WO2015155136A1 - Vorrichtung und verfahren zum kühlen von stahlblechplatinen - Google Patents
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- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
Definitions
- the invention relates to an apparatus and a method for cooling sheet steel blanks.
- the steel grades used for this purpose are boron-manganese steels, for. Eg 22MnB5.
- a heating means may also be present, in particular an inductive heating means for heating the contact plates arranged between the sheet partially or fully inductive.
- a comparable device is known from DE 10 2012 110 649 B3, are to be produced with the sheet metal components with partially different strength properties with low energy consumption. It is provided that is transferred into the heating station through the heat-conducting contact of the sheet with the accompanying Temperierplatten heat in the sheet and the sheet is heated in this case, in particular ⁇ sondere to temperatures above the AC3 point. In addition, areas of the sheet metal blank can also be cooled by the plates.
- sheet metal blanks may be preheated in a separate furnace, in particular homogeneously, to a temperature, for example to a temperature above AC1, but below AC3, in which case the further heating within the tempering station of at least the first type to a temperature via AC3 and areas of the second type which are to remain soft, kept at a temperature level between AC1 and AC3 ⁇ to.
- the object of the invention is to provide a method for cooling sheet metal blanks, which is simple and safe to carry out and results in a comprehensible cooling.
- the inventors have found that it is the application of a heated already to above AC3 sheet metal blank at a tem ⁇ perier- or cooling die to the fact that due to the Wär ⁇ meausdehnung of the cooling plates, this bulge.
- this bulge is not to be expected in all areas of the sheet steel plate with a full-surface contact, at least a full-surface uniform contact, and a full-surface uniform pressure, so that the heat transfer between the sheet steel plate and the cooling plates are non-uniform. This results in different material properties, which - at least if it is untargeted - is undesirable.
- this problem is eliminated by arranging between a pressure plate on the board and two tool plates and the respective board a worktop, which is formed with a plurality of narrow slots, so that the thermal expansions only in small local areas occur and be balanced so that the global warping of the plate can be prevented.
- Optio ⁇ nal an insulating layer may be present between the worktop and the tool plate.
- the worktop can be formed with connections for a gas and / or water flow and in particular coolant flow.
- the worktop for processing sheets of different di- CKEN (tailored blanks) with corresponding stages in such ⁇ out forms that also tailored blanks that can be cooled comprise one or more Stu ⁇ fen or offsets, safe and uniform.
- T_Blech initial temperature of the sheet to be cooled had been found that it is advantageous to comply with the ⁇ following conditions:
- the slots are arranged above or in the processing direction ⁇ aligned with the cooling channels.
- the slits in order to improve the cleaning, are wider in the region of their plate-topped mouth than in the foot region in order to facilitate the precipitation of soiling or the expulsion of dirt.
- the slotted Ar ⁇ beitsplatte may be disposed on a water-cooled mold plate.
- entspre ⁇ sponding cooling coils or cooling lines are arranged in the work surface itself.
- the invention is exemplified erläu ⁇ tert reference to a drawing. It shows: Figure 1: an embodiment of the structure according to the invention with a tool plate, a slotted work ⁇ plate and a cooled board;
- FIG. 2 shows a diagram showing the hardness or strength profile over the length of the plate in the case of a worktop without cuts;
- Figure 3 a diagram with the hardness or strength profile over the worktop thickness and the achievable Ver ⁇ uniformity when using slotted plates.
- the inventive device 1 for tempering and in particular ⁇ special cooling a sheet steel plate 2 has at least ei ⁇ ne massive tool plate 3, which with ariessei ⁇ te 4 on a board 2 to (arrow 5) and away from it is movable.
- the tool plate 3 in this case has an extension which preferably corresponds to the spatial extent of a board 2 or is slightly larger, so that a board 2 for the purpose of temperature control and in particular cooling is completely thermally conductive contactable.
- tempering can be arranged on the surface 4 to ⁇ additional worktop 6.
- the plates 3, 6 may in this case be formed from corresponding hot working steels or other metals and metal alloys commonly used.
- the tool plate 3 or worktop 6 can be traversed by be ⁇ known lines and / or holes (not shown), through which a gaseous or liquid temperature control medium and in particular a cooling gas or a cooling Liquid is passable. Accordingly, the Ar ⁇ beitsplatte 6 via at least one inlet port and an outlet port (not shown) has.
- this has a plurality of different line and / or hole arrangements, so that the board 2 zon ⁇ al is cooled differently in direct contact with a working surface 7 of the worktop 6.
- the worktop 6 is formed with a pressure surface 8, which runs parallel to the working surface 7 and directed towards the work ⁇ zeugplatte 3 and is in particular with the surface 4 of the tool plate 3 in preferably thermally conductive contact.
- the plates 3, 6 are eroded from a working side 4, 7 forth slit, so that form the ⁇ slotted areas.
- the depth of Schlit ⁇ ze vary greatly from about 10% to almost 90% of the Plattenendi ⁇ bridge.
- the width is here kept relatively narrow, with the width defined in principle on the thermal expansion of the area.
- the slots here have a slightly from ⁇ falling course to impurities, eg. B. by iron o-
- the zinc oxide can be removed efficiently by a cleaning liquid (eg acids).
- the slots are preferably eroded so ⁇ introduced , that the slot opening 10 is wider than the slot bottom 11, so that in this way an easy cleaning is given.
- T_Start output temperature of the plate (ambient temperature)
- T_Blech output temperature of the sheet to be cooled
- the plates 3, 6 have at least one step or step.
- the board 2 is designed as a so-called taylored blank, d. H. due to different material qualities and / or different desired properties, the sheet has different thicknesses over its extent.
- the step is provided in the region of the thickness jump of the board.
- a device 1 according to the invention may comprise, of course, on two opposite mold plates 3 and / or two opposite work surfaces 6 that the direction of the arrow 5 are ent ⁇ speaking each other out and away from one another, so that a circuit board 2 between the respective work surfaces 6 in the form fit with Pressure is maintained to allow heat transfer from both sides.
- Even with a corresponding embodiment with a thickness jump or more thickness jumps in taylored blanks and the corresponding stages in the worktops 6 opposite worktops can be formed with the corresponding durau ⁇ fenden stages.
- the device according to the invention for tempering and, in particular, cooling of quench hardenable steel blanks enables full-surface, traceable positive locking and thereby full, comprehensible heat transfer without distortion of the work surfaces.
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Temperieren von Stahlblechplatinen und insbesondere zum Kühlen von Stahlblechplatinen, wobei Stahlblech von einem Stahlcoil abgezogen und in Platinen geschnitten wird, die Stahlblechplatinen anschließend auf eine Temperatur oberhalb AC3 des jeweiligen Stahlwerkstoffes aufgeheizt werden und der Stahlwerkstoff teilweise oder vollständig in Austenit umgewandelt wird und anschließend in einem Presshärtewerkzeug in heißem Zustand tiefgezogen und gleichzeitig mit einer Geschwindigkeit über der kritischen Härtegeschwindigkeit derart abgekühlt wird, dass sich ein Abschreckhärtegefüge einstellt, wobei nach dem Aufheizen oberhalb AC3 und vor dem Umformen und Abschreckhärten der Stahlwerkstoff temperiert und insbesondere zwischengekühlt wird, bis er eine gewünschte Temperatur zur Umformung besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest einer, den Druck auf die Platine ausübenden Werkzeugplatte (3) und der Platine (2) eine Arbeitsplatte (6) angeordnet ist, welche der Temperierung dient und wobei in eine Arbeitsfläche (7) der Arbeitsplatte (6), welche einer Stahlblechplatine (2) zugewandt ist, schmale Schlitze eingebracht werden, welche eine Wärmeausdehnung des die Arbeitsplatte (6) ausbildenden Materials ohne Verzug der Arbeitsplatte (6) ermöglicht, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Description
Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen von Stahlblechplatinen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kühlen von Stahlblechplatinen.
Es ist bekannt, zum Erzeugen hochfester Stahlblechbauteile Stahlblech in Platinen zu schneiden, die Stahlblechplatinen anschließend auf eine Temperatur oberhalb AC3 des jeweiligen Stahlwerkstoffes aufzuheizen und damit den Stahlwerkstoff in ein teilweises oder vollständiges Austenitgefüge umzuwandeln und anschließend in einem Presshärtewerkzeug gleichzeitig in das Blechbauteil umzuformen und dabei mit einer Geschwindig¬ keit über der kritischen Härtegeschwindigkeit derart abzuküh¬ len, dass sich ein im Wesentlichen martensitisches Gefüge einstellt .
Die hierfür verwendeten Stahlgüten sind Bor-Mangan-Stähle, z. B. 22MnB5.
Es hat sich gezeigt, dass sich bei der Verwendung von derarti¬ gen presshärtenden Stählen dann Probleme ergeben, wenn diese zum Schutz vor Korrosion mit einer Zinkschicht versehen sind. Kommt ein austenitisches Gefüge beim Umformen mit flüssigem Zink in Kontakt, kann sich das als "liquid metal embrittle- ment" bekannte Phänomen ergeben. Hierbei kommt es zu Rissen in der Oberfläche, die teilweise tief in das Stahlmaterial hin¬ einragen können. Ein solches Stahlmaterial hat dann zwar eine hohe Härte, kann jedoch im Bereich der Risse schnell ermüden bzw. reißen.
Um ein derartiges "liquid metal embrittlement " zu vermeiden ist es vom Anmelder bekannt, einen sogenannten umwandlungsver-
zögerten Stahlwerkstoff einzusetzen, der noch bei Temperaturen presshärtbar ist, bei denen die peritektische Temperatur des Zink-Eisen-Diagramms bereits unterschritten ist, so dass keine flüssigen Zinkphasen mit dem Austenit während des Umformens in Berührung kommen.
Hierfür ist es jedoch notwendig, dass das Stahlmaterial zu¬ nächst vom Coil abgezogen wird, anschließend in die vorbe¬ stimmten Platinen geschnitten wird, die geschnittenen Platinen anschließend auf eine Temperatur oberhalb AC3 erhitzt und da¬ mit zumindest teilweise in den austenitisierten Zustand ge¬ bracht werden und die Stahlplatinen nach dem Aufheizen oberhalb AC3 auf eine Temperatur unterhalb der peritektischen Temperatur des Zink-Eisen-Diagramms abgekühlt und erst anschlie¬ ßend umgeformt werden.
Hierzu muss ein vorzugsweise auf das Stahlmaterial abgestimm¬ ter Kühlschritt vorgenommen werden, der jedoch eine sichere Prozessbeherrschung und damit eine noch ausreichende Tempera¬ tur für die Presshärtung gewährleistet.
Aus der EP 2 014 777 AI sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Metallblech bekannt, wobei das Metallblech mittels Wärmeleitung thermisch behandelt wird, wobei das Blech in seiner Lage fixiert wird und mindestens ei¬ ne erste Kontaktplatte mit mindestens einem ersten Flächenab¬ schnitt des Blechs in Kontakt gebracht wird und mindestens ei¬ ne zweite Kontaktplatte mit mindestens einem zweiten Flächen¬ abschnitt des Blechs in Kontakt gebracht wird, wobei die Kon¬ taktplatten flächig entsprechend der Kontur der Flächenabschnitte des Blechs ausgebildet sind und im Zustand der Kon- taktierung mit dem Blech parallel zueinander verlaufend angeordnet sind und mindestens eine Kontaktplatte während der Kon- taktierung des Blechs eine gegenüber dem Blech höhere oder
niedrigere Temperatur besitzt, wobei mehrere Kontaktplatten untereinander mittels flexiblen Übergangselementen verbunden sein können.
Bei dieser Vorrichtung ist von Nachteil, dass die Kühlung der entsprechenden Metallbleche nicht nachvollziehbar gleichmäßig erfolgt .
Aus der EP 2 182 082 AI ist eine vergleichbare Vorrichtung be¬ kannt, bei der zudem ebenfalls eine Erwärmungseinrichtung vorhanden sein kann, insbesondere eine induktive Erwärmungseinrichtung, um das zwischen den Kontaktplatten angeordnete Blech teilweise oder vollständig induktiv aufzuheizen.
Aus der DE 20 2013 103 764 Ul ist eine Temperierstation mit Induktorerwärmung bekannt, welche in eine Warmformlinie zum Warmumformen und Presshärten von Metallblechen eingebunden werden kann, wobei die Temperierstation einen Induktor als Wärmequelle besitzt und mittels der Temperierstation in dem Bauteil Bereiche mit voneinander verschiedenen Temperaturen einstellbar sind, wobei ein Unterwerkzeug und/oder ein Oberwerkzeug mindestens einen Flächeninduktor aufweisen und auf dem Flächeninduktor je eine Temperatierplatte zur Aufnahme des zu erwärmenden Bauteils angeordnet ist, wobei in der Tempe¬ rierplatte mindestens ein Kühlkanal zur Durchleitung eines gasförmigen Kühlmediums angeordnet ist, so dass zwei Bereiche mit voneinander verschiedenen Temperaturen einstellbar sind, was letztlich dazu führt, dass ein Bauteil mit unterschiedli¬ chen Härtebereichen erzeugt werden kann.
Eine vergleichbare Vorrichtung ist aus der DE 10 2012 110 649 B3 bekannt, mit der Blechbauteile mit partiell voneinander verschiedenen Festigkeitseigenschaften mit geringem Energiebedarf hergestellt werden sollen. Hierbei ist vorgesehen, dass
in der Temperierstation durch den wärmeleitenden Kontakt des Blechs mit den anliegenden Temperierplatten Wärme in das Blech übertragen wird und das Blech hierbei aufgeheizt wird, insbe¬ sondere auf Temperaturen oberhalb des AC3-Punktes. Darüber hinaus können Bereiche der Blechplatine auch durch die Platten gekühlt werden. Bei einer Ausführungsform können Blechplatinen in einem gesonderten Ofen, insbesondere homogen, auf eine Temperatur vorerwärmt werden, beispielsweise auf eine Temperatur oberhalb von AC1, jedoch unterhalb von AC3, wobei dann die weitere Erwärmung innerhalb der Temperierstation von zumindes- tens Bereich erster Art auf eine Temperatur über AC3 erfolgt und Bereiche zweiter Art, welche weicher verbleiben sollen, auf einem Temperaturniveau zwischen AC1 und AC3 gehalten wer¬ den .
Allen bisher bekannten Verfahren zur Direkterwärmung ist gemein, dass diese ausweislich des genannten Standes der Technik auch zum Abkühlen verwendet werden sollen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die genannten Vorrichtungen beim Abkühlen zu unterschiedlichen Bauteileigenschaften führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Kühlen von Blechplatinen zu schaffen, welches einfach und sicher durchführbar ist und eine nachvollziehbare Abkühlung ergibt.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zu schaffen.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass es beim Anlegen einer bereits auf oberhalb AC3 erhitzten Blechplatine in einem Tem¬ perier- bzw. Kühlwerkzeug dazu kommt, dass aufgrund der Wär¬ meausdehnung der Kühlplatten sich diese aufwölben. Durch diese Aufwölbung ist nicht in allen Bereichen der Stahlblechplatine mit einem vollflächigen Kontakt, zumindest einem vollflächig gleichmäßigen Kontakt, und einer vollflächig gleichmäßigen Pressung zu rechnen, so dass die Wärmeübergänge zwischen der Stahlblechplatine und den Kühlplatten uneinheitlich sind. Hierdurch kommt es zu unterschiedlichen Materialeigenschaften, welches - zumindest wenn es ungezielt erfolgt - unerwünscht ist .
Erfindungsgemäß wird dieses Problem dadurch beseitigt, dass zwischen einer, den Druck auf die Platine ausübenden Werkzeugplatte bzw. beiden Werkzeugplatten und der jeweiligen Platine eine Arbeitsplatte angeordnet ist, welche mit einer Mehrzahl von schmalen Schlitzen ausgebildet ist, so dass die Wärmedehnungen nur in kleinen lokalen Bereichen auftreten und ausgeglichen werden, sodass die globale Verwölbung der Platte verhindert werden kann.
Zwischen der Arbeitsplatte und der Werkzeugplatte kann optio¬ nal eine Isolationsschicht vorhanden sein.
Zudem kann die Arbeitsplatte mit Anschlüssen für eine Gas- und/oder Wasserdurchströmung und insbesondere Kühlmitteldurchströmung ausgebildet sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Arbeitsplatte zur Bearbeitung von Blechen unterschiedlicher Di-
cken (taylored blanks) mit entsprechende Stufen derart ausge¬ bildet, dass auch taylored blanks, die eine oder mehrere Stu¬ fen bzw. Versätze aufweisen, sicher und einheitlich abgekühlt werden können.
Bei der Verwendung einer geschlitzten Arbeitsplatte zwischen Werkzeugplatte und Platine ist von Vorteil, dass diese ohne Verzug und mit der entsprechenden Pressung eine einheitliche uniforme Abkühlung ermöglicht.
Unter den folgenden Voraussetzungen x... Tiefe der Schlitze
D... Dicke der Arbeitsplatte
d... Dicke des zu kühlenden Bleches
b... Schlitzbreite
a... Schlitzabstand
... linerarer Wärmeausdehungskoeffizient [1/K]
T_Start... Ausgangstemperatur der Arbeitsplatte (Umgebungstemperatur )
T_Blech... Ausgangstemperatur des zu kühlernen Bleches hatte sich herausgestellt, dass es vorteilhaft ist, die nach¬ folgenden Bedingungen einzuhalten:
1. 0,1 <= x / D <= 0,9
insbesondere
0,25 <= x / D <= 0, 8
insbesondere
0,5 <= x / D <= 0, 75
2. d / D <= 0,2 insbesondere 0,1
3. b/a >= * (T_Blech - T_Start)/2
d.h. bei z.B.: 800 T_Blech - 20 T_Start (RT) 1 2 = 390 °C Dies mal , bei Stahl ca. 1*10 Λ-5 [1/K]
Da im Bereich des Schlitzes selbst keine Abkühlung erfolgt, darf b hier nicht zu breit werden. Eine zweite Bedingung ist daher, dass b < d/2.
Bei einer Verwendung von geschlitzten Arbeitsplatten auf beiden Flächenseiten einer Platine ist es zudem vorteilhaft, die Schlitze gegeneinander in beiden Richtungen der Kühlebene um die halbe Schlitzbreite zu versetzen.
Vorzugsweise sind die Schlitze oberhalb bzw. in Bearbeitungs¬ richtung fluchtend mit den Kühlkanälen angeordnet.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Schlitze, um die Reinigung zu verbessern, im Bereich ihrer plattenobersei- tigen Mündung breiter als im Fußbereich, um das Herausfällen von Verschmutzungen oder das Austreiben von Verschmutzungen zu erleichtern .
Bei der Erfindung kann vorteilhafterweise die geschlitzte Ar¬ beitsplatte an einer wassergekühlten Werkzeugplatte angeordnet sein .
Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß möglich, dass entspre¬ chende Kühlschlangen bzw. Kühlleitungen auch in der Arbeitsplatte selbst angeordnet werden.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläu¬ tert. Es zeigen dabei:
Figur 1: eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aufbaus mit einer Werkzeugplatte, einer geschlitzten Arbeits¬ platte und einer abzukühlenden Platine;
Figur 2: ein Diagramm zeigend den Härte- bzw. Festigkeitsverlauf über die Plattenlänge bei einer Arbeitsplatte ohne Einschnitte;
Figur 3: ein Diagramm mit dem Härte- bzw. Festigkeitsverlauf über die Arbeitsplattendicke und die erzielbare Ver¬ gleichmäßigung bei Verwendung von geschlitzten Platten .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Temperieren und insbe¬ sondere kühlen einer Stahlblechplatine 2 besitzt zumindest ei¬ ne massive Werkzeugplatte 3, welche mit einer Bearbeitungssei¬ te 4 voran auf eine Platine 2 zu (Pfeilrichtung 5) und von dieser weg beweglich ist. Die Werkzeugplatte 3 besitzt dabei eine Ausdehnung, die vorzugsweise der räumlichen Ausdehnung einer Platine 2 entspricht oder etwas größer ist, so dass eine Platine 2 zum Zwecke der Temperierung und insbesondere Kühlung vollständig wärmeleitend kontaktierbar ist.
Zum Zwecke des Temperierens kann über die Fläche 4 eine zu¬ sätzliche Arbeitsplatte 6 angeordnet.
Die Platten 3, 6 können hierbei aus entsprechenden Warmar- beitsstählen oder anderen üblicherweise eingesetzten Metallen und Metalllegierungen ausgebildet sein.
Die Werkzeugplatte 3 oder Arbeitsplatte 6 kann mit an sich be¬ kannten Leitungen und/oder Bohrungen (nicht gezeigt) durchzogen sein, durch die ein gasförmiges oder flüssiges Temperiermedium und insbesondere ein kühlendes Gas oder eine kühlende
Flüssigkeit durchleitbar ist. Dementsprechend verfügt die Ar¬ beitsplatte 6 über zumindest einen Zulaufanschluss und einen Ablaufanschluss (nicht gezeigt).
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Arbeitsplatte 6 besitzt diese eine Mehrzahl von unterschiedlichen Leitungsund/oder Bohrungsanordnungen, so dass die Platine 2 im direkten Kontakt mit einer Arbeitsfläche 7 der Arbeitsplatte 6 zon¬ al unterschiedlich abgekühlt wird.
Die Arbeitsplatte 6 ist mit einer Druckfläche 8 ausgebildet, welche zur Arbeitsfläche 7 parallel verläuft und hin zur Werk¬ zeugplatte 3 gerichtet ist und insbesondere mit der Fläche 4 der Werkzeugplatte 3 in vorzugsweise wärmeleitendem Kontakt steht .
Bei einer insbesondere wärmeleitenden Kontaktierung von Arbeitsplatte 6 und Werkzeugplatte 3 kann auch die Werkzeugplat¬ te 3 eine aktiv gekühlte und insbesondere wassergekühlte Plat¬ te sein.
Ist lediglich die Arbeitsplatte 6 gekühlt, kann zwischen der Arbeitsplatte 6 und der wassergekühlten Platte auch eine ther¬ mische Isolation (nicht gezeigt) vorgesehen sein.
Um die Schlitze 9 in die Werkzeugplatte 3 oder Arbeitsplatte 6 einzubringen, werden die Platten 3, 6 von einer Arbeitsseite 4, 7 her schlitzförmig erodiert, so dass sich die einge¬ schlitzten Bereiche bilden. Hierbei kann die Tiefe der Schlit¬ ze stark variieren von etwa 10 % bis fast 90 % der Plattendi¬ cke. Die Breite ist hierbei relativ schmal gehalten, wobei sich die Breite grundsätzlich über die Wärmedehnung des Bereichs definiert. Die Schlitze haben hierbei einen leicht ab¬ fallenden Verlauf, um Verunreinigungen, z. B. durch Eisen- o-
der Zinkoxid, durch eine Reinigungsflüssigkeit (z. B. Säuren) effizient entfernen zu können.
Zudem sind die Schlitze vorzugsweise derart erodiert einge¬ bracht, dass die Schlitzmündung 10 breiter ist als der Schlitzboden 11, so dass auch in dieser Weise eine leichte Reinigung gegeben ist.
Unter der Voraussetzung, dass: x... Tiefe der Schlitze
D... Dicke der Arbeitsplatte
d... Dicke des zu kühlenden Bleches
b... Schlitzbreite
a... Schlitzabstand
... linearer Wärmeausdehungskoeffizient [1/K]
T_Start... Ausgangstemperatur der Platte (Umgebungstemperatur) T_Blech... Ausgangstemperatur des zu kühlenden Bleches ist es vorteilhaft, wenn die nachfolgenden Bedingungen eingehalten werden:
1. 0,1 <= x / D <= 0,9
insbesondere
0,25 <= x / D <= 0, 8
insbesondere
0,5 <= x / D <= 0, 75
2. d / D <= 0,2 insbesondere 0,1
3. b/a >= * (T_Blech - T_Start)/2
d.h. bei z.B.: 800 T_Blech - 20 T_Start (RT) 1 2 = 390 °C dies mal , bei Stahl ca. 1*10 Λ-5 [1/K]
Da im Bereich des Schlitzes keine Abkühlung erfolgt, ist als weitere Bedingung vorgesehen, dass b < d/2.
Für den Fall, dass zwei geschlitzte Platten 3, 6 eingesetzt werden, kann in vorteilhafter Weise eine Versetzung der Schlitze der Platten gegeneinander in beide Richtungen der Kühlebene erfolgen und zwar bevorzugt um die halbe Schlitz¬ breite, um eine gute Kühlung bzw. Temperierung zu ermöglichen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (nicht gezeigt) verfügen die Platten 3, 6 über zumindest eine Stufe oder einen Absatz. Hierbei ist die Platine 2 als sogenannte taylored blank ausgebildet, d. h. aufgrund unterschiedlicher Materialgüten und/oder unterschiedlicher gewünschter Eigenschaften besitzt das Blech über seine Erstreckung unterschiedliche Dicken. Um diese unterschiedlichen Blechdicken bezüglich der Höhe zu kompensieren und trotz unterschiedlicher Höhen einen gleichmäßigen Kontakt der Arbeitsflächen 4, 7 auf der Platine 2 zu gewährleisten ist die Stufe im Bereich des Dickensprungs der Platine vorgesehen.
Selbstverständlich ist dies auch bei komplexeren Formen und komplexer verlaufenden Dickensprüngen möglich.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann selbstverständlich auch über zwei gegenüberliegende Werkzeugplatten 3 und/oder zwei gegenüberliegende Arbeitsplatten 6 verfügen, welche ent¬ sprechend der Pfeilrichtung 5 aufeinander zu führbar und voneinander weg bewegbar sind, so dass eine Platine 2 zwischen den entsprechenden Arbeitsplatten 6 im Formschluss mit Druck gehalten wird, um einen Wärmeübergang von beiden Seiten zu ermöglichen .
Auch bei einer entsprechenden Ausführungsform mit einem Dickensprung oder mehreren Dickensprüngen bei taylored blanks und den entsprechenden Stufen in den Arbeitsplatten 6 können gegenüberliegende Arbeitsplatten mit den entsprechend verlau¬ fenden Stufen ausgebildet sein.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass eine globale Verfor¬ mung der bislang eingesetzten Arbeitsplatten durch Kompensation der Spannung in den Schlitzen der Arbeitsplatte vermieden wird .
Bei der Erfindung ist weiter von Vorteil, dass die erfindungs¬ gemäße Vorrichtung zum Temperieren und insbesondere kühlen von durch Abschreckhärtung härtbaren Stahlplatinen einen vollflächigen, nachvollziehbaren Formschluss und dabei einen vollflächigen, nachvollziehbaren Wärmeübergang ohne Verzug der Arbeitsflächen ermöglicht.
Bezugszeichenliste :
1 Vorrichtung
2 Stahlblechplatine
3 Werkzeugplatte
4 Bearbeitungsseite
5 Pfeilrichtung
6 Arbeitsplatte
7 Arbeitsfläche
8 Druckfläche
9 Schlitze
10 Schlitzmündung
11 Schlitzboden
Claims
1. Verfahren zum Temperieren von Stahlblechplatinen, wobei Stahlblech von einem Stahlcoil abgezogen und in Platinen geschnitten wird, die Stahlblechplatinen anschließend auf eine Temperatur insbesondere oberhalb AC3 des jeweiligen Stahlwerkstoffes aufgeheizt werden und damit der Stahlwerk¬ stoff teilweise oder vollständig in Austenit umgewandelt wird und anschließend in einem Presshärtewerkzeug in heißem Zustand tiefgezogen und gleichzeitig mit einer Geschwindig¬ keit über der kritischen Härtegeschwindigkeit derart abge¬ kühlt wird, dass sich ein Abschreckhärtegefüge einstellt, wobei nach dem Aufheizen oberhalb AC3 und vor dem Umformen und Abschreckhärten der Stahlwerkstoff temperiert und ins¬ besondere gekühlt wird, bis er eine gewünschte Temperatur zur Umformung besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass in ei¬ ner, den Druck auf die Platine ausübenden Werkzeugplatte
(3) oder Arbeitsplatte (6) in Arbeitsflächen (4,7) schmale Schlitze eingebracht werden, welche eine Wärmeausdehnung des die Arbeitsplatten (3,6) ausbildenden Materials ohne insbesondere globalen Verzug der Platten (3,6) ermöglicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (3,6) mittels Gas- und/oder Wasserdurchströmung gekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Arbeitsplatte und Werkzeugplatte eine ein- oder mehrschichtige Gleit- und/oder Isolationsschicht ange¬ ordnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugplatte (3) gekühlt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlblechplatine (2) einseitig oder beidseitig von Platten (3,6) temperiert und/oder ge¬ kühlt wird, wobei die Platten (3,6) so angeordnet werden, dass die Schlitze zueinander versetzt angeordnet werden.
6. Vorrichtung zum Temperieren und insbesondere Kühlen von
Stahlblechplatinen, die zuvor auf eine Temperatur größer AC3 aufgeheizt worden sind und nach dem kühlen einem Umformschritt unterworfen werden, bei dem sie zudem abschreckgehärtet werden, insbesondere Vorrichtung zum Durch¬ führen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer, den Druck auf eine Platine (2) ausübenden Werkzeugplatte (3) oder Ar¬ beitsplatte (6), welche an der Werkzeugplatte (3) angeord¬ net ist, in den einer zu bearbeitenden Platine (2) zuweisenden Flächen (4,7) von deren Oberfläche her eine Mehrzahl von Schlitzen zum Ausgleich temperaturbedingter Dehnungen und Schrumpfungen vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze erodiert eingebracht sind, wobei die Tiefe der Schlitze zwischen 10 % und 90 % der Plattendicke beträgt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze über ihre Längserstreckung einen abfal¬ lenden Verlauf besitzen und/oder die Schlitze von ihrer Schlitzmündung (10) zum Schlitzboden (11) sich verengend bzw. konisch verlaufen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich der Schlitzgeometrie folgendes gilt :
0, 1 <= x / D <= 0, 9
insbesondere
0,25 <= x / D <= 0, 8
insbesondere
0,5 <= x / D <= 0, 75 wobei x die Tiefe des Schlitzes ist und D die Dicke der Platte (3,6) .
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der geschlitzten Platte (3,6) gilt: d / D <= 0,2 insbesondere 0,1 wobei D die Dicke der Arbeitsplatte und d die Dicke des zu kühlenden Bleches ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: b/a >= * (T_Blech - T_Start)/2
d.h. bei z.B.: 800 T_Blech - 20 T_Start (RT) 1 2 = 390 °C dies mal , bei Stahl ca. 1*10 Λ-5 [1/K] wobei b die Schlitzbreite, a der Schlitzabstand, der li¬ neare Wärmeausdehnungskoeffizient, T_Blech die Ausgangstem¬ peratur des zu kühlenden Bleches und T_Start die Ausgangs¬ temperatur der Platten (3,6) ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zudem gilt b < d/2.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein zweier Werkzeugplatten
(3) oder je einer daran angeordneten Arbeitsplatte (6) eine Versetzung der Schlitze (9) derart vorhanden ist, dass die Schlitze der einen Platte (3,6) nicht mit den Schlitzen der anderen Platte (3,6) fluchten und vorzugsweise um eine hal¬ be Schlitzbreite versetzt sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Arbeitsplatte (6) und der Werkzeugplatte (3) eine Isolationsschicht und/oder Gleit¬ schicht vorhanden ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleit- und/oder Isolationsschicht mehrlagig ausgebildet ist .
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (3,6) mit Anschlüssen für eine Gas- und/oder Wasserdurchströmung und insbesondere Kühlmitteldurchströmung und entsprechenden Bohrungen und/oder Leitungen ausgebildet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (3,6) zur Bearbeitung von Blechen unterschiedlicher Dicken (taylored blanks) mit entsprechenden Stufen derart ausgebildet ist, dass auch taylo¬ red blanks, die eine oder mehrere Stufen bzw. Versätze oder Dickenunterschiede aufweisen, sicher, einheitlich und vollflächig berührt und abgekühlt werden können.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (3,6) aus einem Warmarbeits- stahl und/oder einer Ampco-Legierung oder anderen geeigneten Warmarbeitslegierungen ausgebildet ist, wobei eine ge¬ gebenenfalls vorhandene Isolier- und/oder Gleitschicht aus
einer Lagerbronze, insbesondere mit Graphiteinsätzen ausge¬ bildeten Lagerbronze, und/oder einer Keramik ausgebildet ist .
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