EP2911814B1

EP2911814B1 - Vorrichtung und verfahren zum presshärten von blechzuschnitten und/oder blechformteilen aus stahl mit unterschiedlicher materialdicke

Info

Publication number: EP2911814B1
Application number: EP13780153.6A
Authority: EP
Inventors: Manfred Beck; Michael Braun; Ralf Hund
Original assignee: Braun Manuela
Current assignee: Braun Manuela
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2033-10-24
Also published as: WO2014064182A1; EP2911814A1; DE102012110138B3

Description

Die Erfindung betrifft eine Warmumformvorrichtung zum Warmumformen und nachfolgenden Presshärten von Blechzuschnitten und/oder Blechformteilen aus Stahl mit unterschiedlicher Materialdicke sowie ein Verfahren dazu.
Aus der DE 20 2011 051 013 U1 ist ein Werkzeug für ein Presshärtewerkzeug bekannt, mit einer formgegebenen Oberfläche, an der ein Rohling zum Zweck der Umformung anliegt, wobei die formgebende Oberfläche des Werkzeugs zumindest bereichsweise durch in die Formoberfläche eingebrachte Mikrovertiefungen mikrostrukturiert ist. Durch die Mikrostrukturierung ist die effektive Kontaktfläche zwischen der Formoberfläche mit dem Rohling auf die zwischen den Vertiefungen befindlichen Flächenanteile beschränkt.
Aus der WO 2010/094538 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines pressgehärteten Metallbauteils bekannt, bei dem eine Platine oder ein Halbzeug in einem Umformwerkzeug pressgehörtet wird, wobei die Platine oder das Halbzeug Teilbereiche mit reduzierter Wanddicke aufweist und die Teilbereiche mit reduzierter Wanddicke nicht pressgehärtet werden.
Das Presshärten bzw. Formhärten von Blechzuschnitten und/oder Blechformteilen aus Stahl in einer Warmumformvorrichtung setzt voraus, dass in dem gesamten zu härtenden Abschnitt ein guter Wärmeleitungskontakt zwischen Werkstück und Werkzeug ausgebildet ist. Dazu muss das Werkstück eine definierte Oberflächenbeschaffenheit aufweisen. Nicht parallele und/oder wellige Oberflächen haben nicht in der gesamten Oberfläche Wärmeleitungskontakt, das heißt die Wärme aus dem Werkstück wird bei der gesteuerten Abkühlung im Härtungsschritt nicht gleichmäßig und/oder nicht ausreichend abgeführt. Häufig weisen die Werkstücke einen keilförmigen Querschnitt auf, bei dem die Dicke des Werkstücks kontinuierlich zunimmt. In diesem Beispiel ist zumindest in dem dünneren Endabschnitt mit einer verminderten Härte zu rechnen.
Um eine gleichmäßige Härtung zu erreichen, werden deshalb die Werkstücke vor dem Presshärten einer mechanischen Bearbeitung unterzogen, die beispielsweise die beschriebene Keilförmigkeit im Querschnitt beseitigt.
Dieser Bearbeitungsschritt verursacht Zusatzkosten und führt nicht immer zu einem befriedigenden Ergebnis.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu beseitigen und eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die das Presshärten von nicht vorbearbeiteten Werkstücken ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Es wird eine Warmumformvorrichtung zum Warmumformen und nachfolgenden Presshärten von Blechzuschnitten und/oder Blechformteilen aus Stahl mit über die Erstreckung variierender Materialdicke, im Folgenden Werkstücke bzw. Werkstück genannt, vorgeschlagen, wobei das Werkstück in Pressrichtung eine keilförmige Querschnittsfläche und/oder eine Querschnittsfläche mit Wellenkontur hat,
mit einem Werkzeug mit einem Werkzeugoberteil und einem Werkzeugunterteil, die Pressflächen aufweisen,
wobei das Werkzeug so ausgebildet ist, dass das auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erwärmte Werkstück einem zwischen dem Werkzeugoberteil und dem Werkzeugunterteil erzeugten Pressdruck unter Warmumformung aussetzbar ist und das warm umgeformte Werkstück sodann rasch unter die Austenitisierungstemperatur abkühlbar ist, wobei vorgesehen ist,
dass das Werkstück relativ zu den Pressflächen so anordenbar ist, dass die Keilflächen des Werkstücks den Pressflächen zugeordnet sind bzw. die Wellenkonturflächen den Pressflächen zugeordnet sind,
dass in der den zu härtenden Abschnitten des Werkstücks zugewandten Pressfläche des Werkzeugoberteils und/oder des Werkzeugunterteils eine Oberflächenstruktur aus Erhebungen und Vertiefungen ausgebildet ist, wobei die Summe der durchschnittlichen Höhe der Erhebungen und der durchschnittlichen Tiefe der Vertiefungen der Pressfläche bei das 1,5 bis 15fachen der Abweichung eines eingelegten Werkstücks von der Parallelität ist.
Die Aufgabe wird weiter mit dem Gegenstand des Anspruchs 11 gelöst. Es wird ein Verfahren zum Warmumformen und Presshärten von Blechzuschnitten und/oder Blechformteilen aus Stahl mit über die Erstreckung variierender Materialdicke, im Folgenden Werkstück genannt, vorgeschlagen,
wobei das Werkstück in Pressrichtung eine keilförmige Querschnittsfläche hat, und/oder eine Querschnittsfläche mit Wellenkontur hat,
wobei das Werkstück in einem Werkzeug mit einem Werkzeugoberteil und einem Werkzeugunterteil mit in den Pressflächen ausgebildeten Oberflächenstrukturen mit Erhebungen und Vertiefungen warm umgeformt wird, indem das auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erwärmte Werkstück zwischen dem Werkzeugoberteil und dem Werkzeugunterteil des Werkzeugs relativ zu den Pressflächen so angeordnet wird, dass die Keilflächen des Werkstücks den Pressflächen zugeordnet sind bzw. die Wellenkonturflächen den Pressflächen zugeordnet sind,
wobei die Summe der durchschnittlichen Höhe der Erhebungen und der durchschnittlichen Tiefe der Vertiefungen der Pressfläche das 1,5fache bis 15fache der Abweichung des eingelegten Werkstücks von der Parallelität ist, wobei das Werkstück zumindest in dem zu härtenden Abschnitt oder den zu härtenden Abschnitten einem Pressdruck ausgesetzt wird, indem in dem zu härtenden Abschnitt oder den zu härtenden Abschnitten die Oberflächenstrukturen in der zugewandten Pressfläche derart einwirken,
dass bei dem Pressdruck durch die Erhebungen der Pressfläche von der Oberseite des Werkstücks verdrängtes Material in an der Unterseite des Werkstücks ausgebildete Vertiefungen der Pressfläche fließt oder umgekehrt, und/oder in benachbarte Vertiefungen der Pressfläche fließt, und wobei sodann das umgeformte Werkstück im Werkzeug zumindest in den zu härtenden Abschnitten rasch unter die Austenitisierungstemperatur abgekühlt wird.
Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren weisen den Vorteil auf, dass keilförmige oder wellige Werkstücke, das heißt Werkstücke mit nicht planparallelen Oberflächen, gleichmäßig pressgehärtet werden können, ohne sie vorher durch spanende oder spanlose Bearbeitung so anzupassen, dass sie optimal im Werkzeug anliegen und damit ein gleichmäßiger Wärmekontakt ausgebildet ist. Vielmehr wird vorgeschlagen, die Ausrichtung der ohnehin auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur, bei der ein Warmumformen möglich ist, erwärmten Werkstückoberflächen durch oberflächenahe Warmumformung vorzunehmen. Durch das Einbringen von Erhebungen und Vertiefungen in die Pressflächen des Werkzeugs werden beim Warmumformen Aufnahmeräume geschaffen, in die oberflächennahes Material des Werkstücks aus den Bereichen fließt, die von einer mittleren Bezugsebene, die parallel zu der Werkstückauflagefläche ist, abweichen. Diese Abweichung von der mittleren Bezugsebene kann durch eine unterschiedliche Materialdicke und/oder durch Welligkeit des Materials hervorgerufen sein. Der Materialfluss des verdrängten Materials kann durch eine Vektoraddition des Materialflusses beschrieben werden mit einer Komponente in Richtung der Presskraft und einer senkrecht dazu orientierten Komponente, die parallel zur Pressfläche verläuft.
Die optimalen Parameter können vorzugsweise durch Versuche bestimmt werden. Die Summe der durchschnittlichen Höhe der Erhebungen und der durchschnittlichen Tiefe der Vertiefungen der Pressfläche richtet sich nach der mittleren Abweichung eines zu bearbeitenden Werkstücks von der Parallelität. Da diese Abweichung naturgemäß eine Toleranz aufweist, werden die Versuche vorteilhafterweise mit Werkstücken vorgenommen, die eine mittlere Abweichung aufweisen und sodann mit Werkstücken, die eine minimale Abweichung aufweisen und mit Werkstücken, die eine maximale Abweichung aufweisen, verifiziert.
Es kann vorgesehen sein, dass die Summe der durchschnittlichen Höhe der Erhebungen und der durchschnittlichen Tiefe der Vertiefungen der Pressfläche das 1,5fache bis 10fache der Abweichung des eingelegten Werkstücks von der Parallelität ist.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Summe der durchschnittlichen Höhe der Erhebungen und der durchschnittlichen Tiefe der Vertiefungen der Pressfläche das 2,5fache bis 8fache der Abweichung des eingelegten Werkstücks von der Parallelität ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die Erhebungen und/oder Vertiefungen kuppelförmig ausgebildet sind.
in einer bevorzugten Ausbildung kann vorgesehen sein, dass die Erhebungen und/oder Vertiefungen kugelkalottenförmig ausgebildet sind. Es ist allerdings nicht notwendig, dass es sich um eine exakt ausgebildete Kugelkalotte handelt.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Erhebungen stegförmig und/oder die Vertiefungen rinnenförmig ausgebildet sind. Vorzugsweise verlaufen die Erhebungen und/oder Vertiefungen parallel.
In einer bevorzugten Ausbildung kann vorgesehen sein, dass die Erhebungen und Vertiefungen einen bogenförmigen Querschnitt aufweisen.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Erhebungen und die Vertiefungen alternierend angeordnet sind. Im Querschnitt ist so ein wellenförmiges Profil ausgebildet mit Wellenbergen und Wellentälern.
In einer bevorzugten Ausbildung kann vorgesehen sein, dass die Erhebungen und Vertiefungen im Werkzeugoberteil und/oder im Werkzeugunterteil ausgebildet sind.
Es kann vorgesehen sein, dass einer im Werkzeugoberteil angeordneten Erhebung eine im Werkzeugunterteil angeordnete Vertiefung zugeordnet ist oder umgekehrt.
Weiter kann vorgesehen sein, dass einander gegenüberstehende Erhebungen und Vertiefungen komplementär ausgebildet sind. Durch diese Ausbildung wird insbesondere bei dünneren Werkstücken erreicht, dass auf der Oberseite verdrängtes Material die auf der Unterseite ausgebildet Vertiefung im Werkzeug ausfüllt und umgekehrt.
Weiter kann vorgesehen sein, dass in den Erhebungen und/oder Vertiefungen Entlüftungskanäle münden. Diese Ausbildung hat sich insbesondere bei Vertiefungen und Erhebungen im Millimeterbereich bewährt, um zu verhindern, dass beim Warmumformen Luftpolster eingeschlossen werden, die den Wärmeübergang zwischen Werkstück und gekühltem Werkzeug und damit die Abkühlung des Werkstücks behindern.
Es kann vorgesehen sein, dass die Pressfläche in den Bereichen, in denen keine Erhebungen und Vertiefungen ausgebildet sind, hinter ein Nullniveau zurückspringt, von dem die Erhebungen und Vertiefungen ausgehen. In den Bereichen mit zurückspringender Pressfläche ist der Wärmeleitungskontakt unterbrochen, so dass in diesen Bereichen keine Presshärtung erfolgt und somit ein duktiler Bereich ausgebildet wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Pressfläche bis 500 % der Materialdicke hinter das Nullniveau zurückspringt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, dass die Warmumformung das Warmumformen eines Blechzuschnitts umfasst. Auf diese Weise kann das Vorformen des Blechzuschnitts zu einem ungehärteten Halbzeug entfallen.
Die in das Werkstück eingebrachten Vertiefungen und Erhebungen können auch vorgesehen sein, die Stabilität und/oder die strömungstechnischen Eigenschaften eines fertigen Bauteils zu verbessern.
Es kann vorgesehen sein, dass zur Erhöhung der Stabilität und/oder zur Verbesserung der strömungsmechanischen Eigenschaften in der Oberfläche des Bauteils Vertiefungen und Erhebungen ausgebildet sind, wobei die Summe der mittleren Vertiefungen und der mittleren Erhebungen das bis zu 1,5fache der mittleren Materialstärke des Bauteils beträgt.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung;
Fig. 2a: ein erstes Ausführungsbeispiel eines Werkzeugs in einer schematischen Schnittdarstellung, wobei das Werkzeugoberteil im ersten Kontakt mit der Werkstückoberfläche ist;
Fig. 2b: das erste Ausführungsbeispiel in Fig. 2a, wobei das Werkzeug vollständig geschlossen ist;
Fig. 2c: das erste Ausführungsbeispiel in Fig. 2a in modifizierter Ausbildung;
Fig. 3: ein zweites Ausführungsbeispiel eines Werkzeugs in einer schematischen Schnittdarstellung;
Fig. 4: ein drittes Ausführungsbeispiel eines Werkzeugs in einer schematischen Schnittdarstellung;
Fig. 5: das Werkzeug in Fig. 4 mit einem gewellten Werkstück in einer schematischen Schnittdarstellung;
Fig. 6a: ein erstes Ausführungsbeispiel einer Pressfläche in einer schematischen Draufsicht;
Fig. 6b: ein zweites Ausführungsbeispiel einer Pressfläche in einer schematischen Draufsicht;
Fig. 6c: ein drittes Ausführungsbeispiel einer Pressfläche in einer schematischen Draufsicht;
Fig. 7: eine schematische Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie VII-VII in Fig. 6a bis 6c;
Fig. 8: ein zweites Ausführungsbeispiel einer Pressfläche in einer schematischen Draufsicht;
Fig. 9: eine schematische Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie IX-IX in Fig. 6.

Fig. 1 zeigt eine Warmumformvorrichtung 1, die für das Warmumformen und/oder Presshärten von Blechzuschnitten und/oder Blechformteilen aus Stahl mit unterschiedlicher Materialdicke, im Folgenden Werkstück 3 genannt, vorgesehen ist. Zum Presshärten wird das Werkstück auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erwärmt und zwischen einem Werkzeugoberteil 21 und einem Werkzeugunterteil 22 eines Umform- und/oder Press-Werkzeugs, im Folgenden Werkzeug 2 genannt, fixiert und einem Pressdruck ausgesetzt. Dies ist das Warmumformen. Danach wird das Werkstück 3 in demselben Werkzeug rasch unter die Austenitisierungstemperatur abgekühlt, das heißt abgeschreckt, so dass die Austenitkristallstruktur im Gegensatz zum langsamen Abkühlen erhalten bleibt. Dieses Presshärten wird auch als Formhärten bezeichnet, weil es in einer geschlossenen Werkzeugform stattfindet.
Die Warmumformvorrichtung 1 weist ein rahmenförmiges Gestell 11 auf, in welchem das Werkzeug 2, bestehend aus einem Werkzeugoberteil 21 und einem Werkzeugunterteil 22 gelagert ist. Das Werkzeugoberteil 21 ist als eine Matrize und das Werkzeugunterteil 22 als ein Stempel ausgebildet. Das Werkzeugoberteil 21 ist mit einer Kopfplatte 12 vorzugsweise starr verbunden, die mittels eines am Gestell 11 abgestützten Antriebs 13 vertikal verfahrbar ausgebildet ist. Das Werkzeugunterteil 22 ist mit einer gestellfesten Grundplatte 14 vorzugsweise starr verbunden.
Zwischen dem Werkzeugoberteil 21 und dem Werkzeugunterteil 22 ist das Werkstück 3 angeordnet. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Werkstück 3 um einen plattenförmigen Blechzuschnitt aus einem hochfesten härtbaren Stahl.
Das Werkzeugoberteil 21 und das Werkzeugunterteil 22 weisen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in ihren dem Werkstück 3 zugewandten oberen Endabschnitten nahe der Pressfläche Kühlkanäle 23 auf, die mit einem in Fig. 1 nicht dargestellten Kühlkreislauf verbunden sind. Die Kühlkanäle 23 sind während des Härtens von einem Kühlmedium durchströmt, das Wärme aus dem zu härtenden Abschnitt des Werkstücks 3 abführt.
Das Werkstück 3 kann keilförmig oder gewellt sein. Es ist also nicht erforderlich, das Werkstück 3 vor dem Härten zu bearbeiten, um parallele ebene Oberflächen zu erhalten, die über die gesamte Flächenerstreckung im wärmeleitenden Kontakt mit den Oberflächen des Werkzeugoberteils 21 und des Werkzeugunterteils 22 stehen.
Um den erforderlichen engen wärmeleitenden Kontakt zwischen dem Werkzeug 2 und dem Werkstück 3 auch bei Werkstücken zu erhalten, die von der Idealform abweichen, ist vorgesehen, die Oberflächen der Werkstücke durch ein Werkzeug mit Oberflächenprofil vor dem Härten so umzuformen, dass der zur optimalen Wärmeableitung beim Härten erforderliche gleichmäßige wärmeleitende Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück vorliegt.
Fig. 2 bis 5 zeigen jeweils Schnittansichten durch das Werkzeugoberteil 21, das Werkstück 3 und das Werkzeugunterteil 22 im zu härtenden Abschnitt des Werkstücks 3.
Fig. 2a bis 2c zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des Werkzeugs 2, bei dem in der dem Werkstück 3 zugewandten Unterseite des Werkzeugoberteils 21 eine Oberflächenstruktur aus Erhebungen 31 und Vertiefungen 32 ausgebildet ist. Wie in Fig. 2a und 2b zu erkennen, sind die Erhebungen 31 und die Vertiefungen 32 alternierend angeordnet, wodurch im Querschnitt ein periodisches Wellenmuster ausgebildet ist.
Die Oberseite und die Unterseite des Werkstücks 3 schließen einen Winkel α ein, der die Abweichung von der Parallelität der beiden Werkstückseiten beschreibt, wie in Fig. 2a gezeigt. In Fig. 2a ist die Unterseite des Werkzeugoberteils 21 auf der Oberseite des Werkstücks 3 zur Anlage gekommen. Die ebene Unterseite des Werkstücks 3 liegt auf der Oberseite des ebenen Werkzeugunterteils 22 auf, das in diesem Ausführungsbeispiel zugleich eine Bezugsebene 22b bildet, auf die der Winkel α bezogen ist. Beim Schließen des Werkzeugs 2 dringen die in der Oberfläche des Werkzeugoberteils 22 ausgebildeten Erhebungen 31 in die Oberseite des erwärmten Werkstücks 3 ein und verdrängen dabei oberflächennahes Material, das in die in der Oberseite des Werkzeugs 2 ausgebildeten Vertiefungen 32 eindringt. Dadurch wird die wärmeleitende Kontaktfläche zwischen Werkzeug 2 und Werkstück 3 erhöht. Wie Fig. 2b zeigt, sind nach dem vollständigen Schließen des Werkzeugs 2 nicht alle Vertiefungen im Werkzeugoberteil 21 durch verdrängtes Material des Werkstücks 3 vollständig ausgefüllt. Die Erhebungen 31 dringen wegen der unterschiedlichen Dicke des Werkstücks 3 unterschiedlich tief in die Oberfläche des Werkstücks 3 ein. Folglich wird in den dünneren Abschnitten nicht genügend Material verdrängt, um die benachbarten Vertiefungen 32 vollständig auszufüllen. Trotzdem ist der Wärmeleitungskontakt zwischen Werkstück 3 und Werkzeug 2 deutlich verbessert.
Fig. 2c zeigt ein modifiziertes Werkzeug 2, bei dem das Werkzeugoberteil 21 einen über das Maß der Erhebungen 31 und Vertiefungen 32 hinaus zurückspringenden Oberflächenabschnitt 33 aufweist, der auch bei vollständig geschlossenem Werkzeug 2 von der Werkstückoberfläche deutlich beabstandet ist, so dass die Wärmeableitung in diesem Abschnitt unterbrochen ist. Das Werkstück 3 kühlt in dem zurückspringenden Oberflächenabschnitt 33 wegen des fehlenden Wärmeleitkontaktes und der isolierenden Luftschicht zwischen dem gekühlten Werkzeugoberteil 21 und dem Werkstück 3 wesentlich langsamer ab als in den zum Presshärten vorgesehenen übrigen Abschnitten des Werkstücks 3, so dass ein duktiler Bereich in dem Werkstück ausgebildet wird.
Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Werkzeugs 2, bei dem sowohl in der der Werkstückoberseite zugewandten Unterseite des Werkzeugoberteils 21 als auch in der der Werkstückunterseite zugewandten Oberseite des Werkzeugunterteils 22 eine Oberflächenstruktur aus Erhebungen 31 und Vertiefungen 32 ausgebildet ist. Die Erhebungen 31 und die Vertiefungen 32 sind jeweils alternierend angeordnet, wodurch im Querschnitt ein periodisches Wellenmuster ausgebildet ist.
Die Erhebungen 31 und Vertiefungen 32 sind so angeordnet, dass Erhebungen und Vertiefungen im Werkzeugoberteil 21 und im Werkzeugunterteil 22 einander gegenüberstehen.
Zur Veranschaulichung der keilförmigen Ausbildung des Werkstücks 3 ist analog zu Fig. 2 der Winkel α eingezeichnet. Da die Werkstückunterseite in diesem Ausführungsbeispiel nicht plan auf einer ebenen Pressfläche aufliegt, findet auch an der Werkstückunterseite der vorstehend beschriebene Materialfluss statt, wobei auch hier wegen der unterschiedlichen Materialdicke nicht alle Vertiefungen des Werkzeugs 2 vollständig von verdrängtem Material ausgefüllt werden. Die Bezugsebene 22b ist in diesem Ausführungsbeispiel als eine mittlere Bezugsebene ausgebildet, von der die Vertiefungen 31 und Erhebungen 32 des Werkzeugunterteils 22 ausgehen.
Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Werkzeugs 2, das wie das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, mit dem Unterschied, dass die Erhebungen 31 und Vertiefungen 32 so angeordnet sind, dass Erhebungen im Werkzeugoberteil 21 Vertiefungen im Werkzeugunterteil 22 gegenüberstehen und umgekehrt. Infolgedessen findet bevorzugt auch eine Materialverdrängung parallel zur Höhenerstreckung (Dicke) des Werkstücks 3 statt.
Fig. 5 zeigt das Werkzeug 2 in Fig. 3 mit einem gewellten Werkstück 3. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Oberflächenwelligkeit des Werkstücks eingeebnet. Das gewellte Werkstück 3 könnte auch als keilförmiges gewelltes Werkstück ausgebildet sein.
Die Erhebungen 31 und die Vertiefungen 32 können kuppelförmig ausgebildet sein (Fig. 6 und 7) oder rinnenförmig ausgebildet sein (Fig. 8 und 9).
Die in Fig. 6a bis 6c dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen beispielhaft unterschiedliche Anordnungen der Erhebungen 31 und Vertiefungen 32, die als Kugelkalotten ausgebildet sind. Alle drei Ausführungsbeispiele ergeben eine gleiche Schnittansicht, wobei längs der Schnittlinie VII-VII die Erhebungen 31 und die Vertiefungen 32 eine periodische Abfolge bilden. Zur Veranschaulichung sind in Fig. 7 Höhenlinien B, N, T eingezeichnet, wobei die Höhenlinie B die "Berggipfel", die Höhenlinie T die "Talsohlen" und die zwischen B und T angeordnete Höhenlinie N das "Normalniveau" verkörpern. Die Erhebungen 31 und Vertiefungen 32 können zeilen- und spaltenweise angeordnet sein und ein wiederkehrendes Muster bilden. Es kann aber auch vorgesehen sein, die Erhebungen 31 und Vertiefungen 32 in zufälliger Weise anzuordnen, so dass sie kein wiederkehrendes Muster bilden.
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Erhebungen 31 rippenförmig und die Vertiefungen 32 rinnenförmig als parallele Wellen ausgebildet sind, wobei die Erhebungen 31 als Wellenberg und die Vertiefungen 32 als Wellental ausgebildet sind und eine periodische Abfolge bilden und. Analog zu Fig. 7 zeigt Fig. 9 eine Schnittansicht, in die die vorstehend beschriebenen Höhenlinien B, N und T eingezeichnet sind.
Der in Fig. 2a bis 2c eingezeichnete Winkel α, den die Oberseite und die Unterseite des Werkstücks 3 einschließen, äußert sich in einem Materialdickenunterschied des Werkstücks.
In einem ersten Beispiel beträgt der Materialdickenunterschied 0,8 mm. Die Summe aus der durchschnittlichen Höhe der Erhebungen (31) und der durchschnittlichen Tiefe der Vertiefungen (32) der Pressfläche wird zu 2,4 mm gewählt. Bei symmetrischer Ausbildung der Erhebungen (31) und der Vertiefungen (32) weisen diese eine Höhe bzw. Tiefe von jeweils 1,2 mm auf. Das Verhältnis zwischen der vorgenannten Summe und dem Materialdickenunterschied beträgt das 3fache.
In einem zweiten Beispiel beträgt der Materialdickenunterschied auch 0,8 mm. Die Summe aus der durchschnittlichen Höhe der Erhebungen (31) und der durchschnittlichen Tiefe der Vertiefungen (32) der Pressfläche wird jedoch zu 12 mm gewählt. Bei symmetrischer Ausbildung der Erhebungen (31) und der Vertiefungen (32) weisen diese nun eine Höhe bzw. Tiefe von jeweils 6 mm auf. Das Verhältnis zwischen der vorgenannten Summe und dem Materialdickenunterschied beträgt das 15fache.
In einem dritten Beispiel beträgt der Materialdickenunterschied 0,2 mm. Die Summe aus der durchschnittlichen Höhe der Erhebungen (31) und der durchschnittlichen Tiefe der Vertiefungen (32) der Pressfläche wird zu 0,3 mm gewählt. Bei symmetrischer Ausbildung der Erhebungen (31) und der Vertiefungen (32) weisen diese eine Höhe bzw. Tiefe von jeweils 0,15 mm auf. Das Verhältnis zwischen der vorgenannten Summe und dem Materialdickenunterschied beträgt das 1,5fache.
In einem vierten Beispiel beträgt der Materialdickenunterschied auch 0,2 mm. Die Summe aus der durchschnittlichen Höhe der Erhebungen (31) und der durchschnittlichen Tiefe der Vertiefungen (32) der Pressfläche wird jedoch zu 2 mm gewählt. Bei symmetrischer Ausbildung der Erhebungen (31) und der Vertiefungen (32) weisen diese nun eine Höhe bzw. Tiefe von jeweils 1 mm auf. Das Verhältnis zwischen der vorgenannten Summe und dem Materialdickenunterschied beträgt das 10fache.
In einem fünften Beispiel beträgt der Materialdickenunterschied 0,4 mm. Die Summe aus der durchschnittlichen Höhe der Erhebungen (31) und der durchschnittlichen Tiefe der Vertiefungen (32) der Pressfläche wird zu 0,3 mm gewählt. Bei symmetrischer Ausbildung der Erhebungen (31) und der Vertiefungen (32) weisen diese eine Höhe bzw. Tiefe von jeweils 0,15 mm auf. Das Verhältnis zwischen der vorgenannten Summe und dem Materialdickenunterschied beträgt das 2,5fache.
In einem sechsten Beispiel beträgt der Materialdickenunterschied auch 0,4 mm. Die Summe aus der durchschnittlichen Höhe der Erhebungen (31) und der durchschnittlichen Tiefe der Vertiefungen (32) der Pressfläche wird jedoch zu 3,2 mm gewählt. Bei symmetrischer Ausbildung der Erhebungen (31) und der Vertiefungen (32) weisen diese nun eine Höhe bzw. Tiefe von jeweils 1,6 mm auf. Das Verhältnis zwischen der vorgenannten Summe und dem Materialdickenunterschied beträgt das 8fache.
Die Summe der durchschnittlichen Höhe der Erhebungen 31 und der durchschnittlichen Tiefe der Vertiefungen 32 der Pressfläche kann also als das 1,5fache bis 15fache der Abweichung des Werkstücks 3 von der Parallelität gewählt werden. Die optimalen Werte können vorzugsweise durch Versuche ermittelt werden.

Bezugszeichenliste

1: Warmumformvorrichtung
2: Werkzeug
3: Werkstück
11: Gestell
12: Kopfplatte
13: Antrieb der Kopfplatte
14: Grundplatte
21: Werkzeugoberteil
22: Werkzeugunterteil
22b: Bezugsebene
23: Kühlkanal
31: Erhebung
32: Vertiefung
33: zurückspringender Oberflächenabschnitt

Claims

Warmumformvorrichtung (1) und darin einzusetzendes Werkstück (3), wobei vorgesehen ist,
dass die Warmumformvorrichtung (1) zum Warmumformen und nachfolgenden Presshärten des Werkstücks (3) ausgebildet ist,
dass das Werkstück (3) als Blechzuschnitt und/oder Blechformteil aus Stahl mit über die Erstreckung variierender Materialdicke ausgebildet ist, wobei das Werkstück (3) in Pressrichtung eine keilförmige Querschnittsfläche und/oder eine Querschnittsfläche mit Wellenkontur hat,
dass die Warmumformvorrichtung ein Werkzeug (2) mit einem Werkzeugoberteil (21) und einem Werkzeugunterteil (22), welche Pressflächen aufweisen, aufweist,
wobei das Werkzeug (2) so ausgebildet ist, dass das auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erwärmte Werkstück (3) einem zwischen dem Werkzeugoberteil (21) und dem Werkzeugunterteil (22) erzeugten Pressdruck unter Warmumformung aussetzbar ist und das warm umgeformte Werkstück (3) sodann rasch unter die Austenitisierungstemperatur abkühlbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Werkstück (3) relativ zu den Pressflächen so anordenbar ist, dass die Keilflächen des Werkstücks (3) den Pressflächen zugeordnet sind bzw. die Wellenkonturflächen den Pressflächen zugeordnet sind, dass in der den zu härtenden Abschnitten des Werkstücks (3) zugewandten Pressfläche des Werkzeugoberteils (21) und/oder des Werkzeugunterteils (22) eine Oberflächenstruktur aus Erhebungen (31) und Vertiefungen (32) ausgebildet ist, wobei
die Summe der durchschnittlichen Höhe der Erhebungen (31) und der durchschnittlichen Tiefe der Vertiefungen (32) der Pressfläche das 1,5fache bis 15fache der Abweichung des eingelegten Werkstücks (3) von der Parallelität ist.
Warmumformvorrichtung (1) und darin einzusetzendes Werkstück (3) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Summe der durchschnittlichen Höhe der Erhebungen (31) und der durchschnittlichen Tiefe der Vertiefungen (32) der Pressfläche das 1,5fache bis 10fache der Abweichung des eingelegten Werkstücks (3) von der Parallelität ist.
Warmumformvorrichtung (1) und darin einzusetzendes Werkstück (3) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Summe der durchschnittlichen Höhe der Erhebungen (31) und der durchschnittlichen Tiefe der Vertiefungen (32) der Pressfläche das 2,5fache bis 8fache der Abweichung des eingelegten Werkstücks (3) von der Parallelität ist.
Warmumformvorrichtung (1) und darin einzusetzendes Werkstück (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erhebungen (31) und Vertiefungen (32) kuppelförmig ausgebildet sind.
Warmumformvorrichtung (1) und darin einzusetzendes Werkstück (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erhebungen (31) stegförmig und die Vertiefungen (32) rinnenförmig ausgebildet sind.
Warmumformvorrichtung (1) und darin einzusetzendes Werkstück (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erhebungen (31) und die Vertiefungen (32) alternierend angeordnet sind.
Warmumformvorrichtung (1) und darin einzusetzendes Werkstück (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erhebungen (31) und Vertiefungen (32) im Werkzeugoberteil (21) und/oder im Werkzeugunterteil (22) ausgebildet sind.
Warmumformvorrichtung (1) und darin einzusetzendes Werkstück (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass einander gegenüberstehende Erhebungen (31) und Vertiefungen (32) komplementär ausgebildet sind.
Warmumformvorrichtung (1) und darin einzusetzendes Werkstück (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in den Erhebungen (31) und/oder Vertiefungen (32) Entlüftungskanäle münden.
Warmumformvorrichtung (1) und darin einzusetzendes Werkstück (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Pressfläche in den Bereichen, in denen keine Erhebungen (31) und Vertiefungen (32) ausgebildet sind, hinter ein Nullniveau (N) zurückspringt, von dem die Erhebungen (31) und Vertiefungen (32) ausgehen.
Verfahren zum Warmumformen und Presshärten eines Blechzuschnitts und/oder Blechformteils aus Stahl mit über die Erstreckung variierender Materialdicke, im Folgenden Werkstück (3) genannt,
wobei das Werkstück (3) in Pressrichtung eine keilförmige Querschnittsfläche und/oder eine Querschnittsfläche mit Wellenkontur hat, wobei das Werkstück (3) in einem Werkzeug (2) mit einem Werkzeugoberteil (21) und einem Werkzeugunterteil (22) mit in den Pressflächen ausgebildeten Oberflächenstrukturen mit Erhebungen (31) und Vertiefungen (32) warm umgeformt wird, indem das auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erwärmte Werkstück (3) zwischen dem Werkzeugoberteil (21) und dem Werkzeugunterteil (22) relativ zu den Pressflächen so angeordnet wird, dass die Keilflächen des Werkstücks (3) den Pressflächen zugeordnet sind bzw. die Wellenkonturflächen den Pressflächen zugeordnet sind,
- wobei die Summe der durchschnittlichen Höhe der Erhebungen (31) und der durchschnittlichen Tiefe der Vertiefungen (32) der Pressfläche das 1,5fache bis 15fache der Abweichung des eingelegten Werkstücks (3) von der Parallelität ist,

- wobei das Werkstück (3) zumindest in dem zu härtenden Abschnitt oder den zu härtenden Abschnitten einem Pressdruck ausgesetzt wird, indem in dem zu härtenden Abschnitt oder den zu härtenden Abschnitten die Oberflächenstrukturen in der zugewandten Pressfläche derart einwirken, dass bei dem Pressdruck durch die Erhebungen (31) der Pressfläche von der Oberseite des Werkstücks (3) verdrängtes Material in an der Unterseite des Werkstücks ausgebildete Vertiefungen (32) der Pressfläche fließt oder umgekehrt, und/oder in benachbarte Vertiefungen (32) der Pressfläche fließt, und

- wobei sodann das umgeformte Werkstück (3) im Werkzeug (2) zumindest in den zu härtenden Abschnitten rasch unter die Austenitisierungstemperatur abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Summe der durchschnittlichen Höhe der Erhebungen (31) und der durchschnittlichen Tiefe der Vertiefungen (32) der Pressfläche das 1,5fache bis 10fache der Abweichung des eingelegten Werkstücks (3) von der Parallelität ist, vorzugsweise das 2,5fache bis 8fache ist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Warmumformung das Warmumformen eines Blechzuschnitts umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren so ausgestaltet ist,
dass die Vertiefungen und Erhebungen zur Steigerung der Stabilität und/oder zur Verbesserung der strömungsmechanischen Eigenschaften in der Oberfläche des nach dem Verfahren hergestellten Bauteils ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren so ausgestaltet ist,
dass einer der zu härtenden Bereiche des nach dem Verfahren hergestellten Bauteils ein durch das Umformen partiell ausgedünnter Bereich ist oder ein durch Stauchen und/oder Materialanhäufung mit erhöhter Materialdicke ausgebildeter Bereich ist.