EP3088092A1 - Warmumform- und presshärtewerkzeug sowie verfahren zum betreiben des warmumform- und presshärtewerkzeuges - Google Patents

Warmumform- und presshärtewerkzeug sowie verfahren zum betreiben des warmumform- und presshärtewerkzeuges Download PDF

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EP3088092A1
EP3088092A1 EP15166066.9A EP15166066A EP3088092A1 EP 3088092 A1 EP3088092 A1 EP 3088092A1 EP 15166066 A EP15166066 A EP 15166066A EP 3088092 A1 EP3088092 A1 EP 3088092A1
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EP
European Patent Office
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tool
mold
press
hot forming
pressenhubrichtung
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Markus Kettler
Oliver Dobinsky
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Benteler Automobiltechnik GmbH
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching

Definitions

  • the present invention relates to a hot forming and press hardening tool according to the features in the preamble of claim 1.
  • the present invention further relates to a method for operating the hot-forming and press-hardening tool according to the features in claim 9.
  • Blechumformbaumaschine For the production of components, in particular motor vehicle components, it is known to machine sheet metal blanks by means of forming processes, in particular by means of press forming in a tool. As a result Blechumformbaumaschine be prepared for the body shop, structural components or even sheet metal skin components.
  • the Blechumformbaumaschine are preferably made of steel materials, but also made of light metal materials.
  • the hot forming and press-hardening technology has become established, by means of which hardenable steel alloys are processed.
  • the degree of shaping freedom of a sheet metal blank can be increased by a previous heating, in particular to above AC3 temperature, whereby highly complex, three-dimensionally shaped components are produced. So then the component remains in the tool and is cured under at least partially martensite by rapid cooling, so that a component with at least partial high-strength, especially very high-strength material properties is produced.
  • components are produced that are lighter but also harder than components made from a conventional steel alloy that have been cold worked.
  • a forming tool is known, wherein a forming tool is formed in two parts and is moved by a second pressing force, applied by means of an active medium transversely to the press direction.
  • a disadvantage is the much more expensive construction and increased effort to operate such a hot forming and press hardening tool.
  • the object of the present invention is therefore to provide a hot forming and press-hardening tool which is simple to produce and inexpensive and mechanically easy to operate, but ensures that in particular during press hardening the largest possible contact with the system is provided precisely in the area of vertically extending contact surfaces.
  • the hot-forming and press-hardening tool for producing sheet-metal forming components from a steel alloy is suitable for producing at least partially high-strength properties on the sheet-metal forming component, preferably for shaping and then hardening the entire sheet-metal component. It has for this purpose an upper tool with at least one mold segment and a lower tool with at least one mold segment, wherein the upper tool and the lower tool are movable towards each other to form a mold cavity in a Pressenhubides. Upon reaching the bottom dead center of the hot forming and press hardening tool of the mold cavity between the upper tool and lower tool or between the mold segments of upper tool and lower tool is thus formed.
  • the hot-forming and press-hardening tool is characterized in that the mold segment of the upper tool and / or the mold segment of The lower tool is divided into two parts and is movable transversely to the press stroke direction by means of a spreader device coupled to the upper tool and / or lower tool in at least one movement direction.
  • the spreading device itself acts exclusively on the mold segment, in particular by means of an expanding wedge, also referred to below as an expanding die.
  • an expanding wedge also referred to below as an expanding die.
  • the hot forming and press hardening tool according to the invention during the closing movement and / or reaching the bottom dead center of the hot forming and press hardening tool to allow a displacement of a mold segment transversely to the press stroke direction, so that even with vertically oriented contact surfaces sufficient plant contact or Surface pressure between shaping inner lateral surface and outer lateral surface of the mold segments of the formed sheet metal blank is made.
  • a high cooling rate can thus be produced in a production-safe manner, which is why the rejects are minimized while shortening the cycle time for press hardening.
  • the tool according to the invention is suitable for the production of thermoformed and press-hardened components which have a forming angle of 90 ° to 110 °, preferably 90 ° to 100 ° and particularly preferably 90 ° to 95 °.
  • the spreading device itself is designed as a spreading die, wherein the expanding die is fixed in position either on the upper tool or on the lower tool.
  • a spreading punch can be arranged formed both on the upper tool and on the lower tool. These are then fixed in position and thus rigidly coupled in the press lifting direction and transversely to the press lifting direction with the upper tool or the lower tool.
  • the spreading punch it is advantageously possible for the spreading punch to be mounted in a relatively movable manner on the upper tool and / or on the lower tool.
  • an actuator for example by an additional hydraulic actuator, a kinematic coupling with the Pressenhubvorides or by another actuator, for example, an electromechanical actuator then the spreading can be moved again relative to the upper tool and / or the lower tool.
  • the at least two mold segments on the upper tool and / or the at least two mold segments can be mounted on the lower tool relatively displaceable in the press lifting direction. It is also possible to store the at least two mold segments in the press stroke direction in a slide-rigid manner on the upper tool or the lower tool. It is important, however, that the at least two mold segments are mounted in a direction of movement transversely to the Pressenhubraum relatively displaceable, which form on their side facing away from the forming mold cavity a Sp Dahlhohlraum and the Sp Dahlstempel moves into the Sp Schwarzhohlraum, so that move the mold segments of the Sp Schwarzstkov outward , in a direction of movement transverse to the Pressenhubraum.
  • the mold segments of the lower tool and / or the mold segments of the upper tool are mounted on the upper tool and / or the lower tool via return means.
  • the mold segments are returned to a starting position.
  • the restoring means each couple the mold segments of the upper tool with each other or the two mold segments of the lower tool with each other.
  • the restoring means can be oriented both in the press lifting direction, which is necessary in particular in the case of press sections that are relatively displaceable in the press lifting direction.
  • the return means are preferred in particular Horizontally supported direction, so that two in the horizontal direction, thus spread apart across the press stroke and spread apart mold segments are contracted by a return means, for example in the form of a return spring and here in particular a tension spring when moving out of Sp Dahlstkovs.
  • the molding segments have tempering channels for the passage of a cooling medium, wherein the tempering channels are coupled to the upper tool and / or the lower tool via elastic and / or displaceable connections.
  • these are elastic hose connections which are, for example, compressed or stretched or bent in order to carry out the relative movement, in particular transversely to the press stroke direction.
  • a fluid-tight Cooling medium supply the temperature control channels in the respective mold segment.
  • isolation in addition to a cooled by coolant mold segment and adjacent to the insulation, a heated mold segment to produce components with locally targeted uncured areas.
  • the hot-forming and press-hardening tool is characterized in particular by the fact that the mold segments of the upper tool are formed as a two-part die, which are coupled to each other via a return means to the Pressenhubides and that the mold segment of the lower tool is formed as retracting into the die punch, wherein laterally on the punch wedge slide are arranged and the wedge slide are displaceable in the execution of the press stroke through the die transverse to the Pressenhubides outwards.
  • stop means and / or spacer means are provided on the upper tool and / or on the lower tool.
  • the relative movement is limited transversely to the Pressenhubides.
  • stop means are provided such that in a possible relative movement in Pressenhubides when reaching the bottom dead center and the die segment pushes in the press stroke on the stop means, so that at the latest at bottom dead center in Pressenhubides the complete shaping is completed.
  • the present invention further relates to a method for operating the aforementioned hot-forming and press-hardening tool, wherein the method is characterized in that during movement and / or at bottom dead center, the at least one mold segment of the upper tool or the lower tool is moved transversely to the Pressenhubides so in that a respective +/- 20 °, preferably between +/- 10 ° and particularly preferably +/- 5 ° oriented to Pressenhubides oriented portion extending in the mold cavity, thus having a substantially vertically oriented extending portion of the mold cavity has a system contact with a formed sheet metal blank which has at least 80%, preferably 90%, in particular 95% of the surface pressure with respect to a section of the formed sheet metal blank which is formed in the mold cavity, which extends substantially horizontally, thus transversely to the press stroke direction.
  • a plant contact with substantially uniform surface pressure is present on the entire component, whereby the press hardening can be carried out with high precision.
  • the hot forming and press hardening tool is suitable for components having an elongated section which is U-shaped in cross-section, so that the web of the U-shape experiences system contact with the molding segments by a surface pressure in the press stroke direction and the leg protruding from the web to form the U-shape by the direction of movement transverse to the Pressenhubides experiences sufficient contact with the mold segments.
  • a hardness or tensile strength of web and legs can thus be at an approximately the same level with particularly short cycle times for press hardening be achieved. These are less than 20 s, preferably less than 10 s, for insertion, shaping, holding and removal.
  • FIG. 1a shows a known from the prior art forming tool 1 comprising an upper tool 2 and a lower tool 3, which retract one another while forming a mold cavity 4 in Pressenhubraum 5.
  • a sheet metal plate 6 is inserted into the open mold, which is formed into the sheet metal forming component 7.
  • FIG. 1b a solution is known in which a movable additional segment 9 is provided by applying an external second pressing force 10 across the Pressenhubides 5 for a system contact.
  • the solution according to the invention looks according to this FIG. 2 a hot forming and press-hardening tool 11, in which two mold segments 13.1, 13.2 are mounted on an upper tool 12 relatively movable to the upper tool 12 and on a lower tool 14, a mold segment 15 is mounted in parallel.
  • the upper tool 12 is thus lowered onto the lower tool 14 and the mold segments 13.1, 13.2, 15 are moved toward each other in the press lifting direction 5 such that they reach the bottom dead center (right image plane of FIG FIG. 2 ) form a mold cavity 4.
  • both mold segments 13.1, 13.2 of the upper tool 12 are mounted relatively movably in the press lifting direction 5, but also additionally mounted in a direction of movement 16 transversely to the press lifting direction 5.
  • return means 20 are provided, which shown here a relative movement in Execute Pressenhub therapies 5 and not shown return means 20 which the shape segments 13.1, 13.2 contract each other, as soon as the spreading 17 is moved out of these.
  • FIG. 3 A second embodiment variant is in FIG. 3 represented, wherein also here two mold segments 13.1, 13.2 are mounted relatively movable in a direction of movement 16 transversely to the Pressenhubides 5. However, the mold segments 13.1, 13.2 are fixed in parallel to the upper tool 12 in the press lifting direction 5.
  • the expanding ram 17 can perform a relative movement to the upper tool 12 and in particular in Pressenhubides 5, so that at any time during the closing movement or when reaching the bottom dead center of the spreading 17 relative to the upper tool 12 by an actuator 21, for example, a hydraulic ram , is movable.
  • the spreader 17 then calls again at its oblique contact surfaces 22 with the Sp Schwarzhohlraum 18 of the mold segments 13.1, 13.2 the movement of the mold segments 13.1, 13.2 in the direction of movement 16 transversely to the Pressenhubides 5, so that even in the vertically oriented sections between mold segment and formed sheet metal plate. 6 a sufficient contact with the system and / or a sufficient surface pressure is achieved.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment variant of the present invention.
  • a two-part die 23.1, 23.2 is formed on the upper tool 12, which moves in a slide-rigid with the lower tool 14 connected punch 24.
  • edge-mounted wedge slide 25 are arranged, which are moved when retracting the die 23.1, 23.2 in the direction of movement 16 transversely to the Pressenhubides 5 to the outside.
  • the wedge sliders 25 are bounded on the outside by stop elements 19 and controllable with them via a force means 26, in particular in the form of a compression spring and / or a hydraulic system such that, on the one hand, a restoring force is provided, and, on the other hand, if the stop element 19 is not in a form-locking manner Surface pressure is achieved at the outer contact surfaces.
  • the die parts 23.1, 23.2 can also be moved relative to each other in the direction of movement 16. They are pressed together by a spreading spring 27.
  • FIGS. 2 to 4 are each indicated in the die 24, die 23.1, 23.2 or mold segment 13.1, 13.2, 15 tempering 28 for the passage of a tempering, in particular a cooling medium. These can be evenly distributed, but also be arranged only partially, so that a targeted temperature control of the formed component can be performed.
  • FIG. 5 shows a cross section through a motor vehicle pillar according to the invention manufactured comprising a web 29 and extending from the web 29 leg 30 and a again projecting from the legs 30 flange 31.
  • an angle ⁇ of preferably 90 ° to 100 °, in particular 90 ° to 95 ° and particularly preferably formed by about 90 °.
  • the legs 30 are made by preferably a plant contact with a direction of movement 16 transversely to the Pressenhubraum 5.
  • the tensile strength of the legs 30 has at least 90% of the tensile strength of the web 29 due to the press-hardening with the hot-forming and press-hardening tool 11 according to the invention. Preferably more than 95% of the tensile strength. In particular, the tensile strength of the legs 30 is greater than or equal to 98% of the tensile strength of the web 29th
  • FIG. 6 shows a second embodiment variant of a sheet metal forming component 7 produced according to the invention, which is produced with the hot forming and press-hardening tool 11 according to the invention.
  • This has a W-shaped cross section, which is why the web 29 is formed in two parts and thus four legs 30 are formed.
  • the sheet metal forming component 7 is according to FIG. 6 on a forming tool 1 according to FIG. 4 produced, in turn, the above-mentioned ratios of the set with the press hardening tensile strength of web 29 to leg 30 are formed.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Warmumform- und Presshärtewerkzeug 11 zur Herstellung von Blechumformbauteilen 7 mit zumindest partiell hochfesten Eigenschaften, aufweisend ein Oberwerkzeug 12 mit mindestens einem Formsegment 13.1, 13.2 und ein Unterwerkzeug 14 mit mindestens einem Formsegment 15, wobei das Oberwerkzeug 2 und das Unterwerkzeug 3 unter Bildung eines Formhohlraumes 4 in einer Pressenhubrichtung 5 aufeinander zu bewegbar sind, wobei in mindestens einem Formsegment 13.1, 13.2, 15 Temperierkanäle (28) zur Durchleitung eines Kühlmediums vorgesehen sind, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Formsegment 13.1, 13.2 des Oberwerkzeuges 12 und/oder das Formsegment 15 des Unterwerkzeuges 14 mindestens zweigeteilt ist und mit einer an dem Oberwerkzeug 12 und/oder Unterwerkzeug 14 gekoppelten Spreizeinrichtung in mindestens einer Bewegungsrichtung 16 quer zur Pressenhubrichtung 5 bewegbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Warmumform- und Presshärtewerkzeug gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben des Warmumform- und Presshärtewerkezeuges gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 9.
  • Zur Herstellung von Bauteilen, insbesondere Kraftfahrzeugbauteilen ist es bekannt, Blechplatinen mittels Umformverfahren, insbesondere mittels Pressumformen in einem Werkzeug zu bearbeiten. Hierdurch werden Blechumformbauteile für den Karosseriebau, Strukturbauteile oder aber auch Blechaußenhautbauteile hergestellt. Die Blechumformbauteile werden dabei bevorzugt aus Stahlwerkstoffen, jedoch auch aus Leichtmetallwerkstoffen hergestellt.
  • In den letzten Jahren hat sich insbesondere die Warmumform- und Presshärtetechnologie etabliert, mittels derer härtbare Stahllegierungen verarbeitet werden. Hierbei kann durch eine vorhergehende Erwärmung, insbesondere auf über AC3 Temperatur der Formgebungsfreiheitsgrad einer Blechplatine gesteigert werden, wodurch hochkomplexe, dreidimensional geformte Bauteile hergestellt werden. So dann verbleibt das Bauteil in dem Werkzeug und wird unter zumindest bereichsweiser Martensitbildung durch rasches Abkühlen gehärtet, so dass ein Bauteil mit zumindest partiellen hochfesten, insbesondere höchstfesten Werkstoffeigenschaften hergestellt wird. Im Ergebnis sind Bauteile hergestellt, die leichter, jedoch gleichzeitig auch härter sind, gegenüber Bauteilen aus einer herkömmlichen Stahllegierung, welche kalt umgeformt wurden.
  • Hierzu ist es jedoch insbesondere notwendig, dass bei Verwendung eines Pressumformwerkzeuges der im unteren Totpunkt, mithin bei vollständigem Schließen des Pressumformwerkzeuges, entstehende Formhohlraum einen hinreichenden Anlagenkontakt zu der umgeformten Blechplatine aufweist, um bei der durchzuführenden Abkühlung zum Abschreckhärten einen guten Wärmeübergang von der noch warmen umgeformten Blechplatine zu dem Umformwerkzeug zu ermöglichen. Die Wärme wird dann durch beispielsweise ein Kühlmedium, welches durch Kühlkanäle des Umformwerkzeuges strömt, abgeführt.
  • Bei Herstellung und Auslegung eines Warmumform- und Presshärtewerkzeuges wird diesem Rechnung getragen, so dass grundsätzlich ein größtmöglicher Anlagenkontakt sichergestellt ist. So dann treten jedoch im Betrieb des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges thermische Ausdehnungen und Schrumpfungen der Werkzeuge selbst auf. Ferner weisen die zur Verfügung gestellten Chargen von zu verarbeitenden Platinen Produktionsschwankungen auf, so dass bereits hier wenige zehntel Millimeter dazu führen können, dass bereichsweise ein nicht mehr ausreichender Anlagenkontakt hergestellt ist. Darüber hinaus unterliegen die Formgebungsflächen während des Betriebes zur Herstellung mehrerer tausend Bauteile, einem mechanischen Verschleiß, der ebenfalls zu einem Nichtanlagenkontakt führen kann.
  • Hierzu ist beispielsweise aus der DE 10 2013 011 419 A1 ein Umformwerkzeug bekannt, wobei ein Formgebungswerkzeug zweigeteilt ausgebildet ist und durch eine zweite Pressenkraft, aufgebracht mittels eines Wirkmediums quer zur Pressenrichtung verfahren wird. Nachteilig ist jedoch die deutlich aufwendigere Konstruktion und ein erhöhter Aufwand zum Betreiben eines solchen Warmumform- und Presshärtewerkzeuges.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Warmumform- und Presshärtewerkzeug bereitzustellen, das einfach herzustellen ist und kostengünstig sowie mechanisch einfach zu betreiben ist, jedoch sicherstellt, dass insbesondere beim Presshärten ein möglichst großflächiger Anlagenkontakt gerade im Bereich vertikal verlaufender Anlagenflächen bereitgestellt ist.
  • Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Warmumform- und Presshärtewerkzeug gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
  • Der verfahrenstechnische Teil der Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß mit den Merkmalen im Patentanspruch 9 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
  • Das Warmumform- und Presshärtewerkzeug zur Herstellung von Blechumformbauteilen aus einer Stahllegierung ist dazu geeignet an dem Blechumformbauteil zumindest partiell hochfeste Eigenschaften zu erzeugen, bevorzugt das gesamte Blechbauteil umzuformen und anschließend zu härten. Es weist dazu ein Oberwerkzeug mit mindestens einem Formsegment und ein Unterwerkzeug mit mindestens einem Formsegment auf, wobei das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug unter Bildung eines Formhohlraumes in einer Pressenhubrichtung aufeinander zu bewegbar sind. Bei Erreichen des unteren Totpunktes des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges ist der Formhohlraum zwischen Oberwerkzeug und Unterwerkzeug bzw. zwischen den Formsegmenten von Oberwerkzeug und Unterwerkzeug somit ausgebildet. Erfindungsgemäß zeichnet sich das Warmumform- und Presshärtewerkzeug dadurch aus, das das Formsegment des Oberwerkzeuges und/oder das Formsegment des Unterwerkzeuges zweigeteilt ist und mit einer an dem Oberwerkzeug und/oder Unterwerkzeug gekoppelten Spreizeinrichtung in mindestens einer Bewegungsrichtung quer zur Pressenhubrichtung bewegbar ist.
  • Erfindungsgemäß wirkt insbesondere die Spreizeinrichtung selbst ausschließlich auf das Formsegment, insbesondere durch einen Spreizkeil, nachfolgend auch Spreizstempel genannt. Hierdurch wird ein konstruktiv einfacher robuster und zugleich effektiver Aufbau realisiert, welcher die Betriebskosten des erfindungsgemäßen Warmumform- und Presshärtewerkzeuges gering hält.
  • Es ist somit möglich mit dem erfindungsgemäßen Warmumform- und Presshärtewerkzeug während der Schließbewegung und/oder bei Erreichen des unteren Totpunktes des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges auch eine Verschiebung eines Formsegmentes quer zur Pressenhubrichtung zu ermöglichen, so dass gerade auch bei vertikal orientierten Anlageflächen ein hinreichender Anlagenkontakt bzw. Flächenpressung zwischen formgebender Innenmantelfläche und Außenmantelfläche der Formsegmente der umgeformten Blechplatine hergestellt ist. Bei Durchleitung eines Kühlmediums und Ausführung der Presshärtung kann somit produktionssicher eine hohe Abkühlrate erzeugt werden, weshalb die Ausschussware bei Verkürzung der Taktzeit für das Presshärten minimiert wird. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Werkzeug zur Herstellung von warmgeformten und pressgehärteten Bauteilen, die einen Umformwinkel von 90° bis 110°, bevorzugt 90° bis 100° und besonders bevorzugt 90° bis 95° haben.
  • Besonders bevorzugt ist die Spreizeinrichtung selbst als Spreizstempel ausgebildet, wobei der Spreizstempel entweder an dem Oberwerkzeug oder an dem Unterwerkzeug lagefixiert ist. Auch können sowohl an dem Oberwerkzeug als auch an dem Unterwerkzeug jeweils ein Spreizstempel ausgebildet angeordnet sein. Diese sind dann lagefixiert und schubstarr mithin in Pressenhubrichtung und quer zur Pressenhubrichtung mit dem Oberwerkzeug bzw. dem Unterwerkzeug fest gekoppelt. Alternativ ist es vorteilig möglich, dass der Spreizstempel relativbeweglich an dem Oberwerkzeug und/oder an dem Unterwerkzeug gelagert ist. Durch einen Aktor, beispielsweise durch einen zusätzlichen Hydraulikaktor kann eine kinematische Koppelung mit der Pressenhubvorrichtung oder durch einen sonstigen Aktor, beispielsweise auch einen elektromechanischen Aktor kann dann der Spreizstempel nochmals relativ zu dem Oberwerkzeug und/oder dem Unterwerkzeug verfahren werden. Insbesondere ist es hier möglich, beispielsweise nach Erreichen des unteren Totpunktes in der Bewegung in Pressenhubrichtung den Spreizstempel nochmals minimal zu verfahren, um so einen höheren Anpressdruck quer zur Presshubrichtung aufzubauen.
  • Weiterhin können die mindestens zwei Formsegmente an dem Oberwerkzeug und/oder die mindestens zwei Formsegmente an dem Unterwerkzeug relativverschiebbar in Pressenhubrichtung gelagert sein. Auch ist es möglich die mindestens zwei Formsegmente in Pressenhubrichtung schubstarr an dem Oberwerkzeug bzw. dem Unterwerkzeug zu lagern. Wichtig jedoch ist, dass die mindestens zwei Formsegmente in einer Bewegungsrichtung quer zur Pressenhubrichtung relativverschiebbar gelagert sind, wobei diese auf ihrer den bildenden Formhohlraum abgewandten Seite einen Spreizhohlraum bilden und der Spreizstempel in den Spreizhohlraum einfährt, so dass sich die Formsegmente von dem Spreizstempel nach außen bewegen, in eine Bewegungsrichtung quer zur Pressenhubrichtung. Somit wird durch Schließen in Pressenhubrichtung ein Anlagenkontakt und/oder eine Flächenpressung an der ungeformten Blechplatine in den Abschnitten sichergestellt, die im Wesentlichen horizontal verlaufen und durch die Relativbewegung der Formsegmente quer zur Pressenhubrichtung auch eine hinreichende Anlagenfläche bzw. Flächenpressung in den Abschnitten, welche im Wesentlichen vertikal verlaufen.
  • Weiterhin besonders bevorzugt sind die Formsegmente des Unterwerkzeuges und/oder die Formsegmente des Oberwerkzeuges über Rückstellmittel an dem Oberwerkzeug und/oder dem Unterwerkzeug gelagert. Bei Öffnen des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges erfolgt somit eine Rückführung der Formsegmente in eine Ausgangslage. Die Rückstellmittel koppeln jeweils die Formsegmente des Oberwerkzeuges miteinander oder die zwei Formsegmente des Unterwerkzeuges miteinander. Die Rückstellmittel können sowohl in Pressenhubrichtung orientiert sein, was insbesondere bei in Pressenhubrichtung relativ verlagerbaren Formsegmenten notwendig ist. Die Rückstellmittel sind bevorzugt jedoch insbesondere in Horizontalrichtung wirkend gelagert, so dass zwei in Horizontalrichtung, mithin quer zur Pressenhubrichtung auseinander gespreizte bzw. auseinanderbewegte Formsegmente durch ein Rückstellmittel beispielsweise in Form einer Rückholfeder und hier insbesondere einer Zugfeder bei Herausfahren des Spreizstempels wieder zusammengezogen werden.
  • Weiterhin besonders bevorzugt weisen die Formsegmente Temperierkanäle zur Durchleitung eines Kühlmediums auf, wobei die Temperierkanäle über elastische und/oder verschiebbare Anschlüsse mit dem Oberwerkzeug und/oder dem Unterwerkzeug gekoppelt sind. Insbesondere handelt es sich um elastische Schlauchverbindungen, die beispielsweise gestaucht oder gedehnt oder gebogen werden zur Ausführung der Relativbewegung, insbesondere quer zur Pressenhubrichtung. Im Rahmen der Erfindung kann es sich jedoch auch um Schiebeverbindungen, beispielsweise in Form eines Schiebesitzes handeln oder beispielsweise einer Schiebehülse, so dass bei Ausführen einer Relativbewegung in eine Axialrichtung quer zur Pressenhubrichtung die Schiebehülse die relative Längenänderung kompensiert, jedoch gleichzeitig die Möglichkeit gibt, fluiddicht ein Kühlmedium den Temperierkanälen in dem jeweiligen Formsegment zuzuführen. Zusätzlich ist es möglich, neben einem mittels Kühlmittel gekühlten Formsegment eine Isolierung und angrenzend an die Isolierung ein beheiztes Formsegment vorzusehen, um Bauteile mit lokal gezielt ungehärteten Bereichen herzustellen.
  • Das Warmumform- und Presshärtewerkzeug zeichnet sich insbesondere weiterhin dadurch aus, dass die Formsegmente des Oberwerkzeuges als zweigeteilte Matrize ausgebildet sind, welche über ein Rückstellmittel quer zur Pressenhubrichtung miteinander gekoppelt sind und dass das Formsegment des Unterwerkzeuges als in die Matrize einfahrender Stempel ausgebildet ist, wobei seitlich an dem Stempel Keilschieber angeordnet sind und die Keilschieber bei Ausführen des Pressenhubes durch die Matrize quer zur Pressenhubrichtung nach außen verlagerbar sind.
  • Weiterhin besonders bevorzugt sind am Oberwerkzeug und/oder am Unterwerkzeug Anschlagmittel und/oder Distanzmittel vorgesehen. Hierdurch wird insbesondere die Relativbewegung quer zur Pressenhubrichtung begrenzt. Insbesondere wird eine Relativbewegung quer zur Pressenhubrichtung bis zu 1 mm, insbesondere bis zu 0,5 mm ermöglicht. Weiterhin bevorzugt sind Anschlagmittel derart vorgesehen, dass bei einer möglichen Relativbewegung in Pressenhubrichtung bei Erreichen des unteren Totpunktes auch das Formsegment schubstarr in Pressenhubrichtung an dem Anschlagmittel anliegt, so dass spätestens im unteren Totpunkt in Pressenhubrichtung die vollständige Formgebung abgeschlossen ist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben des vorgenannten Warmumform- und Presshärtewerkzeuges, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass während der Bewegung und/oder im unteren Totpunkt das mindestens eine Formsegment des Oberwerkzeuges bzw. des Unterwerkzeuges quer zur Pressenhubrichtung bewegt wird, so dass in dem Formhohlraum ein jeweils +/- 20°, bevorzugt zwischen +/- 10° und besonders bevorzugt +/- 5° zur Pressenhubrichtung orientiert verlaufender Abschnitt, mithin ein im Wesentlichen vertikal orientiert verlaufender Abschnitt des Formhohlraumes einen Anlagenkontakt mit einer umgeformten Blechplatine aufweist, der mindestens 80%, bevorzugt 90%, insbesondere 95% der Flächenpressung aufweist gegenüber einem Abschnitt der umgeformten Blechplatine der im Formholraum ausgebildet ist, welcher im Wesentlichen horizontal mithin quer zur Pressenhubrichtung verläuft. Somit wird sichergestellt, dass bevorzugt an dem gesamten Bauteil ein Anlagenkontakt mit im Wesentlichen gleichmäßiger Flächenpressung vorhanden ist, wodurch die Pressenhärtung mit hoher Präzision durchführbar ist.
  • Besonders bevorzugt können mit dem erfindungsgemäßen Warmumform- und Presshärtewerkzeug Kraftfahrzeugsäulen, Getriebetunnel, Stoßfänger, Kraftfahrzeugschweller oder aber auch Verstärkungsbauteile für Kraftfahrzeuge hergestellt werden. Insbesondere eignet sich das Warmumform- und Presshärtewerkzeug für Bauteile mit einem länglichen Abschnitt, welcher im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist, so dass der Steg der U-Form durch eine Flächenpressung in Pressenhubrichtung einen Anlagenkontakt mit den Formsegmenten erfährt und die von dem Steg abstehenden Schenkel zur Ausbildung der U-Form durch die Bewegungsrichtung quer zur Pressenhubrichtung einen hinreichenden Anlagenkontakt mit den Formsegmenten erfährt. Insbesondere können somit eine Härte bzw. Zugfestigkeit von Steg und Schenkeln auf ein annähernd gleiches Niveau bei besonders kurzen Taktzeiten für das Presshärten erreicht werden. Diese betragen für das Einlegen, Formen, Halten und Herausnehmen weniger als 20 s, bevorzugt weniger als 10 s.
  • Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung erörtert. Bevorzugte Ausführungsvarianten sind in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
    • Figur 1a und b
    die Problemstellen sowie einen aus dem Stand der Technik bekannten Lösungsvorschlag,
    Figur 2
    eine erste erfindungsgemäße Ausgestaltungsvariante mit Spreizstempel am Oberwerkzeug,
    Figur 3
    eine zweite Ausgestaltungsvariante mit relativbeweglichem Spreizstempel am Oberwerkzeug,
    Figur 4
    eine vierte erfindungsgemäße Ausgestaltungsvariante mit geteilter Matrize am Oberwerkzeug und in diese einfahrenden Stempel am Unterwerkzeug,
    Figur 5
    einen Querschnitt durch eine mit dem erfindungsgemäßen Umformwerkzeug hergestellte Kraftfahrzeugsäule mit hutförmigem Profil und
    Figur 6
    einen Querschnitt durch mit dem erfindungsgemäßen Warmumform- und Presshärtewerkzeug hergestellte Kraftfahrzeuge mit W-förmigen Profil.
  • In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
  • Figur 1a zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Umformwerkzeug 1 aufweisend ein Oberwerkzeug 2 und ein Unterwerkzeug 3, die unter Ausbildung eines Formhohlraumes 4 in Pressenhubrichtung 5 ineinander einfahren. Hierzu wird eine Blechplatine 6 in das geöffnete Formwerkzeug eingelegt, welche zu dem Blechumformbauteil 7 umgeformt wird. Die nach Abschluss der Formgebung verbleibenden Abschnitte des Bauteils, die in Pressenhubrichtung 5, mithin vertikal orientiert verlaufen, können dabei einen geringeren Anlagenkontakt bzw. eine geringere Flächenpressen bis sogar hin zu einem Luftspalt 8 aufweisen, weshalb hier eine geringere Abkühlrate bei Ausführen einer Presshärtung und/oder eine geringere Formgebungsgenauigkeit zu verzeichnen ist. Aus dem Stand der Technik ist bis dato gemäß Figur 1b eine Lösung bekannt, bei der ein bewegliches Zusatzsegment 9 durch Aufbringen einer externen zweiten Pressenkraft 10 quer zur Pressenhubrichtung 5 für einen Anlagenkontakt gesorgt wird.
  • Die erfindungsgemäße Lösung sieht hierzu gemäß Figur 2 ein Warmumform- und Presshärtewerkzeug 11 vor, bei dem an einem Oberwerkzeug 12 zwei Formsegmente 13.1, 13.2 relativ beweglich zu dem Oberwerkzeug 12 gelagert sind und an einem Unterwerkzeug 14 ein Formsegment 15 schubstarr gelagert ist. Bei Ausführen der Umformung in Pressenhubrichtung 5 wird somit das Oberwerkzeug 12 auf das Unterwerkzeug 14 abgesenkt und die Formsegmente 13.1, 13.2, 15 derart in Pressenhubrichtung 5 aufeinander zubewegt, dass diese bei Erreichen des unteren Totpunktes (rechte Bildebene von Figur 2) einen Formhohlraum 4 ausbilden. Dabei sind beide Formsegmente 13.1, 13.2 des Oberwerkzeuges 12 relativ beweglich in Pressenhubrichtung 5 gelagert, jedoch auch zusätzlich in einer Bewegungsrichtung 16 quer zur Pressenhubrichtung 5 gelagert. Hierzu fährt ein an dem Oberwerkzeug 12 festgelegter Spreizstempel 17 in einen Spreizhohlraum 18 auf der Rückseite der Formsegmente 13.1, 13.2 des Oberwerkzeuges 12 ein und sorgt aufgrund eines konischen bzw. abgeschrägten Verlaufes durch mechanischen Anlagenkontakt und dadurch bedingte Spreizung bzw. Verschiebung für ein Auseinanderspreizen bzw. Auseinanderbewegen der Formsegmente 13.1, 13.2 des Oberwerkzeuges 12 in der Bewegungsrichtung 16 quer zur Pressenhubrichtung 5. Damit die vollständige Pressenkraft 10 in Pressenhubrichtung 5 übertragen wird, sind Anschlagelemente 19 zwischen Oberwerkzeug 12 und Formsegment 13.1, 13.2 eingegliedert, die im unteren Totpunkt zu einem formschlüssigen Anlagenkontakt führen. Damit die Formsegmente 13.1, 13.2 wieder in den Ausgangszustand zurückgeführt werden, sind Rückstellmittel 20 vorgesehen, die hier dargestellt eine Relativbewegung in Pressenhubrichtung 5 ausführen und nicht dargestellte Rückstellmittel 20 die die Formsegmente 13.1, 13.2 aufeinander zu zusammenziehen, sobald der Spreizstempel 17 aus diesen herausbewegt wird.
  • Eine zweite Ausgestaltungsvariante ist in Figur 3 dargestellt, wobei auch hier zwei Formsegmente 13.1, 13.2 relativbeweglich in einer Bewegungsrichtung 16 quer zur Pressenhubrichtung 5 gelagert sind. Die Formsegmente 13.1, 13.2 sind jedoch schubstarr in Pressenhubrichtung 5 an dem Oberwerkzeug 12 festgelegt. In diesem Fall kann der Spreizstempel 17 eine Relativbewegung zum Oberwerkzeug 12 und insbesondere in Pressenhubrichtung 5 ausführen, so dass zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Schließbewegung oder bei Erreichen des unteren Totpunktes der Spreizstempel 17 relativ gegenüber dem Oberwerkzeug 12 durch einen Aktor 21, beispielsweise ein Hydraulikstempel, bewegbar ist. Der Spreizstempel 17 ruft dann wieder an seinen schrägen Kontaktflächen 22 mit dem Spreizhohlraum 18 der Formsegmente 13.1, 13.2 die Bewegung der Formsegmente 13.1, 13.2 in Bewegungsrichtung 16 quer zur Pressenhubrichtung 5 hervor, so dass auch in den vertikal orientierten Abschnitten zwischen Formsegment und umgeformter Blechplatine 6 ein hinreichender Anlagenkontakt und/oder eine hinreichende Flächenpressung erreicht wird.
  • Figur 4 zeigt eine alternative Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist an dem Oberwerkzeug 12 eine zweigeteilte Matrize 23.1, 23.2 ausgebildet, die in einem schubstarr mit dem Unterwerkzeug 14 verbundenen Stempel 24 einfährt. An dem Stempel 24 sind randseitig Keilschieber 25 angeordnet, die bei Einfahren der Matrize 23.1, 23.2 in Bewegungsrichtung 16 quer zur Pressenhubrichtung 5 nach außen bewegt werden. Die Keilschieber 25 sind außen von Anschlagelementen 19 begrenzt und mit diesen über ein Kraftmittel 26, insbesondere in Form einer Druckfeder und/oder eines Hydrauliksystems derart steuerbar, dass zum einen eine Rückstellkraft vorhanden ist, zum anderen auch bei nicht formschlüssigen Erreichen des Anschlagelementes 19 eine hinreichende Flächenpressung an den äußeren Anlageflächen erreicht wird. Die Matrizenteile 23.1, 23.2 können ebenfalls relativ in Bewegungsrichtung 16 aufeinander zu bewegt werden. Sie sind über eine Spreizfeder 27 aneinander gedrückt.
  • In den Figuren 2 bis 4 sind jeweils angedeutet, in Stempel 24, Matrize 23.1, 23.2 bzw. Formsegment 13.1, 13.2, 15 Temperierkanäle 28 zur Durchleitung eines Temperiermediums, insbesondere eines Kühlmediums. Diese können gleichmäßig verteilt sein, jedoch auch nur partiell angeordnet sein, so dass gezielt eine Temperierung des umgeformten Bauteils durchgeführt werden kann.
  • Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß hergestellte Kraftfahrzeugsäule aufweisend einen Steg 29 und sich von dem Steg 29 erstreckende Schenkel 30 und einen wiederum von den Schenkeln 30 abstehenden Flansch 31. Zwischen dem Steg 29 und den Schenkeln 30 ist ein Winkel α von bevorzugt 90° bis 100°, insbesondere 90° bis 95° und besonders bevorzugt von ca. 90° ausgebildet. Die Festigkeit des Steges 29 und/oder der Flansche 31 in Pressenhubrichtung 5 können dadurch, dass diese in Pressenhubrichtung hergestellt sind, bevorzugt einen vollflächigen Anlagenkontakt aufweisen und somit bei Durchführung der Presshärtung einen optimalen Wärmeübergang erzielen. Die Schenkel 30 sind dabei durch bevorzugt einen Anlagenkontakt mit einer Bewegungsrichtung 16 quer zur Pressenhubrichtung 5 hergestellt. Erfindungsgemäß ist es möglich, dass die Zugfestigkeit der Schenkel 30 aufgrund der Presshärtung mit dem erfindungsgemäßen Warmumform- und Presshärtewerkzeug 11 mindestens 90% der Zugfestigkeit des Steges 29 besitzt. Bevorzugt mehr als 95% der Zugfestigkeit. Insbesondere ist die Zugfestigkeit der Schenkel 30 größer gleich 98% der Zugfestigkeit des Steges 29.
  • Figur 6 zeigt eine zweite Ausgestaltungsvariante eines mit dem erfindungsgemäß hergestellten Blechumformbauteils 7, welches mit dem erfindungsgemäßen Warmumform- und Presshärtewerkzeug 11 hergestellt ist. Dies weist einen W-förmigen Querschnitt auf, weshalb der Steg 29 zweigeteilt ausgebildet ist und folglich vier Schenkel 30 ausgebildet sind. Insbesondere ist das Blechumformbauteil 7 gemäß Figur 6 auf einen Umformwerkzeug 1 gemäß Figur 4 hergestellt, wobei wiederum die oben genannten Verhältnisse der mit dem Presshärten eingestellten Zugfestigkeit von Steg 29 zu Schenkel 30 ausgebildet sind.
    • Bezugszeichen:
    • 1 - Umformwerkzeug
    • 2 - Oberwerkzeug
    • 3 - Unterwerkzeug
    • 4 - Formhohlraum
    • 5 - Pressenhubrichtung
    • 6 - Blechplatine
    • 7 - Blechumformbauteil
    • 8 - Luftspalt
    • 9 - Zusatzsegment
    • 10 - Pressenkraft quer zu 5
    • 11 - Warmumform- und Presshärtewerkzeug
    • 12 - Oberwerkzeug
    • 13.1 - Formsegment zu 12
    • 13.2- Formsegment zu 12
    • 14- Unterwerkzeug
    • 15- Formsegment zu 14
    • 16 - Bewegungsrichtung quer zu 5
    • 17- Spreizstempel
    • 18- Spreizhohlraum
    • 19- Anschlagelement
    • 20 - Rückstellmittel
    • 21 - Aktor
    • 22 - Kontaktfläche
    • 23.1 - 1. Teil der Matrize
    • 23.2 - 2. Teil der Matrize
    • 24 - Stempel
    • 25 - Keilschieber
    • 26 - Kraftmittel
    • 27 - Spreizfeder
    • 28 - Temperierkanäle
    • 29 - Steg
    • 29.1 - Teilsteg
    • 29.2 - Teilsteg
    • 30 - Schenkel
    • 31 - Flansch
    • α - Winkel

Claims (9)

  1. Warmumform- und Presshärtewerkzeug (11) zur Herstellung von Blechumformbauteilen (7) mit zumindest partiell hochfesten Eigenschaften, aufweisend ein Oberwerkzeug (12) mit mindestens einem Formsegment (13.1, 13.2) und ein Unterwerkzeug (14) mit mindestens einem Formsegment (15), wobei das Oberwerkzeug (2) und das Unterwerkzeug (3) unter Bildung eines Formhohlraumes (4) in einer Pressenhubrichtung (5) aufeinander zu bewegbar sind, wobei in mindestens einem Formsegment (13.1, 13.2, 15) Temperierkanäle (28) zur Durchleitung eines Kühlmediums vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Formsegment (13.1, 13.2) des Oberwerkzeuges (12) und/oder das Formsegment (15) des Unterwerkzeuges (14) mindestens zweigeteilt ist und mit einer an dem Oberwerkzeug (12) und/oder Unterwerkzeug (14) gekoppelten Spreizeinrichtung in mindestens einer Bewegungsrichtung (16) quer zur Pressenhubrichtung (5) bewegbar ist.
  2. Warmumform- und Presshärtewerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizeinrichtung ein Spreizstempel (17) ist, wobei der Spreizstempel (17) an dem Oberwerkzeug (12) und/oder dem Unterwerkzeug (14) lagefixiert ist oder der Spreizstempel (17) relativ beweglich an dem Oberwerkzeug (12) und/oder dem Unterwerkzeug (14) gelagert ist.
  3. Warmumform- und Presshärtewerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Formsegmente (13.1, 13.2) an dem Oberwerkzeug (12) und/oder die mindestens zwei Formsegmente an dem Unterwerkzeug (14) relativ zueinander verschiebbar in mindestens einer Bewegungsrichtung (16) quer zur Pressenhubrichtung (5) gelagert sind und einen Spreizhohlraum (18) bilden, wobei bei Einfahren des Spreizstempels (17) in den Spreizhohlraum (18) die Formsegmente (13.1, 13.2, 15) von dem Spreizstempel (17) nach außen bewegt werden.
  4. Warmumform- und Presshärtewerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formsegmente (13.1, 13.2) über Rückstellmittel (20) an dem Oberwerkzeug (12) und/oder dem Unterwerkzeug (14) gelagert sind und/oder dass die Formsegmente (13.1, 13.2, 15) über ein Rückstellmittel (20) untereinander gekoppelt sind, so dass bei Öffnen des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges (11) eine Rückführung der Formsegmente (13.1, 13.2, 15) in eine Ausgangslage erfolgt.
  5. Warmumform- und Presshärtewerkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spreizstempel (17) über einen Aktor (21) relativ zu dem Oberwerkzeug (12) und/oder Unterwerkzeug (14) verfahrbar ist.
  6. Warmumform- und Presshärtewerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Temperierkanäle (28) zur Durchleitung des Kühlmediums über elastische und/oder verschiebbare Anschlüsse mit dem Oberwerkzeug (12) und/oder dem Unterwerkzeug (14) gekoppelt sind und/oder dass in einem Formsegment (13.1, 13.2, 15) ein Heizsegment vorgesehen ist.
  7. Warmumform- und Presshärtewerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Formsegmente (13.1, 13.2) des Oberwerkzeuges (12) als zweigeteilte Matrize (23.1, 23.2) ausgebildet sind, welche über ein Rückstellmittel (20) und/oder eine Spreizfeder (27) quer zur Pressenhubrichtung (5) gekoppelt sind und dass das Formsegment (15) des Unterwerkzeuges (14) als in die Matrize (23.1, 23.2) einfahrender Stempel (24) ausgebildet ist, wobei seitlich an dem Stempel (24) Keilschieber (25) angeordnet sind und die Keilschieber (25) bei Ausführen des Pressenhubes durch die Matrize (23.1, 23.2) quer zur Pressenhubrichtung (5) nach außen verlagerbar sind.
  8. Warmumform- und Presshärtewerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlagmittel und/oder Distanzmittel vorgesehen sind und/oder dass die Formsegmente (13.1, 13.2, 15) in Pressenhubrichtung (5) relativbeweglich zu dem Oberwerkzeug (12) und/oder zu dem Unterwerkzeug (14) gelagert sind.
  9. Verfahren zum Betreiben eines Warmumform- und Presshärtewerkzeug nach mindestens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Schließbewegung und/oder im unteren Totpunkt des Warmumformwerkzeuges das mindestens eine Formsegment (13.1, 13.2, 15) quer zur Pressenhubrichtung (5) bewegt wird, so dass in dem Formhohlraum (4) ein in plus/minus 20°, bevorzugt plus/minus 10° zur Pressenhubrichtung (5) orientiert verlaufender Abschnitt des Formhohlraumes (4) einen Anlagenkontakt mit einer umgeformten Blechplatine (6) aufweist, der mindestens 80%, bevorzugt 90% und insbesondere 95% der Flächenpressung der im Wesentlichen horizontal orientierten Abschnitte des Formhohlraumes (4) entspricht.
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