EP3160667A1 - Verfahren und umformwerkzeug zum warmumformen sowie entsprechendes werkstück - Google Patents

Verfahren und umformwerkzeug zum warmumformen sowie entsprechendes werkstück

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EP3160667A1
EP3160667A1 EP15729852.2A EP15729852A EP3160667A1 EP 3160667 A1 EP3160667 A1 EP 3160667A1 EP 15729852 A EP15729852 A EP 15729852A EP 3160667 A1 EP3160667 A1 EP 3160667A1
Authority
EP
European Patent Office
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tool
tool component
workpiece
forming
die
Prior art date
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Granted
Application number
EP15729852.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3160667B1 (de
Inventor
David Pieronek
Markus ZÖRNACK
Stéphane GRAFF
Sascha Sikora
Christian Müller
Arndt MARX
Jürgen Petry
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3160667A1 publication Critical patent/EP3160667A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3160667B1 publication Critical patent/EP3160667B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/022—Stamping using rigid devices or tools by heating the blank or stamping associated with heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling

Definitions

  • the present invention relates to a method for hot forming and in particular partial press hardening of a workpiece, in particular a board, made of sheet steel, in which the workpiece is heated before forming, in which then the heated workpiece in a forming tool, the two tool components in the form of a die and a stamp, is thermoformed by contact with both tool components hot, and in which then the formed workpiece is at least partially directly exposed to a surrounding the forming tool gas and thereby cooled.
  • the invention relates to a forming tool for hot forming and in particular partial press hardening of a workpiece, in particular a board made of sheet steel, in particular for carrying out the method defined above, with two
  • Tool components in the form of a die and a punch, between which the workpiece can be arranged and which are movable relative to each other.
  • the invention relates to a workpiece, in particular a wheel rim for a vehicle rim, which / is produced by the method according to the invention.
  • a vehicle wheel is a safety component and must therefore be high mechanical
  • Steel wheels consist of a wheel disc, which ensures the connection to the wheel hub, and a rim tape for tire receiving, which is circumferentially connected to the wheel rim.
  • the wheeled dishes are nowadays manufactured on step presses with up to eleven steps. Almost exclusively microalloyed and dual-phase steels with a strength of 400 to 600 MPa are used.
  • the weight plays an essential role, which affects the material costs, unsprung masses, rotationally moving masses and fuel consumption.
  • the foregoing also applies to a large number of other components, in particular cyclically stressed components, preferably in the chassis area.
  • the present invention therefore relates to the manufacture of any components.
  • the production of a wheel dish is therefore only mentioned as an example in the following.
  • Hot forming can meet the requirement for high formability and high strength of the resulting components.
  • Forming processes which involve involving a prior heat treatment of the workpiece, for example in a separate oven, are well known in the art.
  • the hot forming and press hardening is known here.
  • the wheel is designed to load and therefore in the areas (zones) specific properties or in the component
  • Ultrahigh-strength steels for producing press-hardened components take place, for example, in that the workpiece is brought to a temperature above the austenitizing temperature and the immediately subsequent forming is carried out in a forming tool which is equipped in at least one area with a heater for locally setting a softer microstructure.
  • Partial press-hardening is based on the principle that the workpiece previously heated to a temperature above the austenitizing temperature is strongly cooled in the forming tool with the exception of one or more individual regions, in particular using a cooling device in the form of cooling channels in the die and the punch of the forming tool. Due to the rapid cooling, the microstructure at these points is completely converted into martensite and thus fully press-hardened. In the other areas of the workpiece is by the heater a much slower
  • Cooling of the structure allows, whereby the structure in these areas is not completely converted into martensite, that is not completely press-hardened.
  • a corresponding method for hot forming and a corresponding forming tool is known for example from DE 10 2006 019 395 A1.
  • Forming tool for partial press hardening of a workpiece known, which is based on the principle after compression of the punch and die directly a moving punch member and an opposite die part to move apart again, so for the cooling process, a corresponding portion of the formed workpiece not with the tool components (die , Stamp) is in contact, but the ambient air is exposed.
  • the formed workpiece is slowly cooled on both sides slowly over the air, whereas the adjacent portions, which are still in contact with the tool components in the compressed state, are rapidly cooled by means of cooling means in the form of cooling channels in the die and die ,
  • the rapid cooling also leads here to a complete transformation of the microstructure into martensite.
  • the slowly cooled areas of the workpiece are not fully converted into martensite.
  • the object is achieved in a method for hot forming and partial press hardening of a workpiece, in particular a blank, of sheet steel, in which the workpiece is heated prior to forming (until the autenitic state is reached), in which then the heated workpiece in a forming tool, the having two tool components in the form of a die and a punch, by contact with both
  • Tool components is hot formed, and in which then the formed workpiece at least partially a surrounding the forming tool gas, in particular air, preferably ambient air, is directly exposed and thereby cooled, thereby achieved that after forming at least one
  • a surrounding the forming tool gas in particular air, preferably ambient air
  • Tool component facing side of the formed workpiece is moved away, while facing away from this tool component side of the deformed
  • At least one tool component part means that, on the one hand, one or more tool component parts of the one tool component, for example the punch, are moved away from the formed workpiece while the other one or the other Parts (tool component parts) of this tool component are not moved away, so stay in contact with the formed workpiece.
  • the entire tool component for example the entire punch
  • the respective other tool component for example, the die
  • the respective other tool component for example, the die
  • Hot forming and partial (but not complete) press-hardening takes place, whereby zone-specific microstructural properties are created in the workpiece, which result in high fatigue strength and low weight.
  • at least one unilateral tool cooling takes place in the entire workpiece, wherein in sections a double-sided tool cooling is also conceivable. In the case of a one-sided tool cooling only, there is no global, ie over the entire workpiece
  • Tool components remains and is cooled by means of the cooling device and at the same time at least a second portion of the formed workpiece to the
  • Umformwerkmaschinetician surrounding gas is exposed directly and thereby slower than the at least one first section is cooled. Slower means that the
  • Tool component defined tool component is the die in this case.
  • the reverse case namely that the die is formed in several parts and has a movable tool component part, whereas then the stamp remains after forming for cooling on the corresponding side with the workpiece in contact.
  • the tool components are both not formed in several parts, that is not have as defined previously movable tool components, in particular conceivable that the tool component, which is completely moved away from the tool component side facing the formed workpiece, the punch is and the other tool component is the die.
  • the reverse case is also conceivable here, namely that the die is the tool component part which is moved away from the workpiece after forming, while the punch is the tool component part which remains on the workpiece.
  • the deformed workpiece or the at least one second section on the side which is remote from the tool component with the movable tool component part, that is in contact with the respective other tool component is not cooled by means of the cooling device.
  • the at least one first section is cooled on both sides by means of the cooling device, that is to say both on the side which the Tool component facing the movable tool component part, as well as on the side facing away from this tool component.
  • a liquid coolant for example oil, water, ice water, saline solution
  • a liquid coolant for example oil, water, ice water, saline solution
  • the tool component which remains in contact with the at least one second section of the workpiece after forming, should also have a cooling function in the tool component section adjacent to the second section.
  • this is
  • These sheet thicknesses are in the chassis area such as in the manufacture of a wheel for a
  • Vehicle rim used The relatively large strengths are particularly advantageous because the heat introduced, for example, in a the forming tool
  • heat introduced in front of the oven can be stored for a particularly long time in thick metal sheets, so that a one-sided tool contact for heat dissipation and the
  • Tempering hardening
  • the workpiece made of sheet steel may have a uniform thickness and be monolithic. Are also conceivable
  • the workpiece is formed into a wheel rim for a vehicle rim, wherein the wheel flange of the wheel is cooled by the direct contact with the gas surrounding the forming (relatively slow), while the entire remaining part of the wheel by means of the
  • the gas surrounding the forming tool has a temperature in a range of 20 to 30 ° C, in particular a temperature in a range of 22 to 26 ° C, and in particular is air.
  • a temperature in a range of 20 to 30 ° C in particular a temperature in a range of 22 to 26 ° C
  • air in particular is air.
  • the workpiece is heated to a temperature in a range of 750 ° C to 1000 ° C before forming and / or after the
  • Forming is cooled in the first section with a cooling rate in a range of 25 to 35 K / s.
  • the tool component which has a tool component part that is movable relative to the rest of the tool component, in particular the stamp, wherein the respective other tool component is then the die.
  • the die has a relative to the rest of the die moving part.
  • Tool component runs with the movable tool component part.
  • the direction of movement is in particular the direction in which the punch is moved towards the die (pressing direction).
  • the center axis of the movable tool component part extends in this direction.
  • Tool component part is particularly suitable for producing in the production of the above-mentioned wheel by cooling zone-specific microstructural properties, namely an incomplete transformation into martensite, especially in the region of the wheel flange (the holes for the wheel bolts).
  • the forming tool further comprises a cooling device, in particular a cooling device formed by cooling channels in the die and / or in the stamp, wherein the movable
  • Tool component part is not connected to the cooling device and in particular is free of cooling channels.
  • Wheel rim for a vehicle rim made by the previously defined method.
  • Steel materials with high material strength with a tensile strength of, for example, more than 800 MPa or high matensite content can fail just under cyclic load at high stress peaks, which occur for example at holes, notches or machined edges early, so that the high material strength is not on the
  • the workpiece or the wheel disc according to the invention produced by the method according to the invention or the device according to the invention is not completely press-hardened in the heavily loaded areas, such as the wheel flange, which rests on the wheel hub on the vehicle side.
  • the complete wheel disc can not be completely press-hardened and thus the structure of the entire component is not completely homogeneous in martensite
  • Fig. 1 a shows a forming tool 2 with a first in the open state
  • the die 3 is fixed here and the punch 4 can be moved for the purpose of forming the workpiece 1 in its entirety on the die 3 until the punch 4th the corresponding shape or depression in the die 3 fills.
  • the latter state is shown in Fig. 1 b), whereby up to a
  • austenitic state heated workpiece 1 receives the shape of the wheel dish. This state is also referred to as a compressed state of the tool components 3 and 4.
  • the punch 4 is formed substantially in three parts, namely with an outer circumferential tool component part 4.2, arranged therein, also circumferential tool component part 4.1, which is annular, and in turn arranged therein another Tool component part 4.3.
  • the annular tool component part 4.1 also referred to as a stamp part, is movably mounted relative to the other tool component parts 4.2 and 4.3, ie relative to the rest of the stamp, and can be moved independently of the rest of the stamp against the direction of movement or pressing direction X, as shown in Fig. 1 c). is shown.
  • the annular tool component part 4.1 is moved away from the surface 1 a of the workpiece 1 facing the punch 4, ambient air penetrates the surface 1 a of the workpiece 1, but only in the annular portion 1 .3, which forms the later wheel flange or area with the holes for the wheel bolts.
  • the stamp parts 4.2 and 4.3 are initially not moved away from the compressed state, but these tool component parts remain with the top 1 a of the workpiece 1 in contact. Also, the entire die 3 remains at this time in contact with the complete workpiece 1, namely with its underside 1 b.
  • the workpiece previously shaped in the heated state according to FIGS. 1 a) and 1 b) is then cooled as follows, as shown in FIG. 1 c).
  • the section 1 .3 of the workpiece 1 is no longer in contact with the punch 4 on the upper side, since the punch parts 4.1 have been retracted immediately after forming. In this section 1 .3 takes place a relatively slow cooling of the workpiece 1 by a heat transfer to the
  • the remaining areas 1 .1 and 1.2 of the formed workpiece 1 are both the top 1 a and the bottom 1 b out with the die 3 and the punch 4 in contact, so that no ambient air, at least not to a significant extent, to the sections 1.1 and 1 .2 arrives.
  • the cooling takes place via a heat transfer to the die 3 and the corresponding stamp parts 4.2 and 4.3, which are still interspersed for an increased heat transfer of cooling channels 5, which form a cooling device 5.
  • Cooling channels 5 are flushed, for example, with oil or ice water, whereby the
  • Cool sections 1.1 and 1 .2 of the workpiece 1 relatively quickly.
  • the rapid cooling of the sections 1 .1 and 1 .2 of the workpiece 1 leads to a complete transformation of the microstructure into martensite.
  • the cooling of the annular region 1 .3 of the workpiece 1 via the ambient air is so slow that complete conversion of the microstructure into martensite can not take place here. This area is thus not completely press-hardened.
  • the tool component 4.1 is shown here as an example as part of the punch 4.
  • the die 3 it is also conceivable alternatively to form the die 3 with a movable part, in which case, however, the die 4 would abut against the workpiece 1 during cooling over the entire surface 1a.
  • the workpiece 1 is thus exposed during cooling always only one side of the ambient air or another heat-dissipating gas.
  • the movable tool component part 4.1 is designed here by way of example only around the central axis M annular.
  • other forms of moving tool component sections 4.1 may be conceivable.
  • a single movable tool component section is shown here.
  • two stamp parts 4.2 and 4.3 are also conceivable that no part of the punch 4 at all (or exactly one tool component part or more than two tool component parts) remains in contact with the deformed workpiece 1 for cooling.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmumformen eines Werkstücks (1), insbesondere einer Platine, aus Stahlblech, bei welchem das Werkstück (1) vor dem Umformen erhitzt wird, bei welchem dann das erhitzte Werkstück (1) in einem Umformwerkzeug (2), das zwei Werkzeugkomponenten (3, 4) in Form einer Matrize (3) und eines Stempels (4) aufweist, durch Kontakt mit beiden Werkzeugkomponenten (3, 4) warm umgeformt wird, und bei welchem dann das umgeformte Werkstück (1) zumindest abschnittsweise einem das Umformwerkzeug (2) umgebenden Gas direkt ausgesetzt wird und dadurch abgekühlt wird. Zum Erreichen einer möglichst hohen Dauerfestigkeit bei geringem Gewicht sowie reduzierten Fertigungsaufwand schlägt die Erfindung vor, dass nach dem Umformen zumindest ein Werkzeugkomponententeil (4.1) der einen Werkzeugkomponente (4) von der dieser Werkzeugkomponente (4) zugewandten Seite (1a) des umgeformten Werkstücks (1) wegbewegt wird, während die von dieser Werkzeugkomponente (4) abgewandte Seite (1b) des umgeformten Werkstücks (1) weiterhin vollständig in Kontakt mit der jeweils anderen Werkzeugkomponente (3) bleibt. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Umformwerkzeug (2) und ein entsprechendes Werkstück (1).

Description

Verfahren und Umformwerkzeug zum Warmumformen sowie entsprechendes
Werkstück
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmumformen und insbesondere partiellen Presshärten eines Werkstücks, insbesondere einer Platine, aus Stahlblech, bei welchem das Werkstück vor dem Umformen erhitzt wird, bei welchem dann das erhitzte Werkstück in einem Umformwerkzeug, das zwei Werkzeugkomponenten in Form einer Matrize und eines Stempels aufweist, durch Kontakt mit beiden Werkzeugkomponenten warm umgeformt wird, und bei welchem dann das umgeformte Werkstück zumindest abschnittsweise einem das Umformwerkzeug umgebenden Gas direkt ausgesetzt wird und dadurch abgekühlt wird.
Ferner betrifft die Erfindung ein Umformwerkzeug zum Warmumformen und insbesondere partiellen Presshärten eines Werkstücks, insbesondere einer Platine, aus Stahlblech, insbesondere zur Durchführung des zuvor definierten Verfahrens, mit zwei
Werkzeugkomponenten in Form einer Matrize und eines Stempels, zwischen denen das Werkstück anordenbar ist und die relativ zueinander bewegbar sind.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Werkstück, insbesondere eine Radschüssel für eine Fahrzeugfelge, das/die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt ist.
Ein Fahrzeugrad ist ein Sicherheitsbauteil und muss daher hohe mechanische
Wechselbeanspruchungen im Betrieb dauerfest aufnehmen können. Konventionelle
Stahlräder bestehen aus einer Radschüssel, die die Verbindung zur Radnabe sicherstellt, und einem Felgenband zur Reifenaufnahme, der innenseitig umlaufend mit der Radschüssel verbunden ist. Die Radschüsseln werden heutzutage auf Stufenpressen mit bis zu elf Stufen gefertigt. Dabei kommen fast ausschließlich mikrolegierte und Dualphasen-Stähle mit einer Festigkeit von 400 bis 600 MPa zum Einsatz. Neben der Dauerfestigkeit der Stahlräder spielt das Gewicht eine wesentliche Rolle, welches sich auf die Materialkosten, ungefederte Massen, rotatorisch bewegte Massen und den Kraftstoffverbrauch auswirkt. Das zuvor gesagte trifft selbstverständlich auch auf eine Vielzahl weiterer Bauteile zu, insbesondere zyklisch beanspruchter Bauteile, vorzugsweise im Chassis-Bereich. Die vorliegende Erfindung betrifft daher die Herstellung jeglicher Bauteile. Die Herstellung einer Radschüssel wird im Folgenden daher nur beispielhaft genannt.
Um heutzutage weitere Gewichtsvorteile bei der Radschüssel zu erreichen, muss Material mit höherer Streckgrenze und Schwingfestigkeit zur Sicherstellung einer ausreichenden Dauerfestigkeit der Räder eingesetzt werden und zum anderen durch
Geometrieanpassungen, zum Beispiel stärkere Verprägungen, der Steifigkeitsverlust bei geringerer Blechdicke kompensiert werden. Mit ansteigender Festigkeit der Stahlwerkstoffe (Kohlenstoffstahl) nimmt aber in der Regel die Umformbarkeit ab, welche schon bei heutigen Radschüsseln annähernd ausgereizt ist. Daher scheint das weitere Leichtbaupotential kaltgeformter Lösungen begrenzt zu sein. Neben dem sogenannten Kaltumformen wird unter anderem auch das sogenannte
Warmumformen im Fahrzeug-/Karosseriebau angewandt. Durch den Einsatz der
Warmumformung kann die Anforderung nach einer hohen Umformbarkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeit der resultierenden Bauteile erfüllt werden. Umformverfahren, die unter Einbeziehung einer vorangehenden Wärmebehandlung des Werkstücks, beispielsweise in einem separaten Ofen, vonstatten gehen, sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Insbesondere ist hier das Warmumformen und Presshärten bekannt.
Bei dem eingangs erwähnten Beispiel der Herstellung einer Radschüssel, aber wie gesagt auch bei vielen anderen, insbesondere zyklisch beanspruchten Bauteilen, ist eine vollständige Presshärtung nicht zielführend, da in einigen Bereichen des Werkstücks zusätzlich zur hohen Festigkeit auch eine ausreichende Zähigkeit im Material notwendig ist, also die Eigenschaft eines Werkstoffs, sich unter Belastung plastisch zu verformen, bevor er versagt, um die örtlich hohen Spannungen zum Beispiel durch Vorspannung der Radbolzen oder Anlage an der Radnabe betriebsfest übertragen zu können. Es ist daher
wünschenswert, wenn die Radschüssel belastungsgerecht ausgelegt ist und daher in den betreffenden Bereichen (Zonen) spezifische Eigenschaften bzw. im Bauteil ein
unterschiedliches Gefüge besitzt. Um dies zu erreichen, gibt es im Stand der Technik Verfahren zum sogenannten partiellen Presshärten, bei dem beim Härten nicht das gesamte Gefüge in Martensit umgewandelt wird. Bekannte Verfahren werden im Folgenden kurz beschrieben.
Das Warmumformen von Platinen (plattenförmigen Werkstücken) aus höher- und
höchstfesten Stählen zur Herstellung pressgehärteter Bauteile erfolgt beispielsweise dadurch, dass das Werkstück auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur gebracht wird und das unmittelbar anschließende Umformen in einem Umformwerkzeug durchgeführt wird, das in mindestens einem Bereich mit einer Heizeinrichtung zur lokalen Einstellung eines weicheren Gefüges ausgestattet ist.
Das lokale Einstellen eines weicheren Gefüges wird partielles Presshärten genannt. Dem partiellen Presshärten liegt das Prinzip zugrunde, dass das zuvor auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erhitzte Werkstück im Umformwerkzeug mit Ausnahme eines oder mehrerer einzelner Bereiche stark abgekühlt wird, insbesondere unter Verwendung einer Kühleinrichtung in Form von Kühlkanälen in der Matrize und dem Stempel des Umformwerkzeugs. Durch das schnelle Abkühlen wird das Gefüge an diesen Stellen vollständig in Martensit umgewandelt und dadurch vollständig pressgehärtet. In den übrigen Bereichen des Werkstücks wird durch die Heizeinrichtung ein deutlich langsameres
Abkühlen des Gefüges ermöglicht, wodurch das Gefüge in diesen Bereichen nicht vollständig in Martensit umgewandelt wird, also nicht vollständig pressgehärtet wird. Ein entsprechendes Verfahren zum Warmumformen und ein entsprechendes Umformwerkzeug ist beispielsweise aus der DE 10 2006 019 395 A1 bekannt.
Nachteilig ist allerdings bei dem vorangehend beschriebenen Stand der Technik, dass mindestens eine Heizeinrichtung vorgesehen werden muss, welche Betriebskosten verursacht und durch die permanente Wärmebeaufschlagung die Standzeit der
Werkzeugkomponenten (Stempel und Matrize) negativ beeinflussen kann.
Aus der DE 10 2010 027 554 A1 ist ferner ein Verfahren und ein entsprechendes
Umformwerkzeug zum partiellen Presshärten eines Werkstücks bekannt, dem das Prinzip zugrunde liegt, nach dem Zusammendrücken von Stempel und Matrize unmittelbar einen beweglichen Stempelteil und einen gegenüberliegenden Matrizenteil wieder auseinander zu bewegen, damit für den Abkühlvorgang ein entsprechender Bereich des umgeformten Werkstücks nicht mit den Werkzeugkomponenten (Matrize, Stempel) in Kontakt ist, sondern der Umgebungsluft ausgesetzt ist. Auf diese Weise wird an dieser Stelle das umgeformte Werkstück beidseitig langsam über die Luft abgekühlt, wohingegen die benachbarten Abschnitte, die weiterhin mit den sich im zusammengedrückten Zustand befindenden Werkzeugkomponenten in Kontakt sind, über eine Kühleinrichtung in Form von Kühlkanälen in Matrize und Stempel schnell abgekühlt werden. Die schnelle Abkühlung führt auch hier zu einer vollständigen Umwandlung des Gefüges in Martensit. Die langsam abgekühlten Bereiche des Werkstücks werden auch hier nicht vollständig in Martensit umgewandelt.
Ein Nachteil dieses Standes der Technik ist allerdings, dass das Umformwerkzeug relativ komplex aufgebaut ist, da dieses aus vielen beweglichen Teilen besteht, die zusätzlich auch Kühlkanäle aufweisen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie ein Umformwerkzeug zum Warmumformen eines Werkstücks anzugeben, mit welchem eine hohe Dauerfestigkeit bei geringem Gewicht sowie ein reduzierter Fertigungsaufwand erreicht wird.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Warmumformen und partiellen Presshärten eines Werkstücks, insbesondere einer Platine, aus Stahlblech, bei welchem das Werkstück vor dem Umformen erhitzt wird (bis der autenitische Zustand erreicht wird), bei welchem dann das erhitzte Werkstück in einem Umformwerkzeug, das zwei Werkzeugkomponenten in Form einer Matrize und eines Stempels aufweist, durch Kontakt mit beiden
Werkzeugkomponenten warm umgeformt wird, und bei welchem dann das umgeformte Werkstück zumindest abschnittsweise einem das Umformwerkzeug umgebenden Gas, insbesondere Luft, vorzugsweise Umgebungsluft, direkt ausgesetzt wird und dadurch abgekühlt wird, dadurch gelöst, dass nach dem Umformen zumindest ein
Werkzeugkomponententeil der einen Werkzeugkomponente von der dieser
Werkzeugkomponente zugewandten Seite des umgeformten Werkstücks wegbewegt wird, während die von dieser Werkzeugkomponente abgewandte Seite des umgeformten
Werkstücks weiterhin vollständig in Kontakt mit der jeweils anderen Werkzeugkomponente bleibt.
„Zumindest ein Werkzeugkomponententeil" bedeutet, dass zum einen ein oder mehrere Werkzeugkomponententeile der einen Werkzeugkomponente, beispielsweise des Stempels, von dem umgeformten Werkstück wegbewegt wird/werden, während der oder die übrigen Teile (Werkzeugkomponententeile) dieser Werkzeugkomponente nicht wegbewegt werden, also in Kontakt mit dem umgeformten Werkstück bleiben. Zum anderen ist aber auch der Fall umfasst, dass die gesamte Werkzeugkomponente, beispielsweise der gesamte Stempel, von dem umgeformten Werkstück wegbewegt wird. In beiden Fällen bleibt aber die jeweils andere Werkzeugkomponente, beispielsweise die Matrize, in Kontakt mit dem umgeformten Werkstück, und zwar in vollständigem Kontakt, das heißt das gesamte Werkstück ist zum Abkühlen auf einer Seite vollständig mit der jeweils anderen Werkzeugkomponente, beispielsweise der Matrize, in Kontakt. Auf die erfindungsgemäße Weise kann mit einem reduzierten Fertigungsaufwand ein
Warmumformen und teilweises (aber nicht vollständiges) Presshärten erfolgen, wodurch bei dem Werkstück zonenspezifische Gefüge-Eigenschaften geschaffen werden, welche eine hohe Dauerfestigkeit bei geringem Gewicht bewirken. Erfindungsgemäß erfolgt bei dem gesamten Werkstück zumindest eine einseitige Werkzeugabkühlung, wobei in Abschnitten auch eine beidseitige Werkzeugabkühlung denkbar ist. Bei einer ausschließlich einseitigen Werkzeugabkühlung erfolgt global, das heißt über das gesamte Werkstück, keine
vollständige Presshärtung bzw. vollständige Martensit-Bildung. Bei einer nur abschnittsweise einseitigen Werkzeugabkühlung erfolgt lokal in diesem Abschnitt bzw. in diesem Bereich keine vollständige Presshärtung bzw. vollständige Martensit-Bildung.
Um mit einfachen Mitteln ein abschnittsweises (partielles) Presshärten des Werkstücks zu ermöglichen, schlägt die Erfindung in einer Ausgestaltung vor, dass das Umformwerkzeug eine Kühleinrichtung aufweist und beim Abkühlen des umgeformten Werkstücks mindestens ein erster Abschnitt des umgeformten Werkstücks in Kontakt mit beiden
Werkzeugkomponenten verbleibt und mittels der Kühleinrichtung abgekühlt wird und gleichzeitig mindestens ein zweiter Abschnitt des umgeformten Werkstücks dem das
Umformwerkzeug umgebenden Gas direkt ausgesetzt wird und dadurch langsamer als der mindestens eine erste Abschnitt abgekühlt wird. Langsamer bedeutet, dass der
Wärmeübergang zwischen dem umgeformten Werkstück und dem umgebenden Gas, beispielsweise der Umgebungsluft, geringer als der Wärmeübergang bei Kontakt mit der oder den gekühlten Werkzeugkomponenten ist. Insbesondere ist für die abschnittsweise unterschiedliche Abkühlung vorgesehen, dass der bewegliche Werkzeugkomponententeil der einen Werkzeugkomponente von der dieser Werkzeugkomponente zugewandten Seite des mindestens einen zweiten Abschnitts des umgeformten Werkstücks wegbewegt wird, während die von dieser Werkzeugkomponente abgewandte Seite des mindestens einen zweiten Abschnitts des umgeformten Werkstücks weiterhin in Kontakt mit der jeweils anderen Werkzeugkomponente bleibt. Vorzugsweise handelt es sich bei der Werkzeugkomponente mit dem beweglichen
Werkzeugkomponententeil, also mit dem gegenüber der übrigen Werkzeugkomponente verlagerbaren Werkzeugkomponententeil, um den Stempel. Die als jeweils andere
Werkzeugkomponente definierte Werkzeugkomponente ist in diesem Fall die Matrize. Es ist aber auch grundsätzlich der umgekehrte Fall denkbar, nämlich dass die Matrize mehrteilig ausgebildet ist und einen beweglichen Werkzeugkomponententeil aufweist, wohingegen dann der Stempel nach dem Umformen zum Abkühlen an der entsprechenden Seite mit dem Werkstück in Kontakt bleibt. Ebenfalls ist auch in dem Fall, dass die Werkzeugkomponenten beide nicht mehrteilig ausgebildet sind, das heißt keine wie zuvor definierten beweglichen Werkzeugkomponenten aufweisen, insbesondere denkbar, dass die Werkzeugkomponente, die vollständig von der dieser Werkzeugkomponente zugewandten Seite des umgeformten Werkstücks wegbewegt wird, der Stempel ist und die andere Werkzeugkomponente die Matrize ist. Selbstverständlich ist auch hier der umgekehrte Fall denkbar, dass nämlich die Matrize der Werkzeugkomponententeil ist, der nach dem Umformen vom Werkstück wegbewegt wird, während der Stempel der Werkzeugkomponententeil ist, der am Werkstück verbleibt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das umgeformte Werkstück oder der mindestens eine zweite Abschnitt auf der Seite, die von der Werkzeugkomponente mit dem beweglichen Werkzeugkomponententeil abgewandt ist, also mit der jeweils anderen Werkzeugkomponente weiter in Kontakt ist, nicht mittels der Kühleinrichtung abgekühlt wird.
In dem Fall, dass mindestens ein zweiter Abschnitt auf einer Seite nach dem Umformen durch das umgebende Gas abgekühlt wird, ist es grundsätzlich auch denkbar, die andere Seite des zweiten Abschnitts, die nicht dem umgebenden Gas ausgesetzt ist, da sie mit dem entsprechenden Werkzeugkomponententeil, beispielsweise der Matrize, weiterhin in Kontakt ist, gleichwohl mittels der Kühleinrichtung (Werkzeugabkühlung) zu kühlen.
Gemäß noch einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der mindestens eine erste Abschnitt beidseitig mittels der Kühleinrichtung abgekühlt wird, das heißt sowohl auf der Seite, die der Werkzeugkomponente mit dem beweglichen Werkzeugkomponententeil zugewandt ist, als auch auf der Seite, die von dieser Werkzeugkomponente abgewandt ist.
Gemäß noch einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zum Abkühlen des mindestens einen ersten Abschnitts ein flüssiges Kühlmittel (zum Beispiel Öl, Wasser, Eiswasser, Salzlösung) durch Kühlkanäle in der Matrize und/oder dem Stempel geleitet wird, die die Kühleinrichtung bilden. Entsprechendes gilt optional auch für den Fall, dass die Werkzeugkomponente, die nach dem Umformen mit dem mindestens einen zweiten Abschnitt des Werkstücks in Kontakt bleibt, eine Kühlfunktion auch in dem zu dem zweiten Abschnitt benachbarten Werkzeugkomponentenabschnitt haben soll. Vorzugsweise ist dieser
Werkzeugkomponentenabschnitt, der benachbart zum zweiten Abschnitt des Werkstücks ist, aber frei von Kühlkanälen.
Gemäß wieder einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Werkstück vor dem Umformen ein Stahlblech einer Stärke von mindestens 1 ,5 mm, insbesondere von mindestens 2,0 mm und bevorzugt von mindestens 2,5 mm, ist. Diese Blechstärken werden im Chassis-Bereich wie beispielsweise bei der Fertigung einer Radschüssel für eine
Fahrzeugfelge verwendet. Die relativ großen Stärken sind insbesondere deshalb von Vorteil, da die eingebrachte Wärme, beispielsweise die in einem dem Umformwerkzeug
vorgeschalteten Ofen eingebrachte Wärme, bei dicken Blechen besonders lange gespeichert werden kann, so dass ein einseitiger Werkzeugkontakt für die Wärmeabfuhr und das
Tempering (Härten) eingesetzt werden kann. Das Werkstück aus Stahlblech kann eine einheitliche Dicke aufweisen und monolithisch ausgebildet sein. Denkbar sind auch
Werkstücke aus Tailored-Products (maßgeschneiderten Stahlblech-Halbzeugen), wie Tailored Blanks, Tailored Strips, Tailored Rolled Blanks, aus Stahl-Sandwichwerkstoffen oder deren Kombinationen.
Gemäß noch einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Werkstück zu einer Radschüssel für eine Fahrzeugfelge umgeformt wird, wobei der Radflansch der Radschüssel durch den direkten Kontakt mit dem das Umformwerkzeug umgebenden Gas (relativ langsam) abgekühlt wird, während der gesamte übrige Teil der Radschüssel mittels der
Kühleinrichtung (relativ schnell) abgekühlt wird. Mit dem Radflansch ist der Bereich der Radschüssel gemeint, welcher umlaufend mit den Bohrlöchern für die Radbolzen versehen ist. Wie bereits zuvor erwähnt, wird die Herstellung der Radschüssel hier nur beispielhaft erwähnt. Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren aber auch auf die Herstellung anderer Bauteile anwendbar.
Gemäß noch einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das das Umformwerkzeug umgebende Gas eine Temperatur in einem Bereich von 20 bis 30°C, insbesondere eine Temperatur in einem Bereich von 22 bis 26°C, hat und insbesondere Luft ist. Grundsätzlich ist es auch denkbar, das umgeformte Werkstück einem Gas mit einer höheren Temperatur auszusetzen, solange garantiert ist, dass die Abschnitte (Zonen) des Werkstücks, die mit dem Gas in Kontakt kommen, so langsam abkühlen, dass das Gefüge nicht vollständig in Martensit umgewandelt wird. Auch niedrigere Temperaturen des Gases sind denkbar. Des Weiteren kann auch vorgesehen sein, dass das Werkstück vor dem Umformen auf eine Temperatur in einem Bereich von 750°C bis 1000°C erhitzt wird und/oder nach dem
Umformen im ersten Abschnitt mit einer Kühlrate in einem Bereich von 25 bis 35 K/s abgekühlt wird.
Die Aufgabe wird ferner gemäß einer weiteren Lehre der vorliegenden Erfindung bei einem Umformwerkzeug zum Warmumformen eines Werkstücks, insbesondere einer Platine, aus Stahlblech, insbesondere zur Durchführung des zuvor definierten Verfahrens, mit zwei Werkzeugkomponenten in Form einer Matrize und eines Stempels, zwischen denen das Werkstück anordenbar ist und die relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gelöst, dass die eine der Werkzeugkomponenten einen relativ zur übrigen Werkzeugkomponente beweglichen Werkzeugkomponententeil aufweist, der im zusammengedrückten Zustand der beiden Werkzeugkomponenten von der jeweils anderen der Werkzeugkomponenten wegbewegbar ist.
Auch hier handelt es sich bei der Werkzeugkomponente, die einen relativ zur übrigen Werkzeugkomponente beweglichen Werkzeugkomponententeil aufweist, insbesondere um den Stempel, wobei die jeweils andere Werkzeugkomponente dann die Matrize ist. Wie gesagt ist grundsätzlich aber auch der umgekehrte Fall denkbar, das heißt, die Matrize weist einen relativ zur übrigen Matrize beweglichen Teil auf.
Wenn von einem beweglichen Werkzeugkomponententeil die Rede ist, ist nicht
ausgeschlossen, dass es auch mehrere solche beweglichen Werkzeugkomponententeile gibt, die unabhängig voneinander oder gemeinsam in der zuvor definierten Weise bewegt werden können. Die beweglichen Werkzeugkomponententeile können auch eine beliebige Form haben. Beispielsweise ist es denkbar, dass der Werkzeugkomponententeil ringförmig um eine Mittelachse ausgebildet ist, die parallel zur Bewegungsrichtung der
Werkzeugkomponente mit dem beweglichen Werkzeugkomponententeil verläuft. Die Bewegungsrichtung ist insbesondere die Richtung, in der der Stempel auf die Matrize zubewegt wird (Pressrichtung). Die Mittelachse des beweglichen Werkzeugkomponententeils erstreckt sich in dieser Richtung. Der ringförmig ausgebildete bewegliche
Werkzeugkomponententeil ist insbesondere geeignet, bei der Herstellung der bereits erwähnten Radschüssel durch das Abkühlen zonenspezifische Gefüge-Eigenschaften hervorzurufen, nämlich eine nicht vollständige Umwandlung in Martensit, insbesondere im Bereich des Radflansches (der Bohrungen für die Radbolzen).
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Umformwerkzeugs ist vorgesehen, dass das Umformwerkzeug ferner eine Kühleinrichtung aufweist, insbesondere eine von Kühlkanälen in der Matrize und/oder im Stempel gebildete Kühleinrichtung, wobei der bewegliche
Werkzeugkomponententeil nicht mit der Kühleinrichtung verbunden und insbesondere frei von Kühlkanälen ist.
Schließlich wird die Aufgabe auch gelöst durch ein Werkstück, beispielsweise eine
Radschüssel für eine Fahrzeugfelge, hergestellt durch das zuvor definierte Verfahren.
Stahlwerkstoffe mit hoher Werkstofffestigkeit mit einer Zugfestigkeit von beispielsweise mehr als 800 MPa bzw. hohem Matensit-Anteil können gerade unter zyklischer Belastung bei hohen Spannungsüberhöhungen, die zum Beispiel an Löchern, Kerben oder bearbeiteten Kanten auftreten, frühzeitig versagen, so dass die hohe Werkstofffestigkeit nicht auf das
Bauteil übertragen werden kann. Aus diesem Grund ist das durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung hergestellte Werkstück bzw. die erfindungsgemäße Radschüssel in den hoch belasteten Bereichen wie zum Beispiel dem Radflansch, der an der Radnabe fahrzeugseitig aufliegt, nicht vollständig pressgehärtet. Dabei kann entweder die komplette Radschüssel nicht vollständig pressgehärtet sein und damit das Gefüge des gesamten Bauteils homogen nicht vollständig in Martensit
umgewandelt sein oder nur bereichsweise nicht pressgehärtet sein, wie zum Beispiel im Radflansch. Dadurch wird die Dauerfestigkeit der Gesamtkonstruktion deutlich verbessert. Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren, das erfindungsgemäße Umformwerkzeug und das erfindungsgemäße Werkstück auszugestalten und weiterzubilden. Diesbezüglich sei zum einen verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, zum anderen auf die Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 a) ein Umformwerkzeug mit einem zwischen Stempel und Matrize eingesetzten plattenförmigen Werkstück vor dem Umformvorgang, Fig. 1 b) das Umformwerkzeug aus Fig. 1 a) nach dem Umformen,
Fig. 1 c) das Umformwerkzeug aus Fig. 1 a) beim Abkühlen und
Fig. 1 d) das Umformwerkzeug aus Fig. 1 a) bei der Entnahme des fertig umgeformten
Werkstücks.
Im Folgenden wird kurz anhand der Figuren 1 a) bis d) ein Verfahren zum Warmumformen und partiellem Presshärten eines Werkstücks 1 aus Stahlblech anhand des Beispiels einer herzustellenden Radschüssel für eine Fahrzeugfelge beschrieben.
Fig. 1 a) zeigt im geöffneten Zustand ein Umformwerkzeug 2 mit einer ersten
Werkzeugkomponente 3 in Form einer Matrize 3 und einer zweiten Werkzeugkomponente 4 in Form eines Stempels 4. Die Matrize 3 ist hier ortsfest und der Stempel 4 kann zum Zwecke des Umformens des Werkstücks 1 in seiner Gesamtheit auf die Matrize 3 zubewegt werden, bis der Stempel 4 die korrespondierende Form bzw. Vertiefung in der Matrize 3 ausfüllt. Letzterer Zustand ist in Fig. 1 b) dargestellt, wodurch das bis zu einem
austenitischen Zustand erhitzte Werkstück 1 die Form der Radschüssel erhält. Dieser Zustand wird auch als zusammengedrückter Zustand der Werkzeugkomponenten 3 und 4 bezeichnet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stempel 4 im Wesentlichen dreiteilig ausgebildet, nämlich mit einem äußeren, umlaufenden Werkzeugkomponententeil 4.2, einem darin angeordneten, ebenfalls umlaufenden Werkzeugkomponententeil 4.1 , der ringförmig ausgebildet ist, und einem wiederum darin angeordneten weiteren Werkzeugkomponententeil 4.3. Der ringförmige Werkzeugkomponententeil 4.1 , auch als Stempelteil bezeichnet, ist gegenüber den übrigen Werkzeugkomponententeilen 4.2 und 4.3, also gegenüber dem übrigen Stempel, beweglich gelagert und läßt sich unabhängig vom übrigen Stempel entgegen der Bewegungsrichtung bzw. Pressrichtung X bewegen, wie in Fig. 1 c) dargestellt ist.
Indem in dem Verfahrensschritt in Fig. 1 c) nach dem Umformen des Werkstücks 1 das ringförmige Werkzeugkomponententeil 4.1 von der dem Stempel 4 zugewandten Oberfläche 1 a des Werkstücks 1 weg bewegt wird, dringt hier Umgebungsluft an die Oberfläche 1 a des Werkstücks 1 , jedoch nur in dem ringförmigen Abschnitt 1 .3, der den späteren Radflansch bzw. Bereich mit den Löchern für die Radbolzen bildet. Die Stempelteile 4.2 und 4.3 werden dagegen aus dem zusammengedrückten Zustand zunächst nicht wegbewegt, sondern diese Werkzeugkomponententeile bleiben mit der Oberseite 1 a des Werkstücks 1 in Kontakt. Auch die gesamte Matrize 3 bleibt zu diesem Zeitpunkt mit dem vollständigen Werkstück 1 , nämlich mit dessen Unterseite 1 b, in Kontakt.
Das zuvor im erhitzten Zustand gemäß der Figuren 1 a) und 1 b) umgeformte Werkstück wird gemäß Fig. 1 c) nun wie folgt abgekühlt. Der Abschnitt 1 .3 des Werkstücks 1 ist oberseitig nicht mehr mit dem Stempel 4 in Kontakt, da die Stempelteile 4.1 unmittelbar nach dem Umformen zurückgefahren worden sind. In diesem Abschnitt 1 .3 erfolgt eine relativ langsame Abkühlung des Werkstücks 1 durch eine Wärmeübertragung an die
Umgebungsluft zur Oberseite 1 a hin. Zur Unterseite 1 b hin ist das Werkstück 1 noch mit der Matrize 3 in Kontakt und gibt hier langsam Wärme an die hier nicht zusätzlich gekühlte Matrize 3 ab.
Die übrigen Bereiche 1 .1 und 1.2 des umgeformten Werkstücks 1 sind sowohl zur Oberseite 1 a als auch zur Unterseite 1 b hin mit der Matrize 3 und dem Stempel 4 in Kontakt, so dass keine Umgebungsluft, zumindest nicht in nennenswertem Maße, an die Abschnitte 1.1 und 1 .2 gelangt. Hier erfolgt die Abkühlung über eine Wärmeübertragung an die Matrize 3 und die entsprechenden Stempelteile 4.2 und 4.3, die für einen erhöhten Wärmeübergang noch zusätzlich von Kühlkanälen 5, die eine Kühleinrichtung 5 bilden, durchsetzt sind. Die
Kühlkanäle 5 werden beispielsweise mit Öl oder Eiswasser durchspült, wodurch die
Abschnitte 1.1 und 1 .2 des Werkstücks 1 relativ schnell abkühlen. Die schnelle Abkühlung der Abschnitte 1 .1 und 1 .2 des Werkstücks 1 führt zu einer vollständigen Umwandlung des Gefüges in Martensit. Die Abkühlung des ringförmigen Bereichs 1 .3 des Werkstücks 1 über die Umgebungsluft ist dagegen so langsam, dass hier keine vollständige Umwandlung des Gefüges in Martensit erfolgen kann. Dieser Bereich ist somit nicht vollständig pressgehärtet.
Die Werkzeugkomponente 4.1 ist hier beispielhaft als Teil des Stempels 4 dargestellt.
Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, alternativ die Matrize 3 mit einem beweglichen Teil auszubilden, wobei in diesem Fall dann aber der Stempel 4 während des Abkühlens über die gesamte Oberfläche 1 a des Werkstücks 1 an diesem anliegen würde. Das Werkstück 1 wird also beim Abkühlen immer nur ausschließlich von einer Seite der Umgebungsluft oder einem anderen wärmeabführenden Gas ausgesetzt.
Der bewegliche Werkzeugkomponententeil 4.1 ist hier nur beispielhaft um die Mittelachse M ringförmig ausgebildet. Für andere Anwendungsfälle können auch andere Formen von beweglichen Werkzeugkomponentenabschnitten 4.1 denkbar sein. Auch ist hier beispielhaft nur ein einziger beweglicher Werkzeugkomponentenabschnitt dargestellt. Grundsätzlich können aber auch mehrere solcher Werkzeugkomponentenabschnitte vorgesehen sein, die zum Abkühlen gegenüber der übrigen Werkzeugkomponente 4 von dem Werkstück 1 wegbewegt werden können. Auch sind hier beispielhaft zwei Stempelteile 4.2 und 4.3 dargestellt, welche zum Zwecke des Abkühlens mit dem Werkstück 1 in Kontakt bleiben. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass hier überhaupt kein Teil des Stempels 4 (oder genau ein Werkzeugkomponententeil oder mehr als zwei Werkzeugkomponententeile) zum Abkühlen mit dem umgeformten Werkstück 1 in Kontakt bleibt/bleiben.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verfahren zum Warmumformen eines Werkstücks (1 ), insbesondere einer Platine, aus Stahlblech,
bei welchem das Werkstück (1 ) vor dem Umformen erhitzt wird,
bei welchem dann das erhitzte Werkstück (1 ) in einem Umformwerkzeug (2), das zwei Werkzeugkomponenten (3,4) in Form einer Matrize (3) und eines Stempels (4) aufweist, durch Kontakt mit beiden Werkzeugkomponenten (3,4) warm umgeformt wird, und
bei welchem dann das umgeformte Werkstück (1 ) zumindest abschnittsweise einem das Umformwerkzeug (2) umgebenden Gas direkt ausgesetzt wird und dadurch abgekühlt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Umformen zumindest ein
Werkzeugkomponententeil (4.1 ) der einen Werkzeugkomponente (4) von der dieser Werkzeugkomponente (4) zugewandten Seite (1 a) des umgeformten Werkstücks (1 ) wegbewegt wird, während die von dieser Werkzeugkomponente (4) abgewandte Seite (1 b) des umgeformten Werkstücks (1 ) weiterhin vollständig in Kontakt mit der jeweils anderen Werkzeugkomponente (3) bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (2) eine Kühleinrichtung (5) aufweist und beim Abkühlen des umgeformten
Werkstücks (1 ) mindestens ein erster Abschnitt (1 .1 ,1 .2) des umgeformten
Werkstücks (1 ) in Kontakt mit beiden Werkzeugkomponenten (3,4) verbleibt und mittels der Kühleinrichtung (5) abgekühlt wird und gleichzeitig mindestens ein zweiter Abschnitt (1.3) des umgeformten Werkstücks (1 ) dem das Umformwerkzeug (2) umgebenden Gas direkt ausgesetzt wird und dadurch langsamer als der mindestens eine erste Abschnitt (1.1 ,1.2) abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Werkzeugkomponententeil (4.1 ) der einen Werkzeugkomponente (4) von der dieser Werkzeugkomponente (4) zugewandten Seite (1 a) des mindestens einen zweiten Abschnitts (1.3) des umgeformten Werkstücks (1 ) wegbewegt wird, während die von dieser Werkzeugkomponente (4) abgewandte Seite (1 b) des mindestens einen zweiten Abschnitts (1.3) des umgeformten Werkstücks (1 ) weiterhin in Kontakt mit der jeweils anderen Werkzeugkomponente (3) bleibt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugkomponente (4), von der zumindest der
Werkzeugkomponententeil (4.1 ) oder die vollständig von der dieser
Werkzeugkomponente (4) zugewandten Seite (1 a) des umgeformten Werkstücks (1 ) wegbewegt wird, der Stempel (4) ist und die andere Werkzeugkomponente (3) die Matrize (3) ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das umgeformte Werkstück (1 ) oder der mindestens eine zweite Abschnitt (1.3) auf der Seite (1 b), die von der Werkzeugkomponente (4) mit dem beweglichen Werkzeugkomponententeil (4.1 ) abgewandt ist, nicht mittels der Kühleinrichtung (5) abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Abschnitt (1 .1 ,1 .2) beidseitig mittels der Kühleinrichtung (5) abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abkühlen des mindestens einen ersten Abschnitts (1 .1 ,1.2) ein flüssiges Kühlmittel durch Kühlkanäle (5) in der Matrize (3) und/oder dem Stempel (4) geleitet wird, die die Kühleinrichtung (5) bilden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1 ) vor dem Umformen ein Stahlblech (1 ) einer Stärke von mindestens 1 ,5 mm, insbesondere von mindestens 2,0 mm, vorzugsweise von mindestens 2,5 mm ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1 ) zu einer Radschüssel (1 ) für eine Fahrzeugfelge umgeformt wird, wobei der Radflansch (1 .3) der Radschüssel (1 ) durch den direkten Kontakt mit dem das Umformwerkzeug (2) umgebenden Gas abgekühlt wird, während der gesamte übrige Teil (1 .1 ,1.2) der Radschüssel (1 ) mittels der Kühleinrichtung (5) abgekühlt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das das Umformwerkzeug (2) umgebende Gas eine Temperatur in einem Bereich von 20 bis 30°C, insbesondere eine Temperatur in einem Bereich von 22 bis 26°C, hat und insbesondere Luft ist.
Umformwerkzeug (2) zum Warmumformen eines Werkstücks (1 ), insbesondere einer Platine (1 ), aus Stahlblech, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit zwei Werkzeugkomponenten (3,4) in Form einer Matrize (3) und eines Stempels (4), zwischen denen das Werkstück (1 ) anordenbar ist und die relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die eine der Werkzeugkomponenten (3,4) einen relativ zur übrigen
Werkzeugkomponente (4.2,4.3) beweglichen Werkzeugkomponententeil (4.1 ) aufweist, der im zusammengedrückten Zustand der beiden Werkzeugkomponenten (3,4) von der jeweils anderen der Werkzeugkomponenten (3,4) wegbewegbar ist.
Umformwerkzeug (2) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugkomponente (4) mit dem beweglichen Werkzeugkomponententeil (4.1 ) der Stempel (4) ist und die jeweils andere Werkzeugkomponente (3) die Matrize (3) ist.
Umformwerkzeug (2) nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkomponententeil (4.1 ) ringförmig um eine Mittelachse (M) ausgebildet ist, die parallel zur Bewegungsrichtung (X) der Werkzeugkomponente (4) mit dem beweglichen Werkzeugkomponententeil (4.1 ) verläuft.
Umformwerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (2) ferner eine Kühleinrichtung (5) aufweist, insbesondere eine von Kühlkanälen (5) in der Matrize (3) und/oder im Stempel (4) gebildete Kühleinrichtung (5), wobei der bewegliche
Werkzeugkomponententeil (4.1 ) nicht mit der Kühleinrichtung (5) verbunden und insbesondere frei von Kühlkanälen (5) ist.
15. Werkstück (1 ), insbesondere Radschüssel (1 ) für eine Fahrzeugfelge, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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