WO2014187623A1 - Verfahren und härtungswerkzeug zum härten eines bauteils oder halbzeugs - Google Patents

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WO2014187623A1
WO2014187623A1 PCT/EP2014/057880 EP2014057880W WO2014187623A1 WO 2014187623 A1 WO2014187623 A1 WO 2014187623A1 EP 2014057880 W EP2014057880 W EP 2014057880W WO 2014187623 A1 WO2014187623 A1 WO 2014187623A1
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WO
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component
tool
semifinished product
semi
hardening
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PCT/EP2014/057880
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French (fr)
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Sascha Sikora
Janko Banik
Original Assignee
Thyssenkrupp Steel Europe Ag
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    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method for hardening a component or semifinished product produced from a workpiece comprising a steel material, wherein the workpiece is formed in a forming tool to the component or semifinished product, wherein the component or semifinished product in a receiving area of the component or semifinished product enclosing hardening tool is introduced and inductively heated by at least one induction coil integrated in the curing tool and wherein the component or semifinished product is then cured by cooling.
  • the invention relates to a curing tool, in particular for carrying out the method, with a receiving area for
  • Receiving and enclosing a component or semifinished product and with at least one induction coil integrated in the curing tool for inductive heating of the component or semifinished product located in the receiving region are getting higher
  • a hardenable steel is brought to a temperature above the Aci- or Ac3-temperature of the steel and then cooled, in particular quenched.
  • the microstructure is at first partially transformed into austenitic microstructure and then cooled down into martensitic microstructures, so that increased strength can be achieved.
  • manganese-boron steels For example, with manganese-boron steels
  • Tensile strengths of up to 2000 MPa can be achieved in the cured state.
  • Another approach to meet the requirements mentioned above, is to design the components as hollow sections. these can
  • hollow profiles can lead to stiffness problems.
  • the hollow profiles can be formed as closed hollow sections. If closed hollow profiles are assembled from half-shells, this increases the weight, however, and additional process steps are also necessary.
  • the invention therefore has as its object to propose a method and a device in order to enable process-reliable hardening of the component or semifinished product, even with complex geometries, in an economical manner.
  • the object is achieved with a
  • Expansion and shrinkage processes during warming up and cooling of the component or semi-finished product has set no reliable position of the component or semi-finished in the curing tool.
  • inductively warming up this has led to the fact that a different amount of energy is coupled into the material by changing the coupling distance between the component or semifinished product and the induction coil.
  • the resulting temperature fluctuations lead to a different extent and to a wavy material surface, which in turn leads to different distances of the component to be heated or semi-finished.
  • the component or semi-finished product is thus ensured surface contact between hardening tool and semi-finished or component.
  • the component or semi-finished product When introduced into the curing tool, the component or semi-finished product usually has a temperature below the
  • Austenitizing temperature of the steel material for example about
  • the contact areas can be provided differently depending on the geometry of the component.
  • the contact region is provided on both sides of a planar component or semifinished product or the contact region is the outer surface of the component or semifinished product, in particular in the case of a profile, so that the surface contact is simply maintained during further heating. This makes it even complex and highly complex
  • Non-complex components are characterized by varying cross-sections and / or highly cranked geometry courses and / or greatly varying component height.
  • complex-shaped components such as those in
  • Hydroforming process but also produced in U-O process can be hardened according to the invention process reliable.
  • full-surface contact may be substantially maintained between the component or semifinished product and the curing tool. Due to the positive insertion find virtually no or only negligible relative movements of component or semi-finished and hardening tool instead It has also been shown that by dividing the forming and the
  • the curing tool can be designed so that the component or semi-finished particularly form-fitting in the
  • Forming is done more, is introduced.
  • the at least one induction coil is particularly advantageously arranged at a constant distance from the hardening tool surface of the receiving region. That the at least one induction coil with a constant distance the
  • Hardening tool surfaces follows, can be realized that, for example -
  • the active surfaces of the curing tool in shell or crown construction are made and channels are milled on the back, for example, or that are provided with channels integrally cast shells into which the at least one induction coil can be inserted.
  • an air hardener is used and the component or semi-finished outside of the receiving area of the curing tool hardened by cooling in air, the process can due to the absence of an integrated in the curing tool quenching or on an external curing process particularly be carried out economically. Due to the very homogeneous or predictable
  • Heating of the component or semi-finished product in the curing tool can be achieved by subsequent cooling in the air a particularly uniform and precise curing. Forced air cooling is also applicable.
  • Air hardeners are in particular steels with high chromium contents, for example between 12 and 18% by weight. Also, elements such as molybdenum, manganese and / or nickel may aid the air hardenability of the steel.
  • a particularly process-reliable hardening of the component or semifinished product, even with complex geometries, can according to a next embodiment of the
  • the method according to the invention can be achieved if the component or semifinished product is hardened within the receiving region of the closed curing tool following heating by cooling, in particular by means of a cooling medium.
  • a cooling medium for example, even steel, which must be cooled very quickly for curing, for example, must be quenched, be hardened process reliable.
  • Hardening tool allows an economically advantageous method, since no transport between these process steps must be done.
  • the component or semifinished product can be cooled by the curing tool surfaces themselves, which can already ensure a sufficient dissipation of heat by the contact with the component or semi-finished.
  • a cooling medium such as gases, liquids or solids, can be used, which, for example by means of a cooling system in the receiving area of
  • Hardening tool can be introduced or also by means of a cooling system can remove heat from the tool surfaces of the curing tool.
  • steels of the type MBW1500 + AS, MBW1500 + Z or MBW-K 1500 can be used. These steels have a tensile strength of at least 1500 MPa, a yield strength of at least 1000 MPa, and an elongation at break Aso of at least 5% after curing.
  • Method is the component or semi-finished during heating and cooling during the form-fitting in the receiving area of the
  • Härtungswerkmaschines It has been found, in particular, that it can be achieved even before the heating by the positive engagement of the component or semifinished product that, in spite of the expansion and shrinkage processes during the warming up and subsequent cooling of the component or semifinished product both during the
  • Curing tool surfaces of the receiving area and / or an active cooling inside the receiving area of the curing tool a particularly process-reliable curing can be achieved, in particular for the case that the component or semi-finished both during heating and during cooling positively in the receiving area of the Hardening tool is located.
  • a cooling medium can be used for cooling.
  • liquid cooling media for example, water or oil come into consideration, but it can also be used technical gases.
  • solid cooling medium can be used as a solid cooling medium.
  • ice or a metal core can be used, which or which can be used in particular in the case of components or semi-finished products in the form of hollow profiles and can be introduced into the profile.
  • the method according to the invention can be used particularly advantageously if, according to a further embodiment, the workpiece is cold-formed, in particular by means of U-forming or by roll-in technique. - -
  • Geometries can be achieved in an economical way.
  • the component or semifinished product is preferably formed by U-O-forming or by the roll-in technique from the workpiece, which is usually also carried out as a cold forming.
  • components or semi-finished products can be produced with complex geometry.
  • An IHU process can also be used to produce complex geometries.
  • so-called “tailored tubes” can be produced, which can be formed, for example, as cylindrical profiles with a thickness jump transverse to the profile longitudinal axis, as conical profiles, as closed profiles and / or as profiles with integrally formed secondary elements, to name but a few examples
  • UO forming is usually a flat board to a
  • Formed preform (together with possibly provided secondary features) formed in a die to form a closed hollow profile and then joined, for example welded, for example by means of
  • the preform body may, for example, have a V-shaped or U-shaped cross-section.
  • V-shaped or U-shaped cross-section there is also the possibility of other types
  • auxiliary elements inserted into a die, which forms the hollow profile from the flat board.
  • the board slides, if a mold core used , , is, in a slot area between the mold core and die until the edges of the board facing each other for welding.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that the workpiece is formed into an at least partially closed, in particular completely closed hollow profile, in particular in a four-sided press. At least partially closed hollow sections were previously not or not sufficiently economically hardened process reliable. This is especially true for more complex at least partially closed hollow profiles such as tailored tubes. A further advantage has shown that the joined (for example welded) region of the closed profiles can be achieved with the method according to the invention a reduced scale formation
  • Induction coil namely short heating times can be realized.
  • Due to the reduced scaling of the component or workpiece can be dispensed according to a further embodiment of the method according to the invention particularly advantageous after curing on a blasting of the component or semi-finished.
  • the constant distance between the at least one induction coil and the component or tool particularly efficient and thus short heating times can be achieved, so that scale formation, in particular in the case of uncoated components or semi-finished products, can be reduced.
  • the inductive heating can be a substantially
  • the inductive heating of the component or semifinished product leads to austenitizing only partially and / or partially, according to a further embodiment of the method according to the invention, however, a component or semi-finished product adapted to the requirements can be provided.
  • a component or semi-finished product adapted to the requirements can be provided.
  • the one or more induction coils for example, only a local austenitization or partial austenitization of the component or semifinished product can take place.
  • the at least one induction coil can not completely enclose the component or semifinished product.
  • the component or semifinished product preferably has a wall thickness of not more than 1.2 mm, preferably not more than 1.0 mm and particularly preferably not more than 0.8 mm.
  • the wall thickness represents a decisive factor for the rigidity and stability of the component or semifinished product to be achieved. Therefore, it is particularly important in such thin-walled components or semi-finished products to be able to achieve process-reliable hardening of the component or semifinished product .
  • the components or semi-finished products which are produced by a method according to the invention can be used particularly advantageously as a body part of a motor vehicle, in particular as an inner structural part of the body, or for its manufacture.
  • structural parts which can not be used in the motor vehicle but also in the rail vehicle or in aviation are conceivable.
  • the object specified above is also achieved by a generic hardening tool characterized in that the receiving area of the curing tool for the positive reception of the component or semifinished product is designed such that during heating when closed - -
  • Hardening tool a substantially constant distance between the component or semifinished product and the at least one induction coil is maintained.
  • Induction coil can be maintained. It has been found that this is possible even with complex and highly complex geometries of the components or semi-finished products or the receiving areas of the curing tools. Thus, during inductive warming, full surface contact may be substantially maintained between the entire component or semifinished product and the curing tool. In addition, there is virtually no or only negligible
  • the curing tool can be designed so that the component or semi-finished particularly form-fitting in the receiving area of
  • Hardening tool can be introduced.
  • the cooling medium can For example, heat is removed from the curing tool surfaces of the receiving area or introduced directly into the receiving area in the form of a liquid (such as water or oil), a gas or a solid (such as ice or a metal core).
  • a liquid such as water or oil
  • a gas or a solid such as ice or a metal core
  • the object is also achieved by a system with a curing tool according to the invention and with a forming tool for forming the workpiece to the component or semifinished product.
  • the curing tool can be designed so that the component or semi-finished can be particularly form-fitting introduced into the receiving area of the curing tool.
  • the forming tool is designed in particular for cold forming of the workpiece, in particular for U-O-forming, for example as a 4-side press, or for forming by means of a roll-in technique.
  • the forming tool can also be designed for other cold forming, which are also conceivable, such as hydroforming.
  • the workpiece is preferably an at least partially closed, in particular completely closed
  • the component or semifinished product can form fit into the receiving area of the
  • Hardening tool are introduced so that a substantially constant distance between the component or semifinished product and the at least one induction coil is maintained during the heating with closed curing tool.
  • process-reliable hardening of the cold-formed component or semifinished product can be achieved economically even with complex geometries.
  • FIG. 1 shows in principle an embodiment of a method according to the invention and an exemplary embodiment of a system according to the invention
  • a workpiece 1 shown in perspective is provided in the form of a sheet metal blank or a blank made of a steel material, for example a manganese steel drill.
  • the workpiece 1 is in a schematically illustrated forming tool 2 to a complete
  • Forming tool is for example a 4-sided press and forms the workpiece 1, for example by means of U-O-forming to the fully closed,
  • the hollow section 4 is an unhardened semi-finished or component.
  • the closing of the hollow profile was carried out, for example, in the forming tool 2.
  • the hollow profile 4 has been joined by means of laser beam welding along the edges in the longitudinal direction. In this case, a substantially octagonal hollow profile was produced.
  • this is not limiting.
  • components or semi-finished products with deviating and in particular more complex geometries may also have been produced by the forming tool 2, in particular with a cross section which varies in the longitudinal direction.
  • the hollow section 4 is in this case a thin-walled hollow profile with a wall thickness below 1.2 mm. A sufficient strength of the profile 4 is therefore not yet given.
  • the uncured hollow section 4 is therefore in the
  • the receiving area 8 of the curing tool 6 is in this case to the Hollow profile 4 adapted that the hollow section 4 can be positively inserted into the receiving area 8 of the curing tool 6 and closed
  • Hardening tool 6 a full-surface contact between the outer surface of the hollow section 4 and the curing tool surfaces of the receiving area 8 is.
  • the curing tool in this case has an upper die 6a and a lower die 6b, which may include the hollow profile 4.
  • the full-surface contact is achieved in that the upper die 6a and lower die 6b straight to the
  • Geometry of the hollow section 4 is adapted, which has the hollow profile 4 when it is inserted into the curing tool 6.
  • an induction coil 10a and 10b are respectively integrated in the upper die 6a and the lower die 6b. These induction coils 10a, 10b are integrated in such a way that the induction coils 10a, 10b have an in
  • the hollow profile can be brought to Austenittemperatur, ie at least Aci or Ac3 temperature. Due to the hollow profile 4 introduced in a form-fitting manner into the receiving region 8, a substantially constant distance between the hollow profile 4 and the induction coils 10a, 10b can be maintained during the heating with the hardening tool 6 closed. Due to the homogeneous and efficient heating can in particular a
  • Hollow profile are then removed from the curing tool 6 and cured due to air cooling, so that the hardened hollow section 4 'can be provided.
  • the hollow profile consists of a steel, which requires a faster cooling rate for curing, for example, a manganese-boron - -
  • the hollow profile, without opening the curing tool 6 can be cooled within the receiving area 8 of the closed curing tool 6 following the heating. It may be sufficient in this case that the hollow profile 4 is not further heated by the induction coils 10a, 10b and the contact with the upper and lower dies 10a, 10b sufficient to cool the hollow section 4 sufficiently quickly. But it can also be an additional liquid, gaseous or solid cooling medium (not shown) may be provided, which absorbs or removes the heat.
  • the hollow profile 4 is positively in the receiving area 8 of the curing tool 6 both during heating and cooling, both steps can be carried out very reliably, so that process-reliable hardening of the hollow section 4 is made possible even with complex geometries in an economical manner , After cooling of the hollow profile 4 in the curing tool 6, the hardened hollow profile 4 'can be provided.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten eines Bauteils oder Halbzeugs hergestellt aus einem Werkstück aufweisend einen Stahl-Werkstoff, wobei das Werkstück in einem Umformwerkzeug zu dem Bauteil oder Halbzeug umgeformt wird, wobei das Bauteil oder Halbzeug anschließend in einen Aufnahmebereich eines das Bauteil oder Halbzeug einschließenden Härtungswerkzeugs eingebracht wird und durch mindestens eine im Härtungswerkzeug integrierte Induktionsspule induktiv erwärmt wird und wobei das Bauteil oder Halbzeug anschließend durch Abkühlen gehärtet wird. Die Aufgabe, eine prozesssichere Härtung des Bauteils oder Halbzeug auch bei komplexen Geometrien auf wirtschaftliche Art zu ermöglichen, wird mit einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass das Bauteil oder Halbzeug formschlüssig in den Aufnahmebereich des Härtungswerkzeugs eingebracht wird und während der Erwärmung bei geschlossenem Härtungswerkzeug ein im Wesentlichen konstanter Abstand zwischen dem Bauteil oder Halbzeug und der mindestens einen Induktionsspule eingehalten wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Härtungswerkzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Verfahren und Härtungs Werkzeug zum Härten eines Bauteils oder Halbzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten eines Bauteils oder Halbzeugs hergestellt aus einem Werkstück aufweisend einen Stahl-Werkstoff, wobei das Werkstück in einem Umformwerkzeug zu dem Bauteil oder Halbzeug umgeformt wird, wobei das Bauteil oder Halbzeug anschließend in einen Aufnahmebereich eines das Bauteil oder Halbzeug einschließenden Härtungswerkzeugs eingebracht wird und durch mindestens eine im Härtungs Werkzeug integrierte Induktionsspule induktiv erwärmt wird und wobei das Bauteil oder Halbzeug anschließend durch Abkühlen gehärtet wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Härtungswerkzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens, mit einem Aufnahmebereich zum
Aufnehmen und Einschließen eines Bauteils oder Halbzeugs und mit mindestens einer im Härtungswerkzeug integrierten Induktionsspule zur induktiven Erwärmung des in dem Aufnahmebereich befindlichen Bauteils oder Halbzeugs. Insbesondere im Bereich der Automobilindustrie werden immer höhere
Anforderungen an die Eigenschaften der eingesetzten Bauteile gestellt, vor allem an die Stabilität und Festigkeit bei geringen Materialdicken, um eine möglichst hohe Gewichtsersparnis zu erzielen. Dies gilt insbesondere für Strukturbauteile der
Karosserie.
Aus dem Stand der Technik ist es zur Verbesserung der Festigkeit von Stahlbauteilen bereits hinlänglich bekannt, diese einem Härtungsprozess zu unterziehen. Dabei wird ein härtbarer Stahl auf eine Temperatur oberhalb der Aci- oder Ac3-Temperatur des Stahls gebracht und anschließend abgekühlt, insbesondere abgeschreckt. Dadurch wird das Gefüge jedenfalls teilweise zunächst in austenitisches Gefüge überführt und durch das Abkühlen dann in martensitisches Gefüge, sodass eine gesteigerte Festigkeit erzielt werden kann. So können beispielsweise bei Mangan-Bor-Stählen
Zugfestigkeiten von bis zu 2000 MPa im gehärteten Zustand erreicht werden. Ein weiterer Ansatz, um den eingangs genannten Anforderungen gerecht zu werden, besteht darin, die Bauteile als Hohlprofile auszugestalten. Diese können
beispielsweise aus pressgehärteten Bauteilen wie Halbschalen gefertigt werden. Problematisch ist hierbei allerdings, dass derartige Hohlprofile bei dünnen
Wandstärken zu Steifigkeitsproblemen führen können. Um dem entgegenzuwirken, können die Hohlprofile als geschlossene Hohlprofile ausgebildet werden. Werden geschlossene Hohlprofile aus Halbschalen zusammengesetzt, erhöht sich hierdurch allerdings das Gewicht und es sind zudem zusätzliche Verfahrensschritte notwendig.
Im Bereich der Automobilindustrie wurden zunächst vergleichsweise einfache Bauteile wie Seitenaufprallträger als geschlossene Hohlprofile ausgebildet. Ein Härten war aufgrund der relativ simplen Geometrie einfach und mit ausreichender Qualität umzusetzen. Mit der Zeit wurde versucht, immer komplexere Bauteile zu härten. Insbesondere innerhalb der Karosseriestruktur werden teils Bauteile mit
hochkomplexer Geometrie benötigt.
Ein Ansatz, um Bauteile mit komplexer Geometrie zu härten, besteht darin, diese zunächst in einem Ofen aufzuwärmen und anschließend in einem Härtungswerkzeug durch Abkühlung zu härten. Es hat sich allerdings gezeigt, dass durch ein
anschließendes Härten im Härtungswerkzeugs bei komplexeren Geometrien keine zufriedenstellende Härtung erzielt werden konnte. Zudem erhöht ein derartiges Vorgehen aufgrund der getrennten Prozessschritte des Umformens, Erwärmens, Härtens und der dazwischen liegenden Transporte des Bauteils die Gesamtkosten der Herstellung.
Selbst durch ein Aufwärmen und Härten innerhalb eines Werkzeugs, wie es beispielsweise aus der DE 100 12 974 Cl oder der DE 10 2009 042 387 AI bekannt ist, konnte bei komplexen Bauteilen keine zufriedenstellende Härtung der Bauteile erzielt werden. , -
Der Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, um eine prozesssichere Härtung des Bauteils oder Halbzeugs auch bei komplexen Geometrien auf wirtschaftliche Art zu ermöglichen. Gemäß einer ersten Lehre der Erfindung wird die Aufgabe mit einem
gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass das Bauteil oder Halbzeug formschlüssig in den Aufnahmebereich des Härtungswerkzeugs eingebracht wird und während der Erwärmung bei geschlossenem Härtungs Werkzeug ein im Wesentlichen konstanter Abstand zwischen dem Bauteil oder Halbzeug und der mindestens einen Induktionsspule eingehalten wird.
Es wurde herausgefunden, dass sich aufgrund der temperatur abhängigen
Ausdehnungs- und Schrumpfungsprozesse beim Aufwärmen und beim Abkühlen des Bauteils oder Halbzeugs keine verlässliche Position des Bauteils oder Halbzeugs in dem Härtungswerkzeug eingestellt hat. Beim induktiven Aufwärmen hat dies dazu geführt, dass durch die Veränderung des Koppelabstandes zwischen Bauteil oder Halbzeug und der Induktionsspule eine andere Energiemenge in den Werkstoff eingekoppelt wird. Die dadurch hervorgerufenen Temperaturschwankungen führen zu einer unterschiedlichen Ausdehnung und zu einer welligen Werkstoffoberfläche, was wiederum zu unterschiedlichen Abständen des zu erwärmenden Bauteils oder Halbzeugs führt.
Es hat sich nun herausgestellt, dass, wenn das Bauteil oder Halbzeug ausreichend formschlüssig in den Aufnahmebereich des Härtungswerkzeugs eingebracht wird, während der Erwärmung bei geschlossenem Härtungswerkzeug ein im Wesentlichen konstanter Abstand zwischen dem Bauteil oder Halbzeug und der mindestens einen Induktionsspule eingehalten werden kann. Das formschlüssige Einbringen wird dadurch erreicht, dass die Geometrie des Härtungswerkzeugs in den vorgesehenen Kontaktbereichen zwischen Bauteil bzw. Halbzeug und Härtungswerkzeug gerade die Geometrie des Bauteils oder Halbzeugs aufweist, welche das Bauteil oder Halbzeug hat, wenn es in das Härtungswerkzeug eingebracht wird. Vor dem Erwärmen des - .
Halbzeugs oder Bauteils wird damit ein Flächenkontakt zwischen Härtungswerkzeug und Halbzeug bzw. Bauteil sichergestellt. Beim Einbringen in das Härtungswerkzeug weist das Bauteil oder Halbzeug in der Regel eine Temperatur unterhalb der
Austenitisierungstemperatur des Stahl-Werkstoffs, beispielsweise etwa
Raumtemperatur auf. Die Kontaktbereiche können in Abhängigkeit von der Geometrie des Bauteils unterschiedlich vorgesehen sein. Beispielsweise ist der Kontaktbereich auf beiden Seiten eines flächigen Bauteils oder Halbzeugs vorgesehen oder der Kontaktbereich ist die Außenfläche des Bauteils oder Halbzeugs, insbesondere bei einem Profil, so dass der Flächenkontakt bei der weiteren Erwärmung einfach erhalten bleibt. Dadurch ist es selbst bei komplexen und hochkomplexen
Geometrien möglich, einen konstanten Abstand zwischen dem Bauteil oder Halbzeug und der mindestens einen Induktionsspule einzuhalten. Komplexe bzw.
nichtkomplexe Bauteile zeichnen sich durch variierende Querschnitte und/oder stark gekröpfte Geometrieverläufe und/oder stark variierende Bauteilhöhe aus.
Insbesondere komplex geformte Bauteile, wie sie beispielsweise in
Innenhochdruckumformverfahren (IHU-Verfahren) aber auch in U-O-Verfahren hergestellt werden, lassen sich erfindungsgemäß prozesssicher Härten. Somit kann während des Aufwärmens ein vollflächiger Kontakt im Wesentlichen zwischen dem Bauteil oder Halbzeug und dem Härtungswerkzeug aufrechterhalten werden. Durch das formschlüssige Einbringen finden praktisch keine oder nur zu vernachlässigende Relativbewegungen von Bauteil oder Halbzeug und Härtungswerkzeug statt Es hat sich zudem gezeigt, dass durch die Aufteilung des Umform- und des
Härtungsprozesses auf getrennte Werkzeuge das Härtungswerkzeug so ausgelegt werden kann, dass das Bauteil oder Halbzeug besonders formschlüssig in den
Aufnahmebereich des Härtungs Werkzeugs, in welchem im Wesentlichen keine
Umformung mehr erfolgt, eingebracht wird.
Besonders vorteilhaft ist die mindestens eine Induktionsspule zudem in einem konstanten Abstand zur Härtungswerkzeugfläche des Aufnahmebereichs angeordnet. Dass die mindestens eine Induktionsspule mit konstantem Abstand den
Härtungswerkzeugflächen folgt, kann dadurch realisiert werden, dass beispielsweise - - die Wirkflächen des Härtungswerkzeugs in Schalen- bzw. Kronenbauweise hergestellt sind und Kanäle auf der Rückseite beispielsweise eingefräst werden bzw. dass mit Kanälen versehene einstückig gegossene Schalen verwendet werden, in die die mindestens eine Induktionsspule eingelegt werden kann.
Im Ergebnis wird so ein Verfahren bereitgestellt, mit dem eine prozesssichere
Härtung des Bauteils oder Halbzeugs auch bei komplexen Geometrien auf
wirtschaftliche Art ermöglicht wird. Wird gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Stahl- Werkstoff ein Lufthärter verwendet und das Bauteil oder Halbzeug außerhalb des Aufnahmebereichs des Härtungs Werkzeugs durch Abkühlen an Luft gehärtet, kann der Prozess aufgrund des Verzichts auf einen in dem Härtungswerkzeug integriertes Abschrecken oder auf einen externen Härtungsprozess besonders wirtschaftlich durchgeführt werden. Aufgrund der sehr homogenen bzw. vorhersehbaren
Aufwärmung des Bauteils oder Halbzeugs im Härtungswerkzeug kann durch darauffolgende Abkühlung an der Luft eine besonders gleichmäßige und präzise Härtung erreicht werden. Eine erzwungene Luftkühlung ist ebenfalls anwendbar. Lufthärter sind insbesondere Stähle mit hohen Chromgehalten, beispielsweise zwischen 12 und 18 Gew.-%. Auch können Elemente wie Molybdän, Mangan und/oder Nickel die Lufthärtbarkeit des Stahls unterstützen.
Eine besonders prozesssichere Härtung des Bauteils oder Halbzeugs auch bei komplexen Geometrien kann gemäß einer nächsten Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden, wenn das Bauteil oder Halbzeug innerhalb des Aufnahmebereichs des geschlossenen Härtungswerkzeugs im Anschluss an das Erwärmen durch Abkühlen, insbesondere mittels eines Kühlmediums, gehärtet wird. Dadurch kann auch Stahl, welcher zur Härtung sehr rasch abgekühlt werden muss, beispielsweise abgeschreckt werden muss, prozesssicher gehärtet werden. - -
Insbesondere die Kombination des Aufwärmens und Abkühlens im
Härtungswerkzeug ermöglicht ein wirtschaftlich vorteilhaftes Verfahren, da kein Transport zwischen diesen Prozessschritten erfolgen muss. Beispielsweise kann das Bauteil oder Halbzeug durch die Härtungswerkzeugflächen selbst gekühlt werden, welche durch den Kontakt mit dem Bauteil oder Halbzeug bereits eine ausreichende Abfuhr der Wärme sicherstellen können. Ebenfalls kann ein Kühlmedium, wie etwa Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe, eingesetzt werden, welche beispielsweise mittels eines Kühlsystems in den Aufnahmebereich des
Härtungswerkzeugs eingebracht werden oder auch mittels eines Kühlsystems Wärme von den Werkzeugflächen des Härtungswerkzeugs abtransportieren können.
Als Stahl-Werkstoff, welcher durch Abschrecken gehärtet wird und sehr hohe
Festigkeiten erreichen kann, kommt insbesondere ein Mangan-Bor-Stahl,
beispielsweise auf Mn-Si-Ti-B-Basis, in Betracht. Beispielsweise können Stähle des Typs MBW1500+AS, MBW1500+Z oder MBW-K 1500 verwendet werden. Diese Stähle weisen eine Zugfestigkeit von mindestens 1500 MPa, eine Streckgrenze von mindestens 1000 MPa und eine Bruchdehnung Aso von mindesten 5% nach dem Härten auf.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens befindet sich das Bauteil oder Halbzeug während des Erwärmens und während des Abkühlens formschlüssig in dem Aufnahmebereich des
Härtungswerkzeugs. Es hat sich insbesondere gezeigt, dass durch die formschlüssige Anlage des Bauteils oder Halbzeugs bereits vor der Erwärmung erreicht werden kann, dass trotz der Ausdehnungs- und Schrumpfungsprozesse beim Aufwärmen und anschließendem Abkühlen des Bauteils oder Halbzeugs sowohl während der
Erwärmung als auch während der Abkühlung bei geschlossenem Härtungswerkzeug ein vollflächiger Kontakt im Wesentlichen zwischen dem gesamten Bauteil oder Halbzeug und dem Härtungswerkzeug aufrechterhalten werden kann und praktisch keine oder nur eine zu vernachlässigende Relativbewegung von Bauteil oder Halbzeug und Härtungswerkzeug stattfindet
Während des induktiven Aufwärmens bauen sich im Bauteil oder Halbzeug
Spannungen auf, welche aufgrund der formschlüssigen Anlage des Bauteils oder Halbzeugs am Härtungswerkzeug jedoch zu keiner oder nur zu einer zu
vernachlässigenden Relativbewegung führen. Beim Abkühlen oder Abschrecken des Bauteils oder Halbzeugs werden diese Spannungen wieder abgebaut, ohne dass durch eine temperaturbedingte Schrumpfung des Bauteils oder Halbzeugs der Kontakt zwischen Bauteil oder Halbzeug und Härtungswerkzeug verloren geht. Auf diese Weise kann daher die prozesssichere Härtung des Bauteils oder Halbzeugs auch bei komplexen Geometrien weiterhin optimiert werden.
Erfolgt gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Abkühlung zum Härten des Bauteils oder Halbzeugs über die
Härtungswerkzeugflächen des Aufnahmebereichs und/oder über eine aktive Kühlung im Inneren des Aufnahmebereichs des Härtungswerkzeugs, kann eine besonders prozesssichere Härtung erreicht werden, insbesondere für den Fall, dass sich das Bauteil oder Halbzeug sowohl während des Erwärmens als auch während des Abkühlens formschlüssig in dem Aufnahmebereich des Härtungswerkzeugs befindet.
Wie bereits dargestellt, kann zur Kühlung ein Kühlmedium eingesetzt werden. Als flüssige Kühlmedien kommen beispielsweise Wasser oder Öl in Betracht, Es können aber auch technische Gase eingesetzt werden. Als festes Kühlmedium kann
beispielsweise Eis oder ein Metallkern verwendet werden, welches bzw. welches insbesondere bei Bauteilen oder Halbzeugen in Form von Hohlprofälen zum Einsatz kommen kann und in das Profil eingeführt werden kann.
Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung das Werkstück kaltumgeformt wird, insbesondere mittels U-O-Umformung oder mittels Einrolltechnik. - -
Wird das Werkstück zuvor in einem Umformwerkzeug zum Bauteil oder Halbzeug kaltumgeformt, hat sich noch kein oder kein ausreichend gehärtetes Gefüge
eingestellt. Durch die weiteren Verfahrensschritte, insbesondere dadurch, dass das Bauteil oder Halbzeug formschlüssig in den Aufnahmebereich des Härtungswerkzeugs eingebracht wird und während der Erwärmung bei geschlossenem Härtungswerkzeug ein im Wesentlichen konstanter Abstand zwischen dem Bauteil oder Halbzeug und der mindestens einen Induktionsspule eingehalten wird, kann eine prozesssichere Härtung des kaltumgeformten Bauteils oder Halbzeugs auch bei komplexen
Geometrien auf wirtschaftliche Art erzielt werden.
Das Bauteil oder das Halbzeug wird vorzugsweise durch eine U-O-Umformung oder auch durch die Einroll-Technik aus dem Werkstück geformt, welche in der Regel ebenfalls als Kaltumformung durchgeführt wird. Durch derartige Umformungen bzw. Techniken sind Bauteile oder Halbzeuge mit komplexer Geometrie herstellbar. Auch ein IHU-Verfahren kann zur Herstellung von komplexen Geometrien angewendet werden. Insbesondere können auch sogenannte„Tailored Tubes" hergestellt werden, welche beispielsweise als zylindrische Profile mit einem Dickensprung quer zur Profillängsachse, als konische Profile, als geschlossene Profile und/oder als Profile mit angeformten Nebenelementen ausgebildet sein können, um nur einige Beispiele zu nennen. Beim U-O-Umformen wird in der Regel eine ebene Platine zu einem
Vorformkörper (gemeinsam mit eventuell vorgesehenen Nebenformelementen) umgeformt, in einem Gesenk zu einem geschlossenen Hohlprofil geformt und anschließend gefügt, beispielsweise verschweißt, beispielsweise mittels
Laserschweißen. Der Vorformkörper kann beispielsweise einen V- oder U-förmigen Querschnitt aufweisen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, andersartige
Querschnittformen für den Vorformkörper vorzusehen. Bei der Durchführung der Einroll-Technik wird in der Regel eine Platine (gemeinsam mit eventuell
vorgesehenen Nebenformelementen) in ein Gesenk eingelegt, welches aus der ebenen Platine das Hohlprofil formt. Dabei gleitet die Platine, sofern ein Formkern verwendet . . wird, in einem Schlitzbereich zwischen Formkern und Gesenk, bis sich die Kanten der Platine zum Verschweißen gegenüberstehen.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass selbst derartig hochkomplexe
Geometrien zuvor genannter Hohlprofile mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einer zufriedenstellenden Härtung unterzogen werden können.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Werkstück zu einem zumindest teilweise geschlossenen, insbesondere vollständig geschlossenen Hohlprofil umgeformt wird, insbesondere in einer Vier-Seiten-Presse. Zumindest teilweise geschlossene Hohlprofile waren bisher nicht oder nicht ausreichend wirtschaftlich prozesssicher härtbar. Dies gilt insbesondere für komplexere zumindest teilweise geschlossene Hohlprofile wie etwa Tailored Tubes. Als weiterer Vorteil hat sich gezeigt, dass der gefügte (beispielsweise geschweißte] Bereich der geschlossenen Profile mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine verringerte Zunderbildung erreicht werden kann. Durch das formschlüssige
Einbringen des Bauteils oder Halbzeugs in den Aufnahmebereich des
Härtungswerkzeugs und des im Wesentlichen konstanten Abstands während der Erwärmung zwischen dem Bauteil oder Halbzeug und der mindestens einen
Induktionsspule, können nämlich kurze Erwärmungszeiten realisiert werden.
Aufgrund der reduzierten Verzunderung des Bauteils oder Werkstücks kann gemäß einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders vorteilhaft im Anschluss an das Härten auf ein Strahlen des Bauteils oder Halbzeugs verzichtet werden. Wie bereits dargestellt, können aufgrund des konstanten Abstands zwischen der mindestens einen Induktionsspule und dem Bauteil oder Werkzeug besonders effiziente und damit kurze Erwärmungszeiten erreicht werden, sodass sich die Zunderbildung, insbesondere bei unbeschichteten Bauteilen oder Halbzeugen, reduzieren lässt. Durch den Verzicht auf einen Strahlprozess kann die
Wirtschaftlichkeit des Verfahrens somit weiter gesteigert werden. - -
Grundsätzlich kann durch die induktive Erwärmung eine im Wesentlichen
vollständige Austenitisierung des Bauteils oder Halbzeugs erfolgen. Führt die induktive Erwärmung des Bauteils oder Halbzeugs zu einer lediglich bereichsweisen und/oder teilweisen Austenitisierung, kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch ein an die Anforderungen angepasstes Bauteil oder Halbzeug bereitgestellt werden. Durch eine entsprechende Anordnung oder Ansteuerung der einen oder mehreren Induktionsspulen kann beispielsweise nur eine lokale Austenitisierung oder eine Teilaustenitisierung des Bauteils oder Halbzeugs erfolgen. Beispielsweise kann die mindestens eine Induktionsspule das Bauteil oder Halbzeug nicht vollständig umschließen.
Bevorzugt weist das Bauteil oder Halbzeug eine Wandstärke von maximal 1,2 mm, bevorzugt maximal 1,0 mm und besonders bevorzugt maximal 0,8 mm auf. Bei Bauteilen oder Halbzeugen, beispielsweise dünnwandigen Profilbauteilen, stellt die Wandstärke einen entscheidenden Faktor für die zu erreichende Steifigkeit und Stabilität des Bauteils oder Halbzeugs dar. Daher ist es bei derartig dünnwandigen Bauteilen oder Halbzeugen besonders wichtig, eine prozesssichere Härtung des Bauteils oder Halbzeugs erzielen zu können. Die Bauteile oder Halbzeuge, welche nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind, können besonders vorteilhaft als Karosserieteil eines Kraftfahrzeugs, insbesondere als inneres Strukturteil der Karosserie, oder zu ihrer Herstellung verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel sind auch Strukturteile, die nicht im Kraftfahrzeug, sondern auch im Schienenfahrzeug oder in der Luftfahrt eingesetzt werden können, denkbar.
Gemäß einer zweiten Lehre wird die eingangs angegebene Aufgabe auch durch ein gattungsgemäßes Härtungswerkzeug dadurch gelöst, dass der Aufnahmebereich des Härtungswerkzeugs zur formschlüssigen Aufnahme des Bauteils oder Halbzeugs derart ausgelegt ist, dass während der Erwärmung bei geschlossenem - -
Härtungswerkzeug ein im Wesentlichen konstanter Abstand zwischen dem Bauteil oder Halbzeug und der mindestens einen Induktionsspule eingehalten wird.
Wie bereits in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren erläutert, hat sich herausgestellt, dass, wenn das Bauteil oder Halbzeug ausreichend formschlüssig in den Aufnahmebereich des Härtungswerkzeugs eingebracht wird, während der Erwärmung bei geschlossenem Härtungswerkzeug ein im Wesentlichen konstanter Abstand zwischen dem Bauteil oder Halbzeug und der mindestens einen
Induktionsspule eingehalten werden kann. Es hat sich gezeigt, dass dies selbst bei komplexen und hochkomplexen Geometrien der Bauteile oder Halbzeuge bzw. der Aufnahmebereiche der Härtungswerkzeuge möglich ist. Somit kann während des induktiven Aufwärmens ein vollflächiger Kontakt im Wesentlichen zwischen dem gesamten Bauteil oder Halbzeug und dem Härtungswerkzeug aufrechterhalten werden. Zudem findet praktisch keine oder nur eine zu vernachlässigende
Relativbewegung von Bauteil oder Halbzeug und Härtungswerkzeug statt. Es hat sich zudem gezeigt, dass durch die Aufteilung des Umform- und des Härtungsprozesses auf getrennte Werkzeuge das Härtungswerkzeug so ausgelegt werden kann, dass das Bauteil oder Halbzeug besonders formschlüssig in den Aufnahmebereich des
Härtungswerkzeugs eingebracht werden kann.
Im Ergebnis wird so eine Vorrichtung bereitgestellt, mit welcher eine prozesssichere Härtung des Bauteils oder Halbzeugs auch bei komplexen Geometrien auf
wirtschaftliche Art ermöglicht wird. Ist gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Kühlsystem zum Abkühlen des Bauteils oder Halbzeugs innerhalb des Aufnahmebereichs des geschlossenen Härtungswerkzeugs mittels eines Kühlmediums vorgesehen, kann sowohl das Erwärmen als auch das Abkühlen innerhalb des Härtungswerkzeugs erfolgen, auch wenn der formschlüssige Kontakt des Bauteils oder Halbzeugs mit den Härtungswerkzeugflächen des Aufnahmebereichs nicht ausreichen sollte, um das
Bauteil oder Halbzeug ausreichend schnell abzukühlen. Das Kühlmedium kann - - beispielsweise Wärme von den Härtungswerkzeugflächen des Aufnahmebereichs abtransportieren oder in Form einer Flüssigkeit (wie Wasser oder Öl), eines Gases oder eines Festkörpers (wie Eis oder ein Metallkern) direkt in den Aufnahmebereich eingebracht werden.
Weiterhin wird die Aufgabe auch durch ein System mit einem erfindungsgemäßen Härtungswerkzeug und mit einem Umformwerkzeug zum Umformen des Werkstücks zu dem Bauteil oder Halbzeug gelöst. Durch die Aufteilung des Umform- und des Härtungsprozesses auf getrennte Werkzeuge kann das Härtungswerkzeug so ausgelegt werden, dass das Bauteil oder Halbzeug besonders formschlüssig in den Aufnahmebereich des Härtungswerkzeugs eingebracht werden kann.
Das Umformwerkzeug ist insbesondere zur Kaltumformung des Werkstücks ausgelegt, insbesondere zur U-O-Umformung, etwa als 4-Seiten-Presse, oder zur Umformung mittels Einrolltechnik. Das Umformwerkzeug kann jedoch auch zu weiteren Kaltumformverfahren ausgelegt sein, welche ebenfalls denkbar sind, so zum Beispiel Innenhochdruckumformen. Dabei wird das Werkstück bevorzugt zu einem zumindest teilweise geschlossenen, insbesondere vollständig geschlossenen
Hohlprofil umgeformt. Wird das Bauteil oder Halbzeug zuvor in einem
Umformwerkzeug kaltumgeformt, hat sich noch kein oder kein ausreichend gehärtetes Gefüge eingestellt. Durch ein erfindungsgemäßes Härtungs Werkzeug kann das Bauteil oder Halbzeug formschlüssig in den Aufnahmebereich des
Härtungswerkzeugs eingebracht werden, sodass während der Erwärmung bei geschlossenem Härtungs Werkzeug ein im Wesentlichen konstanter Abstand zwischen dem Bauteil oder Halbzeug und der mindestens einen Induktionsspule eingehalten wird. So kann eine prozesssichere Härtung des kaltumgeformten Bauteils oder Halbzeugs auch bei komplexen Geometrien auf wirtschaftliche Art erzielt werden.
Für weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Systems wird auf die Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens und dessen Ausgestaltungen verwiesen. - -
Im Weiteren wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert In der Zeichnung zeigt die einzige Fig. 1 prinzipartig ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens und ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems mit einem
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In einem ersten Schritt wird ein perspektivisch dargestelltes Werkstück 1 in Form eines Blechzuschnitts oder einer Platine bestehend aus einem Stahl-Werkstoff, beispielsweise einem Mangan-Bohr-Stahl, bereitgestellt. Das Werkstück 1 wird in einem schematisch dargestellten Umformwerkzeug 2 zu einem vollständig
geschlossenen, perspektivisch dargestelltem Hohlprofil 4 geformt. Das
Umformwerkzeug ist beispielsweise eine 4-Seiten-Presse und formt das Werkstück 1 beispielsweise mittels U-O-Umformung zu dem vollständig geschlossenen,
rohrförmigen Hohlprofil 4. Da das Umformwerkzeug 2 das Werkstück 1
kaltumgeformt hat, ist das Hohlprofil 4 ein ungehärtetes Halbzeug oder Bauteil. Das Schließen des Hohlprofils wurde beispielsweise auch in dem Umformwerkzeug 2 durchgeführt. Beispielsweise wurde das Hohlprofil 4 mittels Laserstrahlschweißen entlang der Kanten in Längsrichtung gefügt. In diesem Fall wurde ein im Wesentlichen achteckiges Hohlprofil hergestellt. Dies ist jedoch nicht begrenzend zu verstehen.
Vielmehr können auch Bauteile oder Halbzeuge mit abweichenden und insbesondere komplexeren Geometrien durch das Umformwerkzeug 2 hergestellt worden sein, insbesondere mit in Längsrichtung variierendem Querschnitt. Das Hohlprofil 4 ist in diesem Fall ein dünnwandiges Hohlprofil mit einer Wanddicke unterhalb von 1,2 mm. Eine ausreichende Festigkeit des Profils 4 ist daher noch nicht gegeben.
In einem weiteren Schritt wird das ungehärtete Hohlprofil 4 daher in den
Aufnahmebereich 8 eines im Querschnitt dargestellten Härtungswerkzeugs 6 eingebracht. Der Aufnahmebereich 8 des Härtungswerkzeugs 6 ist dabei derart an das Hohlprofil 4 angepasst, dass das Hohlprofil 4 formschlüssig in den Aufnahmebereich 8 des Härtungswerkzeugs 6 eingebracht werden kann und bei geschlossenem
Härtungs Werkzeug 6 ein vollflächiger Kontakt zwischen der Außen-Oberfläche des Hohlprofils 4 und den Härtungswerkzeugflächen des Aufnahmebereichs 8 besteht. Das Härtungswerkzeug weist in diesem Fall ein Obergesenk 6a und ein Untergesenk 6b auf, welche das Hohlprofil 4 einschließen können. Der vollflächige Kontakt wird dadurch erreicht, dass das Obergesenk 6a und Untergesenk 6b gerade an die
Geometrie des Hohlprofils 4 angepasst ist, welche das Hohlprofil 4 hat, wenn es in das Härtungswerkzeug 6 eingelegt wird.
In dem Härtungswerkzeug 6 sind in dem Obergesenk 6a und dem Untergesenk 6b jeweils eine Induktionsspule 10a bzw. 10b integriert. Diese Induktionsspulen 10a, 10b sind dabei derart integriert, dass die Induktionsspulen 10a, 10b einen im
Wesentlichen konstanten Abstand zu den Härtungs werkzeugflächen des
Aufnahmebereichs 8 und zu dem in den Aufnahmebereich 8 eingelegten Hohlprofil 4 aufweisen und das Hohlprofil 4 im Wesentlichen vollständig umschließen. Mittels der Induktionsspulen 10a, 10b kann das Hohlprofil auf Austenittemperatur gebracht werden, also mindestens auf Aci bzw. Ac3-Temperatur. Aufgrund des formschlüssig in den Aufnahmebereich 8 eingebrachten Hohlprofils 4 kann während der Erwärmung bei geschlossenem Härtungs Werkzeug 6 ein im Wesentlichen konstanter Abstand zwischen dem Hohlprofil 4 und den Induktionsspulen 10a, 10b eingehalten werden. Durch die homogene und effiziente Erwärmung kann insbesondere eine
Verzunderung im Fügebereich des Hohlprofils 4 reduziert werden. Für den Fall, dass das Hohlprofil 4 aus einem Lufthärter-Stahl besteht, kann das
Hohlprofil anschließend aus dem Härtungswerkzeug 6 entnommen werden und aufgrund von Luftkühlung gehärtet werden, sodass das gehärtete Hohlprofil 4' bereitgestellt werden kann. Für den Fall, dass das Hohlprofil aus einem Stahl besteht, bei welchem es zur Härtung einer schnelleren Abkühlgeschwindigkeit bedarf, beispielsweise einem Mangan-Bor- - -
Stahl, kann das Hohlprofil, ohne das Härtungswerkzeug 6 zu öffnen, innerhalb des Aufnahmebereichs 8 des geschlossenen Härtungswerkzeugs 6 im Anschluss an das Erwärmen abgekühlt werden. Es kann hierbei bereits ausreichen, dass das Hohlprofil 4 durch die Induktionsspulen 10a, 10b nicht weiter erwärmt wird und der Kontakt mit dem Ober- und Untergesenk 10a, 10b ausreicht, um das Hohlprofil 4 ausreichend schnell abzukühlen. Es kann aber auch ein zusätzliches flüssiges, gasförmiges oder festes Kühlmedium (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welches die Wärme aufnimmt bzw. abtransportiert. Dadurch, dass sich das Hohlprofil 4 sowohl während des Erwärmens als auch während des Abkühlens formschlüssig in dem Aufnahmebereich 8 des Härtungswerkzeugs 6 befindet, können beide Schritte sehr prozesssicher durchgeführt werden, sodass eine prozesssichere Härtung des Hohlprofils 4 auch bei komplexen Geometrien auf wirtschaftliche Art ermöglicht wird. Nach dem Abkühlen des Hohlprofils 4 in dem Härtungswerkzeug 6 kann das gehärtete Hohlprofil 4' bereitgestellt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Härten eines Bauteils oder Halbzeugs hergestellt aus einem
Werkstück aufweisend einen Stahl -Werkstoff,
wobei das Werkstück in einem Umformwerkzeug zu dem Bauteil oder Halbzeug umgeformt wird,
wobei das Bauteil oder Halbzeug anschließend in einen Aufnahmebereich eines das Bauteil oder Halbzeug einschließenden Härtungswerkzeugs eingebracht wird und durch mindestens eine im Härtungswerkzeug integrierte Induktionsspule induktiv erwärmt wird und
wobei das Bauteil oder Halbzeug anschließend durch Abkühlen gehärtet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
das Bauteil oder Halbzeug formschlüssig in den Aufnahmebereich des
Härtungswerkzeugs eingebracht wird und während der Erwärmung bei geschlossenem Härtungswerkzeug ein im Wesentlichen konstanter Abstand zwischen dem Bauteil oder Halbzeug und der mindestens einen Induktionsspule eingehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
als Stahl-Werkstoff ein Lufthärter verwendet wird und das Bauteil oder Halbzeug außerhalb des Aufnahmebereichs des Härtungswerkzeugs durch Abkühlen an Luft gehärtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
das Bauteil oder Halbzeug innerhalb des Aufnahmebereichs des geschlossenen Härtungswerkzeugs im Anschluss an das Erwärmen durch Abkühlen,
insbesondere mittels eines Kühlmediums, gehärtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
sich das Bauteil oder Halbzeug während des Erwärmens und während des
Abkühlens formschlüssig in dem Aufnahmebereich des Härtungswerkzeugs befindet.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
die Abkühlung zum Härten des Bauteils oder Halbzeugs über die
Härtungswerkzeugflächen des Aufnahmebereichs und/oder über eine aktive Kühlung im Inneren des Aufnahmebereichs des Härtungswerkzeugs erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
das Werkstück kaltumgeformt wird, insbesondere mittels U-O-Umformung oder mittels Einrolltechnik.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
das Werkstück zu einem zumindest teilweise geschlossenen Hohlprofil umgeformt wird, insbesondere in einer Vier-Seiten-Presse.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
im Anschluss an das Härten auf ein Strahlen des Bauteils oder Halbzeugs verzichtet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
die induktive Erwärmung des Bauteils oder Halbzeugs zu einer lediglich bereichsweisen und/oder teilweisen Austenitisierung führt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
das Bauteil oder Halbzeug eine Wandstärke von maximal 1,2 mm, bevorzugt maximal 1,0 mm und besonders bevorzugt maximal 0,8 mm aufweist.
Härtungswerkzeug, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
mit einem Aufnahmebereich (8) zum Aufnehmen und Einschließen eines Bauteils oder Halbzeugs (4)
mit mindestens einer im Härtungswerkzeug (6) integrierten Induktionsspule
(10a, 10b) zur induktiven Erwärmung des in dem Aufnahmebereich (8) befindlichen Bauteils oder Halbzeugs (4),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
der Aufnahmebereich (8) des Härtungswerkzeugs (6) zur formschlüssigen
Aufnahme des Bauteils oder Halbzeugs (4) derart ausgelegt ist, dass während der Erwärmung bei geschlossenem Härtungswerkzeug (6) ein im Wesentlichen konstanter Abstand zwischen dem Bauteil oder Halbzeug (4) und der mindestens einen Induktionsspule (10a, 10b) eingehalten wird.
Härtungs Werkzeug nach Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
ein Kühlsystem zum Abkühlen des Bauteils oder Halbzeugs (4) innerhalb des
Aufnahmebereichs (8) des geschlossenen Härtungswerkzeugs (6) mittels eines
Kühlmediums vorgesehen ist.
System mit einem Härtungswerkzeug [6) nach Anspruch 11 oder 12 und mit einem Umformwerkzeug (2) zum Umformen des Werkstücks (1) zu dem Bauteil oder Halbzeug (4), insbesondere mittels U-O-Umformung.
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