EP2806041A2 - Anlage und Verfahren zum Warmumformen von Platinen - Google Patents

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EP2806041A2
EP2806041A2 EP14001687.4A EP14001687A EP2806041A2 EP 2806041 A2 EP2806041 A2 EP 2806041A2 EP 14001687 A EP14001687 A EP 14001687A EP 2806041 A2 EP2806041 A2 EP 2806041A2
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EP
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blanks
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heating
boards
heating device
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EP14001687.4A
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Matthias Bors
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
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    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
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    • F27B9/24—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment the charge moving in a substantially straight path tunnel furnace being carried by a conveyor
    • F27B9/243—Endless-strand conveyor
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    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article

Definitions

  • the invention relates to a system for hot forming of blanks, as well as a corresponding method for hot forming of blanks.
  • sheet metal is a relatively new development trend in component manufacturing, especially for vehicle bodies.
  • sheets used in this context are also called “sinkers”, in accordance with common usage in the field of shaping technology.
  • a circuit board is usually a suitably cut, punched, joined and / or preformed sheet metal.
  • the measures according to the invention can be used not only for appropriately prepared sheets but also for the starting materials used in each case. The invention therefore extends to all workpieces or semi-finished products which can be formed in a corresponding shaping process, for example by pressing and / or deep-drawing.
  • Hot working allows components of high strength and complex geometry to be produced without springback and allows significant weight reduction in the case of e.g. manufactured bodies and an increase in safety, for example, occupants of a corresponding vehicle.
  • Hot forming processes are essentially combined forming and tempering techniques. By using appropriate steels, such as manganese-boron steels, it is possible to achieve strengths of up to 1,500 MPa. Press hardening methods include, for example, heating boards to a temperature above the full austenitizing temperature, eg above 850 ° C, and then rapidly cooling the board in the tool. This forms the desired martensite structure with the desired strength.
  • the combination of forming with quenching in a tool is sometimes referred to as compression or form hardening.
  • roller hearth furnaces used for preheating the boards.
  • the heating of such ovens is usually carried out by means of jet pipes, which are heated electrically or by gas burners.
  • the heat treatment time for the tempering of the steel is an essential parameter that defines the cycle time of a corresponding press.
  • Roller hearth furnaces have a length of up to 40 meters and therefore require appropriate structural conditions, including an efficient removal of excess heat.
  • Even rotary drum ovens, which are used as an alternative to roller hearth furnaces for preheating of components have corresponding disadvantages. They too are heated by means of jet pipes and are rather unsatisfactory in terms of their efficiency.
  • Press-hardened components are characterized by their high strength and rigidity. As mentioned, this can be reduced sheet thicknesses and thus saved weight.
  • the problem is the low elongation at break of press-hardened components, which can lead to cracking in downstream manufacturing operations, such as welding of other parts. For this reason, it is desirable certain areas z. As a body component form-hardened, and other areas of the same component in such a way that they have a higher ductility and thus can absorb more energy by plastic deformation.
  • tailored properties include the targeted influencing of alloy components of corresponding semi-finished products, the production of so-called “tailored welded blanks", ie boards that are joined from different materials, the partial (Local) heating by means of inductive or conductive heating technologies, the partial tempering of certain areas of the press-hardening tools by local heating and the masking of certain component areas to suppress the heating (and thus austenitizing) in a corresponding roller hearth furnace.
  • such methods are expensive, often not satisfactory as a result and cause excessive costs.
  • the present invention proposes a system for hot stamping of blanks, as well as a corresponding method for hot forming of blanks with the features of the independent claims.
  • Preferred embodiments are subject of the dependent claims and the following description.
  • At least partial reheating which is performed only after the forming or press hardening of the boards in the pressing device can be in a particularly effective way boards or components provide locally different properties.
  • board in the context of this application comprehensively understood.
  • the term includes sheets, semi-finished products, joined and / or preformed components, hot-formed in an appropriate plant, in particular press-hardened.
  • a particularly advantageous aspect of the invention relates to the use of a premixing hydrogen-oxygen burner or fuel gas-oxygen burner.
  • Such types of burners are basically, for example from the DE 103 45 411 A1 , known.
  • premixing fuel gas oxygen burners are used for so-called fire polishing of glass parts, in particular parts made of lead crystal or soda-lime glass. In this case, at least part of the surface of the glass part is heated and melted with the burner flame.
  • Corresponding burners are also known as so-called Hydropox burners and are sold under this brand name by the applicant.
  • Premixing fuel gas-oxygen burners are characterized by a particularly high heat transfer efficiency.
  • a gas mixture of fuel gas and oxygen is already fed to a burner head of a premixing fuel gas-oxygen burner and not first generated in a corresponding burner head.
  • Premixing burners produce particularly hard flames, which are suitable for melting larger surface areas, which may also have pits or other irregularities. This constitutes, as found according to the invention, a decisive advantage over externally mixing burners. In externally mixing burners, only a soft flame can be produced, which in particular can not penetrate into corners, holes or depressions of a surface.
  • premixing burner thus enables, in particular, local heating of areas, in particular of differently shaped areas, of corresponding boards. Although prolonged heating by means of an external mixing burner would also achieve a high temperature possible, but there is a risk that the board heats up altogether, not only in the desired areas.
  • the at least one reheating device is spatially orientable and / or spatially displaceable.
  • the reheating device used according to the invention can be mounted on an industrial robot. This allows the exact guidance and orientation of the post-heating device along or over the surface of the formed board, which thereby in the desired areas (partially) evenly to a desired temperature range, eg. B. between 650 and 850 ° C, in particular 700 ° C - 800 ° C, in particular about 750 ° C can be heated.
  • the heating device (for particular complete heating of the board before forming in the pressing device) is designed as Austenitmaschines worn. Preference is given to complete austenitization. Austenitizing provides the desired material properties with which a subsequent pressing with simultaneous cooling or quenching and then a further at least partial heating (postheating) can be carried out. A corresponding Austenitmaschines worn is for, in particular local, heating of the boards to a temperature of 750 - 1,050 ° C, in particular from 800-1,000 ° C, for example, 850-950 ° C, furnished. A corresponding temperature depends on the respective materials and is above an austenitizing temperature. This is for example in the mentioned manganese-boron steels at about 850 ° C.
  • the austenitizing temperature can be quickly reached or exceeded by a corresponding burner, in particular in predeterminable areas of the board.
  • the boards are preferably cooled to temperatures of 100 ° C - 200 ° C, with cooling to any temperature between room temperature and 250 ° C is possible.
  • a corresponding system advantageously also has at least one loading device for loading the system with the blanks and / or at least one transfer device for transferring the blanks into the at least one pressing device of the system and / or at least one transfer device for transferring the blanks to the reheating device.
  • the at least one heating device comprises at least one paternoster oven.
  • a paternoster which are generally known, for example, vertical paternoster ovens can be used, which have improved energy efficiency and in particular the advantage of conventional Roller hearth furnaces, which, as mentioned, build large and therefore require appropriate structural conditions to be able to replace.
  • Paternoster furnaces are for example electrically or fuel-heated and operable in corresponding temperature ranges, so that an efficient and reliable heating is ensured.
  • the respective temperatures to be set depend on the particular material of the boards.
  • the complete austenitizing temperature of manganese-boron steels is about 850 ° C.
  • the person skilled in the art can easily derive corresponding temperatures from available material parameters.
  • the heating device with at least one premixing hydrogen-oxygen burner or fuel gas-oxygen burner. This is also a very effective, in particular area heating of boards possible.
  • heating device in particular Austenitmaschines driven, heating device is preferably used in the present invention for a complete Austenitmaschine a board, it is also possible for partial heating, in particular austenitizing, ie for heating or austenitizing certain regions or local areas of boards be educated. At least one burner flame of a premixing hydrogen-oxygen burner can be directed onto the region (s) provided for partial heating, in particular austenitizing.
  • a corresponding burner arrangement thus enables, in particular, a defined, local austenitization of regions in which, for example, by press hardening, a high local strength can subsequently be achieved. In the non-austenitized areas, however, sufficient ductility of the material after press hardening is ensured.
  • a heating device in particular an austenitizing device, is provided in a corresponding system with a preheating device in the form of a structural unit.
  • a preheating device in the form of a structural unit.
  • a method according to the invention comprises loading blanks into a system according to the invention, at least locally heating or austenizing the blanks in a heating device, in particular an austenitizing device, shaping them in a pressing device by pressing and then at least partially heating them in a reheating device.
  • the pressing process may be a press hardening process.
  • FIG. 1 shows a plant for hot stamping of boards according to a preferred embodiment of the invention.
  • the plant is designated 10 in total. It has a loading device 3, in the corresponding boards P, for example, punched sheet metal pieces, in the direction of arrow (lower horizontal arrow) can be loaded in a corre sponding system.
  • a heating device 4 is provided, which has a paternoster 4a shown schematically.
  • the boards P are introduced in the direction of the arrow into a lower region of the heating device 4, lifted upwards (illustrated by a vertical arrow) and continuously heated during the lifting. It is possible to heat the boards in the paternoster furnace 4a so that they austenitize.
  • the heating means 4 comprises an austenitizing means 4b provided downstream of the paternoster oven 4a. In this case, the paternoster oven serves to preheat the boards.
  • the boards P leave this again in the direction of the arrow (upper horizontal arrow). They then pass through the austenitizing device 4b, which has a burner 14, which in the present case is symbolized as a three-lamp burner.
  • the burner 14 may have any number of burner flames.
  • the burner 14 may also be designed to be mobile and to act on different areas of a board P in succession.
  • corresponding movement devices can be provided which, for example, can also be controlled fully automatically using a corresponding control.
  • the blanks P pass through the austenitizing device 4b in the direction of the arrow and are heated there to a temperature (eg 900 ° C.) which is above an austenitizing temperature of the corresponding material.
  • the boards P then pass into a transfer device 5 and are transferred by this to a pressing tool 8.
  • the pressing tool 8 shapes the boards in the desired manner, wherein simultaneously with the forming a cooling of the boards to about 200 ° C or less takes place.
  • the formed blanks in this state have a temperature of about 200 ° C.
  • the formed blanks are now partially heat-treated by means of a post-heating device 16, which has at least one premixing hydrogen-oxygen burner 18 or fuel gas-oxygen burner.
  • a post-heating device 16 which has at least one premixing hydrogen-oxygen burner 18 or fuel gas-oxygen burner.
  • the hardened structure is converted to a mixed structure at the heat-stressed points of the formed blank, which has improved properties, for example with respect to ductility.
  • the reheating device 16 can be mounted, for example, on an industrial robot (not shown), with which a three-dimensional movability and orientability of the burners 18 can be provided. This allows the exact guidance of the burner 18 along the component surface, which thereby can be uniformly heated in the desired areas to temperatures between about 650 and 850 ° C. The structural change provided thereby leads e.g. to a reduction in hardness and increase in elongation or extensibility. In experiments carried out z. B. Improvements of the expansion values can be realized by up to 18 percent.
  • the burners 18 can be manufactured in any desired geometries (even with small diameters, for example, for spot weld areas), and are therefore able to heat a very wide range of areas on a component or a transformed board P.
  • the energy transfer is very efficient, and the treatment time can be limited to a few seconds.
  • the inventive method has advantages. While laser-assisted methods are generally capable of performing similar tasks, they must operate at significantly higher process cost due to the high energy density and relatively small focal area, for example to heat larger contiguous areas, making such methods relatively ineffective in practice.
  • partial areas of a circuit board in particular a three-dimensionally formed circuit board, for example hardened UHS steel circuit boards, can subsequently be heated in a very varied and effective manner, wherein the expansion of the material can be increased to a value sufficient for targeted deformation ,
  • burn spots for example, of an area of up to 10 to 20 cm 2 can be made available.
  • Burners which can be provided by means of which burnt surfaces of a size of 2 cm ⁇ 2 cm or 4 cm ⁇ 2 cm prove to be particularly preferred.
  • FIG. 2 is a preferred embodiment of an inventively usable burner head shown.
  • FIG. 2 An inventively usable premixing burner head is in FIG. 2 designated 22.
  • a very hard burner flame can be produced, which ensures a very good energy transfer.
  • z. B. trained with recesses or more complex contours areas reliably acted upon with the necessary heat.
  • the corresponding gas mixture thus already flows out here as a mixture of fuel nozzles 223 and is ignited there.
  • FIG. 3 shows a flowchart of a method 100 according to a particularly preferred embodiment of the invention in a schematic representation.
  • a first method step 101 corresponding boards P are punched out of a metal sheet. These are loaded in a process step 102, for example by means of a loading device, into a hot-forming plant according to the invention. This can be done continuously.
  • a step 103 the boards P are preheated in the system, for which purpose the means described above can be used.
  • austenitization is carried out, as also explained above. After Austenitmaschine the boards P are transferred in a step 105 by a transfer device in a pressing tool and formed there in a step 106 or pressed and simultaneously quenched.
  • the press-hardened blanks After quenching in the press tool, the press-hardened blanks, which in this state may have complex three-dimensional shapes, are partially heated in the desired manner in the desired manner by means of a post-heating device, in particular a premixing hydrogen-oxygen or fuel gas-oxygen mixer (step 107) the heated areas a mixed structure with desired properties (eg improved extensibility) can be provided.
  • a post-heating device in particular a premixing hydrogen-oxygen or fuel gas-oxygen mixer

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zum Warmumformen von Platinen (P) mit wenigstens einer Erwärmungseinrichtung (4) und wenigstens einer stromabwärtig der wenigstens einen Erwärmungseinrichtung (4) angeordneten Presseinrichtung (2), wobei stromabwärtig der Presseinrichtung (2) wenigstens eine Nacherwärmungseinrichtung (6) zur wenigstens partiellen Wärmebeaufschlagung der in der Presseinrichtung umgeformten Platinen vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Warmumformen von Platinen, sowie ein entsprechendes Verfahren zum Warmumformen von Platinen.
    • Stand der Technik
  • Die Warmumformung von Blechen ist ein relativ neuer Entwicklungstrend bei der Bauteilfertigung, insbesondere für Fahrzeugkarosserien. Hierbei verwendete Bleche werden im Rahmen dieser Anmeldung, dem gängigen Sprachgebrauch auf dem Gebiet der Formungstechnik entsprechend, auch als "Platinen" bezeichnet. Eine Platine ist in der Regel ein entsprechend zugeschnittenes, ausgestanztes, gefügtes und/oder vorgeformtes Blech. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen können jedoch nicht nur bei ent-sprechend vorbereiteten Blechen zum Einsatz kommen sondern auch bei den jeweils verwendeten Ausgangsmaterialien. Die Erfindung erstreckt sich daher auf sämtliche Werkstücke bzw. Halbzeuge, die in einem entsprechenden Umformungsverfahren, beispielsweise durch Pressen und/oder Tiefziehen, geformt werden können.
  • Die Warmumformung ermöglicht es, Bauteile mit hoher Festigkeit und komplexer Geometrie rückfederungsfrei zu produzieren und erlaubt eine signifikante Gewichtsredu-zierung bei den hiermit z.B. gefertigten Karosserien sowie eine Erhöhung der Sicherheit, beispielsweise von Insassen eines entsprechenden Fahrzeugs.
  • Durch die steigenden Anforderungen an Festigkeit und Steifigkeit von Strukturbauteilen, insbesondere im Fahrzeug, werden zunehmend hoch- und höchstfeste Stähle eingesetzt. Eine Erhöhung der Festigkeit ermöglicht eine Reduktion des Fahrzeuggewichts, was insbesondere einen reduzierten Schadstoffausstoß und Kraftstoffverbrauch ermöglicht. Bei aktuellen Fahrzeugmodellen können durch die Verwendung warmumgeformter Bauteile mehr als 30 kg Gewicht eingespart werden. Bei Warmumformungsverfahren handelt es sich dem Wesen nach um kombinierte Formgebungs- und Vergütungstechniken. Durch den Einsatz entsprechender Stähle, wie beispielsweise von Mangan-Bor-Stählen, können damit Festigkeiten von bis zu 1.500 MPa erzielt werden. Presshärteverfahren umfassen beispielsweise, Platinen auf eine Temperatur zu erwärmen, die oberhalb der vollständigen Austenitisierungstemperatur, z.B. oberhalb von 850°C, liegt, und die Platine anschließend im Werkzeug schnell abzukühlen. Hierdurch bildet sich die gewünschte Martensitstruktur mit der angestrebten Festigkeit. Die Kombination der Umformung mit dem Abschrecken in einem Werkzeug wird bisweilen auch als Press- oder Formhärten bezeichnet.
  • Bei der Warmumformung höchstfester Werkstoffe für Automobilkarosserien werden z. B. sogenannte Rollenherdöfen für die Vorwärmung der Platinen verwendet. Die Erwärmung derartiger Öfen erfolgt üblicherweise mittels Strahlrohren, die elektrisch oder durch Gasbrenner erwärmt werden. Um möglichst kurze Prozesszykluszeiten zu erzielen, ist ein gewisser "Vorrat" an vorgewärmten Bauteilen in der Anlage vorteilhaft. Die Wärmebehandlungsdauer für die Temperierung des Stahls stellt einen wesentlichen Parameter dar, der die Taktzeit einer entsprechenden Presse definiert. Rollenherdöfen weisen eine Länge von bis zu 40 Metern auf und benötigen daher entsprechende bauliche Voraussetzungen, inklusive einer effizienten Abfuhr überschüssiger Wärme. Auch Drehtrommelöfen, die alternativ zu Rollenherdöfen zur Vorwärmung von Bauteilen eingesetzt werden, weisen entsprechende Nachteile auf. Auch sie werden mittels Strahlrohren beheizt und sind hinsichtlich ihres Wirkungsgrads eher unbefriedigend.
  • Pressgehärtete Bauteile zeichnen sich durch ihre hohe Festigkeit und Steifigkeit aus. Wie erwähnt, können hierdurch Blechstärken reduziert und damit Gewicht eingespart werden. Problematisch ist jedoch die geringe Bruchdehnung pressgehärteter Bauteile, die bei nachgeschalteten Fertigungsoperationen, wie z.B. Anschweißen weiterer Teile, zu Rissbildung führen kann. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, bestimmte Bereiche z. B. einer Karosseriekomponente pressgehärtet auszubilden, und andere Bereiche der gleichen Komponente so auszubilden, dass diese eine höhere Duktilität aufweisen und somit mehr Energie durch plastische Verformung absorbieren können. Bisherige Ansätze, die zur Erzeugung derartiger lokal unterschiedlicher Eigenschaften, sogenannter "Tailored Properties", verwendet werden, umfassen die gezielte Beeinflussung von Legierungsbestandteilen entsprechender Halbzeuge, die Herstellung sogenannter "Tailored Welded Blanks", also Platinen, die aus unterschiedlichen Werkstoffen gefügt sind, das partielle (örtliche) Erwärmen mittels induktiver oder konduktiver Erwärmungstechnologien, die partielle Temperierung bestimmter Bereiche der Press-härtewerkzeuge durch lokales Beheizen und das Maskieren bestimmter Bauteilbereiche, um die Erwärmung (und damit die Austenitisierung) in einem entsprechenden Rollenherdofen zu unterdrücken. Derartige Verfahren sind jedoch aufwendig, im Ergebnis häufig nicht zufriedenstellend und verursachen übermäßige Kosten.
  • Somit besteht Bedarf nach verbesserten Möglichkeiten zur Bereitstellung von Platinen mit lokal unterschiedlichen Eigenschaften.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung eine Anlage zum Warmumformen von Platinen, sowie ein entsprechendes Verfahren zum Warmumformen von Platinen mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Durch die erfindungsgemäß vorgesehene wenigstens partielle Nacherwärmung, welche erst nach dem Umformen bzw. Presshärten der Platinen in der Presseinrichtung durchgeführt wird, lassen sich in besonders effektiver Weise Platinen bzw. Bauteile mit lokal unterschiedlichen Eigenschaften bereitstellen. Insbesondere können erfindungsgemäß sehr komplexe Formgebungen an beliebigen Stellen mit den gewünschten Materialeigenschaften, z. B. erhöhter Duktilität, bereitgestellt werden.
    • Vorteile der Erfindung
  • Wie bereits zuvor erwähnt, sei der Begriff "Platinen" im Rahmen dieser Anmeldung umfassend verstanden. Der Begriff beinhaltet Bleche, Halbzeuge, gefügte und/oder vorgeformte Komponenten, die in einer entsprechenden Anlage warmumgeformt, insbesondere pressgehärtet, werden.
  • Ein besonders vorteilhafter Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines vormischenden Wasserstoff-Sauerstoff-Brenners oder Brenngas-Sauerstoff-Brenners. Derartige Brennertypen sind grundsätzlich, beispielsweise aus der DE 103 45 411 A1 , bekannt. Beispiels-weise werden vormischende Brenngas-Sauerstoff-Brenner zum sogenannten Feuerpolieren von Glasteilen, insbesondere Teilen aus Bleikristall oder Kalknatronglas, eingesetzt. Hierbei wird zumindest ein Teil der Oberfläche des Glasteils mit der Brenner-flamme erhitzt und aufgeschmolzen. Entsprechende Brenner sind auch als sogenannte Hydropox-Brenner bekannt und werden unter dieser Markenbezeichnung durch die Anmelderin vertrieben.
  • Vormischende Brenngas-Sauerstoff-Brenner, insbesondere Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner, zeichnen sich durch eine besonders hohe Wärmeübertragungseffizienz aus. Im Gegensatz zu sogenannten außenmischenden Brennern wird einem Brennerkopf eines vormischenden Brenngas-Sauerstoff-Brenners bereits ein Gasgemisch aus Brenngas und Sauerstoff zugeführt und nicht erst in einem entsprechenden Brennerkopf erzeugt. Vormischende Brenner erzeugen besonders harte Flammen, die sich dazu eignen, größere Oberflächenbereiche, die auch Vertiefungen oder andere Unregelmäßigkeiten aufweisen können, aufzuschmelzen. Dies stellt, wie erfindungsgemäß herausgefunden, einen entscheidenden Vorteil gegenüber außenmischenden Brennern dar. In außenmischenden Brennern kann nur eine weiche Flamme erzeugt werden, die insbesondere in Ecken, Löcher oder Vertiefungen einer Oberfläche nicht eindringen kann. Der Einsatz eines vormischenden Brenners ermöglicht damit insbesondere eine lokale Erwärmung von Bereichen, insbesondere von unterschiedlich geformten Bereichen, entsprechender Platinen. Durch längere Erwärmung mittels eines außenmischenden Brenners wäre zwar ebenfalls eine Erzielung hoher Temperaturen möglich, jedoch besteht dabei die Gefahr, dass sich die Platine insgesamt erwärmt, nicht nur in den gewünschten Bereichen.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage ist die wenigstens eine Nacherwärmungseinrichtung räumlich orientierbar und/oder räumlich verschiebbar ausgebildet. Beispielsweise kann die erfindungsgemäß verwendete Nacherwärmungseinrichtung an einen Industrieroboter montiert sein. Dies erlaubt die exakte Führung und Orientierung der Nacherwärmungseinrichtung entlang bzw. über der Oberfläche der umgeformten Platine, welche hierdurch in den gewünschten Bereichen (partiell) gleichmäßig auf einen gewünschten Temperaturbereich, z. B. zwischen 650 und 850°C, insbesondere 700°C - 800°C, insbesondere etwa 750°C erwärmt werden kann.
  • Bevorzugt ist die Erwärmungseinrichtung (zur insbesondere vollständigen Erwärmung der Platine vor dem Umformen in der Presseinrichtung) als Austenitisierungseinrichtung ausgebildet. Bevorzugt ist hierbei eine vollständige Austenitisierung. Eine Austenitisierung liefert die gewünschten Werkstoffeigenschaften, mit denen ein anschließendes Pressen unter gleichzeitigem Kühlen bzw. Abschrecken und hieran anschließend eine weitere wenigstens partielle Erwärmung (Nacherwärmung) durchführbar sind. Eine entsprechende Austenitisierungseinrichtung ist zum, insbesondere lokalen, Erwärmen der Platinen auf eine Temperatur von 750 - 1.050°C insbesondere von 800-1.000°C, beispielsweise von 850-950°C, eingerichtet. Eine entsprechende Temperatur richtet sich nach den jeweiligen Werkstoffen und liegt oberhalb einer Austenitisierungstemperatur. Diese liegt beispielsweise bei den erwähnten Mangan-Bor-Stählen bei ca. 850°C. Wird eine entsprechende Platine auf eine Temperatur knapp unterhalb der Austenitisierungstemperatur vorgewärmt, kann die Austenitisierungstemperatur durch einen entsprechenden Brenner insbesondere in vorbestimmbaren Bereichen der Platine schnell erreicht bzw. überschritten werden. Bei einem derartigen Kühlen während des Pressens bzw. Umformens werden die Platinen bevorzugt auf Temperaturen von 100°C - 200°C abgekühlt, wobei auch eine Kühlung auf irgendeine Temperatur zwischen Raumtemperatur und 250°C möglich ist.
  • Eine entsprechende Anlage weist vorteilhafterweise ferner wenigstens eine Beladeeinrichtung zum Beladen der Anlage mit den Platinen und/oder wenigstens eine Transfer-einrichtung zum Transferieren der Platinen in die wenigstens eine Presseinrichtung der Anlage und/oder wenigstens eine Transfereinrichtung zum Transferieren der Platinen zu der Nacherwärmungseinrichtung auf.
  • Vorteilhafterweise umfasst die wenigstens eine Erwärmungseinrichtung wenigstens einen Paternosterofen. Als Paternosteröfen, die grundsätzlich bekannt sind, können beispielsweise vertikale Paternosteröfen zum Einsatz kommen, die eine verbesserte Energieeffizienz aufweisen und insbesondere den Vorteil bieten, herkömmliche Rollenherdöfen, die, wie erwähnt groß bauen und daher entsprechende bauliche Gegeben-heiten voraussetzen, ersetzen zu können. Paternosteröfen sind beispielsweise elektrisch oder mit Brennstoff beheizbar und in entsprechenden Temperaturbereichen betreibbar, so dass eine effiziente und zuverlässige Erwärmung gewährleistet ist.
  • Die jeweils einzustellenden Temperaturen richten sich nach dem jeweiligen Material der Platinen. Beispielsweise liegt, wie erwähnt, die vollständige Austenitisierungstemperatur von Mangan-Bor-Stählen bei ca. 850°C. Der Fachmann kann entsprechende Temperaturen einfach aus zur Verfügung stehenden Materialkennzahlen ableiten.
  • Es erweist sich als vorteilhaft, auch die Erwärmungseinrichtung mit wenigstens einem vormischenden Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner oder Brenngas-Sauerstoff-Brenner auszubilden. Hiermit ist auch eine sehr effektive, insbesondere auch bereichsweise Erwärmung von Platinen möglich.
  • Obwohl eine derartige Erwärmungseinrichtung, insbesondere Austenitisierungseinrichtung, Erwärmungseinrichtung im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt für eine vollständige Austenitisierung einer Platine eingesetzt wird, ist es auch möglich, sie zum partiellen Erwärmen, insbesondere Austenitisieren, also zum Erwärmen oder Austenitisieren bestimmter Regionen bzw. lokaler Bereiche von Platinen ausgebildet sein. Wenigstens eine Brennerflamme eines vormischenden Wasserstoff-Sauerstoff-Brenners kann dabei auf die zum partiellen Erwärmen, insbesondere Austenitisieren vorgesehene(n) Region(en) gerichtet werden. Eine entsprechende Brenneranordnung ermöglicht damit insbesondere eine definierte, lokale Austenitisierung von Regionen, in denen, beispielsweise durch Presshärten, anschließend eine hohe lokale Festigkeit erzielt werden kann. In den nicht austenitisierten Bereichen ist hingegen eine ausreichende Duktilität des Werkstoffs nach dem Presshärten gewährleistet. So wäre es z.B. denkbar, eine gewünschte Duktilität in ersten Bereichen der Platine mittels einer derartigen teilweisen Erwärmung durch die Erwärmungseinrichtung, also vor dem Umformen, und in zweiten Bereichen der Platine mittels Erwärmung durch die Nacherwärmungseinrichtung, also nach dem Umformen, bereitzustellen.
  • Vorteilhafterweise ist eine Erwärmungseinrichtung, insbesondere eine Austenitisierungseinrichtung, in einer entsprechenden Anlage mit einer Vorwärmeinrichtung in Form einer baulichen Einheit vorgesehen. Dies ermöglicht kompakte, klein bauende und energieeffizient betreibbare Anlagen, die beispielsweise nur noch eine Wärme- bzw. Temperaturisolierung benötigen.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst, Platinen in eine erfindungsgemäße Anlage, zu laden, die Platinen in einer Erwärmungseinrichtung, insbesondere einer Austenitisierungseinrichtung zumindest lokal zu erwärmen bzw. zu austenitisieren, in einer Presseinrichtung durch Pressen umzuformen und anschließend wenigstens partiell in einer Nacherwärmungseinrichtung zu erwärmen. Wie erläutert kann es sich bei dem Pressverfahren um ein Presshärteverfahren handeln.
  • Die erfindungsgemäße Anlage zum Warmumformen von Platinen, und das erfindungsgemäße Verfahren profitieren gleichermaßen von den zuvor erläuterten Vorteilen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
    • Figurenbeschreibung
    • Figur 1
    zeigt eine Anlage zum Warmumformen von Platinen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
    Figur 2
    zeigt einen Brennkopf zum Einsatz in einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
    Figur 3
    zeigt ein Verfahren zum Warmumformen von Platinen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines Ablaufschemas.
  • In den Figuren tragen gleiche oder gleichwirkende Elemente ggf. identische Bezugszeichen und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.
  • Figur 1 zeigt eine Anlage zum Warmumformen von Platinen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Anlage ist insgesamt mit 10 bezeichnet. Sie verfügt über eine Beladungseinrichtung 3, in der entsprechende Platinen P, beispielsweise ausgestanzte Blechstücke, in Pfeilrichtung (unterer horizontaler Pfeil) in eine entspre-chende Anlage geladen werden können. Eine Erwärmungseinrichtung 4 ist vorgesehen, die einen schematisch dargestellten Paternosterofen 4a aufweist. Die Platinen P werden in Pfeilrichtung in einen unteren Bereich der Errwärmungseinrichtung 4 eingebracht, nach oben angehoben (mittels vertikalem Pfeil veranschaulicht) und während des Anhebens kontinuierlich erwärmt. Es ist möglich, die Platinen in dem Paternosterofen 4a derart zu erwärmen, dass sie austenitisieren. In der Figur 1 dargestellt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der die Erwärmungseinrichtung 4 eine stromabwärtig des Paternosterofens 4a vorgesehene Austenitisierungseinrichtung 4b aufweist. In diesem Fall dient der Paternosterofen zur Vorerwärmung der Platinen.
  • In einem oberen Bereich des Paternosterofens 4a verlassen die Platinen P diesen erneut in Pfeilrichtung (oberer horizontaler Pfeil). Sie durchlaufen anschließend die Aus-tenitisierungseinrichtung 4b, die einen Brenner 14 aufweist, der vorliegend als dreiflam-miger Brenner symbolisiert ist. Der Brenner 14 kann eine beliebige Anzahl von Bren-nerflammen aufweisen. Der Brenner 14 kann auch mobil ausgebildet sein und unter-schiedliche Bereiche einer Platine P nacheinander beaufschlagen. Hierzu können ent-sprechende Bewegungseinrichtungen vorgesehen sein, die beispielsweise auch unter Verwendung einer entsprechenden Steuerung vollautomatisch angesteuert werden können. Die Platinen P durchlaufen die Austenitisierungseinrichtung 4b in Pfeilrichtung und werden dort auf eine Temperatur (z. B. 900°C) erwärmt, die oberhalb einer Austenitisierungstemperatur des entsprechenden Werkstoffs liegt.
  • Die Platinen P gelangen anschließend in eine Transfereinrichtung 5 und werden durch diese zu einem Presswerkzeug 8 transferiert. Das Presswerkzeug 8 formt die Platinen in der gewünschten Weise um, wobei gleichzeitig mit der Umformung eine Abkühlung der Platinen auf etwa 200°C oder weniger erfolgt.
  • Durch diese Abkühlung bzw. Abschreckung, welche vorzugsweise mit einer Rate von größer 30 K/sec erfolgt, entsteht in den austenisierten Bereichen der Platine ein Martinsit- bzw. Härtegefüge.
  • Wie erwähnt, weisen die umgeformten Platinen in diesem Zustand eine Temperatur von etwa 200°C auf. In diesem Zustand werden die umgeformten Platinen nun mittels einer Nacherwärmungseinrichtung 16, welche wenigstens einen vormischenden Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner 18 oder Brenngas-Sauerstoff-Brenner aufweist, partiell wärmebeaufschlagt. Hierdurch wird an den wärmebeaufschlagten Stellen der umgeformten Platine das Härtegefüge zu einem Mischgefüge umgewandelt, welches verbesserte Eigenschaften beispielsweise bzgl. Dehnbarkeit besitzt.
  • Die Nacherwärmungseinrichtung 16 kann beispielsweise an einen (nicht dargestellten) Industrieroboter montiert sein, womit eine dreidimensionale Verfahrbarkeit und Orientierbarkeit der Brenner 18 bereitstellbar ist. Dies erlaubt die exakte Führung der Brenner 18 entlang der Bauteiloberfläche, welche hierdurch in den gewünschten Bereichen gleichmäßig auf Temperaturen zwischen etwa 650 und 850°C erwärmt werden kann. Die hierdurch bereitgestellte Gefügeveränderung führt z.B. zu einer Verringerung der Härte sowie Zunahme der Dehnung bzw. Dehnbarkeit. In durchgeführten Versuchen konnten z. B. Verbesserungen der Dehnwerte um bis zu 18 Prozent realisiert werden.
  • Die Brenner 18 können in beliebigen Geometrien (auch mit kleinen Durchmessern beispielsweise für Schweißpunktbereiche) gefertigt werden, und sind somit in der Lage, unterschiedlichste Bereiche an einem Bauteil bzw. einer umgeformten Platine P zu erwärmen. Der Energieübergang ist hierbei sehr effizient, und die Behandlungsdauer kann auf wenige Sekunden beschränkt werden.
  • Es bestehen deutliche Vorteile gegenüber anderen Erwärmungstechnologien, wie beispielsweise der Induktionserwärmung, die bei dreidimensionaler Geometrien bzw. Platinenformen nicht angewendet werden kann, da beispielsweise Innenradien nicht zielgerecht erwärmt werden können.
  • Auch gegenüber herkömmlichen lasergestützten Verfahren weist das erfindungsgemäße Verfahren Vorteile auf. Lasergestützte Verfahren sind zwar generell in der Lage, ähnliche Aufgaben zu verrichten, müssen jedoch aufgrund der hohen Energiedichte und der relativ kleinen Brennfläche mit deutlichen höherem Verfahrensaufwand betrieben werden, um beispielsweise größere zusammenhängende Bereiche zu erwärmen, was derartige Verfahren in der Praxis relativ ineffektiv macht.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich partielle Bereiche einer Platine, insbesondere einer dreidimensional umgeformten Platine, beispielsweise gehärteter Platinen aus UHS-Stahl, nachträglich in sehr variantenreicher und effektiver Weise erwärmen, wobei die Dehnung des Werkstoffes auf einen für eine gezielte Deformation ausreichenden Wert erhöht werden kann.
  • Mittels der erfindungsgemäß eingesetzten Brenner können Brennflecke beispielsweise einer Fläche von bis zu 10 bis 20 cm2 zur Verfügung gestellt werden. Als besonders bevorzugt erweisen sich Brenner, mittels der Brennflächen einer Größe von 2 cm x 2 cm oder 4 cm x 2 cm zur Verfügung gestellt werden können.
  • In Figur 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäß einsetzbaren Brennerkopfes dargestellt.
  • Ein erfindungsgemäß einsetzbarer vormischender Brennerkopf ist in Figur 2 mit 22 bezeichnet.
  • Mit einem erfindungsgemäß verwendeten vormischenden Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner, der über einen Kanal 221 verfügt, über den eine Wasserstoff-Sauerstoff-Mischung dem Brennerkopf 22 zugeführt wird, kann eine sehr harte Brennerflamme erzeugt werden, die eine sehr gute Energieübertragung gewährleistet. Insbesondere sind z. B. mit Ausnehmungen oder komplexeren Konturen ausgebildete Bereiche zuverlässiger mit der nötigen Wärme beaufschlagbar. Die entsprechende Gasmischung strömt hier also bereits als Gemisch aus Brenndüsen 223 aus und wird dort entzündet.
  • Figur 3 zeigt einen Ablaufplan eines Verfahrens 100 gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. In einem ersten Verfahrensschritt 101 werden entsprechende Platinen P aus einem Blech ausgestanzt. Diese werden in einem Verfahrensschritt 102, beispielsweise mittels einer Beladungseinrichtung, in eine erfindungsgemäße Warmumformanlage geladen. Dies kann kontinuierlich erfolgen. In einem Schritt 103 werden die Platinen P in der Anlage vorgewärmt, wozu die zuvor erläuterten Mittel zum Einsatz kommen können. In einem Schritt 104 erfolgt eine Austenitisierung, wie ebenfalls zuvor erläutert. Nach der Austenitisierung werden die Platinen P in einem Schritt 105 durch eine Transfereinrichtung in ein Presswerkzeug transferiert und dort in einem Schritt 106 umgeformt bzw. gepresst und gleichzeitig abgeschreckt. Nach Abschrecken im Presswerkzeug werden die pressgehärteten Platinen, welche in diesem Zustand komplexe dreidimensionale Formen aufweisen können, mittels einer Nacherwärmungseinrichtung, insbesondere einem vormischenden Wasserstoff-Sauerstoff- oder Brenngas-Sauerstoff-Mischer, in der gewünschten Weise partiell erwärmt (Schritt 107), wodurch in den erwärmten Bereichen ein Mischgefüge mit gewünschten Eigenschaften (z.B. verbesserter Dehnungsfähigkeit) bereitgestellt werden kann.

Claims (11)

  1. Anlage zum Warmumformen von Platinen (P) mit wenigstens einer Erwärmungseinrichtung (4) und wenigstens einer stromabwärtig der wenigstens einen Erwärmungseinrichtung (4) angeordneten Presseinrichtung (2) zur Umformung der Platinen, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärtig der Presseinrichtung (2) wenigstens eine Nacherwärmungseinrichtung (16) zur wenigstens partiellen Wärmebeaufschlagung der in der Presseinrichtung umgeformten Platinen (P) vorgesehen ist.
  2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nacherwärmungseinrichtung (16) wenigstens einen vormischenden Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner oder einen vormischenden Brenngas-Sauerstoff-Brenner (18) aufweist.
  3. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nacherwärmungseinrichtung (16) räumlich verschiebbar und/oder orientierbar ausgebildet ist.
  4. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Erwärmungseinrichtung (4) als Austenitisierungseinrichtung ausgebildet ist.
  5. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, die ferner wenigstens eine Beladeeinrichtung (3) zum Beladen der Anlage mit Platinen und/oder wenigstens eine Transfereinrichtung zum Transferieren der Platinen in die wenigstens eine Presseinrichtung und/oder wenigstens eine Transfereinrichtung zum Transferieren der umgeformten Platinen zu der wenigstens einen Nacherwärmungseinrichtung (16) aufweist.
  6. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungseinrichtung (4) wenigstens einen Paternosterofen umfasst.
  7. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungseinrichtung wenigstens einen vormischenden Wasser-Sauerstoff-Brenner oder einen vormischenden Brenngas-Sauerstoff-Brenner aufweist.
  8. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Presseinrichtung (8) derart ausgebildet ist, dass die Platinen während ihrer Umformung auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und 300°C, insbesondere 150 bis 250°C oder weniger als 200°C abgekühlt werden.
  9. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nacherwärmungseinrichtung (16) erwärmte Bereiche der umgeformten Platine auf Temperaturen von etwa 650 bis 850°C, insbesondere 700 bis 800°C, insbesondere um 750°C erwärmt werden.
  10. Verfahren zum Warmumformen von Platinen, bei denen die Platinen in einer Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche geladen, in einer Erwärmungseinrichtung der Anlage auf eine Austenitisierungstemperatur erwärmt werden, in einer Presseinrichtung umgeformt und hierbei abgekühlt werden, und anschließend in einer Nacherwärmungseinrichtung wenigstens partiell auf eine Temperatur von 650 bis 850°C, insbesondere 700 bis 800°C, insbesondere 750°C, erwärmt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass beschichtete Platinen warm umgeformt werden, insbesondere dass mit Aluminiumsilizium oder Zink beschichtete Platinen warm umgeformt werden.
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