for producing a partially press-hardened sheet metal component and a motor vehicle body comprising a partially press-hardened sheet metal component.
- press-hardening of sheet-metal components is well known from the prior art. Representative is in this regard on the GB 1 490 535 from the year 1974.
- press-hardening the strength and / or hardness of a sheet material is increased by a heat treatment and final cooling in a press-hardening tool.
- the increase in strength and / or hardness (hardening) of the sheet material is based essentially on a structural transformation.
- a method for producing a press-hardened sheet metal component which has various areas which have a different degree of hardness.
- a sheet metal component intermediate form produced in a first method step is heated in an oven to the required hardening temperature and then subjected in a press hardening tool a partially different cooling, for which a variety of tool concepts are known from the prior art.
- a disadvantage is the sometimes very high tooling effort.
- Another disadvantage is a difficult process management.
- An object of the invention is to provide an improved method for producing such sheet metal components, which requires in particular a lower tooling complexity. Furthermore, an object of the invention to specify a body that can assist in the implementation of the procedure.
- the inventive method is used to produce a partially press-hardened sheet metal component, wherein the starting sheet material is first formed into a sheet metal part and this forming is followed by a press hardening, for which this sheet metal part is partially heated in an oven, such that at least one not to harden or less to harden Covered area and / or shielded and thereafter the press hardening takes place.
- a sheet metal component has a spatial shape design.
- a partially press-hardened sheet-metal component is a sheet-metal component which has various regions (at least two) in which the sheet-metal material has a strength and / or hardness which can be differentiated from one another.
- the sheet-metal component produced by the method according to the invention has at least one region in which the strength and / or hardness of the sheet metal material remains substantially unchanged relative to the starting sheet material. In essence, this means that due to various effects, even in such an area quite a slight increase in strength and / or hardening of the sheet material may occur, which, however, in the result significantly below that of the other area or the other area.
- An “area” may be determined spatially and / or areally.
- “Strength” is understood to mean a material property of the sheet material which describes the mechanical resistance which the material of the sheet material brings about for plastic deformation or also for a separation.
- “hardness” is understood a material property, which describes the mechanical resistance, which opposes the material of the sheet material of an external mechanical action. Strength and hardness can be correlated according to common material models. Curing can also influence the ductility of the material.
- the invention is based on the idea to achieve a partial press-hardening of the sheet metal component by a different, partial heating of the sheet material, wherein the not to be hardened or less hardened area is covered and this covered and / or shielded area in the oven not on the required Hardening temperature can heat and / or the required hardening temperature in this range can not be maintained for a sufficient period of time. Covering virtually results in thermal shielding of the covered area.
- the press-hardened sheet-metal component acquires locally different properties due to the different insertion temperatures in the press-hardening tool, which primarily includes hardness, strength and / or ductility.
- a deformation of the starting sheet material into a sheet metal shaped part takes place, by which is meant a sheet metal part intermediate shape.
- This can be done in a single-stage or multi-stage deep drawing process. This is preferably a cold forming.
- a partial heating of this sheet metal part takes place in an oven.
- an oven For this purpose, at least one area of the sheet metal part which is not to be hardened or less hardened is covered and thermally shielded.
- the partially covered and / or shielded sheet metal part is placed as a whole in the oven.
- a furnace is preferably a continuous furnace.
- a protective gas atmosphere may be formed. Furthermore, such an oven may have different temperature zones.
- the press hardening of the partially heated sheet metal part in a press-hardening tool a uniform and / or partially differentiated cooling of the sheet metal material can take place, whereby defined the hardening and / or increase in strength of the sheet material occurs.
- the method according to the invention can be supplemented by intermediate steps, further steps and / or further partial steps, some of which are the subject of preferred developments.
- the invention provides i.a. the advantage that even existing press hardening plants can be converted easily and at relatively low cost to a partial press hardening. Another advantage is in particular the possibility of partial press hardening coated steel materials, as explained in more detail below.
- a sheet metal component produced by the method according to the invention is, in particular, a body component of a motor vehicle (motor vehicle body component).
- a body component of a motor vehicle (motor vehicle body component).
- This may be a structural part, e.g. a B-pillar part, or an attachment part, such as a bumper reinforcement.
- the sheet metal component it may be e.g. also act as a chassis member, such as e.g. an axle carrier.
- the uncovered and / or shielded region of the sheet metal part is heated in the oven to above 900 ° C.
- the aim is that, in a steel material, this range will reach the austenitizing temperature required for press hardening and that this range will be maintained in the oven for a sufficiently long time at this austenitizing temperature, e.g. is adjustable in the oven by the residence time of the sheet metal part.
- austenitizing in the covered and thermally shielded area is wholly or at least partially prevented by the partial covering, whereby in this area no or only a lower quench hardening during press hardening is possible.
- the shape of the formed sheet metal part ie the sheet metal component intermediate form, substantially already corresponds to that of the partially press-hardened sheet metal component to be produced.
- the shape of the formed sheet metal part ie the sheet metal component intermediate form, substantially already corresponds to that of the partially press-hardened sheet metal component to be produced.
- no further shaping is required or only a very small shaping (eg in the region of component radii), which is indicated by the expression "substantially”. This is particularly advantageous with regard to the surface of the sheet metal component to be produced, even if the sheet metal material optionally has a coating.
- the press-hardened sheet-metal component subsequently no longer has to be trimmed. This can be achieved by a corresponding trimming the sheet metal part, which is less expensive. Furthermore, even before the press hardening, possibly also directly into the output board, holes and recesses can be introduced.
- the starting sheet material is a coated steel sheet.
- the coating serves e.g. as corrosion protection.
- Such a coating is in particular a zinc-containing coating, which is in particular essentially formed from zinc, and which has preferably already been applied by the manufacturer.
- zinc-coated starting sheet materials is largely unproblematic.
- steel sheet material in particular a steel material of the type 22MnB5 or 16MnB5 is provided.
- the degree of thermal shielding of a relevant area to be covered is adjusted by the choice of the cover, a cover material, its nature and / or its arrangement on the sheet metal part.
- cover e.g. Blankets, reusable cover devices (as explained in more detail below) or specifically applied cover materials into consideration.
- the degree of thermal shielding may be e.g. be measured in percent.
- a 100% thermal shield can be considered as a thermal insulation, which substantially prevents heating of the sheet material during the residence time in the oven in the shielded area.
- a lower thermal shield leads to heating of the shielded area and a corresponding increase in strength and / or hardening of the sheet material during the press hardening, which is significantly lower than that of the other, uncovered area.
- the strength and / or hardness of the sheet metal material that results during press hardening can thus be adjusted in a targeted manner.
- a plurality of regions of the sheet metal part are covered so that different degrees of thermal Shielding result.
- a component may be referred to as a complex press-hardened sheet metal component.
- the covering takes place by means of at least two shell molds, which are applied on both sides of the sheet metal part in the area concerned. It is preferably provided that an inner contour of such a shell mold corresponds to the spatial contour of the sheet metal part in the area to be covered or this is approximated.
- a mold shell can be flexible or rigid. On a sheet metal part several shell molds of different design can be arranged.
- such a mold shell is essentially formed from a heat-resistant fiber material.
- this fiber material is pressed and used in particular compression molded.
- a heat-resistant fiber material is in particular a rock wool, a silicate wool, an asbestos material or an asbestos substitute material.
- a mold shell is formed from a ceramic material.
- a mold shell is formed from a ceramic foam material.
- a mold shell is formed from a metallic material.
- a mold shell is formed from a sheet metal material.
- it may be e.g. to act a section of an identical sheet metal part, one of which is placed in the area to be covered on the sheet metal part and placed under.
- a mold shell is formed from a composite material.
- a composite material may for example be formed of several of the aforementioned materials, which are arranged for example in a sandwich structure.
- a mold shell does not essentially rest directly on the sheet metal molding. Rather, a spacing or a spacing gap is provided between the surface of the sheet metal part and the inner surface of the mold shell to allow a relative thermal movement to each other and the surface of the sheet metal part and possibly their coating to protect against damage. By means of such a spacing, the degree of thermal shielding can also be changed. However, the mold shell and the sheet metal part can touch one another in a punctiform manner, which is indicated by the phrase "essentially".
- a heat-resistant material is arranged at least in sections between a mold shell, in particular a metallic or ceramic shell mold, and the sheet metal molded part.
- a material may be e.g. to be one of the aforementioned materials or a composite material formed therefrom, e.g. in the form of a flexible mat or a flexible braid is available.
- the covering device according to the invention serves to cover a region which is not to be hardened or less hardened during the heating of a press-hardening sheet metal part in an oven.
- it is a reusable cover, whereby costs can be reduced.
- the covering device is designed as a unit which is designed to completely receive the area of the press-hardening sheet-metal shaped part which is not to be hardened or less hardened.
- the covering device comprises at least one mold shell according to the above statements, which in particular rigid, i. dimensionally stable, is formed.
- the covering device has at least one means for automated attachment and / or removal on or from the press-hardening sheet-metal shaped part. This will be explained in more detail below in connection with the figures.
- the method according to the invention is preferably carried out using at least one covering device according to the invention.
- Fig. 1 shows the inventive method for producing a partially press-hardened sheet metal component according to a preferred embodiment in a schematic overview.
- the illustrated method comprises six steps I to VI, wherein further steps and / or sub-steps may be provided, such as a Entgraden or cleaning, which are not listed in detail.
- step I begins in step I with the provision of a sheet of hardenable steel sheet material.
- This board is formed in step II in the cold state to form a sheet metal part.
- the forming takes place in particular by deep drawing.
- step III individual areas of this sheet metal part, ie at least one area covered, which should not be cured in a subsequent press hardening or only to be less hardened.
- step IV the partially covered sheet metal part, together with the covers, is placed in an oven. In the oven, the uncovered areas are heated to austenitizing temperature (> 900 ° C, sometimes up to 950 ° C) and kept at this temperature level over a defined period of time.
- austenitizing temperature > 900 ° C, sometimes up to 950 ° C
- the covered areas are not heated at all or only slightly heated, as long as the residence time in the furnace is not too long and / or the temperature in the furnace is not too high.
- a press hardening tool is arranged in a closing device, in particular a press.
- the press-hardening tool is closed by means of the closing device, whereby the heated sheet-metal molding sections are quenched and hardened in the cooled press-hardening tool (quench hardening).
- step 6 the press-hardened sheet metal component is removed from the press-hardening tool to be subsequently processed further.
- Fig. 2 shows the inner reinforcement part 10 of a B-pillar for a motor vehicle body.
- This is a press-hardened sheet metal component made of a steel sheet material.
- the internal reinforcement stiffener 10 has a longitudinal web 13, which merges at its lower longitudinal end into a transverse web 12, which is provided for connection to a side sill, and which merges at its upper longitudinal end into a transverse web 11, which is provided for connection to a roof construction is.
- the longitudinal web 13 has two connection points 14 and 15 for the door hinges of a vehicle door.
- the press-hardened inner reinforcement part 10 should have a lower strength and / or hardness, possibly also ductility, than in the other areas.
- the press-hardened internal reinforcement part 10 is produced by the process according to the invention, as explained above.
- the specified range 17 is for explanation only. Also, several such areas may be provided.
- a covering device according to the invention can be used, such as one below in connection with FIG Fig. 3 is explained by way of example.
- Fig. 3a shows a reusable cover 20 in a schematic sectional view.
- the cover device 20 is designed as a multi-part unit, in which the inner reinforcement part 10 is received with the region 17 and protrudes by way of example on the right side.
- the covering device 20 comprises a lower part 21 and an upper part 22, which are each rigidly formed.
- the lower part 21 has a sandwich structure which is formed from an outer shell 23 and an inner shell 24.
- the upper part 22 also has a sandwich structure, which is likewise formed from an outer shell mold 25 and from an inner mold shell 26.
- the outer shell molds 23 and 25 are e.g. formed of a metal material or a ceramic material, which is advantageous in particular with regard to the shielding of thermal radiation in the furnace and the mechanical strength and stability of the covering device 20.
- the inner shell molds 24 and 26 are e.g. formed of a heat-resistant and heat-insulating fiber material, as explained above.
- the thickness and / or nature (e.g., density) of the inner shell molds 24 and 26 may include i.a. the thermal shield can be adjusted.
- the inner mold shells 24 and 26 are flexible and are supported by the outer mold shells 23 and 25.
- the inner shell molds 24 and 26 are formed dimensionally stable, which is e.g. can be achieved by an in-molding Pessen the fiber material in conjunction with additives.
- the inner shell molds 24 and 26 may themselves be constructed in multiple layers. Here, e.g. As a result, a very good thermal insulation can be achieved by a different fiber orientation in the individual layers.
- the outer shell molds 23 and 25 may be fixedly connected to the inner shell molds 24 and 26.
- the inner shell molds 24 and 26 can be loosely inserted into the outer shell molds 23 and 25, whereby a slight interference effect is possible by a slight oversize.
- a modular design proves to be particularly advantageous in case of repair of the thermally highly stressed cover 20.
- the upper part 22 and the lower part 21 are hingedly connected to each other via at least one hinge 28.
- the cover device 20 can be scissor-like around an unspecified hinge point for attaching and removing, or for inserting and removing the internal reinforcement part 10, to open.
- the opening can be done, for example, by applying a force F to the actuator arm 29, which is located on the left side of the hinge 28 and which belongs to the upper part 22.
- the closing of the cover 20 is preferably carried out automatically, in particular by gravity. This makes it very easy to automate the attachment and / or removal of the cover 20.
- the hinge 28 is designed heat-resistant and formed, for example, as a ceramic bearing.
- a spacing in the form of a spacing gap 30 is provided between the surface of the inner reinforcement part 10 and the inner shell molds 24 and 26. This shows Fig. 3b which has an enlarged section of the Fig. 3a reproduces.
- a spacing gap 30 may, inter alia, enable a relative thermal movement and protect the surface of the inner reinforcement part 10 from damage.
- the spacing gap 30 can be very small and is preferably less than the sheet thickness of the inner reinforcement part 10.
- Fig. 4 shows an alternative embodiment of a covering device 20a in a schematic sectional view.
- the main difference to the possibility of execution of Fig. 3 is that the inner, formed from a fiber material mold shells 24 and 26 are included.
- inner support shells 41 and 42 are provided, which bear against the inner reinforcement part 10 directly or even spaced.
- These inner support shells 41 and 42 are formed, for example, of a metal material or a ceramic material and may, like the outer shell molds 23 and 25 also, be one or more parts.
- the outer shell molds 23 and 25, and the inner support shells 41 and 42 are formed by component cutouts, which are spaced apart by an insulating material.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines partiell pressgehärteten Blechbauteils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Abdeckeinrichtung zur Herstellung eines partiell pressgehärteten Blechbauteils und eine Kraftfahrzeugkarosserie umfassend ein partiell pressgehärtetes Blechbauteil.
- Das Presshärten von Blechbauteilen, insbesondere aus einem Stahlblechmaterial, ist aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Stellvertretend wird diesbezüglich auf die
GB 1 490 535 - In der
DE 103 41 867 A1 ist u.a. ein Verfahren zur Herstellung eines pressgehärteten Blechbauteils beschrieben, welches verschiedene Bereiche aufweist, die einen voneinander unterscheidbaren Härtegrad besitzen. Hierzu wird eine in einem ersten Verfahrensschritt hergestellte Blechbauteil-Zwischenform in einem Ofen auf die erforderliche Härtetemperatur erwärmt und anschließend in einem Presshärtewerkzeug einer bereichsweise unterschiedlichen Abkühlung unterzogen, wozu aus dem Stand der Technik unterschiedlichste Werkzeugkonzepte bekannt sind. Ein Nachteil ist der zum Teil sehr hohe werkzeugtechnische Aufwand. Ein weiterer Nachteil ist eine schwierige Prozessführung. - Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung solcher Blechbauteile anzugeben, welches insbesondere einen geringeren werkzeugtechnischen Aufwand erfordert. Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Einrichtung anzugeben, die bei der Durchführung des Verfahrens unterstützend angewendet werden kann.
- Diese Aufgabenstellung wird gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Abdeckeinrichtung gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs. Bevorzugte und vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche. Die Erfindung erstreckt sich gemäß einem weiteren nebengeordneten Anspruch auch auf eine Fahrzeugkarosserie, insbesondere eines Personenkraftrnragens, welche wenigstens ein nach diesem Verfahren und/oder unter Verwendung einer solchen Abdeckeinrichtung hergestelltes Blechbauteil umfasst.
- Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Herstellung eines partiell pressgehärteten Blechbauteils, wobei das Ausgangsblechmaterial zunächst zu einem Blechformteil umgeformt wird und sich dieser Umformung eine Presshärtung anschließt, wozu dieses Blechformteil partiell in einem Ofen erwärmt wird, derart, dass wenigstens ein nicht zu härtender oder minder zu härtender Bereich abgedeckt und/oder abgeschirmt wird und hiernach die Presshärtung erfolgt.
- Ein Blechbauteil weist eine räumliche Formgestaltung auf. Bei einem partiell pressgehärteten Blechbauteil handelt es sich um ein Blechbauteil, welches verschiedene Bereiche aufweist (wenigstens zwei), in denen das Blechmaterial eine voneinander unterscheidbare Festigkeit und/oder Härte aufweist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Blechbauteil wenigstens einen Bereich aufweist, in dem die Festigkeit und/oder Härte des Blechmaterials gegenüber dem Ausgangsblechmaterial im Wesentlichen unverändert verbleibt. Im Wesentlichen bedeutet hierbei, dass aufgrund diverser Effekte auch in einem solchen Bereich durchaus eine geringe Festigkeitserhöhung und/oder Härtung des Blechmaterials eintreten kann, die im Ergebnis jedoch deutlich unterhalb derer des anderen Bereichs bzw. der anderen Bereich liegt.
- Ein "Bereich" kann räumlich und/oder flächenmäßig bestimmt sein. Unter "Festigkeit" wird eine Werkstoffeigenschaft des Blechmaterials verstanden, welche den mechanischen Widerstand beschreibt, den der Werkstoff des Blechmaterials einer plastischen Verformung oder auch einer Trennung entgegenbringt. Unter "Härte" wird eine Werkstoffeigenschaft verstanden, welche den mechanischen Widerstand beschreibt, den der Werkstoff des Blechmaterials einer äußeren mechanischen Einwirkung entgegensetzt. Festigkeit und Härte können nach gängigen Werkstoffmodellen korrelieren. Durch die Härtung kann zudem die Duktilität des Werkstoffs beeinflusst werden.
- Die Erfindung basiert auf der Idee, eine partielle Presshärtung des Blechbauteils durch eine unterschiedliche, partielle Erwärmung des Blechmaterials zu erreichen, wobei der nicht zu härtende oder minder zu härtende Bereich abgedeckt wird und sich dieser abgedeckte und/oder abgeschirmte Bereich im Ofen nicht auf die erforderliche Härtetemperatur erwärmen kann und/oder die erforderliche Härtetemperatur in diesem Bereich nicht über eine ausreichende Zeitdauer gehalten werden kann. Das Abdecken führt quasi zu einer thermischen Abschirmung des abgedeckten Bereichs. Einfach ausgedrückt erhält das pressgehärtete Blechbauteil aufgrund der unterschiedlichen Einlegetemperaturen in das Presshärtewerkzeug lokal unterschiedliche Eigenschaften, worunter vorrangig Härte, Festigkeit und/oder Duktilität fallen.
- Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt zunächst eine Umformung des Ausgangsblechmaterials zu einem Blechformteil, womit eine Blechbauteil-Zwischenform gemeint ist. Dies kann in einem einstufigen oder mehrstufigen Tiefziehprozess erfolgen. Bevorzugt handelt es sich hierbei um eine Kaltumformung.
- Anschließend erfolgt eine partielle Erwärmung dieses Blechformteils in einem Ofen. Hierzu wird wenigstens ein nicht zu härtender oder ein minder zu härtender Bereich des Blechformteils abgedeckt und thermisch abgeschirmt. Das partiell abgedeckte und/oder abgeschirmte Blechformteil wird als Ganzes in den Ofen verbracht. Ein solcher Ofen ist bevorzugt ein Durchlaufofen. In dem Ofen kann eine Schutzgasatmosphäre ausgebildet sein. Ferner kann ein solcher Ofen unterschiedliche Temperaturzonen aufweisen.
- Anschließend erfolgt, ggf. nach Entfernen der Abdeckungen, die Presshärtung des partiell aufgewärmten Blechformteils in einem Presshärtwerkzeug. In diesem Presshärtewerkzeug kann eine einheitliche und/oder bereichsweise differenzierte Abkühlung des Blechmaterials erfolgen, wodurch definiert die Härtung und/oder Festigkeitserhöhung des Blechmaterials eintritt.
- Das erfindungsgemäße Verfahren kann um Zwischenschritte, weitere Schritte und/oder weitere Teilschritte ergänzt werden, die zum Teil Gegenstand bevorzugter Weiterbildungen sind.
- Die Erfindung bietet u.a. dem Vorteil, dass auch bestehende Presshärteanlagen einfach und mit verhältnismäßig geringen Kosten auf ein partielles Presshärten umgestellt werden können. Ein weiterer Vorteil ist insbesondere die Möglichkeit zum partiellen Presshärten beschichteter Stahlwerkstoffe, wie nachfolgend noch näher ausgeführt.
- Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Blechbauteil ist insbesondere ein Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeugs (Kraftfahrzeugkarosseriebauteil). Dies kann ein Strukturteil, wie z.B. ein B-Säulen-Teil, oder ein Anhängteil, wie z.B. eine Stoßfängerverstärkung, sein. Bei dem Blechbauteil kann es sich aber z.B. auch um ein Fahrwerksbauteil handeln, wie z.B. einen Achsträger.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der nicht abgedeckte und/oder abgeschirmte Bereich des Blechformteils im Ofen auf über 900°C erwärmt wird. Ziel ist es, dass bei einem Stahlwerkstoff dieser Bereich die für die Presshärtung erforderliche Austenitisierungstemperatur erreicht und dass dieser Bereich im Ofen über eine ausreichend lange Zeit auf dieser Austenitisierungstemperatur gehalten wird, was z.B. durch die Verweildauer des Blechformteils im Ofen einstellbar ist. Dem gegenüber wird durch das partielle Abdecken das Austenitisieren in dem abgedeckten und thermisch abgeschirmten Bereich ganz oder zumindest teilweise verhindert, womit in diesem Bereich auch keine oder nur eine geringere Abschreckhärtung beim Presshärten möglich ist.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Formgestaltung des Blechformteils, d.h. der Blechbauteil-Zwischenform, im Wesentlichen bereits jener des herzustellenden partiell pressgehärteten Blechbauteils entspricht. Beim Presshärten ist somit keine weitergehende Formgebung mehr erforderlich oder einer nur sehr geringe Formgebung (z.B. im Bereich von Bauteilradien), was durch die Formulierung "im Wesentlichen" angezeigt ist. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Oberfläche des herzustellenden Blechbauteils vorteilhaft, auch falls das Blechmaterial ggf. eine Beschichtung aufweist.
- Bevorzugt ist ferner vorgesehen, dass das pressgehärtete Blechbauteil nachfolgend nicht mehr beschnitten werden muss. Dies kann durch einen entsprechenden Beschnitt das Blechformteils erreicht werden, was weniger aufwändig ist. Fernerhin können bereits vor dem Presshärten, evtl. auch direkt in die Ausgangsplatine, Löcher und Aussparungen eingebracht werden.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Ausgangsblechmaterial ein beschichtetes Stahlblech ist. Die Beschichtung dient z.B. als Korrosionsschutz. Eine solche Beschichtung ist insbesondere ein zinkhaltige Beschichtung, die insbesondere im Wesentlichen aus Zink gebildet ist, und die bevorzugt bereits herstellerseitig aufgebracht wurde. Gegenüber dem Stand der Technik ist die Verwendung zinkbeschichteter Ausgangsblechmaterialien weitgehend unproblematisch. Als Stahlblechmaterial ist insbesondere ein Stahlwerkstoff des Typs 22MnB5 oder auch 16MnB5 vorgesehen.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Grad einer thermischen Abschirmung eines betreffenden, abzudeckenden Bereichs durch die Wahl der Abdeckung, eines Abdeckmaterials, dessen Beschaffenheit und/oder dessen Anordnung am Blechformteil eingestellt wird. Als Abdeckung kommen z.B. Decken, wiederverwendbare Abdeckeinrichtungen (wie nachfolgend noch näher erläutert) oder spezifisch aufgebrachte Abdeckmaterialien in Betracht. Der Grad der thermischen Abschirmung kann z.B. in Prozent bemessen werden. Eine 100 %-ige thermische Abschirmung kann als thermische Isolation aufgefasst werden, welche im abgeschirmten Bereich eine Erwärmung des Blechmaterials während der Verweildauer im Ofen im Wesentlichen unterbindet. Eine geringere thermische Abschirmung führt zu einer Erwärmung des abgeschirmten Bereichs und zu einer entsprechenden Festigkeitserhöhung und/oder Härtung des Blechmaterials während des Presshärtens, wobei diese deutlich unterhalb derer des anderen, nicht abgedeckten Bereichs liegt. Durch den Grad der thermischen Abschirmung kann somit die sich beim Presshärten einstellende Festigkeit und/oder Härte des Blechmaterials gezielt eingestellt werden.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung werden mehrere Bereiche des Blechformteils derart abgedeckt, dass sich unterschiedliche Grade einer thermischen Abschirmung ergeben. Hiermit lässt sich (in einem Verfahrensdurchgang) ein pressgehärtetes Blechbauteil mit unterschiedlichsten Festigkeits- und/oder Härtebereichen herstellen. Ein solches Bauteil kann als komplex pressgehärtetes Blechbauteil bezeichnet werden.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Abdecken mittels von wenigstens zwei Formschalen erfolgt, die im betreffenden Bereich beidseitig an das Blechformteil angelegt werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Innenkontur einer solchen Formschale zur räumlichen Kontur des Blechformteils im abzudeckenden Bereich korrespondiert oder dieser angenähert ist. Eine Formschale kann flexibel oder starr ausgebildet sein. An einem Blechformteil können mehrere Formschalen unterschiedlicher Ausgestaltung angeordnet werden.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine solche Formschale im Wesentlichen aus einem hitzebeständigen Fasermaterial gebildet ist. Bevorzugt wird dieses Fasermaterial gepresst und insbesondere formgepresst eingesetzt. Ein hitzebeständiges Fasermaterial ist insbesondere eine Steinwolle, eine Silikatwolle, ein Asbestmaterial oder ein Asbestersatzmaterial.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Formschale aus einem keramischen Material gebildet ist. Bevorzugt ist eine Formschale aus einem Keramikschaummaterial gebildet.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Formschale aus einem metallischen Material gebildet ist. Insbesondere ist eine Formschale aus einem Blechmaterial gebildet. Bei einer solchen Formschale kann es sich z.B. um einen Ausschnitt aus einem identischen Blechformteil handeln, von denen jeweils einer im abzudeckenden Bereich auf das Blechformteil aufgelegt und untergelegt wird.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Formschale aus einem Materialverbund gebildet ist. Ein solcher Materialverbund kann z.B. aus mehrerer der zuvor genannten Materialen gebildet sein, die z.B. in einer Sandwichstruktur angeordnet sind.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Formschale im Wesentlichen nicht direkt auf dem Blechformteil aufliegt. Vielmehr ist zwischen der Oberfläche des Blechformteils und der Innenfläche der Formschale eine Beabstandung bzw. ein Beabstandungsspalt vorgesehen, um eine thermische Relativbewegung zueinander zu ermöglichen und die Oberfläche des Blechformteils und ggf. deren Beschichtung, vor Beschädigungen zu schützen. Mittels einer solchen Beabstandung kann auch der Grad einer thermischen Abschirmung verändert werden. Punktuell können sich die Formschale und das Blechformteil jedoch berühren, was durch die Formulierung "im Wesentlichen" angezeigt ist.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwischen einer Formschale, insbesondere einer metallischen oder keramischen Formschale, und dem Blechformteil zumindest abschnittsweise ein hitzebeständiges Material angeordnet ist. Bei einem solchen Material kann es sich z.B. um eines der zuvor genannten Materialen oder eines daraus gebildeten Materialverbunds handeln, dass z.B. in Form einer flexiblen Matte oder eines flexiblen Geflechts zur Verfügung steht.
- Die erfindungsgemäße Abdeckeinrichtung dient zur Abdeckung eines nicht zu härtenden oder minder zu härtenden Bereichs während der Erwärmung eines presszuhärtenden Blechformteils in einem Ofen. Insbesondere handelt es sich um eine wiederverwendbare Abdeckeinrichtung, wodurch Kosten reduziert werden können.
- Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Abdeckeinrichtung als eine Einheit ausgebildet ist, welche zur vollständigen Aufnahme des nicht zu härtenden oder minder zu härtenden Bereichs des presszuhärtenden Blechformteils ausgebildet ist.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Abdeckeinrichtung wenigstens eine Formschale gemäß den obigen Ausführungen umfasst, die insbesondere starr, d.h. formstabil, ausgebildet ist.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Abdeckeinrichtung wenigstens ein Mittel zum automatisierten Anbringen und/oder Entfernen am bzw. vom presszuhärtenden Blechformteil aufweist. Dies wird nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren noch näher erläutert.
- Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt unter Verwendung wenigstens einer erfindungsgemäßen Abdeckeinrichtung durchgeführt.
- Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer schematischen Übersicht;
- Fig. 2
- am Beispiel einer B-Säule einen erfindungsgemäß abzudeckenden Bereich, in einer perspektivischen Ansicht;
- Fig. 3
- eine wiederverwendbare Abdeckeinrichtung in einer schematischen Schnittansicht und Detailansicht; und
- Fig. 4
- eine alternative Ausführungsmöglichkeit einer Abdeckeinrichtung in einer schematischen Schnittansicht.
-
Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines partiell pressgehärteten Blechbauteils gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Übersicht. Das erläuterte Verfahren umfasst sechs Schritte I bis VI, wobei weitere Schritte und/oder Teilschritte vorgesehen sein können, wie z.B. ein Entgraden oder Reinigen, die im Einzelnen nicht aufgeführt sind. - Das Verfahren beginnt im Schritt I mit der Bereitstellung einer Platine aus einem härtbaren Stahlblechmaterial. Diese Platine wird im Schritt II im kalten Zustand zu einem Blechformteil umgeformt. Das Umformen erfolgt insbesondere durch Tiefziehen. Im Schritt III werden einzelne Bereiche dieses Blechformteils, d.h. zumindest ein Bereich, abgedeckt, welche bei einem nachfolgenden Presshärten nicht gehärtet oder nur minder gehärtet werden sollen. Im Schritt IV wird das partiell abgedeckte Blechformteil, zusammen mit den Abdeckungen, in einen Ofen eingebracht. Im Ofen werden die nicht abgedeckten Bereiche auf Austenitisierungstemperatur (> 900°C, teilweise bis zu 950°C) erwärmt und über einen definierten Zeitabschnitt auf diesem Temperaturniveau gehalten. Die abgedeckten Bereiche werden je nach Abdeckung überhaupt nicht oder nur gering erwärmt, sofern die Verweilzeit im Ofen nicht zu lang und/oder Temperatur im Ofen nicht zu hoch ist. Anschließend wird das partiell aufgewärmte Blechformteil aus dem Ofen entnommen und nach Entfernen der Abdeckungen in ein Presshärtewerkzeug eingelegt. Das Presshärtewerkzeug ist in einer Schließvorrichtung, wie insbesondere einer Presse, angeordnet. Im Schritt V wird das Presshärtewerkzeug mittels der Schließvorrichtung geschlossen, wodurch die erwärmten Blechformteilbereiche im gekühlten Presshärtewerkzeug abgeschreckt und hierdurch gehärtet werden (Abschreckhärtung). Diese Abschreckhärtung im Presshärtewerkzeug erfolgt unter einer gleichzeitigen Formgebung oder Formhaltung, wozu das Presshärtewerkzeug unter Krafteinwirkung geschlossen bleibt. Im Schritt 6 wird das pressgehärtete Blechbauteil aus dem Presshärtewerkzeug entnommen, um nachfolgend weiter verarbeitet zu werden.
-
Fig. 2 zeigt das Innenverstärkungsteil 10 einer B-Säule für eine Kraftfahrzeugkarosserie. Hierbei handelt es sich um ein pressgehärtetes Blechbauteil aus einem Stahlblechmaterial. Das Innenverstärkungsteif 10 weist einen Längssteg 13 auf, der an seinem unteren Längsende in einen Quersteg 12 übergeht, welcher für die Anbindung an einen Seitenschweller vorgesehen ist, und der an seinem oberen Längsende in einen Quersteg 11 übergeht, welcher für die Anbindung an eine Dachkonstruktion vorgesehen ist. Der Längssteg 13 weist zwei Anbindungspunkte 14 und 15 für die Türscharniere einer Fahrzeugtüre auf. - In dem schraffiert dargestellten Bereich 17, welcher den unteren Anbindungspunkt 15 umfasst, soll das pressgehärtete Innenverstärkungsteil 10 mit einer geringeren Festigkeit und/oder Härte, ggf. auch Duktilität, als in den anderen Bereichen ausgebildet sein. Um dies zu erreichen, wird das pressgehärtete Innenverstärkungsteil 10 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, wie zuvor erläutert. Der angegebene Bereich 17 dient nur der Erläuterung. Auch können mehrere solcher Bereiche vorgesehen sein.
- Zum Abdecken des Bereichs 17 kann eine erfindungsgemäße Abdeckeinrichtung eingesetzt werden, wie eine solche nachfolgend im Zusammenhang mit der
Fig. 3 beispielhaft erläutert wird. -
Fig. 3a zeigt eine wiederverwendbare Abdeckeinrichtung 20 in einer schematischen Schnittansicht. Die Abdeckeinrichtung 20 ist als eine mehrteilige Einheit ausgebildet, in der das Innenverstärkungsteil 10 mit dem Bereich 17 aufgenommen ist und beispielhaft rechtsseitig herausragt. Die Abdeckeinrichtung 20 umfasst ein Unterteil 21 und ein Oberteil 22, die jeweils starr ausgebildet sind. Das Unterteil 21 weist ein Sandwichstruktur auf, die aus einer äußeren Formschale 23 und aus einer inneren Formschale 24 gebildet ist. Das Oberteil 22 weist ebenfalls eine Sandwichstruktur auf, die gleichfalls aus einer äußeren Formschale 25 und aus einer inneren Formschale 26 gebildet ist. - Die äußeren Formschalen 23 und 25 sind z.B. aus einem Metallmaterial oder einem keramischen Material gebildet, was insbesondere im Hinblick auf die Abschirmung thermischer Strahlung im Ofen und die mechanische Festigkeit bzw. Stabilität der Abdeckeinrichtung 20 vorteilhaft ist. Die inneren Formschalen 24 und 26 sind z.B. aus einem hitzebeständigen und wärmeisolierenden Fasermaterial gebildet, wie oben erläutert. Über die Dicke und/oder Beschaffenheit (z.B. Dichte) der inneren Formschalen 24 und 26 kann u.a. die thermische Abschirmung eingestellt werden.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführung sind die inneren Formschalen 24 und 26 flexibel ausgebildet und werden von den äußeren Formschalen 23 und 25 gestützt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die inneren Formschalen 24 und 26 formstabil ausgebildet sind, was z.B. durch ein In-Form-Pessen des Fasermaterials in Verbindung mit Additiven erreicht werden kann. Die inneren Formschalen 24 und 26 können selbst mehrlagig aufgebaut sein. Hierbei kann z.B. durch eine unterschiedliche Faserorientierung in den einzelnen Lagen im Ergebnis eine sehr gute thermische Isolierung erreicht werden. Die äußeren Formschalen 23 und 25 können fest mit den inneren Formschalen 24 und 26 verbunden sein. Alternativ können die inneren Formschalen 24 und 26 lose in die äußeren Formschalen 23 und 25 eingelegt sein, wobei durch ein geringes Übermaß ein leichter Klemmeffekt möglich ist. Ein modularer Aufbau erweist sich insbesondere im Reparaturfall der thermisch hoch beanspruchten Abdeckeinrichtung 20 als vorteilhaft.
- Das Oberteil 22 und das Unterteil 21 sind über wenigstens ein Scharnier 28 gelenkig miteinander verbunden. In dem gezeigten Beispiel lässt sich die Abdeckeinrichtung 20 scherenartig um einen nicht näher spezifizierten Gelenkpunkt zum Anbringen und Entfernen, bzw. zum Einlegen und Entnehmen des Innenverstärkungsteils 10, öffnen. Das Öffnen kann z.B. durch Aufbringen einer Kraft F auf den Stellarm 29 erfolgen, der sich linksseitig des Scharniers 28 befindet und der zum Oberteil 22 gehört. Das Schließen der Abdeckeinrichtung 20 erfolgt bevorzugt selbsttätig, insbesondere schwerkraftbedingt. Damit lässt sich das Anbringen und/oder Entfernen der Abdeckeinrichtung 20 sehr gut automatisieren. Das Scharnier 28 ist wärmefest ausgelegt und z.B. als Keramiklager ausgebildet.
- Bevorzugt ist vorgesehen, dass die inneren Formschalen 24 und 26 nicht direkt auf dem Innenverstärkungsteil 10 aufliegen. Vielmehr ist zwischen der Oberfläche des Innenverstärkungsteils 10 und den inneren Formschalen 24 und 26 eine Beabstandung in Form eines Beabstandungsspalts 30 vorgesehen. Dies zeigt
Fig. 3b , die einen vergrößerten Ausschnitt aus derFig. 3a wiedergibt. Ein solcher Beabstandungsspalt 30 kann unter anderem eine thermische Relativbewegung ermöglichen und die Oberfläche des Innenverstärkungsteils 10 vor Beschädigungen schützen. Der Beabstandungsspalt 30 kann sehr klein sein und beträgt bevorzugt weniger als die Blechdicke des Innenverstärkungsteils 10. -
Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsmöglichkeit einer Abdeckeinrichtung 20a in einer schematischen Schnittansicht. Der wesentliche Unterschied zur Ausführungsmöglichkeit derFig. 3 besteht darin, dass die inneren, aus einem Fasermaterial gebildeten Formschalen 24 und 26 eingeschlossen sind. Hierzu sind innere Stützschalen 41 und 42 vorgesehen, welche am Innenverstärkungsteil 10 direkt oder auch beabstandet anliegen. Diese inneren Stützschalen 41 und 42 sind z.B. aus einem Metallmaterial oder einem keramischen Material gebildet und können, wie die äußeren Formschalen 23 und 25 auch, einteilig oder mehrteilig sein. - In einer einfachen Ausgestaltung der in
Fig. 4 gezeigten Abdeckeinrichtung 20a sind die äußeren Formschalen 23 und 25, sowie die inneren Stützschalen 41 und 42 durch Bauteilausschnitte gebildet, welche durch ein Isoliermaterial zueinander beabstandet sind. -
- 10
- partiell pressgehärtetes Blechbauteil; Innenverstärkungsteil B-Säule
- 11
- Quersteg
- 12
- Quersteg
- 13
- Längssteg
- 14
- Anbindungspunkt für Türe
- 15
- Anbindungspunkt für Türe
- 17
- abzudeckender Bereich; Bereich mit geringerer Härtung
- 20, 20a
- Abdeckeinrichtung
- 21
- Unterteil
- 22
- Oberteil
- 23
- äußere Formschale (Unterteil)
- 24
- innere Formschale (Unterteil)
- 25
- äußere Formschale (Oberteil)
- 26
- innere Formschale (Oberteil)
- 28
- Scharnier; Gelenk
- 29
- Stellarm; Mittel zum automatisierten Anbringen und/oder Entfernen
- 30
- Beabstandungsspalt
- I bis VI
- Verfahrensschritte
- F
- Kraft, Stellkraft
Claims (15)
- Verfahren zur Herstellung eines partiell pressgehärteten Blechbauteils (10), insbesondere eines Karosseriebauteils, bei dem das Ausgangsblechmaterial zunächst zu einem Blechformteil umgeformt wird und sich dieser Umformung eine Presshärtung anschließt, wozu das Blechformteil partiell in einem Ofen erwärmt wird, derart, dass wenigstens ein nicht zu härtender oder minder zu härtender Bereich (17) abgedeckt wird, und hiernach die Presshärtung erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der nicht abgedeckte Bereich des Blechformteils im Ofen auf über 900°C erwärmt wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Formgestaltung des Blechformteils im Wesentlichen bereits jener des herzustellenden Blechbauteils (10) entspricht. - Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ausgangsblechmaterial ein beschichtetes Stahlblech ist. - Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Grad einer thermischen Abschirmung des betreffenden Bereichs (17) durch die Wahl der Abdeckung, eines Abdeckmaterials, dessen Beschaffenheit und/oder dessen Anordnung auf dem Blechformteil eingestellt wird. - Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Abdecken mittels von wenigstens zwei Formschalen erfolgt, die im betreffenden Bereich (17) beidseitig an das Blechformteil angelegt werden. - Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Formschale im Wesentlichen aus einem hitzebeständigen Fasermaterial gebildet ist. - Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Formschale im Wesentlichen aus einem keramischen Material gebildet ist. - Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Formschale im Wesentlichen aus einem metallischen Material gebildet ist. - Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Formschale aus einem Materialverbund gebildet ist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Formschale im Wesentlichen nicht direkt auf dem Blechformteil aufliegt. - Abdeckeinrichtung (20, 20a), insbesondere wiederverwendbare Abdeckeinrichtung, zur Abdeckung eines nicht zu härtenden oder minder zu härtenden Bereichs während der Erwärmung eines presszuhärtenden Blechformteils in einem Ofen.
- Abdeckeinrichtung (20, 20a) nach Anspruch 12 umfassend wenigstens eine Formschale gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10.
- Abdeckeinrichtung (20, 20a) nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
Mittel (29) zum automatisierten Anbringen und/oder Entfernen am bzw. vom presszuhärtenden Blechformteil umfasst sind. - Fahrzeugkarosserie umfassend wenigstens ein pressgehärtetes Blechbauteil (10), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 und/oder unter Verwendung einer Abdeckeinrichtung (20, 20a) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14.
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