EP3177416B1 - Verfahren zur herstellung von warmumgeformten bauteilen - Google Patents
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- EP3177416B1 EP3177416B1 EP15736513.1A EP15736513A EP3177416B1 EP 3177416 B1 EP3177416 B1 EP 3177416B1 EP 15736513 A EP15736513 A EP 15736513A EP 3177416 B1 EP3177416 B1 EP 3177416B1
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Definitions
- the invention relates to a method for producing hot-formed components.
- the structural components of the body are not only crucial to the stability of the vehicle, but also play a crucial role in safety in the event of a crash.
- it has proven successful in the past to produce structural components using hot forming.
- Hot forming processes are also described in the literature as form hardening or press hardening.
- a blank is first heated in a furnace to a temperature above the austenitizing temperature of the steel and then simultaneously formed and cooled in a tool, i.e. form-hardened.
- a tool i.e. form-hardened.
- a blank is first cold-formed to produce a fully formed and trimmed steel component. This is then heated in a heating system to a temperature above the austenitizing temperature of the steel and then form-hardened in a tool by rapid cooling.
- the blank or a fully formed and trimmed steel component is thermomechanically formed in the tool after heating to the austenitizing temperature, with the thermomechanical forming taking place at a temperature above the final austenitizing temperature Ac3 (approx. 830°C), preferably between 900 and 1100°C.
- the formed workpieces are cooled using a cooling unit located in a closed tool body. This enables components with particularly high mechanical properties, especially with high strength, to be produced.
- the patent specification DE 19723655 B4 shows a method for producing sheet steel products by heating a measured sheet steel, hot forming the sheet steel in a tool pair, hardening the formed product by rapidly cooling it from an austenitic temperature while still held in the tool pair, and then machining the product.
- the DE 197 23 655 A1 describes a process for producing hardened components that have areas of lower hardness and areas of higher hardness. In these softer areas, a subsequent processing takes place. To create the softer areas, inserts are provided in the processing tools or gaps are provided between the tool and the workpiece.
- inserts are provided in the processing tools or gaps are provided between the tool and the workpiece.
- Such systems have disadvantages in that they make it difficult to produce complex geometries. If the component geometry changes or if other areas of the component are to remain unhardened, this requires changes to the production tools. However, this involves a lot of modification work and is expensive.
- the tool is subject to high levels of wear. However, wear and tear also changes the properties of the components produced. In order to meet the requirements for dimensional accuracy and quality, the tools must be revised. This is associated with high costs and also leads to an interruption of the production process.
- a method for producing components from sheet steel with regions of different ductility wherein a component is produced from a sheet metal blank made of a hardenable steel alloy either by deep drawing and the deep-drawn component is subsequently at least partially austenitized by heat treatment and then quench hardened in a tool, or the blank is at least partially austenitized by heat treatment and formed while hot and quench hardened during or after that.
- a desired higher ductility is to be achieved, at least one further sheet is applied to the blank so that the blank is heated up to a lesser extent there during the heat treatment than in the remaining region.
- the WO 2010/139664 A1 relates to a method for hot forming a board made of an aluminum or steel alloy. Before forming, an insulating material is placed on at least one surface of the board, wherein the insulating material has a lower thermal conductivity than the circuit board and is made of paper or cardboard.
- the present invention sets itself the task of specifying a method for producing hot-formed components in which different areas with different mechanical values can be formed in a component. It is a specific task of the invention to specify a method with which changes to the desired mechanical characteristics in a component can be implemented particularly quickly.
- the insulation device is applied to the semi-finished product before heating. This ensures that the semi-finished product experiences less heat input in the predetermined area and does not reach a temperature above the austenitizing temperature AC3. Thus, after hardening, a structure with a lower ductility is formed in this predetermined area than in the rest of the component.
- the insulation device can be removed again after the semi-finished product has been heated before the semi-finished product is placed in a hardening tool. Alternatively, the insulation device can also remain on the semi-finished product while the semi-finished product is hardened in the hardening tool.
- the insulation device is only applied to the semi-finished product after it has been heated in the predetermined area.
- a martensitic structure is created in the component that is characterized by high mechanical hardness.
- a ferritic-pearlitic structure is created that is more ductile than the martensitic area(s).
- the position of the insulation device on the semi-finished product can be changed depending on the position of the semi-finished product where more ductile areas are to be set.
- the insulation device covers the area of the semi-finished product that must not reach too high strength values in the finished component.
- various insulation devices that differ in their thickness or material can be applied to the semi-finished product.
- the insulating device can be designed as a permanent magnet and can be connected to the semi-finished product in a force-fitting manner. Since the semi-finished products are preferably designed as metal sheets, magnets are particularly suitable for use as insulating devices because they adhere to the semi-finished product automatically. A further advantage of permanent magnets is that they can be removed from the component without leaving any residue after hardening and cleaning or processing of the components is not necessary.
- an insulating device which is designed as a film or tape, is applied to the semi-finished product.
- tapes or films offer the advantage that they can be used in the manufacturing process without changes to the tools or with only minor tool changes. They are therefore particularly suitable for subsequent use in the manufacturing process during an already started production of series components.
- Such tapes or films can be designed in layers with a small layer thickness.
- the tapes or films can be connected to the semi-finished product via an adhesion-promoting layer, for example an adhesive. Such a material connection advantageously results in a good hold of the insulating device on the semi-finished product.
- an insulating device which is designed as a paste, is applied to the semi-finished product in a predetermined area.
- pastes can be, for example, copper pastes or similar pastes that have a low heat transfer coefficient. Pastes are also suitable for subsequent use in series production that has already begun.
- an insulating device which is designed as a form-fitting coating, is applied in a predetermined area of the semi-finished product.
- This coating can be made of various materials that are correspondingly temperature-resistant.
- such a coating can be made of an additional sheet metal that can be brought into engagement with the semi-finished product in the predetermined area.
- the coating can also be made of a temperature-resistant plastic that can be brought into form-fitting engagement with the predetermined area of the semi-finished product.
- several insulating devices can be arranged on the semi-finished product. These can all be arranged on a first side of the semi-finished product or on a side of the semi-finished product opposite the first side. Furthermore, the insulating devices can also be provided on both sides of the semi-finished product. They can be offset from one another or arranged on both sides of the semi-finished product in the predetermined area.
- FIG. 1a the heating step is shown in which a semi-finished product 17, shown here as a circuit board, is heated.
- the heating can take place in an oven or with the help of another heat source.
- the insulation device 15 is already attached at a predetermined position and shields a predetermined area of the circuit board 17.
- the heat shown as S-shaped curved arrows, only reaches the circuit board 17 to a lesser extent in this area and heats it in the predetermined area to a lower temperature than in the remaining areas of the circuit board 17.
- Fig. 1b shows a forming tool 10 that can be used in presses for hot forming sheet metal blanks into sheet metal components 17.
- the forming tool 10 has a lower tool half 12u that sits on a base plate 11.
- the lower forming tool half 12u interacts with an upper forming tool half 12o.
- the mutually facing active surfaces of the upper forming tool half 12o and the lower forming tool half 12u are designed to correspond so that they function like the die and punch of a press tool.
- the tool half 12o is designed as a punch and the tool half 12u as a die.
- the upper and lower mold halves can be interchanged in terms of their arrangement, so that the upper tool functions as a die and the lower tool as a punch.
- the upper tool half 12o and the lower tool half 12u are movable relative to each other.
- the Fig. 1b The mold halves 12o, 12u shown can be moved apart and together again. When the mold halves are moved together, the semi-finished product 17, ie a piece of sheet metal or a sheet metal blank 17, gets between the mold halves and is surrounded by the active surfaces and formed.
- the Fig. 1b The state shown corresponds to an open position of the tool halves 12u, 12o during a forming process in which the component 17 is completely formed and can be removed from the forming tool 10. In the illustration, the insulating device 15 is removed from the sheet metal blank 17 after heating.
- An insert 13 is provided in the lower mold half 12u, in which a cooling system having several cooling channels or cooling lines 14 is integrated.
- the use of such inserts 13 offers the advantage that different component contours can be embossed with a lower mold 12u, in that the insert 13 can be exchanged according to the desired component shape.
- the cooling lines 14 run essentially parallel to the surface of the Component 17 and thus also essentially parallel to the effective surface of the mold halves 12u, 12o. The cooling lines 14 thus follow the component surface at a certain distance into the insert 13 of the lower mold half 12u.
- the cooling channels enable targeted cooling of the semi-finished product 17 in the area of the cooling channels 14, so that the component is hardened and a structure is realized in the component with high mechanical strength.
- FIG. 1c is out Fig. 1b known forming tool 10 is shown, however, in a closed position. In this state, the sheet metal part 17 is formed and hardened. Heat is extracted from the component 17 and dissipated via the cooling channels 14.
- FIGs 2a to 2c A second variant of the process is shown.
- the board 17 is completely heated, as shown in the Fig. 2a
- the insulating device 15 is applied to the board 17 in a predetermined area before the board 17 is introduced into the mold 10, for example on a lower side of the semi-finished product 17, ie the side facing the lower tool half 12u.
- the board 17 with the insulating device 15 arranged thereon is then introduced into the mold 10, as shown in Figure 2b
- the insulating device 15 influences the heat exchange between the semi-finished product 17 and the tool 10.
- the area of the semi-finished product 17 in which the insulating device 15 is arranged corresponds to a predetermined area in which high mechanical properties are not desired.
- the invention can also be used in the indirect method.
- the sheet metal blank is first cold formed into a three-dimensional semi-finished product. This is then heated and then hardened without further forming or, if necessary, with only minor forming. After cold forming, either the first or the second variant as described above can be used, with the insulating device 15 being applied to a predetermined area of the three-dimensional semi-finished product before heating or before hardening.
- cooling channels 14 In the figures, only the lower tool half 12u is provided with cooling channels 14.
- the arrangement of cooling lines can alternatively also be arranged in the upper tool half 12o.
- cooling channels 14 can be provided in both the upper tool half 12o and the lower tool half 12u.
- Figure 3 shows a top view of a tool lower part 12u of the mold 10.
- a semi-finished product 17 is designed here for producing a B-pillar 18.
- the semi-finished product 17 is trimmed along the dashed contour in order to obtain the B-pillar 18 as a component. This can be carried out either before or after hot forming.
- other vehicle components or vehicle structural components can also be produced. These can in particular be A or C pillars, roof side frames, roof bows, sills, longitudinal or cross members.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von warmumgeformten Bauteilen.
- Im heutigen Automobilbau erhöht sich der Komfort für die Fahrzeuginsassen zunehmend, durch den Einsatz von Sonderausstattungen. Diese umfassen viele elektromechanische Bauteile wie Sensoren, Motoren, Aktuatoren, und dienen dazu dem Fahrer die Fahraufgabe zu erleichtern. Gleichzeitig mit dem Komfortzuwachs erhöht sich jedoch auch das Fahrzeuggewicht. Um dem entgegen zu wirken, wird im Stand der Technik versucht, die Strukturbauteile der Karosserie gewichtsreduziert auszugestalten.
- Die Strukturbauteile der Karosserie sind nicht nur maßgeblich an der Stabilität des Fahrzeugs beteiligt, sondern spielen auch eine entscheidende Rolle bei der Sicherheit im Crash-Fall. Um diesen Zielkonflikt zwischen Reduktion des Bauteilgewichts von Strukturbauteilen bei gleichzeitiger Beibehaltung bzw. Realisierung hoher mechanischer Kennwerte aufzulösen, hat es sich in der Vergangenheit bewährt, Strukturbauteile mittels Warmumformung herzustellen. Warmumformprozesse sind in der Literatur auch als Formhärten oder Presshärten beschrieben.
- Zur Herstellung formgehärteter Bauteile, insbesondere zur Herstellung von Karosseriebauteilen sind zwei prinzipiell unterschiedliche Verfahren bekannt. Bei dem direkten Warmumformverfahren wird zunächst eine Platine in einem Ofen auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur des Stahls erwärmt und anschließend in einem Werkzeug zeitgleich umgeformt und abgekühlt d.h. formgehärtet. In dem indirekten Warmumformverfahren wird aus einer Platine zuerst durch Kaltumformen ein fertig geformtes und beschnittenes Bauteil aus Stahl erzeugt. Dieses wird dann in einer Erwärmungsanlage auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur des Stahls erwärmt und in einem Werkzeug anschließend durch rasches Abkühlen formgehärtet. In beiden Warmumformverfahren, wird die Platine oder ein bereits fertig geformtes und beschnittenes Bauteil aus Stahl im Anschluss an die Erwärmung auf die Austenitisierungstemperatur in dem Werkzeug thermomechanisch umgeformt, wobei die thermomechanische Umformung bei einer Temperatur oberhalb der Austinitisierungsendtemperatur Ac3 (ca. 830°C) bevorzugt zwischen 900 und 1100°C erfolgt. Die Abkühlung der umgeformten Werkstücke erfolgt mittels einer Kühlungseinheit, die sich in einem geschlossenen Werkzeugkörper befindet. Dadurch können Bauteile mit besonders hohen mechanischen Eigenschaften, insbesondere mit hohen Festigkeiten erzeugt werden.
- Die Patentschrift
DE 19723655 B4 zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Stahlblechprodukten durch Erwärmen eines abgemessenen Stahlblechs, Warmverformung des Stahlblechs in einem Werkzeugpaar, Härten des gebildeten Produkts durch schnelles Abkühlen von einer austenitischen Temperatur, während es weiterhin in dem Werkzeugpaar gehalten ist und anschließende Bearbeitung des Produkts. - Die
DE 197 23 655 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von gehärteten Bauteilen, die Bereiche mit niedrigerer Härte und Bereich mit höherer Härte aufweisen. In diesen weicheren Bereichen soll eine nachträgliche Bearbeitung stattfinden. Zur Erzeugung der weicheren Bereichen sind in den Bearbeitungswerkzeugen Einsätze vorgesehen oder Spalte zwischen Werkzeug und Werkstück vorgesehen sind. Derartige Systeme weisen jedoch Nachteile dahingehend auf, dass damit komplexe Geometrien nur schwer herstellbar sind. Falls sich die Bauteilgeometrie ändert oder falls andere Bereich des Bauteils ungehärtet bleiben sollen bedingt dies Änderungen an den Herstellungswerkzeugen. Dies ist jedoch mit hohen Änderungsaufwand und hohen Kosten verbunden. Während der Fertigung von Serienbauteil in hoher Stückzahl ist das Werkzeug einem hohen Verschleiß unterworfen. Durch Verschleißerscheinungen ändern sich jedoch auch die Eigenschaften der produzierten Bauteile. Um die Anforderungen an Maßhaltigkeit und Qualität zu erfüllen, müssen die Werkzeug überarbeitet werden. Dies ist mit hohen Kosten verbunden und führt darüber hinaus zu einer Unterbrechung des Herstellungsprozess. - Aus der
WO 2011/054575 A1 , auf welche der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 basiert, ist ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus Stahlblech mit Bereichen unterschiedlicher Duktilität bekannt, wobei aus einer Blechplatine aus einer härtbaren Stahllegierung entweder ein Bauteil durch Tiefziehen erzeugt wird und das tiefgezogene Bauteil anschließend durch eine Wärmebehandlung zumindest teilaustenitisiert wird und anschließend in einem Werkzeug abschreckgehärtet wird, oder die Platine durch eine Wärmebehandlung zumindest teilaustenitisiert wird und in heißem Zustand umgeformt und dabei oder anschließend abschreckgehärtet wird. In Bereichen, in denen eine gewünschte höhere Duktilität erzielt werden soll, ist zumindest ein weiteres Blech auf der Platine aufgebracht, so dass die Platine dort während der Wärmebehandlung in einem geringeren Maße aufgeheizt wird als im übrigen Bereich. - Die
WO 2010/139664 A1 betrifft ein Verfahren zum Warmumformen einer Platine aus einer Aluminium- oder Stahllegierung. Vor dem Umformen wird ein Isoliermaterial auf mindestens eine Oberfläche der Platine angeordnet, wobei das Isoliermaterial eine geringere Wärmeleitfähigkeit als die Platine aufweist und aus Papier oder Pappe ausgebildet ist. - Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein Verfahren anzugeben zur Herstellung von warmumgeformten Bauteilen, bei dem in einem Bauteil verschiedene Bereiche mit unterschiedlichen mechanischen Werten ausgebildet werden können. Es ist eine spezielle Aufgabe der Erfindung ein Verfahren anzugeben, mit dem Änderungen der gewünschten mechanischen Kennwerten in einem Bauteil besonders rasch umsetzbar sind.
- Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten Bauteils, insbesondere eines Blechbauteils aus Stahl, Aluminium, Magnesium oder einer Kombination dieser Materialien mit den Schritten:
- Erwärmen eines Halbzeugs, insbesondere einer Blechplatine oder eines vorgeformten Blechbauteils,
- Einbringen des Halbzeugs in ein Formwerkzeug, und
- Abkühlen der Halbzeugs in dem Formwerkzeug, wobei zumindest in einem Abschnitt eine Änderung des Werkstoffgefüges durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbringen des Halbzeugs in das Formwerkzeug in mindestens einem vorbestimmten Bereich des Halbzeugs eine Isoliereinrichtung aufgebracht wird, die form-, stoff- und/oder kraftschlüssig mit dem Halbzeug verbunden ist. Durch die Isoliereinrichtung wird der Wärmeübergang von dem Halbzeug an die Umgebung bzw. von der Umgebung an das Halbzeug lokal verändert in den vorbestimmten Bereichen. Vorbestimmte Bereich sind solche Bereich in denen das fertige Bauteil weichere, duktilere Eigenschaften aufweisen soll, als die übrigen Bereiche. In den vorbestimmten Bereichen weist das Bauteil ein duktiles Deformationsverhalten auf. Erfindungsgemäß werden somit Bauteile, beispielsweise Fahrzeugstrukturbauteile geschaffen, deren mechanische Eigenschaften, insbesondere deren Härte nicht homogen ist. Die Erzeugung von weichen, duktilen Bereichen kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne hohe Investitionskosten erfolgen. Dadurch eignet sich das Verfahren sehr gut zum nachträglichen Anpassen der Bauteileigenschaften, selbst wenn eine Serienfertigung bereits im Gange ist.
- In einer ersten Variante des Verfahrens wird die Isoliereinrichtung vor dem Erwärmen auf das Halbzeug aufgebracht. Dadurch wird sichergestellt, dass das Halbzeug in dem vorbestimmten Bereich einen geringeren Wärmeeintrag erfährt und nicht eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur AC3 erreicht. Somit stellt sich nach dem Härten in diesem vorbestimmten Bereich ein Gefüge ein mit einer niedrigeren Duktilität als in dem Rest des Bauteils. Die Isoliereinrichtung kann nach dem Erwärmen des Halbzeugs wieder entfernt werden, bevor das Halbzeug in ein Härtewerkzeug eingelegt wird. Alternativ dazu kann die Isoliereinrichtung auch an dem Halbzeug verbleiben, während das Halbzeug in dem Härtewerkzeug gehärtet wird.
- In einer zweiten Variante des Verfahrens wird die Isoliereinrichtung erst nach dem Erwärmen des Halbzeugs in dem vorbestimmten Bereich auf das Halbzeug aufgebracht. Dadurch wird das Halbzeug vollständig über seine gesamte Erstreckung auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur AC3 erwärmt. Anschließend wird es mit der daran angeordneten Isoliereinrichtung in das Härtewerkzeug eingebracht und gehärtet. In dem vorbestimmten Bereich wird das warme Halbzeug langsamer abgekühlt als in den übrigen Bereichen, da die Isoliereinrichtung den Wärmefluss aus dem Halbzeug in das Werkzeug verlangsamt.
- In beiden Verfahrensvarianten wird ein martensitisches Gefüge in dem Bauteil erzeugt, dass sich durch hohe mechanische Härte auszeichnet. In den durch die Isoliereinrichtung abgedeckten Bereichen stellt sich ein ferritisch-perlitisches Gefüge ein, welches duktiler ist als der/die martensitische/en Bereich/e.
- In Abhängigkeit davon, an welcher Position des Halbzeugs duktilere Bereiche eingestellt werden sollen, kann die Position der Isoliereinrichtung auf dem Halbzeug verändert werden. Die Isoliereinrichtung deckt den Bereich des Halbzeugs ab, der im fertigen Bauteil nicht zu hohe Festikeitskennwerte erreichen darf. Darüber hinaus können in Abhängigkeit der zu erzielenden mechanischen Kennwerte verschiedene Isoliereinrichtungen, die sich in ihrer Dicke oder in ihrem Material unterscheiden auf das Halbzeug aufgebracht werden.
- Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung kann die Isoliereinrichtung als Permanentmagnet ausgebildet sein und kraftschlüssig mit dem Halbzeug verbunden werden. Da die Halbzeuge bevorzugt als metallische Bleche ausgebildet sind, eignen sich Magnete besonders gut zur Verwendung als Isoliereinrichtung, da sie an dem Halbzeug selbsttätig haften. Ein weiterer Vorteil von Permanentmagneten ist, dass diese rückstandsfrei nach dem Härten von dem Bauteil entfernt werden können und eine Reinigung bzw. Aufbereitung der Bauteile nicht notwendig ist.
- Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird eine Isoliereinrichtung, die als Folie oder Tape ausgebildet ist, auf das Halbzeug aufgebracht. Aufgrund ihrer niedriger Dicke, bieten Tapes oder Folien den Vorteil, dass sie ohne Änderungen an den Werkzeugen bzw. mit nur geringen Werkzeugänderungen in dem Herstellungsverfahren angewendet werden können. Somit eignen sie sich besonders gut auch für den nachträglichen Einsatz in dem Herstellungsverfahren während einer bereits angelaufenen Produktion von Serienbauteilen. Solche Tapes oder Folien können schichtförmig mit einer geringen Schichtdicke ausgebildet sein. Zur Befestigung an dem Halbzeug können die Tapes oder Folie über eine haftvermittelnde Schicht, beispielsweise einem Klebstoff mit dem Halbzeug verbunden werden. Durch eine derartige stoffschlüssige Verbindung ergibt sich vorteilhafterweise ein guter Halt der Isoliereinrichtung auf dem Halbzeug.
- Gemäß einer dritten Ausführungsform wird eine Isoliereinrichtung, die als Paste ausgebildet ist, in einem vorbestimmten Bereich des Halbzeugs auf dieses aufgebracht. Solche Pasten können beispielsweise Kupferpasten oder ähnliche Pasten sein, die einen niedrigen Wärmeübergangskoeffizient aufweisen. Auch Pasten eignen sich zur nachträglichen Verwendung in bereits angelaufenen Serienfertigungen.
- Gemäß einer vierten Ausführungsform wird eine Isoliereinrichtung, die als formschlüssiger Überzug ausgebildet ist, in einem vorbestimmten Bereich des Halbzeugs aufgebracht. Dieser Überzug kann aus verschiedenen Materialien ausgebildet sein, die entsprechend temperaturfest sind. Beispielsweise kann ein derartiger Überzug aus einem zusätzlichen Blech ausgebildet sein, dass in dem vorbestimmten Bereich mit dem Halbzeug in Eingriff gebracht werden kann. Alternativ dazu kann der Überzug auch aus einem temperaturbeständigen Kunststoff ausgebildet sein, der formschlüssig mit dem vorbestimmten Bereich des Halbzeugs in Eingriff gebracht werden kann.
- In allen beschriebenen Ausführungsformen können mehrere Isoliereinrichtungen an dem Halbzeug angeordnet werden. Diese können allesamt auf einer ersten Seite des Halbzeug oder auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des Halbzeugs angeordnet sein. Weiterhin können die Isoliereinrichtungen auch beidseitig an dem Halbzeug vorgesehen werden. Dabei können sie zueinander versetzt sein oder in dem vorbestimmten Bereich beidseitig an dem Halbzeug angeordnet werden.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die Figurenbeschreibung, die Ansprüche sowie die Zeichnungen enthalten Merkmale, die ein Fachmann ggf. auch in anderer Kombination in Betracht ziehen würde, um sie an entsprechende Anwendungsfälle der Erfindung anzupassen.
-
- Fig. 1a bis 1c
- Verfahrensschritte gemäß der ersten Verfahrensvariante
- Fig. 2a bis 2c
- Verfahrensschritte gemäß der zweiten Verfahrensvariante, und
- Fig. 3
- ein beispielhaftes Strukturbauteil.
- In den
Figuren 1a bis 1c sind die Verfahrensschritte abgebildet, die bei dem direkten Warmumformen gemäß einer ersten Variante des Verfahrens durchgeführt werden. InFig. 1a ist der Erwärmungsschritt dargestellt, bei dem ein Halbzeug 17, hier dargestellt als Platine erwärmt wird. Die Erwärmung kann in einem Ofen oder mit Hilfe einer sonstigen Wärmequelle erfolgen. Die Isoliereinrichtung 15 ist bereits angebracht an einer vorbestimmten Position und schirmt einen vorbestimmten Bereich der Platine 17 ab. Die Wärme, dargestellt als s-förmig gekrümmte Pfeile gelangt in diesem Bereich nur in geringerem Maße an die Platine 17 und erwärmt diese in dem vorbestimmten Bereich auf eine niedrigere Temperatur als in den restlichen Bereichen der Platine 17. -
Fig. 1b zeigt ein Formwerkzeug 10, das in Pressen einsetzbar ist zur Warmumformung von Blechplatinen zu Blechbauteilen 17. Das Formwerkzeug 10 weist eine untere Werkzeughälfte 12u auf, die auf einer Grundplatte 11 aufsitzt. Die untere Formwerkzeughälfte 12u wirkt mit einer oberen Formwerkzeughälfte 12o zusammen. Die einander zugewandten Wirkflächen der oberen Formwerkzeughälfte 12o und der unteren Formwerkzeughälfte 12u sind korrespondierend ausgebildet, so dass sie wie Matrize und Stempel eines Pressenwerkzeugs fungieren. Bei dem inFig. 1b dargestellten Beispiel ist die Werkzeughälfte 12o als Stempel und die Werkzeughälfte 12u als Matrize ausgebildet. Ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, können die obere und die untere Formwerkzeughälfte ihre Anordnung betreffend vertauscht werden, so dass das Oberwerkzeug als Matrize und das Unterwerkzeug als Stempel fungiert. Die obere Werkzeughälfte 12o und die untere Werkzeughälfte 12u sind relativ zueinander beweglich. Die inFig. 1b dargestellten Formwerkzeughälften 12o, 12u können auseinander- und wieder zusammengefahren werden. Beim Zusammenfahren der Formwerkzeughälften gerät das Halbzeug 17, d.h. ein Blechstück bzw. eine Blechplatine 17 zwischen die Formwerkzeughälften, und wird von den Wirkflächen umfasst und umgeformt. Der inFig. 1b dargestellte Zustand entspricht einer geöffneten Position der Werkzeughälften 12u, 12o bei einem Umformvorgang in der das Bauteil 17 fertig umgeformt ist und aus dem Formwerkzeug 10 entnommen werden kann. In der Darstellung wird die Isoliereinrichtung 15 nach dem Erwärmen von der Blechplatine 17 entfernt. - In der unteren Formwerkzeughälfte 12u ist ein Einsatz 13 vorgesehen, in dem ein Kühlsystem, das mehrere Kühlkanäle oder Kühlleitungen 14 aufweist, integriert ist. Die Verwendung derartiger Einsätze 13 bietet zum einen den Vorteil, dass verschiedene Bauteilkonturen geprägt werden können mit einem unteren Formwerkzeug 12u, indem der Einsatz 13 entsprechend der gewünschten Bauteilform ausgewechselt werden kann. Die Kühlleitungen 14 verlaufen im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Bauteils 17 und damit auch im Wesentlichen parallel zu der Wirkfläche der Formwerkzeughälften 12u, 12o. Die Kühlleitungen 14 folgen damit der Bauteiloberfläche in einem gewissen Abstand in den Einsatz 13 der unteren Formwerkzeughälfte 12u. Mit den Kühlkanälen wird eine gezielte Abkühlung des Halbzeugs 17 im Bereich der Kühlkanäle 14 ermöglicht, so dass das Bauteil gehärtet wird und ein Gefüge in dem Bauteil realisiert wird, mit hohen mechanischen Festigkeiten.
- In
Figur 1c ist ausFig. 1b bekannte Formwerkzeug 10 dargestellt jedoch in einer geschlossenen Position. In diesem Zustand ist das Blechteil 17 umgeformt und wird gehärtet. Dabei wird dem Bauteil 17 Wärme entzogen und über die Kühlkanäle 14 abgeführt. - In den
Figuren 2a bis 2c ist eine zweite Variante des Verfahrens dargestellt. Bei dieser Variante wird die Platine 17 vollständig erwärmt, wie in derFig. 2a dargestellt. Die Isoliereinrichtung 15 wird vor dem Einbringen der Platine 17 in das Formwerkzeug 10 in einem vorbestimmten Bereich auf die Platine 17 aufgebracht, beispielsweise auf einer unteren, d.h. der unteren Werkzeughälfte 12u zugewandten Seite des Halbzeugs 17. Danach wird die Platine 17 mit daran angeordneter Isoliereinrichtung 15 in das Formwerkzeug 10 eingebracht, wie inFigur 2b abgebildet. Beim Umformen und Härten, dargestellt inFigur 2c beeinflusst die Isoliereinrichtung 15 den Wärmeaustausch zwischen dem Halbzeug 17 und dem Werkzeug 10. Der Bereich des Halbzeugs 17, in dem die Isoliereinrichtung 15 angeordnet ist, entspricht einem vorbestimmten Bereich in dem hohe mechanische Kennwerte, nicht erwünscht sind. Stattdessen soll hier ein Bereich mit vergleichsweise hoher Duktilität realisiert werden. Durch die Isoliereinrichtung 15 erfährt das Halbzeug 17 in dem vorbestimmten Bereich eine langsamere Abkühlung, als in den übrigen Bereichen. Dadurch bildet sich hier ein perlitisch-ferritisches Materialgefüge aus, das dem Bereich eine höhere Duktilität verleiht. - Obwohl die
Figuren 1a bis 2c und 2a bis 2c die Erfindung anhand des direkten Warmumformverfahrens beschreiben, lässt sich die Erfindung auch in dem indirekten Verfahren anwenden. Dabei wird die Blechplatine zuerst kaltumgeformt zu einem dreidimensionalen Halbzeug. Dieses wird danach erwärmt und dann ohne weitere Umformung oder gegebenenfalls mit nur geringerer Umformung gehärtet. Nach dem Kaltumformen kann wahlweise die erste oder die zweite Variante wie oben beschrieben angewendet werden, wobei die Isoliereinrichtung 15 vor dem Erwärmen oder vor dem Härten auf einen vorbestimmten Bereich des dreidimensionalen Halbzeug aufgebracht wird. - In den Figuren ist lediglich die untere Werkzeughälfte 12u mit Kühlkanälen 14 versehen. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung, kann alternativ dazu die Anordnung von Kühlleitungen auch in der oberen Werkzeughälfte 12o angeordnet sein. In einer weiteren alternativen Ausführungsform können sowohl in der oberen Werkzeughälfte 12o als auch in der unteren Werkzeughälfte 12u Kühlkanäle 14 vorgesehen sein.
-
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf ein Werkzeugunterteil 12u des Formwerkzeugs 10. Beispielshaft ist hier ein Halbzeug 17 zur Herstellung einer B-Säule 18 ausgebildet. Das Halbzeug 17 wird entlang der gestrichelten Kontur beschnitten, um die B-Säule 18 als Bauteil zu erhalten. Dies kann wahlweise vor oder nach der Warmumformung durchgeführt werden. Alternativ dazu können auch andere Fahrzeugbauteile oder Fahrzeugstrukturbauteilen hergestellt werden. Solche können insbesondere A- oder C-Säulen, Dachseitenrahmen, Dachspriegel, Schweller, Längs- oder Querträger sein. -
- 10
- Formwerkzeug
- 11
- Werkzeug Grundplatte
- 12u
- Werkzeugunterteil
- 12o
- Werkzeugoberteil
- 13
- Werkzeugeinsatz
- 14
- Kühlleitungen
- 15
- Isoliereinrichtung
- 16
- Bauteil
- 17
- Halbzeug
Claims (5)
- Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten Bauteils (17), insbesondere eines Blechbauteils aus Stahl, Aluminium, Magnesium oder einer Kombination dieser Materialien mit den Schritten:- Erwärmen eines Halbzeugs (16), insbesondere einer Blechplatine oder eines vorgeformten Blechbauteils,- Einbringen des Halbzeugs (16) in ein Formwerkzeug (10), und- Abkühlen der Halbzeugs (16) in dem Formwerkzeug (10), wobei zumindest in einem Abschnitt eine Änderung des Werkstoffgefüges durchgeführt wird,wobeivor dem Einbringen des Halbzeugs (16) in das Formwerkzeug (10) in mindestens einem vorbestimmten Bereich des Halbzeugs (16) eine Isoliereinrichtung (15) aufgebracht wird, die form-, stoff- und/oder kraftschlüssig mit dem Halbzeug (16) verbunden ist,dadurch gekennzeichnet, dassin dem vorbestimmten Bereich das fertige Bauteil weichere, duktilere Eigenschaften aufweist als die übrigen Bereiche des Bauteils und die Isoliereinrichtung (15)- entweder als Permanentmagnet ausgebildet ist und kraftschlüssig mit dem Halbzeug (16) verbindbar ist,- oder als Folie oder Tape ausgebildet und über
eine haftvermittelnde Schicht stoffschlüssig mit dem Halbzeug verbunden ist,- oder als Paste ausgebildet ist,- oder als formschlüssiger Überzug ausgebildet ist, der in dem vorbestimmten Bereich mit dem Halbzeug in Eingriff gebracht wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Isoliereinrichtung (15) vor dem Erwärmen an dem Halbzeug (17) angeordnet wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isoliereinrichtung (15) vor dem Erwärmen an dem Halbzeug (17) angeordnet wird und nach dem Erwärmen von dem Halbzeug (17) entfernt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isoliereinrichtung (15) vor dem Erwärmen an dem Halbzeug (17) angeordnet wird und nach dem Erwärmen von dem Halbzeug (17) sowie während des Härtens an dem Halbzeug belassen wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isoliereinrichtung (15) nach dem Erwärmen an dem Halbzeug (17) angeordnet wird und während des Härtens an dem Halbzeug (17) verbleibt.
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