SE508902C2 - Förfarande för framställning av härdade metalliska hålkroppar av tunnväggig stålplåt genom formblåsning - Google Patents

Description

508 902 2 och uppvisar begränsad åtkomst vid ytbehandling. På grund av de kända balkkonstruk- tionernas oregelbundna form uppvisar dessa dessutom en högre vikt än en motsvarande homogent, i ett stycke utbildad detalj. Genom användandet av de kända komponenter ökar, förutom bilens egenvikt och därigenom den möjliga nyttolasten, även bilens bränsleförbruk- ning genom den större motoreffekt som därav erfordras.

Som ovan nämnts har sådana rörformade balkkonstruktioner och liknande element hittills framställts genom sammanfogning av till lämlig form pressade plåtämnen för vilkas tillforrnning det är förut känt att nyttja ett s k presshärdningsförfarande varvid i ett och samma formningsverktyg genomförs både tillforrnning och härdning av ett plåtämne till den färdiga profilen. Den stora fördelen med nämnda presshärdningsförfarande är att detaljen kan användas direkt i det härdade tillståndet utan att någon efterföljande anlöpning erfordras. Det har visat sig särskilt lämpligt att använda ett kolmanganstål, såsom borstäl vid denna typ av tillverkningsprocess då denna typ av stål har mycket goda härdnings- egenskaper genom tillsatsen av bor.

Ett sådant tillverkningsförfarande är exempelvis känt genom SE 435 527, varvid utgångsmaterialet är ett låglegerat plâtämne, företrädesvis ett stål innehållande mindre än 0, 4 % kol, kisel i en halt beroende av frarnställningsmetoden för stålet, men som för övrigt är oväsentlig, 0,5 - 2,0 % mangan, maximalt 0,05 % fosfor och maximalt 0,05 % svavel. 0,1 - 0,5 % krom och/eller 0,05 - 0,5 % molybden, upp till 0,1 % titan, 0,0005 - 0,01 92 bor, upp till totalt 0,1 % aluminium samt eventuellt låga halter av koppar och nickel. eventuellt halter upp till 0,2 % av vardera, varvid ämnet upphettas till austenitiseringstemperatur, företrädesvis ca 775 - 1000 °C, plåtämnet placeras härefter mellan två verktyg i en press och bibringas en väsentlig formförändring genom att verktygen, medelst aktivering av pressen, föres mot varandra, och att genom direkt snabbkylning av verktygen erhålles en indirekt snabbkylning av ämnet, varigenom detta härdas kvarsittande i verktygen så att en martensitisk och/eller bainitisk, företrädesvis finkornig struktur erhålles.

Det bör inses att denna metod dock enbart är tillämplig vid plana väsentligen ytartade ämnen med stora värmebortledande ytor och inte som i fallet med föreliggande uppfinning vari det handlar om hålkroppar, alltså slutna rörformade profiler med ytor som är förhållandevis små och svåråtkomliga för erhållande av hastig avkylning av ämnet genom effektiv värmebortledning.

P33396SE00/LEG/MFH 508 902 3 Den teknik som beskrives i ovan nämnda SE 64 771 anvisar således inte någon metod för att åstadkomma den typ av härdade höghållfasta hålkroppar som här eftersträvas, nämligen i ett stycke framställda hålkroppar av härdat stål. Ej heller ger dokumentet SE 435 527 någon ledning i denna riktning.

Som ovan nämnts eftersträvas i första hand att åstadkomma tunnväggiga hålkroppar avsedda att bilda balkar och till dessa hörande förbindningselement för bildande av ramdelar ingående i en fordonskaross.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är därför att utgående från den teknik som beskrivs i SE 64 771 och det som är förut känt genom SE 435 527 åstadkomma en tillverkningsförfarande som i ett stycke medger tillverkning av hålkroppar av härdat stål.

Detta ändamål med uppfinningen uppnås genom att den uppvisar de särdrag som anges i patentkravets 1 kånnetecknande delar.

I likhet med de stål som används vid s k presshårdning avses också vid genom- förande av det uppfinningsenliga förfarandet i första hand att användas med bor legerade kolstål eller kol-manganstål för att erhålla en önskad kombination av hårdhet och seghet samt att en efterföljande anlöpning därigenom kan undvikas.

I det följande beskrivs uppfinningen närmare under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1 mycket schematiskt och i ett lângdsnitt visar en anordning för genomförande av ett första skede av förfarandet enligt uppfinningen, fig. 1 a visar en del av anordningen i fig. 1 i ett delförlopp, fig. 2 visar anordningen enligt fig. l i ett andra skede av förfarandet, fig. 2.a visar en del av anordningen i ett delförlopp, och fig. 3 visar anordningen enligt fig. 1 i ett tredje skede av förfarandet.

I enlighet med de principer som ligger till grund för föreliggande uppfinning och med hänvisning till ritningsfigurerna innefattar en anordning för genomförande av för- farandet enligt uppfinningen ett allmänt med 1 betecknat fomiverktyg i form av två sam- verkande verktygshalvor 2, 3 i vilka är anordnade en respektive formrumshalva 4, 5 för formning av ett däremellan infört med 6 betecknat i huvudsak slätt cirkulärcylindriskt hålkroppsämne, som i förväg är upphettat och avsedd att bringas till fomming mot forrnrumshalvomas 4, 5 insidor genom upplåsning. Detta hålkroppsämne 6 utgöres av ett i ändama öppet tunnväggigt rör, företrädesvis med en godstjocklek understigande 3 mm och bestående av något lämpligt härdbart material, företrädesvis ett borstål. Hålkroppsärrmet 6 P33396SE00/LEG/MFH 508 902 4 är företrädesvis av sömlöst utförande, men kan även vara av svetsad typ och i så fall före- trädesvis värrnebehandlat genom avspänningsglödning.

I formverktygets l vardera halva 2, 3 är anordnade kanaler 7, 8 för ett cirkulerande omväxlande vann eller kallt medium för uppvärmning respektive kylning av formverktyget 1 under forrrmingsförfarandet. För inledande och utledande av detta medium är till den ena änden av respektive kanal 7, 8 ansluten dels en första tilloppsledning 9 för det varma mediumet vilket exempelvis utgöres av någon upphettad vätska eller ånga, dels en andra tilloppsledning 10 för det kylande mediumet vilket företrädesvis utgöres av vatten. Lika- ledes är till den andra änden av nämnda kanaler 7, 8 ansluten dels en första utloppsledning 11 för det kylande mediumet, dels en andra utloppsledning 12 för det värmande mediumet.

Till nämnda tillopps- utloppsledningar hör även ett respektive, i figurerna ej visat. organ för styrning av flödet mellan de första och andra tilloppsledningarna 9, 10 så att valbart antingen det värmande mediumet eller det kylande mediumet kan bringas att strömma genom kanalerna 7, 8. Härigenom kan flödet genom kanalerna 7, 8 i respektive formverktygshalva 2, 3 mycket hastigt omkopplas så att detta, beroende på om det utgörs av det värmande mediumet eller det kylande mediumet, mycket effektivt värmer alternativt kyler formverktyget 1.

Formverktyget 1 eller närmare bestämd dettas respektive halvor 2, 3 är vidare, pâ i och för sig känt sätt, försedda med i figurerna ej visade slitsar eller öppningar så att under tillformningen mellan hålkroppsämnet 6 och forrnrumsväggens 3, 4 insida innesluten luft kan avgå, samt delbara tätningsringar 13, 13' vid sina allmänt med 14, 14' betecknade första och andra införingsställen för ett resp munstycke 15, 15' avsett för inledande av mediumet till hålkroppsärnnets 6 inre och utledande av detsamma därifrån via hàlkroppsämnets 6 öppna ändar.

Till det ena munstycket 15 är dels ansluten en första tilloppsledning 16 för ett värmande gasformigt medium, dels en andra tilloppsledning 17 för ett väsentligen kylande gasformigt medium vilka i båda fallen företrädesvis utgöres av luft, samt till det andra munstycket 15' ansluten dels en första utloppsledning 18 för det kylande mediumet, dels en andra utloppsledning 19 för det varma mediumet.

Till nämnda tilloppsledningar 16, 17 och utloppsledningar 18, 19 hör också ett respektive, i figurerna dock ej visat, organ för styrning av flödet mellan nämnda ledningarna så de alternativa flödesvägarna vid tilloppen respektive utloppen kan styras på P33396SE00/LEG/MFH 508 902 5 ett valbart sätt, varvid ett i hålkroppsärnnets 6 inre för uppblåsning infört varmt gasforrnigt medium hastigt kan ersättas med ett kylande medium. Dessutom är givetvis båda dessa munstycken 15, 15' stängbara så att inget medium kan strömma därigenom.

Det uppfmningsenliga förfarandet genomförs på sätt som följer: Hålkroppsämnet 6, bestående av ett stålmaterial som i och för sig är förut känt. upphettas till härdningstemperatur, dvs till en temperatur ovanför Ac3, varvid stålmaterialet kommer att befinna sig i austenitiskt tillstånd. Företrädesvis uppvärmes stålet till en temperatur av mellan 775 och 1000 °C.

Den upphettade släta hålkroppsämnet 6 införes, såsom visas i flg. 1, mellan fonnverktygets halvor 2, 3 och dessa sammanföres anliggande mot varandra till ett slutet formläge. Nämnda halvor hos formverktyget är med fördel på förhand uppvärmda medelst ett genom kanalerna 7, 8 strömmande varmt medium så att inte formverktyget 1 i sig, under själva tillformningsprocessen, i någon större utsträckning verkar avkylande på hålkroppsämnet 6. Härefter införes munstycket 15, 15' i öppningen hálkroppens vardera ände varvid avtätningen mellan respektive ände och munstycke 15, 15' sker medelst tätningsringarna 13, 132 Vid införande av det på förhand upphettade gasformiga mediumet i det heta hålkroppsämnets 6 inre via munstycket 15, såsom illustreras med en strömningspil i fig. 1, formas detta plastiskt mot formrumshalvornas 4, 5 insidor. Det bör inses att munstycket 15' härvid befinner sig i stängt läge och att därigenom inget medium kan strömma ut från hålkroppsärrmets 6 inre. De tryck som erfordras för uppnående av en god plastisk forrnning av hålkroppsämnet mot formrumshalvornas insidor är till stor del beroende på ståltypen och dettas egenskaper, men även på utgångsämnets dimensioner och då i första hand den därav härrörande inre volymen och godstjockleken. Allmänt kan sägas att vid formblàsning av tunnväggigt gods och av den ståltyp som förordas härovan bör lämpliga tryck ligga i intervallet 30 - 80 MPa, alltså vid förhållandevis låga tryck.

Det bör dock påpekas att med de ovan angivna trycken avses de som teoretiskt erfordras för âstadkommande av erforderlig tryckkraft genomförande av den plastiska forrnbläsningen, men att praktiskt lämpliga tryck dock bör vara något högre för att form- givningen skall ske så snabbt att inte någon begynnande avkylning av ämnet mot formrums- halvornas 4, 5 insidor inleds innan formningsarbetet är fullständigt avslutat.

För att härefter åstadkomma en för genomförande av härdningsförloppet effektiv avkylning avkyls hålkroppsämnet hastigt både på utsidan och insidan. Härdningen av P33396SEO0/LEG/MFH 508 902 6 hálkroppsåninet 6 sker genom att den däri härskande gasen, såsom illustreras i ñg. la, utleds via munstyckets 15' utloppsledning 18 och ersätts av ett kylande gasformigt medium företrädesvis luft vilket leds in via munstyckets 15 iriloppsledning 17 såsom illustreras med en strömningspil i fig. 2. Samtidigt härmed avkyls även formverktygets 1 halvor 2, 3 genom att ett väsentligen kylande medium, företrädesvis vatten, leds genom dessa halvors kanaler 7, 8.

Härdningen, eller närmare bestämt kylningen av det formade hålkroppsämnet 6 skall utföras så snabbt att en finkomig martensitisk och/eller bainitisk struktur erhålles. I vilket den avkylningshastighet som erfordras är beroende av stålets kemiska samman- sättning, och därigenom dettas CCT-diagram (Continous Cooling Transformation).

Kylningen av det formade hâlkroppsämnet 6 genomföres med detta kvarsittande i form- rummet och under upprätthållande av ett mycket högt tryck även hos det medium som befinner sig i hålkroppsämnets inre, varvid formen i sig kommer att tjäna som fixtur under härdningsprocessen och hårigenom kan erhållas en härdad slutprodukt med komplex form och mycket goda måttnoggrannheter. För att under hela härdningsförloppet bibehålla en god fixering av det formade hålkroppsätrmet 6 mot formverktyget 1 är det önskvärt att det inte sker några tryckväxlingar inne i hålkroppsämnet 6 när det varma mediumet ersätts av ett för härdningen väsentligen kylande medium.

Efter avslutad härdning leds, såsom illustreras i fig. 2.a, det kylande gasformiga mediumet ut ur det formade hålkroppsånmets 6 inre och det färdiga hålkroppsämnet tas ut ur forrrmingsverktyget, såsom visas i tig. 3.

Föreliggande uppfinning är dock inte begränsad till det ovan beskrivna och det på ritningarna visade utan kan ändras och varieras på en mängd olika sätt inom ramen för den i patentkraven angivna uppfinningstanken. Exemplevis bör det inses att det uppftnningsenliga förfarandet inte är begränsat till hålkroppar i form av rör med två öppna ändar, utan givetvis är metoden även möjlig att, beroende på verktygens utformning, nyttja även vid hålkroppar av mycket komplex form och med en eller ett flertal öppningar.

P33396SE00/LEG/MFH

Claims (9)

508 902 7 PATENTKRAV

1. Förfarande för framställning av härdade hålkroppar av stâlmaterial genom form- blåsning varvid i hâlkroppsämnet i upphettat tillstånd, företrädesvis över austenitiserings- temperaturen, förs in i ett formverktyg (1) och uppbláses till formning mot verktygets insidor genom införande av ett uppvärmt trycksatt medium i hålkroppens inre hålrum, k ä n n e t e c k n a t av att i ett efterföljande steg avkyls den formade hålkroppen (6) hastigt i ett för härdningen av stålmaterialet avpassat förlopp genom att det i hàlkroppen härskande varma mediet ersätts av ett trycksatt kylande medium och att ett kylmedel leds genom formverktyget för dettas avkylning,

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av genom användande av ett hålkroppsämne (6) som åtminstone uppvisar tvâ öppningar vilka används för inledande och utledande av det trycksatta varma mediumet respektive det kylande mediumet till hålkropps- ämnets inre.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att det medium som via öppningama inleds och utleds ur formverktyget (1) för formblåsningen av hålkroppsämnet (6) och härdningen av detsamma är gasformigt.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att som gasformigt medium används luft.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att formverktyget (1) upphettas innan hâlkroppsämnet (6), för forrnblåsningen, inplaceras i detsamma.

6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att formverktyget (1) upphettas medelst ett genom detsamma strömmande på förhand upphettat medium.

7. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att som uppvärmningsmedium för formverktyget (1) används vatten.

8. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att som hålkroppsämne (6) används ett borstál.

9. Användning av förfarandet enligt något av de föregående kraven för tillverkning av ett härdat hålkroppsätrtne, såsom en rörformad balk eller till dessa hörande förbindnings- element, ingående i en fordonskaross. P33396SEOO/LEG/MFH