WO2017186217A1 - Verfahren zum fertigen eines hohlen bauteils, bauteil und presse - Google Patents

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WO2017186217A1
WO2017186217A1 PCT/DE2017/100301 DE2017100301W WO2017186217A1 WO 2017186217 A1 WO2017186217 A1 WO 2017186217A1 DE 2017100301 W DE2017100301 W DE 2017100301W WO 2017186217 A1 WO2017186217 A1 WO 2017186217A1
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workpiece
tool
press
hollow body
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PCT/DE2017/100301
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Christof Merten
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Schuler Pressen Gmbh
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
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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
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    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/053—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure characterised by the material of the blanks
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21D1/34—Methods of heating
    • C21D1/42—Induction heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
    • C21D9/085—Cooling or quenching
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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 invention relates to a method for manufacturing a hollow component from a workpiece by means of a press with at least one tool and two seals stamp for forming the workpiece, wherein the workpiece has a metal and / or a metal alloy and as a hollow body with two open ends is trained. Furthermore, the invention relates to a component and a press for manufacturing a hollow component.
  • the sheet metal hot forming process press hardening has been used mainly for sheet metal parts for the production of components.
  • the shape and the heat treatment of a sheet metal component are combined used.
  • pipes with AlSi coating can hardly be cold formed without damaging the coating, while pipes with zinc coating must not be deformed above the melting temperature of the coating, otherwise micro-cracks due to
  • the disadvantage is the occurrence of scaling as soon as the heated uncoated tube is in contact with the surrounding air.
  • Tinder causes severe tool wear during manufacturing.
  • the scale must be laboriously removed from the pipe and / or from the tool, because this otherwise leads to manufacturing errors and / or wear. This has the consequence, for example, that the workpiece and / or component must be shot peened. Disadvantages are, in particular, the high outlay for the aftertreatment and the possibly occurring distortion of the component.
  • DE 196 23 559 AI discloses a method for hardening metallic workpieces, in particular screwdriver blades or inserts, wherein the hardened material is heat treated in a furnace chamber of a furnace in a defined inert gas atmosphere and through an openable center door from the hot furnace chamber into a quenching chamber a quenching device is spent wherein a rapidly moving, compressed gas, in particular nitrogen, hydrogen or helium, is used as the quenching agent.
  • a rapidly moving, compressed gas in particular nitrogen, hydrogen or helium
  • WO 2012/098230 describes a method for machining and hardening of metallic workpieces for manufacturing crankshafts, wherein clamping a workpiece to be machined in a workpiece holder of a machine tool, a machining of the clamped workpiece, a hardening of the workpiece by heating the machined and in the workpiece holder clamped workpiece and quenching of the heated and clamped in the workpiece holder workpiece with a pyrogenic coolant, such as nitrogen, takes place.
  • a pyrogenic coolant such as nitrogen
  • the object of the invention is to improve the state of the art.
  • the object is achieved by a method for manufacturing a hollow component from a workpiece by means of a press with at least one tool and two sealing dies for forming the workpiece, wherein the workpiece has a metal and / or a metal alloy and as a hollow body with two open Ends is formed, with the following steps:
  • a protective gas is used to generate a protective gas atmosphere in a mounting space of the press, so that a transfer of the workpiece and / or hardening of the formed hollow body above a
  • Scale formation temperature is carried out or carried out free of formation of scale.
  • a higher strength component is made directly from a tube by forming and hardening. It is particularly advantageous that a uncoated tube can be used directly as a workpiece, which can be bent and / or preformed before forming.
  • a hollow component is manufacturable, which has no scale or only very small scale. Consequently, the wear of the component and / or the tool is reduced. Similarly, the production cost is reduced, since to avoid the formation of scale, neither the workpiece before coated nor the use of an uncoated workpiece after consuming the scale must be removed.
  • An essential idea of the invention is based on the fact that the production of a hollow component takes place in a protective gas atmosphere, so that the formation of scale by the protective gas atmosphere is avoided after heating the workpiece over a scale formation temperature.
  • the workpiece can be heated and / or handled in the installation space of the press under a protective gas atmosphere and / or reshaped and / or cured, without any formation of scale.
  • a “component” is in particular an item made of a workpiece of a technical complex such as Example of a machine and / or an apparatus.
  • the component is created in particular plastically due to a change in shape by targeted forming of a workpiece.
  • a component in particular almost finished or finished shapes or geometries.
  • workpiece is understood to mean, in particular, a single delimited part of largely solid material which is being processed, and in particular is formed from the workpiece by reshaping and / or further
  • a "press” is a forming machine with rectilinear relative movement of the tool
  • a press is a bound, energy or force press.
  • the press can in particular have a forming tool.
  • a process for forming, hydroforming and / or curing can be carried out in the press.
  • a "tool” is in particular an object with which the machining of a workpiece takes place, wherein the tool is guided by a person and / or a machine
  • the tool is used in particular in a forming Manufacturing process, such as forming, and / or used for curing.
  • the tool is used in particular in a machine tool and / or a press.
  • the tool may in particular consist of a lower tool and / or an upper tool and / or two tool halves.
  • a tool may have an inner contour which is applied as an outer contour to a workpiece and / or hollow body.
  • a "sealing stamp” is in particular a punch and / or horizontal cylinder which seals a pipe end and / or an open end of a hollow body during and / or after closing the tool Sealing punches are used in particular in the hydroforming of a pipe to seal the two pipe ends, nachschieben the pipe material by means of the sealing die and / or to squeeze from the tube section ends ago.
  • a seal on a compressed gas and / or inert gas supply so that on the Sealing punch compressed gas and / or inert gas can be fed into the interior of the tube.
  • Forming is, in particular, a production process in which metals and / or metal alloys are purposefully plastically converted into another shape.
  • a hollow body and / or a workpiece are converted into a component by forming Deep-drawing and / or pressing, in particular, can be a cold-forming process in which the workpiece is cold, For example, room temperature, the forming process is supplied.
  • the forming process may also be, in particular, a hot forging and / or a hot forming, wherein in the latter case the workpiece is heated to a temperature, for example above the recrystallization temperature of the workpiece, before forming.
  • Forming may in particular be a warm “hydroforming” in which a hollow body is widened, compressed in the axial and / or radial direction and then expanded by a calibration pressure against a tool wall.
  • the hydroforming is in particular a tool-bound hydroforming.
  • the hydroforming is carried out in particular in a special hydraulic press by means of a two-part tool and, for example, a tube inserted into the lower tool.
  • On both sides of the pipe ends are in particular axial sealing stamp. After closing the tool, in particular the axial sealing rams are pressed against the pipe ends and seal them off.
  • the tube is filled in particular with pressure medium and / or compressed gas.
  • the sealing ram keep the tube tight and can compress the tube if necessary, while the pressure medium at the same time expands the tube and thereby causes the tube to rest against the tool contour.
  • the material flow can be regulated in particular additionally by a counter-holder.
  • the calibration pressure in particular, the workpiece is shaped in such a way that its Outer contour corresponds exactly to the inner contour of the tool.
  • the tool is opened and the finished component can be ejected.
  • hydroforming in particular, the forming of a metallic tube in the closed mold is carried out by means of an internal pressure of up to 10 000 bar, wherein in particular a compressed gas and / or an inert gas is used as the pressure medium.
  • Metals are here in particular heavy metals, light metals, base metals or
  • a metal may be in solid and / or liquid form.
  • metals are iron, nickel, copper, chromium, aluminum and titanium.
  • a "metal alloy” is in particular a metallic material which consists of at least two elements, and in particular the type and number of alloying partners, their mass fraction of the alloy and the temperature are decisive for the properties of a metal alloy
  • steel is a metallic alloy with the main component iron, and further examples of alloys are iron-nickel (FeNi), chromium-nickel (CrNi), chromium-nickel-molybdenum (CrNiMo), and manganese -Bor steel like 22MnB5.
  • a “hollow body” is a body which has a cavity in the interior, the cavity being in particular an empty and / or filled space in the interior of the hollow body, in particular a hollow body may have one or more openings It is, for example, a hollow cylinder with an inner bore in the circular cylinder along its axis, in particular a hollow body is present as a tube, a hollow body has in particular a diameter of 10 mm to 200 mm and a wall thickness of 0.3 mm to 10 mm.
  • Heating is understood to mean, in particular, heating of a workpiece, In particular, heating to a temperature above a hardening temperature takes place.
  • hardening is meant, in particular, a change of the material property of the material and / or transformation of the structure of the workpiece and / or of the hollow body
  • the hardening is effected in particular by a heat treatment with subsequent rapid cooling of the workpiece of the workpiece at or above the “hardening temperature” instead.
  • hardening temperature is understood in particular to mean the austenitizing temperature at which iron is converted from the ferrite structure (at room temperature) into the austenite structure.
  • the austenite can not return to the ferrite structure in a sudden cooling. Instead, it transforms in particular into a martensite structure, which is braced by carbon.
  • the hardening temperature is preferably> 900 ° C. and advantageously> 930 ° C.
  • Cooling rate is at least 27 ° K per second, preferably at> 100 ° K per second.
  • the higher the cooling rate the more martensite forms on cooling and the higher the hardness of the workpiece becomes.
  • Pressurized gas is understood to mean, in particular, a gas which is used in the pressing and / or forming and / or hardening of a workpiece.
  • a compressed gas may in particular be an inert gas which is very inert and none or only a pressurized gas is, for example, nitrogen and / or a noble gas such as argon, by means of the pressurized gas a pressure is built up inside the hollow body and / or tube
  • compressed gas can also be used to reduce or completely replace the oxygen content in the surrounding gas.
  • the compressed gas can also be a protective gas in addition to the supply via one or more sealing stamps, especially via a separate gas supply be led into the installation space of the press and there cause a protective gas atmosphere n.
  • a shielding gas is in particular a gas which has the task of displacing the air of the earth's atmosphere and in particular the oxygen of the air and thereby a To generate inert gas atmosphere.
  • a shielding gas prevents the metal and / or the metal alloy from reacting with the air oxygen and / or forming scale.
  • a protective gas atmosphere may be present in particular in the installation space of the press and / or a protective zgaseinhausung, wherein the protective zgaseinhausung in particular may be larger than the actual installation space of the press.
  • the "installation space” is, in particular, the space of a press between plunger and press table, in particular the tool, the handling and / or transfer device and / or other devices are located in the installation space, in particular the installation space of a press is below and / or next to the space Plunger inside the press.
  • Tider also referred to as “burn-up” is understood to mean, in particular, the loss of metal and / or metal alloy which results from burning, gasification, spraying, slagging and / or scaling.
  • scale is, in particular, the loss of metal on metal surfaces which is produced by oxidation of the metal and / or metal alloy under the action of oxygen and / or air and other oxidizing gases at the "scale formation temperature”.
  • the compressed gas is used as protective gas, solely or in addition to the protective gas.
  • the compressed gas for forming, in particular for hydroforming at the same time as a protective gas in the installation space of the press is used.
  • the compressed gas from the forming process in the region of the installation space of the press can be used simultaneously as a protective gas.
  • the compressed gas can be injected continuously into the installation space of the press and / or the compressed gas is used after forming for the construction of the inert gas atmosphere in the installation space of the press.
  • a gas can be used both as a shielding gas and as a compressed gas.
  • the compressed gas is available for filling a space of 2 m 3 .
  • nitrogen is used as compressed gas and / or protective gas.
  • the heating of the workpiece by an inductive heating by means of an induction coil and / or by a conductive heating takes place.
  • heating to the austenitizing temperature and / or hardening temperature and / or another desired temperature can be achieved in the shortest possible time.
  • An "induction coil” is in particular a coil, which is flowed through in particular by low and / or medium-frequency alternating current and thereby generates an alternating magnetic field which induces eddy currents in the workpiece and / or hollow body, whereby the workpiece and / or the hollow body in particular This is particularly advantageous since the heat arises directly in the workpiece and / or hollow body itself and does not have to be transferred by heat conduction from a heating device to the workpiece and / or hollow body To keep gap and / or distance between the induction coil and / or the workpiece and / or the hollow body.
  • a "conductive heating” is in particular a heating of a workpiece and / or hollow body due to a current flow in the workpiece and / or hollow body by current contacts at both ends of the workpiece and / or hollow body and by direct conduction of DC or AC current through the workpiece and / or hollow body, wherein the workpiece and / or the hollow body serves as an electrical resistance.
  • the heating of the workpiece takes place in an oven under a protective gas atmosphere.
  • the workpiece can be heated in a conventional oven and at the same time a scale formation can be avoided by the inert gas atmosphere, the furnace is coupled in particular zgaseinhausung the Schut.
  • An "oven” is in particular a device for the controlled generation of heat, and an oven may in particular be a tube oven.
  • the heating of the workpiece in an inductive heating device and / or a conductive heating device can be done directly next to the tool in the installation space of the press, so that the transfer time for inserting the workpiece is reduced in the tool. This is particularly advantageous because the heating takes place independently of the ram stroke of the press and less cools the workpiece before forming.
  • the heating of the workpiece can also take place directly in the tool, for example via an induction coil, so that no transfer of the Workpiece between heating and forming is necessary.
  • the disadvantage is that during heating in the tool this can not be used for forming, so that reduce the number of ram strokes and thus the manufactured components in a certain period.
  • the conductive heating can also take place in the gripper system.
  • the installation space has a feed and / or removal lock and / or is gas-tight housed.
  • the object is achieved by a component, wherein the component is manufactured according to a method described above, so that the component is free of scale.
  • a higher-strength uncoated hollow component can be manufactured in high quality.
  • the component produced in this way has homogeneous surface properties and / or wall thicknesses.
  • the uncoated hollow body can first be bent and / or preformed as a workpiece before it is heated, reshaped and cured. It is particularly advantageous that the component is free of scale manufacturable, so that neither a post-treatment is required still a delay and / or wear of the component occurs. Thus, a complex-shaped, higher-strength and scale-free component of high quality can be provided.
  • the object is achieved by a press for manufacturing a hollow component from a workpiece with at least one tool, two sealing dies and a drive, wherein the press is arranged such that the manufacture of the hollow body after a previously described method is feasible.
  • a press can be provided in which high-quality and high-strength hollow components are produced in short production times.
  • the press has an inductive heating device and / or a conductive heating device directly next to the tool and / or in the tool.
  • the heating of the workpiece in a heating device directly under inert gas atmosphere in the installation space of the press next to and / or done in the tool is reduced and saves handling devices for transfer of the workpiece such as transport rails and gripper.
  • a very long oven can be saved and the heating device can be arranged to save space next to the tool.
  • Scale formation temperature is free of tinder or is manufacturable.
  • a press in which a component free of scale is manufacturable and the heating of the workpiece, the forming and the cooling and thus hardening of the workpiece takes place completely within the installation space of the press.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a press with open tool for hydroforming and an adjacent arranged inductive heating device with an uncoated tube and
  • Figure 2 is a schematic sectional view of
  • a press 101 has a drive 102 and a plunger 104. On the plunger 104, a tool holder 105 is arranged, which has the tool upper half 106. The tool half-half 108 is at a Press table 109 arranged. Along the inner contour of the upper tool half 106 and the lower tool half 108 are each water cooling 115 within the
  • a first axial sealing punch 110 which has a nitrogen feed 112, is arranged on the tool sub-half 108.
  • an inductive heating device 113 is arranged, which has induction coils 114 along its inner contour. Furthermore, the press 101 has a second axial sealing punch 111 and the transport rails 116 and 117.
  • the tool upper half 106, the tool lower half 108, the first axial sealing die 110 and with the nitrogen supply 112 and the second axial sealing punch 111, the inductive heating device 113 and the transport rails 116 and 117 are arranged in the gas-tight installation space 120, which is a supply lock 121 and a removal lock 122.
  • the upper tool half 106 and the lower tool half 108 are opened.
  • a pre-bent and preformed uncoated tube 107 of 22MnB5 is fed through the feed lock 121 into the gas-tight installation space 120 introduced and inserted into the inductive heating device 113.
  • the uncoated tube 107 is heated to 930 ° C within three seconds.
  • the gas-tight installation space 120 is filled with nitrogen as protective gas via the nitrogen supply 112, so that no oxidation occurs due to air oxygen and thus no formation of scale when the uncoated tube 107 is heated.
  • the heated uncoated tube 107 is inserted into the tool sub-half 108 by means of the transport rail 116.
  • the upper tool half 106 and the lower tool half 108 are closed and applied a pressing force of 15.000kN.
  • the heated uncoated tube 107 is sealed and compressed, while by the pressure medium nitrogen, the expansion and the Applying the uncoated tube 107 to the inner contour of the tool top half 106 and the tool sub-half 108 takes place.
  • the heated, uncoated tube 107 is shaped precisely, so that it assumes as its outer contour the inner contour of the tool top half 106 and the tool sub-half 108.
  • Tool sub-half 108 cooled within 10 seconds, wherein a hardening by martensite formation under the protective gas atmosphere of the nitrogen takes place.
  • Tool sub-half 108 to be opened.
  • the hardened formed uncoated tube 107 is brought to the transport rail 117.
  • the hardened formed uncoated tube 107 is brought via the removal lock 122 from the gas-tight installation space 120, which is continuously flooded via the nitrogen supply 112 with nitrogen as a protective gas.
  • a hollow shaped part (not shown) produced from the uncoated tube 107 by forming and hardening is present as a component.
  • the finished molded part is a high-strength, high-quality component without scaling and burn-off, so that further post-treatment steps, such as shot peening, are not necessary.
  • the manufactured hollow molding has a very homogeneous wall thickness profile and homogeneous surface properties.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen eines hohlen Bauteils aus einem Werkstück mittels einer Presse mit mindestens einem Werkzeug und zwei Dichtstempeln zum Umformen des Werkstückes, wobei das Werkstück ein Metall und/oder eine Metalllegierung aufweist und als Hohlkörper mit zwei offenen Enden ausgebildet ist, mit folgenden Schritten - Erwärmen des Werkstückes, insbesondere oberhalb einer Härtetemperatur, - Einlegen des erwärmten Werkstückes in das Werkzeug, - Schließen der Presse und Pressen des erwärmten Werkstückes, wobei vor und/oder während des Pressens ein Dichten der beiden offenen Enden des Hohlkörpers mittels der beiden DichtStempel, ein Aufbau eines Gasdruckes mittels eines Pressgases innerhalb des Hohlkörpers und ein Umformen des Hohlkörpers unter dem Gasdruck erfolgt, - Unmittelbares Abkühlen des umgeformten Hohlkörpers in dem Werkzeug, sodass ein höherfestes hohles Bauteil vorliegt, wobei ein Schutzgas zum Erzeugen einer Schutzgasatmosphäre in einem Einbauraum der Presse verwendet wird, sodass ein Transfer des Werkstückes und/oder ein Härten des umgeformten Hohlkörpers oberhalb einer Zunderbildungstemperatur frei von einer Bildung von Zunder erfolgt oder erfolgen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Bauteil und eine Presse zum Fertigen eines hohlen Bauteils.

Description

Verfahren zum Fertigen eines hohlen Bauteils, Bauteil und
Presse
[Ol] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen eines hohlen Bauteils aus einem Werkstück mittels einer Presse mit mindestens einem Werkzeug und zwei Dicht stempeln zum Umformen des Werkstückes, wobei das Werkstück ein Metall und/oder ein Metalllegierung aufweist und als Hohlkörper mit zwei offenen Enden ausgebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Bauteil und eine Presse zum Fertigen eines hohlen Bauteils.
[02] Zur Fertigung von Bauteilen wird das Blechwarm- umformverfahren Presshärten seit Jahren vor allem für Blechteile eingesetzt. Dabei werden die Formgebung und die Wärmebehandlung eines Blechbauteils kombiniert eingesetzt.
[03] Bei der Fertigung von hohlen Bauteilen ist diese Verfahrenskombination aufgrund von Werkstoffunverträglichkeiten nur beschränkt einsetzbar.
Beispielsweise können Rohre mit AlSi-Beschichtung kalt kaum verformt werden, ohne die Beschichtung zu beschädigen, während Rohre mit Zinkbeschichtung nicht oberhalb der Schmelztemperatur der Beschichtung verformt werden dürfen, da sich sonst Mikro-Risse aufgrund von
Flüssigmetallversprödung bilden.
[04] Folglich können nur unbeschichtete Rohre zur Fertigung von höherfestigen hohlen Bauteilen eingesetzt werden, ohne den Umformprozess einzuschränken, insbesondere wenn vorher ein Biegen und/oder Vorformen durchgeführt werden muss.
[05] Nachteilig ist das Auftreten von Verzunderungen, sobald sich das erwärmte unbeschichtete Rohr in Kontakt mit der umgebenden Luft befindet. Die Verzunderung des unbeschichteten hohlen Werkstücks bei den Presshärten und/oder beim Transfer vom Ofen führt zu einer Schädigung der Oberfläche und/oder Verminderung der Wandstärke des Werkstückes .
[06] Durch Zunder wird ein starker Werkzeugverschleiß während der Fertigung verursacht. Zudem muss der Zunder aufwändig vom Rohr und/oder aus dem Werkzeug entfernt werden, weil dieser sonst zu Fertigungsfehlern und/oder Verschleiß führt. Dies hat beispielsweise zur Folge, dass das Werkstück und/oder Bauteil kugelgestrahlt werden muss. Nachteilig sind dabei insbesondere der hohe Aufwand zur Nachbehandlung und der eventuell auftretende Verzug des Bauteils .
[07] Folglich ist die direkte Fertigung von höherfesten hohlen Bauteilen aus Rohren nur sehr eingeschränkt und mit hohem Aufwand realisierbar.
[08] Die DE 196 23 559 AI offenbart ein Verfahren zum Härten von metallischen Werkstücken, insbesondere Schraubendreherklingen oder -einsätze, wobei das Härtegut in einer Ofenkammer eines Ofens in einer definierten Schutzgasatmosphäre wärmebehandelt wird und durch ein öffnenbare Mitteltür aus der heißen Ofenkammer in eine Abschreckkammer einer Abschreckvorrichtung verbracht wird, wobei als Abschreckmittel ein schnellbewegtes, verdichtetes Gas, insbesondere Stickstoff, Wasserstoff oder Helium, verwendet wird.
[09] Die WO 2012/098230 beschreibt ein Verfahren zum bearbeiten und Härten von metallischen Werkstücken zum Fertigen von Kurbelwellen, wobei ein Spannen eines zu bearbeitenden Werkstückes in einer Werkstückaufnahme einer Werkzeugmaschine, ein Zerspanen des eingespannten Werkstückes, ein Härten des Werkstückes durch Erwärmen des bearbeiteten und in der Werkstückaufnahme eingespannten Werkstückes und Abschrecken des erwärmten und in der Werkstückaufnahme eingespannten Werkstückes mit einem pyrogenen Kühlmittel, beispielsweise Stickstoff, erfolgt.
[10] Ein Warmumformen eines hohlen Werkstückes und gleichzeitiges Härten unter Vermeidung der Zunderbildung ist aus dem Stand der Technik nicht bekannt.
[11] Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern .
[12] Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Fertigen eines hohlen Bauteils aus einem Werkstück mittels einer Presse mit mindestens einem Werkzeug und zwei Dichtstempeln zum Umformen des Werkstückes, wobei das Werkstück ein Metall und/oder eine Metalllegierung aufweist und als Hohlkörper mit zwei offenen Enden ausgebildet ist, mit folgenden Schritten:
- Erwärmen des Werkstückes, insbesondere oberhalb einer Härtetemperatur , - Einlegen des erwärmten Werkstückes in das Werkzeug,
- Schließen der Presse und Pressen des erwärmten Werkstückes, wobei vor und/oder während des Pressens ein Dichten der beiden offenen Enden des Hohlkörpers mittels der beiden DichtStempel , ein Aufbau eines Gasdruckes eines Pressgases innerhalb des Hohlkörpers und ein Umformen des Hohlkörpers unter dem Gasdruck erfolgt ,
- Unmittelbares Abkühlen des umgeformten Hohlkörpers in dem Werkzeug, sodass ein höherfestes hohles Bauteil vorliegt , wobei ein Schutzgas zum Erzeugen einer Schutzgasatmosphäre in einem Einbauraum der Presse verwendet wird, sodass ein Transfer des Werkstückes und/oder ein Härten des umgeformten Hohlkörpers oberhalb einer
Zunderbildungstemperatur frei von einer Bildung von Zunder erfolgt oder erfolgen.
[13] Somit wird ein höherfestes Bauteil direkt aus einem Rohr durch Umformen und Härten gefertigt. Es ist besonders vorteilhaft, dass als Werkstück direkt ein unbeschichtetes Rohr verwendet werden kann, welches vor dem Umformen gebogen und/oder vorgeformt werden kann.
[14] Insbesondere ist ein hohles Bauteil fertigbar, welches keinen Zunder oder nur sehr geringen Zunder aufweist. Folglich wird der Verschleiß des Bauteils und/oder des Werkzeuges vermindert. [15] Ebenso wird der Fertigungsaufwand vermindert, da zur Vermeidung der Zunderbildung weder das Werkstück vorher beschichtet noch bei Verwendung eines unbeschichteten Werkstückes nachher aufwändig der Zunder entfernt werden muss .
[16] Folglich kann das Metall und/oder die Metalllegierung des Werkstückes frei gewählt werden. Somit ist die Fertigung eines höherfesten hohlen Bauteils flexible durchführbar und nicht dadurch limitiert, dass eine Beschichtung zur Vermeidung von Zunderbildung nicht alle notwendig Prozessschritte der Fertigung mitmacht oder WerkstoffUnverträglichkeiten auftreten .
[17] Es ist besonders vorteilhaft, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren ein qualitativ hochwertiges, höherfestes hohles Bauteil fertigbar ist.
[18] Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass die Fertigung eines hohlen Bauteils in einer Schutzgasatmosphäre stattfindet, sodass nach Erwärmen des Werkstückes über eine Zunderbildungstemperatur die Bildung von Zunder durch die Schutzgasatmosphäre vermieden wird. Somit kann das Werkstück im Einbauraum der Presse unter Schutzgasatmosphäre erwärmt und/oder gehandhabt und/oder umgeformt und/oder gehärtet werden, ohne dass eine Zunderbildung erfolgt.
[19] Folgendes Begriffliche sei erläutert:
[20] Ein „Bauteil" ist insbesondere ein aus einem Werkstück gefertigtes Einzelteil eines technischen Komplexes wie zum Beispiel einer Maschine und/oder eines Apparates. Das Bauteil entsteht insbesondere plastisch aufgrund einer Formänderung durch gezieltes Umformen eines Werkstückes. Somit weist ein Bauteil insbesondere fast fertige oder fertige Formen oder Geometrien auf.
[21] Unter „Werkstück" wird insbesondere ein einzelnes abgegrenztes Teil weitgehend festen Materials verstanden, welches bearbeitet wird. Insbesondere wird aus dem Werkstück durch Umformen und/oder weitere
Bearbeitungsschritte ein Bauteil gefertigt.
[22] Eine „Presse" ist insbesondere eine Umformmaschine mit geradliniger Relativbewegung des Werkzeuges. In einer Presse werden insbesondere eine Reihe von
Fertigungsverfahren wie Urformen, Umformen, Tiefziehen, Fügen, Beschichten, Trennen, Schneiden und/oder Ändern von Stoffeigenschaften durchgeführt. Eine Presse ist insbesondere eine weggebundene, energiegebundene oder kraftgebundene Presse. Zum Umformen kann die Presse insbesondere ein Umformwerkzeug aufweisen. In der Presse kann insbesondere ein Verfahren zum Umformen, Innenhochdruck-Umformen und/oder Härten durchgeführt werden .
[23] Ein „Werkzeug" ist insbesondere ein Objekt, mit dem das Bearbeiten eines Werkstückes erfolgt, wobei das Werkzeug durch einen Menschen und/oder eine Maschine geführt wird. Bei einem Werkzeug kann es sich insbesondere um ein Formwerkzeug und/oder ein Bearbeitungswerkzeug handeln. Das Werkzeug wird insbesondere in einem formenden Fertigungsverfahren, wie beispielsweise Umformen, und/oder zum Härten verwendet. Das Werkzeug wird insbesondere in einer Werkzeugmaschine und/oder einer Presse eingesetzt. Das Werkzeug kann insbesondere aus einem Unterwerkzeug und/oder einem Oberwerkzeug und/oder zwei Werkzeughälften bestehen. Insbesondere kann ein Werkzeug eine Innenkontur aufweisen, welche als Außenkontur einem Werkstück und/oder Hohlkörper aufgebracht wird.
[24] Ein „DichtStempel" ist insbesondere ein Stempel und/oder Horizontalzylinder, welcher während und/oder nach dem Schließen des Werkzeuges ein Rohrende und/oder ein offene Ende eines Hohlkörpers abdichtet. Insbesondere ist ein Dichtstempel durch einen oder mehrere Hydraulikzylinder angetrieben. Zwei Dichtstempel werden insbesondere beim Innenhochdruck-Umformen von einem Rohr verwendet, um die beiden Rohrenden abzudichten, mittels der Dichtstempel das Rohrmaterial nachzuschieben und/oder von den Rohrteilenden her zu stauchen. Insbesondere weist ein Dichtstempel eine Pressgas- und/oder Schutzgaszufuhr auf, sodass über den Dichtstempel Pressgas und/oder Schutzgas in das Innere des Rohrs zugeführt werden kann.
[25] „Umformen" ist insbesondere ein Fertigungsverfahren, bei dem Metalle und/oder Metalllegierungen gezielt plastisch in eine andere Form gebracht werden. Insbesondere werden ein Hohlkörper und/oder ein Werkstück durch Umformen in ein Bauteil überführt. Beim Umformen kann es sich insbesondere um Tiefziehen und/oder Pressen handeln. Beim Umformen kann es sich insbesondere um ein Kaltumformen handeln, bei dem das Werkstück im kalten Zustand, beispielsweise Raumtemperatur, dem Umformprozess zugeführt wird. Des Weiteren kann es sich beim Umformen auch insbesondere um ein Halbwarmumformen und/oder ein Warmumformen handeln, wobei bei letzterem das Werkstück vor dem Umformen auf eine Temperatur beispielsweise über der Rekristallisationstemperatur des Werkstückes erwärmt wird.
[26] Beim „Umformen" kann es sich insbesondere um ein warmes „Innenhochdruck-Umformen" handeln, bei dem ein Hohlkörper ausgeweitet, in axialer und/oder radialer Richtung gestaucht und anschließend durch einen Kalibrierdruck gegen eine Werkzeugwand expandiert wird. Beim Innenhochdruck-Umformen handelt es sich insbesondere um ein werkzeuggebundenes Innenhochdruck-Umformen . Das Innenhochdruck-Umformen wird insbesondere in einer speziellen hydraulischen Presse mittels eines zweiteiligen Werkzeuges durchgeführt und beispielsweise ein Rohr in das Unterwerkzeug eingelegt. Zu beiden Seiten der Rohrenden befinden sich insbesondere axiale DichtStempel . Nach dem Schließen des Werkzeugs werden insbesondere die axialen Dichtstempel gegen die Rohrenden gedrückt und dichten diese ab. Das Rohr wird insbesondere mit Druckmedium und/oder Pressgas befüllt. Während des Umformvorgangs halten insbesondere die Dichtstempel das Rohr dicht und können das Rohr bei Bedarf stauchen, während das Druckmedium gleichzeitig das Rohr aufweitet und das Rohr dadurch zum Anliegen an die Werkzeugkontur bringt. Der Materialfluss kann insbesondere zusätzlich durch einen Gegenhalter geregelt werden. Mittels des Kalibrierdrucks wird insbesondere das Werkstück derart ausgeformt, dass seine Aussenkontur wiederholungsgenau der Innenkontur des Werkzeuges entspricht.
[27] Abschließend wird insbesondere das Werkzeug geöffnet und das gefertigte Bauteil kann ausgeworfen werden. Beim Innenhochdruck-Umformen wird insbesondere das Umformen eines metallischen Rohrs im geschlossenen Formwerkzeug mittels eines Innendrucks von bis zu l.OOObar durchgeführt, wobei als Druckmedium insbesondere ein Pressgas und/oder ein Schutzgas verwendet wird.
[28] Unter „Metallen" werden hier insbesondere Schwermetalle, Leichtmetalle, Unedelmetalle oder
Halbmetalle sowie deren Legierungen verstanden. Ein Metall kann insbesondere in fester und/oder flüssiger Form vorliegen. Beispiele für Metalle sind Eisen, Nickel, Kupfer, Chrom, Aluminium und Titan.
[29] Eine „Metalllegierung" ist insbesondere ein metallischer Werkstoff, welcher aus mindestens zwei Elementen besteht. Für die Eigenschaften einer Metalllegierung sind insbesondere die Art und Anzahl der Legierungspartner, ihr Massenanteil an der Legierung sowie die Temperatur entscheidend. Bei einer Metalllegierung kann es sich um eine Eisenlegierung und/oder eine NichtEisenlegierung handeln. Stahl ist beispielsweise eine metallische Legierung mit dem Hauptbestandteil Eisen. Weitere Beispiele für Legierungen sind Eisen-Nickel (FeNi), Chrom-Nickel (CrNi), Chrom-Nickel-Molybdän (CrNiMo) und Mangan-Bor-Stahl wie 22MnB5. [30] Ein „Hohlkörper" ist insbesondere ein Körper, welcher im Inneren einen Hohlraum aufweist, wobei der Hohlraum insbesondere ein leerer und/oder gefüllter Raum im Inneren des Hohlkörpers ist. Ein Hohlkörper kann insbesondere eine oder mehrere Öffnungen aufweisen. Bei einem Hohlkörper kann es sich beispielsweise um einen Hohlzylinder mit einer inneren Bohrung im Kreiszylinder entlang seiner Achse handeln. Insbesondere liegt ein Hohlkörper als ein Rohr vor. Ein Hohlkörper weist insbesondere einen Durchmesser von 10mm bis 200mm und eine Wandstärke von 0,3mm bis 10mm auf .
[31] Unter „Erwärmen" wird insbesondere ein Aufheizen eines Werkstückes verstanden. Insbesondere findet das Erwärmen auf eine Temperatur oberhalb einer Härtetemperatur statt.
[32] Unter „Härten" wird insbesondere ein Verändern der Stoffeigenschaft des Materials und/oder Umwandlung des Gefüges des Werkstückes und/oder des Hohlkörpers verstanden. Das Härten erfolgt insbesondere durch eine Wärmebehandlung mit anschließendem schnellem Abkühlen des Werkstückes. Beim Härten findet insbesondere ein Erwärmen des Werkstückes auf oder oberhalb der „Härtetemperatur" statt. Bei Stahl wird unter Härtetemperatur insbesondere auch die Austenitisierungstemperatur verstanden, bei welcher Eisen sich von der Ferrit-Struktur (bei Raumtemperatur) in die Austenitstruktur umwandelt. Der Austenit kann bei einem schlagartigen Abkühlen nicht mehr in die Ferritstruktur zurückkehren. Stattdessen wandelt es sich insbesondere in eine Martensitstruktur um, welche durch Kohlenstoff verspannt ist. Bei Stahl liegt insbesondere die Austenitisierungstemperatur oberhalb von 723°C. Bevorzugt liegt die Härtetemperatur > 900°C und vorteilhaft > 930°C. Die anschließende
Abkühlgeschwindigkeit liegt bei mindestens 27°K pro Sekunde, bevorzugt bei > 100 °K pro Sekunde. Je höher insbesondere die Abkühlungsgeschwindigkeit ist, desto mehr Martensit bildet sich beim Abkühlen und desto höher wird die Härte des Werkstückes.
[33] Unter einem „Pressgas" wird insbesondere ein Gas verstanden, welches beim Pressen und/oder Umformen und/oder Härten eines Werkstückes verwendet wird. Bei einem Pressgas kann es sich insbesondere um ein Inertgas handeln, welches sehr reaktionsträge ist und keine oder nur sehr wenige chemische Reaktionen eingeht. Bei einem Pressgas handelt es sich beispielsweise um Stickstoff und/oder ein Edelgas wie Argon. Mittels des Pressgases wird ein Druck im Inneren des Hohlkörpers und/oder Rohres aufgebaut. Das Pressgas wird insbesondere zum Innenhochdruck-Umformen eingesetzt. Das Pressgas kann insbesondere auch dazu dienen, den Sauerstoffanteil im umgebenen Gas zu reduzieren oder ganz zu ersetzen. Bei einem Pressgas kann es sich insbesondere auch um ein Schutzgas handeln. Das Pressgas kann neben der Zufuhr über einen oder mehrere Dichtstempel insbesondere auch über eine gesonderte Gaszufuhr direkt in den Einbauraum der Presse geleitet werden und dort eine Schutzgasatmosphäre bewirken.
[34] Ein „Schutzgas" ist insbesondere ein Gas, welches die Aufgabe hat, die Luft der Erdatmosphäre und insbesondere den Sauerstoff der Luft zu verdrängen und dadurch eine Schutzgasatmosphäre zu erzeugen. Ein Schutzgas verhindert insbesondere, dass das Metall und/oder die Metalllegierung mit dem LuftSauerstoff reagiert und/oder sich Zunder bildet. Eine Schutzgasatmosphäre kann insbesondere im Einbauraum der Presse und/oder einer Schut zgaseinhausung vorliegen, wobei die Schut zgaseinhausung insbesondere auch größer als der eigentliche Einbauraum der Presse sein kann.
[35] Der „Einbauraum" ist insbesondere der Raum einer Presse zwischen Stößel und Pressentisch. Insbesondere befinden sich im Einbauraum das Werkzeug, die Handhabungsund/oder Transfereinrichtung und/oder weitere Einrichtungen. Insbesondere ist der Einbauraum einer Presse der Raum unterhalb und oder neben dem Stößel innerhalb der Presse.
[36] Als „Zunder" (auch „Abbrand") wird insbesondere der Verlust an Metall und/oder Metalllegierung verstanden, welcher sich durch Verbrennen, Vergasen, Verspritzen, Verschlacken und/oder Verzundern ergibt. Zunder ist in der Metallverarbeitung insbesondere der Metallverlust auf Metalloberflächen, welcher durch Oxidation des Metalls und/oder Metalllegierung unter Einwirken von Sauerstoff und/oder Luft und anderen oxidierenden Gasen bei der „Zunderbildungstemperatur" entsteht .
[37] In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens wird einzig oder zusätzlich zum Schutzgas das Pressgas als Schutzgas verwendet.
[38] Somit kann flexibel sowohl ein Schutzgas und/oder ein Pressgas zum Erzeugen einer Schutzgasatmosphäre im Einbauraum der Presse als auch ein Pressgas zum optimierten Umformen des Werkstückes eingesetzt werden.
[39] Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Pressgas zum Umformen, insbesondere zum Innenhochdruck-Umformen, gleichzeitig als Schutzgas im Einbauraum der Presse verwendet wird. Somit kann das Pressgas aus dem Umformprozess im Bereich des Einbauraums der Presse gleichzeitig als Schutzgas genutzt werden.
[40] Hierzu kann das Pressgas kontinuierlich in den Einbauraum der Presse eingeblasen werden und/oder das Pressgas wird nach dem Umformen für den Aufbau der Schutzgasatmosphäre in dem Einbauraum der Presse verwendet. Somit kann eine Gasart sowohl als Schutzgas als auch als Pressgas verwendet werden. Beispielsweise steht das Pressgas bei einem Gasdruck von 500bar des Pressgases beim Umformen und einem Hohlkörperinnenvolumen von 4L für die Füllung eines Raumes von 2m3 zur Verfügung.
[41] Um ein optimales Umformen des Werkstückes und/oder ein Vermeiden von Zunderbildung zu realisieren, wird als Pressgas und/oder Schutzgas Stickstoff verwendet.
[42] In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens erfolgt das Erwärmen des Werkstückes durch ein induktives Erwärmen mittels einer Induktionsspule und/oder durch ein konduktives Erwärmen.
[43] Somit kann ein schnelles Erwärmen des Werkstückes insbesondere unter der Schutzgasatmosphäre im Einbauraum der Presse erzielt werden. Somit wird eine Zunderbildung bei Erwärmen des Werkstückes und/oder des Bauteiles oberhalb der Zunderbildungstemperatur vermieden.
[44] Zudem wird ein schnelles und gleichmäßiges Erwärmen des Werkstückes unter der Schutzgasatmosphäre im Einbauraum vor Einlegen in das Werkzeug und Umformen ermöglicht.
[45] Somit kann in kürzester Zeit eine Erwärmung auf die Austenitisierungstemperatur und/oder Härtetemperatur und/oder eine andere gewünschte Temperatur erreicht werden.
[46] Eine „Induktionsspule" ist insbesondere eine Spule, welche insbesondere von nieder- und/oder mittelfrequentem Wechselstrom durchflössen wird und dadurch ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, welches im Werkstück und/oder Hohlkörper Wirbelströme induziert, wodurch das Werkstück und/oder der Hohlkörper insbesondere erwärmt wird. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Wärme unmittelbar im Werkstück und/oder Hohlkörper selbst entsteht und nicht durch Wärmeleitung von einer Erwärmungseinrichtung zum Werkstück und/oder Hohlkörper übertragen werden muss. Für das induktive Erwärmen des Werkstücke und/oder Hohlkörpers ist insbesondere ein Spalt und/oder Abstand zwischen der Induktionsspule und/oder dem Werkstück und/oder dem Hohlkörper einzuhalten.
[47] Ein „konduktives Erwärmen" ist insbesondere ein Erwärmen eines Werkstückes und/oder Hohlkörpers aufgrund eines Stromflusses in dem Werkstück und/oder Hohlkörper durch Stromkontakte an beiden Enden des Werkstückes und/oder Hohlkörpers und durch direkte Leitung von Gleichoder Wechselstrom durch das Werkstück und/oder Hohlkörper, wobei das Werkstück und/oder der Hohlkörper als elektrischer Widerstand dient.
[48] In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens erfolgt das Erwärmen des Werkstückes in einem Ofen unter Schutzgasatmosphäre .
[49] Somit kann das Werkstück in einem konventionellen Ofen erwärmt und durch die Schutzgasatmosphäre gleichzeitig eine Zunderbildung vermieden werden, wobei der Ofen insbesondere an die Schut zgaseinhausung angekoppelt ist.
[50] Ein „Ofen" ist insbesondere eine Vorrichtung zur kontrollierten Erzeugung von Wärme. Bei einem Ofen kann es sich insbesondere um einen Rohrofen handeln.
[51] Um die Transferzeit zu reduzieren und somit ein Abkühlen des Werkstückes zu vermeiden, erfolgt das Erwärmen direkt neben dem Werkzeug und/oder im Werkzeug.
[52] Somit kann das Erwärmen des Werkstückes in einer induktiven Erwärmungseinrichtung und/oder einer konduktiven Erwärmungseinrichtung direkt neben dem Werkzeug im Einbauraum der Presse erfolgen, sodass die Transferzeit zum Einlegen des Werkstückes in das Werkzeug reduziert wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da das Erwärmen unabhängig von dem Stößelhub der Presse erfolgt und das Werkstück vor dem Umformen weniger abkühlt.
[53] Alternativ kann das Erwärmen des Werkstückes auch direkt im Werkzeug, beispielsweise über eine Induktionsspule erfolgen, sodass kein Transfer des Werkstückes zwischen Erwärmen und Umformen notwendig ist. Nachteilig ist jedoch, dass während des Erwärmens im Werkzeug dieses nicht für das Umformen verwendet werden kann, sodass sich die Anzahl der Stößelhübe und somit der gefertigten Bauteile in einem bestimmten Zeitraum reduzieren. Alternativ kann das konduktive Erwärmen auch im Greifersystem erfolgen.
[54] Insbesondere weist der Einbauraum eine Zufuhr- und/der Entnahmeschleuse auf und/oder ist gasdicht eingehaust.
[55] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Bauteil, wobei das Bauteil nach einem zuvor beschriebenen Verfahren gefertigt ist, sodass das Bauteil frei von Zunder ist.
[56] Somit kann ein höherfestes unbeschichtetes hohles Bauteil in hoher Qualität gefertigt werden. Insbesondere weist das derart gefertigte Bauteil homogene Oberflächeneigenschaften und/oder Wandstärken auf.
[57] Zudem kann der unbeschichtete Hohlkörper als Werkstück zunächst gebogen und/oder vorgeformt werden, bevor dieser erwärmt, umgeformt und gehärtet wird. Es ist besonders vorteilhaft, dass das Bauteil frei von Zunder fertigbar ist, sodass weder eine Nachbehandlung erforderlich ist noch dabei ein Verzug und/oder Verschleiß des Bauteiles auftritt. Somit kann ein komplex geformtes, höherfestes und zunderfreies Bauteil hoher Qualität bereitgestellt werden.
[58] Durch das Erwärmen des Werkstückes, Umformen und Abkühlen des Werkstückes unter Schutzgasatmosphäre im Einbauraum der Presse sind geringere TransferZeiten und dadurch höhere Produktionsraten des Bauteils möglich.
[59] In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Presse zum Fertigen eines hohlen Bauteils aus einem Werkstück mit mindestens einem Werkzeug, zwei Dichtstempeln und einem Antrieb, wobei die Presse derart eingerichtet ist, dass das Fertigen des Hohlkörpers nach einem zuvor beschriebenen Verfahren durchführbar ist.
[60] Dadurch kann eine Presse bereitgestellt werden, in der qualitativ hochwertige und höherfeste hohle Bauteile in kurzen Fertigungszeiten hergestellt werden.
[61] In einer weiteren Ausführungsform der Presse weist die Presse eine induktive Erwärmungseinrichtung und/oder eine konduktive Erwärmungseinrichtung direkt neben dem Werkzeug und/oder im Werkzeug auf.
[62] Dadurch kann das Erwärmen des Werkstückes in einer Erwärmungseinrichtung direkt unter Schutzgasatmosphäre im Einbauraum der Presse neben und/oder im Werkzeug erfolgen. Somit wird die Transferzeit zwischen Erwärmen und Umformen reduziert und Handhabungseinrichtungen zum Transfer des Werkstückes wie Transportschienen und Greifer eingespart. Neben der kürzeren Transport zeit des Werkstückes zum Werkzeug kann auch ein sehr langer Ofen eingespart und die Erwärmungseinrichtung platzsparend direkt neben dem Werkzeug angeordnet werden.
[63] Um eine Fertigung unter Schutzgasatmosphäre zu realisieren, ist oder sind ein Einbauraum und/oder die Erwärmungseinrichtung oder die Erwärmungseinrichtungen und/oder eine Handhabungseinrichtung für den Transport des Werkstückes gasdicht eingehaust, sodass das Werkstück und/oder das Bauteil oberhalb einer
Zunderbildungstemperatur frei von Zunder fertigbar ist oder sind .
[64] Dadurch wird eine Presse bereitgestellt, in der ein Bauteil frei von Zunder fertigbar ist und das Erwärmen des Werkstückes, das Umformen und das Abkühlen und somit Härten des Werkstückes vollständig innerhalb des Einbauraums der Presse erfolgt.
[65] Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Presse mit geöffnetem Werkzeug zum Innenhochdruck-Umformen und eine daneben angeordnete induktive Erwärmungseinrichtung mit einem unbeschichteten Rohr und
Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung der
Presse mit geschlossenem Werkzeug und Innenhochdruck-Umformen des erwärmten unbeschichteten Rohrs.
[66] Eine Presse 101 weist einen Antrieb 102 und einen Stößel 104 auf. An dem Stößel 104 ist ein Werkzeughalter 105 angeordnet, welcher die Werkzeugoberhälfte 106 aufweist. Die Werkzeugunterhälfte 108 ist an einem Pressentisch 109 angeordnet. Entlang der Innenkontur der Werkzeugoberhälfte 106 und der Werkzeugunterhälfte 108 sind jeweils Wasserkühlungen 115 innerhalb der
Werkzeugoberhälfte 106 und der Werkzeugunterhälfte 108 geführt .
[67] An der Werkzeugunterhälfte 108 ist ein erster axialer Dichtstempel 110 angeordnet, welcher eine Stickstoffzufuhr 112 aufweist .
[68] Neben der Werkzeugunterhälfte 108 ist eine induktive Erwärmungseinrichtung 113 angeordnet, welche entlang ihrer Innenkontur Induktionsspulen 114 aufweist. Des Weiteren weist die Presse 101 einen zweiten axialen Dichtstempel 111 und die Transportschienen 116 und 117 auf.
[69] Die Werkzeugoberhälfte 106, die Werkzeugunterhälfte 108, der erste axiale Dichtstempel 110 und mit der Stickstoffzufuhr 112 und der zweite axiale Dichtstempel 111, die induktive Erwärmungseinrichtung 113 und die Transportschienen 116 und 117 sind in dem gasdichten Einbauraum 120 angeordnet, welcher eine Zufuhrschleuse 121 und eine Entnahmeschleuse 122 aufweist.
[70] Folgende Arbeitsgänge werden mit der Presse 101 zum Fertigen eines hohlen Trägers als Bauteil realisiert:
[71] In der Presse 101 sind die Werkzeugoberhälfte 106 und die Werkzeugunterhälfte 108 geöffnet. Ein vorgebogenes und vorgeformtes unbeschichtetes Rohr 107 aus 22MnB5 wird durch die Zufuhrschleuse 121 in den gasdichten Einbauraum 120 eingebracht und in die induktive Erwärmungseinrichtung 113 eingelegt .
[72] Mittels der Induktionsspulen 114 der induktiven Erwärmungseinrichtung 113 wird das unbeschichtete Rohr 107 auf 930 °C innerhalb von drei Sekunden erwärmt.
[73] Der gasdichte Einbauraum 120 ist über die Stickstoffzufuhr 112 mit Stickstoff als Schutzgas gefüllt, sodass beim Erwärmen des unbeschichteten Rohr 107 keine Oxidation durch LuftSauerstoff und somit keine Zunderbildung stattfindet.
[74] Nach dem Erwärmen wird das erwärmte unbeschichtete Rohr 107 mittels der Transportschiene 116 in die Werkzeugunterhälfte 108 eingelegt. Die Werkzeugoberhälfte 106 und die Werkzeugunterhälfte 108 werden geschlossen und eine Presskraft von 15.000kN aufgebracht.
[75] Parallel zum Aufbau der Presskraft werden der erste axiale Dichtstempel 110 und der zweite axiale Dichtstempel 111 gegen die offenen Enden des erwärmten unbeschichteten Rohres 107 verfahren und dichten das Rohr 107 ab. Über die Stickstoffzufuhr 112 des ersten axialen Dichtstempeis 110 wird als Druckmedium und Schutzgas Stickstoff in das innere des erwärmten unbeschichteten Rohres 107 zugeführt. Dabei wird ein Druck von 800bar aufgebaut.
[76] Durch den ersten axialen Dichtstempel 110 und den zweiten axialen Dichtstempel 111 wird das erwärmte unbeschichtete Rohr 107 abgedichtete und gestaucht, während durch das Druckmedium Stickstoff die Aufweitung sowie das Anlegen des unbeschichteten Rohres 107 an die Innenkontur der Werkzeugoberhälfte 106 und der Werkzeugunterhälfte 108 erfolgt .
[77] Durch Einstellen eines Kalibrierdrucks von l.OOObar wird das erwärmte unbeschichtete Rohr 107 passgenau ausgeformt, sodass es als seine Außenkontur die Innenkontur der Werkzeugoberhälfte 106 und der Werkzeugunterhälfte 108 annimmt .
[78] Anschließend wird das erwärmte, umgeformte, unbeschichtete Rohr 107 über die mittels der Wasserkühlungen 115 gekühlten Werkzeugwände der geschlossenen Werkzeugoberhälfte 106 und
Werkzeugunterhälfte 108 innerhalb von 10 Sekunden abgekühlt, wobei ein Härten durch Martensitbildung unter der Schutzgasatmosphäre des Stickstoffs erfolgt.
[79] Nach Erreichen der Entnahmetemperatur werden der Innendruck und dann die Presskraft entlastet und die axialen Dichtstempel 110 und 111 werden zurückgezogen. Anschließend fährt der Stößel 104 der Presse 101 nach oben, sodass die Werkzeugoberhälfte 106 und die
Werkzeugunterhälfte 108 geöffnet werden. Mittels eines nicht gezeigten Greifers wird das gehärtete umgeformte unbeschichtete Rohr 107 auf die Transportschiene 117 gebracht. Mittels der Transportschiene 117 wird das gehärtete umgeformte unbeschichtete Rohr 107 über die Entnahmeschleuse 122 aus dem gasdichten Einbauraum 120 gebracht, welcher kontinuierlich über die Stickstoffzufuhr 112 mit Stickstoff als Schutzgas geflutet wird. [80] Dadurch liegt ein aus dem unbeschichteten Rohr 107 durch Umformen und Härten gefertigter hohles Formteil (nicht gezeigt) als Bauteil vor. Bei dem gefertigten Formteil handelt es sich um ein hochfestes qualitativ hochwertiges Bauteil ohne Verzunderung und Abbrand, sodass weitere Nachbehandlungsschritte, wie Kugelstrahlen, nicht notwendig sind. Somit weist das gefertigte hohle Formteil einen sehr homogenen Wandstärkenverlauf und homogene Oberflächeneigenschaften auf.
Bezugs zeichenliste
101 Presse
102 Antrieb
104 Stößel
105 Werkzeughalter
106 Werkzeugoberhälfte
107 unbeschichtetes Rohr
108 Werkzeugunterhälfte
109 Pressentisch
110 Erster axialer Dichtstempel
111 Zweiter axialer Dichtstempel
112 Stickstoffzufuhr
113 induktive Erwärmungseinrichtung
114 Induktionsspule
115 Wasserkühlung
116 Transportschiene
117 Transportschiene
120 gasdichter Einbauraum
121 Zufuhrschleuse
122 Entnahmeschleuse

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Fertigen eines hohlen Bauteils aus einem Werkstück (107) mittels einer Presse (101) mit mindestens einem Werkzeug (106, 108) und zwei Dicht stempeln (110, 111) zum Umformen des Werkstückes, wobei das Werkstück ein Metall und/oder eine Metalllegierung aufweist und als Hohlkörper mit zwei offenen Enden ausgebildet ist, mit folgenden Schritten
- Erwärmen des Werkstückes, insbesondere oberhalb einer Härtetemperatur ,
- Einlegen des erwärmten Werkstückes in das Werkzeug,
- Schließen der Presse und Pressen des erwärmten Werkstückes, wobei vor und/oder während des Pressens ein Dichten der beiden offenen Enden des Hohlkörpers mittels der beiden Dicht Stempel , ein Aufbau eines Gasdruckes mittels eines Pressgases innerhalb des Hohlkörpers und ein Umformen des Hohlkörpers unter dem Gasdruck erfolgt,
- Unmittelbares Abkühlen des umgeformten Hohlkörpers in dem Werkzeug, sodass ein höherfestes hohles Bauteil vorliegt , dadurch gekennzeichnet, dass ein Schutzgas zum Erzeugen einer Schutzgasatmosphäre in einem Einbauraum (120) der Presse verwendet wird, sodass ein Transfer des Werkstückes und/oder ein Härten des umgeformten Hohlkörpers oberhalb einer Zunderbildungstemperatur frei von einer Bildung von Zunder erfolgt oder erfolgen .
. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einzig oder zusätzlich zum Schutzgas das Pressgas als Schutzgas verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Pressgas und/oder Schutzgas Stickstoff verwendet wird .
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen des Werkstückes durch ein induktives Erwärmen mittels einer Induktionsspule (114) und/oder durch ein konduktives Erwärmen erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen des Werkstückes in einem Ofen unter Schutzgasatmosphäre erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen direkt neben dem Werkzeug und/oder im Werkzeug erfolgt.
7. Bauteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nach einem Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 gefertigt ist, sodass das Bauteil frei von Zunder ist.
8. Presse (101) zum Fertigen eines hohlen Bauteils aus einem Werkstück (107) mit mindestens einem Werkzeug (106, 108), zwei Dichtstempeln (110, 111) und einem Antrieb (102), wobei die Presse derart eingerichtet ist, dass das Fertigen des Hohlkörpers nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchführbar ist.
9. Presse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Presse eine induktive Erwärmungseinrichtung (113) und/oder eine konduktive Erwärmungseinrichtung direkt neben dem Werkzeug und/oder im Werkzeug aufweist. Presse nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einbauraum (120) und/oder die
Erwärmungseinrichtung oder die Erwärmungseinrichtungen und/oder eine Handhabungseinrichtung (116, 117) zum Transport des Werkstückes gasdicht eingehaust ist oder sind, sodass das Werkstück und/oder das Bauteil oberhalb einer Zunderbildungstemperatur frei von Zunder fertigbar ist oder sind.
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