WO2017121786A1 - Verfahren und vorrichtung zum warmformen von stahlblechen - Google Patents

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WO2017121786A1
WO2017121786A1 PCT/EP2017/050544 EP2017050544W WO2017121786A1 WO 2017121786 A1 WO2017121786 A1 WO 2017121786A1 EP 2017050544 W EP2017050544 W EP 2017050544W WO 2017121786 A1 WO2017121786 A1 WO 2017121786A1
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WO
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die
punch
tool
forming
locking means
Prior art date
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PCT/EP2017/050544
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Kurz
Harald Schwinghammer
Johannes HASLMAYR
Siegfried Kolnberger
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Voestalpine Stahl GmbH
Voestalpine Metal Forming GmbH
Original Assignee
Voestalpine Stahl GmbH
Voestalpine Metal Forming GmbH
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/022—Stamping using rigid devices or tools by heating the blank or stamping associated with heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/208—Deep-drawing by heating the blank or deep-drawing associated with heat treatment

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for hot forming and in particular press hardening of steel sheets.
  • a steel sheet of egg ⁇ ner curable steel sheet alloy for example, a 22MnB5 or related steel alloys, which is uncoated or provided with a metallic protective layer, such as a zinc ⁇ layer, cold in a conventional press line transformed into the desired component.
  • a metallic protective layer such as a zinc ⁇ layer
  • a subsequent thermal expansion may be actuated by one into account ⁇ ⁇ ent speaking smaller dimensions of the component.
  • this component is heated to a temperature above the Austenitmaschinestemperatur.
  • the Austenitisie ⁇ tion temperature is the temperature at which the structure of the steel alloy is present in a fully austenitized state in a sufficient time and thus preferably a temperature above Ac 3 .
  • the thus-heated component is then placed in a ⁇ a tool, the shape of the component speaks its tool Lower and upper parts exactly in its stretched state by heat corresponds.
  • This tool is closed and cured by all-round rapid removal of the heat at a rate above the critical cure speed.
  • the latter step is called form hardening because the part is here in the Form is cured, but no significant forming steps take place.
  • the second known method provides for heating a circuit board of an above hardenable steel sheet is also at a temperature above the austenitization temperature (AC 3) for this alloy coins ⁇ tion and then in a preferably a ⁇ stage forming process as well as hardening.
  • AC 3 austenitization temperature
  • the sheet steel plate is placed in the heated state in a tool and then deep drawn through the upper and lower part of the tool. After closing the tool halves, the heat of the sheet is removed at a speed above the critical hardness speed, so that hardening takes place.
  • DE 10 2008 034 996 B4 discloses a device for hot forming and press hardening ⁇ a semifinished product made from hardenable steel ⁇ be known, said apparatus having a die and a male mold having a shaping portion. These two parts are mutually movable and one another, wherein the Vorrich ⁇ tion additionally has a cutting device with an upper and lower blade, wherein the punch mounted at least on the press ⁇ plunger and is movably mounted relative to the press ram and the die indirectly on the press table ⁇ introduced is.
  • DE 10 2010 023 001 AI relates to a tool for drawing sheet metal, in particular for deformation with small radii. This should preferably be automotive moldings. In this case, the sheet to be deformed should be in a manner known per se between a die and a male or a punch corresponding to the contour of the die and the die
  • the stamp will be deformed.
  • the stamp in the region of a deformation that is critical due to the small radius, the stamp should comprise an insert spring-loaded via pressure medium, which has a Stop should be biased against the punch.
  • the problem here is based on the fact that when pulling in Radienbe ⁇ rich, the sheet is always thinner and flows through voltage differences ⁇ the sheet over the stamp. The originally thinned area leaves behind a mark that is visible even after painting, for example, a body part. Such markings are called running edges, which can be seen on the sheet surface.
  • the punch in the range of a critical due to the small radius of deformation is intended to include a spring-loaded via pressure medium ⁇ A set, which is preferably biased against the plunger by a stop.
  • thermoforming From DE 103 18 056 B4 a method and a press for thermoforming is known, wherein in the method, a mold component made of metal is performed so that a semifinished product is heated to ⁇ forming temperature and in a press with a die, a punch and a Hold-down is formed, wherein the semi-finished by an upper and a lower hold-down, which are movable with respect to both the die and against the punch, freely preformed and then in the same press by closing the die and the die final molded and cured at the same time.
  • cold preforming of steel semi-finished products causes problems if this steel has been provided with an aluminum coating. It is well known that cold preforming of aluminum coated steel sheets results in cracks in the particularly heavily deformed areas. Accordingly, this should be avoided by the hot preforming.
  • a die cushion device which serves to generate a pressing force on a punch in a pressing machine, wherein the cushion is to receive a force from the punch and has a Abstützab ⁇ section , which supports the cushion pad.
  • a shock absorber should be present which is adapted to relieve an impact between the cushion pad and the support portion, wherein a damping portion is present, the gene ⁇ riert a reaction force corresponding to a relative speed of the cushion pad with respect to the support portion and an elastic portion which is adapted to generate the reaction force corresponding to a relative displacement of the cushion pad on the support portion.
  • the object of the invention is to provide a method with which the forming and cooling in press hardening safer ge ⁇ lingt.
  • the invention relates according to claim 1, a method for ⁇ forming steel sheets and in particular method for press hardening ⁇ steel sheet, wherein a at least partially heated to a temperature above Ac 3 heated board from a hardenable steel sheet material in a forming and hardening tool and then in the forming and hardening ⁇ tool by the retraction of at least one stamp in at least one die or vice versa or the collision of Stem ⁇ pel and die is provided with a desired contour, wherein the punch inserted into the die to the positive fit ren and is then moved apart again and the formed and hardened sheet metal component is removed, where ⁇ at the speed of the punch (2) and / or the die (3) when reaching the positive connection> 0 m / s.
  • the method can be particularly distinguished in the case of simple geometries, for example a hat profile, in particular geometries with simply curved radii.
  • the invention may be distinguished by the fact that the number of so-called microcracks in the range between 10 pm and 30 pm is likewise prevented or at least greatly reduced.
  • the forming speed is kept the same or the Pressenzufahr für not changed, so that the male and female are driven with the least possible speed to stop (positive engagement).
  • the acceleration (ie any change in speed) during the forming process should be less than TT m / s 2 , preferably less than 1 m / s 2 , more preferably less than 1 / 7T m / s 2 .
  • the mold or the mold is protected from destruction in that the die and / or are Pat ⁇ rize supported such that the undiminished Zufahrge- speed by suitable means and in particular by controllable resilient means the passive or active movement of the Matrix and / or male is quasi intercepted.
  • both the die and the punch with resilient means in particular controllable compliant with ⁇ stuffs to be stored “resilient.”
  • Spring-mounted in the sense of the invention means that mecha ⁇ niche or hydraulic spring elements or spring-damper members or damper members are used. These elements can here react passively or actively controlled to ⁇ .
  • the spring or Dämpferkräf ⁇ te are designed so that after the complete collapse of the mold halves, a spring or damper force is overcome, which then leads to a deflection of the spring and / or the damper.
  • a mechanical releasing means may be present in the case of complete closure of the plant ⁇ generating halves, for example, one or more pawls are moved out of engagement and so a further movement of the entire mold along a traverse path allows.
  • a corresponding sensor can be provided, which made a mechanical release ⁇ light.
  • this sensor can also be used to release a hydraulic valve or the like.
  • a continuous force or path or force / displacement measurement can also be carried out, so that upon reaching certain Forces a release of the spring or damping movement he follows ⁇ .
  • a metered release of the springs or dampers of the ⁇ art can be performed in that a hydraulic control circuit is only partially open, and thus the forces are only partially intercepted.
  • the invention is exemplified erläu ⁇ tert reference to a drawing. It shows:
  • Fig.l a forming tool with inserted board in the initial state of ⁇ the prior art
  • FIG. 2 shows the tool according to FIG. 1 in a completely closed and completely deformed state of the board
  • Figure 3 shows the tool according to the invention with sprung construction with inserted board in the initial state.
  • Figure 4 shows the tool according to the invention with fully converted ⁇ deformed state in the fully closed state ⁇ tool not springs
  • Figure 5 shows the tool according to the invention, in complete charge ⁇ herebyem state with completely reshaped Plati ⁇ ne and the Federendanditen.
  • Fig. 6 is a time chart showing a press speed conventional course and the course in the embodiment OF INVENTION ⁇ to the invention.
  • a conventional forming tool and in particular Hotumform ⁇ tool according to the prior art 100 has a punch 101 and a die 102 and plate holder 103 and Niederhal ⁇ ter 103.
  • the die has a contour 104, which corresponds to the contour of a component to be formed, wherein the Stamp 101 has a contour 105 which is a form-fitting into the die ⁇ passable and accordingly also corresponds to the contour of a zu-generating component ⁇ .
  • the sheet holder 103 are übli ⁇ arranged chnchsee around the contour 104 of the die around and serve to press a printed circuit board 106 in the edge regions on the tool or the die, so that when the stem ⁇ pel is retracted into the die 102101 , the sheet metal material is drawn, ie, flows into the die (Fig. 2).
  • the mold 3 has a contour 5, the contour of a forth ⁇ that delivers the component or molded Contour of a component to be produced corresponds, wherein the punch 2 has a contour 6, which corresponds to the contour 5 substantially and in particular between the contour 5 and 6 a positive connection optionally results in a positive connection with an intermediate ⁇ lying board 7, which is formed accordingly ,
  • metal holder or hold-down 4 are present, which act on edge regions of a board 7 and hold them on the die 3, so that when closing the mold by the retraction of the punch 2 in the contour 5 of the die 3 causes the material of the Board 7 accordingly flows into the contour 5.
  • the die is also arranged on a base frame 8 or foundation or on the Base frame 8 elevated, wherein between the base frame 8 and the die 3 yielding means 9 are present.
  • the particular controlled resilient means 9 are, for example, mechanical springs, these mechanical Fe ⁇ countries on preferably mechanical or electrical release ⁇ elements (not shown) have, which release the springs upon reaching a predetermined desired state and a off ⁇ steering of the springs against allow the spring force.
  • the controlled resilient elements may also be dampers, for example oil and / or gas pressure damper, which are deflected when reaching ei ⁇ Nes target state.
  • dampers gas pressure or oil pressure damper or hydraulic or fluidic damper may have mechanical or electrically controlled locking means which are ge ⁇ opens when reaching the desired state.
  • dampers can also have valves which, when a desired state (a desired pressure state) is reached, are wholly or partially opened and thus permit a deflection.
  • controlled compliant members also to gas springs or pneumatic springs han ⁇ spindles, wherein can also be present in these mechanical or fluid release means (valves).
  • controlled compliant members can also see electrical resilient elements, such as magnets or Wirbelstrombrem ⁇ sen.
  • controlled yielding elements may also be mixtures of said elements. It is essential that these elements allow a movement of the die according to the retraction movement of the punch when reaching a pre ⁇ given set value.
  • a board 7 is inserted into the ge ⁇ opened tool (Fig. 3). Subsequently, the hold-downs are fed to the die, so that the board 7 between the holders 4 and the die 3 is clamped. After the board is held in this manner 7, insbeson ⁇ particular a heated to austenitizing board, the punch 2 is with its contour 6 retracted in the contour 5 of the die 3 to the circuit board 7 is fully converted (Fig. 4).
  • a heated to austenitizing board 7 in particular a heated via AC 3 Plati ⁇ ne, no later than rize with the full concern of Patterson and the die to the circuit board and thus the voll/i ⁇ gen forming the quenching in the heat is derived from the board 7 both in the die and in the male or the stamp.
  • the release can be done in the simplest case by the fact that a certain spring constant is present, which is only exceeded when the punch 2 exceeds a certain pressure against the die 3 (uncontrolled). Moreover, it is possible in the invention to take up the pressure between the die 2 and the die 3 via entspre ⁇ sponding pressure sensor and, if a pressure actual value which corresponds to a desired pressure value to unlock controlled 9 nachgiebi ⁇ gene elements and thus a Auslen ⁇ kung along the direction of movement 10 of the punch 2 (Fig. 4).
  • the path of the punch is received in the die, wherein the displacement sensor or sensors enable the controllable nachgiebi ⁇ gene elements 9 when a certain way was exceeded, the complete closing or complete molding of the board 7 in the die 3 ent ⁇ speaks.
  • the control must in any case take place in a manner as shown in the diagram (FIG. 5).
  • the conventional course of the press speed is here ⁇ in the left half of the diagram visible, which means that after the start of the conversion, ie after touching the punch and the board, the speed of the punch decreases ⁇ decreases until the end of the conversion is reached. would the speed did not decrease, the tool and the workpiece would inevitably be damaged or destroyed.
  • the press speed at the form fit is more than 10 mm / s.
  • too high a pressure pushers are cushioned due to an excessively high punch speed due to the fact that the entire tool can be deflected in accordance with the direction of movement 10 of the punch.
  • the arrangement of the controllably compliant elements 9 has been made in the area of the die.
  • controllable resilient elements 9 and between the die 2 and the punch drive (not shown) to be arranged so that after reaching a vorgege- surrounded pressure a entspre ⁇ sponding load circuit or overload circuit is also present in the region of the punch driver.

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Abstract

Verfahren zum Umformen von Stahlblechen und insbesondere Ver- fahren zum Presshärten von Stahlblech, wobei eine auf eine Temperatur oberhalb AC3 erhitzte Platine aus einem härtbaren Stahlblechmaterial in ein Umform- und Härtewerkzeug eingelegt wird und anschließend in den Umform- und Härtewerkzeug durch das Einfahren zumindest eines Stempels in zumindest einer Mat- rize mit einer gewünschten Kontur versehen wird, wobei der Stempel (2) in die Matrize (3) bis zum Formschluss eingefahren wird und anschließend wieder auseinander gefahren wird und das umgeformte und gehärtete Blechbauteil entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (2) in die Matrize (3) bis zum Erreichen des Formschlusses und/oder Überschreiten eines vorgegebenen Weges des Stempels und/oder einer vorgege- benen Presskraft des Stempels auf die Platine (7) und/oder die Matrize (3) und/oder bis zur Überschreitung einer vorgegebenen Presskraft des Stempels der Stempel (3) ohne oder ohne wesent- liche Geschwindigkeitsänderung in die Matrize (3) eingefahren wird, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Warmformen von Stahlblechen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Warmumformen und insbesondere Presshärten von Stahlblechen.
Zur Erzeugung gehärteter Stahlblechbauteile sind zwei grund¬ sätzliche Verfahren bekannt. Bei einem ersten Verfahren, dem sogenannten indirekten Verfahren, wird ein Stahlblech aus ei¬ ner härtbaren Stahlblechlegierung, beispielsweise aus einem 22MnB5 oder verwandten Stahllegierungen, welches unbeschichtet ist oder mit einer metallischen Schutzschicht, wie einer Zink¬ schicht versehen ist, in einer herkömmlichen Pressenstraße kalt zu dem gewünschten Bauteil umgeformt. Bei dieser Kaltum¬ formung kann eine nachfolgende Wärmedehnung durch eine ent¬ sprechende kleinere Dimensionierung des Bauteils berücksich¬ tigt sein. Anschließend wird dieses Bauteil auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur aufgeheizt. Die Austenitisie¬ rungstemperatur ist dabei die Temperatur, bei der das Gefüge der Stahllegierung in einer hinreichenden Zeit in vollständig austenitisierten Zustand vorliegt und damit vorzugsweise eine Temperatur oberhalb von Ac3.
Das so erhitzte Bauteil wird anschließend in ein Werkzeug ein¬ gelegt, dessen Werkzeugunterteil und -Oberteil exakt der Form des Bauteils in seinem durch Wärme gedehnten Zustand ent- spricht. Dieses Werkzeug wird geschlossen und durch allseitige schnelle Abfuhr der Wärme mit einer Geschwindigkeit über der kritischen Härtegeschwindigkeit gehärtet. Der letztere Schritt wird als Formhärten bezeichnet, da das Bauteil hier in der Form gehärtet wird, jedoch keine nennenswerten Umformschritte erfolgen .
Das zweite bekannte Verfahren, das sogenannte direkte Verfah- ren oder Presshärten, sieht vor, eine Platine aus einem oben genannten härtbaren Stahlblech ebenfalls auf einer Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur (AC3) für diese Legie¬ rung zu erhitzen und anschließend in einem vorzugsweise ein¬ stufigen Umformprozess sowohl umzuformen als auch zu härten. Hierfür wird die Stahlblechplatine im erhitzen Zustand in ein Werkzeug eingelegt und dann durch das Werkzeugoberteil und - unterteil tiefgezogen. Nach dem Schließen der Werkzeughälften wird auch hier die Wärme des Blechs mit einer Geschwindigkeit über der kritischen Härtegeschwindigkeit abgeführt, so dass eine Härtung erfolgt.
Aus der DE 10 2008 034 996 B4 ist eine Vorrichtung zum Warm¬ formen und Presshärten eines Halbzeugs aus härtbarem Stahl be¬ kannt, wobei diese Vorrichtung eine Matrize und eine Patrize mit einem formgebenden Teilstück besitzt. Diese beiden Teile sind gegeneinander und ineinander bewegbar, wobei die Vorrich¬ tung zusätzlich eine Schneideinrichtung mit einem Ober- und Untermesser besitzt, wobei der Stempel zumindest am Pressen¬ stößel angebracht und gegenüber dem Pressenstößel beweglich gelagert ist und die Matrize mittelbar am Pressentisch ange¬ bracht ist. Die DE 10 2010 023 001 AI betrifft ein Werkzeug zum Ziehen von Blech, insbesondere zum Verformen mit kleinen Radien. Hierbei soll es sich vorzugsweise um Kfz-Formteile handeln. Das zu verformende Blech soll hierbei in an sich be- kannter Weise zwischen einer Matrize und einer Patrize bzw. einem Stempel entsprechend der Kontur der Matrize und des
Stempels verformt werden. Der Stempel soll hierbei im Bereich einer aufgrund des geringen Radius kritischen Verformung einen über Druckmittel gefederten Einsatz umfassen, der über einen Anschlag gegen den Stempel vorgespannt sein soll. Als Problem hierbei wird zugrunde gelegt, dass beim Ziehen im Radienbe¬ reich das Blech stets dünner wird und durch Spannungsunter¬ schiede das Blech über den Stempel fließt. Der ursprünglich ausgedünnte Bereich hinterlässt hierbei eine Markierung, die auch nach dem Lackieren beispielsweise eines Karosserieteils sichtbar ist. Solche Markierungen werden Laufkanten genannt, die auf der Blechoberfläche erkennbar sind. Dementsprechend soll der Stempel im Bereich einer aufgrund des geringen Radius kritischen Verformung einen über Druckmittel gefederten Ein¬ satz umfassen, der vorzugsweise mittels eines Anschlags gegen den Stempel vorgespannt ist. Hierdurch wird die Bildung der Laufkanten vermieden. Aus der DE102005041741A1 ist ein Verfahren zum Herstellen ei¬ nes pressgehärteten Bauteils bekannt, wobei hierbei ein Halb¬ zeug aus einem ungehärteten warmumformbaren Stahlblech erwärmt und in ein Warmumformwerkzeug pressgehärtet wird, wobei zur Erhöhung der bahnpresshärten erreichbaren Ziehtiefen die Um- formgeschwindigkeit , mit welcher das Halbzeug im Warmumform¬ werkzeug umgeformt wird so hoch ist, dass der Umwandlungspro- zess von einem austenitischen in ein martensitischen oder bai- nitisches Gefüge erst nach Beendigung des Umformvorgangs abge¬ schlossen ist.
Aus der DE 103 18 056 B4 ist ein Verfahren und eine Presse zum Warmformen bekannt, wobei bei dem Verfahren ein Formbauteil aus Metall so durchgeführt wird, dass ein Halbzeug auf Umform¬ temperatur erhitzt wird und in einer Presse mit einem Gesenk, einem Stempel und einem Niederhalter geformt wird, wobei das Halbzeug durch einen oberen und einen unteren Niederhalter, die sowohl gegenüber dem Gesenk als auch gegenüber dem Stempel verfahrbar sind, frei vorgeformt und dann in derselben Presse durch Zufahren des Gesenks und des Stempels endgeformt und gleichzeitig gehärtet wird. Hierbei wird ausgeführt, dass das kalte Vorformen bei Halbzeug aus Stahl dann Probleme bereitet, wenn dieser Stahl mit einer Aluminiumbeschichtung versehen wurde. Es ist allgemein bekannt, dass das kalte Vorformen von aluminiumbeschichteten Stahlblechen zu Rissen in den besonders stark umgeformten Bereichen führt. Dementsprechend soll dies durch das Warmvorformen vermieden werden.
Aus der DE 11 2009 001 109 T5 ist eine Ziehkissenvorrichtung bekannt, die dazu dient, in einer Pressmaschine auf einen Stempel eine Presskraft zu generieren, wobei das Kissen eine Kraft von dem Stempel aufnehmen soll und einen Abstützab¬ schnitt besitzt, der die Kissenunterlage abstützt. Zudem soll ein Stoßdämpfer vorhanden sein, der dazu geeignet ist, einen Stoß zwischen der Kissenunterlage und dem Abstützabschnitt zu lindern, wobei ein Dämpfungsabschnitt vorhanden ist, der eine Reaktionskraft entsprechend einer relativen Geschwindigkeit der Kissenunterlage in Bezug auf den Abstützabschnitt gene¬ riert und ein elastischer Abschnitt, der dafür geeignet ist, die Reaktionskraft entsprechend einer relativen Verschiebung der Kissenunterlage auf den Stützabschnitt zu generieren. Hierdurch soll insgesamt eine ansonsten unausweichliche Wel¬ lenform der Presskraft in der Anstiegszeit vermieden werden und in eine andere Form gebracht werden, bis die Geschwindig- keitsdifferenz einen Zielwert erreicht. Insgesamt wird hierbei offensichtlich eine hydraulische Steuerung angestrebt, wobei eine Veränderung der Geschwindigkeitsdifferenz beim Zufahren der Presse auch die Reaktionskraft durch den Dämpfungsab¬ schnitt verändert soll. Dementsprechend soll eine angemessene Einstellung des sich verändernden Zielwertes der Geschwindig¬ keitsdifferenz es möglich machen, die Wellenform der Press¬ kraft in der Anstiegszeit anzupassen und zu formen, bis die Geschwindigkeitsdifferenz den Zielwert erreicht. Aus der DE 36 13 202 C2 ist ein Verfahren zum Herstellen kera¬ mischer Formlinge bekannt, wobei diese Formlinge aus einer ke¬ ramischen pulverförmigen Masse hergestellt werden. Hierbei sollen auftretende Beschädigungserscheinungen an den Formlin- gen beim Abheben der Formhälften voneinander verhindert wer¬ den, wozu zwischen mindestens einem Teil der Stelleinrichtung und einem die Dichtfläche bildenden Teil der zugehörigen Form¬ hälfte eine Federung vorgesehen ist, welche bei der Schließbe¬ wegung der Stelleinrichtung unter Spannung gesetzt wird und sich bei der Öffnungsbewegung der Stelleinrichtung entspannt.
Aus dem DEG 85 14 337.5 ist eine Einrichtung zur Herstellung von keramischen Formlingen bekannt, bei denen ebenfalls eine wesentliche Verringerung der Beschädigungserscheinung beim Ab- heben eines Schließkopfs erzielt werden soll.
Aus der DE 10 2014 112 244 AI ist ein Verfahren bekannt, bei dem Blechbauteile durch Presshärten erzeugt werden, wobei je¬ doch, in der eine Umformwerkzeugstufe während der Schließbewe- gung von einem oberen Umkehrpunkt zu einem unteren Umkehrpunkt der Presse durch wenigstens ein elastisches Stellglied relativ zur Presse bewegt wird, so dass die Warmumformung beendet wird und das Zuhalten beginnt bevor die Presse den unteren Umkehr¬ punkt erreicht oder das Zuhalten der Umformwerkzeugstufe durch ein elastischen Stellglied erst während der Aufwärtsbewegung der Presse beendet wird, nachdem der untere Umkehrpunkt der Presse vollständig durchfahren wurde.
Bei allen bekannten Verfahrensweisen, bei denen Stahlbleche erhitzt und im direkten Verfahren umgeformt werden, wird ins¬ besondere bei Anwesenheit von metallischen Beschichtungen beo¬ bachtet, dass es zu einer Rissbildung kommt. Die Rissbildung wurde bislang auf das sogenannte Liquid Metal Embrittlement zurückgeführt und angenommen, dass der Kontakt eines flüssigen Überzugsmetalls mit austenitischen Phasen des Stahls hier eine schädigende Wirkung hat und insbesondere bei der Umformung Risse erzeugt, die bis tief in das Stahlsubstrat hineinrei¬ chen .
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Umformung und Abkühlung beim Presshärten sicherer ge¬ lingt .
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Es ist darüber hinaus eine Aufgabe, eine Vorrichtung zum Presshärten von Stahlblechen, insbesondere beschichteten Stahlblechen zu schaffen, mit der es gelingt, das Umformen si¬ cherer und insbesondere rissfrei durchzuführen.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung betrifft gemäß Anspruch 1 ein Verfahren zum Um¬ formen von Stahlblechen und insbesondere Verfahren zum Press¬ härten von Stahlblech, wobei eine zumindest teilbereichsweise auf eine Temperatur oberhalb Ac3 erhitzte Platine aus einem härtbaren Stahlblechmaterial in ein Umform- und Härtewerkzeug eingelegt wird und anschließend in den Umform- und Härtewerk¬ zeug durch das Einfahren zumindest eines Stempels in zumindest einer Matrize oder umgekehrt oder das Zusammenfahren von Stem¬ pel und Matrize mit einer gewünschten Kontur versehen wird, wobei der Stempel in die Matrize bis zum Formschluss eingefah- ren wird und anschließend wieder auseinander gefahren wird und das umgeformte und gehärtete Blechbauteil entnommen wird, wo¬ bei die Geschwindigkeit des Stempels (2) und/oder der Matrize (3) beim Erreichen des Formschlusses > 0 m/ s liegt.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass offensichtlich die Umform¬ geschwindigkeit einen ganz entscheidenden Einfluss auf die Rissbildung hat. Genauer gesagt, hat nicht nur die anfängliche Umformgeschwindigkeit, sondern die Umformgeschwindigkeit wäh¬ rend des gesamten Umformprozesses offensichtlich einen Ein¬ fluss, wobei offensichtlich deutlich bessere Ergebnisse beim Umformen erzielt werden, wenn sich die Umformgeschwindigkeit während des Umformens möglichst wenig ändert.
Besonders auszeichnen kann sich das Verfahren bei einfachen Geometrien, beispielsweise einem Hutprofil, insb. Geometrien mit einfach gekrümmten Radien.
Bei bestehenden bekannten Verfahren wird ein Pressenstempel bzw. eine Patrize in eine Form, also eine Matrize, eingefah¬ ren. Das umzuformende Stahlblech wird an den Rändern durch so¬ genannte Niederhalter an der Form gehalten, so dass beim Zu¬ sammenfahren der Formen ein echtes Tiefziehen, d.h. ein Flie¬ ßen des Materials in die Form stattfindet.
Bei bestehenden Verfahren muss die Tiefziehgeschwindigkeit zwangsläufig zum Ende des Umformschrittes, d.h. kurz bevor die Matrize und Patrize im vollständig geschlossenen Zustand sind, bis auf Null verringert werden, da ansonsten die Form zerstört werden würde. Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, dass aber genau diese Verlangsamung der Pressengeschwindigkeit of¬ fensichtlich bei der Rissbildung einen maßgeblichen Einfluss hat . Erfindungsgemäß sollen Risse im Bereich von > 200 pm insbeson¬ dere > 100 pm besonders bevorzugt > 30 pm, weiter bevorzugt > 10 pm gesichert vermieden werden.
Weiters kann sich die Erfindung dadurch auszeichnen, dass die Anzahl der sogenannten Mikrorisse im Bereich zwischen 10 pm und 30 pm ebenso verhindert oder zumindest die Anzahl stark vermindert werden.
Erfindungsgemäß wird daher die Umformgeschwindigkeit gleich gehalten bzw. die Pressenzufahrgeschwindigkeit nicht geändert, so dass die Patrize und Matrize mit möglichst unveränderter Geschwindigkeit auf Anschlag (Formschluss ) gefahren werden. Die Beschleunigung (also jegliche Geschwindigkeitsänderung) während des Umformprozess sollte kleiner als TT m/s2, bevorzugt kleiner als 1 m/s2, besonders bevorzugt kleiner als 1/7T m/s2 sein .
Erfindungsgemäß wird die Form bzw. das Formwerkzeug vor Zer- Störung dadurch geschützt, dass die Matrize und/oder die Pat¬ rize derart gelagert sind, dass die unverminderte Zufahrge- schwindigkeit durch geeignete Mittel und insbesondere durch steuerbar nachgiebige Mittel das passive oder aktive Bewegen der Matrize und/oder Patrize quasi abgefangen wird.
Hierzu können sowohl die Matrize als auch die Patrize mit nachgiebigen Mitteln, insbesondere steuerbar nachgiebigen Mit¬ teln, „federnd" gelagert sein. Federnd gelagert im Sinne der Erfindung bedeutet, dass mecha¬ nische oder hydraulische Federelemente oder Feder- Dämpferelemente oder Dämpferelemente eingesetzt werden. Diese Elemente können hierbei passiv reagieren oder aktiv an¬ gesteuert sein.
Bei einer passiven Anordnung sind die Feder- bzw. Dämpferkräf¬ te so ausgelegt, dass nach dem vollständigen Zusammenfahren der Formenhälften eine Feder- bzw. Dämpferkraft überwunden wird, die dann zu einer Auslenkung der Feder und/oder des Dämpfers führt .
Bei einer aktiven Ansteuerung wird das Zusammenfahren der For¬ menhälften entweder mit einer Krafterfassung oder einer Weger¬ fassung oder einer kombinierten Kraft /Wegerfassung verfolgt und die Auslenkbewegung der Feder und/oder Dämpfer durch deren Freigabe in mechanischer Form oder beispielsweise durch ange¬ steuerte Ventile freigegeben, bevor eine definierte Überlast an den Formenhälften auftritt.
Im einfachsten Fall kann eine mechanische Freigabevorrichtung vorhanden sein, bei der bei vollständigem Schluss der Werk¬ zeughälften beispielsweise eine oder mehrere Klinken aus einem Eingriff herausbewegt werden und so eine Weiterbewegung der gesamten Form entlang eines Verfahrweges ermöglicht.
Anstelle dieser mechanischen Lösung kann ein entsprechender Sensor vorgesehen sein, der eine mechanische Freigabe ermög¬ licht .
Dieser Sensor kann selbstverständlich auch dafür verwendet werden, ein hydraulisches Ventil oder dergleichen freizugeben.
Darüber hinaus kann auch, insbesondere zum Zwecke der Quali- tätssicherung eine kontinuierliche Kraft oder Weg oder Kraft /Wegmessung erfolgen, so dass beim Erreichen bestimmter Kräfte eine Freigabe der Feder- bzw. Dämpfungsbewegung er¬ folgt .
Bei einer kontinuierlichen Aufnahme des Weges oder der Kraft kann auch eine dosierte Freigabe der Federn bzw. Dämpfer der¬ art erfolgen, dass ein hydraulischer Regelkreis nur teilweise geöffnet wird und somit die auftretenden Kräfte nur teilweise abgefangen werden.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläu¬ tert. Es zeigen dabei:
Fig.l ein Umformwerkzeug mit eingelegter Platine im Aus¬ gangszustand nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 das Werkzeug nach Figur 1 in vollständig geschlossenem und vollständig umgeformten Zustand der Platine;
Fig. 3 das Werkzeug nach der Erfindung mit gefedertem Aufbau mit eingelegter Platine im Ausgangszustand;
Fig. 4 das Werkzeug nach der Erfindung mit vollständig umge¬ formten Zustand in vollständig geschlossenem Werkzeug¬ zustand nicht eingefedert;
Fig. 5 das Werkzeug nach der Erfindung in vollständig ge¬ schlossenem Zustand mit vollständig umgeformter Plati¬ ne und in den Federendanschlägen;
Fig. 6 ein Pressengeschwindigkeitszeitdiagramm zeigend eine herkömmlichen Verlauf und den Verlauf bei der erfin¬ dungsgemäßen Ausgestaltung. Ein herkömmliches Umformwerkzeug und insbesondere Warmumform¬ werkzeug nach dem Stand der Technik 100 besitzt einen Stempel 101 und eine Matrize 102 sowie Blechhalter 103 bzw. Niederhal¬ ter 103. Die Matrize besitzt eine Kontur 104, die der Kontur eines zu formenden Bauteils entspricht, wobei der Stempel 101 eine Kontur 105 besitzt, die formschlüssig in die Matrize ein¬ passbar ist und dementsprechend auch der Kontur eines zu er¬ zeugenden Bauteils entspricht. Die Blechhalter 103 sind übli¬ cherweise um die Kontur 104 der Matrize herum angeordnet und dienen dazu, eine Platine 106 in den Randbereichen auf das Werkzeug bzw. die Matrize zu pressen, so dass, wenn der Stem¬ pel 101 in die Matrize 102 eingefahren wird, das Blechmaterial entsprechen gezogen wird, d.h. in die Matrize einfließt (Fig. 2) .
Ein erfindungsgemäßes Werkzeug 1 (Fig. 3, 4, 5) besitzt eben¬ falls einen Stempel 2 bzw. eine Patrize 2 und eine Matrize 3. Die Matrize 3 besitzt eine Kontur 5, die der Kontur eines her¬ zustellenden Bauteils bzw. der ausgeformten Kontur eines her- zustellenden Bauteils entspricht, wobei der Stempel 2 eine Kontur 6 besitzt, die der Kontur 5 im Wesentlichen entspricht und insbesondere zwischen der Kontur 5 und 6 einen Formschluss ergibt gegebenenfalls einen Formschluss mit einer dazwischen¬ liegenden Platine 7, die entsprechend umgeformt ist.
Zudem sind Blechhalter bzw. Niederhalter 4 vorhanden, welche auf Randbereiche einer Platine 7 einwirken und diese an der Matrize 3 halten, so dass beim Schließen der Form durch das Einfahren des Stempels 2 in die Kontur 5 der Matrize 3 dazu führt, dass das Material der Platine 7 entsprechend in die Kontur 5 einfließt.
Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug ist die Matrize zudem an einem Grundgestell 8 bzw. Fundament angeordnet bzw. auf dem Grundgestell 8 aufgeständert , wobei zwischen dem Grundgestell 8 und der Matrize 3 nachgiebige Mittel 9 vorhanden sind.
Die insbesondere gesteuert nachgiebigen Mittel 9 sind bei- spielsweise mechanische Federn, wobei diese mechanischen Fe¬ dern über vorzugsweise mechanische oder elektrische Freigabe¬ elemente (nicht gezeigt) verfügen, welche beim Erreichen eines vorgegebenen Sollzustandes die Federn freigeben und einer Aus¬ lenkung der Federn gegen die Federkraft ermöglichen.
Die gesteuert nachgiebigen Elemente können aber auch Dämpfer sein, z.B. Öl und/oder Gasdruckdämpfer, die beim Erreichen ei¬ nes Sollzustandes ausgelenkt werden. Auch derartige Dämpfer ob Gasdruck oder Öldruckdämpfer oder hydraulische oder fluidische Dämpfer können über mechanische oder elektrisch angesteuerte Sperrmittel verfügen, die beim Erreichen des Sollzustandes ge¬ öffnet werden.
Darüber hinaus können diese Dämpfer auch über Ventile verfü- gen, die beim Erreichen eines Sollzustandes (eines Solldruck- zustandes) ganz oder teilweise geöffnet werden und so eine Auslenkung ermöglichen.
Selbstverständlich kann sich bei den gesteuert nachgiebigen Elementen auch um Gasdruckfedern oder pneumatische Federn han¬ deln, wobei ebenfalls bei diesen mechanische oder fluidische Freigabemittel (Ventile) vorhanden sein können.
Die gesteuert nachgiebigen Elemente können aber auch elektri- sehe nachgiebige Elemente, z.B. Magnete oder Wirbelstrombrem¬ sen sein.
Selbstverständlich können die gesteuert nachgiebigen Elemente auch Mischungen der genannten Elemente sein. Wesentlich ist, dass diese Elemente beim Erreichen eines vor¬ gegebenen Sollwertes eine Bewegung der Matrize entsprechend der Einfahrbewegung des Stempels ermöglichen.
Um ein Werkstück zu erzeugen, wird eine Platine 7 in das ge¬ öffnete Werkzeug eingelegt (Fig. 3) . Anschließend werden die Niederhalter auf die Matrize zugefahren, damit die Platine 7 zwischen den Niederhaltern 4 und der Matrize 3 eingeklemmt. Nachdem die Platine 7 in dieser Weise gehalten ist, insbeson¬ dere eine auf Austenitisierungstemperatur erhitzte Platine, wird der Stempel 2 mit seiner Kontur 6 in die Kontur 5 der Matrize 3 eingefahren bis die Platine 7 vollständig umgeformt ist (Fig. 4) . Bei einer auf Austenitisierungstemperatur er- hitzten Platine 7, insbesondere einer über AC3 erhitzten Plati¬ ne, erfolgt spätestens mit dem vollständigen Anliegen der Pat- rize und der Matrize an der Platine und damit der vollständi¬ gen Umformung auch die Abschreckhärtung in dem die Wärme aus der Platine 7 sowohl in die Matrize als auch in die Patrize bzw. den Stempel abgeleitet wird.
In diesem Zustand sind die insbesondere gesteuert nachgiebigen Elemente noch in ihrer Ausgangsposition. Nach dem vollständigen Einfahren des Stempels 2 in die Matrize 3 und dadurch auch das Erreichen eines Druckes des Stempels 2 auf die Platine 7 und über die Platine 7 auf die Matrize 3 kann nach Erreichen eines vorgegebenen Sollwertes eine Freiga¬ be der gesteuert nachgiebigen Elemente erfolgen.
Die Freigabe kann im einfachsten Fall dadurch erfolgen, dass eine bestimmte Federkonstante vorhanden ist, die erst dann überschritten wird, wenn der Stempel 2 einen bestimmten Druck gegenüber der Matrize 3 überschreitet (ungesteuert) . Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß möglich, über entspre¬ chende Druckaufnehmer den Druck zwischen dem Stempel 2 und der Matrize 3 aufzunehmen und bei Überschreiten eines Druck- Istwertes, der einem Drucksollwert entspricht, die nachgiebi¬ gen Elemente 9 gesteuert freizuschalten und somit eine Auslen¬ kung entlang der Bewegungsrichtung 10 des Stempels 2 (Fig. 4) vorzunehmen . Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird anstelle des Drucks der Weg des Stempels in die Matrize aufgenommen, wobei die Wegaufnehmer bzw. Sensoren die steuerbar nachgiebi¬ gen Elemente 9 dann freischalten, wenn ein bestimmter Weg überschritten wurde, der einem vollständigen Schließen oder vollständigen Einformen der Platine 7 in die Matrize 3 ent¬ spricht .
Darüber hinaus ist es selbstverständlich möglich, die Wegmes¬ sung und die Druckmessung bzw. Kraftmessung miteinander als kombinierte Kraft-Weg-Messung zu koppeln.
Darüber hinaus ist erfindungsgemäß vorteilhaft, Überlastauslö¬ ser einzusetzen, die in jedem Fall beim Überschreiten eines gewissen Drucks, einer vorgegebenen Kraft oder eines vorgege- benen Weges, die steuerbar nachgiebigen Element 9 freizuschal¬ ten .
Erfindungsgemäß muss die Steuerung auf jeden Fall in einer Weise erfolgen, wie sie im Diagramm (Fig. 5) dargestellt ist. Der herkömmliche Verlauf der Pressengeschwindigkeit ist hier¬ bei in der linken Diagrammhälfte ersichtlich, was bedeutet, dass nach dem Start der Umformung, d.h. nach dem Berühren des Stempels und der Platine, die Geschwindigkeit des Stempels ab¬ nimmt bis das Ende der Umformung erreicht ist. Würde die Ge- schwindigkeit hierbei nicht abnehmen, würde das Werkzeug und auch das Werkstück unweigerlich beschädigt bzw. zerstört.
Nach der Erfindung ist eine solche Zerstörung des Bauteils o- der der Presse nicht möglich. Vielmehr ist es möglich, die Pressengeschwindigkeit während des gesamten Umform- und Härte¬ vorgangs gleich zu halten und erst nach dem Ende der Umformung (rechter Teil des Diagramms in Fig. 5) die Pressengeschwindig¬ keit abzusenken.
Vorteilhafterweise beträgt die Pressengeschwindigkeit beim Formschluss mehr als 10 mm/ s .
Erfindungsgemäß werden somit zu hohe Pressendrücker aufgrund einer zu hohen Stempelgeschwindigkeit dadurch abgefedert, dass das gesamte Werkzeug entsprechend der Bewegungsrichtung 10 des Stempels ausgelenkt werden kann.
Hierbei ist erfindungsgemäß die Anordnung der steuerbar nach- giebigen Elemente 9 im Bereich der Matrize vorgenommen worden.
Es spricht aber nichts dagegen, steuerbar nachgiebige Elemente 9 auch zwischen dem Stempel 2 und dem Stempelantrieb (nicht gezeigt) anzuordnen, so dass nach dem Erreichen eines vorgege- benen Drucks auch im Bereich des Stempelantriebs eine entspre¬ chende Lastschaltung oder Überlastschaltung vorhanden ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Umformen von Stahlblechen und insbesondere Verfahren zum Presshärten von Stahlblech, wobei eine zumindest teilbereichsweise auf eine Temperatur oberhalb AC3 erhitzte Platine aus einem härtbaren Stahlblechmaterial in ein Umform- und Härtewerkzeug eingelegt wird und anschließend in den Um¬ form- und Härtewerkzeug durch das Einfahren zumindest eines Stempels in zumindest einer Matrize oder umgekehrt oder das Zusammenfahren von Stempel und Matrize mit einer gewünschten Kontur versehen wird, wobei der Stempel in die Matrize bis zum Formschluss eingefahren wird und anschließend wieder auseinan¬ der gefahren wird und das umgeformte und gehärtete Blechbau¬ teil entnommen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Stempels (2) und/oder der Matrize (3) beim Erreichen des Formschlusses > 0 m/ s liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, bis zum Erreichen des Formschlusses der Stempel (2) mit maximalen Beschleunigung oder Verzögerung von kleiner m/s2 in die Matrize (3) eingefahren wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erreichen eines vorgegebenen Stempelverfahrweges oder einer vorgegebenen Presskraft des Stempels auf die Plati¬ ne (7) und die Matrize (3) und/oder das Überschreiten einer vorgegebenen Drucks die Matrize und/oder Matrize und die Nie¬ derhalter (4) und/oder die Matrize, die Niederhalter (4) und der Stempel (2) entsprechend der Bewegungsrichtung (10) des Stempels (2) zur Verringerung der Kraft und/oder des Drucks und/oder der Verlängerung des Verfahrweges des Stempels (2) verfahren wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verfahren des gesamten Werkzeugs (1) oder Teile davon und insbesondere der Matrize (3) gesteuert nachgiebige Mittel (9) zwischen der Matrize und einem Werk¬ zeugfundament (8) und/oder am Vortrieb des Stempels (2) vor¬ handen sind.
5. Verfahren nach einem vorhergehenden Ansprüche, das als ge¬ steuert nachgiebige Mittel (9) Federn und/oder Dämpfer und/oder hydraulische Federn und/oder Gasdruckfedern und/oder elektromechanische Mittel verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gesteuert nachgiebigen Mittel (9) von einem gesperrten in einen entsperrten oder offenen Zustand schaltbar sind, wobei die Sperrmittel hydraulische oder pneumatische Sperrmittel (Ventile) , mechanische Sperrmittel oder elektromechanische Sperrmittel sind.
7. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (1) zumindest eine Matrize (3), einen in die Matrize einfahrbaren Stempel (2) und ein Werkzeugfundament (8) be¬ sitzt, wobei zwischen der Matrize und dem Werkzeugfundament (8) und/oder im Bereich des Stempelantriebes gesteuert nach¬ giebige Mittel (9) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gesteuert nachgiebigen Mittel (9) mechanische Federn und/oder Gasdruckfedern und/oder hydraulische Federn und/oder
Dämpfer und/oder elektromechanische Mittel sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gesteuert nachgiebigen Mittel über Freigabe und Sperrmit¬ tel verfügen, wobei die Freigabe und Sperrmittel mechanische Sperrmittel, elektrische Sperrmittel hydraulische oder pneuma¬ tische Sperrmittel sind und die Sperrmittel mechanische elektrisch oder elektronisch oder hydraulisch angesteuert sind .
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