EP2314397A1 - Verfahren zum Herstellen eines Teiles aus einem Blech und Blechteil - Google Patents

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EP2314397A1
EP2314397A1 EP10006975A EP10006975A EP2314397A1 EP 2314397 A1 EP2314397 A1 EP 2314397A1 EP 10006975 A EP10006975 A EP 10006975A EP 10006975 A EP10006975 A EP 10006975A EP 2314397 A1 EP2314397 A1 EP 2314397A1
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sheet
sheet metal
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indentations
punching
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Meinolf Schröder
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Fischer and Kaufmann GmbH and Co KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D13/00—Corrugating sheet metal, rods or profiles; Bending sheet metal, rods or profiles into wave form
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    • B21D17/00—Forming single grooves in sheet metal or tubular or hollow articles
    • B21D17/04—Forming single grooves in sheet metal or tubular or hollow articles by rolling
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
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    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/30—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure
    • E04C2/32—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure formed of corrugated or otherwise indented sheet-like material; composed of such layers with or without layers of flat sheet-like material
    • E04C2/326—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure formed of corrugated or otherwise indented sheet-like material; composed of such layers with or without layers of flat sheet-like material with corrugations, incisions or reliefs in more than one direction of the element

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a part from a sheet, which is formed by successive punching and bending operations, according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a sheet metal part according to the preamble of claim 9.
  • Generic methods and sheet metal parts are for example from the DE 100 20 176 C2 , of the DE 100 54 802 C2 , of the DE 103 56 746 B4 or the DE 103 44 885 B3 known.
  • complex three-dimensional workpieces in part with different wall thickness profiles, can be produced from a metal sheet by means of corresponding punching and bending processes, which only a few years ago could be produced merely as forgings or cast workpieces.
  • the invention has for its object to further improve this known prior art for the production of a sheet metal part in terms of material and weight savings.
  • the method according to the invention is characterized in that, prior to molding of the part into a surface of the sheet, a structure is impressed without cutting, by which the strength of the sheet is increased.
  • a basic idea of the invention is to impress a defined structure in the starting sheet before forming a sheet metal part. As a result, a defined strain hardening of the sheet occurs, so that an output sheet with a smaller sheet thickness can be used in comparison to the use of a non-pretreated starting sheet to achieve desired strength values of the finished part. It can therefore be achieved with a lower material usage and thus with a reduced weight a desired end part with the same or even higher strength. This is particularly advantageous in the production of vehicle parts, such as levers, bearing parts, bushes and the like.
  • an advantageous embodiment of the invention is that the structure is formed by indentations in the sheet, wherein a depth of the impressions is smaller than a thickness of the sheet. It is a surface structure formed by the indentations, so to speak, but no major transformations, such as bends, which affect the subsequent shaping of a complex three-dimensional part of the still flat sheet.
  • An embossed surface structure is not disturbing, in particular in the case of installation components not visible from the outside, for example in the engine compartment or on the chassis of a motor vehicle.
  • the indentations are preferably formed as linear and / or punctiform depressions.
  • the sheet is provided with a thickness of 1 mm to 10 mm and that the indentations are formed with a depth of 0.1 mm to 5 mm.
  • the depth of the impressions between 5% and 80% of the thickness of the sheet, which is formed in particular of steel or another metal.
  • the impressions can be formed in the surface of the sheet in any way, such as by pressing. It is particularly advantageous, however, that the impressions are introduced by rolling by means of at least one embossing roller in the sheet. It is thus possible to create a regular structure in a continuous work process.
  • the indentations can be provided on one or both sides of the sheet.
  • a strip-shaped sheet metal is used as the sheet, which is wound into a coil.
  • the embossing can take place by means of one or more embossing rolls.
  • the embossing rollers can not only depress the depressions in the sheet, but produce an additional increase in strength over the entire surface of the sheet metal strip by applying a compressive stress over the entire width of the sheet metal strip. In this case also surface roughnesses of the starting sheet are advantageously reduced.
  • a particularly advantageous procedure results in that the punching and bending operations along a transfer line with punching and bending tools are carried out and that the band-shaped sheet is fed from the coil of a unwinding constantly, wherein at least one embossing roller between the transfer line and the unwinding is arranged for introducing the structure.
  • the stamping and bending tools necessary for forming the three-dimensional sheet-metal part which also include folding, stamping and other forming tools, are designed as transfer tools which are arranged side by side in a press. Each press stroke thus performs a work step.
  • the press is opened, the workpiece is transferred by a basically known conveying mechanism into the respectively following tool until the finished shaped workpiece is ejected.
  • a collection of the band-shaped sheet metal from the coil mounted on the unwinding is arranged.
  • the structure is impressed at least along strip-shaped areas.
  • the structure can thus be provided uniformly over the entire surface of the starting sheet.
  • the surface structure can be formed only in certain areas of the sheet, so that other areas of the sheet remain undeformed. This can be done, for example, in the areas which are subsequently either punched out of the stamping and bending tools or reshaped in such a way that sufficient strain hardening is achieved by this deformation.
  • areas with different structures can also be embossed in the metal sheet, so that regions with different degrees of strength are set across the width of the strip. It is thus possible to create a starting sheet with a differentiated distribution of strength.
  • the differentiation can be generated by denser, deeper or larger imprints.
  • a desired defined degree of solidification in individual regions can be formed for the subsequent forming. No or little pre-consolidation by the indentations is set in particular in the areas of the sheet, which are removed or reshaped during subsequent punching and bending.
  • the circumference of the embossing roll would correspond to the length of a sheet metal section required for forming a part and cut to length from the sheet metal strip.
  • the embossed structure would thus be repeated regularly in each sheet metal section.
  • the structure is formed with mesh or lattice-like recesses arranged. It is particularly advantageous according to the invention that the depressions or indentations in cross section have a rounded recess bottom and rounded transitions to the flat surface. This is a particularly good pre-consolidation of the sheet and it Kerberpositionen be avoided in the subsequent forming operations.
  • the individual line-shaped or punctiform depressions may have a mutual distance in the tenth of a millimeter range up to the centimeter range, preferably between 0.5 mm and 10 mm.
  • the lines can extend over the entire length and width of the band-shaped sheet and can have a width of 0.5 to a few millimeters.
  • the width of the recesses is about one to four times the depth of the indentations.
  • the invention also encompasses a sheet-metal part, which is characterized in that, prior to molding of the sheet-metal part into a surface of the sheet, it is provided by stamping with a regular structure, by means of which the strength of the sheet is increased.
  • the sheet metal part is produced in particular by the method described above, the advantages explained above being achieved.
  • FIG Fig. 1 One possible pattern for a uniform structure 12 which can be stamped into a sheet 10 is in FIG Fig. 1 shown.
  • the structure 12 comprises rectilinear impressions, which are arranged in a grid or diamond-shaped uniformly on a surface of a metal sheet 10.
  • FIG. 2 An alternative form of training is in Fig. 2 shown in which the structure 12 is impressed in a wave-like manner in the surface of a sheet 10.
  • the wave-shaped depressions are not formed uniformly over the width of the band-shaped sheet 10.
  • the indentations are denser, ie arranged with a smaller line spacing than in an outer region. hereby a defined strength distribution over the width of the band-shaped sheet 10 is achieved.
  • FIG Fig. 3 A further exemplary embodiment of a sheet 10 pretreated according to the invention is shown in FIG Fig. 3 shown.
  • line or punctiform impressions 14 are introduced in a surface side of the sheet 10 .
  • the transitions 16 of the impressions 14 are rounded in the flat surface side, as well as the bottom 18 of the wells. As a result, notch stresses are avoided during subsequent forming.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Teiles aus einem Blech (10), welches durch aufeinanderfolgende Stanz- und Biegewerkzeuge geformt wird, sowie ein entsprechend hergestelltes Blechteil. Vor dem Formen des Teiles wird in die Oberfläche des Blechs (10) eine Struktur (12) spanlos eingeprägt, durch welche die Festigkeit des Bleches (10) erhöht wird. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein durch das oben beschriebenen Verfahren hergestellten Blechteil.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Teiles aus einem Blech, welches durch aufeinanderfolgende Stanz- und Biegevorgänge geformt wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Blechteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
  • Gattungsgemäße Verfahren und Blechteile sind beispielsweise aus der DE 100 20 176 C2 , der DE 100 54 802 C2 , der DE 103 56 746 B4 oder der DE 103 44 885 B3 bekannt. Mit diesen bekannten Verfahren können aus einem Blech durch entsprechende Stanz- und Biegevorgänge komplexe dreidimensionale Werkstücke, teilweise mit unterschiedlichen Wanddickenverläufen, hergestellt werden, welche noch vor einigen Jahren lediglich als Schmiede- oder Gusswerkstücke herstellbar waren.
  • Die Herstellung derartiger komplexer Werkstücke durch Kaltumformung aus einem Blech ist gegenüber einem Schmieden oder Gießen mit hohen Materialtemperaturen Energie sparender, weniger arbeitsaufwändig aufgrund keiner oder geringerer Nacharbeitung wegen mangelnden Wärmeverzuges sowie Material sparender. Aufgrund einer bei der Kaltumformung erzielbaren hohen Werkstückfestigkeit werden bei Blechwerkstücken bei gleicher oder sogar höherer Festigkeit geringere Materialeinsätze benötigt. Dies ist nicht nur Ressourcen sparender, sondern führt auch zu einer Gewichtseinsparung, welche insbesondere beim Fahrzeugbau immer wichtiger wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen bekannten Stand der Technik zur Herstellung eines Blechteiles hinsichtlich Material- und Gewichtseinsparung noch weiter zu verbessern.
  • Nach der Erfindung wird diese Aufgabe zum einen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Blechteil mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Formen des Teiles in eine Oberfläche des Blechs eine Struktur spanlos eingeprägt wird, durch welche die Festigkeit des Bleches erhöht wird.
  • Eine Grundidee der Erfindung besteht darin, vor dem Bilden eines Blechteiles in das Ausgangsblech eine definierte Struktur einzuprägen. Hierdurch tritt eine definierte Kaltverfestigung des Bleches ein, so dass zum Erreichen gewünschter Festigkeitswerte des Fertigteiles ein Ausgangsblech mit geringerer Blechdicke im Vergleich zur Verwendung eines nicht vorbehandelten Ausgangsbleches verwendet werden kann. Es kann also ein gewünschtes Endteil bei gleicher oder sogar höherer Festigkeit mit einem geringeren Materialeinsatz und damit mit einem verringerten Gewicht erreicht werden. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Fahrzeugteilen, etwa von Hebeln, Lagerteilen, Buchsen und ähnlichem von Vorteil.
  • Da zudem mit dem verringerten Materialeinsatz auch der Kostenaufwand sinkt und grundsätzlich auch Ausgangsbleche geringerer Festigkeit und damit von einer kostengünstigen Qualität eingesetzt werden können, wird zusätzlich ein wirtschaftlicher Vorteil erzielt.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Struktur durch Einprägungen in dem Blech gebildet wird, wobei eine Tiefe der Einprägungen kleiner als eine Dicke des Bleches ist. Es wird sozusagen eine Oberflächenstruktur durch die Einprägungen gebildet, jedoch keine großen Umformungen, wie Abkantungen, welche die nachfolgende Formgebung eines komplexen dreidimensionalen Teiles aus dem weiterhin ebenen Blech beeinträchtigen. Eine geprägte Oberflächenstruktur ist insbesondere bei von außen nicht sichtbaren Einbauteilen, etwa im Motorraum oder am Fahrgestell eines Kraftfahrzeuges, nicht störend. Die Einprägungen sind vorzugsweise als linien- und/oder punktförmige Vertiefungen ausgebildet.
  • Besonders bevorzugt ist es nach der Erfindung, dass das Blech mit einer Dicke von 1 mm bis 10 mm vorgesehen wird und dass die Einprägungen mit einer Tiefe von 0,1 mm bis 5 mm ausgebildet werden. Insbesondere kann die Tiefe der Einprägungen zwischen 5% und 80% der Dicke des Blechs betragen, welches insbesondere aus Stahl oder einem anderen Metall gebildet ist.
  • Grundsätzlich können die Einprägungen in die Oberfläche des Blechs in beliebiger Weise gebildet werden, etwa durch Pressen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, dass die Einprägungen durch Einrollen mittels mindestens einer Prägewalze in das Blech eingebracht werden. Es kann so in einem kontinuierlichen Arbeitsprozess eine regelmäßige Struktur erzeugt werden. Die Einprägungen können auf einer oder auf beiden Seiten des Bleches vorgesehen werden.
  • Nach der Erfindung ist es dabei besonders zweckmäßig, dass als Blech ein bandförmiges Blech verwendet wird, welches zu einem Coil aufgespult ist. Hierbei kann beim Abspulen des Blechbandes von dem Coil, also dem aufgespulten Blechband, das Einprägen mittels einer oder mehrerer Prägewalzen erfolgen. Die Prägewalzen können dabei nicht nur die Vertiefungen in das Blech eindrücken, sondern durch Aufbringung einer Druckspannung über die gesamte Breite des Blechbandes eine zusätzliche Festigkeitserhöhung über die gesamte Oberfläche des Blechbandes erzeugen. Hierbei werden auch Oberflächenrauhigkeiten des Ausgangsblechs in vorteilhafter Weise verringert.
  • Erfindungsgemäß ergibt sich ein besonders vorteilhafter Verfahrensablauf dadurch, dass die Stanz- und Biegevorgänge entlang einer Transferstraße mit Stanz- und Biegewerkzeugen ausgeführt werden und dass das bandförmige Blech von dem Coil von einer Abspuleinrichtung beständig zugeführt wird, wobei mindestens eine Prägewalze zwischen der Transferstraße und der Abspuleinrichtung zum Einbringen der Struktur angeordnet ist.
  • Die zum Formen des dreidimensionalen Blechteiles notwendigen Stanz- und Biegewerkzeuge, unter welchen auch Abkant-, Präge- und andere Umformwerkzeuge zu verstehen sind, sind als Transferwerkzeuge ausgebildet, welche nebeneinander in einer Presse angeordnet sind. Bei jedem Pressenhub wird so ein Arbeitsschritt ausgeführt. Beim Öffnen der Presse wird das Werkstück durch eine grundsätzlich bekannte Fördermechanik in das jeweils nachfolgende Werkzeug übergesetzt, bis das fertig geformte Werkstück ausgestoßen wird. Gleichzeitig erfolgt an der Eingangsseite dieser Werkzeuganordnung ein Einzug des bandförmigen Bleches von dem auf der Abspuleinrichtung gelagerten Coil. Zwischen dieser Abspuleinrichtung und dem Eingang zu den Umformwerkzeugen ist die Prägeeinrichtung zum Aufbringen der festigkeitserhöhenden Oberflächenstruktur angeordnet.
  • Weiter ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass entlang des bandförmigen Bleches die Struktur zumindest entlang streifenförmiger Bereiche eingeprägt wird. Die Struktur kann somit gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des Ausgangsbleches vorgesehen werden. Alternativ kann die Oberflächenstruktur nur in bestimmten Bereichen des Bleches ausgebildet werden, so dass andere Bereiche des Bleches noch unverformt bleiben. Dies kann etwa in den Bereichen erfolgen, welche nachfolgend in den Stanz- und Biegewerkzeugen entweder ausgestanzt oder derart umgeformt werden, dass durch diese Umformung eine ausreichende Kaltverfestigung erreicht ist.
  • Erfindungsgemäß können auch in dem Blech Bereiche mit unterschiedlichen Strukturen geprägt werden, so dass über die Breite des Bandes Bereiche mit unterschiedlichen Festigkeitsgraden eingestellt werden. Es lässt sich so ein Ausgangsblech mit einer differenzierten Festigkeitsverteilung erstellen. Die Differenzierung kann durch dichtere, tiefere oder größere Einprägungen erzeugt werden. Im Ausgangsblech kann so für die nachfolgende Umformung ein jeweils gewünschter definierter Verfestigungsgrad in einzelnen Bereichen gebildet werden. Keine oder eine geringe Vorverfestigung durch die Einprägungen wird insbesondere in den Bereichen des Blechs eingestellt, welche beim nachfolgenden Stanzen und Biegen entfernt beziehungsweise umgeformt werden.
  • Dies kann etwa dadurch erreicht werden, dass entsprechende Hervorhebungen auf der vorgeschalteten Prägewalze vorgesehen sind. In diesem Fall würde der Umfang der Prägewalze der Länge eines Blechabschnittes entsprechen, welcher zum Formen eines Teiles benötigt und vom Blechband abgelängt wird. Die Prägestruktur würde sich somit regelmäßig in jedem Blechabschnitt wiederholen.
  • Für eine einfache und kostengünstige Massenfertigung ist es erfindungsgemäß, dass die Struktur mit netz- oder gitterartig angeordneten Vertiefungen ausgebildet ist. Dabei ist es nach der Erfindung besonders vorteilhaft, dass die Vertiefungen oder Einprägungen im Querschnitt einen gerundeten Vertiefungsgrund und gerundete Übergänge zur ebenen Oberfläche aufweisen. Hierdurch wird eine besonders gute Vorverfestigung des Bleches erreicht und es werden Kerbspannungen bei den nachfolgenden Umformvorgängen vermieden.
  • Die einzelnen linienförmigen oder punktförmigen Vertiefungen können einen Abstand zueinander im Zehntelmillimeterbereich bis in den Zentimeterbereich, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 10 mm, aufweisen. Die Linien können sich über die gesamte Länge und Breite des bandförmigen Bleches erstrecken und können eine Breite von 0,5 bis einigen Millimetern aufweisen. Vorzugsweise beträgt die Breite der Vertiefungen etwa das ein- bis vierfache der Tiefe der Einprägungen.
  • Die Erfindung umfasst auch ein Blechteil, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass vor dem Formen des Blechteiles in eine Oberfläche des Blechs durch Einprägen mit einer regelmäßigen Struktur versehen ist, durch welche die Festigkeit des Bleches erhöht ist. Das Blechteil wird insbesondere durch das zuvor beschriebene Verfahren hergestellt, wobei die vorgehend erläuterten Vorteile erzielt werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind.
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    ein Blech mit einer gitterförmigen Struktur;
    Fig. 2
    ein Blech mit einer wellenlinienförmigen Struktur; und
    Fig. 3
    eine schematische Querschnittsansicht durch ein Blech mit einer ein- geprägten Struktur.
  • Ein mögliches Muster für eine gleichmäßige Struktur 12, welche in ein Blech 10 eingeprägt werden kann, ist in Fig. 1 dargestellt. Die Struktur 12 umfasst geradlinige Einprägungen, welche gitter- oder rautenförmig gleichmäßig an einer Oberfläche eines Bleches 10 angeordnet sind.
  • Eine alternative Ausbildungsform ist in Fig. 2 gezeigt, bei welcher die Struktur 12 wellenlinienförmig in die Oberfläche eines Blechs 10 eingeprägt ist. Dabei sind die wellenförmigen Vertiefungen nicht gleichmäßig über die Breite des bandförmigen Bleches 10 ausgebildet. In einem mittleren Bereich sind die Einprägungen dichter, also mit einem geringeren Linienabstand als in einem äußeren Bereich angeordnet. Hierdurch wird eine definierte Festigkeitsverteilung über die Breite des bandförmigen Bleches 10 erreicht.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß vorbehandelten Bleches 10 ist in Fig. 3 gezeigt. In eine Oberflächenseite des Bleches 10 sind linien- oder punktförmige Einprägungen 14 eingebracht. Dabei sind die Übergänge 16 der Einprägungen 14 in die ebene Oberflächenseite gerundet ausgebildet, wie auch der Grund 18 der Vertiefungen. Hierdurch werden Kerbspannungen beim nachfolgenden Umformen vermieden.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Teiles aus einem Blech (10), welches durch aufeinanderfolgende Stanz- und Biegevorgänge geformt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass vor dem Formen des Teiles in eine Oberfläche des Blechs (10) eine Struktur (12) spanlos eingeprägt wird, durch welche die Festigkeit des Bleches (10) erhöht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Struktur (12) durch Einprägungen (14) in dem Blech (10) gebildet wird, wobei eine Tiefe der Einprägungen (14) kleiner als eine Dicke des Bleches (10) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Blech (10) mit einer Dicke von 1 mm bis 10 mm vorgesehen wird und
    dass die Einprägungen (14) mit einer Tiefe von 0,1 mm bis 5 mm ausgebildet werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Einprägungen (14) durch Einrollen mittels mindestens einer Prägewalze in das Blech (10) eingebracht werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Blech (10) ein bandförmiges Blech (10) verwendet wird, welches zu einem Coil aufgespult ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Stanz- und Biegevorgänge entlang einer Transferstraße mit Stanz- und Biegewerkzeugen ausgeführt werden und
    dass das bandförmige Blech (10) von dem Coil von einer Abspuleinrichtung beständig zugeführt wird, wobei mindestens eine Prägewalze zwischen der Transferstraße und der Abspuleinrichtung zum Einprägen der Struktur (12) angeordnet ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass entlang eines bandförmigen Bleches (10) die Struktur (12) zumindest entlang streifenförmiger Bereiche eingeprägt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Struktur (12) mit netz- oder gitterartig angeordneten Vertiefungen ausgebildet ist.
  9. Blechteil, welches durch Stanzen und Biegen aus einem Blech (10) geformt ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass vor dem Formen des Blechteiles das Blech (10) durch Einprägen mit einer Struktur (12) versehen ist, durch welche die Festigkeit des Bleches (10) erhöht ist.
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