WO2006015849A2 - Verfahren zum presshärten von bauteilen aus stahlblech - Google Patents

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WO2006015849A2
WO2006015849A2 PCT/EP2005/008641 EP2005008641W WO2006015849A2 WO 2006015849 A2 WO2006015849 A2 WO 2006015849A2 EP 2005008641 W EP2005008641 W EP 2005008641W WO 2006015849 A2 WO2006015849 A2 WO 2006015849A2
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering

Definitions

  • the invention relates to a method for producing hardened components made of sheet steel, to a device for carrying out the method and to hardened components made of sheet steel which are produced by the method and the device.
  • a perspective, in particular for bodies in the automotive industry are components made of steel sheet with a strength depending on the alloy composition in a range of 1000 up to 2000 MPa.
  • the Bau ⁇ part it is known to cut corresponding sheets from sheets, the boards to a temperature er ⁇ warm over the, the Austenitmaschinestemperatur is and then closing the component in a press reshape, wherein currency ⁇ during the forming process at the same time a rapid cooling to harden the material is performed.
  • a scale layer forms on the surface. This is removed after forming and cooling. This is usually done with sandblasting. Before or after this descaling, the final trimming and the insertion of holes is carried out. If the final trimming and the insertion of the holes are carried out before sandblasting, it is disadvantageous that the cut edges and hole edges are affected. Irrespective of the sequence of the processing steps after curing, it is disadvantageous in descaling by sandblasting and comparable processes that the component is often distorted as a result. After the mentioned processing steps follows a so-called piece coating with a corrosion protection layer. For example, a cathodically effective corrosion protection layer is applied.
  • the post-processing of the gehär ⁇ ended component is extremely expensive and is subject to very high wear due to the hardening of the component. Furthermore, it is disadvantageous that the piece coating usually causes ei ⁇ NEN corrosion protection, which is not particularly pronounced rempli ⁇ . In addition, the layer thicknesses are not uniform, but fluctuate over the component surface.
  • this method it is also known to cold-form a component from a sheet-metal blank and subsequently to heat it up to the austenitizing temperature and then rapidly cool it in a calibration tool, wherein the calibration tool is responsible for ensuring that the component which is heated by the heating is warped, is calibrated with respect to the transformed areas. Subsequently, the post-processing described above takes place. Compared with the method described above, this method allows more complex geometries, since essentially only linear shapes can be produced during simultaneous forming and hardening, but complex shapes can not be realized in such forming processes.
  • a method for producing a hardened steel component in which a sheet of hardenable steel is heated to the hardening temperature and subsequently arranged in a shaping device in which the sheet is shaped into the desired final shape, during the forming, cooling is simultaneously rapid, so that a martensitic or bainitic structure is obtained while the sheet remains in the molding apparatus.
  • a starting material for example, a boron-alloyed coal used carbon steel or carbon manganese steel.
  • the deformation is preferably a compression but can also be used with other methods.
  • the reforming and the cooling should preferably be carried out and carried out so rapidly that a fine-grained marttensitic or bainitic structure is obtained.
  • projecting reference points or collars are produced from the plane of the board, which serve for positional orientation of the sheet metal profile in subsequent production operations.
  • the collars should be formed during the forming process of non-perforated areas of the board, wherein the reference points in the form of marginal embossing or impressions or collar in the sheet metal profile are generated.
  • the hot forming and hardening in the pressing tool should generally have advantages due to the efficient operation of the combination of forming and tempering operation in a tool. Due to the clamping of the sheet metal profile in the tool and due to thermal stresses, however, it should come to not exactly predeterminable delay on the component. This can have an adverse effect on downstream production operations, which is why the reference points are created on the sheet-metal profile.
  • the extent relevant temperature range 800 to 500 0 C is to be traversed with a defined Ab ⁇ cooling speed.
  • the step of connecting reinforcing plate and base plate should be able to be integrated without further involvement in the forming process, wherein the parts are brazed together whereby an effective corrosion protection at the contact zone can be achieved at the same time.
  • the tools are very alswen ⁇ dig especially by the defined internal cooling. From DE 2 003 306 a method and a device for pressing and hardening a steel part are known. The aim is to press steel sheet pieces in the form and to harden, the disadvantages of known methods are to be avoided, in particular special that parts made of steel sheet in successive separate special steps for compression molding and curing are produced.
  • the hardened or quenched products show a delay with respect to the desired shape, so that additional work steps are required.
  • a steel piece after the piece has been heated to a austenitic state inducing temperature zwi ⁇ rule to put a pair of cooperating mold elements, wor ⁇ pressed onto the piece and at the same time heat is quickly dissipated from the piece into the moldings , The molded parts are held at a cooling temperature during the entire process, so that a quenching effect is exerted on the piece under a molding pressure.
  • US Pat. No. 6,564,604 B2 discloses a method for producing a part having very high mechanical properties, wherein the part is to be produced by punching a strip from a rolled steel sheet, and in particular a hot-rolled and coated component having a metal or metal component.
  • coated to produce a steel sheet preform the steel sheet preform is cold or hot formed, and either cooled and hardened after hot working, or heated after cold forming, and then cooled.
  • An intermetallic alloy should be applied to the surface before or after forming and provide protection against corrosion and steel decarburization, which intermetallic mixture may also have a lubricating function. Subsequently, the supernatant material is removed from the molding.
  • the coating should generally be based on zinc or zinc-aluminum.
  • EP 1 013 785 A1 discloses a method for producing a component from a rolled steel strip and in particular a hot-rolled strip.
  • the aim is to be able to offer rolled steel sheets of 0.2 to 2.0 mm in thickness, which are coated inter alia after hot rolling and which are subjected to deformation either cold or hot, followed by thermal treatment. wherein the increase in temperature without steel decarburization and without oxidation of the Ober ⁇ surface of the aforementioned sheets before, during and after the Warm ⁇ deformation or the thermal treatment to be secured.
  • the metal sheet should be provided with a metal or a metal alloy which protects the surface of the sheet, then the sheet should be subjected to a tempering increase for the forming, then a deformation of the sheet be carried out and the part be finally cooled.
  • the coated sheet is to be pressed while hot and the part formed by deep drawing to be cooled to be cured at a rate which is higher than the critical curing rate.
  • the applied coating should consist in particular of aluminum or an aluminum alloy, whereby not only an oxidation and decarburization protection, but also a lubricating effect should result.
  • a metallic mold component in particular a Karosseriebau ⁇ partly from a semi-finished, from an uncured thermoformable steel sheet
  • the semifinished product renieren first by a Kaltumformverfah ⁇ , in particular by deep drawing to a component blank um ⁇
  • the component blank should be approximately corresponding to the edge on a component to be produced Border contour to be cropped.
  • the cut component blank is heated and press-hardened in a hot-forming tool.
  • the component produced in this way already has the desired boundary contour after hot forming so that a final trimming of the component edge is omitted. In this way, the cycle times during the production of hardened components made of sheet steel should be considerably reduced.
  • the steel used should be an air-hardening steel, which is possibly heated under a protective gas atmosphere in order to avoid scaling during heating. Otherwise, a scale layer is descaled in front of the mold component after hot working of the mold component.
  • the component blank is formed close to the final contour, which is to be understood by "near-net shape" that those parts of the geometry of the finished component which are associated with a macroscopic material flow, are completely formed ein ⁇ after completion of the cold forming process in the component blank. After the completion of the cold forming process, only slight form adaptations are required to produce the three-dimensional shape of the component, which require a minimal local material flow.
  • the object of the invention is to provide a method for producing hardened components made of sheet steel, which greatly reduces the training time of the tools, lowers the tool wear and reliable components with high dimensional accuracy and accuracy and delivers without delay, with a Nachbear ⁇ processing the workpieces can be omitted.
  • the object is achieved with a device having the features of claim 19.
  • the method according to the invention provides for heating the preformed and in particular deep-drawn components to the temperature required for hardening and then converting them into a tool.
  • the route of the as full-surface clamping or pressing as possible is eliminated and selectively pressed over part of the area.
  • it is possible to reliably clamp and hold in areas in which the clamping takes place with a very high pressure.
  • This preferably with a locally high pressure that possibly material, unevenness or Loka ⁇ le excesses displaced and quasi forged.
  • the material works easily in the surface of the mold, so that the friction between the mold and the workpiece increases. The material is thus adjusted in the pressed area to a uniform maximum thickness.
  • the total required pressing pressure of the press can be lower than in full-area process, so that significantly cheaper presses can be used.
  • the component is held clamped at least in the area of the cutting edges. Cut edges in the sense of the invention are both outer edges and holes or their edges.
  • the component can also be selectively clamped over its length or its surface.
  • clamping areas can be linear or grid-like over the entire area or partial surfaces of the workpiece.
  • the component can be formed in the pressed areas with hardness zones or hardness grades adapted to the best possible crash behavior. For example, it is possible to press along the main stress lines or force flow lines and thereby generate a higher degree of hardness. Furthermore, by this pressing or clamping a twisting by Ver ⁇ train can be prevented, in particular when forming the Maschinen ⁇ piece.
  • the non-pressed areas which have a lower strength due to a possibly lower cooling rate, can form a deformation reserve of the component, so that a loaded hardened component does not u as usual in homogeneously hardened or press-hardened components - but it still breaks slightly deformed. This prevents the component from separating in the event of an accident.
  • the component In the areas in which the component is not pressed, it is either on one side of a mold half and is spaced from the other mold half with an air gap or is spaced from both mold halves with an air gap.
  • the workpiece in the region in which a pressing does not take place, it is intended to support the component at least in the area of the positive radii of regions of the tool or of the mold halves.
  • the workpiece In areas of saddle points which have a narrow radius, for example 0.5 to 30 mm, the workpiece is advantageously pressed or clamped. Sat ⁇ telange are here defined so that in the region of a saddle point or saddle region, the workpiece with respect to two spatial axes has a positive radius.
  • the air gap or gaps are formed with a width of at least 0.02 mm and preferably 0.1 to 2.5 mm or larger.
  • the forming of the components as well as the cutting and punching of the components is carried out essentially or completely in the uncured state.
  • the relatively good deformability of the sheet metal material used in the unhardened state allows the realization of complex component geometries and replaces expensive subsequent trimming in the cured state by significantly less expensive mechanical Schneid ⁇ operations before the curing process.
  • a cutting operation for example the production of a hole or cutout, ie within the sheet, or the cutting off of a part or the entire outer contour in the interior, can also take place within the clamped area warm state er ⁇ follow.
  • the mold halves in the clamping areas have corresponding recesses which receive the cutting tool.
  • a cutting tool is provided adjacent to the clamping area, outside the clamping area.
  • the hot cut is preferably carried out at component temperatures between 380 ° C and 800 0 C.
  • the unavoidable dimensional changes due to the heating of the component are already taken into account in the forming of the cold sheet, so that the component is made approximately 0.6 to 1.0% smaller and in particular 0.8% smaller than the final dimensions. At least the expected thermal expansion during forming is considered. However, the component is completely contoured and cut except for the reduction.
  • only the areas of high complexity and forming depth and optionally the narrowly toleranced areas of the component, in particular the cut edges, may be sufficient to manufacture the formed edges, the forming surfaces and, where appropriate, the hole pattern, in particular the reference holes with the desired final tolerances, in particular the trimming and positional tolerances, of the finished, hardened component, the thermal expansion of the component being taken into account by the re-heating or annealing is compensated.
  • the component in the first embodiment after cold forming is about 0.8% smaller than the nominal final dimensions of the finished, hardened component.
  • smaller means that after the cold forming, the component is finished in three dimensions in all three spatial axes.
  • the thermal expansion is thus taken into account equally for all three spatial axes.
  • the thermal expansion due to, for example, the incomplete closure of the mold can not be taken into account for all spatial axes, since here only in the Z direction, due to an incomplete formation, a Stretching could be considered.
  • the three-dimensional geometry or contour of the tool is preferably made smaller in all three spatial axes.
  • the uncured, galvanized special sheet is first cut into blanks.
  • the processed boards may be rectangular, trapezoidal or shaped boards.
  • all known cutting processes can be used.
  • the cutting processes are used, which do not introduce so much heat into the sheet during the cutting process that hardening occurs.
  • This production of moldings includes all processes and / or processes capable of producing these moldings. For example, the following methods and / or processes are suitable:
  • the final trimming is carried out in said conventional tools.
  • the molded part which has been formed in the cold state, is manufactured smaller than the nominal one by 0.8 Geometry of the end component, so that the thermal expansion during Auf ⁇ heating is thereby compensated.
  • the molded parts produced by the abovementioned processes should be cold-formed, the dimensions of which lie within the tolerance range required by the customer for the finished part. If larger tolerances occur in the aforementioned cold-forming, these can be partly retroactively, slightly later be corrected during the mold hardening process, which will be discussed later. However, the tolerance correction in the molding hardening process is preferably performed only for shape deviations. Such form deviations can thus be corrected in the manner of a hot calibration.
  • the correction process should be limited to one bending operation only, wherein cutting edges which are dependent on the material quantity (in relation to the molding edge) should and can not subsequently be influenced, ie, if the geometry of the cutting edges in the parts is not correct, in the form hardening tool no correction can be made.
  • the tolerance range with respect to the cutting edges corresponds to the tolerance range during the cold forming and the shape hardening process.
  • the method according to the invention is when shaping in the cold state, ie criz ⁇ example when deep drawing on cold preformed component be ⁇ neighbor and in the region of the cutting edge, as known per se formed a flange.
  • the outer trimming is carried out in the region of the flange. This has the advantage that is cut in this section parallel to the opening and closing direction of the mold. Even with components in which a flange is actually not desired, it may still be advantageous in the cold state, this flange for the purpose of just described To produce cut.
  • the flange is then removed later in the course of the mold hardening process, as will be described below.
  • the ver ⁇ shaped and pruned part After the component has been completely formed, the ver ⁇ shaped and pruned part and heated to an annealing temperature of about 780 0 C, in particular 800 0 C to 950 0 C for a few seconds to a few minutes kept at this temperature, but vonin ⁇ least until a desired austenitization has occurred. In this case, the component expands by 1%, so that it has an excess of 0.2% after annealing and shortly before insertion.
  • the component After the annealing process, the component is subjected to the inventive form hardening step.
  • a part is first removed by a robot from a conveyor belt and placed in a marking station, so that each part can be traceably marked before it is hardened. Subsequently, the robot places the part on an intermediate carrier, wherein the intermediate carrier runs over a conveyor belt in an oven and the part is heated.
  • a continuous furnace with convection heating for example, a continuous furnace with convection heating is used.
  • any other heat aggregates or furnaces can also be used, in particular furnaces in which the moldings are heated electromagnetically or with microwaves.
  • the molded part passes through the oven on the carrier, the carrier being provided, so that the corrosion protection coating is not transferred to rolls of the continuous oven during heating or is abraded by it.
  • the parts are heated to a temperature which is above the austenitizing temperature of the alloy used.
  • a robot takes the part, depending on the Di ⁇ cke at 780 0 C to 950 0 C, in particular 860 ° C to 900 ° C from the oven and places it in the mold hardening tool.
  • the molding is carried out about 10 ° C to 80 0 C 40 0 C, in particular, the robot preferably for loading so that he high Geschwindig ⁇ ness the part accurately in the form hardening tool inserts.
  • the molding is deposited by the robot on a part lifter and then quickly shut down the press, wherein the Tei ⁇ leheber displaced and the part is fixed. This ensures that the component is properly positioned and guided until the tool is closed.
  • the part still has a temperature of at least 780 0 C.
  • the surface of the tool has a temperature of less than 5O 0 C, whereby the part quickly to 80 0 C to 200 ° C is cooled.
  • the component can already be removed. In this way, in contrast to the prior art, time can be saved.
  • the part can also be kept until further cooling in the tool.
  • the air gaps can be flushed with gas and, in particular, inert gases.
  • the gases can cause a cooling effect.
  • the tool is thereby subjected to thermal shock at the points where it rests on the work piece, the method according to the invention making it possible, in particular if no forming steps are carried out during the molding hardening step, for the tool to have a high thermal stability with respect to its base material. shock resistance interpreted.
  • the tools must still have a high resistance to abrasion, which in the present case, however, plays no significant role and thus reduces the cost of the tool.
  • hot forming in particular in the region of the cut edges, hot forming can still take place.
  • a flange in the region of the trim edge which, in actual fact, should not be present in the finished component.
  • the trimming can be carried out perpendicular to the opening and closing direction of the mold, which allows a particularly precise, precise and simple cut.
  • this flange formed at the hot component, which has been inserted in the mold is, when closing the mold entspre ⁇ accordingly back again formed and applied to the mold without the To stretch material.
  • a slider is provided correspondingly, wherein the mold for the mold hardening process is initially closed so far that the component is already held, for example, in a certain range from the upper mold part and then the slides be retracted, which press the flange to the mold on which the component rests. Since the component is clamped anyway in the area of the cut edges, the slides take over this clamping in this area, whereby the clamping and / or the subsequent forced shrinkage surprisingly succeeds so well that the previously existing bending edge of the flange on the finished component barely visible and verifiable
  • a robot takes the parts out of the press and places them on a rack, where they continue to cool down. Cooling may, if desired, be accelerated by additional blowing on of air or immersion in liquids.
  • the inventive mold hardening without appreciable reforming steps and with a positive fit of tool and workpiece only in the area of the cut edges while at the same time supporting the positive radii of the molded part, it is ensured that the workpiece is cooled without distortion.
  • a comprehensible defined cooling only takes place when the forming process has progressed to such an extent that the material rests against both mold halves or when the material immediately rests positively on all sides of the mold halves, which leads to inhomogeneities in the strength.
  • the molded part rests against the two mold halves only with the cutting edge areas and with the positive radii only on one mold half.
  • the shrinkage is eliminated in the region of the cutting edges, while in the region of the remaining component shrinkage takes place, which is used to ensure that the component bears against the mold and, if necessary, is bent slightly. This even makes it possible to subsequently correct form errors from deep drawing.
  • tabs arranged on the component can be provided for placing the component on the part lifters. These parts are at least hardened in the area in which they are connected to the actual component. As a result of a special movement sequence according to the invention, in particular of the part lifter after hardening and before the mold is opened, these tabs are broken off in a simple manner. As a result, a high degree of handling safety can be ensured; on the other hand, the tabs do not have to be subsequently removed, as is customary in the prior art.
  • FIG. 1 is a diagram showing the dilatometer curve of a sample of a hardenable steel sheet
  • Figure 2 the curve of Figure 1 with arrows showing the heating and cooling
  • FIG. 3 shows a section of the curve according to FIG. 2;
  • Figure 4 the flow curves of a hardenable steel sheet at different temperatures;
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of an inventive device
  • FIG. 6 shows a highly schematized tool slide for a tool set according to FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a device for breaking off handling slices on a processed sheet
  • FIG. 8 shows a further embodiment of a device according to FIG. 7;
  • FIG. 9 shows a process sequence of the process according to the invention.
  • FIGS. 10-14 the method according to the invention with reference to an automotive part
  • FIG. 15 shows a highly schematic representation of the method according to the invention with regard to the changes in size and the components to be treated;
  • FIG. 16 a process tree of the method according to the invention.
  • FIG. 17 shows a highly schematic representation of a component which, in the tumble-formed state, has a cutting flange and the direction of its deformation
  • FIG. 18 shows a molding tool with two slides for hot forming a component according to FIG. 17.
  • a component to be hardened is cold-formed and cut.
  • the component In the cold state, ie before curing, the component has a conventional steel sheet im ⁇ manente hardness. In this state, the sheet can be relatively well cut and also reshaped and in particular deep-drawn (FIG. 10).
  • the component is formed in all three Jardinach ⁇ sen about 0.8% smaller than it should be the final geometry.
  • Around the component subsequently curing is the component to the austenitization temperature and in particular spielmik about 900 0 C heated.
  • the component ( Figure 5, 6) at least in the region of the cutting edges (edges), clamped.
  • the component now attempts to shrink due to the cooling, but is substantially prevented by the clamping and the shape of the tool. This results in considerable tensile stresses and it comes to plastic deformation in the component.
  • the positive radii (FIG. 10) "support” the component, as a result of which the component bears against the molding tools in the corresponding regions. Due to the shrinkage, the component then adopts this shape, with inaccuracies in the shaping of the cold, soft component also being corrected here.
  • the component is left in the mold at least until the austenite-martensite transformation (FIGS. 2, 3) has been completed. This is the case in particular at about 250 ° C.
  • the molding tool 1 (FIGS. 7, 8) has, for example, a mold upper half 2 and a mold half 3.
  • the component 4 to be hardened is simplified in a pot-shaped or hat-shaped manner with a bottom surface 5, two ribs 6, 7 and two longitudinal flange regions 8, 9.
  • the bottom surface 5 enters the ribs 6 with two rounded portions 10, 11 , 7 over.
  • the frames 6, 7 go with curves 12, 13 in the flanges 8, 9 on.
  • the upper mold half 2 forms positive radii with respect to the molded part 4, in the region of the curves 12, 13 the lower mold half 3 forms positive radii with respect to the workpiece 4.
  • the workpiece 4 abuts the respective mold halves.
  • These positive radii opposite air gaps 14 are present, which extend into the bottom surface 5 and in frames 6, 7.
  • the air gaps 14 may overlap so that the component is located in partial regions of the frame, possibly also almost over the entire frame without contact with the tool halves.
  • the upper half of the mold or the lower half of the mold are formed adjacent to the air gaps 14 with projections or protrusions 16 so that the corresponding area of the workpiece 4 is clamped there.
  • the air gaps 14 have a width which is at least 0.02 mm and preferably 0.1 to 2.5 mm or larger.
  • one or more slide tools 17, 18 in one of the Formwerk ⁇ halves or opposite in both Formwerkmaschineschf ⁇ th 2, 3 be present, which preferably at Closing the mold on the opposite mold half or to each other driven towards each other and, for example, clamp holes in Be ⁇ rich the frame. This ensures that even holes arranged in the area of the frame are held reliably during the molding hardening and shrinking.
  • clamping webs can also be used with respect to the workpiece.
  • the clamping webs can either be arranged firmly in the form or be present in the form of insert elements. According to the invention, such clamping webs are provided, in particular, where the workpiece has to be held securely in order to avoid torsion by thermal stresses or cooling stresses and distortion, in particular in the case of very large or very long components.
  • the clamping webs preferably have a width of 5 to 20 mm
  • Points or areas are defined as saddle points in which two positive radii of two tool space axes coincide, the two positive radii each having a relatively narrow radius of 0.5 to 30 mm.
  • the component is pressed exclusively in the area of the cut edges and is supported by the respective mold half only in the area of the positive radii and is not adjacent to the mold halves on the remaining areas.
  • the component is at least with a small air gap spaced from the mold halves, wherein the width of the air gap can be adjusted depending on the desired cooling effect.
  • very small air gaps for example from 0.02 to 0.05 mm, have hardly any influence on the cooling, while very large air gaps of, for example, 1.00 to 2.5 mm and larger have a noticeable influence on the cooling performance and thus on the hardness of the material.
  • a notching tool 21 may be present in the region of the longitudinal edge 15 at the location at which a tab 20 protrudes (FIG. 7, 8), with this notching tool 21, for example, a projection in the area of the mold is.
  • the notching tool is a spring-loaded holding-down device 22, the spring-loaded non-holder 22 having an outwardly angled support surface 23.
  • the hold-down 22 is arranged (FIG. 7) opposite the part lifter 24, the part lifter 24 having a support projection 25 on which the tab 20 rests.
  • the projection 20 can be used to lift the latches 20 so that they support them with support Notching tool 21 is raised at an angle in the region of the notching tool 21 at the longitudinal edge, the hold-down element 22 being able to be lifted counter to the force of the spring at the moment when the lug 20 abuts the inclined face 23.
  • the tab breaks off due to the great hardness and brittleness.
  • the part lifter 24 is arranged on the same side of the workpiece as the blank holder 22, wherein the part lifter 24 is also mounted fe ⁇ dernd.
  • the part lifter 24 and the hold-down 22 opposite the notching tool 21 is arranged.
  • the Tei ⁇ leheber 24 with respect to the workpiece opposite to the opposite mold half 2 on the part lifter 24 and wegbewegbares away snap-off tool 26 is provided, which can be placed on the tab with a lateral projection 27 and ver the tab with respect to the notching tool 21 ver ⁇ bends and breaks off, the tool 26 touches on the parts lifter 24 and the parts lifter with its projection 25 and the tool with its projection 27 limit the tab 20 between them and in a further movement of the tool 26 of the parts lifter against the spring force of a spring 28th is moved until the tab 20 breaks off in the region of the notching tool 21.
  • the process can be controlled so that the cancel takes place at the most favorable temperature for this purpose.
  • a flange 31 In a further advantageous embodiment of the method according to the invention (FIGS. 17, 18), during molding in the coldest state, ie. H.
  • a flange 31 For example, during deep drawing on the cold-preformed component 29 adjacent and in the region of the Thomas ⁇ edge 30 in a conventional manner, a flange 31 becomesbil ⁇ det. After the flange 31 has been formed, the outer cut is made in the region of the flange 31. This has the advantage that is cut parallel to the opening and closing direction of the mold in this section. Even with components in which a flange is actually not desired, it may nevertheless be advantageous to produce this flange in the cold state for the purpose of the cut just described. The flange is then removed later in the course of the mold hardening process, as will be described below.
  • a hot forming in particular in the region of the cut edges 30 or the outer contour still take place a hot forming.
  • the trimming can be carried out perpendicularly to the opening and closing direction of the mold, which enables a particularly exact, precise and simple cut.
  • this formed flange is correspondingly returned to the hot component 29, which was inserted into the mold 1, when the mold 1 is closed. forms or applied to the mold 1 (arrows 32).
  • a respective slide 33 is present in the area in which the flange 31 is present, wherein the mold 1 for the molding hardening process is initially closed to such an extent that the component 29, for example, in a certain area 34 of the upper mold part 2 is already held and then the slide 33 are retracted (arrows 35), the flange 31 with correspondingly projecting areas or dimensions 36 on the mold 1 and mold base 3, on which the component 29 rests, an ⁇ press. Since the component 29 is thus clamped in the region of the cut edges 30, the sliders 33 and the regions 36 take over this clamping in this region, whereby this is achieved so well by the clamping and the subsequent forced shrinkage. that on the finished component, the previously existing bending edge of the flange 31 is hardly visible and detectable.
  • a flange or a bend can also be produced in the region of the cut edges or the outer contour in the warm state.
  • a slide acts accordingly on a projecting portion of the sheet, bends it to the desired extent and clamps the flange, the cutting edge of the flange or the bent portion on closing, while possibly the rest of the area, the principle of forced shrinkage obeying, not being pinched.
  • the entire process can proceed as follows 1. cutting boards, 2. the cold forming, for example, by deep drawing, then a mechanical Schneid ⁇ step, then the heating, the molding, anschlie ⁇ jackd if necessary, a cleaning such. B. an ultrasonic cleaning and then the camp. Since the form hardening dictates the cycle times and only one cutting step is present, the use of the existing often quite expensive presses and cutting lines with four to five large presses can be dispensed with and a slower press can be used which, for example, is set up on the level ground. Such presses do not have the high cycle rates or cycle times, such as large press lines, however, these are not required in the above method. The achievable pressing pressures are similar. However, investments are significantly lower.
  • a system for carrying out the method may be of modular design. This means that the plant can be converted or configured according to a desired production. Since press lines are usually equipped with six presses in line, but a smaller number of presses are required in the form hardening processes, a modular design is only possible to a limited extent; moreover, the presses that are not required can not be removed.
  • the clamping elements of the mold halves of resiliently mounted Klemm ⁇ inserts or clamping strips are formed, which are pressed when applying the clamping pressure in the molds, so that reduce the air gaps from a starting width and possibly disappear.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von gehärteten Bauteilen aus Stahlblech, umfassend zumindest die folgenden Verfahrenschritte: a) Formen von Formteilen aus einem Stahlblech; wobei b) vor, beim oder nach dem Formen des Formteils ein notwendiger Endbeschnitt des Formteils und gegebenenfalls erforderliche Ausstanzungen bzw. die Erzeugung eines Lochbildes vorgenommen wird, wobei c) das Formteil anschließend zumindest teilbereichsweise auf eine Temperatur erhitzt wird, welche eine Austenitisierung des Stahlwerkstoffes ermöglicht, und d) das Bauteil anschließend in ein Formhärtewerkzeug überführt wird und im Formhärtewerkzeug eine Formhärtung durchgeführt wird, bei der durch das zumindest teilbereichsweise Anlegen und Pressen des Bauteils durch die Formhärtewerkzeuge das Bauteil gekühlt und dadurch gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, e) dass das Bauteil vom Formhärtewerkzeug im Bereich der positiven Radien gestützt wird teilbereichsweise zumindest und im Bereich der Beschnittkanten verzugsfrei klemmend festgehalten wird, wobei in den Bereichen in denen das Bauteil nicht geklemmt wird das Bauteil zumindest zu einer Formwerkzeughälfte mit einem Spalt beabstandet ist.

Description

Verfahren zum Herstellen von gehärteten Bauteilen aus
Stahlblech
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von gehär¬ teten Bauteilen aus Stahlblech, eine Vorrichtung zum Durchfüh¬ ren des Verfahrens sowie gehärtete Bauteile aus Stahlblech die mit dem Verfahren und der Vorrichtung hergestellt werden.
Im Bereich des Automobilbaus besteht ein Bestreben das Fahr- zeuggesamtgewicht abzusenken oder bei verbesserten Ausstattun¬ gen das Fahrzeuggesamtgewicht nicht ansteigen zu lassen. Dies kann nur realisiert werden, wenn das Gewicht bestimmter Fahr¬ zeugkomponenten abgesenkt wird. Hierbei wird insbesondere ver¬ sucht das Gewicht der Fahrzeugrohkarosserie deutlich gegenüber früher abzusenken. Gleichzeitig sind jedoch die Anforderungen an die Sicherheit, insbesondere die Personensicherheit im Kraftfahrzeug und an das Verhalten bei Verunfallung des Fahr¬ zeuges gestiegen. Während für die Absenkung des Karosserieroh¬ gewichts die Anzahl der Teile verringert und insbesondere auch die Dicke reduziert wird, wird erwartet, dass die Rohkarosse¬ rie mit verringertem Gewicht bei einer Verunfallung eine er¬ höhte Festigkeit und Steifigkeit bei einem definierten Verfor¬ mungsverhalten zeigt. Der am meisten angewandte Rohstoff bei der Karossefieherstel- lung ist Stahl. Mit keinem anderen Werkstoff lassen sich in derart großen Bereichen kostengünstig Bauteile mit den unter¬ schiedlichsten Werkstoffeigenschaften zur Verfügung stellen.
Aus den geänderten Anforderungen resultiert, dass bei hohen Festigkeiten, auch hohe Dehnungswerte und damit eine verbes¬ serte Kaltumformbarkeit gewährleistet ist. Ferner ist der Be¬ reich der darstellbaren Festigkeiten für Stähle erweitert wor¬ den.
Eine Perspektive insbesondere für Karosserien im Automobilbau sind dabei Bauteile aus Stahlfeinblech mit einer Festigkeit in Abhängigkeit der Legierungszusammensetzung in einem Bereich von 1000 bis zu 2000 MPa. Um derart hohe Festigkeiten im Bau¬ teil zu erreichen, ist es bekannt, aus Blechen entsprechende Platinen zu schneiden, die Platinen auf eine Temperatur zu er¬ wärmen die über, der Austenitisierungstemperatur liegt und an¬ schließend das Bauteil in einer Presse umzuformen, wobei wäh¬ rend des Umformvorganges gleichzeitig ein rasches Abkühlen zum Härten des Werkstoffes durchgeführt wird.
Während des Glühens, um die Bleche zu austenitisieren, bildet sich an der Oberfläche eine Zunderschicht. Diese wird nach dem Umformen und Abkühlen entfernt. Dies geschieht üblicherweise mit Sandstrahlverfahren. Vor oder nach diesem Entzundern wird der Endbeschnitt und das Einfügen von Löchern durchgeführt. Werden der Endbeschnitt und das Einfügen der Löcher vor dem Sandstrahlen durchgeführt, ist von Nachteil, dass die Schnitt¬ kanten und Lochkanten in Mitleidenschaft gezogen werden. Unab¬ hängig von der Reihenfolge der Bearbeitungsschritte nach dem Härten ist beim Entzundern durch Sandstrahlen und vergleichba¬ ren Verfahren von Nachteil, dass hierdurch das Bauteil häufig verzogen wird. Nach den genannten Bearbeitungsschritten er- folgt eine sogenannte Stückbeschichtung mit einer Korrosions¬ schutzschicht. Beispielsweise wird eine kathodisch wirksame Korrosionsschutzschicht aufgebracht.
Hierbei ist von Nachteil, dass die Nachbearbeitung des gehär¬ teten Bauteils außerordentlich aufwendig ist und aufgrund der Härtung des Bauteils sehr hohem Verschleiß unterliegt. Ferner ist von Nachteil, dass die Stückbeschichtung üblicherweise ei¬ nen Korrosionsschutz bewirkt, der nicht besonders stark ausge¬ prägt ist. Zudem sind die Schichtdicken nicht einheitlich, sondern schwanken über die Bauteilfläche.
In einer Abwandlung dieses Verfahrens ist es auch bekannt, ein Bauteil aus einer Blechplatine kalt umzuformen und anschlie¬ ßend auf die Austenitisierungstemperatur aufzuheizen und dann in einem Kalibrierwerkzeug schnell abzukühlen, wobei das Ka¬ librierwerkzeug dafür verantwortlich ist, dass das Bauteil, welches durch das Aufwärmen verzogen wird, bezüglich der umge¬ formten Bereiche kalibriert wird. Anschließend erfolgt die zu¬ vor beschriebene Nachbearbeitung. Dieses Verfahren ermöglicht gegenüber dem zuvor beschriebenen Verfahren komplexere Geomet¬ rien, da sich beim gleichzeitigen Umformen und Härten im We¬ sentlichen nur lineare Formen erzeugen lassen, komplexe Formen jedoch bei derartigen Umformvorgängen nicht realisierbar sind.
Aus der GB 1 490 535 ist ein Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Stahlbauteils bekannt, bei dem ein Blech aus härt¬ baren Stahl auf die Härtetemperatur erhitzt wird und anschlie¬ ßend in einer Formgebungseinrichtung angeordnet wird in der das Blech in die gewünschte Endform geformt wird, wobei wäh¬ rend der Umformung simultan schnell abgekühlt wird, so dass eine martensitische oder bainitische Struktur erhalten wird während das Blech in der Formvorrichtung verbleibt. Als Aus¬ gangsmaterial wird beispielsweise ein borlegierter Kohlen- stoffstahl oder Kohlenstoffmanganstahl verwendet. Nach dieser Druckschrift ist die Umformung vorzugsweise eine Pressung kann aber auch mit anderen Verfahren angewendet werden. Die Umfor¬ mung und das Abkühlen sollen vorzugsweise so ausgeführt werden und so schnell durchgeführt werden, dass eine feinkörnige mar- tensitische oder bainitische Struktur erhalten wird.
Aus der EP 1 253 208 Al ist ein Verfahren zur Herstellung ei¬ nes gehärteten Blechprofils aus einer Platine, die in einem Presswerkzeug zum Blechprofil warm umgeformt und gehärtet wird, bekannt. Am Blechprofil werden hierbei aus der Ebene der Platine vorstehende Referenzpunkte beziehungsweise Kragen er¬ zeugt, die zur Lageorientierung des Blechprofils in nachfol¬ genden Fertigungsoperationen dienen. Die Kragen sollen beim Umformvorgang aus ungelochten Bereichen der Platine ausgeformt werden, wobei die Referenzpunkte in Form von randseitigen Ver- prägungen oder als Durchstellungen beziehungsweise Kragen im Blechprofil erzeugt werden. Das Warmumformen und Härten im Presswerkzeug soll aufgrund der durch die Kombination von Um¬ form- und Vergütungsvorgang in einem Werkzeug rationellen Ar¬ beitsweise generell Vorteile haben. Aufgrund der Einspannung des Blechprofils im Werkzeug und aufgrund von Wärmespannungen soll es jedoch zu nicht exakt vorhehrbestimmbaren Verzug am Bauteil kommen. Dieser kann sich nachteilig auf nachgeschalte¬ te Fertigungsoperationen auswirken, weshalb die Referenzpunkte am Blechprofil geschaffen werden.
Aus der DE 197 23 655 Al ist ein Verfahren zur Herstellung von Stahlblechprodukten bekannt, wobei ein Stahlblechprodukt in einem Paar gekühlter Werkzeuge geformt wird, solange es heiß ist und in eine martensitische Struktur gehärtet wird, während es immer noch im Werkzeug befindlich ist, so dass die Werkzeu¬ ge als eine Fixierung während des Härtens dienen. In den Be¬ reichen in denen nach dem Härten eine Bearbeitung stattfinden soll, soll der Stahl im Flussstahlbereich gehalten werden, wo¬ bei Einsätze in den Werkzeugen dazu verwendet werden, eine schnelle Abkühlung und dadurch eine martensitische Struktur in diesen Bereichen zu verhindern. Die gleiche Wirkung soll auch durch Ausnehmungen in den Werkzeugen erreicht werden können, so dass ein Spalt zwischen dem Stahlblech und den Werkzeugen auftritt. Bei diesem Verfahren ist von Nachteil, dass aufgrund des erheblichen Verzuges, der hierbei auftreten kann, das vor¬ liegende Verfahren zum Presshärten von Bauteilen mit komplexe¬ rer Struktur untauglich ist.
Aus der DE 100 49 660 Al ist ein Verfahren zum Herstellen lo¬ kalverstärkter Blechumformteile bekannt, wobei das Basisblech des Strukturteils im Flachzustand mit dem Verstärkungsblech lagedefiniert verbunden und dieses sogenannte gepatchte Ver¬ bundblech anschließend gemeinsam umgeformt wird. Um das Her¬ stellungsverfahren hinsichtlich Verfahrenserzeugnis und Ergeb¬ nis zu verbessern, sowie bezüglich der verfahrensübenden Mit¬ tel zu entlasten wird das gepatchte Verbundblech vor dem Um¬ formen mindestens auf etwa 800 bis 8500C erwärmt, rasch einge¬ legt, im warmen Zustand zügig umgeformt und anschließend bei mechanischer Aufrechterhaltung des Umformzustandes durch Kon- taktierung mit dem von innen her zwangsgekühlten Umformwerk¬ zeug definiert abgekühlt. Insbesondere der insoweit maßgebende Temperaturbereich 800 bis 5000C soll mit einer definierten Ab¬ kühlgeschwindigkeit durchfahren werden. Der Schritt des Ver- bindens von Verstärkungsblech und Basisblech soll ohne weite¬ res in dem Umformprozess integriert werden können, wobei die Teile miteinander hartverlötet werden wodurch zugleich ein wirksamer Korrosionsschutz an der Kontaktzone erreicht werden kann. Bei diesem Verfahren ist von Nachteil, dass die Werkzeu¬ ge insbesondere durch die definierte Innenkühlung sehr aufwen¬ dig sind. Aus der DE 2 003 306 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zum Pressen und Härten eines Stahlteils bekannt. Ziel ist es Stahlblechstücke in Form zu pressen und zu härten, wobei die Nachteile bekannter Verfahren vermieden werden sollen, insbe¬ sondere, dass Teile aus Stahlblech in aufeinanderfolgenden ge¬ sonderten Schritten zum Formpressen und Härten hergestellt werden. Insbesondere soll vermieden werden, dass die gehärte¬ ten oder abgeschreckten Erzeugnisse gegenüber der gewünschten Form einen Verzug zeigen, so dass zusätzliche Arbeitsschritte erforderlich sind. Zur Verwirklichung ist es vorgesehen ein Stahlstück, nachdem das Stück auf eine seinen austenitischen Zustand herbeiführenden Temperatur erwärmt worden ist, zwi¬ schen einem Paar zusammenwirkender Formelemente zu legen, wor¬ auf das Stück gepresst und gleichzeitig schnell Wärme von dem Stück in die Formteile abgeleitet wird. Die Formteile werden während des gesamten Vorganges auf einer Kühltemperatur gehal¬ ten, so dass auf das Stück eine Abschreckwirkung unter einem Formdruck ausgeübt wird.
Aus der DE 101 20 063 C2 ist es bekannt, metallische Profil¬ bauteile für Kraftfahrzeuge aus einem in Bandform bereitge¬ stelltem Ausgangsmaterial einer Walzprofiliereinheit zuzufüh¬ ren und zu einem Walzprofil umzuformen, wobei nach dem Aus¬ tritt aus der Walzprofiliereinheit partielle Bereiche des Walzprofils induktiv auf eine zum Härten erforderliche Tempe¬ ratur erwärmt und anschließend in einer Abkühleinheit abge¬ schreckt werden. Im Anschluss hieran sollen die Walzprofile zu den Profilbauteilen abgelängt werden.
Aus der US 6,564,604 B2 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Teils mit sehr hohen mechanischen Eigenschaften bekannt, wobei das Teil durch das Stanzen eines Streifens aus einem gewalzten Stahlblech hergestellt werden soll und insbesondere ein warm¬ gewalztes und beschichtetes Bauteil mit einer Metall- oder Me- talllegierung beschichtet ist, welches die Oberfläche des Stahls schützen soll, wobei das Stahlblech geschnitten wird, um ein Stahlblechvorformling zu erhalten, der Stahlblechvor- formling kalt oder warm umgeformt wird und entweder nach dem Warmumformen gekühlt und gehärtet wird oder nach dem Kaltum¬ formen erhitzt und anschließend abgekühlt wird. Eine interme¬ tallische Legierung soll auf die Oberfläche vor oder nach dem Umformen aufgebracht werden und einen Schutz gegen Korrosion und Stahlentkohlung bieten, wobei diese intermetallische Mi¬ schung zudem eine Schmierfunktion haben kann. Anschließend wird das überstehende Material von dem Formung abgenommen. Die Beschichtung soll hierbei allgemein auf der Basis von Zink oder Zink-Aluminium beruhen.
Aus der EP 1 013 785 Al ist ein Herstellungsverfahren eines Bauteils aus einem gewalzten Stahlband und insbesondere einem warmgewalzten Band bekannt. Ziel soll es sein, gewalzte Stahl¬ bleche von 0,2 bis 2,0 mm Dicke anbieten zu können, die unter anderem nach der Warmwalzung beschichtet werden und die einer Verformung entweder kalt oder warm, gefolgt von einer thermi¬ schen Behandlung unterworfen werden, wobei der Anstieg der Temperatur ohne Stahlentkohlung und ohne Oxidation der Ober¬ fläche der vorgenannten Bleche vor, während und nach der Warm¬ verformung oder der thermischen Behandlung gesichert werden soll. Hierzu soll das Blech mit einem Metall oder einer Me¬ talllegierung, die den Schutz der Oberfläche des Bleches si¬ chert, versehen werden, anschließend das Blech einer Tempera¬ turerhöhung für die Umformung unterworfen werden, anschließend eine Umformung des Bleches durchgeführt werden und das Teil abschließend abgekühlt werden. Insbesondere soll das beschich¬ tete Blech in heißem Zustand gepresst werden und das durch das Tiefziehen entstandene Teil abgekühlt werden um gehärtet zu werden und zwar mit einer Geschwindigkeit die höher ist als die kritische Härtungsgeschwindigkeit. Es wird ferner eine Stahllegierung angegeben, welche geeignet sein soll, wobei dieses Stahlblech bei 9500C austenitisiert werden soll, bevor es im Werkzeug verformt und gehärtet wird. Die aufgebrachte Beschichtung soll insbesondere aus Aluminium oder einer Alumi¬ niumlegierung bestehen, wobei hierdurch nicht nur ein Oxidati- ons- und Entkohlungsschutz, sondern auch eine Schmierwirkung resultieren soll. Bei diesem Verfahren kann es zwar im Gegen¬ satz zu den anderen bekannten Verfahren vermieden werden, dass das Blechteil nach dem Aufheizen auf die Austenitisierungstem- peratur verzundert, ein Kaltumformen wie dies in dieser Schrift dargestellt ist, ist jedoch mit feueraluminierten Ble¬ chen grundsätzlich nicht möglich, da die feueraluminierte Schicht eine zu geringe Duktilität für eine größere Verformung aufweist. Insbesondere Tiefziehprozesse komplexerer Formen sind mit derartigen Blechen im kalten Zustand nicht realisier¬ bar. Mit einer derartigen Beschichtung sind Warmumformungen, dass heißt das Umformen und Härten in einem einzigen Werkzeug möglich, das Bauteil weist danach jedoch keinen kathodischen Schutz auf. Zu dem muss auch ein solches Bauteil nach dem Här¬ ten mechanisch oder mittels Laser bearbeitet werden, so dass der bereits beschriebene Nachteil eintritt, dass nachfolgende Bearbeitungsschritte durch die Härte des Materials sehr auf¬ wendig sind. Darüber hinaus ist von Nachteil, dass alle Berei¬ che des Formteils, welche mittels Laser oder mechanisch ge¬ schnitten werden über keinerlei Korrosionsschutz mehr verfü¬ gen.
Aus der DE 102 54 695 B3 ist es bekannt, zur Herstellung eines metallischen Formbauteils, insbesondere eines Karosseriebau¬ teils aus einem Halbzeug, aus einem ungehärteten warmformbaren Stahlblech, das Halbzeug zunächst durch ein Kaltumformverfah¬ ren, insbesondere durch Tiefziehen zu einem Bauteilrohling um¬ zuformen. Anschließend soll der Bauteilrohling randseitig auf eine dem herzustellenden Bauteil näherungsweise entsprechende Berandungskontur beschnitten werden. Schließlich wird der be¬ schnittene Bauteilrohling erwärmt und in einem Warmumformwerk¬ zeug pressgehärtet. Das dabei erzeugte Bauteil weist bereits nach dem Warmumformen die gewünschte Berandungskontur auf, so dass eine abschließende Beschneidung des Bauteilrandes ent¬ fällt. Auf diese Weise sollen die Zykluszeiten bei der Her¬ stellung gehärteter Bauteile aus Stahlblech erheblich gesenkt werden. Der verwendete Stahl soll ein lufthärtender Stahl sein, der ggf. unter einer Schutzgasatmosphäre aufgeheizt wird, um eine Verzunderung während des Aufheizens zu vermei¬ den. Anderenfalls wird eine Zunderschicht vor das Formbauteil nach dem Warmumformen des Formbauteils entzundert. In dieser Druckschrift wird erwähnt, dass im Rahmen des Kaltumformpro¬ zesses der Bauteilrohling endkonturennah ausgeformt wird, wo¬ bei unter "endkonturnah" verstanden werden soll, dass diejeni¬ gen Teile der Geometrie des fertigen Bauteils, welche mit ei¬ nem makroskopischen Materialfluss einhergehen, nach Abschluss des Kaltumformprozesses vollständig in den Bauteilrohling ein¬ geformt sind. Nach Abschluss des Kaltumformprozesses sollen somit zur Herstellung der dreidimensionalen Form des Bauteils nur noch geringe Formanpassungen notwendig sein, welche einen minimalen lokalen Materialfluss erfordern. Bei diesem Verfah¬ ren ist von Nachteil, dass nach wie vor ein Endformschritt der gesamten Kontur im warmen Zustand erfolgt, wobei zur Vermei¬ dung von Verzunderung entweder der bekannte Weg gegangen wer¬ den muss, das unter Schutzgas geglüht werden muss oder die Teile entzundert werden müssen. Beiden Prozessen muss eine an¬ schließende Korrosionsstückbeschichtung nachfolgen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass bei allen vorgenann¬ ten Verfahren sämtlichst von Nachteil ist, dass für das Errei¬ chen eines optimalen Kühleffekts und zur Vermeidung von Verzug ein 100%iges Anliegen der Formteile an den Werkzeugen (ein so¬ genanntes 100%iges Touchierbild) angestrebt wird. Ein solches Touchierbild erfordert ein langes, sehr arbeitsin¬ tensives Einarbeiten des Werkzeuges, bei dem mit Hilfe von aufgetragener Farbe festgestellt wird, welche Bereiche des Bauteils noch nicht vollflächig am Werkzeug anliegen. Entspre¬ chend muss die Oberfläche andauernd korrigiert werden. Trotz¬ dem ist allen bekannten Presshärteverfahren gemeinsam, dass es häufig und ohne dass es voraussagbar wäre, trotz sorgfältigs¬ ter Einarbeitung zu Verzug und Schnittkantenversatz kommt, so dass Bauteile nach dem Ausformen insbesondere tordiert sind und die Schnittkanten versetzt sind. Wegen der großen Härte können derartige Teile nicht mehr nachbearbeitet und bei¬ spielsweise gerichtet werden. Die Nachbearbeitung bei den be¬ kannten Verfahren beschränkt sich auf den Endbeschnitt mittels Laser.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von gehärteten Bauteilen aus Stahlblech zu schaffen, welches die Einarbeitungszeit der Werkzeuge stark verkürzt, den Werkzeug¬ verschleiß senkt und zuverlässig Bauteile mit hoher Maß- und Passgenauigkeit und ohne Verzug liefert, wobei eine Nachbear¬ beitung der Werkstücke entfallen kann.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des An¬ spruchs 1 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unter¬ ansprüchen gekennzeichnet.
Es ist eine weitere Aufgabe eine Vorrichtung zum Herstellen von gehärteten Bauteilen aus Stahlblech zu schaffen, welche eine verringerte Einarbeitungszeit besitzt, weniger ver¬ schleißanfällig ist, schneller Instandzusetzen ist und zuver¬ lässig Bauteile mit einer hohen Maß- und Passgenauigkeit und ohne Verzug liefert. Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Un¬ teransprüchen gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein Hauptproblem beim Presshärten darin besteht, dass beim Einarbeiten der Werkzeuge mit vorgeformten und insbesondere tiefgezogenen Stahlblechen das Werkzeug auf diese Bleche eingearbeitet wird und mit die¬ sen Blechen ein fast vollständiger flächiger Kontakt herge¬ stellt wird. Bei den vorgeformten und insbesondere tiefgezoge¬ nen Stahlblechen mit den die Härtewerkzeuge eingearbeitet wer¬ den, handelt es sich jedoch auch um Stahlbleche, die mit neuen und ebenfalls in der Einarbeitung befindlichen Formwerkzeugen hergestellt werden. Durch Werkzeugverschleiß, sowohl des Tief¬ ziehwerkzeuges als auch des Härtewerkzeuges einerseits und Di¬ ckentoleranzen der gelieferten Stahlbleche andererseits oder durch Unterschiede in der Dicke des Werkstoffs durch das kalte Umformen, dem sogenannte Materialauszug wird jedoch ein wirk¬ lich vollflächiges Anliegen der Formhälften am Werkstück prak¬ tisch nie erreicht. Dies bedeutet aber auch, dass das Werk¬ stück an manchen Stellen mit sehr großer Kraft gepresst wird und an anderen Stellen fast gar nicht. Zwischen diesen beiden Extremen kann das Blech an unterschiedlichsten Stellen 'auch mit Kräften geklemmt werden, die zwischen der Maximalkraft und einer fast nicht vorhandenen Kraft liegen. Diese Stellen, an denen mit Maximalkraft, mit minimaler Kraft oder mit dazwi¬ schenliegenden Kräften geklemmt wird, sind nicht vorhersehbar. Sie befinden sich aber häufig auch im Flanschbereich.
Erfindungsgemäß konnte herausgefunden werden, dass das dazu führt, dass die unvermeidliche Schrumpfung des Bauteils in den Bereichen, in denen es stark geklemmt wird, verhindert wird und in den Bereichen in denen die Klemmung schwächer ist, mehr oder weniger eine Schrumpfung ohne Voraussage der Stärke stattfindet. Hierdurch werden unterschiedliche Material- bzw. Formteileigenschaften, insbesondere unterschiedliche Span- nungszustände bzw. Schrumpfungen generiert. Diese führen zum Verzug und insbesondere zur Tordierung der Bauteile. Es konnte zudem herausgefunden werden, dass die Phasenumwandlung von Austenit zu Martensit in nicht unerheblicher Weise dazu führt, dass diese Schrumpfung nicht linear mit der Temperatur statt¬ findet, was eine entsprechende Berücksichtigung weiter verkom¬ pliziert.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, die vorgeformten und insbesondere tiefgezogenen Bauteile auf die zum Härten notwen¬ dige Temperatur zu erhitzen und anschließend in eine Werkzeug zu überführen. Erfindungsgemäß wird von dem Weg des möglichst vollflächigen Klemmens bzw. Pressens abgegangen und gezielt teilflächig gepresst. Hierdurch kann in Bereichen in denen ge¬ klemmt wird mit einem sehr hohen Druck zuverlässig geklemmt und gehalten werden. Dies vorzugsweise jedoch mit einer lokal so hohen Pressung, dass ggf. Material, Unebenheiten oder loka¬ le Übermaße verdrängt und quasi geschmiedet werden. Hierdurch arbeitet sich der Werkstoff leicht in die Oberfläche der Form ein, so dass die Reibung zwischen Form und Werkstück steigt. Das Material wird somit im gepressten Bereich auf eine ein¬ heitliche maximale Dicke eingestellt. Der insgesamt benötigte Pressdruck der Presse kann jedoch niedriger sein als bei voll¬ flächigen Verfahren, so dass deutlich kostengünstigere Pressen verwendet werden können. Das Bauteil wird hierbei zumindest im Bereich der Schnittkanten klemmend gehalten. Schnittkanten im Sinne der Erfindung sind sowohl äußere Kanten als auch Löcher bzw. deren Kanten.
Zusätzlich kann das Bauteil auch über dessen Länge bzw. dessen Fläche gezielt geklemmt werden. Hierzu können sich Klemmberei¬ che linienartig oder gitternetzartig über die gesamte Fläche oder Teilflächen des Werkstücks erstrecken. Hierdurch kann das Bauteil in den gepressten Bereichen mit einem an ein möglichst gutes Crash-Verhalten angepassten Härtebereichen oder Härte¬ verläufen ausgebildet werden. Beispielsweise kann entlang der Hauptspannungslinien bzw. Kraftflusslinien gepresst werden und dort dadurch eine höhere Härte erzeugt werden. Ferner kann durch diese Pressung oder Klemmung eine Tordierung durch Ver¬ zug verhindert werden, insbesondere beim Ausformen des Werk¬ stücks. Die nicht gepressten Bereiche die aufgrund einer ggf. geringeren Abkühlrate eine geringere Festigkeit besitzen, kön¬ nen eine Verformungsreserve des Bauteils bilden, so dass ein belastetes gehärtetes Bauteil nicht u wie sonst bei homogen gehärteten bzw. pressgehärteten Bauteilen üblich - bricht son¬ dern sich noch gering verformt. Hierdurch wird verhindert, dass sich das Bauteil im Verunfallungsfall trennt.
In den Bereichen in den das Bauteil nicht gepresst wird liegt es entweder einseitig an einer Formenhälfte an und ist von der anderen Formenhälfte mit einem Luftspalt beabstandet oder ist von beiden Formenhälften mit einem Luftspalt beabstandet.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, in den Bereich in denen eine Pressung nicht stattfindet, dass Bauteil zumindest im Bereich der positiven Radien von Bereichen des Werkzeuges bzw. der Formenhälften zu stützen. In Bereichen von Sattelpunkten die einen engen Radius besitzen beispielsweise 0,5 bis 30 mm, wird das Werkstück vorteilhafterweise gepresst bzw. geklemmt. Sat¬ telpunkte sind hierbei so definiert, dass im Bereich eines Sattelpunktes oder Sattelbereiches das Werkstück bezüglich zweier Raumachsen einen positiven Radius besitzt.
Dies bedeutet auch, dass das Werkstück im Bereich eines posi¬ tiven Radius nur an einer Formhälfte anliegt, jedoch nicht an der gegenüberliegenden Formhälfte. Überraschender Weise konnte herausgefunden werden, dass mit einem derartiger Luftspalt, bei erfindungsgemäßer richtiger Einstellung die Kühlung und damit die Härtung positiv beeinflusst und insbesondere gesteu¬ ert werden kann. Erfindungsgemäß kann der Luftspalt aber auch so eingestellt werden, dass in vorausgewählten Bereichen das Bauteil weniger gehärtet wird als in anderen Bereichen. Dies kann z.B. dann sinnvoll sein, wenn in einem solchen Bauteil in bestimmten Zonen eine geringere Härtung und damit noch eine Verformbarkeit möglich sein soll. Ferner kann in den Fügeber¬ eichen ein sogenannter Härtesack durch eine geringere Härte des Ausgangsmaterials vermieden werden. Erfindungsgemäß werden der oder die Luftspalte mit einer Breite von mindestens 0,02 mm und vorzugsweise 0,1 bis 2,5 mm oder größer ausgebildet.
Erfindungsgemäß wird das Umformen der Bauteile sowie das Be¬ schneiden und Lochen der Bauteile im Wesentlichen bzw. voll¬ ständig im ungehärteten Zustand durchgeführt. Die relativ gute Verformbarkeit des verwendeten Blechmaterials im ungehärteten Zustand lässt die Realisierung komplexer Bauteilgeometrien zu und ersetzt teures nachträgliches Beschneiden im gehärteten Zustand durch wesentlich preisgünstigere mechanische Schneid¬ operationen vor dem Härteprozess.
In den Bereichen, in denen das Werkstück geklemmt wird, kann jedoch auch innerhalb des geklemmten Bereichs eine Schnittope¬ ration, beispielsweise die Erzeugung eines Lochs oder Aus¬ schnitts, also innerhalb des Blechs, oder das Abschneiden ei¬ nes Teils oder der gesamten Außenkontur im warmen Zustand er¬ folgen. Für das Schneiden innerhalb des Blechs besitzen die Formhälften in den Klemmbereichen entsprechende Aussparungen, die das Schneidwerkzeug aufnehmen. Für das Schneiden der Kon¬ tur wird benachbart zum Klemmbereich, außerhalb des Klemmbe¬ reichs ein Schneidwerkzeug vorgesehen. Der Warmschnitt erfolgt vorzugsweise bei Bauteiltemperaturen zwischen 380°C und 8000C. Hierdurch werden die Bereiche, die frei schrumpfen sollen, in keiner Weise beeinflusst oder beeinträchtigt.
Die unvermeidlichen Dimensionsänderungen durch das Erhitzen des Bauteils werden bei dem Umformen des kalten Blechs bereits berücksichtigt, so dass das Bauteil circa 0,6 bis 1,0% kleiner und insbesondere 0,8% kleiner hergestellt wird, als es die Endabmessungen sind. Zumindest wird die erwartete Wärmedehnung bei der Umformung berücksichtigt. Das Bauteil ist jedoch bis auf die Verkleinerung vollständig endkonturgenau geformt und beschnitten.
Bei dem kalten Bearbeiten des Bauteils, das heißt dem Umfor¬ men, Schneiden und Lochen kann es nach einer weiteren Ausfüh¬ rungsform des Verfahrens ausreichend sein, nur die Bereiche mit hoher Komplexität und Umformtiefe und gegebenenfalls die eng tolerierten Bereiche des Bauteils wie insbesondere die Schnittkanten, die Formkanten, die Formflächen und gegebenen¬ falls das Lochbild, wie insbesondere die Referenzlöcher mit den gewünschten Endtoleranzen, insbesondere den Beschnitt- und Lagetoleranzen, des fertigen, gehärteten Bauteils zu fertigen, wobei hierbei die Wärmedehnung des Bauteils durch das Aufhei¬ zen berücksichtigt bzw. kompensiert wird.
Dies bedeutet, dass das Bauteil in der ersten Ausführungsform nach dem kalten Umformen ca. 0,8% kleiner ist als die Soll- Endabmessungen des fertigen, gehärteten Bauteils. Kleiner be¬ deutet hierbei, dass das Bauteil nach dem kalten Umformen in allen drei Raumachsen also dreidimensional fertiggeformt ist. Die Wärmedehnung wird somit für alle drei Raumachsen gleicher¬ maßen berücksichtigt. Im Stand der Technik kann die Wärmedeh¬ nung durch beispielsweise das nicht vollständige Schließen der Form nicht für alle Raumachsen berücksichtigt werden, da hier nur in Z-Richtung, durch eine unvollständige Ausformung, eine Dehnung berücksichtigt werden könnte. Erfindungsgemäß wird vorzugsweise die dreidimensionale Geometrie bzw. Kontur des Werkzeugs in allen drei Raumachsen kleiner gefertigt.
Zur Durchführung des Verfahrens wird das ungehärtete, verzink¬ te spezielle Feinblech zunächst in Platinen geschnitten.
Die verarbeiteten Platinen können, Rechteck-, Trapez- oder Formplatinen sein. Für das Schneiden der Platinen können alle bekannten Schneidprozesse angewandt werden. Vorzugsweise wer¬ den Scheidprozesse angewandt, die während des Schneidprozesses keine so hohe Wärme in das Blech einbringen, dass eine Härtung eintritt.
Aus den geschnittenen Platinen werden anschließend mittels Kalt-Umformwerkzeugen Formteile hergestellt. Diese Herstellung von Formteilen umfasst alle Verfahren und/oder Prozesse, die in der Lage sind, diese Formteile herzustellen. Beispielsweise sind folgende Verfahren und/oder Prozesse geeignet:
Folgeverbundwerkzeuge,
Einzelwerkzeuge in Verkettung,
Stufenfolgewerkzeuge,
Hydraulische Pressestraße,
Mechanische Pressestraße,
Explosionsumformen, elektromagnetisches Umformen, Rohr-
Hydroformen, Platinen-Hydroformen und alle Kaltumformprozesse.
Nach dem Umformen und insbesondere dem Tiefziehen erfolgt der Endbeschnitt in den genannten herkömmlichen Werkzeugen.
Erfindungsgemäß wird das Formteil, welches im kalten Zustand geformt wurde um etwa 0,8 kleiner hergestellt als die nominale Geometrie des Endbauteils, so dass die Wärmedehnung beim Auf¬ heizen hierdurch kompensiert wird.
Die durch die genannten Prozesse hergestellten Formteile sol¬ len kalt umgeformt sein, wobei deren Dimensionen innerhalb des vom Kunden für das Fertigteil geforderten Toleranzfeldes lie¬ gen. Wenn bei der vorgenannten Kaltumformung größere Toleran¬ zen auftreten, so können diese teilweise nachträglich, gering¬ fügigst, während des Formhärteprozesses, auf den noch einge¬ gangen wird, korrigiert werden. Die Toleranzkorrektur im Form- härteprozess wird jedoch vorzugsweise nur für Formabweichungen durchgeführt. Derartige Formabweichungen können somit nach Art eines Warmkalibrierens korrigiert werden. Der Korrekturprozess soll jedoch möglichst nur auf einen Biegevorgang beschränkt werden, wobei Schneidkanten, die von der Werkstoffmenge abhän¬ gig sind (in Relation zur Formkante) nachträglich nicht beein- flusst werden sollen und können, d.h., dass, wenn die Geomet¬ rie der Schneidkanten in den Teilen nicht korrekt ist, im Formhärtewerkzeug keine Korrektur durchgeführt werden kann. Zusammenfassend kann man somit feststellen, dass der Toleranz¬ bereich bzgl. der Schneidkanten dem Toleranzbereich während des Kaltumformens und des Formhärteprozesses entspricht.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Formen in kaltem Zustand, d. h. bei¬ spielsweise beim Tiefziehen am kalt vorgeformten Bauteil be¬ nachbart und im Bereich der Schnittkante, wie an sich bekannt ein Flansch ausgebildet. Nach der Ausbildung des Flansches wird der Außenbeschnitt im Bereich des Flansches durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass bei diesem Schnitt parallel zur Öffnungs- und Schließrichtung der Pressform geschnitten wird. Selbst bei Bauteilen, bei denen ein Flansch eigentlich nicht gewünscht ist, kann es trotzdem vorteilhaft sein, in kaltem Zustand diesen Flansch zum Zwecke des soeben beschriebenen Schnittes zu erzeugen. Der Flansch wird dann später im Verlauf des Formhärteprozesses beseitigt, wie dies weiter unten be¬ schrieben wird.
Nachdem das Bauteil vollständig geformt wurde wird das ver¬ formte und beschnitte Teil auf eine Glühtemperatur von über 7800C insbesondere 8000C bis 9500C erhitzt und einige Sekunden bis zu einigen Minuten auf dieser Temperatur gehalten, zumin¬ dest jedoch solange bis eine gewünschte Austenitisierung stattgefunden hat. Das Bauteil dehnt sich hierbei um 1% aus, so dass es nach dem Glühen und kurz vor dem Einlegen ein Über¬ maß von 0,2% besitzt.
Nach dem Glühprozess wird das Bauteil dem erfindungsgemäßen Formhärteschritt unterzogen.
Nachfolgend wird das Aufheizen und Formhärten beispielhaft nä¬ her erläutert.
Für die Durchführung des Formhärteprozesses wird insbesondere ein Teil zunächst von einem Roboter von einem Transportband abgenommen und in eine Markierstation eingelegt, damit jedes Teil nachvollziehbar vor dem Formhärten markiert werden kann. Anschließend legt der Roboter das Teil auf einen Zwischenträ¬ ger, wobei der Zwischenträger über ein Transportband in einem Ofen läuft und das Teil erwärmt wird.
Für das Aufheizen wird beispielsweise ein Durchlaufofen mit Konvektionserwärmung verwendet. Jedoch sind auch jegliche an¬ dere Wärmeaggregate bzw. Öfen verwendbar, insbesondere auch Öfen, in denen die Formteile elektromagnetisch oder mit Mikro¬ wellen aufgeheizt werden. Das Formteil durchläuft auf dem Trä¬ ger den Ofen, wobei der Träger vorgesehen ist, damit die Kor- rosionsschutzbeschichtung beim Erwärmen nicht auf Rollen des Durchlaufofens übertragen oder von diesem abgerieben wird. Im Ofen werden die Teile auf eine Temperatur erwärmt, die über der Austenitisierungstemperatur der verwendeten Legierung liegt.
Nach dem Erwärmen der Teile auf Maximaltemperatur muss, um ei¬ ne vollständige Härtung zu erhalten, ab einer bestimmten Min¬ desttemperatur (>700°C) mit einer minimalen Abkühlgeschwindig¬ keit von >20K/s abgekühlt werden. Diese Abkühlgeschwindigkeit wird beim anschließenden Formhärten erreicht.
Hierfür nimmt ein Roboter das Teil, abhängig auch von der Di¬ cke bei 7800C bis 9500C, insbesondere 860°C bis 900°C aus dem Ofen und legt es in das Formhärtewerkzeug ein. Während des Ma- nipulierens bzw. Handlings verliert das Formteil ungefähr 10°C bis 800C insbesondere 400C, wobei der Roboter zum Einlegen vorzugsweise so ausgeführt ist, dass er mit hoher Geschwindig¬ keit das Teil maßgenau in das Formhärtewerkzeug einlegt. Das Formteil wird vom Roboter auf einem Teileheber abgelegt und anschließend die Presse rasch heruntergefahren, wobei der Tei¬ leheber verdrängt und das Teil fixiert wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Bauteil sauber positioniert und ge¬ führt wird, bis das Werkzeug geschlossen ist. Zu dem Zeitpunkt zu dem die Presse und somit das Formhärtewerkzeug geschlossen sind, hat das Teil noch eine Temperatur von mindestens 7800C. Die Oberfläche des Werkzeuges hat eine Temperatur von weniger als 5O0C, wodurch das Teil rasch auf 800C bis 200°C abgekühlt wird. Nach Abschluss der Austenit/Martensit-Umwandlung, d.h. unter 2500C kann das Bauteil bereits herausgenommen werden. Hierdurch kann im Gegensatz zum Stand der Technik Zeit gespart werden. Selbstverständlich kann das Teil auch bis zur weiteren Abkühlung im Werkzeug gehalten werden. Während des Härtens können die Luftspalte mit Gas und insbesondere Inertgasen ge¬ spült werden. Gegebenfalls können die Gase einen Kühleffekt bewirken. Das Werkzeug wird hierbei an den Stellen an denen es am Werk¬ stück anliegt durch Thermoschock belastet, wobei es das erfin¬ dungsgemäße Verfahren ermöglicht, insbesondere wenn beim Form¬ härteschritt keine Umformschritte durchgeführt werden, das Werkzeug bzgl. seines Grundwerkstoffs auf eine hohe Thermo- schockbeständigkeit auszulegen. Bei herkömmlichen Verfahren müssen die Werkzeuge zudem noch eine hohe Abrasionsbeständig¬ keit aufweisen, die jedoch im vorliegenden Fall keine wesent¬ liche Rolle spielt und insofern das Werkzeug verbilligt.
Beim Einlegen des Formteils ist darauf zu achten, dass das be¬ schnittene und gelochte Teil korrekt passend in das Formhärte¬ werkzeug eingelegt wird. Winkel können durch einfaches Biegen korrigiert werden, es kann jedoch kein überschüssiger Werk¬ stoff eliminiert werden. Deshalb müssen am kaltumgeformten Teil die Schnittkanten in Relation zu den Formkanten maßgenau geschnitten sein. Die Beschneidkanten sollen beim Formhärten fixiert werden, um Versetzungen der Schnittkanten zu vermei¬ den.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfah¬ rens kann insbesondere im Bereich der Schnittkanten noch eine Warmumformung stattfinden. Wie bereits beschrieben, kann es beim Kaltfertigformen des Bauteiles von Vorteil sein, im Be¬ reich der Beschnittkante einen Flansch vorzusehen, der eigent¬ lich beim fertigen Bauteil nicht vorhanden sein soll. Durch die Anformung eines solches Flansches im Tiefziehverfahren kann der Beschnitt senkrecht zur Öffnungs- und Schließrichtung der Form durchgeführt werden, was einen besonders exakten, ge¬ nauen und einfachen Schnitt ermöglicht. Im Formhärteprozess wird dieser gebildete Flansch bei dem heißen Bauteil, welches in "die Form eingelegt wurde, beim Schließen der Form entspre¬ chend wieder zurückgeformt bzw. an die Form angelegt ohne den Werkstoff zu dehnen. Hierzu ist in dem Bereich, in dem der Flansch vorhanden ist, entsprechend ein Schieber vorhanden, wobei die Form für den Formhärteprozess zunächst soweit ge¬ schlossen wird, dass das Bauteil beispielsweise in einem be¬ stimmten Bereich vom Formoberteil bereits gehalten wird und dann die Schieber eingefahren werden, die den Flansch an die Form, auf der das Bauteil aufliegt, andrücken. Da im Bereich der Schnittkanten das Bauteil sowieso geklemmt wird, überneh¬ men die Schieber diese Klemmung in diesem Bereich, wobei durch die Klemmung und/oder die nachfolgenden erzwungene Schrumpfung überraschender Weise dies so gut gelingt, dass am fertigen Bauteil die zuvor vorhandene Biegekante des Flansches kaum mehr sichtbar und nachweisbar ist.
Es ist grundsätzlich auch möglich, bestimmte Teile eines Bau¬ teils mit diesem Verfahren mit Schiebern im warmen Zustand an¬ zuformen oder auszubiegen, wobei eine teilweise Warmumformung dem Prinzip der erzwungenen Schrumpfung nicht widerspricht.
Anschließend nimmt ein Roboter die Teile aus der Presse und legt diese auf einem Gestell ab, wo sie weiter abkühlen. Die Abkühlung kann, wenn dies gewünscht ist, durch zusätzliches Anblasen von Luft oder Eintauchen in Flüssigkeiten beschleu¬ nigt werden.
Durch die erfindungsgemäße Formhärtung ohne nennenswerte Um¬ formschritte und bei einem Formschluss von Werkzeug und Werk¬ stück nur im Bereich der Schnittkanten bei gleichzeitigem Unterstützen der positiven Radien des Formteils ist es gewähr¬ leistet, dass das Werkstück verzugsfrei gekühlt wird. Bei üb¬ lichen Umformprozessen erfolgt eine nachvollziehbare definier¬ te Abkühlung erst dann, wenn der Umformprozess soweit gediehen ist, dass das Material an beiden Formhälften anliegt oder wenn das Material sofort allseitig formschlüssig an den Formhälften anliegt, dies führt zu Inhomogenitäten in der Festigkeit. Im vorliegenden Fall liegt das Formteil nur mit den Schnittkan¬ tenbereichen an den beiden Formhälften und mit den positiven Radien nur an eine Formhälfte an. Hierdurch wird die Schrump¬ fung im Bereich der Schnittkanten ausgeschaltet, während im Bereich des übrigen Bauteils eine Schrumpfung stattfindet, die dazu genutzt wird, dass das Bauteil sich an die Form anlegt und ggf. leicht nachgebogen wird. Hierdurch gelingt es sogar Formfehler vom Tiefziehen nachträglich zu korrigieren.
Der Beschnitt, der fertig tiefgezogenen Teile erfolgt üblicher Weise sequentiell. Bei der Erfindung können am Bauteil über¬ stehende Laschen für das Auflegen des Bauteils auf die Teile¬ heber vorgesehen sein. Diese Teile werden zumindest in dem Be¬ reich, in dem sie an das eigentliche Bauteil angebunden sind, mitgehärtet. Durch eine speziellen erfindungsgemäßen Bewe¬ gungsablauf, insbesondere des Teilehebers nach dem Härten und vor dem Öffnen der Form, werden diese Laschen in einfacher Weise abgebrochen. Hierdurch kann eine hohe Handhabungssicher¬ heit gewährleistet werden, andererseits müssen die Laschen nicht - wie im Stand der Technik üblich - nachträglich abge¬ schlagen werden.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläu¬ tert, es zeigen dabei:
Figur 1: ein Diagramm welches die Dilatometerkurve einer Probe eines härtbaren Stahlblechs zeigt;
Figur 2 : die Kurve nach Figur 1 mit Pfeilen zeigend das Aufheizen und Abkühlen;
Figur 3: einen Ausschnitt der Kurve nach Figur 2; Figur 4: die Fließkurven eines härtbaren Stahlblechs bei unterschiedlichen Temperaturen;
Figur 5: stark schematisiert einen erfindungsgemäßen
Werkzeugsatz mit einem zu härtenden Stahlblech;
Figur 6: stark schematisiert Werkzeugschieber für einen Werkzeugsatz nach Figur 5;
Figur 7 : eine Einrichtung zum Abbrechen von Handlingsla¬ schen an einem bearbeiteten Blech;
Figur 8: eine weitere Ausführungsform einer Einrichtung nach Figur 7;
Figur 9: ein Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Ver¬ fahrens;
Figuren 10-14: der erfindungsgemäße Verfahrensablauf anhand ei¬ nes Automobilteils;
Figur 15: stark schematisiert der erfindungsgemäße Verfah¬ rensablauf bezüglich der Größenänderungen und der zu behandelnden Bauteile;
Figur 16: einen Verfahrensstammbaum des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 17: stark schematisiert ein Bauteil, welches im kal¬ tumgeformten Zustand einen Schneidflansch be¬ sitzt und dessen Umformrichtung;
Figur 18: ein Formwerkzeug mit zwei Schiebern zur Warmum¬ formung eines Bauteiles entsprechend Figur 17. Erfindungsgemäß wird ein zu härtendes Bauteil im kalten Zu¬ stand umgeformt und geschnitten. Im kalten Zustand, d. h. vor dem Härten besitzt das Bauteil eine an üblichen Stahlblech im¬ manente Härte. In diesem Zustand lässt sich das Blech verhält¬ nismäßig gut schneiden und auch umformen und insbesondere tiefziehen (Figur 10) . Das Bauteil wird in alle drei Raumach¬ sen etwa 0,8 % kleiner geformt als es die Endgeometrie sein soll. Um das Bauteil anschließend zu Härten wird das Bauteil auf die Austenitisierungstemperatur und insbesondere bei¬ spielsweise über 9000C erwärmt. Die Erwärmung des Bauteils er¬ folgt dabei so, dass die Längenänderung des Materials die durch die Gefügeänderung die durch das Austenitisieren statt¬ findet abgeschlossen ist (Figur 1) . In Figur 1 erkennt man, dass bei Probebauteilen bei etwa 7500C die zunächst lineare Wärmedehnung mit steigender Temperatur bis etwa 8200C rückläu¬ fig verläuft bevor sie dann weiter ansteigt. Diese Unregelmä¬ ßigkeit in der linearen Dehnung sollte vor dem Einlegen des Werkstücks in das Werkzeug abgeschlossen sein.
Im Werkzeug wird das Bauteil (Figur 5, 6) zumindest im Bereich der Schnittkanten (Ränder), geklemmt. Das Bauteil versucht nun aufgrund der Abkühlung zu schrumpfen, wird dabei aber im We¬ sentlichen durch die Klemmung und die Form des Werkzeuges be¬ hindert. Dabei entstehen beträchtliche Zugspannungen und es kommt zu plastischen Verformungen im Bauteil. Die positiven Radien (Figur 10) "unterstützen" das Bauteil, wodurch sich das Bauteil in den entsprechenden Bereichen an die Formwerkzeuge anlegt. Durch die Schrumpfung nimmt das Bauteil diese Form dann an, wobei hier auch Ungenauigkeiten beim Formgeben des kalten, weichen Bauteils korrigiert werden. Das Bauteil wird zumindest solange in der Form belassen, bis die Austenit- Martensit-Umwandlung (Figuren 2, 3) abgeschlossen ist. Dies ist insbesondere bei etwa 2500C der Fall. Anschließend findet eine lineare Schrumpfung statt. Wird das Bauteil bei etwa 2500C aus der Form entnommen kann es frei noch etwa um 0,2 % schrumpfen. Wird das Bauteil in der Form belassen, springt das Bauteil beim Ausformen um etwa 0,2 % zurück, welches jedoch in der anfänglichen Formgebung berücksichtigt wurde.
In der Praxis (Figuren 11 bis 14) verläuft die Fertigung der¬ art, dass zunächst sogenannte Formplatinen aus einem Blech ge¬ schnitten werden. Die Formplatinen werden anschließend geformt und insbesondere tiefgezogen (Figur 12) und anschließend der Abfall weggeschnitten. Üblicherweise findet das Schneiden se¬ quentiell statt, so dass nicht auf ein Mal der gesamte Abfall weggeschnitten wird, sondern in zwei bis drei Stufen, da sich ansonsten der Verschnitt nicht gut aus der Form entfernen lässt. Zudem werden (Figur 14) Laschen am Teil belassen um das Teil auf sogenannten Teilehebern ablegen zu können und mit diesen Laschen auch aus der Form entfernen zu können. Erfin¬ dungsgemäß findet bei einfachen Bauteilen nur ein Schneid¬ schritt, wobei bei diesem einem Schneidschnitt die Laschen stehen gelassen werden die später zum Einlegen in die Form be¬ nötigt werden (Figur 13, 16) anschließend wird das Teil mit den Laschen in die Form eingelegt (Figuren 7, 8), wobei in den Bereichen in den die Laschen in der Form eingelegt sind, Ker¬ bungen erzeugen und anschließend die Laschen mit dem gesamten Werkstück gehärtet werden. Beim Ausformen des Bauteils werden die Laschen im Bereich der Kerbe durch Druckelemente abgebro¬ chen, so dass nach dem Ausformen ein vollständig fertigge¬ stelltes Bauteil vorliegt.
Nachfolgend wird ein Formwerkzeug für das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
Das Formwerkzeug 1 (Figur 7, 8) besitzt beispielsweise eine Formwerkzeugoberhälfte 2 und eine Formwerkzeugunterhälfte 3. Das zu härtende Bauteil 4 ist im Beispiel vereinfacht im Quer¬ schnitt topf- bzw. hutförmig ausgebildet mit einer Bodenfläche 5, zwei Zargen 6, 7 und zwei Längsflanschbereichen 8, 9. Die Bodenfläche 5 geht mit zwei Rundungen 10, 11 in die Zargen 6, 7 über. Die Zargen 6, 7 gehen mit Rundungen 12, 13 in die Flansche 8, 9 über. Im Bereich der Rundungen 10, 11 bildet die Formoberhälfte 2 bezüglich des Formteils 4 positive Radien, im Bereich der Rundungen 12, 13 bildet die Formunterhälfte 3 po¬ sitive Radien bezüglich des Werkstücks 4. Im Bereich der posi¬ tiven Radien liegt das Werkstück 4 an den jeweiligen Formwerk¬ zeughälften an. Diesen positiven Radien gegenüberliegend sind Luftspalten 14 vorhanden, welche bis in die Bodenfläche 5 bzw. in Zargen 6, 7 reichen. Im Bereich der Zargenmitte können sich die Luftspalten 14 überschneiden, so dass das Bauteil in Teil¬ bereichen der Zarge, ggf. auch fast über die gesamte Zarge oh¬ ne Anlage an den Werkzeughälften befinden. Im Bereich der Schnittkanten 15 sind die Formwerkzeugoberhälfte oder die Formwerkzeugunterhälfte benachbart zu den Luftspalten 14 mit Vorsprüngen oder Aufmassen 16 so ausgebildet, dass die ent¬ sprechenden Bereich des Werkstücks 4 dort geklemmt werden.
Die Luftspalten 14 besitzen eine Breite die mindestens 0,02 mm und vorzugsweise 0,1 bis 2,5 mm oder größer beträgt.
Bei sehr einfachen Formen kann es im Extremfall ausreichen, eine Unterstützung der positiven Radien lediglich und aus¬ schließlich im Bereich der Rundungen 10, 11, 12, 13 in Form von kreissegmentartigen Vorsprüngen vorzusehen und den Rest des Werkstücks nicht zu stützen sondern lediglich im Bereich der Schnittkanten 15 zu klemmen.
Um im Bereich der Zargen oder im Bereich von Wendepunkten oder Sattelpunkten mit engen Radien (ca. 0,5 - 30 mm) (Figur 6) ei¬ ne zuverlässige Klemmung zu erzeugen ohne dass das Einlegen des Werkstücks in Form behindert wird, oder das Werkstück in bestimmten Bereichen zu früh an der Form anliegt, können ein oder mehrere Schieberwerkzeuge 17, 18 in einer der Formwerk¬ zeughälften oder gegenüberliegend in beiden Formwerkzeughälf¬ ten 2, 3 vorhanden sein, welche vorzugsweise beim Schließen der Form auf die gegenüberliegende Formwerkzeughälfte bzw. aufeinanderzugefahren werden und beispielsweise Löcher im Be¬ reich der Zarge klemmen. Hierdurch wird gewährleistet, dass auch im Bereich der Zarge angeordnete Löcher zuverlässig wäh¬ rend des Formhärtens und Schrumpfens gehalten werden.
Um das Werkstück auch über die Fläche bzw. Länge zu klemmen insbesondere mit linienartigen, rautenartigen bzw. gitternetz¬ artigen Mustern, ist in der Form ein entsprechendes Muster in Form der entsprechenden Linien, Rauten oder Gitter als ent¬ sprechend linien-, rauten- oder gitterförmiges Aufmass vorhan¬ den. Diese Linien bzw. diese Klemmstege werden dabei so auf¬ einander abgestimmt, dass eine zuverlässige Klemmung erfolgen kann. Hierbei kann es vorteilhaft sein, derartige Klemmstege nur auf einer Seite des Werkstücks, das heißt an einer Form¬ hälfte vorzusehen und an der anderen Formhälfte ein vollflä¬ chiges Anliegen zu gewährleisten. Durch den hohen Pressdruck durch die Klemmleisten ist dies einfacher zu bewerkstelligen als bei einem angestrebten 100-% Touchierbild an beiden Form¬ hälften. Es können sich jedoch auch bezüglich des Werkstücks gegenüberliegende Klemmstege verwendet werden. Die Klemmstege können entweder fest in Form angeordnet sein oder in Form von Einlegeelementen vorhanden sein. Erfindungsgemäß werden derar¬ tige Klemmstege insbesondere dort vorgesehen, wo das Werkstück sicher gehalten werden muss um insbesondere bei sehr großflä¬ chigen oder sehr langen Bauteilen eine Tordierung durch Wärme¬ spannungen bzw. Abkühlspannungen und Verzug vermieden werden sollen. Die Klemmstege haben vorzugsweise eine Breite von 5 bis 20 mm Vorteilhafterweise wird im Bereich von Sattelpunkten eine beidseitige vollflächige Klemmung dieser relativ kleinen Be¬ reiche durchgeführt. Als Sattelpunkte werden Punkte bzw. Be¬ reiche definiert, in denen zwei positive Radien von zwei Werk¬ zeugraumachsen zusammenfallen, wobei die beiden positiven Ra¬ dien jeweils einen relativ engen Radius von 0,5 bis 30 mm be¬ sitzen.
Im einfachsten Fall jedoch wird das Bauteil ausschließlich im Bereich der Schnittkanten gepresst und nur im Bereich der po¬ sitiven Radien von der jeweiligen Formwerkzeughälfte gestützt und liegt an den übrigen Bereichen nicht an den Formwerkzeug¬ hälften an. Dort ist das Bauteil zumindest mit einem kleinen Luftspalt von den Formwerkzeughälften beabstandet, wobei die Breite des LuftSpaltes je nach gewünschtem Kühleffekt einge¬ stellt werden kann. Hierbei gilt, dass sehr kleine Luftspalte zum Beispiel von 0,02 bis 0,05 mm auf die Kühlung kaum einen Einfluss haben, während sehr große Luftspalte von beispiels¬ weise 1,00 bis 2,5 mm und größer einen merklichen Einfluss auf die Kühlleistung und damit auf die Härte des Materials haben.
Um die bereits beschriebenen Laschen abzubrechen kann im Be¬ reich der Längskante 15 an der Stelle an der eine Lasche 20 vorsteht ein Kerbwerkzeug 21 vorhanden sein (Figur 7, 8), wo¬ bei dieses Kerbwerkzeug 21 beispielsweise ein Vorsprung im Be¬ reich der Form ist. Dem Kerbwerkzeug gegenüberliegend ist ein gefederter Niederhalter 22 vorhanden, wobei der gefederte Nie¬ derhalter 22 eine nach außen abwinkelnd verlaufende Auflage¬ fläche 23 besitzt. Dem Niederhalter 22 ist (Figur 7) gegenü¬ berliegend der Teileheber 24 angeordnet, wobei der Teileheber 24 ein Auflagevorsprung 25 besitzt auf dem die Lasche 20 auf¬ liegt. Nach erfolgtem Härten kann mit dem Vorsprung 25 die La¬ sche 20 angehoben werden, so dass sie mit Unterstützung des Kerbwerkzeugs 21 im Bereich des Kerbwerkzeug 21 an der Längs¬ kante abgewinkelt angehoben wird, wobei der Niederhalter 22 in dem Moment an dem die Lasche 20 an der schrägen Fläche 23 an¬ liegt entgegen der Kraft der Feder angehoben werden kann. Im Bereich des Kerbwerkzeugs 21 bricht die Lasche aufgrund der großen Härte und Sprödigkeit ab.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (Figur 8) ist der Teileheber 24 auf gleichen Seite des Werkstücks angeordnet wie der Niederhalter 22, wobei der Teileheber 24 ebenfalls fe¬ dernd gelagert ist. Dem Teileheber 24 und dem Niederhalter 22 gegenüberliegend ist das Kerbwerkzeug 21 angeordnet. Dem Tei¬ leheber 24 bezüglich des Werkstücks gegenüberliegend ist an der gegenüberliegenden Formhälfte 2 ein auf den Teileheber 24 zu und von ihm wegbewegbares Abbrechwerkzeug 26 vorhanden, welches mit einem seitlichen Vorsprung 27 auf die Lasche auf¬ setzbar ist und die Lasche bezüglich des Kerbwerkzeugs 21 ver¬ biegt und abbricht, wobei das Werkzeug 26 auf dem Teileheber 24 aufsetzt und der Teileheber mit seinem Vorsprung 25 und das Werkzeug mit seinem Vorsprung 27 die Lasche 20 zwischen sich begrenzen und bei einer weiteren Bewegung des Werkzeugs 26 der Teileheber gegen die Federkraft einer Feder 28 bewegt wird bis die Lasche 20 im Bereich des Kerbwerkzeugs 21 abbricht.
Der Prozess kann dabei so gesteuert werden, dass das Abbrechen bei der hierfür am günstigsten Temperatur erfolgt.
Durch diese Maßnahme lässt sich der gesamte apparative Aufwand stark verringern. So kann insbesondere ein Schneidschritt ent¬ fallen.
In den Bereichen, in denen das Werkstück geklemmt wird, kann jedoch auch innerhalb des geklemmten Bereichs eine Schnittope¬ ration, beispielsweise die Erzeugung eines Lochs oder Aus- Schnitts oder das Abschneiden eines Teils der Außenschnittkan¬ te im warmen Zustand erfolgen. Hierfür besitzen die Formhälf¬ ten in den Klemmbereichen entsprechende Aussparungen. Der Warmausschnitt erfolgt vorzugsweise bei Bauteiltemperaturen zwischen 380°C und 8000C.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens (Fig. 17, 18) wird beim Formen im kal¬ ten Zustand, d. h. beispielsweise beim Tiefziehen am kalt- vorgeformten Bauteil 29 benachbart und im Bereich der Schnitt¬ kante 30 in an sich bekannter Weise ein Flansch 31 ausgebil¬ det. Nach der Ausbildung des Flansches 31 wird der Außen¬ beschnitt im Bereich des Flansches 31 durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass bei diesem Schnitt parallel zur Öffnungs¬ und Schließrichtung der Pressform geschnitten wird. Selbst bei Bauteilen, bei denen ein Flansch eigentlich nicht gewünscht ist, kann es trotzdem vorteilhaft sein, in kaltem Zustand die¬ sen Flansch zum Zwecke des soeben beschriebenen Schnittes zu erzeugen. Der Flansch wird dann später im Verlauf des Formhär¬ teprozesses beseitigt, wie dies weiter unten beschrieben wird.
Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens kann insbesondere im Bereich der Schnittkanten 30 oder der Außenkontur noch eine Warmumformung stattfinden. Wie bereits beschrieben, kann es beim Kaltfertigformen des Bauteiles 29 von Vorteil sein, im Bereich der Beschnittkante 30 einen Flansch 31 nur zum Schnei¬ den vorzusehen, der eigentlich beim fertigen Bauteil 29 nicht vorhanden sein soll. Durch die Anformung eines solches Flan¬ sches 31 im Tiefziehverfahren kann der Beschnitt senkrecht zur Öffnungs- und Schließrichtung der Form durchgeführt werden, was einen besonders exakten, genauen und einfachen Schnitt er¬ möglicht. Im Formhärteprozess wird dieser gebildete Flansch bei dem heißen Bauteil 29, welches in die Form 1 eingelegt wurde, beim Schließen der Form 1 entsprechend wieder zurückge- formt bzw. an die Form 1 angelegt (Pfeile 32) . Hierzu ist in dem Bereich, in dem der Flansch 31 vorhanden ist, entsprechend je ein Schieber 33 vorhanden, wobei die Form 1 für den Form- härteprozess zunächst soweit geschlossen wird, dass das Bau¬ teil 29 beispielsweise in einem bestimmten Bereich 34 vom Formoberteil 2 bereits gehalten wird und dann die Schieber 33 eingefahren werden (Pfeile 35) , die den Flansch 31 mit ent¬ sprechend-vorstehenden Bereichen oder Aufmassen 36 an die Form 1 bzw. Formunterteil 3, auf der das Bauteil 29 aufliegt, an¬ drücken. Da im Bereich der Schnittkanten 30 das Bauteil 29 so¬ wieso geklemmt wird, übernehmen die Schieber 33 bzw. die Be¬ reiche 36 diese Klemmung in diesem Bereich, wobei durch die Klemmung und die nachfolgende erzwungene Schrumpfung überra¬ schender Weise dies so gut gelingt, dass am fertigen Bauteil die zuvor vorhandene Biegekante des Flansches 31 kaum mehr sichtbar und nachweisbar ist.
In an sich gleicher Weise kann im Bereich der Schnittkanten oder der Außenkontur im warmen Zustand auch ein Flansch oder eine Ausbiegung erzeugt werden. Hierzu wirkt ein Schieber ent¬ sprechend auf einen vorstehenden Bereich des Blechs ein, biegt diesen im gewünschten Maß um und klemmt den Flansch, die Schnittkante des Flansches oder des umgebogenen Bereichs an¬ schließend, während ggf. der übrige Bereich, dem Prinzip der erzwungenen Schrumpfung gehorchend, nicht geklemmt wird.
Hierdurch kann beispielsweise außerhalb des eigentlich von der Komplexität der Formgebung kritischen Bereichen des Bauteils, beispielsweise dem Kopf einer Fahrzeug-B-Säule, noch eine Warmumformung vor der erzwungenen Schrumpfung erfolgen um z. B. einen Kopf-Flansch zu bilden.
Das gesamte Verfahren (Figuren 16, 17) kann wie folgt ablaufen 1. Platinen schneiden, 2. die Kaltumformung beispielsweise durch tiefziehen, anschließend ein mechanischer Schneid¬ schritt, anschließend das Erwärmen, das Formhärten, anschlie¬ ßend ggf. eine Reinigung wie z. B. eine Ultraschallreinigung und anschließend das Lager. Da das Formhärten die Taktzeiten vorgibt und nur ein Schneidschritt vorhanden ist kann auch die Verwendung der bestehenden oft recht aufwendigen Pressen und Schneidstraßen mit vier bis fünf großen Pressen verzichtet werden und eine langsamere Presse verwendet werden die bei¬ spielsweise zur ebener Erde aufgestellt ist. Derartige Pressen haben nicht die hohen Taktraten bzw. Taktzeiten wie große Pressestrassen diese werden jedoch im vorstehenden Verfahren nicht benötigt. Die erzielbaren Pressdrücke sind ähnlich. Die Investitionen sind jedoch deutlich niedriger. Zudem kann eine Anlage zum Durchführen des Verfahrens (Figur 16) modulartig ausgebildet sein. Das heißt entsprechend einer gewünschte Fer¬ tigung kann die Anlage umgestellt oder konfiguriert werden. Da Pressestraßen in der Regel mit sechs Pressen in Linie ausge¬ rüstet sind, aber beim Formhärteprozesse eine geringere Anzahl Pressen benötigt werden, ist eine modulartige Ausbildung nur bedingt möglich, zudem können die nicht benötigten Pressen nicht abgebaut werden.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass sich die Vorgänge bei einem erfindungsgemäßen Formhärten erheblich leichter simulie¬ ren lassen, da große Netto-Dehnungen über die Blechstärke in¬ folge von Umformungen nicht stattfinden. Die auftretenden Deh¬ nungen aufgrund gezwungener Schrumpfung sind klein.
Darüber hinaus ist von Vorteil, dass es mit der Erfindung ge¬ lingt, ohne lange' Einarbeitungszeiten und ohne die aufwendige Fertigung von Prototypen auch aus relativ ungenau tiefgezoge¬ nen oder im Umformen leicht verzogenen Bauteilen durch das Formhärten maßgenaue Bauteile ohne Verzug und ohne Tordierung mit definierter Härte zu erhalten. Ferner ist von Vorteil, dass für das erfindungsgemäße Verfahren relativ preisgünstige Pressenstraßen verwendet werden können. Hierdurch ist das Ver¬ fahren gegenüber bekannten Presshärteverfahren deutlich kos¬ tengünstiger.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform werden die klemmenden Elemente der Formwerkzeughälften aus federnd gelagerten Klemm¬ einsätzen oder Klemmleisten gebildet, welche beim Aufbringen des Klemmdrucks in die Formwerkzeuge gedrückt werden, so dass sich die Luftspalte von einer Ausgangsbreite reduzieren und ggf. verschwinden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von gehärteten Bauteilen aus
Stahlblech, umfassend zumindest die folgenden Verfahren¬ schritte:
a) Formen von Formteilen aus einem Stahlblech; wobei
b) vor, beim oder nach dem Formen des Formteils ein not¬ wendiger Endbeschnitt des Formteils und gegebenen¬ falls erforderliche Ausstanzungen bzw. die Erzeugung eines Lochbildes vorgenommen wird, wobei
c) das Formteil anschließend zumindest teilbereichsweise auf eine Temperatur erhitzt wird, welche eine Auste- nitisierung des Stahlwerkstoffes ermöglicht, und
d) das Bauteil anschließend in ein Formhärtewerkzeug überführt wird und im Formhärtewerkzeug eine Formhär¬ tung durchgeführt wird, bei der durch das zumindest teilbereichsweise Anlegen und Pressen des Bauteils durch die Formhärtewerkzeuge das Bauteil gekühlt und dadurch gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet,
e) das das Bauteil vom Formhärtewerkzeug im Bereich der positiven Radien gestützt wird und teilbereichsweise zumindest im Bereich der Beschnittkanten verzugsfrei klemmend festgehalten wird, wobei in den Bereichen in denen das Bauteil nicht geklemmt wird das Bauteil zu¬ mindest zu einer Formwerkzeughälfte mit einem Spalt beabstandet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil zu dem in Sattelbereichen d.h. Bereichen, in denen zwei Raumachsen positive Radien bilden geklemmt wird wenn die Sattelbereiche relativ enge Radien bilden, insbe¬ sondere von 0,5 bis 30 mm.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil zu dem über seine Fläche und/oder über seine Länge in bestimmten Bereichen geklemmt wird um eine höhere Abkühlrate und/oder den Abbau von Spannungen zu er¬ zielen und/oder Verzug zu vermeiden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil zusätzlich zu den Beschnittkanten über Teile der Fläche oder über die gesam¬ te Fläche mit einem punktartig verteilten Muster und/oder flächigen Muster wie einem Rauten- oder Gitternetzmuster mit entsprechenden Vorsprüngen der Formenhälften geklemmt verzugsfrei festgehalten wird.
5 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur über die Fläche verteilten Klem¬ mung mit einem Muster ein entsprechendes linien- und/oder punkteartig verteiltes Muster als Übermaß und/oder als Einlegeklemmlinien bzw. Einlegeklemmleisten in den Formen¬ hälften verwendet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form so eingestellt und bearbei¬ tet wird, dass das Bauteil außerhalb der geklemmten Berei- che frei schrumpfen kann, wodurch sich das Bauteil zumin¬ dest im Bereich der positiven Radien eng an die Form an¬ legt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nur im Bereich der posi¬ tiven Radien gestützt und in den Bereichen der Beschnitt¬ kanten verzugsfrei geklemmt wird und in den übrigen Berei¬ chen die Formwerkzeughälften mit Spalten beabstandet vom Werkstück sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil in allen drei Raumachsen um etwa 0,95 % - 0,4 % insbesondere 0,8 % kleiner ausge¬ formt wird, als es die Endgeometrie sein soll.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nachdem es im kalten Zu¬ stand ausgeformt wurde auf die Austenitisierungstemperatur insbesondere beispielsweise über 9000C erwärmt wird und solange auf dieser Temperatur gehalten wird bis eine ge¬ wünschte Austenitisierung erfolgt ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Bauteils so er¬ folgt, dass die Längenänderung des Materials die durch die Gefügeänderung die durch das Austenitisieren stattfindet abgeschlossen ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Austenitisierung er¬ zeugte nicht lineare Wärmedehnung abgeschlossen ist bevor das Werkzeugstück in das Formhärtewerkzeug eingelegt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nach dem Klemmen im Form¬ werkzeug schrumpft, wobei die positiven Radien unterstützt werden, wodurch sich das Bauteil in den entsprechenden Be¬ reichen an die Formwerkzeuge anlegt, wobei das Bauteil durch die Schrumpfung die Form der positiven Radien an¬ nimmt, wobei Ungenauigkeiten bei der Formgebung im kalten Zustand korrigiert werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil bzw. Werkstück zumindest solange in der Form belassen wird, bis die Austenit- Martensit-Umwandlung abgeschlossen ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil so aufgewärmt wird, dass es im erwärmten Zustand und insbesondere im geschlossenen Formhärtewerkzeug um etwa 0,1 % bis 0,4 %, insbesondere 0,2 % größer ist als es die Sollgeometrie ist.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst sogenannte Formplatinen aus einem Blech geschnitten werden und die Formplatinen und anschließend geformt und insbesondere tiefgezogen werden und anschließend der Abfall weggeschnitten wird, wobei der Abfall vorzugsweise in einer Schneidoperation geschnitten wird und am Bauteil Laschen belassen werden um das Teil auf Teilehebern- der Formwerkzeughälften ablegen zu können, wobei die Laschen in der Form mitgehärtet werden, wobei im Bereich des Anbindungsbereichs der Lasche an das Werkstück Kerbungen erzeugt werden und vor dem Ausformen des Werk¬ stücks die Laschen durch verbiegen abgebrochen werden.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftspalte (14) auf eine Breite von mindestens 0,02 mm und vorzugsweise von 0,1 bis 2,5 mm oder größer eingestellt wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Härtens die Luftspalte mit Gas gespült werden.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass das Werkstück beim Ausformen aus dem Formhärtewerkzeug in die Endgeometrie uniform ,. springt.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass in den Bereichen, in denen das Werkstück geklemmt gehalten wird, innerhalb des geklemm¬ ten Bereichs eine Schnittoperation, insbesondere die Er¬ zeugung eines Lochs oder Ausschnitts innerhalb des Blechs oder das Abschneiden eines Teiles oder der gesamten Au¬ ßenkontur im warmen Zustand des Blechs, durchgeführt wird.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass beim Formhärten eine Warmum¬ formung dahingehend stattfindet, dass bei der vorangegan¬ genen Kaltumformung erzeugte Flansche (31) oder gewünsch¬ te neue Flansche oder Abbiegungen durch im Werkzeug ange¬ ordnete Schieber (33) umgebogen oder erzeugt oder an die das Werkstück aufnehmende Formwerkzeughälfte (3) angebo¬ gen oder angepresst wurden und dort die Schnittkanten klemmend gehalten werden.
21. Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (1) zumindest eine Formwerkzeugoberhälfte (2) und eine Formwerkzeugunterhälfte (3) besitzt, wobei die Formwerkzeughälften im Bereich von Rundungen (10, 11, 12, 13) des Werkstücks positive Radien bilden, wobei den positiven Radien gegenüberliegend Luftspalten (14) vorhan¬ den sind und in Bereichen in denen das Werkstück geklemmt wird, insbesondere der Schnittkanten (15) die Formwerk¬ zeughälften (2, 3) benachbart zu den Luftspalten (14) mit Vorsprüngen oder Aufmassen (16) so ausgebildet sind, dass die entsprechenden Bereiche eines Werkstücks (4) dort ver¬ zugsfrei geklemmt werden.
22. Formwerkzeug nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug zur Unterstützung der positiven Ra¬ dien lediglich und ausschließlich im Bereich der Rundungen kreissegmentartige Vorsprünge besitzt und in den übrigen Bereichen des Werkstücks Luftspalte (14) vorhanden sind.
23. Formwerkzeug nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass um im Bereich der Zargen oder in Bereichen in denen eine Klemmrichtung nicht der Arbeitsrichtung der Presse entspricht eine zuverlässige Klemmung zu erzeugen ohne dass das Einlegen des Werkstücks in die Form behin¬ dert wird oder das Werkstück in bestimmten bereichen zu früh an der Form anliegt ein oder mehrere Schieberwerkzeu¬ ge (17, 18) in einer der Formwerkzeughälften (2, 3) oder gegenüberliegend in beiden Formwerkzeughälften (2, 3) vor¬ handen sind, welche vorzugsweise beim Schließen der Form auf die gegenüberliegende Formwerkzeughälfte (2, 3) oder aufeinander zugefahren werden und beispielsweise Löcher im Bereich der Zarge klemmen.
24. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 21 bis 23 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Abbrechen von an dem Werkstück vorhandenen Laschen im Bereich der Längskante (15) an Stellen an der eine Lasche (20) vorsteht ein Kerbwerkzeug (21) vorhanden ist, welches im Anbindungsbereich der La¬ sche an eine Beschnittkante des Werkstücks eine Kerbe ein¬ prägt.
25. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kerbwerkzeug (21) gegenüberliegend ein gefederter Niederhalter (22) vorhanden ist, wobei dem Niederhalter (22) gegenüberliegend ein Teileheber (24) an¬ geordnet ist, wobei der Teileheber (24) ein Auflagevor¬ sprung (25) besitzt auf dem die Lasche (20) aufliegt.
26. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 21 bis 25 , dadurch gekennzeichnet, dass der Teileheber (24) und der Nieder¬ halter (22) in dem Kerbwerkzeug (21) gegenüberliegend an¬ geordnet ist, wobei dem Teileheber (24) bezüglich des Werkstücks (4) gegenüberliegend an der gegenüberliegenden Formhälfte (2, 3) ein auf den Teileheber (24) zu und von ihm wegbewegbares Abrechwerkzeug (26) vorhanden ist, wel¬ ches mit einem seitlichen Vorsprung (27) auf die Lasche aufsetzbar ausgebildet ist.
27. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Luftspalte (14) eine Breite von > 0,02 mm besitzen.
28. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Luftspalten (14) eine Breite von 0,1 bis 2,5 mm oder größer besitzen.
29. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bereichen, in denen das Werk¬ stück verzugsfrei geklemmt wird, Schneidvorrichtungen und/oder Stanzvorrichtungen vorhanden sind, wobei in den klemmenden Bereichen für die Schneid- und/oder Stanzvor¬ richtung sowie für das Durchsetzen des Schneid- oder Stanzwerkzeuges entsprechende Freisparungen vorhanden sind.
30. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass für das Warmschneiden der Kontur o- der eines Teils der Kontur benachbart zum und außerhalb des Klemmbereichs ein Schneidwerkzeug vorgesehen ist.
31. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 21 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass am Formwerkzeug (1, 2, 3) Schieber (33) angeordnet sind, welche im Bereich von am eingeleg¬ ten Werkstück vorhandenen Flanschen (31) oder zur Erzeu¬ gung neuer Flansche oder Abbiegungen so ausgebildet sind, dass sie die Flansche (31) oder Abbiegungen auf eine ge¬ genüberliegende Formwerkzeughälfte (3) pressend ausgebil¬ det sind und dabei umbiegen, wobei die Schnittkante (30) und/oder der Flansch (31) des Werkstücks (29) nach dem Biegen vom Schieber (33) und der jeweiligen Formwerkzeug¬ hälfte (2, 3) klemmend gehalten werden.
32. Gehärtetes Stahlbauteil hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20 und mit einer Vorrich¬ tung nach einem der Ansprüche 21 bis 31.
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